説明

EEPROM

【課題】2つのメモリトランジスタに同一のデータを確実に書き込むことができる、W(ダブル)セル方式のEEPROMを提供する。
【解決手段】半導体層には、第1不純物領域8、第2不純物領域9、第3不純物領域10、第4不純物領域11、第5不純物領域12および第6不純物領域13が形成されている。セレクトゲート15は、第1不純物領域8と第2不純物領域9との間の領域に、第1絶縁膜14を挟んで対向している。第1フローティングゲート16は、第2不純物領域9と第3不純物領域10との間の領域および第5不純物領域12に、第1絶縁膜14を挟んで対向している。第2フローティングゲート20は、第3不純物領域10と第4不純物領域11との間の領域および第6不純物領域13に、第1絶縁膜14を挟んで対向している。第5不純物領域12および第6不純物領域13は、第2不純物領域9と接続されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、W(ダブル)セル方式のEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read On Memory)に関する。
【背景技術】
【0002】
不揮発性メモリの代表的なものとして、EEPROMが知られている。EEPROMには、2つのメモリセル(メモリトランジスタ)に同一のデータが保持される、Wセル方式を採用したものがある。Wセル方式のEEPROMでは、一方のメモリセルが故障しても、他方のメモリセルにデータを読み書きすることが可能である。
【0003】
図13は、従来のWセル方式のEEPROMの模式的な平面図である。図14は、図13に示すEEPROMの切断線XIV−XIVにおける模式的な断面図である。
【0004】
EEPROMは、P型のシリコン基板101を備えている。シリコン基板101上には、SiO(酸化シリコン)からなる第1絶縁膜102が形成されている。また、シリコン基板101の表層部には、平面視長方形状のアクティブ領域104を除いて、素子分離部103が形成されている。図13には、アクティブ領域104の輪郭が太線で示されている。素子分離部103は、たとえば、その表面から比較的浅く掘り下がった溝(Shallow Trench)に絶縁体を埋設した構造を有している。
【0005】
アクティブ領域104において、シリコン基板101の表層部には、5つのN型の不純物領域105〜109がアクティブ領域104の長手方向に間隔を空けて整列して形成されている。アクティブ領域104の長手方向の一端側から他端側へと並ぶ不純物領域105〜109を、それぞれ第1〜第5不純物領域105〜109とする。
【0006】
第1絶縁膜102上には、第1不純物領域105と第2不純物領域106との間の領域と対向する位置に、第1セレクトゲート110がアクティブ領域104の長手方向に直交する方向に延びるライン状に形成されている。また、第1絶縁膜102上には、第2不純物領域106と第3不純物領域107との間の領域と対向する位置に、第1フローティングゲート111が形成されている。第1フローティングゲート111上には、SiOからなる第2絶縁膜112が形成されている。第2絶縁膜112上には、第1コントロールゲート113がアクティブ領域104の長手方向に直交する方向に延びるライン状に形成されている。第1絶縁膜102には、第2不純物領域106と第1フローティングゲート111とに挟まれた部分の一部の厚さが小さくされることにより、第1トンネルウィンドウ114が形成されている。
【0007】
これにより、EEPROMは、第1不純物領域105、第2不純物領域106および第1セレクトゲート110を含む第1セレクトトランジスタと、第2不純物領域106、第3不純物領域107、第1フローティングゲート111および第1コントロールゲート113を含む第1メモリトランジスタとを備えている。
【0008】
また、第1絶縁膜102上には、第3不純物領域107と第4不純物領域108との間の領域と対向する位置に、第2セレクトゲート115がアクティブ領域104の長手方向に直交する方向に延びるライン状に形成されている。さらに、第1絶縁膜102上には、第4不純物領域108と第5不純物領域109との間の領域と対向する位置に、第2フローティングゲート116が形成されている。第2フローティングゲート116上には、SiOからなる第3絶縁膜117が形成されている。第3絶縁膜117上には、第2コントロールゲート118がアクティブ領域104の長手方向に直交する方向に延びるライン状に形成されている。第1絶縁膜102には、第4不純物領域108と第2フローティングゲート116とに挟まれた部分の一部の厚さが小さくされることにより、第2トンネルウィンドウ119が形成されている。
【0009】
これにより、EEPROMは、第3不純物領域107、第4不純物領域108および第2セレクトゲート115を含む第2セレクトトランジスタと、第4不純物領域108、第5不純物領域109、第2フローティングゲート116および第2コントロールゲート118を含む第2メモリトランジスタとを備えている。
【0010】
そして、シリコン基板101上には、層間絶縁膜120が積層されている。この層間絶縁膜120により、第1絶縁膜102、第1セレクトゲート110、第1コントロールゲート113、第2セレクトゲート115および第2コントロールゲート118が一括して被覆されている。層間絶縁膜120には、第1不純物領域105、第3不純物領域107および第5不純物領域109と層間絶縁膜120上に形成される配線(図示せず)とをそれぞれ接続するためのコンタクトプラグ121〜123が埋設されている。
【特許文献1】特開2008−186932号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
第1メモリトランジスタへのデータの書き込み時には、第1コントロールゲート113が接地電位とされる。また、第1メモリトランジスタのソース領域である第3不純物領域107がオープン状態とされる。そして、第1セレクトトランジスタのドレイン領域である第1不純物領域105および第1セレクトゲート110にプログラム電圧Vpp(たとえば、15〜20V)が印加される。これにより、第1セレクトトランジスタがオンになり、第1メモリトランジスタのドレイン領域である第2不純物領域106と第1フローティングゲート111との間に高電界が形成される。この高電界が形成されると、第1フローティングゲート111から第2不純物領域106に電子が引き抜かれ、第1メモリトランジスタへのデータの書き込みが達成される。
【0012】
一方、第2メモリトランジスタへのデータの書き込み時には、第2コントロールゲート118が接地電位とされる。また、第2メモリトランジスタのソース領域である第5不純物領域109がオープン状態とされる。そして、第2セレクトトランジスタのドレイン領域である第3不純物領域107および第2セレクトゲート115にプログラム電圧Vppが印加される。これにより、第2セレクトトランジスタがオンになり、第2メモリトランジスタのドレイン領域である第4不純物領域108と第2フローティングゲート116との間に高電界が形成される。この高電界が形成されると、第2フローティングゲート116から第4不純物領域108に電子が引き抜かれ、第2メモリトランジスタへのデータの書き込みが達成される。
【0013】
このとき、第1セレクトトランジスタのドレイン領域である第1不純物領域105がオープン状態とされ、第1セレクトゲート110および第1コントロールゲート113が接地電位とされる。しかしながら、第1メモリトランジスタのソース領域である第3不純物領域107に比較的高電圧であるプログラム電圧Vppが印加されるため、第1メモリトランジスタがオンになり、第1メモリトランジスタのドレイン領域である第2不純物領域106と第1フローティングゲート111との間に高電界が形成されて、第1フローティングゲート111から第2不純物領域106に電子が引き抜かれるおそれがある。
【0014】
そこで、本発明の目的は、2つのメモリトランジスタに同一のデータを確実に書き込むことができる、EEPROMを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0015】
前記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、第1導電型の半導体層と、前記半導体層上に形成された第1絶縁膜と、前記半導体層の表面に選択的に形成され、アクティブ領域を取り囲む素子分離部と、前記アクティブ領域において、前記半導体層の表層部に形成された第2導電型の第1不純物領域と、前記アクティブ領域において、前記半導体層の表層部に前記第1不純物領域と間隔を空けて形成された第2導電型の第2不純物領域と、前記第1絶縁膜上に形成され、前記第1不純物領域と前記第2不純物領域との間の領域に対向するセレクトゲートと、前記アクティブ領域において、前記半導体層の表層部に前記第2不純物領域と間隔を空けて形成された第2導電型の第3不純物領域と、前記第1絶縁膜上に形成され、前記第2不純物領域と前記第3不純物領域との間の領域に対向する第1フローティングゲートと、前記第1フローティングゲート上に形成された第2絶縁膜と、前記第2絶縁膜上に形成された第1コントロールゲートと、前記アクティブ領域において、前記半導体層の表層部に前記第3不純物領域と間隔を空けて形成された第2導電型の第4不純物領域と、前記第1絶縁膜上に形成され、前記第3不純物領域と前記第4不純物領域との間の領域に対向する第2フローティングゲートと、前記第2フローティングゲート上に形成された第3絶縁膜と、前記第3絶縁膜上に形成された第2コントロールゲートと、前記第1絶縁膜における前記第1フローティングゲートと接する部分の一部の厚さを小さくすることにより形成された第1トンネルウィンドウと、前記半導体層の表層部における前記第1トンネルウィンドウと対向する部分に形成され、前記第2不純物領域に接続された第2導電型の第5不純物領域と、前記第1絶縁膜における前記第2フローティングゲートと接する部分の一部の厚さを小さくすることにより形成された第2トンネルウィンドウと、前記半導体層の表層部における前記第2トンネルウィンドウと対向する部分に形成され、前記第2不純物領域に接続された第2導電型の第6不純物領域とを含む、EEPROMである。
【0016】
第1不純物領域、第2不純物領域、および第1不純物領域と第2不純物領域との間の領域に第1絶縁膜を挟んで対向するセレクトゲートは、セレクトトランジスタを構成する。また、第2不純物領域、第3不純物領域、第5不純物領域、第2不純物領域と第3不純物領域との間の領域および第5不純物領域に第1絶縁膜を挟んで対向する第1フローティングゲート、第2絶縁膜、ならびに第1コントロールゲートは、第1のメモリトランジスタを構成する。さらに、第3不純物領域、第4不純物領域、第3不純物領域と第4不純物領域との間の領域および第6不純物領域に第1絶縁膜を挟んで対向する第2フローティングゲート、第3絶縁膜、ならびに第2コントロールゲートは、第2のメモリトランジスタを構成する。
【0017】
第1コントロールゲートおよび第2コントロールゲートが接地電位とされ、第4不純物領域がオープン状態とされた状態で、第1不純物領域およびセレクトゲートにプログラム電圧Vppが印加されると、セレクトトランジスタがオンになり、第2不純物領域に接続された第5不純物領域と第1フローティングゲートとの間、および第2不純物領域に接続された第6不純物領域と第2フローティングゲートとの間にそれぞれ高電界が形成される。そして、その高電界により、第1フローティングゲートおよび第2フローティングゲートからそれぞれ第5不純物領域および第6不純物領域にキャリアが引き抜かれ、第1および第2のメモリトランジスタへのデータの書き込みが達成される。
【0018】
このように、第1および第2のメモリトランジスタに同一のデータを同時に書き込むことができる。そのため、2つのメモリトランジスタに同一のデータが個別に書き込まれる構成とは異なり、2つのメモリトランジスタ(第1および第2のメモリトランジスタ)に同一のデータを確実に書き込むことができる。
【0019】
請求項2に記載のように、第5不純物領域および第6不純物領域は、所定方向に隣接して一体をなし、第6不純物領域は、第5不純物領域を介して第2不純物領域に接続されていてもよい。
【0020】
この場合において、請求項3に記載のように、第1不純物領域は、第2不純物領域に対して前記所定方向に対向し、第2不純物領域は、前記所定方向と直交する方向に延び、第3不純物領域は、第2不純物領域の前記所定方向と直交する方向の一端部に対して前記第1不純物領域側と反対側において前記所定方向に対向し、第4不純物領域は、第3不純物領域に対して前記所定方向に対向し、第5不純物領域は、第2不純物領域の一端部と反対側の他端部に対して第1不純物領域側と反対側から接続され、セレクトゲート、第1フローティングゲートおよび第2フローティングゲートは、前記所定方向と直交する方向に延びていてもよい。
【0021】
さらに、請求項4に記載のように、アクティブ領域は、所定方向に延びる第1部分と、第1部分に対して前記所定方向と直交する方向に間隔を空けて前記所定方向に延びる第2部分と、第1部分および第2部分の前記所定方向の各一端部間を接続する第3部分とを有し、第1不純物領域および第2不純物領域は、第3部分に形成され、第3不純物領域および第4不純物領域は、第1部分に形成され、第5不純物領域および第6不純物領域は、第2部分に形成されていてもよい。
【0022】
第1トンネルウィンドウおよび第2トンネルウィンドウは、たとえば、半導体層の表面全域に絶縁膜が形成され、第1トンネルウィンドウおよび第2トンネルウィンドウを形成すべき部分から絶縁膜が除去された後、その絶縁膜が除去された部分に新たな絶縁膜が相対的に薄く形成されることにより得られる。絶縁膜を除去する手法としては、半導体層にダメージを与えることを防止するために、ドライエッチングではなく、ウエットエッチングが採用される。しかしながら、ウエットエッチングでは、絶縁膜の微細なパターニングが困難であるため、第1トンネルウィンドウおよび第2トンネルウィンドウが互いに分離して形成される構成では、第1トンネルウィンドウおよび第2トンネルウィンドウの形成がメモリセルのサイズの縮小化の妨げとなる。
【0023】
これに対し、請求項5に記載のように、第1トンネルウィンドウおよび第2トンネルウィンドウが前記所定方向に隣接して一体をなす場合、その一体的なトンネルウィンドウを形成するために、絶縁膜の微細なパターニングが不要である。そして、一体的なトンネルウィンドウと第1フローティングゲートおよび第2フローティングゲートとの各重なり部分のサイズを必要最小にすることにより、絶縁膜の微細なパターニングを不要とすることができながら、メモリセルのサイズを縮小することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【0025】
図1は、本発明の第1の実施形態に係るEEPROMの模式的な平面図である。図2は、図1に示すEEPROMの切断線II−IIにおける模式的な断面図である。図3は、図1に示すEEPROMの切断線III−IIIにおける模式的な断面図である。図4は、図1に示すEEPROMの切断線IV−IVにおける模式的な断面図である。
【0026】
EEPROM1は、図2〜4に示すように、P型の半導体層2を備えている。半導体層2は、Si(シリコン)基板であってもよいし、エピタキシャル成長またはCVD(Chemical Vapor Deposition)により形成されるSi層などであってもよい。
【0027】
半導体層2の表面には、複数のアクティブ領域3を除いて、素子分離部4が形成されている。素子分離部4は、たとえば、半導体層2の表面から比較的浅く掘り下がった溝(Shallow Trench)に絶縁体が埋設された構造を有するものであってもよいし、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)法により半導体層2の表面に選択的に形成されたシリコン酸化膜であってもよい。なお、素子分離部4が図示された各図では、素子分離部4にのみハッチングを付し、それ以外の部分にはハッチングを付していない。
【0028】
図1には、アクティブ領域3の輪郭が太線で示されている。複数のアクティブ領域3は、行方向およびこれと直交する列方向に整列して形成されている。各アクティブ領域3は、列方向に延びる第1部分5と、第1部分5に対して行方向に間隔を空けて列方向に延びる第2部分6と、第1部分5および第2部分6の列方向の各一端部間を接続する第3部分7とを有している。
【0029】
アクティブ領域3の第3部分7において、半導体層2の表層部には、図3,4に示すように、N型の第1不純物領域8および第2不純物領域9が列方向に間隔を空けて形成されている。
【0030】
また、アクティブ領域3の第1部分5において、半導体層2の表層部には、N型の第3不純物領域10が第2不純物領域9に対して列方向に間隔を空けて形成されている。さらに、第1部分5の列方向の端部において、半導体層2の表層部には、N型の第4不純物領域11が第3不純物領域に対して列方向に間隔を空けて形成されている。
【0031】
また、アクティブ領域3の第2部分6において、半導体層2の表層部には、N型の第5不純物領域12および第6不純物領域13が列方向に互いに隣接して一体をなして形成されている。この一体をなす第5不純物領域12および第6不純物領域13は、第2不純物領域9からその順に連続している。
【0032】
第1不純物領域8、第2不純物領域9、第3不純物領域10および第4不純物領域11は、ほぼ同じN型不純物濃度を有し、第5不純物領域12および第6不純物領域13は、第1不純物領域8、第2不純物領域9、第3不純物領域10および第4不純物領域11のN型不純物濃度よりも高いN型不純物濃度を有している。
【0033】
図2〜4に示すように、半導体層2上には、第1絶縁膜14が形成されている。第1絶縁膜14は、たとえば、SiOからなる。
【0034】
第1絶縁膜14上には、図3,4に示すように、第1不純物領域8と第2不純物領域9との間の領域と対向する位置に、ドープトポリシリコン(たとえば、N型不純物が高濃度にドーピングされたポリシリコン)からなるセレクトゲート15が行方向に延びるライン状に形成されている。
【0035】
また、第1絶縁膜14上には、図1〜4に示すように、第2不純物領域9と第3不純物領域10との間の領域および第5不純物領域12と対向する位置に、ドープトポリシリコンからなる第1フローティングゲート16がそれらの領域に跨るように形成されている。
【0036】
第1フローティングゲート16上には、第2絶縁膜17が形成されている。第2絶縁膜17は、たとえば、窒化シリコン膜を1対の酸化シリコン膜で挟み込んだONO(酸化膜−窒化膜−酸化膜)構造を有している。第2絶縁膜17は、第1フローティングゲート16の上面および側面を被覆している。
【0037】
第2絶縁膜17上には、ドープトポリシリコンからなる第1コントロールゲート18が行方向に延びるライン状に形成されている。第1コントロールゲート18は、第2絶縁膜17の上面および側面を被覆している。
【0038】
第1絶縁膜14には、第5不純物領域12と対向する部分の一部の厚さが小さくされることにより、図1,2,4に示すように、第1トンネルウィンドウ19が形成されている。
【0039】
さらに、図1,3,4に示すように、第1絶縁膜14上には、第3不純物領域10と第4不純物領域11との間の領域および第6不純物領域13と対向する位置に、ドープトポリシリコンからなる第2フローティングゲート20がそれらの領域に跨るように形成されている。
【0040】
第2フローティングゲート20上には、第3絶縁膜21が形成されている。第3絶縁膜21は、たとえば、窒化シリコン膜を1対の酸化シリコン膜で挟み込んだONO構造を有している。第3絶縁膜21は、第2フローティングゲート20の上面および側面を被覆している。
【0041】
第3絶縁膜21上には、ドープトポリシリコンからなる第2コントロールゲート22が行方向に延びるライン状に形成されている。第2コントロールゲート22は、第3絶縁膜21の上面および側面を被覆している。
【0042】
図1,4に示すように、第1絶縁膜14には、第6不純物領域13と対向する部分の一部の厚さが小さくされることにより、第2トンネルウィンドウ23が形成されている。たとえば、第1絶縁膜14の厚さが200〜400Åであるのに対し、第1トンネルウィンドウ19および第2トンネルウィンドウ23は、70〜100Åの厚さに形成されている。
【0043】
そして、図2〜4に示すように、半導体層2上には、層間絶縁膜24が積層されている。層間絶縁膜24は、たとえば、SiOからなる。層間絶縁膜24により、第1絶縁膜14、セレクトゲート15、第1コントロールゲート18および第2コントロールゲート22が一括して被覆されている。
【0044】
層間絶縁膜24上には、複数の配線(図示せず)が形成されており、層間絶縁膜24には、図1,3に示すように、それらの配線と第1不純物領域8および第4不純物領域11とをそれぞれ接続するためのコンタクトプラグ25,26が埋設されている。コンタクトプラグ25,26は、たとえば、W(タングステン)からなる。第1不純物領域8の表層部には、コンタクトプラグ25が接続される部分に、それ以外の部分よりも高いN型不純物濃度を有するコンタクト領域27が形成されている。また、第4不純物領域11の表層部には、コンタクトプラグ26が接続される部分に、それ以外の部分よりも高いN型不純物濃度を有するコンタクト領域28が形成されている。
【0045】
第1不純物領域8、第2不純物領域9、および第1不純物領域8と第2不純物領域9との間の領域に第1絶縁膜14を挟んで対向するセレクトゲート15は、セレクトトランジスタを構成する。また、第2不純物領域9、第3不純物領域10、第5不純物領域12、第2不純物領域9と第3不純物領域10との間の領域および第5不純物領域12に第1絶縁膜14を挟んで対向する第1フローティングゲート16、第2絶縁膜17、ならびに第1コントロールゲート18は、第1のメモリトランジスタを構成する。さらに、第3不純物領域10、第4不純物領域11、第3不純物領域10と第4不純物領域11との間の領域および第6不純物領域13に第1絶縁膜14を挟んで対向する第2フローティングゲート20、第3絶縁膜21、ならびに第2コントロールゲート22は、第2のメモリトランジスタを構成する。
【0046】
第1コントロールゲート18および第2コントロールゲート22が接地電位とされ、第4不純物領域11(コンタクトプラグ26に接続された配線)がオープン状態とされた状態で、第1不純物領域8(コンタクトプラグ25に接続された配線)およびセレクトゲート15にプログラム電圧Vpp(たとえば、15〜20V)が印加されると、セレクトトランジスタがオンになり、第5不純物領域12と第1フローティングゲート16との間、および第6不純物領域13と第2フローティングゲート20との間にそれぞれ高電界が形成される。そして、その高電界により、第1フローティングゲート16および第2フローティングゲート20からそれぞれ第5不純物領域12および第6不純物領域13に電子が引き抜かれ、第1および第2のメモリトランジスタへのデータの書き込みが達成される。
【0047】
このように、EEPROM1では、第1および第2のメモリトランジスタに同一のデータを同時に書き込むことができる。そのため、2つのメモリトランジスタに同一のデータが個別に書き込まれる構成とは異なり、2つのメモリトランジスタ(第1および第2のメモリトランジスタ)に同一のデータを確実に書き込むことができる。
【0048】
データの消去時には、第1不純物領域8(コンタクトプラグ25に接続された配線)および第4不純物領域11(コンタクトプラグ26に接続された配線)が接地電位とされる。そして、セレクトゲート15、第1コントロールゲート18および第2コントロールゲート22にプログラム電圧Vppが印加される。これにより、第2不純物領域9、第5不純物領域12および第6不純物領域13に電子が流れ込む。その結果、第5不純物領域12と第1フローティングゲート16との間、および第6不純物領域13と第2フローティングゲート20との間に高電界が形成され、第5不純物領域12および第6不純物領域13からそれぞれ第1フローティングゲート16および第2フローティングゲート20に、電子が第1トンネルウィンドウ19および第2トンネルウィンドウ23をFNトンネルして注入される。
【0049】
第1フローティングゲート16および第2フローティングゲート20に電子が蓄積されている状態と蓄積されていない状態とでは、各メモリトランジスタの閾値電圧(各メモリトランジスタをオンさせるのに必要な電圧)が異なる。すなわち、閾値電圧は、第1フローティングゲート16および第2フローティングゲート20に電子が蓄積されている状態では、相対的に高い電圧Vth(1)をとり、第1フローティングゲート16および第2フローティングゲート20に電子が蓄積されていない状態では、相対的に低い電圧Vth(0)をとる。
【0050】
メモリトランジスタからのデータの読み出し時には、第1不純物領域8(コンタクトプラグ25に接続された配線)およびセレクトゲート15に所定電圧Vccが印加される。また、第4不純物領域11(コンタクトプラグ26に接続された配線)が接地電位とされる。そして、第1コントロールゲート18および第2コントロールゲート22に電圧Vth(1)と電圧Vth(0)との中間値のセンス電圧Vsenseが印加される。センス電圧Vsenseの印加により、各メモリトランジスタに電流が流れれば、論理信号「1」を得ることができる。一方、センス電圧Vsenseの印加により、各メモリトランジスタに電流が流れなければ、論理信号「0」を得ることができる。
【0051】
図5A〜5I,6A〜6Iは、図1〜4に示すEEPROMの製造工程を順に示す模式的な断面図である。図5A〜5Iの切断線は、図3の切断線(図1に示す切断線III−III)と同じであり、図6A〜6Iの切断線は、図4の切断線(図1に示す切断線IV−IVと同じである。
【0052】
EEPROM1の製造工程では、まず、図5A,6Aに示すように、半導体層2の表面に、素子分離部4が選択的に形成される。
【0053】
次に、図5B,6Bに示すように、フォトリソグラフィにより、半導体層2上に、第5不純物領域12および第6不純物領域13を形成すべき部分と対向する部分に開口51を有するレジストパターン52が形成される。そして、イオン注入法により、レジストパターン52をマスクとして、開口51から半導体層2の表層部にN型不純物(たとえば、P(リン)またはAs(ヒ素))が注入される。これにより、半導体層2の表層部に、第5不純物領域12および第6不純物領域13が形成される。イオン注入後、レジストパターン52は除去される。
【0054】
その後、図5C,6Cに示すように、熱酸化法により、半導体層2の表面に酸化シリコン膜53が形成される。次いで、フォトリソグラフィにより、酸化シリコン膜53上に、第1トンネルウィンドウ19および第2トンネルウィンドウ23を形成すべき部分とそれぞれ対向する部分に開口54,55を有するレジストパターン56が形成される。そして、レジストパターン56をマスクとするエッチングにより、酸化シリコン膜53における開口54,55から露出する部分が除去される。これにより、半導体層2の表面が選択的に露出する。酸化シリコン膜53を除去する手法としては、半導体層2にダメージを与えることを防止するために、ドライエッチングではなく、ウエットエッチングが採用される。エッチング後、レジストパターン56は除去される。
【0055】
次いで、図5D,6Dを参照して、熱酸化法により、半導体層2の表面の露出した部分に、酸化シリコン膜57が半導体層2の表面に先に形成されている酸化シリコン膜53と一体的に形成される。酸化シリコン膜57の形成に伴い、酸化シリコン膜53の厚さが増す(さらに成長する)ので、酸化シリコン膜57は、酸化シリコン膜53よりもその厚さが小さくなる。これにより、酸化シリコン膜57は、第1トンネルウィンドウ19および第2トンネルウィンドウ23を構成し、半導体層2上に、それらの第1トンネルウィンドウ19および第2トンネルウィンドウ23を有する第1絶縁膜14が得られる。
【0056】
その後、LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法により、第1絶縁膜14上に、ポリシリコン層が形成される。つづいて、イオン注入法により、そのポリシリコン層に対してN型不純物が注入される。その後、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、N型不純物が注入されたポリシリコン層(ドープトポリシリコン層)がパターニングされる。これにより、図5E,6Eに示すように、第1絶縁膜14上に、セレクトゲート15、第1フローティングゲート16および第2フローティングゲート20が形成される。
【0057】
次いで、図5F,6Fに示すように、イオン注入法により、セレクトゲート15、第1フローティングゲート16および第2フローティングゲート20をマスクとして、半導体層2の表層部にN型不純物が注入される。これにより、半導体層2の表層部に、第1不純物領域8、第2不純物領域9、第3不純物領域10および第4不純物領域11がセレクトゲート15、第1フローティングゲート16および第2フローティングゲート20に対して自己整合的に形成される。また、第5不純物領域12および第6不純物領域13にN型不純物がさらに注入されることにより、第5不純物領域12および第6不純物領域13のN型不純物濃度が高くなる。
【0058】
次に、CVD法により、第1絶縁膜14、セレクトゲート15、第1フローティングゲート16および第2フローティングゲート20の各表面を一括して被覆するように、ONO構造を有するONO膜58が形成される。その後、図5G,6Gに示すように、ONO膜58は、第1絶縁膜14の表面上から除去され、セレクトゲート15、第1フローティングゲート16および第2フローティングゲート20の各表面上に残される。ONO膜58の選択的な除去は、フォトリソグラフィおよびエッチングにより達成される。
【0059】
次いで、LPCVD法により、第1絶縁膜14およびONO膜58上に、ドープトポリシリコン層が形成される。そして、そのドープトポリシリコン層が半導体層2の表面上およびONO膜58におけるセレクトゲート15を被覆している部分上から除去される。このとき、ONO膜58におけるセレクトゲート15を被覆している部分も除去される。これにより、図5H,6Hに示すように、第1コントロールゲート18および第2コントロールゲート22が形成される。また、第1フローティングゲート16および第2フローティングゲート20上に残されたONO膜58は、それぞれ第2絶縁膜17および第3絶縁膜21となる。ドープトポリシリコン層およびONO膜58の選択的な除去は、フォトリソグラフィおよびエッチングにより達成される。
【0060】
その後、図5I,6Iに示すように、フォトリソグラフィにより、半導体層2上に、レジストパターン59が形成される。そして、イオン注入法により、レジストパターン59をマスクとして、半導体層2の表層部にN型不純物が注入される。これにより、半導体層2の表層部に、コンタクト領域27,28が形成される。イオン注入後、レジストパターン59は除去される。
【0061】
そして、半導体層2上に、層間絶縁膜24およびコンタクトプラグ25,26などが形成され、図1〜4に示すEEPROM1が得られる。
【0062】
図7は、本発明の第2の実施形態に係るEEPROMの模式的な平面図である。図8は、図7に示すEEPROMの切断線VIII−VIIIにおける模式的な断面図である。図9は、図7に示すEEPROMの切断線IX−IXにおける模式的な断面図である。図10は、図7に示すEEPROMの切断線X−Xにおける模式的な断面図である。図7〜10の各図において、図1〜4に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付している。そして、以下では、図7〜10に示す構造について、図1〜4に示す構造との相違点のみを取り上げて説明し、同一の参照符号を付した各部の説明を省略する。
【0063】
図7〜10に示すEEPROM71では、図1に示す第1トンネルウィンドウ19および第2トンネルウィンドウ23に対応する各部分に加えて、それら各部分の間の部分の第1絶縁膜14の厚さが小さくされることにより、第1トンネルウィンドウ19および第2トンネルウィンドウ23を包含する1つのトンネルウィンドウ72が形成されている。言い換えれば、トンネルウィンドウ72は、図1に示す第1トンネルウィンドウ19および第2トンネルウィンドウ23がそれぞれ対向方向に延長され、それらが列方向に隣接して一体化したように形成されている。
【0064】
また、第1コントロールゲート18および第2コントロールゲート22は、それぞれ第2絶縁膜17および第3絶縁膜21の列方向に互いに対向する各側面を被覆していない。すなわち、第1コントロールゲート18および第2コントロールゲート22は、それぞれ第2絶縁膜17および第3絶縁膜21の上面および列方向に互いに対向していない各側面を被覆している。
【0065】
図11A〜11I,12A〜12Iは、図7〜10に示すEEPROMの製造工程を順に示す模式的な断面図である。図11A〜11Iの切断線は、図9の切断線(図7に示す切断線VIII−VIII)と同じであり、図12A〜12Iの切断線は、図10の切断線(図1に示す切断線X−Xと同じである。
【0066】
EEPROM71の製造工程では、まず、図11A,12Aに示すように、半導体層2の表面に、素子分離部4が選択的に形成される。
【0067】
次に、図11B,12Bに示すように、フォトリソグラフィにより、半導体層2上に、第5不純物領域12および第6不純物領域13を形成すべき部分と対向する部分に開口51を有するレジストパターン52が形成される。そして、イオン注入法により、レジストパターン52をマスクとして、開口51から半導体層2の表層部にN型不純物が注入される。これにより、半導体層2の表層部に、第5不純物領域12および第6不純物領域13が形成される。イオン注入後、レジストパターン52は除去される。
【0068】
その後、図11C,12Cに示すように、熱酸化法により、半導体層2の表面に酸化シリコン膜53が形成される。次いで、フォトリソグラフィにより、酸化シリコン膜53上に、トンネルウィンドウ72を形成すべき部分と対向する部分に開口60を有するレジストパターン61が形成される。そして、レジストパターン61をマスクとするエッチングにより、酸化シリコン膜53における開口60から露出する部分が除去される。これにより、半導体層2の表面が選択的に露出する。酸化シリコン膜53を除去する手法としては、半導体層2にダメージを与えることを防止するために、ドライエッチングではなく、ウエットエッチングが採用される。エッチング後、レジストパターン61は除去される。
【0069】
次いで、図11D,12Dを参照して、熱酸化法により、半導体層2の表面の露出した部分に、酸化シリコン膜62が半導体層2の表面に先に形成されている酸化シリコン膜53と一体的に形成される。酸化シリコン膜62の形成に伴い、酸化シリコン膜53の厚さが増す(さらに成長する)ので、酸化シリコン膜62は、酸化シリコン膜53よりもその厚さが小さくなる。これにより、酸化シリコン膜62は、トンネルウィンドウ72を構成し、半導体層2上に、そのトンネルウィンドウ72を有する第1絶縁膜14が得られる。
【0070】
その後、LPCVD法により、第1絶縁膜14上に、ポリシリコン層が形成される。つづいて、イオン注入法により、そのポリシリコン層に対してN型不純物が注入される。その後、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、N型不純物が注入されたポリシリコン層(ドープトポリシリコン層)がパターニングされる。これにより、図11E,12Eに示すように、第1絶縁膜14上に、セレクトゲート15、第1フローティングゲート16および第2フローティングゲート20が形成される。
【0071】
次いで、図11F,12Fに示すように、イオン注入法により、セレクトゲート15、第1フローティングゲート16および第2フローティングゲート20をマスクとして、半導体層2の表層部にN型不純物が注入される。これにより、半導体層2の表層部に、第1不純物領域8、第2不純物領域9、第3不純物領域10および第4不純物領域11がセレクトゲート15、第1フローティングゲート16および第2フローティングゲート20に対して自己整合的に形成される。また、第5不純物領域12および第6不純物領域13にN型不純物がさらに注入されることにより、第5不純物領域12および第6不純物領域13のN型不純物濃度が高くなる。
【0072】
次に、CVD法により、第1絶縁膜14、セレクトゲート15、第1フローティングゲート16および第2フローティングゲート20の各表面を一括して被覆するように、ONO構造を有するONO膜58が形成される。その後、図11G,12Gに示すように、ONO膜58は、第1絶縁膜14の表面上から除去され、セレクトゲート15、第1フローティングゲート16および第2フローティングゲート20の各表面上に残される。ONO膜58の選択的な除去は、フォトリソグラフィおよびエッチングにより達成される。
【0073】
次いで、LPCVD法により、第1絶縁膜14およびONO膜58上に、ドープトポリシリコン層が形成される。そして、そのドープトポリシリコン層が選択的に除去される。また、ONO膜58におけるセレクトゲート15を被覆している部分が除去される。これにより、図11H,12Hに示すように、第1コントロールゲート18および第2コントロールゲート22が形成される。また、第1フローティングゲート16および第2フローティングゲート20上に残されたONO膜58は、それぞれ第2絶縁膜17および第3絶縁膜21となる。ドープトポリシリコン層およびONO膜58の選択的な除去は、フォトリソグラフィおよびエッチングにより達成される。
【0074】
その後、図11I,12Iに示すように、フォトリソグラフィにより、半導体層2上に、レジストパターン59が形成される。そして、イオン注入法により、レジストパターン59をマスクとして、半導体層2の表層部にN型不純物が注入される。これにより、半導体層2の表層部に、コンタクト領域27,28が形成される。イオン注入後、レジストパターン59は除去される。
【0075】
そして、半導体層2上に、層間絶縁膜24およびコンタクトプラグ25,26などが形成され、図7〜10に示すEEPROM71が得られる。
【0076】
トンネルウィンドウ72は、第1トンネルウィンドウ19および第2トンネルウィンドウ23よりも大きいので、その形成のために、酸化シリコン膜53の微細なパターニングが不要である。そして、トンネルウィンドウ72と第1フローティングゲート16および第2フローティングゲート20との各重なり部分のサイズを必要最小にすることにより、酸化シリコン膜53の微細なパターニングを不要とすることができながら、メモリセル(アクティブ領域3)のサイズを縮小することができる。
【0077】
以上、本発明の2つの実施形態を説明したが、これらの実施形態には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【0078】
たとえば、EEPROM1,71において、各半導体部分の導電型(P型、N型)を反転した構造が採用されてもよい。
【0079】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0080】
【図1】図1は、本発明の第1の実施形態に係るEEPROMの模式的な平面図である。
【図2】図2は、図1に示すEEPROMの切断線II−IIにおける模式的な断面図である。
【図3】図3は、図1に示すEEPROMの切断線III−IIIにおける模式的な断面図である。
【図4】図4は、図1に示すEEPROMの切断線IV−IVにおける模式的な断面図である。
【図5A】図5Aは、図1〜4に示すEEPROMの製造方法を説明するための模式的な断面図である。
【図5B】図5Bは、図5Aの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図5C】図5Cは、図5Bの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図5D】図5Dは、図5Cの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図5E】図5Eは、図5Dの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図5F】図5Fは、図5Eの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図5G】図5Gは、図5Fの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図5H】図5Hは、図5Gの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図5I】図5Iは、図5Hの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図6A】図6Aは、図1〜4に示すEEPROMの製造方法を説明するための模式的な断面図である。
【図6B】図6Bは、図6Aの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図6C】図6Cは、図6Bの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図6D】図6Dは、図6Cの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図6E】図6Eは、図6Dの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図6F】図6Fは、図6Eの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図6G】図6Gは、図6Fの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図6H】図6Hは、図6Gの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図6I】図6Iは、図6Hの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図7】図7は、本発明の第2の実施形態に係るEEPROMの模式的な平面図である。
【図8】図8は、図7に示すEEPROMの切断線VIII−VIIIにおける模式的な断面図である。
【図9】図9は、図7に示すEEPROMの切断線IX−IXにおける模式的な断面図である。
【図10】図10は、図7に示すEEPROMの切断線X−Xにおける模式的な断面図である。
【図11A】図11Aは、図7〜10に示すEEPROMの製造方法を説明するための模式的な断面図である。
【図11B】図11Bは、図11Aの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図11C】図11Cは、図11Bの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図11D】図11Dは、図11Cの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図11E】図11Eは、図11Dの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図11F】図11Fは、図11Eの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図11G】図11Gは、図11Fの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図11H】図11Hは、図11Gの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図11I】図11Iは、図11Hの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図12A】図12Aは、図7〜10に示すEEPROMの製造方法を説明するための模式的な断面図である。
【図12B】図12Bは、図12Aの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図12C】図12Cは、図12Bの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図12D】図12Dは、図12Cの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図12E】図12Eは、図12Dの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図12F】図12Fは、図12Eの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図12G】図12Gは、図12Fの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図12H】図12Hは、図12Gの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図12I】図12Iは、図12Hの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図13】図13は、従来のWセル方式のEEPROMの模式的な平面図である。
【図14】図14は、図13に示すEEPROMの切断線XIV−XIVにおける模式的な断面図である。
【符号の説明】
【0081】
1 EEPROM
2 半導体層
3 アクティブ領域
4 素子分離部
5 第1部分
6 第2部分
7 第3部分
8 第1不純物領域
9 第2不純物領域
10 第3不純物領域
11 第4不純物領域
12 第5不純物領域
13 第6不純物領域
14 第1絶縁膜
15 セレクトゲート
16 第1フローティングゲート
17 第2絶縁膜
18 第1コントロールゲート
19 第1トンネルウィンドウ
20 第2フローティングゲート
21 第3絶縁膜
22 第2コントロールゲート
23 第2トンネルウィンドウ
71 EEPROM
72 トンネルウィンドウ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1導電型の半導体層と、
前記半導体層上に形成された第1絶縁膜と、
前記半導体層の表面に選択的に形成され、アクティブ領域を取り囲む素子分離部と、
前記アクティブ領域において、前記半導体層の表層部に形成された第2導電型の第1不純物領域と、
前記アクティブ領域において、前記半導体層の表層部に前記第1不純物領域と間隔を空けて形成された第2導電型の第2不純物領域と、
前記第1絶縁膜上に形成され、前記第1不純物領域と前記第2不純物領域との間の領域に対向するセレクトゲートと、
前記アクティブ領域において、前記半導体層の表層部に前記第2不純物領域と間隔を空けて形成された第2導電型の第3不純物領域と、
前記第1絶縁膜上に形成され、前記第2不純物領域と前記第3不純物領域との間の領域に対向する第1フローティングゲートと、
前記第1フローティングゲート上に形成された第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜上に形成された第1コントロールゲートと、
前記アクティブ領域において、前記半導体層の表層部に前記第3不純物領域と間隔を空けて形成された第2導電型の第4不純物領域と、
前記第1絶縁膜上に形成され、前記第3不純物領域と前記第4不純物領域との間の領域に対向する第2フローティングゲートと、
前記第2フローティングゲート上に形成された第3絶縁膜と、
前記第3絶縁膜上に形成された第2コントロールゲートと、
前記第1絶縁膜における前記第1フローティングゲートと接する部分の一部の厚さを小さくすることにより形成された第1トンネルウィンドウと、
前記半導体層の表層部における前記第1トンネルウィンドウと対向する部分に形成され、前記第2不純物領域に接続された第2導電型の第5不純物領域と、
前記第1絶縁膜における前記第2フローティングゲートと接する部分の一部の厚さを小さくすることにより形成された第2トンネルウィンドウと、
前記半導体層の表層部における前記第2トンネルウィンドウと対向する部分に形成され、前記第2不純物領域に接続された第2導電型の第6不純物領域とを含む、EEPROM。
【請求項2】
前記第5不純物領域および前記第6不純物領域は、所定方向に隣接して一体をなし、
前記第6不純物領域は、前記第5不純物領域を介して前記第2不純物領域に接続されている、請求項1に記載のEEPROM。
【請求項3】
前記第1不純物領域は、前記第2不純物領域に対して前記所定方向に対向し、
前記第2不純物領域は、前記所定方向と直交する方向に延び、
前記第3不純物領域は、前記第2不純物領域の前記所定方向と直交する方向の一端部に対して前記第1不純物領域側と反対側において前記所定方向に対向し、
前記第4不純物領域は、前記第3不純物領域に対して前記所定方向に対向し、
前記第5不純物領域は、前記第2不純物領域の前記一端部と反対側の他端部に対して前記第1不純物領域側と反対側から接続され、
前記セレクトゲート、前記第1フローティングゲートおよび前記第2フローティングゲートは、前記所定方向と直交する方向に延びている、請求項2に記載のEEPROM。
【請求項4】
前記アクティブ領域は、所定方向に延びる第1部分と、前記第1部分に対して前記所定方向と直交する方向に間隔を空けて前記所定方向に延びる第2部分と、前記第1部分および前記第2部分の前記所定方向の各一端部間を接続する第3部分とを有し、
前記第1不純物領域および前記第2不純物領域は、前記第3部分に形成され、
前記第3不純物領域および前記第4不純物領域は、前記第1部分に形成され、
前記第5不純物領域および前記第6不純物領域は、前記第2部分に形成されている、請求項3に記載のEEPROM。
【請求項5】
前記第1トンネルウィンドウおよび前記第2トンネルウィンドウは、前記所定方向に隣接して一体をなしている、請求項2〜4のいずれか一項に記載のEEPROM。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5A】
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【図5B】
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【図5C】
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【図5D】
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【図5E】
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【図5F】
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【図5G】
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【図5H】
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【図5I】
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【図6A】
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【図6B】
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【図6C】
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【図6D】
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【図6E】
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【図6F】
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【図6G】
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【図6H】
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【図6I】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11A】
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【図11B】
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【図11C】
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【図11D】
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【図11E】
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【図11F】
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【図11G】
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【図11H】
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【図11I】
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【図12A】
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【図12B】
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【図12C】
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【図12D】
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【図12E】
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【図12F】
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【図12G】
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【図12H】
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【図12I】
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【図13】
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【図14】
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【公開番号】特開2010−129979(P2010−129979A)
【公開日】平成22年6月10日(2010.6.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−306674(P2008−306674)
【出願日】平成20年12月1日(2008.12.1)
【出願人】(000116024)ローム株式会社 (3,539)
【Fターム(参考)】