JPH0548113A - 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法 - Google Patents
不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法Info
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- JPH0548113A JPH0548113A JP3204190A JP20419091A JPH0548113A JP H0548113 A JPH0548113 A JP H0548113A JP 3204190 A JP3204190 A JP 3204190A JP 20419091 A JP20419091 A JP 20419091A JP H0548113 A JPH0548113 A JP H0548113A
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- Japan
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- gate electrode
- film
- silicon oxide
- semiconductor substrate
- oxide film
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 セル面積を縮小し、微細化、高集積化を可能
にすることができる不揮発性半導体記憶装置およびその
製造方法を提供する。 【構成】 半導体基板11に設けられたソース領域およ
びドレイン領域19に挟まれたチャネル領域の上にトン
ネリング媒体となる薄い酸化シリコン膜12が形成さ
れ、この薄い酸化シリコン膜12の上に窒化シリコン膜
13と第1ゲート電極14が形成されたゲート構造を有
するMNOS構造の不揮発性半導体記憶装置において、
ゲート構造の側壁に形成された側壁絶縁膜15と側壁絶
縁膜15に接し半導体基板11の上に形成されたゲート
絶縁膜16とを介して設けられた第2ゲート電極17を
有する。
にすることができる不揮発性半導体記憶装置およびその
製造方法を提供する。 【構成】 半導体基板11に設けられたソース領域およ
びドレイン領域19に挟まれたチャネル領域の上にトン
ネリング媒体となる薄い酸化シリコン膜12が形成さ
れ、この薄い酸化シリコン膜12の上に窒化シリコン膜
13と第1ゲート電極14が形成されたゲート構造を有
するMNOS構造の不揮発性半導体記憶装置において、
ゲート構造の側壁に形成された側壁絶縁膜15と側壁絶
縁膜15に接し半導体基板11の上に形成されたゲート
絶縁膜16とを介して設けられた第2ゲート電極17を
有する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はMNOS(ゲート電極−
窒化シリコン膜−酸化シリコン膜−半導体基板)型の電
界効果トランジスタからなる不揮発性半導体記憶装置お
よびその製造方法に関する。
窒化シリコン膜−酸化シリコン膜−半導体基板)型の電
界効果トランジスタからなる不揮発性半導体記憶装置お
よびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電気的に書き換え可能な不揮発性
メモリの1つとして、MNOS型不揮発性半導体記憶装
置がよく知られている。MNOS型不揮発性半導体記憶
装置は、ゲート電極−半導体基板間に電圧を加え、半導
体基板から電子あるいは正孔をトンネリング媒体となり
うる薄い酸化シリコン膜をトンネリングさせ、窒化膜に
トラップさせることにより、しきい値電圧を変化させ、
そのしきい値電圧の変化によって記憶素子として動作さ
せることを原理としている。
メモリの1つとして、MNOS型不揮発性半導体記憶装
置がよく知られている。MNOS型不揮発性半導体記憶
装置は、ゲート電極−半導体基板間に電圧を加え、半導
体基板から電子あるいは正孔をトンネリング媒体となり
うる薄い酸化シリコン膜をトンネリングさせ、窒化膜に
トラップさせることにより、しきい値電圧を変化させ、
そのしきい値電圧の変化によって記憶素子として動作さ
せることを原理としている。
【0003】以下従来のMNOS型不揮発性半導体記憶
装置について説明する。図3は従来のMNOS型不揮発
性半導体記憶装置の断面図である。図3において、1は
P型半導体基板、2はトンネリング媒体となる薄い酸化
シリコン膜、3は窒化シリコン膜、4は第1ゲート電
極、5は酸化シリコン膜、6は第2ゲート電極、7は比
較的浅いN型拡散層、8はソース領域およびドレイン領
域となるN型拡散層である。また、図3において、右側
のMOSトランジスタをMNOSトランジスタ、左側の
MOSトランジスタを選択トランジスタと呼ぶことにす
る。
装置について説明する。図3は従来のMNOS型不揮発
性半導体記憶装置の断面図である。図3において、1は
P型半導体基板、2はトンネリング媒体となる薄い酸化
シリコン膜、3は窒化シリコン膜、4は第1ゲート電
極、5は酸化シリコン膜、6は第2ゲート電極、7は比
較的浅いN型拡散層、8はソース領域およびドレイン領
域となるN型拡散層である。また、図3において、右側
のMOSトランジスタをMNOSトランジスタ、左側の
MOSトランジスタを選択トランジスタと呼ぶことにす
る。
【0004】通常、MNOSトランジスタに記憶させた
情報を読み出す場合、MNOSトランジスタの誤書き込
みを防止するために、どうしても選択トランジスタが必
要となる。したがって、不揮発性メモリとして動作する
ためには、MNOSトランジスタと選択トランジスタの
2つのMOSトランジスタ構成が必要となっていた。
情報を読み出す場合、MNOSトランジスタの誤書き込
みを防止するために、どうしても選択トランジスタが必
要となる。したがって、不揮発性メモリとして動作する
ためには、MNOSトランジスタと選択トランジスタの
2つのMOSトランジスタ構成が必要となっていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、近年半導体メモリの大容量化が進む中で
MNOS型不揮発性半導体記憶装置においても高集積化
の要求が高まりつつあり、MNOSトランジスタと選択
トランジスタの2つのトランジスタを構成しなければな
らず、そのためセル面積が大きくなり、微細化、高集積
化を図ることができないという課題を有していた。
来の構成では、近年半導体メモリの大容量化が進む中で
MNOS型不揮発性半導体記憶装置においても高集積化
の要求が高まりつつあり、MNOSトランジスタと選択
トランジスタの2つのトランジスタを構成しなければな
らず、そのためセル面積が大きくなり、微細化、高集積
化を図ることができないという課題を有していた。
【0006】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、セル面積を縮小し、微細化、高集積化を可能にする
ことができる不揮発性半導体記憶装置およびその製造方
法を提供することを目的とする。
で、セル面積を縮小し、微細化、高集積化を可能にする
ことができる不揮発性半導体記憶装置およびその製造方
法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板に設
けられたソース領域およびドレイン領域に挟まれたチャ
ネル領域の上に、トンネリング媒体となる薄い酸化シリ
コン膜を備え、この薄い酸化シリコン膜の上に少なくと
も1層の窒化シリコン膜よりなる第1の絶縁膜を備え、
第1の絶縁膜の上に第1ゲート電極を備えたゲート構造
を有するMNOS(ゲート電極−窒化シリコン膜−酸化
シリコン膜−半導体基板)構造の不揮発性半導体記憶装
置において、ゲート構造の側壁に形成された第2の絶縁
膜と第2の絶縁膜に接し半導体基板の上に形成されたゲ
ート絶縁膜とを介して設けられた第2ゲート電極からな
る構成を有している。
に本発明の不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板に設
けられたソース領域およびドレイン領域に挟まれたチャ
ネル領域の上に、トンネリング媒体となる薄い酸化シリ
コン膜を備え、この薄い酸化シリコン膜の上に少なくと
も1層の窒化シリコン膜よりなる第1の絶縁膜を備え、
第1の絶縁膜の上に第1ゲート電極を備えたゲート構造
を有するMNOS(ゲート電極−窒化シリコン膜−酸化
シリコン膜−半導体基板)構造の不揮発性半導体記憶装
置において、ゲート構造の側壁に形成された第2の絶縁
膜と第2の絶縁膜に接し半導体基板の上に形成されたゲ
ート絶縁膜とを介して設けられた第2ゲート電極からな
る構成を有している。
【0008】また本発明の不揮発性半導体記憶装置の製
造方法は、一導電型半導体基板の上に薄い酸化シリコン
膜を形成し、薄い酸化シリコン膜の上に窒化シリコン膜
を形成し、窒化シリコン膜の上に第1の多結晶シリコン
膜よりなる第1ゲート電極を形成した後に酸化処理を施
し、半導体基板の上および前記第1ゲート電極の上に酸
化シリコン膜を形成する工程と、酸化シリコン膜の上に
第2の多結晶シリコン膜を全面に堆積し異方性エッチン
グを施すことにより、第1ゲート電極の側壁に第2ゲー
ト電極を形成する工程と、第1ゲート電極および第2ゲ
ート電極をマスクとしてソース領域およびドレイン領域
を形成する工程からなる構成を有している。
造方法は、一導電型半導体基板の上に薄い酸化シリコン
膜を形成し、薄い酸化シリコン膜の上に窒化シリコン膜
を形成し、窒化シリコン膜の上に第1の多結晶シリコン
膜よりなる第1ゲート電極を形成した後に酸化処理を施
し、半導体基板の上および前記第1ゲート電極の上に酸
化シリコン膜を形成する工程と、酸化シリコン膜の上に
第2の多結晶シリコン膜を全面に堆積し異方性エッチン
グを施すことにより、第1ゲート電極の側壁に第2ゲー
ト電極を形成する工程と、第1ゲート電極および第2ゲ
ート電極をマスクとしてソース領域およびドレイン領域
を形成する工程からなる構成を有している。
【0009】
【作用】この構成によって、MNOSトランジスタのゲ
ート電極として用いる第1ゲート電極の側壁に選択トラ
ンジスタのゲート電極である第2ゲート電極を形成して
いるため、第2ゲート電極を自己整合的に製造すること
ができかつMNOS型不揮発性半導体記憶装置の微細
化、高集積化の著しい向上を図ることが可能となる。
ート電極として用いる第1ゲート電極の側壁に選択トラ
ンジスタのゲート電極である第2ゲート電極を形成して
いるため、第2ゲート電極を自己整合的に製造すること
ができかつMNOS型不揮発性半導体記憶装置の微細
化、高集積化の著しい向上を図ることが可能となる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。図1は本発明の一実施例における
MNOS型不揮発性半導体記憶装置の断面図である。図
1において、11はP型半導体基板、12はトンネリン
グ媒体となる薄い酸化シリコン膜、13は窒化シリコン
膜、14は第1ゲート電極、15は側壁絶縁膜、16は
ゲート絶縁膜、17は第2ゲート電極、18は比較的浅
いN型拡散層、19はソース領域およびドレイン領域と
なるN型拡散層である。
照しながら説明する。図1は本発明の一実施例における
MNOS型不揮発性半導体記憶装置の断面図である。図
1において、11はP型半導体基板、12はトンネリン
グ媒体となる薄い酸化シリコン膜、13は窒化シリコン
膜、14は第1ゲート電極、15は側壁絶縁膜、16は
ゲート絶縁膜、17は第2ゲート電極、18は比較的浅
いN型拡散層、19はソース領域およびドレイン領域と
なるN型拡散層である。
【0011】P型半導体基板11に比較的浅いN型拡散
層18、ソース領域およびドレイン領域19が形成さ
れ、比較的浅いN型拡散層18に挟まれた領域の上にト
ンネリング媒体となる薄い酸化シリコン膜12、窒化シ
リコン膜13および第1ゲート電極14が順次積層さ
れ、第1ゲート構造を形成している。この第1ゲート構
造の側壁に側壁絶縁膜15が形成されている。この側壁
絶縁膜15は第1ゲート構造の両側のP型半導体基板1
1の上に形成されたゲート絶縁膜16に連なっている。
また第1ゲート構造の側壁に、側壁絶縁膜15およびゲ
ート絶縁膜16を介して第2ゲート電極17が形成され
ている。
層18、ソース領域およびドレイン領域19が形成さ
れ、比較的浅いN型拡散層18に挟まれた領域の上にト
ンネリング媒体となる薄い酸化シリコン膜12、窒化シ
リコン膜13および第1ゲート電極14が順次積層さ
れ、第1ゲート構造を形成している。この第1ゲート構
造の側壁に側壁絶縁膜15が形成されている。この側壁
絶縁膜15は第1ゲート構造の両側のP型半導体基板1
1の上に形成されたゲート絶縁膜16に連なっている。
また第1ゲート構造の側壁に、側壁絶縁膜15およびゲ
ート絶縁膜16を介して第2ゲート電極17が形成され
ている。
【0012】次に本発明のMNOS型半導体記憶装置の
製造方法について説明する。図2(a)〜(d)は本発
明の一実施例におけるMNOS型半導体記憶装置の工程
断面図である。まず図2(a)に示すように、P型半導
体基板11の上にトンネリング媒体となる2nm程度の薄
い酸化シリコン膜12を酸素雰囲気中での酸化により形
成し、次にジクロルシランとアンモニアの化学反応に基
づく気相成長法により窒化シリコン膜13を約20nm形
成し、次に第1ゲート電極14となる全面にりんを添加
した多結晶シリコン膜を約300nm堆積する。次にフォ
トレジストを用いた公知のエッチング技術により、第1
ゲート電極14、窒化シリコン膜13および薄い酸化シ
リコン膜12をエッチングし第1ゲート構造を形成す
る。次に図2(b)に示すように、酸素および水素雰囲
気中での処理により側壁絶縁膜15および20nm程度の
ゲート絶縁膜16を同時に形成し、次に第2ゲート電極
17となる全面にりんを添加した多結晶シリコン膜を約
200nm堆積する。次に図2(c)に示すように、第1
ゲート構造の側壁に第2ゲート電極17となる多結晶シ
リコン膜の一部が残るように、公知の異方性エッチング
技術により多結晶シリコン膜を除去して、第2ゲート構
造を形成する。次に図2(d)に示すように、第1ゲー
ト構造および第2ゲート構造をマスクとして、りんイオ
ンを半導体基板11に30keV、1×1013cm-2の条件
で打ち込み、比較的浅いN型拡散層18を形成する。次
にフォトレジストをマスクとして砒素イオンを半導体基
板11に40keV、4×1015cm-2の条件で打ち込み、
ソース領域およびドレイン領域19を形成する。その
後、図示はしていないが、層間絶縁膜の堆積、コンタク
トホールの開孔、アルミニウム配線層の堆積およびパタ
ーンニング、保護層の堆積などの諸工程を経てMNOS
型不揮発性半導体記憶装置が完成する。
製造方法について説明する。図2(a)〜(d)は本発
明の一実施例におけるMNOS型半導体記憶装置の工程
断面図である。まず図2(a)に示すように、P型半導
体基板11の上にトンネリング媒体となる2nm程度の薄
い酸化シリコン膜12を酸素雰囲気中での酸化により形
成し、次にジクロルシランとアンモニアの化学反応に基
づく気相成長法により窒化シリコン膜13を約20nm形
成し、次に第1ゲート電極14となる全面にりんを添加
した多結晶シリコン膜を約300nm堆積する。次にフォ
トレジストを用いた公知のエッチング技術により、第1
ゲート電極14、窒化シリコン膜13および薄い酸化シ
リコン膜12をエッチングし第1ゲート構造を形成す
る。次に図2(b)に示すように、酸素および水素雰囲
気中での処理により側壁絶縁膜15および20nm程度の
ゲート絶縁膜16を同時に形成し、次に第2ゲート電極
17となる全面にりんを添加した多結晶シリコン膜を約
200nm堆積する。次に図2(c)に示すように、第1
ゲート構造の側壁に第2ゲート電極17となる多結晶シ
リコン膜の一部が残るように、公知の異方性エッチング
技術により多結晶シリコン膜を除去して、第2ゲート構
造を形成する。次に図2(d)に示すように、第1ゲー
ト構造および第2ゲート構造をマスクとして、りんイオ
ンを半導体基板11に30keV、1×1013cm-2の条件
で打ち込み、比較的浅いN型拡散層18を形成する。次
にフォトレジストをマスクとして砒素イオンを半導体基
板11に40keV、4×1015cm-2の条件で打ち込み、
ソース領域およびドレイン領域19を形成する。その
後、図示はしていないが、層間絶縁膜の堆積、コンタク
トホールの開孔、アルミニウム配線層の堆積およびパタ
ーンニング、保護層の堆積などの諸工程を経てMNOS
型不揮発性半導体記憶装置が完成する。
【0013】以上のように構成された本実施例のMNO
S型不揮発性半導体記憶装置においては、MNOSトラ
ンジスタの第1ゲート構造の側壁に第2ゲート構造を形
成するようにしたため、第2ゲート電極を自己整合的に
製造することができ、微細化、高集積化を図ることがで
きる。
S型不揮発性半導体記憶装置においては、MNOSトラ
ンジスタの第1ゲート構造の側壁に第2ゲート構造を形
成するようにしたため、第2ゲート電極を自己整合的に
製造することができ、微細化、高集積化を図ることがで
きる。
【0014】なお上記実施例では、NチャネルMOSト
ランジスタの場合について説明したが、PチャネルMO
Sトランジスタでも良い。またゲート絶縁膜として酸化
シリコン膜、窒化シリコン膜の2層構造を用いたが、窒
化シリコン膜の上を酸化して酸化シリコン膜、窒化シリ
コン膜、酸化シリコン膜の3層構造としても良い。
ランジスタの場合について説明したが、PチャネルMO
Sトランジスタでも良い。またゲート絶縁膜として酸化
シリコン膜、窒化シリコン膜の2層構造を用いたが、窒
化シリコン膜の上を酸化して酸化シリコン膜、窒化シリ
コン膜、酸化シリコン膜の3層構造としても良い。
【0015】
【発明の効果】以上のように本発明は、MNOSトラン
ジスタの側壁に選択トランジスタを設けることにより、
容易にメモリセルの微細化、高集積化を図ることができ
る優れた不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法を
実現できるものである。
ジスタの側壁に選択トランジスタを設けることにより、
容易にメモリセルの微細化、高集積化を図ることができ
る優れた不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法を
実現できるものである。
【図1】本発明の一実施例におけるMNOS型不揮発性
半導体記憶装置の断面図
半導体記憶装置の断面図
【図2】(a)〜(d)は本発明の一実施例におけるM
NOS型半導体記憶装置の工程断面図
NOS型半導体記憶装置の工程断面図
【図3】従来のMNOS型不揮発性半導体記憶装置の断
面図
面図
11 P型半導体基板(半導体基板) 12 薄い酸化シリコン膜 13 窒化シリコン膜(第1の絶縁膜) 14 第1ゲート電極 15 側壁絶縁膜(第2の絶縁膜) 16 ゲート絶縁膜 17 第2ゲート電極 19 N型拡散層(ソース領域およびドレイン領域)
Claims (2)
- 【請求項1】 半導体基板に設けられたソース領域およ
びドレイン領域に挟まれたチャネル領域の上にトンネリ
ング媒体となる薄い酸化シリコン膜を備え、前記薄い酸
化シリコン膜の上に窒化シリコン膜よりなる第1の絶縁
膜を備え、前記第1の絶縁膜の上に第1ゲート電極を備
えたゲート構造を有するMNOS(ゲート電極−窒化シ
リコン膜−酸化シリコン膜−半導体基板)構造の不揮発
性半導体記憶装置において、前記ゲート構造の側壁に形
成された第2の絶縁膜と前記第2の絶縁膜に接し半導体
基板の上に形成されたゲート絶縁膜とを介して設けられ
た第2ゲート電極を有する不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項2】 一導電型半導体基板の上に薄い酸化シリ
コン膜を形成し、前記薄い酸化シリコン膜の上に窒化シ
リコン膜を形成し、前記窒化シリコン膜の上に第1の多
結晶シリコン膜よりなる第1ゲート電極を形成した後に
酸化処理を施し、前記半導体基板の上および前記第1ゲ
ート電極の上に酸化シリコン膜を形成する工程と、前記
酸化シリコン膜の上に第2の多結晶シリコン膜を全面に
堆積し異方性エッチングを施すことにより、前記第1ゲ
ート電極の側壁に第2ゲート電極を形成する工程と、前
記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極をマスクと
してソース領域およびドレイン領域を形成する工程とを
有する不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3204190A JPH0548113A (ja) | 1991-08-14 | 1991-08-14 | 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3204190A JPH0548113A (ja) | 1991-08-14 | 1991-08-14 | 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0548113A true JPH0548113A (ja) | 1993-02-26 |
Family
ID=16486327
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3204190A Pending JPH0548113A (ja) | 1991-08-14 | 1991-08-14 | 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0548113A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001230332A (ja) * | 1999-12-06 | 2001-08-24 | Sony Corp | 不揮発性半導体記憶装置およびその動作方法 |
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-
1991
- 1991-08-14 JP JP3204190A patent/JPH0548113A/ja active Pending
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