JP2000049313A - Non volatile semiconductor memory device and manufacture thereof - Google Patents

Non volatile semiconductor memory device and manufacture thereof

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JP2000049313A
JP2000049313A JP10213941A JP21394198A JP2000049313A JP 2000049313 A JP2000049313 A JP 2000049313A JP 10213941 A JP10213941 A JP 10213941A JP 21394198 A JP21394198 A JP 21394198A JP 2000049313 A JP2000049313 A JP 2000049313A
Authority
JP
Japan
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diffusion layer
gate
drain diffusion
layer
source diffusion
Prior art date
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Application number
JP10213941A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Yamaguchi
清 山口
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non volative semiconductor memory device which keeps a small erasing block and a rapid responsiveness and has a long-time reliability, and also provide a method for manufacturing such a device. SOLUTION: When writing data in a memory 15, a selection gate 8, a drain diffused layer 2, and a source diffusion layer 13 are applied with positive bias, a source diffused layer 3 is grounded, and an erasing gate 9 is opened. By applying relatively large positive bias to the drain diffused layer 2 side, hot electrons generated in a channel region on the drain diffused layer 2 side are injected into a floating gate 5. In this method for injection using hot electrons, a thicker gate oxide film than in FN tunneling can be used even at the same potential. When erasing the data, the electrons are pulled away from the floating gate 5 into an eraser gate 9 by applying the eraser gate 9 with positive bias and the selection gate 8 with 0V or a negative bias and opening the other terminals.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はEEPROMやフラ
ッシュEEPROMに用いられるスプリットゲート型と
称される不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法に関
し、特に、大容量かつ高信頼性が必要とされる分野に用
いるのに適する不揮発性半導体記憶装置及びその製造方
法に関するのもである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-volatile semiconductor memory device called a split gate type used for an EEPROM or a flash EEPROM and a method for manufacturing the same, and more particularly to a field requiring a large capacity and high reliability. The present invention also relates to a nonvolatile semiconductor memory device suitable for use and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の不揮発性メモリに比べ、単位面積
当たりの記憶容量が大きいフラッシュメモリは、現在不
揮発性メモリの主流となっている。フラッシュメモリは
単ビット毎の消去機能を省くことによって、大幅な集積
化を実現した。このためほとんどの場合、フラッシュメ
モリの消去は、あるまとまった領域(本明細書内ではブ
ロックと呼ぶ)単位で行う。近年フラッシュメモリは飛
躍的な高集積化を果たしており、これにより、より大容
量のものが実現されているが、一方高集積大容量のもの
ほど、消去ブロックが大きいという傾向がある。フラッ
シュメモリは、当初紫外線消去型のUV−EPROMの
置き換えとしての用途が主であり、消去ブロックの大き
さは、問題とならなかった。しかし、他の応用を考えた
とき、消去ブロックを小さくできること、また、必要に
応じて任意に設定できることが必要となってきた。
2. Description of the Related Art Flash memories having a larger storage capacity per unit area than conventional nonvolatile memories are currently the mainstream of nonvolatile memories. Flash memory has achieved a great deal of integration by eliminating the erasing function for each single bit. Therefore, in most cases, erasing of the flash memory is performed in units of a certain area (called a block in this specification). In recent years, flash memories have achieved a tremendous degree of high integration, and as a result, large-capacity flash memories have been realized. On the other hand, high-density and large-capacity flash memories tend to have larger erase blocks. The flash memory was primarily used as a replacement for the UV-EPROM of the ultraviolet erasing type, and the size of the erasing block did not matter. However, considering other applications, it has become necessary that the erase block can be made smaller and that it can be set arbitrarily as needed.

【0003】フラッシュメモリセルの一例として、米国
特許第5280446号に開示されているものがある
(従来技術1)。このメモリでは、埋込み拡散層を用い
たいわゆるコンタクトレスNOR構造をとっており、か
つ隣り合ったメモリセル同士で拡散層を共有する仮想接
地アレイ的な接続方法を採用している。このため、スプ
リットゲート構造を備えているにも拘わらず、1ビット
あたりの面積が小さい。また、従来技術1のメモリは、
ドレイン拡散層毎に独立に消去が可能である。このた
め、他の方式を採用するフラッシュメモリに比べ消去ブ
ロックを小さくできる長所を有する。また、データブロ
ックがドレイン拡散層毎となるため、同一データブロッ
クのデータの書込みや読出し時にドレイン拡散層の電位
を切り替える必要がなく、高速化にとっても有利であ
る。従来技術1のメモリでは、消去動作は、浮遊ゲート
からドレイン拡散層へのFNトンネリングを用いてい
る。
An example of a flash memory cell is disclosed in US Pat. No. 5,280,446 (prior art 1). This memory has a so-called contactless NOR structure using a buried diffusion layer, and adopts a connection method like a virtual ground array in which adjacent memory cells share a diffusion layer. Therefore, the area per bit is small in spite of having the split gate structure. Further, the memory of the prior art 1 is:
Erasure can be performed independently for each drain diffusion layer. For this reason, there is an advantage that an erase block can be made smaller than a flash memory employing another method. Further, since a data block is provided for each drain diffusion layer, there is no need to switch the potential of the drain diffusion layer when writing or reading data of the same data block, which is advantageous for speeding up. In the memory of the prior art 1, the erasing operation uses FN tunneling from the floating gate to the drain diffusion layer.

【0004】ゲート領域でのFNトンネリングを用いな
い方法としては、消去ゲートを用いて消去を行う方法が
ある。消去ゲートを用いた場合、消去動作は浮遊ゲート
−消去ゲート間のFNトンネリングが用いられる。この
ため、浮遊ゲート下のゲート酸化膜を厚くでき、さらに
ゲート酸化膜が消去によって劣化する事もない。このた
め、デバイス特性や電荷保持特性の長期的な信頼性を確
保しやすい。消去ゲートを持つフラッシュメモリとして
特開平9−129853号公報に開示されているものが
ある(従来技術2)。従来技術2で用いるメモリセル
は、動作安定性に優れたスプリットゲート型であり、か
つ仮想接地構成の埋込み拡散層構造となっているため、
高集積化にも有利である。
As a method not using FN tunneling in a gate region, there is a method of performing erasing using an erasing gate. When an erase gate is used, the erase operation uses FN tunneling between the floating gate and the erase gate. Therefore, the thickness of the gate oxide film below the floating gate can be increased, and the gate oxide film does not deteriorate due to erasure. Therefore, long-term reliability of device characteristics and charge retention characteristics can be easily ensured. There is a flash memory having an erase gate disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-129853 (prior art 2). The memory cell used in the prior art 2 is a split gate type having excellent operation stability, and has a buried diffusion layer structure of a virtual ground configuration.
It is also advantageous for high integration.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来技術1のメモリで
は、消去動作は、浮遊ゲートからドレイン拡散層へのF
Nトンネリングを用いている。このため、浮遊ゲート下
のゲート酸化膜の膜厚は実用上10nm以下にする必要
があり、また、近年の低電圧化の要求に応えるため、こ
の膜厚をさらに薄くする必要に迫られている。このよう
な極薄膜においてFNトンネリングを繰り返し行う場
合、ゲート酸化膜それ自体の劣化を引き起こす。このた
め、書込/消去動作を繰り返し行うと、デバイス特性の
劣化や電荷保持特性の劣化を引き起こす。このことは、
長期的な信頼性を確保する上で障害となっている。
In the memory of the prior art 1, the erasing operation is performed by the F operation from the floating gate to the drain diffusion layer.
N tunneling is used. For this reason, the thickness of the gate oxide film under the floating gate needs to be practically 10 nm or less, and in order to meet the recent demand for lowering the voltage, the thickness must be further reduced. . When FN tunneling is repeatedly performed on such an extremely thin film, the gate oxide film itself is deteriorated. Therefore, if the write / erase operation is repeatedly performed, the device characteristics and the charge retention characteristics are deteriorated. This means
An obstacle to ensuring long-term reliability.

【0006】また、従来技術2においては、消去ゲート
と拡散層が直交する形となっている。このため、消去ブ
ロックをデータブロックとした場合、同一のデータブッ
ロク内でのデータの書込み又は読出しの際、拡散層の電
位を切り替える必要があり、高速化にとって不利となっ
ている。このように、小さな消去ブロックと高速応答性
を維持したまま、同時にデバイス特性や電荷保持特性の
長期的な信頼性を根本的に改善することは難しかった。
そこで本発明は、フラッシュメモリにおいて、小さな消
去ブロックと高速応答性を維持し、かつ長期的な信頼性
を確保した半導体装置及びその製造方法を提供すること
を目的とするものである。
In the prior art 2, the erase gate and the diffusion layer are orthogonal to each other. For this reason, when the erase block is a data block, it is necessary to switch the potential of the diffusion layer when writing or reading data in the same data block, which is disadvantageous for speeding up. Thus, it has been difficult to fundamentally improve the long-term reliability of device characteristics and charge retention characteristics while maintaining small erase blocks and high-speed response.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method of manufacturing the same in a flash memory, which maintain a small erase block and high-speed responsiveness and ensure long-term reliability.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明による不揮発性半
導体装置は、主平面を有する第1導電型の半導体基板上
に形成されたメモリセルが主平面上に行及び列のマトリ
クスにアレイ配置されるように形成され、各メモリセル
は、ソース拡散層、ドレイン拡散層、浮遊ゲート、選択
ゲート及び消去ゲートを有するMOS型メモリであり、
ソース拡散層及びドレイン拡散層となる帯状の第2導電
型の拡散層が列方向に形成され、ドレイン拡散層を挾ん
で隣り合うメモリセルは、ドレイン拡散層を共有するよ
うに、ドレイン拡散層に対して対称に配置され、メモリ
セル領域のソース拡散層・ドレイン拡散層間にチャネル
が形成され、チャネル長方向の長さがソース拡散層、ド
レイン拡散層間の距離よりも短い浮遊ゲートが、ソース
拡散層・ドレイン拡散層間に第1の絶縁膜を介して、ド
レイン拡散層側に寄せられて、各メモリセル毎に形成さ
れ、ドレイン拡散層上には、第2の絶縁膜を介して、ド
レイン拡散層の両側に配置されたメモリセルで共有する
帯状の消去ゲートが配置され、さらに上層には、アレイ
の行方向に配置されたメモリセルで共有とされ、かつメ
モリセルの選択ゲート電極を兼ねるワード線が、浮遊ゲ
ート、ソース拡散層間の半導体基板とは第3の絶縁膜を
介して形成されているものである。
In a nonvolatile semiconductor device according to the present invention, memory cells formed on a semiconductor substrate of a first conductivity type having a main plane are arranged in a matrix of rows and columns on the main plane. Each memory cell is a MOS type memory having a source diffusion layer, a drain diffusion layer, a floating gate, a selection gate, and an erase gate.
A strip-shaped second conductivity type diffusion layer serving as a source diffusion layer and a drain diffusion layer is formed in the column direction, and memory cells adjacent to each other with the drain diffusion layer interposed therebetween share a drain diffusion layer so as to share the drain diffusion layer. A channel is formed symmetrically with respect to the memory cell region, a channel is formed between the source diffusion layer and the drain diffusion layer in the memory cell region, and a floating gate whose length in the channel length direction is shorter than the distance between the source diffusion layer and the drain diffusion layer is formed by the source diffusion layer. A drain diffusion layer is formed for each memory cell via the first insulating film between the drain diffusion layers, and the drain diffusion layer is formed on the drain diffusion layer via the second insulating film; A band-shaped erase gate shared by the memory cells arranged on both sides of the memory cell is arranged. Further, in the upper layer, a memory cell arranged in the row direction of the array is shared and a memory cell selection gate is provided. Word line serving as a gate electrode is, the floating gate and the semiconductor substrate of the source diffusion layer are those formed through the third insulating film.

【0008】書込みは選択ゲート及びドレイン拡散層に
正バイアスを与え、チャネル領域のドレイン拡散層側で
生じたホットエレクトロンを第1の絶縁膜を介して、浮
遊ゲートに注入することによって行う。消去は、消去ゲ
ートに正バイアスを印加し、第2の絶縁膜を介して、浮
遊ゲートから消去ゲートへのFNトンネリングによって
行う。以上のように本発明では、浮遊ゲートへの電子の
注入/引抜きにチャネル領域でのFNトンネリングを用
いない。このため、従来10nm以下にする必要があっ
た第1の絶縁膜厚を、それ以上の膜厚とする事ができ
る。されにFNトンネリングを行うことに起因する第1
の絶縁膜の劣化もないことから、デバイス特性や電荷保
持性を大幅に向上できる。さらにドレイン拡散層と消去
ゲートは、一対一に対応する形で同一方向に形成されて
いるため、消去ブロックの小ささを維持しつつ、かつ高
速性も失われない。
Writing is performed by applying a positive bias to the select gate and the drain diffusion layer and injecting hot electrons generated on the drain diffusion layer side of the channel region into the floating gate via the first insulating film. Erasing is performed by applying a positive bias to the erasing gate and FN tunneling from the floating gate to the erasing gate via the second insulating film. As described above, in the present invention, FN tunneling in the channel region is not used for injecting / extracting electrons to / from the floating gate. For this reason, the first insulating film thickness conventionally required to be 10 nm or less can be made larger. In addition, the first problem caused by performing FN tunneling
Since the insulating film does not deteriorate, the device characteristics and charge retention can be greatly improved. Further, since the drain diffusion layer and the erase gate are formed in the same direction so as to correspond one-to-one, the speed of the erase block is not lost while maintaining the small size of the erase block.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】第3の絶縁膜として、シリコン酸
化膜/シリコン窒化膜/シリコン酸化膜の積層膜を用い
ることが好ましい。その結果、単純なシリコン酸化膜を
用いる場合と比較して、より薄い膜厚で高い信頼性が得
られるため、動作の低電圧化や電化保持能力のさらなる
向上が得られる。第1の絶縁膜を介して浮遊ゲートとド
レイン拡散層がチャネル長方向に重なり合う領域を有す
ることが好ましい。その結果、ドレイン拡散層に正バイ
アスを与えると、このオーバーラップ領域による静電容
量結合によって、浮遊ゲートに正バイアスを与えること
でき、さらに選択ゲートに適当な正バイアスを与えるこ
とによって、浮遊ゲート下のチャネル部分のソース拡散
層側でホットエレクトロンを発生させることができるの
で、選択ゲートによりチャネル電流を制御してホットエ
レクトロンをより効率的に浮遊ゲートに注入することが
でき、低消費電力化につながる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS It is preferable to use a laminated film of a silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film as a third insulating film. As a result, higher reliability can be obtained with a thinner film thickness as compared with the case where a simple silicon oxide film is used, so that the operation voltage can be reduced and the charge retention ability can be further improved. It is preferable that the floating gate and the drain diffusion layer have a region overlapping in the channel length direction with the first insulating film interposed therebetween. As a result, when a positive bias is applied to the drain diffusion layer, a positive bias can be applied to the floating gate due to the capacitive coupling by the overlap region. Hot electrons can be generated on the side of the source diffusion layer in the channel portion, so that the channel current can be controlled by the select gate, so that the hot electrons can be more efficiently injected into the floating gate, leading to lower power consumption. .

【0010】本発明にかかる不揮発性半導体記憶装置の
アレイ方式として、ドレイン拡散層とソース拡散層が交
互に形成され、1つのドレイン拡散層を共有するメモリ
セル群をブロックとし、隣り合うブロック同士が互いに
ソース拡散層を共有する形で接続されていることが好ま
しい。その結果、消去ブロック間に素子分離領域を設け
る必要がなく、1ビットあたりの素子面積を削減でき
る。さらに、ソース拡散層及びドレイン拡散層はそれぞ
れブロック選択トランジスタを介してメタルビット線に
接続され、ブロック選択トランジスタによって選択され
るブロック内の全ての消去ゲート同士が電気的に接続さ
れていることが好ましい。その結果、ブロック選択トラ
ンジスタで選択される領域と、消去ブロックを同一とす
ることができる。
As an array system of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, drain diffusion layers and source diffusion layers are alternately formed, and a memory cell group sharing one drain diffusion layer is used as a block, and adjacent blocks are connected to each other. It is preferable that they are connected so as to share a source diffusion layer with each other. As a result, there is no need to provide an element isolation region between erase blocks, and the element area per bit can be reduced. Further, it is preferable that the source diffusion layer and the drain diffusion layer are each connected to a metal bit line via a block selection transistor, and all erase gates in a block selected by the block selection transistor are electrically connected to each other. . As a result, the area selected by the block selection transistor and the erase block can be made the same.

【0011】さらに、ブロック選択トランジスタ間の素
子数を替えることにより、消去ブロックの大きさを自由
に設定できる。さらに、ブロック選択トランジスタを用
いることにより、読出し時のビット線容量を大幅に軽減
でき、ランダムアクセス時の読出し時間を短縮できる。
さらに、メタルビット線はソース拡散層及びドレイン拡
散層と平行な方向に形成され、ブロック選択トランジス
タのゲートはメタルビット線と直交する方向に形成さ
れ、ブロック内の全ての消去ゲートで共通の消去ライン
もメタルビット線と直交する方向に形成されていること
が好ましい。その結果、ブロック選択トランジスタのゲ
ートと消去ゲート及び消去ラインが重なり合わず、作成
プロセス上も有利となる。
Further, the size of the erase block can be freely set by changing the number of elements between the block selection transistors. Further, by using the block selection transistor, the bit line capacity at the time of reading can be significantly reduced, and the reading time at the time of random access can be reduced.
Further, the metal bit line is formed in a direction parallel to the source diffusion layer and the drain diffusion layer, the gate of the block selection transistor is formed in a direction orthogonal to the metal bit line, and an erasing line common to all erasing gates in the block. Also, it is preferable that they are formed in a direction orthogonal to the metal bit lines. As a result, the gate of the block select transistor does not overlap with the erase gate and the erase line, which is advantageous in the production process.

【0012】本発明による不揮発性半導体記憶装置の製
造方法は、以下の(a)〜(g)の工程を含むものであ
る。 (a)第1導電型の半導体基板にビット間の素子分離層
を形成した後、半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する
工程、(b)浮遊ゲートとなる第1のポリシリコン層を
堆積した後、ドレイン拡散層領域及びソース拡散層領域
を開口するように、ポリシリコン層をパターニングする
工程、(c)ポリシリコン層のパターンをマスクとして
半導体基板に第2導電型の不純物の注入を行い、帯状の
ドレイン拡散層及びソース拡散層を形成する工程、
(d)熱酸化を用いてポリシリコン層表面、ソース拡散
層上及びドレイン拡散層上に第2の絶縁膜を形成する工
程、(e)さらに第2のポリシリコン層を堆積し、その
第2のポリシリコン層をパターンニングしてソース拡散
層及びドレイン拡散層と平行な方向に帯状の消去ゲート
を形成するとともに、第1のポリシリコン層で消去ゲー
トのパターンからはみ出した部分も同時にエッチングし
て浮遊ゲートを形成する工程、(f)半導体基板上の全
面に第3の絶縁膜を形成する工程、(g)その上に第3
のポリシリコン層を成膜した後、パターニングを行い、
ソース拡散層、ドレイン拡散層及び消去ゲートと直交す
る方向に選択ゲートを形成する工程。浮遊ゲート用の第
2の2型ポリシリコンのエッチングパターンをそのまま
ソース拡散層・ドレイン拡散層の注入に用いるようにし
たので、リソグラフィーの回数を低減でき工程の簡略化
となる。
A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention includes the following steps (a) to (g). (A) forming an element isolation layer between bits on a semiconductor substrate of a first conductivity type, and then forming a first insulating film on the semiconductor substrate; and (b) forming a first polysilicon layer serving as a floating gate. After the deposition, a step of patterning the polysilicon layer so as to open the drain diffusion layer region and the source diffusion layer region, and (c) implanting a second conductivity type impurity into the semiconductor substrate using the pattern of the polysilicon layer as a mask. Performing, forming a strip-shaped drain diffusion layer and a source diffusion layer,
(D) forming a second insulating film on the surface of the polysilicon layer, on the source diffusion layer and on the drain diffusion layer using thermal oxidation, and (e) further depositing a second polysilicon layer, Patterning the polysilicon layer to form a strip-shaped erase gate in a direction parallel to the source diffusion layer and the drain diffusion layer, and simultaneously etching a portion of the first polysilicon layer that protrudes from the erase gate pattern. Forming a floating gate, (f) forming a third insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate, and (g) forming a third insulating film thereon.
After forming a polysilicon layer, patterning is performed,
Forming a select gate in a direction orthogonal to the source diffusion layer, the drain diffusion layer, and the erase gate; Since the etching pattern of the second type 2 polysilicon for the floating gate is used as it is for the implantation of the source diffusion layer and the drain diffusion layer, the number of lithography can be reduced and the process can be simplified.

【0013】[0013]

【実施例】次に、本発明の実施例について図を参照して
説明する。図1は、半導体記憶装置の一実施例を表す図
であり、(a)は平面図、(b)は(a)に示したA−
A’における断面図である。P型シリコン基板1にソー
ス拡散層3,13及びドレイン拡散層2となる帯状のN
型の拡散層が、互いに平行に、かつ交互に列方向
((a)では縦方向、(b)では紙面垂直方向)に形成
されている。メモリセルは各々のドレイン拡散層2を共
有するように、ドレイン拡散層2に対して対称に配置さ
れており、フィールド酸化膜10により列方向に分離さ
れている。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A and 1B are diagrams illustrating an embodiment of a semiconductor memory device, wherein FIG. 1A is a plan view, and FIG.
It is sectional drawing in A '. A strip-shaped N serving as source diffusion layers 3 and 13 and a drain diffusion layer 2 is formed on a P-type silicon substrate 1.
Diffusion layers are formed in parallel with each other and alternately in a column direction (a vertical direction in (a) and a vertical direction in the drawing in (b)). The memory cells are arranged symmetrically with respect to the drain diffusion layer 2 so as to share each drain diffusion layer 2, and are separated in the column direction by a field oxide film 10.

【0014】チャネル長方向の長さがソース拡散層3−
ドレイン拡散層2間の距離よりも短いN型の導電型を有
するポリシリコンからなる浮遊ゲート5が、ソース拡散
層・ドレイン拡散層間にゲート酸化膜(第1の絶縁膜)
4を介して、ドレイン拡散層2側に寄せられて、各メモ
リセル毎に形成されている。ドレイン拡散層2上には絶
縁層6を介し、浮遊ゲート5の一部の上面及び側面には
シリコン酸化膜(第2の絶縁膜)20を介して、ドレイ
ン拡散層2の両側に配置されたメモリセルで共有する帯
状の消去ゲート9がドレイン拡散層2に平行に形成され
ている。さらに上層には、アレイの行毎のメモリセルで
共有とされる行方向に帯状の選択ゲート8,18が、ソ
ース拡散層3,13、浮遊ゲート5間の半導体基板1と
はシリコン酸化膜(第3の絶縁膜)11を介し、ソース
拡散層3,13とはシリコン酸化膜7を介し、浮遊ゲー
ト5とはシリコン酸化膜21を介し、消去ゲート9とは
シリコン酸化膜23を介して形成されている。15は1
個のメモリセルを表している。
The source diffusion layer 3 has a length in the channel length direction.
A floating gate 5 made of polysilicon having N-type conductivity shorter than the distance between the drain diffusion layers 2 forms a gate oxide film (first insulating film) between the source diffusion layer and the drain diffusion layer.
4, each of the memory cells is formed closer to the drain diffusion layer 2 side. On the drain diffusion layer 2, an insulating layer 6 is interposed, and on the upper and side surfaces of a part of the floating gate 5, a silicon oxide film (second insulating film) 20 is interposed on both sides of the drain diffusion layer 2. A band-shaped erase gate 9 shared by the memory cells is formed in parallel with the drain diffusion layer 2. Furthermore, in the upper layer, band-shaped select gates 8 and 18 in the row direction shared by the memory cells of each row of the array are provided. The semiconductor substrate 1 between the source diffusion layers 3 and 13 and the floating gate 5 is a silicon oxide film ( Via the third insulating film) 11, the source diffusion layers 3 and 13 via the silicon oxide film 7, the floating gate 5 via the silicon oxide film 21, and the erase gate 9 via the silicon oxide film 23. Have been. 15 is 1
Represents the number of memory cells.

【0015】このメモリの動作は、次のように行われ
る。メモリ15へのデータの書込みは、選択ゲート8に
正バイアス、ドレイン拡散層2及びソース拡散層13に
正バイアスを印加し、ソース拡散層3を接地、消去ゲー
ト9を開放とすることによって行われる。浮遊ゲート5
と選択ゲート8はシリコン酸化膜21を介して容量結合
している。このため、選択ゲート8と浮遊ゲート5の下
で、ソース拡散層3とドレイン拡散層2の間にはチャネ
ルが形成される。このときドレイン拡散層2側に比較的
大きな正バイアスを与えることによりドレイン拡散層2
側のチャネル領域で発生したホットエレクトロンを浮遊
ゲート5に注入できる。このホットエレクトロンによる
注入では、FNトンネリングに比べると同一の電圧でも
より厚いゲート酸化膜を用いることができる。また、消
去は消去ゲート9に正バイアス、選択ゲート8に0V又
は負バイアスを印加し、他の端子を開放とし、シリコン
酸化膜20を介して、浮遊ゲート5の電子を消去ゲート
9に引き抜く事によって行う。
The operation of this memory is performed as follows. Writing of data to the memory 15 is performed by applying a positive bias to the selection gate 8, applying a positive bias to the drain diffusion layer 2 and the source diffusion layer 13, setting the source diffusion layer 3 to ground, and opening the erase gate 9. . Floating gate 5
And the select gate 8 are capacitively coupled via the silicon oxide film 21. Therefore, a channel is formed between the source diffusion layer 3 and the drain diffusion layer 2 under the select gate 8 and the floating gate 5. At this time, by applying a relatively large positive bias to the drain diffusion layer 2 side, the drain diffusion layer 2
Hot electrons generated in the side channel region can be injected into the floating gate 5. In this hot electron injection, a thicker gate oxide film can be used even at the same voltage as compared with FN tunneling. For erasing, a positive bias is applied to the erasing gate 9 and 0 V or a negative bias is applied to the selection gate 8 to open other terminals, and to extract electrons from the floating gate 5 to the erasing gate 9 through the silicon oxide film 20. Done by

【0016】以上のように本発明では、書込/消去動作
にゲート酸化膜を介したFNトンネリングを用いない。
このため、ゲート酸化膜を10nm以上とする事が可能
となる。さらに、FNトンネリングによるゲート酸化膜
の劣化もない。このため、デバイス特性の劣化や電荷保
持性といった、メモリの長期信頼性を確保しやすい。さ
らに本発明においては、ドレイン拡散層と消去ゲートを
同一方向に形成し、かつ一対一に対応させているため、
同一のデータブッロク内でのデータの書込み又は読出し
の際、拡散層の電位を切り替える必要がなく、データの
書込み及び読出し時の高速性は確保されたままである。
As described above, in the present invention, the FN tunneling via the gate oxide film is not used for the write / erase operation.
Therefore, it is possible to make the gate oxide film 10 nm or more. Further, there is no deterioration of the gate oxide film due to FN tunneling. For this reason, it is easy to secure long-term reliability of the memory such as deterioration of device characteristics and charge retention. Further, in the present invention, since the drain diffusion layer and the erase gate are formed in the same direction and correspond one-to-one,
When writing or reading data in the same data block, there is no need to switch the potential of the diffusion layer, and high-speed data writing and reading are maintained.

【0017】さらに、シリコン酸化膜21をシリコン酸
化膜/シリコン窒化膜/シリコン酸化膜の積層膜とする
ことが好ましい。その場合、単純なシリコン酸化膜を用
いる場合と比較して、より薄い膜厚で高い信頼性が得ら
れるため、動作の低電圧化や電荷保持能力の向上が得ら
れる。
Further, it is preferable that the silicon oxide film 21 is a laminated film of a silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film. In this case, higher reliability can be obtained with a thinner film thickness as compared with the case where a simple silicon oxide film is used, so that the operation voltage can be reduced and the charge holding ability can be improved.

【0018】次に、図2を参照して作製プロセスの概略
を説明する。図2は、製造方法の一実施例を上面図によ
り表すプロセス図である。 (a)P型のシリコン基板上にビット間の素子分離層と
して島状のフィールド酸化膜10を形成する。次に、シ
リコン基板上の全面に熱酸化を行い、ゲート酸化膜(第
1の絶縁膜)を形成する。次に、シリコン基板上の全面
にn型のポリシリコンを堆積した後、そのポリシリコン
のパターニングを行い、浮遊ゲート5を形成する。 (b)次に、通常のリソグラフィー法とイオン注入を用
いて砒素(As)の注入を行い、ドレイン拡散層2及び
ソース拡散層3,13を形成する。
Next, an outline of the manufacturing process will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a process diagram showing a top view of one embodiment of the manufacturing method. (A) An island-shaped field oxide film 10 is formed as a device isolation layer between bits on a P-type silicon substrate. Next, thermal oxidation is performed on the entire surface of the silicon substrate to form a gate oxide film (first insulating film). Next, after n-type polysilicon is deposited on the entire surface of the silicon substrate, the polysilicon is patterned to form a floating gate 5. (B) Next, arsenic (As) is implanted by using normal lithography and ion implantation to form the drain diffusion layer 2 and the source diffusion layers 3 and 13.

【0019】(c)続いて、熱酸化を用いてシリコン基
板上の全面を酸化し、シリコン酸化膜(第2の絶縁膜)
を形成する。その上にシリコン基板上の全面にn型のポ
リシリコンを堆積した後、そのポリシリコンのパターン
ニングを行い、消去ゲート9を形成する。 (d)次に、熱酸化を用いて全面を酸化し、シリコン酸
化膜を形成する。その上にn型のポリシリコンとタング
ステンシリサイドを順次成膜し、パターニングを行い、
選択ゲート8,18の形成を行う。
(C) Subsequently, the entire surface of the silicon substrate is oxidized by thermal oxidation to form a silicon oxide film (second insulating film).
To form After n-type polysilicon is deposited on the entire surface of the silicon substrate, patterning of the polysilicon is performed to form an erase gate 9. (D) Next, the entire surface is oxidized using thermal oxidation to form a silicon oxide film. An n-type polysilicon and a tungsten silicide are sequentially formed thereon and patterned,
The selection gates 8 and 18 are formed.

【0020】図3は、半導体記憶装置の他の実施例を表
す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)に示した
A−A’における断面図である。P型シリコン基板1に
ソース拡散層3,13及びドレイン拡散層2となる帯状
のN型の拡散層が、図1と同様に列方向に形成されてい
る。更に拡散層2を取り囲むように拡散層2よりも低濃
度のn型の拡散層16が形成されており、これら拡散層
2,16によりドレイン拡散層が構成されている。メモ
リセルはドレイン拡散層2を共有するように、ドレイン
拡散層2に対して対称に配置されている。
FIGS. 3A and 3B are views showing another embodiment of the semiconductor memory device, wherein FIG. 3A is a plan view and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line AA 'shown in FIG. A strip-shaped N-type diffusion layer serving as source diffusion layers 3 and 13 and a drain diffusion layer 2 is formed on a P-type silicon substrate 1 in the column direction as in FIG. Further, an n-type diffusion layer 16 having a lower concentration than the diffusion layer 2 is formed so as to surround the diffusion layer 2, and the diffusion layers 2 and 16 constitute a drain diffusion layer. The memory cells are arranged symmetrically with respect to the drain diffusion layer 2 so as to share the drain diffusion layer 2.

【0021】チャネル長方向の長さがソース拡散層3−
ドレイン拡散層2間の距離よりも短いN型の導電型を有
するポリシリコンからなる浮遊ゲート5が、ソース拡散
層・ドレイン拡散層間にゲート酸化膜4を介して、ドレ
イン拡散層2側に寄せられて各メモリセル毎に形成され
ている。ドレイン拡散層2上には、絶縁層6を介し、浮
遊ゲート5の上面及び一部の側面にはシリコン酸化膜2
0を介して、ドレイン拡散層2の両側に配置されたメモ
リセルで共有する帯状の消去ゲート9が形成されてい
る。さらに上層には、アレイの行毎のメモリセルで共有
とされる行方向に帯状の選択ゲート8,18が、ソース
拡散層3、浮遊ゲート5間の半導体基板1とはシリコン
酸化膜(第3の絶縁膜)を介し、ソース拡散層3,13
とはシリコン酸化膜7を介し、浮遊ゲート5とはシリコ
ン酸化膜21を介し、消去ゲート9とはシリコン酸化膜
23を介して形成されている。
The length in the channel length direction is equal to the source diffusion layer 3-
A floating gate 5 made of polysilicon having an N-type conductivity shorter than the distance between the drain diffusion layers 2 is moved toward the drain diffusion layer 2 via the gate oxide film 4 between the source diffusion layer and the drain diffusion layer. And is formed for each memory cell. On the drain diffusion layer 2, a silicon oxide film 2 is formed on the upper surface and some side surfaces of the floating gate 5 via an insulating layer 6.
A band-like erase gate 9 shared by the memory cells arranged on both sides of the drain diffusion layer 2 is formed through the drain gate 0. Further in the upper layer, band-shaped select gates 8 and 18 in the row direction shared by the memory cells of each row of the array are provided. The semiconductor substrate 1 between the source diffusion layer 3 and the floating gate 5 is a silicon oxide film (third layer). Through the source diffusion layers 3 and 13
Are formed via the silicon oxide film 7, the floating gate 5 is formed via the silicon oxide film 21, and the erase gate 9 is formed via the silicon oxide film 23.

【0022】このメモリの動作は、次のように行われ
る。メモリ15へのデータの書込みは、選択ゲート8に
正バイアス、ドレイン拡散層2及びソース拡散層13に
正バイアスを印加し、ソース拡散層3を接地、消去ゲー
ト9を開放とすることによって行われる。浮遊ゲート5
とドレイン拡散層2はゲート酸化膜4を介して容量結合
している。このため、選択ゲート8と浮遊ゲート5の下
で、ソース拡散層3とドレイン拡散層2の間にはチャネ
ルが形成される。このときドレイン拡散層2側に比較的
大きな正バイアスを与えることによりドレイン拡散層2
側のチャネル領域で発生したホットエレクトロンを、浮
遊ゲート5に注入できる。このホットエレクトロンによ
る注入では、FNトンネリングに比べると同一の電圧で
もより厚い酸化膜を用いることができる。
The operation of this memory is performed as follows. Writing of data to the memory 15 is performed by applying a positive bias to the selection gate 8, applying a positive bias to the drain diffusion layer 2 and the source diffusion layer 13, setting the source diffusion layer 3 to ground, and opening the erase gate 9. . Floating gate 5
And the drain diffusion layer 2 are capacitively coupled via the gate oxide film 4. Therefore, a channel is formed between the source diffusion layer 3 and the drain diffusion layer 2 under the select gate 8 and the floating gate 5. At this time, by applying a relatively large positive bias to the drain diffusion layer 2 side, the drain diffusion layer 2
Hot electrons generated in the side channel region can be injected into the floating gate 5. In this hot electron injection, a thicker oxide film can be used even at the same voltage as compared with FN tunneling.

【0023】更に、本発明においては、浮遊ゲート5へ
のバイアスの印加はドレイン拡散層2との容量結合を用
いる。このため、チャネル電流を選択ゲート8でコント
ロールできるため、より効率的に電子の注入を行うこと
ができる。また、消去は消去ゲート9に正バイアス、選
択ゲートに0V又は負バイアスを印加し、他の端子を開
放とし、シリコン酸化膜20を介して、浮遊ゲート5の
電子を消去ゲート9に引き抜く事によって行う。
Further, in the present invention, the application of a bias to the floating gate 5 uses capacitive coupling with the drain diffusion layer 2. For this reason, since the channel current can be controlled by the selection gate 8, electrons can be more efficiently injected. Erasing is performed by applying a positive bias to the erasing gate 9 and applying 0 V or a negative bias to the selection gate, leaving other terminals open, and extracting electrons from the floating gate 5 to the erasing gate 9 through the silicon oxide film 20. Do.

【0024】この実施例では、図1の実施例と同様に、
書込/消去動作にゲート酸化膜を介したFNトンネリン
グを用いず、ドレイン拡散層と消去ゲートを同一方向に
形成し、かつ一対一に対応させているので、デバイス特
性の劣化や電荷保持性といった、メモリの長期信頼性を
確保し、かつデータの書込み及び読出し時の高速性を確
保することができる。図1の実施例では、消去ゲート9
は浮遊ゲート5の上面の一部とのみ重なっているが、図
3の実施例では消去ゲート9は浮遊ゲート5の上面の全
面と重なっている点で相違している。
In this embodiment, as in the embodiment of FIG.
The drain diffusion layer and the erase gate are formed in the same direction and correspond one-to-one without using FN tunneling via the gate oxide film in the write / erase operation, so that device characteristics and charge retention are reduced. Thus, long-term reliability of the memory can be ensured, and high-speed data writing and reading can be ensured. In the embodiment of FIG.
3 overlaps only a part of the upper surface of the floating gate 5, but differs from the embodiment of FIG. 3 in that the erase gate 9 overlaps the entire upper surface of the floating gate 5.

【0025】次に、図3の実施例の作製プロセスを図4
を参照して説明する。図4は、製造方法を上面図により
表すプロセス図であり、図2とは異なる製造方法を示し
ている。 (a)P型のシリコン基板上にビット間の素子分離層と
して島状のフィールド酸化膜10を形成する。次に、通
常のリソグラフィー法とイオン注入をもちいてリンを注
入し、ドレイン拡散層を構成する低濃度のn型の拡散層
16を形成する。 (b)次に、半導体基板上の全面に熱酸化を行い、ゲー
ト酸化膜を形成する。次に、半導体基板上の全面に浮遊
ゲート5となるn型のポリシリコンを堆積する。さら
に、ドレイン拡散層2及びソース拡散層3,13上とフ
ィールド酸化膜上を開口するように、レジストパターン
を形成し、それをマスクとしてそのポリシリコンのパタ
ーニングを行う。次にそのポリシリコンパターンをマス
クとしてAsの注入を行い、ドレイン拡散層2、ソース
拡散層3、13を形成する。
Next, the manufacturing process of the embodiment of FIG.
This will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a process diagram showing the manufacturing method by a top view, and shows a manufacturing method different from FIG. (A) An island-shaped field oxide film 10 is formed as a device isolation layer between bits on a P-type silicon substrate. Next, phosphorus is implanted using a normal lithography method and ion implantation to form a low-concentration n-type diffusion layer 16 constituting a drain diffusion layer. (B) Next, thermal oxidation is performed on the entire surface of the semiconductor substrate to form a gate oxide film. Next, n-type polysilicon to be the floating gate 5 is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate. Further, a resist pattern is formed so as to open the drain diffusion layer 2 and the source diffusion layers 3 and 13 and the field oxide film, and the polysilicon is patterned using the resist pattern as a mask. Next, As is implanted using the polysilicon pattern as a mask to form a drain diffusion layer 2 and source diffusion layers 3 and 13.

【0026】(c)続いて、熱酸化を用いて半導体基板
上の全面を酸化して、浮遊ゲート5用のポリシリコンパ
ターンの表面にシリコン酸化膜からなる層間膜を形成
し、ソース拡散層3,13上にシリコン酸化膜7を形成
し、ドレイン拡散層2上にシリコン酸化膜6からなる絶
縁層を形成する。次に、半導体基板上の全面にn型のポ
リシリコンを堆積し、そのポリシリコンをパターンニン
グして消去ゲート9を形成する。この際、浮遊ゲート5
用のポリシリコンパターンで消去ゲート9からはみ出し
ていた部分も同時にエッチングし、浮遊ゲート5も形成
する。 (d)次に、熱酸化を用いて半導体基板上の全面を酸化
してシリコン酸化膜を形成する。さらにその上にn型の
ポリシリコン並びにタングステンシリサイドを順に成膜
し、パターニングを行い、選択ゲート8、18の形成を
行う。この作製方法では、浮遊ゲート5のエッチングパ
ターンをそのままソース拡散層・ドレイン拡散層の注入
に用いるので、リソグラフィーの回数を低減でき工程の
簡略化となる。
(C) Subsequently, the entire surface of the semiconductor substrate is oxidized by using thermal oxidation to form an interlayer film made of a silicon oxide film on the surface of the polysilicon pattern for the floating gate 5, and the source diffusion layer 3 is formed. , 13 and an insulating layer made of silicon oxide film 6 is formed on drain diffusion layer 2. Next, n-type polysilicon is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate, and the polysilicon is patterned to form an erase gate 9. At this time, the floating gate 5
The portion of the polysilicon pattern that protrudes from the erase gate 9 is simultaneously etched to form the floating gate 5. (D) Next, the entire surface of the semiconductor substrate is oxidized using thermal oxidation to form a silicon oxide film. Further, n-type polysilicon and tungsten silicide are sequentially formed thereon, patterned, and the select gates 8 and 18 are formed. In this manufacturing method, since the etching pattern of the floating gate 5 is used as it is for implantation of the source diffusion layer and the drain diffusion layer, the number of times of lithography can be reduced and the process can be simplified.

【0027】次に、メモリセルアレイの一実施例を図5
を用いて説明する。図5は、その実施例のメモリブロッ
クを表す概略回路図である。メモリ素子51は、図1又
は図3に示したものである。メモリ素子はソース拡散層
3、ドレイン拡散層2によって並列に接続され、更にド
レイン拡散層2を挟んで隣り合った素子は、ドレイン拡
散層2を共有しソース拡散層13を備えてドレイン拡散
層2に対称に配置されている。更に消去ゲート9は、ド
レイン拡散層2と同一の方向にドレイン拡散層2と一対
一に対応するように形成されている。このため一つのド
レイン拡散層を共有するメモリで消去ブロック52を構
成している。更に隣り合う消去ブロック52同士はソー
ス拡散層線3,13を共有する形で配置されている。こ
の方式を採用すると消去ブロック間の素子分離領域を形
成する必要がなくなり、1ビットあたりの素子面積を削
減できる。
Next, an embodiment of the memory cell array is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic circuit diagram showing a memory block of the embodiment. The memory element 51 is as shown in FIG. 1 or FIG. The memory elements are connected in parallel by a source diffusion layer 3 and a drain diffusion layer 2, and elements adjacent to each other with the drain diffusion layer 2 interposed therebetween share the drain diffusion layer 2 and have a source diffusion layer 13. Are arranged symmetrically. Further, the erase gate 9 is formed so as to correspond one-to-one with the drain diffusion layer 2 in the same direction as the drain diffusion layer 2. For this reason, the erase block 52 is constituted by a memory sharing one drain diffusion layer. Further, adjacent erase blocks 52 are arranged so as to share the source diffusion layer lines 3 and 13. By employing this method, it is not necessary to form an element isolation region between erase blocks, and the element area per bit can be reduced.

【0028】図6は、図5のメモリブロックをブロック
選択トランジスタとともに表す概略回路図である。メモ
リ拡散層であるドレイン拡散層2及びソース拡散層3,
13は、それぞれブロック選択トランジスタ62を介し
てメタルビット線61に接続されている。更にメモリブ
ロック64内の消去ゲート9は全てブロック内でまとめ
られ、行方向に取り出されている。そのような構成を採
用することにより、ブロック選択トランジスタ62で選
択される領域と、消去ブロックを同一にすることができ
る。
FIG. 6 is a schematic circuit diagram showing the memory block of FIG. 5 together with block select transistors. The drain diffusion layer 2 and the source diffusion layer 3, which are memory diffusion layers,
Reference numerals 13 are connected to the metal bit lines 61 via the block selection transistors 62, respectively. Further, the erase gates 9 in the memory block 64 are all collected in the block and taken out in the row direction. By employing such a configuration, the area selected by the block selection transistor 62 and the erase block can be made the same.

【0029】更にブロック選択トランジスタ62のゲー
ト63と消去ゲート9が重なり合わないので、作製プロ
セス上も有利となる。更にブロック選択トランジスタ間
の素子数(図では4個)を変えることにより、消去ブロ
ックの大きさを自由に設定できる。更にブロック選択ト
ランジスタ62を用いることで、読出し時のビット線容
量を大幅に軽減でき、ランダムアクセス時の読出し時間
を短縮できる。
Further, the gate 63 of the block select transistor 62 and the erase gate 9 do not overlap, which is advantageous in the manufacturing process. Further, by changing the number of elements (four in the figure) between the block selection transistors, the size of the erase block can be freely set. Further, by using the block selection transistor 62, the bit line capacity at the time of reading can be significantly reduced, and the reading time at the time of random access can be reduced.

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明による不揮発性半導体記憶装置
は、書込/消去動作にゲート酸化膜を介したFNトンネ
リングを用いないようにしたので、ゲート酸化膜を10
nm以上とする事が可能となり、さらにFNトンネリン
グによるゲート酸化膜の劣化もない。このため、デバイ
ス特性の劣化や電荷保持性といった、メモリの長期信頼
性を確保しやすい。さらに、ドレイン拡散層と消去ゲー
トは同一方向に形成され、かつ一対一に対応しているた
め、データの書込み及び読出し時の高速性は確保された
ままである。
In the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, the FN tunneling via the gate oxide film is not used for the write / erase operation.
nm or more, and there is no deterioration of the gate oxide film due to FN tunneling. For this reason, it is easy to secure long-term reliability of the memory such as deterioration of device characteristics and charge retention. Further, since the drain diffusion layer and the erase gate are formed in the same direction and correspond one-to-one, high-speed data writing and reading can be maintained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 半導体記憶装置の一実施例を表す図であり、
(a)は平面図、(b)は(a)に示したA−A’にお
ける断面図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of a semiconductor memory device;
(A) is a plan view, and (b) is a cross-sectional view along AA 'shown in (a).

【図2】 製造方法の一実施例を上面図により表すプロ
セス図である。
FIG. 2 is a process diagram showing one embodiment of a manufacturing method by a top view.

【図3】 半導体記憶装置の他の実施例を表す図であ
り、(a)は平面図、(b)は(a)に示したA−A’
における断面図である。
3A and 3B are diagrams illustrating another embodiment of the semiconductor memory device, wherein FIG. 3A is a plan view, and FIG. 3B is an AA ′ shown in FIG.
FIG.

【図4】 製造方法の他の実施例を上面図により表すプ
ロセス図である。
FIG. 4 is a process diagram showing another embodiment of the manufacturing method by a top view.

【図5】 メモリセルアレイの一実施例を図5を用いて
説明する。図5は、その実施例のメモリブロックを表す
概略回路図である。
FIG. 5 illustrates an embodiment of a memory cell array with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic circuit diagram showing a memory block of the embodiment.

【図6】 図5のメモリブロックをブロック選択トラン
ジスタとともに表す概略回路図である。
FIG. 6 is a schematic circuit diagram showing the memory block of FIG. 5 together with a block selection transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 ドレイン拡散層 3,13 ソース拡散層 4 ゲート酸化膜 5 浮遊ゲート 6 絶縁層 7,11 シリコン酸化膜 8 選択ゲート 9 消去ゲート 10 フィールド酸化膜 2 Drain diffusion layer 3, 13 Source diffusion layer 4 Gate oxide film 5 Floating gate 6 Insulating layer 7, 11 Silicon oxide film 8 Select gate 9 Erase gate 10 Field oxide film

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 主平面を有する第1導電型の半導体基板
上に形成されたメモリセルが前記主平面上に行及び列の
マトリクスにアレイ配置されるように形成され、 各メモリセルは、ソース拡散層、ドレイン拡散層、浮遊
ゲート、選択ゲート及び消去ゲートを有するMOS型メ
モリであり、 ソース拡散層及びドレイン拡散層となる帯状の第2導電
型の拡散層が列方向に形成され、 前記ドレイン拡散層を挾んで隣り合うメモリセルは、前
記ドレイン拡散層を共有するように、前記ドレイン拡散
層に対して対称に配置され、 メモリセル領域のソース拡散層・ドレイン拡散層間にチ
ャネルが形成され、 チャネル長方向の長さが前記ソース拡散層、前記ドレイ
ン拡散層間の距離よりも短い浮遊ゲートが、ソース拡散
層・ドレイン拡散層間に第1の絶縁膜を介して前記ドレ
イン拡散層側に寄せられて、各メモリセル毎に形成さ
れ、 前記ドレイン拡散層上には、第2の絶縁膜を介して、前
記ドレイン拡散層の両側に配置されたメモリセルで共有
する帯状の消去ゲートが配置され、 さらに上層には、アレイの行方向に配置されたメモリセ
ルで共有とされ、かつメモリセルの選択ゲート電極を兼
ねるワード線が、前記浮遊ゲート、前記ソース拡散層間
の前記半導体基板とは第3の絶縁膜を介して形成されて
いることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
1. A memory cell formed on a semiconductor substrate of a first conductivity type having a main plane is formed so as to be arranged in a matrix of rows and columns on the main plane. A MOS type memory having a diffusion layer, a drain diffusion layer, a floating gate, a select gate, and an erase gate, wherein a strip-shaped second conductivity type diffusion layer serving as a source diffusion layer and a drain diffusion layer is formed in a column direction. Adjacent memory cells sandwiching the diffusion layer are symmetrically arranged with respect to the drain diffusion layer so as to share the drain diffusion layer, and a channel is formed between a source diffusion layer and a drain diffusion layer in a memory cell region. A floating gate having a length in a channel length direction shorter than a distance between the source diffusion layer and the drain diffusion layer is formed between the source diffusion layer and the drain diffusion layer by a first insulating film. And formed on each of the memory cells by being shifted toward the drain diffusion layer side through a second insulating film on the drain diffusion layer via a second insulating film. A band-shaped erase gate to be shared is arranged, and a word line shared by memory cells arranged in the row direction of the array and serving also as a select gate electrode of the memory cell is further provided in the upper layer. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate between the layers is formed with a third insulating film interposed therebetween.
【請求項2】 前記第3の絶縁膜として、シリコン酸化
膜/シリコン窒化膜/シリコン酸化膜の積層膜を用いる
請求項1に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 a stacked film of a silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film is used as said third insulating film.
【請求項3】 前記第1の絶縁膜を介して前記浮遊ゲー
トと前記ドレイン拡散層がチャネル長方向に重なり合う
領域を有する請求項1又は2に記載の不揮発性半導体記
憶装置。
3. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the floating gate and the drain diffusion layer have a region overlapping in a channel length direction via the first insulating film.
【請求項4】 前記ドレイン拡散層と前記ソース拡散層
が交互に形成され、1つのドレイン拡散層を共有するメ
モリセル群をブロックとし、隣り合うブロック同士が互
いにソース拡散層を共有する形で接続されている請求項
1から3のいずれかに記載の不揮発性半導体記憶装置。
4. The drain diffusion layer and the source diffusion layer are alternately formed, and a group of memory cells sharing one drain diffusion layer is used as a block, and adjacent blocks are connected so as to share a source diffusion layer with each other. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein:
【請求項5】 前記ソース拡散層及び前記ドレイン拡散
層はそれぞれブロック選択トランジスタを介してメタル
ビット線に接続され、前記ブロック選択トランジスタに
よって選択されるブロック内の全ての前記消去ゲート同
士が電気的に接続されている請求項1から4のいずれか
に記載の不揮発性半導体記憶装置。
5. The source diffusion layer and the drain diffusion layer are each connected to a metal bit line via a block selection transistor, and all the erase gates in a block selected by the block selection transistor are electrically connected to each other. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the nonvolatile semiconductor memory device is connected.
【請求項6】 以下の(a)〜(g)の工程を含むこと
を特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 (a)第1導電型の半導体基板にビット間の素子分離層
を形成した後、前記半導体基板上に第1の絶縁膜を形成
する工程、(b)浮遊ゲートとなる第1のポリシリコン
層を堆積した後、ドレイン拡散層領域及びソース拡散層
領域を開口するように、前記ポリシリコン層をパターニ
ングする工程、(c)前記ポリシリコン層のパターンを
マスクとして前記半導体基板に第2導電型の不純物の注
入を行い、帯状のドレイン拡散層及びソース拡散層を形
成する工程、(d)熱酸化を用いて前記ポリシリコン層
表面、前記ソース拡散層上及びドレイン拡散層上に第2
の絶縁膜を形成する工程、(e)さらに第2のポリシリ
コン層を堆積し、その第2のポリシリコン層をパターン
ニングして前記ソース拡散層及び前記ドレイン拡散層と
平行な方向に帯状の消去ゲートを形成するとともに、前
記第1のポリシリコン層で消去ゲートのパターンからは
み出した部分も同時にエッチングして浮遊ゲートを形成
する工程、(f)前記半導体基板上の全面に第3の絶縁
膜を形成する工程、(g)その上に第3のポリシリコン
層を成膜した後、パターニングを行い、前記ソース拡散
層、前記ドレイン拡散層及び前記消去ゲートと直交する
方向に選択ゲートを形成する工程。
6. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising the following steps (a) to (g). (A) forming a device isolation layer between bits on a semiconductor substrate of a first conductivity type and then forming a first insulating film on the semiconductor substrate; (b) a first polysilicon layer serving as a floating gate Patterning the polysilicon layer so as to open the drain diffusion layer region and the source diffusion layer region, and (c) forming a second conductivity type on the semiconductor substrate using the pattern of the polysilicon layer as a mask. Implanting impurities to form a strip-shaped drain diffusion layer and a source diffusion layer; (d) forming a second layer on the surface of the polysilicon layer, on the source diffusion layer and on the drain diffusion layer by thermal oxidation;
(E) further depositing a second polysilicon layer and patterning the second polysilicon layer to form a strip in a direction parallel to the source diffusion layer and the drain diffusion layer. Forming an erase gate and simultaneously etching a portion of the first polysilicon layer protruding from the erase gate pattern to form a floating gate; (f) a third insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate (G) forming a third polysilicon layer thereon and then patterning to form a selection gate in a direction orthogonal to the source diffusion layer, the drain diffusion layer and the erase gate. Process.
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