(57)【要約】【課題】不揮発メモリ装置のメモリセルを小型化する。【解決手段】フローティングゲート電極１２０は、トンネル絶縁膜１１０の上に形成されている。コントロールゲート電極１４０は、第１絶縁膜１３０を介してフローティングゲート電極１２０の上に形成されている。セレクトゲート絶縁膜１５０は、基板１０の上に形成されており、トンネル絶縁膜１１０の横に位置している。セレクトゲート電極１７０はセレクトゲート絶縁膜１５０上に位置している。またセレクトゲート電極１７０は、第２絶縁膜１６０を介してフローティングゲート電極１２０の横に位置している。そしてセレクトゲート電極１７０のうちフローティングゲート電極１２０に面する側面は、下端１７４が第２絶縁膜１６０の下に入り込んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成されたトンネル絶縁膜と、
前記トンネル絶縁膜上に形成されたフローティングゲート電極と、
第１絶縁膜を介して前記フローティングゲート電極上に形成されたコントロールゲート電極と、
前記基板上に形成され、前記トンネル絶縁膜の横に位置するセレクトゲート絶縁膜と、
前記セレクトゲート絶縁膜上に位置し、第２絶縁膜を介して前記フローティングゲート電極の横に位置するセレクトゲート電極と、
を備え、
前記セレクトゲート電極のうち前記フローティングゲート電極に面する側面は、下端が前記第２絶縁膜の下に入り込んでいる不揮発メモリ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の不揮発メモリ装置において、
前記トンネル絶縁膜は、前記セレクトゲート絶縁膜に面する側の端部が、中央部と比較して厚くなっている不揮発メモリ装置。
【請求項３】
請求項２に記載の不揮発メモリ装置において、
前記トンネル絶縁膜の前記端部は、前記フローティングゲート電極が酸化されることにより少なくとも一部が形成されている不揮発メモリ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の不揮発メモリ装置において、
前記第２絶縁膜と前記セレクトゲート電極の間に形成され、下端が前記基板から離れているエッチングストッパー膜を備える不揮発メモリ装置。
【請求項５】
請求項４に記載の不揮発メモリ装置において、
前記第２絶縁膜は酸化シリコン膜であり、前記エッチングストッパー膜は窒化シリコン膜である不揮発メモリ装置。
【請求項６】
基板上にトンネル絶縁膜、フローティングゲート電極、第１絶縁膜、及びコントロールゲート電極をこの順に積層した積層構造を形成する工程と、
前記積層構造の側面に、下端が前記基板から離れている第２絶縁膜を形成する工程と、
前記基板に、前記トンネル絶縁膜の横に位置するセレクトゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記セレクトゲート絶縁膜上に、前記第２絶縁膜を介して前記フローティングゲート電極の横に位置するセレクトゲート電極を形成する工程と、
を備え、
前記セレクトゲート電極を形成する工程において、前記セレクトゲート電極のうち前記フローティングゲート電極に面する側面の下端を、前記第２絶縁膜の下に入り込ませる不揮発メモリ装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の不揮発メモリ装置の製造方法において、
前記第２絶縁膜を形成する工程は、
前記積層構造の側面に前記第２絶縁膜を形成する工程と、
前記第２絶縁膜の側面のうち下端をのぞいた領域に、エッチングストッパー膜を形成する工程と、
前記エッチングストッパー膜をマスクとして前記第２絶縁膜をエッチングする工程と、
を備える不揮発メモリ装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の不揮発メモリ装置の製造方法において、
前記第２絶縁膜を形成する工程において、前記基板上及び前記積層構造の側面に前記第２絶縁膜を形成し、
前記エッチングストッパー膜を形成する工程は、
前記第２絶縁膜上に前記エッチングストッパー膜を形成する工程と、
前記第２絶縁膜及び前記エッチングストッパー膜を異方性エッチングすることにより、前記基板上に位置する前記第２絶縁膜及び前記エッチングストッパー膜を除去する工程と、
を備える不揮発メモリ装置の製造方法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか一項に記載の不揮発メモリ装置の製造方法において、
前記第２絶縁膜の下端を除去する工程において、前記フローティングゲート電極の下部及び前記トンネル絶縁膜を前記第２絶縁膜から露出させる不揮発メモリ装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項６〜８のいずれか一項に記載の不揮発メモリ装置の製造方法において、
前記第２絶縁膜の下端を除去する工程において、前記第２絶縁膜のうち前記フローティングゲート電極の下部及び前記トンネル絶縁膜に面する部分の厚さを、前記セレクトゲート絶縁膜の厚さ以下にする不揮発メモリ装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の不揮発メモリ装置の製造方法において、
前記セレクトゲート絶縁膜を形成する工程において、
前記基板を酸化することにより前記セレクトゲート絶縁膜を形成し、かつ前記フローティングゲート電極のうち前記エッチングストッパー膜で覆われていない部分を酸化する不揮発メモリ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は不揮発メモリ装置及び不揮発メモリ装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
不揮発メモリ装置は、フローティングゲート電極に電荷を蓄積することにより情報を保持する装置である。不揮発メモリ装置の一例として、特許文献１に記載されているように、フローティングゲート電極及びコントロールゲート電極の積層体を２つ、共通の消去用ゲート電極を挟んで対向配置させるものがある。この構造において、セレクトゲート電極は、フローティングゲート電極及びコントロールゲート電極の積層体を介して消去用ゲート電極の反対側に配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６７４７３１０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
不揮発メモリ装置の集積度を上げることは、記録容量を増やす上で重要である。このため、不揮発メモリ装置のメモリセルを小型化することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、基板と、
前記基板上に形成されたトンネル絶縁膜と、
前記トンネル絶縁膜上に形成されたフローティングゲート電極と、
第１絶縁膜を介して前記フローティングゲート電極上に形成されたコントロールゲート電極と、
前記基板上に形成され、前記トンネル絶縁膜の横に位置するセレクトゲート絶縁膜と、
前記セレクトゲート絶縁膜上に位置し、第２絶縁膜を介して前記フローティングゲート電極の横に位置するセレクトゲート電極と、
を備え、
前記セレクトゲート電極のうち前記フローティングゲート電極に面する側面は、下端が前記第２絶縁膜の下に入り込んでいる不揮発メモリ装置が提供される。
【０００６】
セレクトゲート電極の幅は、設計時に定められている。そして本発明では、セレクトゲート電極は、フローティングゲート電極に面する側面の下端が第２絶縁膜の下に入り込んでいる。このため、セレクトゲート電極とフローティングゲート電極の間隔を狭くすることができる。従って、メモリセルを小型化することができる。
【０００７】
本発明によれば、基板上にトンネル絶縁膜、フローティングゲート電極、第１絶縁膜、及びコントロールゲート電極をこの順に積層した積層構造を形成する工程と、
前記積層構造の側面に、下端が前記基板から離れている第２絶縁膜を形成する工程と、
前記基板に、前記トンネル絶縁膜の横に位置するセレクトゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記セレクトゲート絶縁膜上に、前記第２絶縁膜を介して前記フローティングゲート電極の横に位置するセレクトゲート電極を形成する工程と、
を備え、
前記セレクトゲート電極を形成する工程において、前記セレクトゲート電極のうち前記フローティングゲート電極に面する側面の下端を、前記第２絶縁膜の下に入り込ませる不揮発メモリ装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、不揮発メモリ装置のメモリセルを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る不揮発メモリ装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示した不揮発メモリ装置の製造方法を示す断面図である
【図３】図１に示した不揮発メモリ装置の製造方法を示す断面図である
【図４】図１に示した不揮発メモリ装置の製造方法を示す断面図である
【図５】図１に示した不揮発メモリ装置の製造方法を示す断面図である
【図６】図１に示した不揮発メモリ装置の製造方法を示す断面図である
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１１】
図１は、実施形態に係る不揮発メモリ装置の構成を示す断面図である。この不揮発メモリ装置は、基板１０、トンネル絶縁膜１１０、フローティングゲート電極１２０、コントロールゲート電極１４０、セレクトゲート絶縁膜１５０、及びセレクトゲート電極１７０を備えている。基板１０は、例えばシリコン基板などの半導体基板である。トンネル絶縁膜１１０は基板１０の上に形成されている。フローティングゲート電極１２０は、トンネル絶縁膜１１０の上に形成されている。コントロールゲート電極１４０は、第１絶縁膜１３０を介してフローティングゲート電極１２０の上に形成されている。セレクトゲート絶縁膜１５０は、基板１０の上に形成されており、トンネル絶縁膜１１０の横に位置している。セレクトゲート電極１７０はセレクトゲート絶縁膜１５０上に位置している。またセレクトゲート電極１７０は、第２絶縁膜１６０を介してフローティングゲート電極１２０の横に位置している。そしてセレクトゲート電極１７０のうちフローティングゲート電極１２０に面する側面は、下端１７４が第２絶縁膜１６０の下に入り込んでいる。以下、詳細に説明する。
【００１２】
本実施形態において不揮発メモリ装置は、トンネル絶縁膜１１０、フローティングゲート電極１２０、コントロールゲート電極１４０、セレクトゲート絶縁膜１５０、及びセレクトゲート電極１７０からなるメモリセルを、共通の消去用ゲート電極１８０を介して２つ互いに対抗配置した構成を有している。消去用ゲート電極１８０は、トンネル絶縁膜１９０を介して２つのフローティングゲート電極１２０に接している。トンネル絶縁膜１９０は、例えば酸化シリコン膜である。また消去用ゲート電極１８０は、絶縁膜１９４及び絶縁膜１９２を介してコントロールゲート電極１４０に接している。
【００１３】
フローティングゲート電極１２０に情報を書き込む場合、フローティングゲート電極１２０にはトンネル絶縁膜１１０を介して電荷が注入される。またフローティングゲート電極１２０から情報が消去される場合、フローティングゲート電極１２０からはトンネル絶縁膜１９０を介して電荷が引き抜かれる。
【００１４】
上記したようにセレクトゲート電極１７０は、フローティングゲート電極１２０に面する側面が、下端１７４が第２絶縁膜１６０の下に入り込んでいる。詳細には、第２絶縁膜１６０とセレクトゲート電極１７０の間には、エッチングストッパー膜１６２が形成されている。エッチングストッパー膜１６２は、第２絶縁膜１６０に対して高い選択比を有する材料により形成されている。第２絶縁膜１６０が酸化シリコン膜である場合、エッチングストッパー膜１６２は、例えば窒化シリコン膜である。
【００１５】
エッチングストッパー膜１６２の下端は基板１０及びセレクトゲート絶縁膜１５０から離れている。そしてセレクトゲート電極１７０の下端１７４は、エッチングストッパー膜１６２とセレクトゲート絶縁膜１５０の間のスペースに入り込んでいる。そして下端１７４は、下に行くにつれてトンネル絶縁膜１１０に近づく方向に幅が広がっている。
【００１６】
トンネル絶縁膜１１０は、２つのフローティングゲート電極１２０の下及びそれらの間の領域に連続的に形成されている。またトンネル絶縁膜１１０は、セレクトゲート絶縁膜に面する側の端部１１２が、他の部分、例えばフローティングゲート電極１２０の下に位置する領域の中央部と比較して厚くなっている。トンネル絶縁膜１１０の端部１１２は、フローティングゲート電極１２０の側面の下部が酸化されることにより、一部が形成されている。なお第２絶縁膜１６０の下端、例えばエッチングストッパー膜１６２により覆われていない部分も、フローティングゲート電極１２０の側面の下部が酸化されることにより、一部が形成されている。
【００１７】
セレクトゲート電極１７０は、フローティングゲート電極１２０とは逆側の側面がサイドウォール２００によって覆われている。そして基板１０のうちサイドウォール２００を介してセレクトゲート電極１７０とは逆側に位置する領域には、ソース及びドレインの一方となる拡散層３０が形成されている。また基板１０のうち消去用ゲート電極１８０の下方に位置する領域には、ソース及びドレインの他方となる拡散層２０が形成されている。拡散層３０にはコンタクト２１２が接続している。コンタクト２１２は、層間絶縁膜２１０に埋め込まれている。そして拡散層３０の表層、コントロールゲート電極１４０の表層、セレクトゲート電極１７０の表層、及び消去用ゲート電極１８０の表層には、それぞれシリサイド層３２，１４２，１７２，１８２が形成されている。また拡散層２０は、層間絶縁膜２１０に埋め込まれたコンタクト（図示せず）に接続するために、消去用ゲート電極１８０が形成されていない領域まで延伸しているが、この延伸している部分において表層にシリサイド層が形成されている。
【００１８】
図２〜図６の各図は、図１に示した不揮発メモリ装置の製造方法を示す断面図である。この不揮発メモリ装置の製造方法は、以下の工程を有している。まず基板１０上にトンネル絶縁膜１１０、フローティングゲート電極１２０、第１絶縁膜１３０、及びコントロールゲート電極１４０をこの順に積層した積層構造を形成する。次いでこの積層構造の側面に第２絶縁膜１６０を形成する。次いで、基板１０上にセレクトゲート絶縁膜１５０を形成する。次いで、セレクトゲート絶縁膜１５０上にセレクトゲート電極１７０を形成する。このとき、セレクトゲート電極１７０のうちフローティングゲート電極１２０に面する側面の下端を、第２絶縁膜１６０の下に入り込ませる。以下、詳細に説明する。
【００１９】
まず図２（ａ）に示すように、基板１０上に絶縁膜１１４、ポリシリコン膜１２２、絶縁膜１３２、及びポリシリコン膜１４４の積層構造を形成する。絶縁膜１１４はトンネル絶縁膜１１０となる膜であり、例えば熱酸化法又はＣＶＤ法により形成される。ポリシリコン膜１２２はフローティングゲート電極１２０となる膜であり、絶縁膜１３２は第１絶縁膜１３０となる膜であり、ポリシリコン膜１４４はコントロールゲート電極１４０となる膜である。ポリシリコン膜１２２、絶縁膜１３２、及びポリシリコン膜１４４は例えばＣＶＤ法により形成される。
【００２０】
次いで図２（ｂ）に示すように、ポリシリコン膜１４４上にレジストパターン５０を形成し、このレジストパターン５０をマスクとしてポリシリコン膜１４４及び絶縁膜１３２をエッチングする。これにより、コントロールゲート電極１４０及び第１絶縁膜１３０が形成される。
【００２１】
その後、図３（ａ）に示すように、レジストパターン５０を除去する。次いで、コントロールゲート電極１４０上およびポリシリコン膜１２２上にレジストパターン５２を形成し、レジストパターン５２をマスクとしてポリシリコン膜１２２及び絶縁膜１１４をエッチングする。これにより、トンネル絶縁膜１１０及びフローティングゲート電極１２０が形成される。ただし隣り合う２つのフローティングゲート電極１２０は、互いにつながったままである。
【００２２】
その後、図３（ｂ）に示すようにレジストパターン５２を除去する。次いでトンネル絶縁膜１１０、フローティングゲート電極１２０、第１絶縁膜１３０、及びコントロールゲート電極１４０の側面上および表面上、並びに基板１０上に、絶縁膜１６４，１６６をこの順に形成する。絶縁膜１６４は、第２絶縁膜１６０及び絶縁膜１９４となる膜であり、絶縁膜１６６はエッチングストッパー膜１６２及び絶縁膜１９２となる膜である。
【００２３】
次いで図４（ａ）に示すように、絶縁膜１６６を異方性エッチングすることにより、エッチバックする。これにより、エッチングストッパー膜１６２及び絶縁膜１９２が形成される。次いでエッチングストッパー膜１６２をマスクとして絶縁膜１６４を異方性エッチングすることにより、エッチバックする。これにより、第２絶縁膜１６０及び絶縁膜１９４が形成される。この段階においてエッチングストッパー膜１６２は、下端が基板１０及びトンネル絶縁膜１１０から離れている。このため第２絶縁膜１６０の下部は、エッチングストッパー膜１６２によって覆われていない。
【００２４】
次いで図４（ｂ）に示すように、基板１０上にレジストパターン５４を形成し、レジストパターン５４をマスクとしてフローティングゲート電極１２０をエッチングする。これにより２つのフローティングゲート電極１２０は互いに分離される。次いで、レジストパターン５４をマスクとして基板１０に不純物を注入する。これにより、基板１０には拡散層２０が形成される。
【００２５】
その後、図５（ａ）に示すようにレジストパターン５４を除去する。次いでフローティングゲート電極１２０を熱酸化する。これにより、トンネル絶縁膜１９０が形成される。またこの工程において、基板１０も熱酸化され、熱酸化膜１２が形成される。
【００２６】
次いで図５（ｂ）に示すように、コントロールゲート電極１４０の上面、フローティングゲート電極１２０の相互間に位置するトンネル絶縁膜１１０の上面、並びに第２絶縁膜１６０及び絶縁膜１９４の上端面をレジストパターン５６で覆う。次いで熱酸化膜１２を等方性エッチング、例えばウェットエッチングにより除去する。このとき、オーバーエッチング量を多くする。このようにすると、第２絶縁膜１６０はエッチングストッパー膜１６２をマスクとしてエッチングされる。その結果、第２絶縁膜１６０の下部は少なくとも一部が除去され、フローティングゲート電極１２０の下部及びトンネル絶縁膜１１０は、第２絶縁膜１６０から露出する。なおこの工程において、第２絶縁膜１６０のうちフローティングゲート電極１２０の下部及びトンネル絶縁膜１１０に面する部分は、ごく薄く残ることもある。この場合、第２絶縁膜１６０の下端のうち残った部分の厚さがセレクトゲート絶縁膜１５０の厚さ以下になるように、エッチング条件を設定する。
【００２７】
その後、図６（ａ）に示すようにレジストパターン５６を除去する。次いで基板１０をウェット酸化する。これにより、基板１０にはセレクトゲート絶縁膜１５０が形成される。また上記したように、フローティングゲート電極１２０の下部及びトンネル絶縁膜１１０は、第２絶縁膜１６０から露出するか、又は第２絶縁膜１６０の下端のうち残った部分の厚さはセレクトゲート絶縁膜１５０の厚さ以下になっている。このため、フローティングゲート電極１２０のうちエッチングストッパー膜１６２で覆われていない部分は酸化される。これにより、トンネル絶縁膜１１０の端部１１２は厚くなる。また第２絶縁膜１６０の下端の一部も形成される。
【００２８】
次いで図６（ｂ）に示すように、フローティングゲート電極１２０の相互間に位置するトンネル絶縁膜１１０の上面、およびエッチングストッパー膜１６２の側面を含む全面にポリシリコン膜を形成する。この工程において、ポリシリコン膜は、第２絶縁膜１６０とセレクトゲート絶縁膜１５０の間の空間に入り込む。次いでこのポリシリコン膜上にレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとしてポリシリコン膜をエッチングする。これにより、セレクトゲート電極１７０及び消去用ゲート電極１８０が形成される。
【００２９】
次いで、基板１０上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜をエッチバックする。これにより、サイドウォール２００が形成される。
【００３０】
その後、図１に示すように、サイドウォール２００、セレクトゲート電極１７０、コントロールゲート電極１４０、及び消去用ゲート電極１８０をマスクとして、基板１０に不純物を注入する。これにより、拡散層３０が形成される。次いで、シリサイド層３２，１４２，１７２，１８２を形成し、さらに層間絶縁膜２１０及びコンタクト２１２を形成する。
【００３１】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。セレクトゲート電極１７０の幅は、設計時に定められている。そして本実施形態では、セレクトゲート電極１７０は、フローティングゲート電極１２０に面する側面の下端が第２絶縁膜１６０の下に入り込んでいる。このため、セレクトゲート電極１７０とフローティングゲート電極１２０の間隔を狭くすることができる。従って、メモリセルを小型化することができる。
【００３２】
また、トンネル絶縁膜１１０の端部１１２は厚くなる。このため、基板１０とフローティングゲート電極１２０の間に形成される容量は小さくなる。このため、この容量を基準にしたときの、フローティングゲート電極１２０とコントロールゲート電極１４０の間に形成される容量の大きさは、端部１１２を厚くしない場合と比較して大きくなる。従って、フローティングゲート電極１２０に対する書込特性が向上する。
【００３３】
また第２絶縁膜１６０の側面をエッチングストッパー膜１６２で覆っている。このため、セレクトゲート絶縁膜１５０を形成する工程において、第２絶縁膜１６０を酸素が透過してフローティングゲート電極１２０及びコントロールゲート電極１４０が酸化されることを抑制できる。
【００３４】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００３５】
１０ 基板
１２ 熱酸化膜
２０ 拡散層
３０ 拡散層
３２    シリサイド層
５０ レジストパターン
５２ レジストパターン
５４ レジストパターン
５６ レジストパターン
１１０ トンネル絶縁膜
１１２ 端部
１１４ 絶縁膜
１２０ フローティングゲート電極
１２２ ポリシリコン膜
１３０ 第１絶縁膜
１３２ 絶縁膜
１４０ コントロールゲート電極
１４２  シリサイド層
１４４ ポリシリコン膜
１５０ セレクトゲート絶縁膜
１６０ 第２絶縁膜
１６２ エッチングストッパー膜
１６４ 絶縁膜
１６６ 絶縁膜
１７０ セレクトゲート電極
１７２  シリサイド層
１７４ 下端
１８０ 消去用ゲート電極
１８２ シリサイド層
１９０ トンネル絶縁膜
１９２ 絶縁膜
１９４ 絶縁膜
２００ サイドウォール
２１０ 層間絶縁膜
２１２ コンタクト
【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５】
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【図６】
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