JPH0334579A - Nonvolatile semiconductor storage device and manufacture thereof - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
本発明は、浮遊ゲートと制御ゲートを有する書替え可能
なメモリセルを用いた不揮発性半導体記憶装置とその製
造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device using a rewritable memory cell having a floating gate and a control gate, and a method for manufacturing the same.
(従来の技術)
不揮発性半導体記憶装置として、浮遊ゲートと制御ゲー
トを持つMOS)ランジスタ構造のメモリセルを用いた
ものが知られている。そのなかで電気的書き替えを可能
としたものは、EEFROMとして知られている。(Prior Art) As a nonvolatile semiconductor memory device, one using a memory cell having a MOS (MOS) transistor structure having a floating gate and a control gate is known. Among them, the one that can be electrically rewritten is known as EEFROM.
EEFROMのメモリセル構造として代表的なものは、
FLOTOX型とF E T M、OS型である。Typical EEFROM memory cell structures are:
They are FLOTOX type, FET M, and OS type.
第6図は、FLOTOX型メモリセルの構造を示す平面
図とそのA−A’断面図である。このメモリセルは、p
型シリコン基板21に互いに離隔したn+型ソース、ド
レイン拡散層22.23が形成され、チャネル領域上に
第1ゲート絶縁膜24を介して浮遊ゲート26が形成さ
れ、さらにこの上に第2ゲート絶縁膜27を介して制御
ゲート28が形成されている。ドレイン拡散層23は、
浮遊ゲート26の端部下に所定距離入り込んだ状態で形
成された部分231を有する。浮遊ゲート26下の第1
ゲート絶縁膜24のなかの、このドレイン拡散層23.
上に位置する部分に一部薄いトンネル絶縁膜25が形成
されて、ここが延板と浮遊ゲートの間で電荷の授受を行
う書き替え領域となっている。FIG. 6 is a plan view showing the structure of a FLOTOX type memory cell and a cross-sectional view taken along line AA' thereof. This memory cell has p
n+ type source and drain diffusion layers 22 and 23 spaced apart from each other are formed on a type silicon substrate 21, a floating gate 26 is formed on the channel region with a first gate insulating film 24 interposed therebetween, and a second gate insulating film is further formed on the floating gate 26. A control gate 28 is formed through the film 27. The drain diffusion layer 23 is
It has a portion 231 that is formed to extend a predetermined distance below the end of the floating gate 26. 1st below floating gate 26
This drain diffusion layer 23 in the gate insulating film 24.
A thin tunnel insulating film 25 is partially formed in the upper portion, and this serves as a rewriting region where charges are exchanged between the extended plate and the floating gate.
このメモリセル構造を得るための製造工程は、簡単に説
明すると、まず素子分離された基板に、ゲート領域の書
き替え領域となる部分にドレイン拡散層231を形成す
る。その後第1ゲート絶縁膜24を形成する。そしてこ
のゲート絶縁膜24の一部を選択エツチングして基板面
を露出させ、熱酸化によってトンネル絶縁膜25を形成
する。The manufacturing process for obtaining this memory cell structure will be briefly described. First, a drain diffusion layer 231 is formed on a device-isolated substrate in a portion that will become a rewriting region of a gate region. After that, a first gate insulating film 24 is formed. Then, a part of this gate insulating film 24 is selectively etched to expose the substrate surface, and a tunnel insulating film 25 is formed by thermal oxidation.
その後、第1層多結晶シリコン膜を堆積し、これを選択
エツチングして素子分離領域上に浮遊ゲート分離用の満
を形成した後11層間絶縁膜26および第2層多結晶シ
リコン膜を順次堆積する。そしてこれらをパターニング
して、制御ゲート28および浮遊ゲート26を分離形成
する。Thereafter, a first layer polycrystalline silicon film is deposited, and this is selectively etched to form a layer for floating gate isolation on the element isolation region, after which an 11-layer insulating film 26 and a second layer polycrystalline silicon film are sequentially deposited. do. Then, these are patterned to form separate control gates 28 and floating gates 26.
このFLOTOX型メモリセルは、製造工程が複雑であ
るという難点がある。すなわち、ゲート電極形成前に予
めドレイン拡散層の一部を形成することが必要であり、
また第1ゲート絶縁膜の一部をエツチングしてトンネル
絶縁膜を形成しなければならない。したがって制御ゲー
トおよび浮遊ゲートのパターニング工程も含めて、素子
形成には3回のPEP工程を必要とする。しかもトンネ
ル絶縁膜をドレイン拡散層上に形成しなければならず、
そのための合わせ余裕も必要である。またソース、ドレ
イン拡散層がゲートに自己整合的に形成されないから、
チャネル長のばらつきも大きいものとなる。This FLOTOX type memory cell has a drawback in that the manufacturing process is complicated. That is, it is necessary to form a part of the drain diffusion layer in advance before forming the gate electrode.
Further, a portion of the first gate insulating film must be etched to form a tunnel insulating film. Therefore, three PEP steps are required to form the device, including the patterning steps for the control gate and floating gate. Moreover, the tunnel insulating film must be formed on the drain diffusion layer.
It is also necessary to have a margin for this purpose. Also, since the source and drain diffusion layers are not formed in a self-aligned manner with the gate,
The variation in channel length will also be large.
これに対して第7図(a) (b)は、FETMO8型
のメモリセル構造を示す平面図とそのA−A’断面図を
示している。この構造は、素子分離されたp型シリコン
基板31のチャネル領域全面にトンネル電流が流れ得る
薄い第1ゲート絶縁膜34が形成され、この上に浮遊ゲ
ート35が形成され、この上に更に第2ゲート絶縁膜3
6を介して制御ゲート−37が形成されている。制御ゲ
ート37と浮遊ゲート35は先のFLOTOX型メモリ
セルの製造工程で説明したと同様に、二層の多結晶シリ
コン膜を連続的にエツチングして、同じゲート長をもっ
て形成される。そしてこれらの積層ゲートをマスクとし
て不純物をイオン注入して、ゲートに自己整合されたソ
ース、ドレイン拡散層32゜33が形成されている。On the other hand, FIGS. 7(a) and 7(b) show a plan view and a sectional view taken along the line AA' of the FETMO8 type memory cell structure. In this structure, a thin first gate insulating film 34 through which a tunnel current can flow is formed over the entire channel region of a p-type silicon substrate 31 with element isolation, a floating gate 35 is formed on this, and a second gate insulating film 34 is formed on this. Gate insulating film 3
A control gate 37 is formed through the gate 6. The control gate 37 and floating gate 35 are formed to have the same gate length by successively etching two layers of polycrystalline silicon films in the same manner as described in the manufacturing process of the FLOTOX type memory cell. Using these stacked gates as a mask, impurity ions are implanted to form source and drain diffusion layers 32 and 33 that are self-aligned to the gates.
このF E T M OS型メモリセルは、FLOTO
X型と比較すると、製造工程は簡単であり、ソース、ド
レインがゲートに自己整合されて形成されるため、合わ
せ余裕も要らず、微細化が可能で、またチャネル長のば
らつきも少ない、といった利点を有する。しかしながら
このF E TMOS型メモリセルには、書き替え時に
制御ゲートに高い電圧を印加しなければならないという
問題がある。すなわちF E TMOS型ではチャネル
領域上全面が薄いトンネル絶縁膜であるために、FLO
TOX型と比較すると浮遊ゲートと基板間の容量が大き
く、相対的に浮遊ゲートと制御ゲート間の結合容量は小
さくなる。したがって書き替え時、浮遊ゲートに高い電
圧を与えるためには、制御ゲートに対して十分に高い例
えば20Vという高電圧を印加しなければならないので
ある。これは、素子分離領域下の隣接セル間のパンチス
ルー耐性を十分なものとすることが必要であり、また周
辺回路の信頼性にも十分な配慮を必要とすることを意味
する。This FETM OS type memory cell is FLOTO
Compared to the X-type, the manufacturing process is simpler, the source and drain are self-aligned with the gate, so there is no need for alignment margins, miniaturization is possible, and there is less variation in channel length. has. However, this FETMOS type memory cell has a problem in that a high voltage must be applied to the control gate during rewriting. In other words, in the FETMOS type, since the entire surface above the channel region is a thin tunnel insulating film, the FLO
Compared to the TOX type, the capacitance between the floating gate and the substrate is large, and the coupling capacitance between the floating gate and the control gate is relatively small. Therefore, in order to apply a high voltage to the floating gate during rewriting, a sufficiently high voltage of 20 V, for example, must be applied to the control gate. This means that it is necessary to have sufficient punch-through resistance between adjacent cells under the element isolation region, and that sufficient consideration must also be given to the reliability of peripheral circuits.
(発明が解決しようとする課題)
以上のように従来のEEPROMのメモリセルは、FL
OTOX型では製造工程数が多く構造も複雑で微細化が
難しいという欠点があり、またF E TMOS型では
微細化ができるが書き替え時に高電圧を必要とする、と
いう欠点があった。(Problems to be Solved by the Invention) As described above, the conventional EEPROM memory cell has FL
The OTOX type has the disadvantage that it requires a large number of manufacturing steps and has a complicated structure, making it difficult to miniaturize, while the FETMOS type can be miniaturized, but has the disadvantage of requiring high voltage during rewriting.
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、FLOTOX
型とFETMOS型の利点を兼ね備えたメモリセル構造
を持つ不揮発性半導体記憶装置とその製造方法を提供す
ることを目的とする。The present invention has been made in view of the above points, and is
An object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device having a memory cell structure that combines the advantages of the FETMOS type and the FETMOS type, and a method for manufacturing the same.
[発明の構成]
(課題を解決するための手段)
本発明に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルは、
ソース、ドレイン拡散層が制御ゲートおよび浮遊ゲート
に自己整合されて形成され、かつ浮遊ゲート下の第1ゲ
ート絶縁膜は、ソース。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) A memory cell of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention includes:
The source and drain diffusion layers are formed in self-alignment with the control gate and the floating gate, and the first gate insulating film under the floating gate is formed with the source and drain diffusion layers.
ドレイン拡散層に挟まれたチャネル領域上の一部が書替
え領域となるトンネル絶縁膜となっていることを特徴と
する。A feature is that a part of the channel region sandwiched between the drain diffusion layers is a tunnel insulating film that becomes a rewriting region.
本発明の方法は、素子分離された半導体基板上全面にト
ンネル絶縁膜を介して浮遊ゲートとして用いるための第
1層導体膜を堆積し、これを選択エツチングして素子分
離領域上に浮遊ゲート分離用の溝を形成した後、この上
に層間絶縁膜を介して制御ゲートとして用いるための第
2層導体膜を堆積形成する。その後所定パターンのマス
クを用いて第2層導体膜を選択エツチングして制御ゲー
トを形威し、同じマスクを用いて層間絶縁膜およびその
下の第1層導体膜を順次選択エツチングして浮遊ゲート
を分離形成する。そしてこの後、等方性エツチングによ
って浮遊ゲート下のトンネル絶縁膜を横方向に所定深さ
エツチング除去し、これにより浮遊ゲート下に形成され
た隙間に熱酸化によってトンネル絶縁膜より厚い酸化膜
を形成する。その後制御ゲートをマスクとして不純物を
ドーピングしてソース、ドレイン拡散層を形成する。The method of the present invention deposits a first layer conductor film to be used as a floating gate via a tunnel insulating film over the entire surface of a semiconductor substrate with device isolation, and selectively etches this to separate the floating gate on the device isolation region. After forming a trench for use as a control gate, a second conductor film to be used as a control gate is deposited thereon via an interlayer insulating film. Thereafter, using a mask with a predetermined pattern, the second layer conductor film is selectively etched to form the control gate, and the same mask is used to selectively etch the interlayer insulating film and the first layer conductor film thereunder to form the floating gate. Separate and form. Then, by isotropic etching, the tunnel insulating film under the floating gate is etched horizontally to a predetermined depth, and an oxide film thicker than the tunnel insulating film is formed in the gap formed under the floating gate by thermal oxidation. do. Thereafter, impurities are doped using the control gate as a mask to form source and drain diffusion layers.
(作用)
本発明によるメモリセルは、ソース、ドレイン拡散層が
ゲートに自己整合されている点でF E TMOS型と
共通する。これにより、チャネル長のばらつきはなく、
また微細化が可能であり、微細化した時にも優れたセル
特性が得られる。しかもチャネル領域上全面がトンネル
絶縁膜ではなく、一部のみトンネル絶縁膜となっている
。したがって浮遊ゲートと基板間の容量に対して制御ゲ
ートと浮遊ゲート間の容量を、F E TMOS型に比
べて相対的に大きくすることができる。すなわちFLO
TOX型とFE−7MO3型の利点を併せもっている。(Function) The memory cell according to the present invention is common to the FETMOS type in that the source and drain diffusion layers are self-aligned with the gate. As a result, there is no variation in channel length,
Further, it is possible to miniaturize the cell, and even when it is miniaturized, excellent cell characteristics can be obtained. Moreover, the entire surface of the channel region is not a tunnel insulating film, but only a portion thereof is a tunnel insulating film. Therefore, the capacitance between the control gate and the floating gate can be made relatively larger than the capacitance between the floating gate and the substrate compared to the FETMOS type. That is, FLO
It has the advantages of TOX type and FE-7MO3 type.
また本発明の方法によれば、従来の
FLOTOX型メモリセルの製造におけるような選択的
にトンネル絶縁膜を形成するためのPEP工程を必要と
しない。ゲート形成前に素子領域に予めドレイン拡散層
の一部を形成する工程も必要ない。更にトンネル絶縁膜
領域をドレイン拡散層上に重ねるための合わせ余裕も要
らない。したがって従来のFETMO8型メモリセルの
製造工程と殆ど変わらない簡単な工程でメモリセルの微
細化が可能であり、またチャネル長のばらつきの少ない
メモリセルが得られる。Furthermore, according to the method of the present invention, there is no need for a PEP process for selectively forming a tunnel insulating film, which is required in the manufacture of conventional FLOTOX memory cells. There is no need for a step of forming a part of the drain diffusion layer in the element region before forming the gate. Furthermore, no alignment allowance is required for overlapping the tunnel insulating film region on the drain diffusion layer. Therefore, it is possible to miniaturize the memory cell with a simple process that is almost the same as the manufacturing process of the conventional FETMO8 type memory cell, and a memory cell with less variation in channel length can be obtained.
(実施例) 以下本発明の詳細な説明する。(Example) The present invention will be explained in detail below.
第1図は一実施例のEEFROMの一つのメモリセル部
の構造を示す。(a)は平面図であり、(b) (c)
はそれぞれ(a)のA−A’およびB−B’断面図であ
る。p型シリコン基板1の素子分離領域には厚い素子分
離絶縁膜2が形成されている。素子分離された基板領域
には第1ゲート絶縁膜3が形成され、この上に第1層多
結晶シリコン膜により浮遊ゲート5が形成されている。FIG. 1 shows the structure of one memory cell portion of an EEFROM according to an embodiment. (a) is a plan view, (b) (c)
are AA' and BB' cross-sectional views of (a), respectively. A thick element isolation insulating film 2 is formed in the element isolation region of the p-type silicon substrate 1 . A first gate insulating film 3 is formed in the element-isolated substrate region, and a floating gate 5 is formed thereon by a first layer polycrystalline silicon film.
浮遊ゲート5表面には第2ゲート絶縁膜6が形成され、
この上に第2層多結晶シリコン膜により制御ゲート7が
積層形成されている。浮遊ゲート5と制御ゲート7は、
チャネル長方向について同時にバターニングされて同じ
ゲート長をもって形成されている。そして制御ゲート7
および浮遊ゲート5に自己整合されて基板にn+型ソー
ス、ドレイン拡散層8,9が形成されている。チャネル
幅方向については、浮遊ゲート5は素子分離領域上で分
離されて各セルごとに独立であり、制御ゲート7は複数
のセルに連続的に配設されてワード線となる。A second gate insulating film 6 is formed on the surface of the floating gate 5,
A control gate 7 is laminated thereon using a second layer polycrystalline silicon film. The floating gate 5 and the control gate 7 are
They are patterned simultaneously in the channel length direction and are formed to have the same gate length. and control gate 7
N+ type source and drain diffusion layers 8 and 9 are formed in the substrate in self-alignment with the floating gate 5. In the channel width direction, the floating gates 5 are separated on the element isolation region and are independent for each cell, and the control gates 7 are continuously arranged in a plurality of cells to form word lines.
浮遊ゲート5と基板1間で電荷の授受を行うための書替
え領域は、チャネル領域上に部分的に形成されている。A rewriting region for transferring charge between the floating gate 5 and the substrate 1 is partially formed on the channel region.
すなわちソース、ドレイン拡散層8.9により挟まれた
チャネル領域のチャネル長方向の中央部において、第1
ゲート絶縁膜3の一部を薄いトンネル絶縁膜4として、
ここを書替え領域としている。第1図(a)に示される
ようにこのトンネル絶縁膜4の領域は、チャネル幅方向
にはチャネル領域を横切る細長いストライプ状をなして
いる。That is, in the central part of the channel region sandwiched by the source and drain diffusion layers 8.9, the first
A part of the gate insulating film 3 is used as a thin tunnel insulating film 4,
This is the rewriting area. As shown in FIG. 1(a), the region of this tunnel insulating film 4 has an elongated stripe shape that traverses the channel region in the channel width direction.
第2図(a)〜(d)を参照してこのメモリセル構造の
製造工程を説明する。基板1に通常の工程にしたがって
素子分離絶縁膜2を形成した後、熱酸化法によって50
〜200大のシリコン酸化膜からなるトンネル絶縁膜4
を全面に形成し、次いで全面に浮遊ゲートを形成するた
めの第1層多結晶シリコン膜5゜を堆積形成する。第1
層多結晶シリコン膜5゜は例えばLPCVD法によって
500〜4000大の厚さに形成する。またこの第1層
多結晶シリコン膜5゜には導電性を付与する為、リンま
たは砒素などの不純物をドーピングする。次に反応性イ
オンエツチング法によって第1層多結晶シリコン膜5゜
を選択エツチングして、素子分離領域上に浮遊ゲート分
離用の溝を形成する。そして全面に第2ゲート絶縁膜(
層間絶縁膜)6を形成する。この第2ゲート絶縁膜6は
例えば、シリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸
化膜の三重層とする。すなわち、第1層多結晶シリコン
膜5゜の熱酸化により80〜200Åの第1のシリコン
酸化膜を形成し、この上にCVD法によって80〜20
0大のシリコン窒化膜を堆積する。そしてこの後窒化膜
表面にさらに熱酸化によって80〜200人の第2のシ
リコン酸化膜を形成する。その後全面に制御ゲートを形
成するための第1層多結晶シリコンl!17 oを50
0〜4000Å堆積し、これに第1層多結晶シリコン膜
と同様に不純物をドーピングする(第2図(a))。The manufacturing process of this memory cell structure will be explained with reference to FIGS. 2(a) to 2(d). After forming an element isolation insulating film 2 on a substrate 1 according to a normal process, a 50%
Tunnel insulating film 4 made of ~200 silicon oxide film
is formed on the entire surface, and then a first layer polycrystalline silicon film 5° for forming a floating gate is deposited on the entire surface. 1st
The layered polycrystalline silicon film 5.degree. is formed to a thickness of 500 to 4000 mm by, for example, the LPCVD method. Further, this first layer polycrystalline silicon film 5° is doped with an impurity such as phosphorus or arsenic in order to impart conductivity. Next, the first polycrystalline silicon film 5° is selectively etched by reactive ion etching to form floating gate isolation grooves on the element isolation regions. Then, the second gate insulating film (
An interlayer insulating film) 6 is formed. The second gate insulating film 6 is, for example, a triple layer of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film. That is, a first silicon oxide film with a thickness of 80 to 200 Å is formed by thermal oxidation of 5 degrees of the first layer polycrystalline silicon film, and then a silicon oxide film of 80 to 200 Å is formed on this film by CVD.
A silicon nitride film with a size of 0 is deposited. Thereafter, a second silicon oxide film of 80 to 200 layers is further formed on the surface of the nitride film by thermal oxidation. After that, the first layer of polycrystalline silicon l! is used to form a control gate on the entire surface. 17 o to 50
The film is deposited to a thickness of 0 to 4000 Å, and doped with impurities in the same manner as the first layer polycrystalline silicon film (FIG. 2(a)).
この後、通常のPEP工程を経て反応性イオンエツチン
グによって第2層多結晶シリコン膜7゜。After this, a second layer polycrystalline silicon film 7° is formed by reactive ion etching after a normal PEP process.
第2ゲート絶縁膜6および第1層多結晶シリコン膜5゜
を順次エツチングして、制御ゲート7および浮遊ゲート
5を分離形成する(第2図(b))。The second gate insulating film 6 and the first polycrystalline silicon film 5° are sequentially etched to separate the control gate 7 and floating gate 5 (FIG. 2(b)).
その後、シリコン酸化膜に対するエツチング速度がシリ
コンに対するそれより大きい等方性エツチング法、例え
ば弗化アンモニウムを用いた溶液エツチング法によって
、浮遊ゲート5の下のトンネル絶縁膜4を横方向にエツ
チングする。横方向のエツチング深さを例えば0.3μ
m以上として、浮遊ゲート5の下に隙間10が形成され
た状態を得る(第2図(C))。Thereafter, the tunnel insulating film 4 under the floating gate 5 is laterally etched by an isotropic etching method in which the etching rate for the silicon oxide film is higher than that for silicon, such as a solution etching method using ammonium fluoride. For example, set the horizontal etching depth to 0.3μ.
m or more, a state in which a gap 10 is formed under the floating gate 5 is obtained (FIG. 2(C)).
そしてこの後熱酸化を行って、浮遊ゲート5の端部直下
に露出した基板1の表面および浮遊ゲート5の下面を酸
化することにより、隙間10にトンネル絶縁膜4より厚
い酸化膜からなる第1ゲート絶縁膜3が埋め込まれた状
態とする。次いで制御ゲート7をマスクとして不純物を
イオン注入して、ソース、ドレイン拡散層8.9を形成
する(第2図(d))。After that, thermal oxidation is performed to oxidize the surface of the substrate 1 exposed directly under the end of the floating gate 5 and the lower surface of the floating gate 5, so that a first oxide film made of an oxide film thicker than the tunnel insulating film 4 is formed in the gap 10. The gate insulating film 3 is in a buried state. Next, using the control gate 7 as a mask, impurity ions are implanted to form source and drain diffusion layers 8.9 (FIG. 2(d)).
この後は図示しないが、通常の工程にしたがって全面を
CVD酸化膜で覆い、コンタクト孔を開けてAl膜によ
りビット線などを配設して完成する。After this, although not shown, the entire surface is covered with a CVD oxide film according to the usual process, contact holes are made, and bit lines and the like are arranged using an Al film, thereby completing the process.
この実施例によるメモリセルの動作を説明する。The operation of the memory cell according to this embodiment will be explained.
浮遊ゲート5への電子注入は、ソース、ドレインおよび
基板を低電位、例えば接地電位に保ち、制御ゲート7に
正の高電圧を印加することにより行う。これにより、チ
ャネル領域に形成されたn型反転層からトンネル絶縁膜
4を通して浮遊ゲート5に電子が注入され、メモリセル
はしきい値が正方向に移動する。浮遊ゲート5の電子を
基板側に放出させる場合には、ソース、ドレインおよび
基板を低電位、例えば接地電位に保ち、制御ゲート7に
負の高電圧を印加する。これにより、浮遊ゲート5の電
子はトンネル絶・縁膜4を通して基板に放出され、メモ
リセルはしきい値が負方向に移動した状態となる。これ
らの電子注入および放出の一方をデータ書き込み、他方
をデータ消去に対応させて、電気的書き替えが行なわれ
るー。データ読出しは、制御ゲート7に“0”状態のし
きい値と“1″状態のしきい値の中間の読出し電圧を印
加し、電流の有無を検出することにより行われる。Electron injection into the floating gate 5 is performed by keeping the source, drain, and substrate at a low potential, for example, ground potential, and applying a positive high voltage to the control gate 7. As a result, electrons are injected from the n-type inversion layer formed in the channel region into the floating gate 5 through the tunnel insulating film 4, and the threshold value of the memory cell moves in the positive direction. When electrons from the floating gate 5 are to be emitted to the substrate side, the source, drain, and substrate are kept at a low potential, for example, the ground potential, and a negative high voltage is applied to the control gate 7. As a result, the electrons in the floating gate 5 are emitted to the substrate through the tunnel insulating film 4, and the memory cell enters a state in which the threshold value moves in the negative direction. Electrical rewriting is performed by making one of these electron injection and electron emission correspond to data writing and the other to data erasing. Data reading is performed by applying a read voltage intermediate between the threshold value of the "0" state and the threshold value of the "1" state to the control gate 7, and detecting the presence or absence of current.
なおこの実施例のメモリセルの書き替え動作において、
書き込みと消去に正負両極性の電圧を用いているのは、
次のような理由による。従来のFLOTOX型メモリセ
ル或いはFETMOS型メモリセルでは、トンネル絶縁
膜が形成された書き替え領域がドレイン拡散層上に位置
するか、完全に重ならないとしても極めて近接した位置
に形成されている。したがってドレイン拡散層に正の高
電圧を印加し、制御ゲートを接地電位として浮遊ゲート
の電子を基板側に放出させる事ができる。Note that in the memory cell rewriting operation of this embodiment,
The reason why voltages with both positive and negative polarities are used for writing and erasing is
This is due to the following reasons. In conventional FLOTOX type memory cells or FETMOS type memory cells, the rewriting region in which the tunnel insulating film is formed is located on the drain diffusion layer, or is formed in a position extremely close to the drain diffusion layer, even if it does not completely overlap. Therefore, by applying a high positive voltage to the drain diffusion layer and setting the control gate to the ground potential, electrons in the floating gate can be emitted to the substrate side.
つまり正電圧のみを用いて選択書き込みおよび選択消去
が可能である。しかしこの実施例のメモリセル構造では
、トンネル絶縁膜が形成された書き替え領域はドレイン
拡散層から離れてチャネル領域中央部に形成されている
。このため、従来と同様の電位関係では浮遊ゲートの電
子を効果的に基板に放出させる事ができない。ドレイン
拡散層と同時に基板にも正の高電圧を印加すれば、浮遊
ゲートの電子放出は可能であるが、これでは制御ゲート
が共通接続されたワード線方向に沿ったメモリセルで選
択性が出せないのである。ただし、浮遊ゲートからの電
子放出を例えば−括消去動作として利用する場合には、
正電圧のみを用いることが可能である。In other words, selective writing and selective erasing can be performed using only positive voltage. However, in the memory cell structure of this embodiment, the rewriting region in which the tunnel insulating film is formed is formed in the center of the channel region, away from the drain diffusion layer. For this reason, the electrons in the floating gate cannot be effectively released to the substrate under the same potential relationship as in the prior art. It is possible to emit electrons from the floating gate by applying a high positive voltage to the substrate at the same time as the drain diffusion layer, but this does not allow for selectivity in memory cells along the word line direction where the control gates are commonly connected. There isn't. However, if electron emission from the floating gate is used, for example, as a bulk erase operation,
It is possible to use only positive voltages.
この実施例によれば、FETMOS型メモリセルと同様
にソース、ドレインがゲートに自己整合されてチャネル
長のばらつきはなくなり、微細構造のメモリセルが得ら
れる。トンネル絶縁膜はチャネル領域上に部分的に形成
されているから、FETMO8型と比べて相対的に浮遊
ゲートと制御ゲート間の結合容量が大きくなり、したが
って書替え時に制御ゲートに印加する電圧をF E T
MOS型より低くすることができる。またその製造工程
は、FLOTOX型メモリセ型心モリセルのような複雑
な工程を必要としない。According to this embodiment, like the FETMOS type memory cell, the source and drain are self-aligned with the gate, so that variations in channel length are eliminated, and a memory cell with a fine structure can be obtained. Since the tunnel insulating film is partially formed on the channel region, the coupling capacitance between the floating gate and the control gate is relatively large compared to the FETMO8 type, and therefore the voltage applied to the control gate during rewriting is reduced by F E T
It can be lower than the MOS type. In addition, its manufacturing process does not require complicated processes unlike the FLOTOX type memory cell.
本発明のメモリセルを得る方法として、トンネル絶縁膜
の形成工程にFLOTOX型メモリセ型心モリセル合と
同様の工程を用いることもできる。As a method for obtaining the memory cell of the present invention, a process similar to the FLOTOX type memory cell assembly can be used for forming the tunnel insulating film.
第3図(a)〜(e)は、その様な実施例の製造工程を
示す断面図である。先の実施例と対応する部分には先の
実施例と同一符号を付しである。素子分離されたp型シ
リコン基板1に熱酸化法によって300〜400Åの第
1ゲート絶縁膜3を形成し、書き替え領域の第1ゲート
絶縁膜3を弗酸溶液或いは反応性イオンエツチングによ
り選択エツチングする。そして露出した基板面に熱酸化
により50〜200Åのトンネル絶縁膜4を形成する(
第3図(a))。その後先の実施例と同様に、LPCV
D法により浮遊ゲートとなる第1層多結晶シリコン膜5
゜を堆積してこれに不純物をドーピングし、この上に層
間絶縁膜6を形成して更に制御ゲートとなる第2層多結
晶シリコン膜7゜を堆積しこれに不純物をドーピングす
る(第3図(b))。層間絶縁膜6は先の実施例と同様
の三層構造とし、そのうち二層まで形成した状態で浮遊
ゲートの素子分離領域上の分離溝を形成する。そしてP
EP工程と反応性イオンエツチングによって、第2層多
結晶シリコン膜7゜から第1層多結晶シリコン膜5゜ま
でを連続的に加工して制御ゲート7および浮遊ゲート5
を分離形成し、不純物のイオン注入によりソース、ドレ
イン拡散層8゜9を形成する(第3図(C))。FIGS. 3(a) to 3(e) are cross-sectional views showing the manufacturing process of such an embodiment. Parts corresponding to those in the previous embodiment are given the same reference numerals as in the previous embodiment. A first gate insulating film 3 having a thickness of 300 to 400 Å is formed on a device-isolated p-type silicon substrate 1 by thermal oxidation, and the first gate insulating film 3 in the rewriting area is selectively etched using a hydrofluoric acid solution or reactive ion etching. do. Then, a tunnel insulating film 4 with a thickness of 50 to 200 Å is formed on the exposed substrate surface by thermal oxidation (
Figure 3(a)). Thereafter, as in the previous embodiment, the LPCV
First layer polycrystalline silicon film 5 which becomes a floating gate by D method
An interlayer insulating film 6 is formed on this film, and a second layer polycrystalline silicon film 7°, which will become a control gate, is deposited and impurities are doped into it (Fig. 3). (b)). The interlayer insulating film 6 has a three-layer structure similar to the previous embodiment, and after two layers are formed, an isolation trench is formed on the element isolation region of the floating gate. and P
By EP process and reactive ion etching, the second layer polycrystalline silicon film 7° to the first layer polycrystalline silicon film 5° are continuously processed to form the control gate 7 and floating gate 5.
Then, source and drain diffusion layers 8.9 are formed by ion implantation of impurities (FIG. 3(C)).
この実施例の方法では、先の実施例の方法に比べると、
書き替え領域がマスク合わせずれによってチャネル領域
中央部からずれるという難点があるが、この点を除けば
先の実施例と同様の効果が得られる。In the method of this example, compared to the method of the previous example,
Although there is a drawback that the rewriting region is shifted from the center of the channel region due to mask misalignment, the same effects as in the previous embodiment can be obtained except for this point.
本発明は上記実施例に限られない。例えば、第2図で説
明した製造工程において、第2図(e)の工程で露出し
た基板面を、第4図に示すように反応性イオンエツチン
グによって一部エッチングして浅い凹部11を形成して
もよい。また第5図に示すように、基板1として、n型
シリコン基板1、のメモリセルアレイ領域にp型ウェル
1□を形成したものを用い、このp型ウェル12内に上
記実施例と同様にしてメモリセルを形成することもでき
る。p型ウェル12は例えば全メモリセルアレイ領域に
共通でもよいし、或いは適当なメモリアレイ・ブロック
毎に別々に形成してもよい。The present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the manufacturing process described in FIG. 2, the substrate surface exposed in the step in FIG. 2(e) is partially etched by reactive ion etching to form shallow recesses 11, as shown in FIG. You can. As shown in FIG. 5, the substrate 1 is an n-type silicon substrate 1 in which a p-type well 1□ is formed in the memory cell array region, and a p-type well 12 is formed in the same manner as in the above embodiment. Memory cells can also be formed. For example, the p-type well 12 may be common to the entire memory cell array region, or may be formed separately for each appropriate memory array block.
また実施例では、一つのメモリセル部のみ説明したが、
セルアレイの方式は、ビット線には一つずつメモリセル
を接続し、ワード線方向には複数のメモリセルの制御ゲ
ートを共通にするNOR型としてもよいし、複数のメモ
リセルをソース、ドレインを隣接するもの同士で共用す
る形で直列接続してNAND型としてもよい。In addition, in the embodiment, only one memory cell section was explained, but
The cell array system may be a NOR type in which one memory cell is connected to the bit line and a common control gate for multiple memory cells in the word line direction, or a NOR type in which multiple memory cells are connected to the source and drain. It is also possible to form a NAND type by connecting them in series so that adjacent ones can be shared.
その池水発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形
して実施することが可能である。The pond water invention can be implemented with various modifications without departing from the spirit thereof.
[発明の効果]
以上述べたように本発明によれば、
FETMO3型とFLOTOX型の利点を併せ持つメモ
リセル構造を有し、微細化が容易でしかも高信頼性が得
られる不揮発性半導体記憶装置を得ることができる。[Effects of the Invention] As described above, the present invention provides a nonvolatile semiconductor memory device that has a memory cell structure that combines the advantages of the FETMO3 type and the FLOTOX type, is easily miniaturized, and has high reliability. Obtainable.
第1図(a) (b) (c)は本発明の一実施例によ
るEEFROMのメモリセル構造を示す平面図と断面図
、
第2図(a)〜(d)はその具体的な製造工程を示す第
1図(b)に対応する断面図、
第3図(a)〜(C)は他の製造工程を示す第1図(c
)に対応する断面図、
第4図は他の実施例のメモリセルの第2図(C)に対応
する工程断面図、
第5図は更に他の実施例のメモリセル構造を示す断面図
、
第6図(a) (b)は従来のFLOTOX型メモリセ
型金モリセル図と断面図、
第7図(a) (b)は従来のF E TMOS型メモ
リセルを示す平面図と断面図である。
1・・・p型シリコン基板、2・・・素子分離絶縁膜、
3・・・第1ゲート絶縁膜、4:・・トンネル絶縁膜、
5・・・浮遊ゲート、5゜・・・第1層多結晶シリコン
膜、6・・・第2ゲート絶縁膜(層間絶縁膜) 7・・
・制Wゲート、
0
・・・第2層多結晶シリ
コン膜、
8゜
9・・・ n +
型拡散層、
0・・・隙間。FIGS. 1(a), (b), and (c) are a plan view and a cross-sectional view showing the memory cell structure of an EEFROM according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2(a) to (d) are specific manufacturing steps thereof. 3(a) to (C) are sectional views corresponding to FIG. 1(b) showing other manufacturing steps.
), FIG. 4 is a process cross-sectional view corresponding to FIG. 2(C) of a memory cell of another example, and FIG. 5 is a cross-sectional view showing a memory cell structure of still another example. Figures 6(a) and 6(b) are diagrams and cross-sectional views of conventional FLOTOX type memory cells, and Figures 7(a) and (b) are plan views and cross-sectional views of conventional FETMOS type memory cells. . 1...p-type silicon substrate, 2...element isolation insulating film,
3: First gate insulating film, 4: Tunnel insulating film,
5... Floating gate, 5°... First layer polycrystalline silicon film, 6... Second gate insulating film (interlayer insulating film) 7...
・W control gate, 0...Second layer polycrystalline silicon film, 8°9...n+ type diffusion layer, 0...Gap.
Claims (4)
ドレイン拡散層、これらソース、ドレイン拡散層に挟ま
れたチャネル領域上に第1ゲート絶縁膜を介して形成さ
れた浮遊ゲート、およびこの浮遊ゲート上に第2ゲート
絶縁膜を介して形成された制御ゲートを有するメモリセ
ルが集積形成された不揮発性半導体記憶装置において、
前記ソース、ドレイン拡散層は前記制御ゲートに自己整
合されて形成され、かつ前記第1ゲート絶縁膜のうち前
記ソース、ドレイン拡散層に挟まれたチャネル領域上の
一部に書替え領域となるトンネル絶縁膜が形成されてい
ることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。(1) Sources formed spaced apart from each other on a semiconductor substrate;
A drain diffusion layer, these sources, a floating gate formed on a channel region sandwiched between the drain diffusion layers via a first gate insulating film, and a control layer formed on the floating gate via a second gate insulating film. In a nonvolatile semiconductor memory device in which memory cells having gates are integrated,
The source and drain diffusion layers are formed in a self-aligned manner with the control gate, and a tunnel insulation layer is formed on a portion of the first gate insulating film on the channel region sandwiched between the source and drain diffusion layers to serve as a rewriting region. A nonvolatile semiconductor memory device characterized in that a film is formed.
中央部にチャネル幅方向に細長いストライプ状をなして
形成されている請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置
。(2) The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the tunnel insulating film of the rewriting region is formed in a stripe shape elongated in the channel width direction at the center of the channel region.
トンネル絶縁膜を形成した後、基板全面に第1層導体膜
を堆積形成する工程と、 前記第1層導体膜を選択エッチングして素子分離領域上
に浮遊ゲート分離用溝を形成する工程と、前記第1層導
体膜表面に層間絶縁膜を形成した後、全面に第2層導体
膜を堆積形成する工程と、前記第2層導体膜上にマスク
を形成し、これを用いて第2層導体膜を選択エッチング
して制御ゲートを形成し、引続き同じマスクを用いて前
記層間絶縁膜およびその下の第1層導体膜を順次選択エ
ッチングして浮遊ゲートを分離形成する工程と、得られ
た制御ゲートおよび浮遊ゲートをマスクとして等方性エ
ッチングにより浮遊ゲート下のトンネル絶縁膜を横方向
に所定深さエッチング除去する工程と、 熱酸化を行って前記トンネル絶縁膜が除去された浮遊ゲ
ート端部直下の隙間にトンネル絶縁膜より厚い酸化膜を
埋込み形成する工程と、 前記制御ゲートをマスクとして基板に不純物をドーピン
グしてソース、ドレイン拡散層を形成する工程と、 を備えたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製
造方法。(3) A step of forming a thin tunnel insulating film over the entire element region of the device-isolated semiconductor substrate, and then depositing a first layer conductor film on the entire surface of the substrate, and selectively etching the first layer conductor film to form the device. forming a floating gate isolation groove on the isolation region; forming an interlayer insulating film on the surface of the first layer conductor film; and depositing a second layer conductor film on the entire surface; A mask is formed on the film, the second layer conductor film is selectively etched using the mask to form a control gate, and the same mask is subsequently used to sequentially select the interlayer insulating film and the first layer conductor film thereunder. A process of separating and forming a floating gate by etching, a process of etching the tunnel insulating film under the floating gate to a predetermined depth in the lateral direction by isotropic etching using the obtained control gate and floating gate as a mask, and thermal oxidation. and forming an oxide film thicker than the tunnel insulating film in the gap directly under the edge of the floating gate from which the tunnel insulating film has been removed; and doping the substrate with impurities using the control gate as a mask to diffuse source and drain. 1. A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising: a step of forming a layer; and a step of forming a layer.
は、第1のシリコン酸化膜、シリコン窒化膜および第2
のシリコン酸化膜の三重層からなり、前記浮遊ゲート分
離用溝の形成後に形成する請求項3記載の不揮発性半導
体記憶装置の製造方法。(4) The interlayer insulating film between the first layer conductor film and the second layer conductor film includes a first silicon oxide film, a silicon nitride film, and a second silicon oxide film.
4. The method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 3, wherein the nonvolatile semiconductor memory device is formed of a triple layer of silicon oxide films, and is formed after forming the floating gate isolation trench.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16957089A JPH0334579A (en) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | Nonvolatile semiconductor storage device and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16957089A JPH0334579A (en) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | Nonvolatile semiconductor storage device and manufacture thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0334579A true JPH0334579A (en) | 1991-02-14 |
Family
ID=15888924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16957089A Pending JPH0334579A (en) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | Nonvolatile semiconductor storage device and manufacture thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0334579A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006319362A (en) * | 1999-06-28 | 2006-11-24 | Infineon Technologies Ag | Method for manufacturing nonvolatile semiconductor memory cell having isolation tunnel window |
-
1989
- 1989-06-30 JP JP16957089A patent/JPH0334579A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006319362A (en) * | 1999-06-28 | 2006-11-24 | Infineon Technologies Ag | Method for manufacturing nonvolatile semiconductor memory cell having isolation tunnel window |
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