JPH0478189B2 - - Google Patents
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- JPH0478189B2 JPH0478189B2 JP61109909A JP10990986A JPH0478189B2 JP H0478189 B2 JPH0478189 B2 JP H0478189B2 JP 61109909 A JP61109909 A JP 61109909A JP 10990986 A JP10990986 A JP 10990986A JP H0478189 B2 JPH0478189 B2 JP H0478189B2
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- gate electrode
- polycrystalline silicon
- oxide film
- silicon layer
- insulating film
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B69/00—Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices
Landscapes
- Non-Volatile Memory (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
この発明は新規な電荷注入、放出領域を採用す
ることにより素子の微細化を実現する不揮発性半
導体装置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 method of manufacturing a nonvolatile semiconductor device that achieves miniaturization of elements by employing novel charge injection and discharge regions.
(従来の技術)
フローテイングゲート型の不揮発性半導体メモ
リはコントロールゲート電極の下層に電気的に絶
縁されたフローテイングゲート電極を設け、この
フローテイングゲート電極に電荷を誘起させてこ
れを記憶情報として保持させるようにしたもので
ある。このようなフローテイングゲート型不揮発
性半導体メモリでは、情報の書き込みや消去を行
なう際には20V程度の高電圧をコントロールゲー
ト電極に印加することにより、ゲート酸化膜を介
してフローテイングゲート電極に電荷を注入、あ
るいはフローテイングゲート電極から電荷を放出
させる。このため、情報の書き込み、消去に対す
る耐久性はフローテイングゲート電極の周囲に形
成されているゲート酸化膜の電界に対する物理的
な特性に依存する。(Prior art) A floating gate type non-volatile semiconductor memory has an electrically insulated floating gate electrode below the control gate electrode, and charges are induced in the floating gate electrode to be used as stored information. It is designed to be retained. In such a floating gate type non-volatile semiconductor memory, when writing or erasing information, a high voltage of about 20V is applied to the control gate electrode, so that a charge is transferred to the floating gate electrode through the gate oxide film. or discharge charges from the floating gate electrode. Therefore, the durability against writing and erasing information depends on the physical characteristics of the gate oxide film formed around the floating gate electrode relative to the electric field.
このようなフローテイングゲート型不揮発性半
導体メモリ(以下、EEPROMと称する)の従来
の代表的なメモリセルの構成を第2図ないし第4
図の断面図にそれぞれ示す。第2図のセルはイン
テル社タイプのものであり、51はp型のシリコ
ン基板である。この基板51上には素子領域を島
状に分離するフイールド酸化膜52が形成されて
いる。さらに基板51の素子領域表面にはゲート
酸化膜53が形成されており、この素子領域には
n型不純物が拡散されたソース、ドレイン領域5
4及び55が互いに電気的に分離して形成されて
いる。ここで、ドレイン領域55はソース領域5
4に比べて面積が広くされており、かつゲート酸
化膜53はドレイン領域55側のフイールド酸化
膜52付近における一部の膜厚が薄くされ、薄膜
部56が形成されている。また、ゲート酸化膜5
3上にはソース、ドレイン領域54,55相互間
のチヤネル領域上からドレイン領域55側のフイ
ールド酸化膜52の一部領域にかけてフローテイ
ングゲート電極57が形成されており、その上に
は酸化膜58を介してコントロールゲート電極5
9が形成されている。そして、これらフローテイ
ングゲート電極57の側面及びコントロールゲー
ト電極59の側面と上面は酸化膜60で覆われて
いる。 The structure of a conventional typical memory cell of such a floating gate type non-volatile semiconductor memory (hereinafter referred to as EEPROM) is shown in Figures 2 to 4.
Each is shown in the cross-sectional view of the figure. The cell shown in FIG. 2 is of the Intel type, and 51 is a p-type silicon substrate. A field oxide film 52 is formed on this substrate 51 to separate element regions into islands. Further, a gate oxide film 53 is formed on the surface of the element region of the substrate 51, and this element region has source and drain regions 5 in which n-type impurities are diffused.
4 and 55 are formed electrically isolated from each other. Here, the drain region 55 is the source region 5
The gate oxide film 53 has a larger area than the gate oxide film 4, and a portion of the gate oxide film 53 near the field oxide film 52 on the drain region 55 side is thinned to form a thin film portion 56. In addition, the gate oxide film 5
A floating gate electrode 57 is formed on the channel region between the source and drain regions 54 and 55 to a part of the field oxide film 52 on the side of the drain region 55, and an oxide film 58 is formed on the floating gate electrode 57. control gate electrode 5 through
9 is formed. The side surfaces of the floating gate electrode 57 and the side surfaces and top surface of the control gate electrode 59 are covered with an oxide film 60.
このような構成のEEPROMセルは、ドレイン
領域55とフローテイングゲート電極57との間
にフローテイングゲート電極57への電子の注
入、フローテイングゲート電極57からの電子の
放出を行なうための薄膜部56を設けたことが特
徴であり、ドレイン領域55の電圧を0V(アース
電圧)に設定し、かつコントロールゲート電圧
VGを+20Vないし+30V程度の高電圧に設定する
ことにより、電子をドレイン領域55から薄膜部
56を介してフローテイングゲート電極57に注
入する。また、コントロールゲート電圧VGを0V
に設定し、ドレイン電圧VDを+20Vないし+30V
程度の高電圧に設定することにより、薄膜部56
を介してフローテイングゲート電極57からドレ
イン領域55に電子を放出する。このように薄膜
部56を介して電子の注入、放出を行なうことに
より、チヤネル領域における閾値電圧Vthのシフ
トを行ない、不揮発性の情報記憶機能を得るもの
である。 The EEPROM cell having such a configuration includes a thin film portion 56 between the drain region 55 and the floating gate electrode 57 for injecting electrons into the floating gate electrode 57 and emitting electrons from the floating gate electrode 57. The feature is that the voltage of the drain region 55 is set to 0V (earth voltage), and the control gate voltage is set to 0V (earth voltage).
By setting V G to a high voltage of approximately +20V to +30V, electrons are injected from the drain region 55 through the thin film portion 56 into the floating gate electrode 57 . Also, control gate voltage V G is 0V
and set the drain voltage V D to +20V or +30V.
By setting the voltage to a level as high as
Electrons are emitted from floating gate electrode 57 to drain region 55 via. By injecting and emitting electrons through the thin film portion 56 in this manner, the threshold voltage Vth in the channel region is shifted, and a nonvolatile information storage function is obtained.
第3図のセルはモトローラ社タイプのものであ
り、51は第2図のものと同様にp型のシリコン
基板であり、この基板51上には素子領域を島状
に分離するフイールド酸化膜52が形成されてい
る。そして素子領域表面にはゲート酸化膜53が
形成されており、この素子領域にはn型不純物の
拡散によりソース、ドレイン領域54及び55が
形成されている。そしてゲート酸化膜53はチヤ
ネル領域からソース、ドレイン領域54,55の
一部にかかる領域の膜厚が薄くされこれにより薄
膜部56が形成され、この薄膜部56上にはフロ
ーテイングゲート電極57が形成されている。さ
らにこのフローテイングゲート電極57上は酸化
膜58を介してコントロールゲート電極59が形
成されている。また、これらフローテイングゲー
ト電極57の側面及びコントロールゲート電極5
9の側面と上面には酸化膜60で覆われている。 The cell shown in FIG. 3 is of the Motorola type, and numeral 51 is a p-type silicon substrate similar to the cell shown in FIG. is formed. A gate oxide film 53 is formed on the surface of the element region, and source and drain regions 54 and 55 are formed in this element region by diffusion of n-type impurities. Then, the thickness of the gate oxide film 53 is reduced in a region extending from the channel region to part of the source and drain regions 54 and 55, thereby forming a thin film portion 56, and a floating gate electrode 57 is formed on this thin film portion 56. It is formed. Furthermore, a control gate electrode 59 is formed on the floating gate electrode 57 with an oxide film 58 interposed therebetween. Also, the side surfaces of these floating gate electrodes 57 and the control gate electrodes 5
The side and top surfaces of 9 are covered with an oxide film 60.
このような構成のEEPROMセルの特徴は、チ
ヤネル領域上及びソース、ドレイン領域54,5
5の一部上にシリコン酸化膜によるゲート酸化膜
53の薄膜部56を形成したもので、フローテイ
ングゲート電極57への電子の注入とフローテイ
ングゲート電極57からの電子の放出は、第2図
の場合と同様な電位設定を行なうことにより、フ
ローテイングゲート電極57とドレイン領域55
とが重なり合つている部分において上記薄膜部5
6を介して行われる。 The feature of the EEPROM cell having such a structure is that the channel region and the source and drain regions 54, 5
A thin film portion 56 of a gate oxide film 53 made of a silicon oxide film is formed on a part of the floating gate electrode 57, and the injection of electrons into the floating gate electrode 57 and the emission of electrons from the floating gate electrode 57 are performed as shown in FIG. The floating gate electrode 57 and the drain region 55 are
The thin film portion 5
6.
第4図のセルはナシヨナルセミコンダクタ社タ
イプのものであり、基本的な断面構造は第3図の
ものとほぼ同様であるあるが、このセルではフロ
ーテイングゲート電極57下部の中ほどまでドレ
イン領域55を延長させている。そしてこの延長
したドレイン領域55上の一部にゲート酸化膜5
3の薄膜部56を形成し、この薄膜部56を介し
てフローテイングゲート電極57に対する電子の
注入、放出を行なうようにしている。 The cell shown in FIG. 4 is of the National Semiconductor type, and its basic cross-sectional structure is almost the same as that shown in FIG. 55 has been extended. A gate oxide film 5 is formed on a part of this extended drain region 55.
A thin film portion 56 of No. 3 is formed, and electrons are injected into and emitted from the floating gate electrode 57 through this thin film portion 56.
ところで、上記従来のEEPROMは全てトンネ
ル現象により電子の注入、放出を行なうようにし
ているので、効率良く注入、放出を行なうために
は薄膜部56の膜厚は例えば100Å程度に薄くす
る必要がある。さらに情報の書き込み時、消去時
にはコントロールゲート電極とフローテイングゲ
ート電極との間、フローテイングゲート電極と基
板との間の容量結合比を用いて、薄い酸化膜に高
電界が印加される。通常、フローテイングゲート
電極及びコントロールゲート電極は多結晶シリコ
ンで構成されるため、この多結晶シリコン層上に
高信頼性の薄い酸化膜を形成することは困難であ
る。それ故、上記のような容量結合比を適正なも
のとするには、コントロールゲート電極とフロー
テイングゲート電極との重なり面積を大きくして
容量結合を増加させる必要がある。このために、
従来ではセル面積が大きくなり、大容量化が困難
であるという欠点がある。 Incidentally, since all of the conventional EEPROMs described above inject and emit electrons through tunneling, the thickness of the thin film portion 56 needs to be as thin as, for example, about 100 Å in order to inject and emit electrons efficiently. . Further, when writing or erasing information, a high electric field is applied to the thin oxide film using the capacitive coupling ratio between the control gate electrode and the floating gate electrode and between the floating gate electrode and the substrate. Since floating gate electrodes and control gate electrodes are usually made of polycrystalline silicon, it is difficult to form a highly reliable thin oxide film on this polycrystalline silicon layer. Therefore, in order to make the capacitive coupling ratio as described above appropriate, it is necessary to increase the overlapping area of the control gate electrode and the floating gate electrode to increase the capacitive coupling. For this,
Conventionally, the disadvantage is that the cell area becomes large, making it difficult to increase the capacity.
(発明が解決しようとする問題点)
このように従来の不揮発性半導体装置では、セ
ル面積が大きくなり、大容量化が困難であるとい
う欠点がある。(Problems to be Solved by the Invention) As described above, conventional nonvolatile semiconductor devices have the disadvantage that the cell area becomes large and it is difficult to increase the capacity.
この発明は上記のような事情を考慮してなされ
たものであり、その目的はセル面積の縮小化及び
セルの高密度化が実現でき、かつ情報の書き込
み、消去の際に必要な電圧の低減化を図ることが
できる不揮発性半導体装置の製造方法を提供する
ことにある。 This invention was made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to reduce the cell area, increase cell density, and reduce the voltage required when writing and erasing information. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor device that can be manufactured in a number of ways.
[発明の構成]
(問題点を解決するための手段)
この発明の不揮発性半導体装置の製造方法は、
第1導電型のシリコン半導体基体の表面に素子分
離用絶縁膜を形成するとともにこの絶縁膜で分離
された島状の素子領域を形成する工程と、上記素
子領域上に第1のゲート絶縁膜を形成する工程
と、上記第1のゲート絶縁膜の一部を選択的に除
去して開口部を形成する工程と、上記開口部から
露出した基体の表面を覆うように第2導電型の不
純物を含む第1の多結晶シリコン層を選択的に形
成する工程と、熱酸化法により上記第1の多結晶
シリコン層の表面に第2のゲート絶縁膜を形成す
るとともに第1の多結晶シリコン層に含まれる第
2導電型の不純物を上記基体表面に拡散させて第
2導電型の第1のドレイン領域を形成する工程
と、上記第2のゲート絶縁膜上及び上記第1のゲ
ート絶縁膜の一部上に連続して第2の多結晶シリ
コン層を選択的に形成してフローテイングゲート
電極を形成する工程と、上記素子分離用絶縁膜及
び上記フローテイングゲート電極をマスクに用い
て上記基体の表面に第2導電型の不純物を拡散さ
せて上記第1のドレイン領域と接続するように第
2のドレイン領域を形成するとともにソース領域
を形成する工程と、上記フローテイングゲート電
極の表面に第3のゲート絶縁膜を形成する工程
と、上記第3のゲート絶縁膜上に第3の多結晶シ
リコン層を堆積してコントロールゲート電極を形
成する工程とから構成されている。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor device of the present invention includes:
forming an element isolation insulating film on the surface of a first conductivity type silicon semiconductor substrate and forming an island-shaped element region separated by the insulating film; and forming a first gate insulating film on the element region. forming an opening, selectively removing a part of the first gate insulating film to form an opening, and applying impurities of a second conductivity type so as to cover the surface of the base exposed from the opening. a step of selectively forming a first polycrystalline silicon layer including a second gate insulating film on the surface of the first polycrystalline silicon layer by a thermal oxidation method; a step of diffusing a second conductivity type impurity contained in the substrate surface to form a second conductivity type first drain region; forming a floating gate electrode by selectively continuously forming a second polycrystalline silicon layer on the substrate; forming a second drain region to be connected to the first drain region by diffusing impurities of a second conductivity type on the surface and forming a source region; and a third step on the surface of the floating gate electrode. The method includes a step of forming a gate insulating film, and a step of depositing a third polycrystalline silicon layer on the third gate insulating film to form a control gate electrode.
(作用)
この発明の不揮発性半導体装置では、シリコン
半導体基体の露出面上に選択的に多結晶シリコン
層を形成し、さらにこの多結晶シリコン層上に酸
化膜を形成している。このようにして形成された
酸化膜は、シリコン半導体基体上に形成された酸
化膜よりトンネル電子の注入、放出を引起こす限
界電界が半分程度に低い。このため、膜厚が比較
的厚くても効率良く電子の注入、放出を行なうこ
とができる。(Function) In the nonvolatile semiconductor device of the present invention, a polycrystalline silicon layer is selectively formed on the exposed surface of a silicon semiconductor substrate, and an oxide film is further formed on this polycrystalline silicon layer. The oxide film thus formed has a critical electric field that causes injection and emission of tunnel electrons about half as low as that of an oxide film formed on a silicon semiconductor substrate. Therefore, electrons can be efficiently injected and emitted even if the film is relatively thick.
(実施例)
以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説
明する。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図はこの発明に係る不揮発性半導体装置の
製造方法による各工程を示す断面図であり、一つ
のメモリセルのみが示されている。以下、この図
面を参照してその製造工程を順次説明する。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing each step of the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor device according to the present invention, and only one memory cell is shown. Hereinafter, the manufacturing process will be sequentially explained with reference to the drawings.
まず、p型のシリコン半導体基板11上に酸化
膜12を熱酸化法により1000Å程度の厚みに成長
させる。次いでこの酸化膜12上にシリコン窒化
膜(Si3N4膜;シリコンナイトライド膜)13を
3000Å程度の厚みに堆積する。さらにこのシリコ
ン窒化膜13上に図示しないフオトレジスト膜を
堆積し、このフオトレジスト膜をパターニングし
て素子領域を島状に分離するためのフイールド酸
化膜形成予定領域位置が開口されたエツチング用
のマスクを形成する。次にこのマスクを用いて上
記シリコン窒化膜13を選択的にエツチングし
て、フイールド酸化膜形成予定領域部分を開口す
る。次いで上記フオトレジストマスクを除去した
後、予めパターニングされたシリコン窒化膜13
をマスクに、チヤネルストツパ形成のため、ホウ
素Bイオンを加速電圧40KeV、ドーズ量5×
1013/cm2の条件でイオン注入し、基板11の表面
に選択的にイオン注入領域14を形成する(第1
図a図示)。 First, an oxide film 12 is grown to a thickness of about 1000 Å on a p-type silicon semiconductor substrate 11 by thermal oxidation. Next, a silicon nitride film (Si 3 N 4 film; silicon nitride film) 13 is formed on this oxide film 12.
It is deposited to a thickness of about 3000 Å. Furthermore, a photoresist film (not shown) is deposited on this silicon nitride film 13, and this photoresist film is patterned to form an etching mask with openings at the positions where field oxide films are to be formed to separate device regions into islands. form. Next, using this mask, the silicon nitride film 13 is selectively etched to open the area where the field oxide film is to be formed. Next, after removing the photoresist mask, the silicon nitride film 13 patterned in advance is removed.
To form a channel stopper, boron B ions were accelerated at a voltage of 40 KeV and at a dose of 5× using
Ion implantation is performed under conditions of 10 13 /cm 2 to selectively form ion implantation regions 14 on the surface of the substrate 11 (first
Figure a).
次に上記シリコン窒化膜13を残した状態で、
H2Oを用いた1000℃のウエツト酸化を行ない、
基板11の露出面に酸化膜を成長させてフイール
ド酸化膜15を形成する。このとき、上記イオン
注入領域14内のホウ素原子が活性化され、フイ
ールド酸化膜15の下層にはp+型の反転防止層
16が同時に形成される(第1図b図示)。 Next, with the silicon nitride film 13 remaining,
Perform wet oxidation at 1000℃ using H 2 O,
An oxide film is grown on the exposed surface of the substrate 11 to form a field oxide film 15. At this time, the boron atoms in the ion implantation region 14 are activated, and a p + type inversion prevention layer 16 is simultaneously formed under the field oxide film 15 (as shown in FIG. 1B).
次いで、ドライエツチングを行なつて上記シリ
コン窒化膜13を除去し、続いてフツ化アンモニ
ウム溶液により上記酸化膜12をエツチング除去
する(第1図c図示)。 Next, dry etching is performed to remove the silicon nitride film 13, and then the oxide film 12 is etched away using an ammonium fluoride solution (as shown in FIG. 1c).
次に熱酸化法により、基板11の表面にゲート
酸化膜17を500Å程度成長させた後、全面にフ
オトレジストを塗布し、写真蝕刻法により素子領
域の書き込み、消去用のシリコン酸化薄膜形成予
定領域が開口されたレジストパターン18に形成
する。続いてこのパターン18をマスクにしてフ
ツ化アンモニウム溶液により上記ゲート酸化膜1
7を選択的にエツチング除去してゲート酸化膜1
7に開口部19を形成する(第1図d図示)。 Next, a gate oxide film 17 of about 500 Å is grown on the surface of the substrate 11 by a thermal oxidation method, and then a photoresist is applied to the entire surface, and a silicon oxide thin film for writing and erasing in the element area is planned to be formed using a photolithography method. is formed in a resist pattern 18 having an opening. Next, using this pattern 18 as a mask, the gate oxide film 1 is removed using an ammonium fluoride solution.
7 is selectively etched to remove the gate oxide film 1.
An opening 19 is formed in 7 (as shown in FIG. 1d).
次に上記レジストパターン18を除去した後、
全面に多結晶シリコン層20を成長させる。この
とき、この多結晶シリコン層20にはヒ素(As)
を5×1015/cm2程度にイオン注入する。続いて、
上記多結晶シリコン層20上に上記開口部19を
覆うような形状の図示しないレジストパターンを
形成し、このレジストパターンをマスクに用いて
多結晶シリコン層20を選択的にエツチングす
る。さらにこのレジストパターンを除去した後、
熱酸化法により、残存している多結晶シリコン層
20の表面に酸化膜21を300Å程度の厚みに形
成する。このとき、予め多結晶シリコン層20に
含まれているヒ素イオンが基板11の表面に拡散
され、n+型拡散層22が同時に形成される(第
1図e図示)。そして、この工程において多結晶
シリコン層20の表面に形成された酸化膜21
が、この後に形成されるフローテイングゲート電
極に対する電子の注入、放出を行なう際に電子が
通過する絶縁膜となる。 Next, after removing the resist pattern 18,
A polycrystalline silicon layer 20 is grown over the entire surface. At this time, this polycrystalline silicon layer 20 contains arsenic (As).
Ion implantation is performed to approximately 5×10 15 /cm 2 . continue,
A resist pattern (not shown) having a shape that covers the opening 19 is formed on the polycrystalline silicon layer 20, and the polycrystalline silicon layer 20 is selectively etched using this resist pattern as a mask. After removing this resist pattern,
An oxide film 21 with a thickness of about 300 Å is formed on the surface of the remaining polycrystalline silicon layer 20 by thermal oxidation. At this time, arsenic ions previously contained in the polycrystalline silicon layer 20 are diffused into the surface of the substrate 11, and an n + type diffusion layer 22 is simultaneously formed (as shown in FIG. 1e). In this step, an oxide film 21 is formed on the surface of the polycrystalline silicon layer 20.
However, it becomes an insulating film through which electrons pass when injecting and emitting electrons to and from the floating gate electrode that will be formed later.
次に全面に多結晶シリコン層を成長させる。こ
のとき、この多結晶シリコン層にも所定の不純物
イオンをイオン注入する。続いて、この多結晶シ
リコン層上に図示しないレジストパターンを形成
する。そして、このレジストパターンをマスクに
用いて上記多結晶シリコン層を選択的にエツチン
グし、フローテイングゲート電極23を形成す
る。また、この工程では、図示しないがメモリセ
ルの他に必要な周辺回路用のMOSトランジスタ
のゲート電極及び配線を同時にパターニングする
(第1図f図示)。 Next, a polycrystalline silicon layer is grown over the entire surface. At this time, predetermined impurity ions are also implanted into this polycrystalline silicon layer. Subsequently, a resist pattern (not shown) is formed on this polycrystalline silicon layer. Then, using this resist pattern as a mask, the polycrystalline silicon layer is selectively etched to form a floating gate electrode 23. In this step, although not shown, in addition to the memory cells, gate electrodes and wiring of MOS transistors for necessary peripheral circuits are patterned at the same time (as shown in FIG. 1f).
次に、上記フローテイングゲート電極23とフ
イールド酸化膜15とをマスクに使用し、ヒ素イ
オン(As)を加速電圧40KeV、ドーズ量5×
1015/cm2の条件でイオン注入し、さらに基板11
に注入されたヒ素イオンを活性化してn+型のソ
ース領域24とドレイン領域24を形成する。こ
のとき、ドレイン領域25は予め形成されている
n+型拡散層22と電気的に接続された状態にな
り、実質的なドレイン領域はドレイン領域25と
n+型拡散層22とから構成される(第1図g図
示)。 Next, using the floating gate electrode 23 and the field oxide film 15 as masks, arsenic ions (As) are applied at an acceleration voltage of 40 KeV and a dose of 5×.
Ion implantation was performed under the condition of 10 15 /cm 2 , and then the substrate 11
The implanted arsenic ions are activated to form n + type source region 24 and drain region 24. At this time, the drain region 25 is formed in advance.
It is electrically connected to the n + type diffusion layer 22, and the substantial drain region is the drain region 25.
It consists of an n + type diffusion layer 22 (illustrated in FIG. 1g).
次に900℃のO2雰囲気中で30分、熱酸化を行な
い、フローテイングゲート電極23の周囲に800
Åの厚みのコントロールゲート電極用ゲート酸化
膜26を形成する(第1図h図示)。 Next, thermal oxidation is performed for 30 minutes in an O 2 atmosphere at 900°C to form an 800%
A gate oxide film 26 for a control gate electrode is formed to a thickness of Å (as shown in FIG. 1h).
この後、全面に多結晶シリコン層を4000Å成長
させる。次いで900℃のPOcl3の雰囲気中で30分
にわたり熱処理することによりこの多結晶シリコ
ン層中にn型拡散を行なつた後、さらにその上に
コントロールゲート電極形成予定部をマスクした
図示しないレジストパターンを形成し、これをマ
スクにして多結晶シリコン層を選択的にエツチン
グしてコントロールゲート電極27を形成する
(第1図i図示)。 After this, a polycrystalline silicon layer is grown to a thickness of 4000 Å over the entire surface. Next, heat treatment was performed for 30 minutes in a POCl 3 atmosphere at 900°C to perform n-type diffusion into this polycrystalline silicon layer, and then a resist pattern (not shown) was formed on top of the polycrystalline silicon layer to mask the area where the control gate electrode was to be formed. is formed, and using this as a mask, the polycrystalline silicon layer is selectively etched to form a control gate electrode 27 (as shown in FIG. 1i).
以降は通常のMOS型集積回路の製造工程に従
つてPSG(リン・シリコンガラス)などの層間絶
縁膜28を堆積しこの層間絶縁膜28に対し上記
ソース領域24及びドレイン領域25の表面に通
じるコンタクトホール29,30を開口し、この
後、金属配線材料、例えばアルミニユームを真空
蒸着法によつて被着させ、これをパターニングし
てソース電極31及びドレイン電極32を形成す
る。さらにこの後、表面にパツシベーシヨン膜3
3を堆積してEEPROMが完成する(第1図j図
示)。 Thereafter, an interlayer insulating film 28 such as PSG (phosphorus silicon glass) is deposited in accordance with the normal manufacturing process for MOS type integrated circuits, and contacts are made to the interlayer insulating film 28 to the surfaces of the source region 24 and drain region 25. Holes 29 and 30 are opened, and then a metal wiring material, such as aluminum, is deposited by vacuum evaporation and patterned to form a source electrode 31 and a drain electrode 32. Furthermore, after this, a passivation film 3 is applied to the surface.
3 is deposited to complete the EEPROM (as shown in FIG. 1J).
ここで、上記n+型拡散層22はドレイン領域
25と電気的に接続して形成されており、かつ
n+型拡散層22はドレイン領域25とソース領
域24との間のチヤネル領域に形成されている。
また、多結晶シリコン層20はこのチヤネル領域
上に形成されている。 Here, the n + type diffusion layer 22 is formed to be electrically connected to the drain region 25, and
The n + -type diffusion layer 22 is formed in a channel region between the drain region 25 and the source region 24 .
Additionally, a polycrystalline silicon layer 20 is formed over this channel region.
このような構成のセルの初期閾値電圧Vthはゲ
ート酸化膜17下部のチヤネル領域の閾値電圧で
決定される。なお、チヤネル領域のn+型拡散層
22はヒ素をイオン注入することによつて形成し
ているが、これはリンイオンを注入して形成する
ようにしてもよく、あるいはヒ素とリンもしくは
これとホウ素イオンを注入して形成するようにし
てもよい。 The initial threshold voltage Vth of a cell having such a configuration is determined by the threshold voltage of the channel region under the gate oxide film 17. The n + -type diffusion layer 22 in the channel region is formed by implanting arsenic ions, but it may also be formed by implanting phosphorus ions, or by implanting arsenic and phosphorus or this and boron. It may also be formed by implanting ions.
このように、この実施例の方法は、多結晶シリ
コン層20上に熱酸化により薄い酸化膜21を形
成し、この上にフローテイングゲート電極23を
形成したことを特徴とする。このようにして形成
された酸化シリコンによる薄い酸化膜21を用い
ると、多結晶シリコン層20に対する酸化膜21
の見掛け上のバリアーハイトは、従来のシリコン
基板上に形成された酸化膜の基板に対するそれの
半分程度になる。すなわち、多結晶シリコン層2
0上に形成された酸化膜21は、基板上に形成さ
れた酸化膜よりもトンネル電流による電子の注
入、放出を引起こす限界電界が半分程度に低くな
る。このため、上記酸化膜21の極端な薄膜化
(例えば従来のような100Å)は必要なく、例えば
300Å程度にした場合にはセル面積は従来の約1/2
以下になる。また、コントロールゲート電極27
とフローテイングゲート電極23との間の重なり
面積を従来と同程度に設定した場合には、情報の
書き込み、消去時の電圧は従来の約2/3以下にす
ることができる。従つて、上記実施例の記憶装置
によれば、多結晶シリコン層20上の酸化膜21
の膜厚を適宜設定すれば、セル面積の縮小化及び
書込み、消去電圧の低減化が達成され、高集積化
かつ高信頼性のEEPROMが実現できる。 As described above, the method of this embodiment is characterized in that the thin oxide film 21 is formed on the polycrystalline silicon layer 20 by thermal oxidation, and the floating gate electrode 23 is formed on this. When the thin oxide film 21 made of silicon oxide formed in this way is used, the oxide film 21 on the polycrystalline silicon layer 20
The apparent barrier height is about half that of a conventional oxide film formed on a silicon substrate. That is, polycrystalline silicon layer 2
The oxide film 21 formed on the substrate has a critical electric field that causes injection and emission of electrons due to tunnel current to be about half lower than that of the oxide film formed on the substrate. Therefore, it is not necessary to make the oxide film 21 extremely thin (for example, 100 Å as in the conventional case).
When the thickness is around 300Å, the cell area is approximately 1/2 that of the conventional one.
It becomes below. In addition, the control gate electrode 27
If the overlapping area between the floating gate electrode 23 and the floating gate electrode 23 is set to the same level as the conventional one, the voltage for writing and erasing information can be reduced to about two-thirds or less of the conventional one. Therefore, according to the memory device of the above embodiment, the oxide film 21 on the polycrystalline silicon layer 20
By appropriately setting the film thickness, the cell area can be reduced and the write and erase voltages can be reduced, making it possible to realize a highly integrated and highly reliable EEPROM.
なお、この発明は上記した実施例に限定される
ものではなく種々の変形が可能であることはいう
までもない。例えば上記実施例ではフローテイン
グゲート電極23を多結晶シリコン層で構成する
場合について説明したが、これはモリブデン、チ
タンなどの高融点金属とシリコンとの高融点金属
シリサイド層、多結晶シリコン層と高融点金属シ
リサイド層との積層膜などにより構成するように
してもよい。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and that various modifications can be made. For example, in the above embodiment, the case where the floating gate electrode 23 is made of a polycrystalline silicon layer has been explained, but this is not possible with a high melting point metal silicide layer made of a high melting point metal such as molybdenum or titanium and silicon, or a polycrystalline silicon layer and a high melting point metal silicide layer of silicon. It may also be configured by a laminated film with a melting point metal silicide layer.
[発明の効果]
以上説明したようにこの発明によれば、セル面
積の縮小化及びセルの高密度化が実現でき、かつ
情報の書き込み、消去の際に必要な電圧の低減化
を図ることができる不揮発性半導体装置の製造方
法を提供することができる。[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, it is possible to reduce the cell area and increase the density of the cell, and to reduce the voltage required when writing and erasing information. It is possible to provide a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor device.
第1図はこの発明の実施例を説明するための断
面図、第2図ないし第4図はそれぞれ従来装置の
断面図である。
11……p型のシリコン半導体基板、12……
酸化膜、13……シリコン窒化膜、14……イオ
ン注入領域、15……フイールド酸化膜、16…
…p+型の反転防止層、17……ゲート酸化膜、
18……レジストパターン、19……開口部、2
0……多結晶シリコン層、21……酸化膜、22
……n+型拡散層、23……フローテイングゲー
ト電極、24……ソース領域、25……ドレイン
領域、26……コントロールゲート電極用ゲート
酸化膜、27……コントロールゲート電極、28
……層間絶縁膜、29,30……コンタクトホー
ル、31……ソース電極、32……ドレイン電
極、33……パツシベーシヨン膜。
FIG. 1 is a sectional view for explaining an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 4 are sectional views of conventional devices. 11... p-type silicon semiconductor substrate, 12...
Oxide film, 13... Silicon nitride film, 14... Ion implantation region, 15... Field oxide film, 16...
... p + type inversion prevention layer, 17 ... gate oxide film,
18...Resist pattern, 19...Opening, 2
0... Polycrystalline silicon layer, 21... Oxide film, 22
... n + type diffusion layer, 23 ... floating gate electrode, 24 ... source region, 25 ... drain region, 26 ... gate oxide film for control gate electrode, 27 ... control gate electrode, 28
...Interlayer insulating film, 29, 30... Contact hole, 31... Source electrode, 32... Drain electrode, 33... Passivation film.
Claims (1)
子分離用絶縁膜を形成するとともにこの絶縁膜で
分離された島状の素子領域を形成する工程と、 上記素子領域上に第1のゲート絶縁膜を形成す
る工程と、 上記第1のゲート絶縁膜の一部を選択的に除去
して開口部を形成する工程と、 上記開口部から露出した基体の表面を覆うよう
に第2導電型の不純物を含む第1の多結晶シリコ
ン層を選択的に形成する工程と、 熱酸化法により上記第1の多結晶シリコン層の
表面に第2のゲート絶縁膜を形成するとともに第
1の多結晶シリコン層に含まれる第2導電型の不
純物を上記基体表面に拡散させて第2導電型の第
1のドレイン領域を形成する工程と、 上記第2のゲート絶縁膜上及び上記第1のゲー
ト絶縁膜の一部上に連続して第2の多結晶シリコ
ン層を選択的に形成してフローテイングゲート電
極を形成する工程と、 上記素子分離用絶縁膜及び上記フローテイング
ゲート電極をマスクに用いて上記基体の表面に第
2導電型の不純物を拡散させて上記第1のドレイ
ン領域と接続するように第2のドレイン領域を形
成するとともにソース領域を形成する工程と、 上記フローテイングゲート電極の表面に第3の
ゲート絶縁膜を形成する工程と、 上記第3のゲート絶縁膜上に第3の多結晶シリ
コン層を堆積してコントロールゲート電極を形成
する工程と を具備したことを特徴とする不揮発性半導体装置
の製造方法。[Claims] 1. A step of forming an insulating film for element isolation on the surface of a silicon semiconductor substrate of a first conductivity type and forming an island-shaped element region separated by the insulating film; forming a first gate insulating film; selectively removing a portion of the first gate insulating film to form an opening; selectively forming a first polycrystalline silicon layer containing impurities of a second conductivity type; forming a second gate insulating film on the surface of the first polycrystalline silicon layer by thermal oxidation; forming a first drain region of a second conductivity type by diffusing impurities of a second conductivity type contained in the first polycrystalline silicon layer onto the surface of the substrate; a step of selectively forming a second polycrystalline silicon layer continuously on a part of the first gate insulating film to form a floating gate electrode; a step of diffusing impurities of a second conductivity type into the surface of the substrate using a mask to form a second drain region and a source region so as to be connected to the first drain region; The method includes the steps of forming a third gate insulating film on the surface of the gate electrode, and depositing a third polycrystalline silicon layer on the third gate insulating film to form a control gate electrode. A method for manufacturing a non-volatile semiconductor device.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61109909A JPS62265767A (en) | 1986-05-14 | 1986-05-14 | Nonvolatile semiconductor device and manufacture thereof |
| KR1019870004732A KR900004731B1 (en) | 1986-05-14 | 1987-05-14 | Read only memory semiconductor device and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61109909A JPS62265767A (en) | 1986-05-14 | 1986-05-14 | Nonvolatile semiconductor device and manufacture thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62265767A JPS62265767A (en) | 1987-11-18 |
| JPH0478189B2 true JPH0478189B2 (en) | 1992-12-10 |
Family
ID=14522222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61109909A Granted JPS62265767A (en) | 1986-05-14 | 1986-05-14 | Nonvolatile semiconductor device and manufacture thereof |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62265767A (en) |
| KR (1) | KR900004731B1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6489370A (en) * | 1987-09-29 | 1989-04-03 | Matsushita Electronics Corp | Semiconductor storage device |
| JPH0575134A (en) * | 1991-08-16 | 1993-03-26 | Rohm Co Ltd | Semiconductor memory |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5536937A (en) * | 1978-09-04 | 1980-03-14 | Nec Corp | Nonvolatile semiconductor storage unit |
| DE3007892C2 (en) * | 1980-03-01 | 1982-06-09 | Deutsche Itt Industries Gmbh, 7800 Freiburg | Floating gate memory cell |
-
1986
- 1986-05-14 JP JP61109909A patent/JPS62265767A/en active Granted
-
1987
- 1987-05-14 KR KR1019870004732A patent/KR900004731B1/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR870011698A (en) | 1987-12-26 |
| KR900004731B1 (en) | 1990-07-05 |
| JPS62265767A (en) | 1987-11-18 |
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