JP2001057397A - Semiconductor memory and operating method of the same - Google Patents

Semiconductor memory and operating method of the same

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JP2001057397A
JP2001057397A JP2000041806A JP2000041806A JP2001057397A JP 2001057397 A JP2001057397 A JP 2001057397A JP 2000041806 A JP2000041806 A JP 2000041806A JP 2000041806 A JP2000041806 A JP 2000041806A JP 2001057397 A JP2001057397 A JP 2001057397A
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gate electrode
region
film
insulating film
semiconductor memory
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Application number
JP2000041806A
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Japanese (ja)
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Hideji Nagasawa
秀治 長沢
Shoji Shudo
祥司 周藤
Hideaki Fujiwara
英明 藤原
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor memory which can be improved in service life, lowered in operating voltage, enhanced in operation speed, lessened in power consumption, and enhanced in degree of integration. SOLUTION: This semiconductor memory is equipped with an N-type source region 3 and an N-type drain region 4 which are formed on a P-type single crystal silicon substrate 2, a control gate electrode 7 and a floating gate electrode 11 formed between the source region 3 and the drain region 4, an intergate 9 formed of N-type semiconductor film formed between the control gate electrode 7 and the floating gate electrode 11, a first tunnel insulating film 8 provided between the control gate electrode 7 and the N-type intergate 9, and a second tunnel insulating film 10 which is formed between the N-type intergate 9 and the floating gate electrode 11. A prescribed potential difference is produced between the drain region 4 and the source region 3, by which electrons are moved from the control gate electrode 7 to the N-type intergate 9 and furthermore accelerated to be injected into the floating gate electrode 11.

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】本発明は半導体メモリ及び半
導体メモリの動作方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor memory and a method of operating the semiconductor memory.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、磁気メモリであるハードディスク
およびフロッピィディスクに代替可能な半導体メモリと
して、EPROM(Erasable and Programmable Read O
nly Memory)やEEPROM(Electrically Erasable
and Programmable Read Only Memory )等の不揮発性半
導体メモリが注目されている。
2. Description of the Related Art In recent years, an EPROM (Erasable and Programmable Read-Only Memory) has been used as a semiconductor memory that can be substituted for a hard disk and a floppy disk as magnetic memories.
nly Memory) and EEPROM (Electrically Erasable)
and non-volatile semiconductor memories such as Programmable Read Only Memory).

【0003】EPROMやEEPROMのメモリセルで
は、浮遊ゲート電極にキャリアを蓄積し、キャリアの有
無によりデータの記憶を行うと共に、キャリアの有無に
よるしきい値電圧の変化を検出することによりデータの
読み出しを行っている。特に、EEPROMには、メモ
リセルアレイ全体でデータの消去を行うか、あるいは、
メモリセルアレイを任意のブロックに分けて各ブロック
単位でデータの消去を行うフラッシュEEPROMがあ
る。このフラッシュEEPROMはフラッシュメモリと
も呼ばれ、大容量化,低消費電力化,高速化が可能で耐
衝撃性に優れるという特徴を有することから、種々の携
帯機器で使用されている。また、フラッシュEEPRO
Mのメモリセルは1つのトランジスタから構成され、E
EPROMと較べて高集積化が容易であるという利点を
有する。
In an EPROM or EEPROM memory cell, carriers are stored in a floating gate electrode, data is stored depending on the presence or absence of carriers, and data is read out by detecting a change in threshold voltage due to the presence or absence of carriers. Is going. In particular, in the EEPROM, data is erased in the entire memory cell array, or
There is a flash EEPROM that divides a memory cell array into arbitrary blocks and erases data in each block unit. This flash EEPROM is also called a flash memory, and is used in various portable devices because it has features of being able to have a large capacity, low power consumption, high speed, and excellent shock resistance. Also, Flash EEPROM
M memory cells are formed of one transistor, and E
There is an advantage that higher integration is easier than EPROM.

【0004】従来、フラッシュEEPROMを構成する
メモリセルとして、スタックトゲート型およびスプリッ
トゲート型が提案されている。
Conventionally, a stacked gate type and a split gate type have been proposed as memory cells constituting a flash EEPROM.

【0005】スタックトゲート型メモリセルにおいて、
浮遊ゲート電極に電子を蓄積させる書込動作では、半導
体基板のチャネル中の電子をホットエレクトロンにして
浮遊ゲート電極に注入する。その際、制御ゲート電極に
十数Vの電圧を印加する必要がある。また、スタックト
ゲート型メモリセルにおいて、浮遊ゲート電極に蓄積し
た電子を引き抜く消去動作では、ドレイン領域から浮遊
ゲート電極にファウラー−ノルドハイム・トンネル電流
(Fowler-Nordheim Tunnel Current、以下、FNトンネ
ル電流という)を流す。その際、ドレイン領域に十数V
の電圧を印加する必要がある。
In a stacked gate type memory cell,
In a write operation for accumulating electrons in the floating gate electrode, electrons in the channel of the semiconductor substrate are converted into hot electrons and injected into the floating gate electrode. At this time, it is necessary to apply a voltage of more than ten volts to the control gate electrode. In a stacked gate memory cell, in an erasing operation for extracting electrons accumulated in a floating gate electrode, a Fowler-Nordheim Tunnel Current (hereinafter, referred to as an FN tunnel current) flows from a drain region to a floating gate electrode. Flow. At this time, more than 10 V
Must be applied.

【0006】スプリットゲート型メモリセルにおいて、
浮遊ゲート電極に電子を蓄積させる書込動作では、半導
体基板のチャネル中の電子をホットエレクトロンにして
浮遊ゲート電極に注入する。その際、ドレイン領域に十
数Vの電圧を印加する必要がある。また、スプリットゲ
ート型メモリセルにおいて、浮遊ゲート電極から電子を
引き抜く消去動作では、制御ゲート電極から浮遊ゲート
電極にFNトンネル電流を流す。その際、制御ゲート電
極に十数Vの電圧を印加する必要がある。
In a split gate type memory cell,
In a write operation for accumulating electrons in the floating gate electrode, electrons in the channel of the semiconductor substrate are converted into hot electrons and injected into the floating gate electrode. At this time, it is necessary to apply a voltage of more than 10 V to the drain region. In a split gate memory cell, in an erase operation of extracting electrons from the floating gate electrode, an FN tunnel current flows from the control gate electrode to the floating gate electrode. At this time, it is necessary to apply a voltage of more than ten volts to the control gate electrode.

【0007】このように、従来のスタックトゲート型お
よびスプリットゲート型のメモリセルでは、書込動作に
おいて浮遊ゲート電極に電子を注入するのにホットエレ
クトロンを利用し、消去動作において浮遊ゲート電極に
蓄積された電子を引き抜くのにFNトンネル電流を利用
している。
As described above, in the conventional stacked gate type and split gate type memory cells, hot electrons are used to inject electrons into the floating gate electrode in a writing operation, and are stored in the floating gate electrode in an erasing operation. The FN tunnel current is used to extract the electrons.

【0008】ところで、浮遊ゲート電極に蓄積されたキ
ャリアを長期間に渡って保持するには、浮遊ゲート電極
を取り囲む絶縁膜の膜厚を厚くする必要がある。しか
し、浮遊ゲート電極に電子を注入または引き抜く際に、
ホットエレクトロンまたはFNトンネル電流を利用して
いる。このため、浮遊ゲート電極を取り囲む絶縁膜の膜
厚を厚くするほど、書込動作または消去動作において制
御ゲート電極やドレイン領域に印加する電圧(以下、メ
モリセルの動作電圧という)を高くしなければならな
い。
Incidentally, in order to hold carriers accumulated in the floating gate electrode for a long period of time, it is necessary to increase the thickness of an insulating film surrounding the floating gate electrode. However, when injecting or extracting electrons from the floating gate electrode,
Hot electron or FN tunnel current is used. Therefore, as the thickness of the insulating film surrounding the floating gate electrode is increased, the voltage applied to the control gate electrode and the drain region in the writing operation or the erasing operation (hereinafter, referred to as the operating voltage of the memory cell) must be increased. No.

【0009】また、メモリセルの動作電圧は昇圧回路で
生成される。この場合、実用上生成可能な電圧は十数V
までである。一方、浮遊ゲート電極を取り囲む絶縁膜と
してシリコン酸化膜を用いた場合、メモリセルの動作電
圧を十数Vとすると、当該シリコン酸化膜の膜厚は8〜
10nm以上にはできない。従って、従来は、メモリセ
ルの動作電圧を十数Vに抑えるために、浮遊ゲート電極
を取り囲む絶縁膜としてシリコン酸化膜を用いる場合、
その膜厚を8〜10nmとしている。そのシリコン酸化
膜の膜厚が、8〜10nm程度あれば、浮遊ゲート電極
に蓄積された電子を実用上ある程度満足できる期間保持
することができる。
The operating voltage of the memory cell is generated by a booster circuit. In this case, the voltage that can be generated practically is more than ten V
Up to. On the other hand, in the case where a silicon oxide film is used as an insulating film surrounding the floating gate electrode, if the operating voltage of the memory cell is set at more than ten volts, the thickness of the silicon oxide film is 8 to
It cannot be made 10 nm or more. Therefore, conventionally, when a silicon oxide film is used as an insulating film surrounding the floating gate electrode in order to suppress the operating voltage of the memory cell to more than ten volts,
The thickness is set to 8 to 10 nm. If the thickness of the silicon oxide film is about 8 to 10 nm, electrons accumulated in the floating gate electrode can be held for a practically satisfactory period.

【0010】尚、浮遊ゲート電極に正孔を蓄積させる場
合も、上記した電子を蓄積させる場合と同様に、浮遊ゲ
ート電極を取り囲む絶縁膜としてのシリコン酸化膜の膜
厚を8〜10nmとすることによって、メモリセルの動
作電圧を十数Vに抑えると共に、浮遊ゲート電極に蓄積
された正孔を実用上ある程度満足できる期間保持するよ
うにしている。
In the case where holes are accumulated in the floating gate electrode, the thickness of the silicon oxide film as an insulating film surrounding the floating gate electrode is set to 8 to 10 nm, as in the case of accumulating electrons. Thereby, the operating voltage of the memory cell is suppressed to more than ten volts, and the holes accumulated in the floating gate electrode are held for a practically satisfactory period.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】近年、フラッシュEE
PROMにおいても、浮遊ゲート電極に蓄積されたキャ
リアの保持期間を長くして長寿命化を図った上で、今ま
でよりもさらに、低電圧化,動作の高速化,低消費電力
化,高集積化を目指すことが求められている。
SUMMARY OF THE INVENTION In recent years, flash EE
Also in the PROM, after extending the holding period of the carriers accumulated in the floating gate electrode to extend the life, a lower voltage, faster operation, lower power consumption, and higher integration than ever before are achieved. It is required to aim at the conversion.

【0012】上記したように、従来、浮遊ゲート電極を
取り囲む絶縁膜としてシリコン酸化膜を用いる場合、そ
の膜厚は8〜10nmにしているため、長寿命化を図る
にはそのシリコン酸化膜の膜厚を8nmよりも薄くする
ことは避ける必要がある。
As described above, conventionally, when a silicon oxide film is used as an insulating film surrounding a floating gate electrode, the thickness of the silicon oxide film is set to 8 to 10 nm. It is necessary to avoid making the thickness less than 8 nm.

【0013】ところで、メモリセルの動作電圧の低電圧
化を図れば、昇圧するための時間(リードタイム)が短
くなり、その分、書込動作および消去動作の高速化を図
ることができる。また、低消費電力化も図ることができ
る。
By the way, if the operating voltage of the memory cell is reduced, the time for boosting (lead time) is shortened, and the writing and erasing operations can be speeded up accordingly. Further, low power consumption can be achieved.

【0014】また、メモリセルの動作電圧を生成するた
めの昇圧回路は、生成する電圧が高くなるほど回路規模
が増大する。そして、フラッシュEEPROMの周辺回
路(デコーダ、センスアンプ、バッファなど)を構成す
るトランジスタは、耐電圧が高くなるほど基板上の占有
面積(トランジスタサイズ)が増大する。そのため、メ
モリセルの動作電圧を低電圧化すれば、昇圧回路の回路
規模が小さくなる上に、周辺回路を構成するトランジス
タのサイズも小さくなることから、高集積化を図ること
ができる。
[0014] Further, a booster circuit for generating an operating voltage of a memory cell has a larger circuit scale as the generated voltage becomes higher. The occupied area (transistor size) of a transistor constituting a peripheral circuit (decoder, sense amplifier, buffer, etc.) of the flash EEPROM on the substrate increases as the withstand voltage increases. Therefore, when the operating voltage of the memory cell is reduced, the circuit scale of the booster circuit is reduced, and the size of the transistor included in the peripheral circuit is also reduced, so that high integration can be achieved.

【0015】従って、メモリセルの動作電圧の低電圧化
を図ることにより、動作の高速化,低消費電力化,高集
積化を全て同時に実現することができる。
Therefore, by reducing the operating voltage of the memory cell, it is possible to simultaneously achieve high-speed operation, low power consumption, and high integration.

【0016】しかし、従来のスタックトゲート型および
スプリットゲート型のメモリセルでは、浮遊ゲート電極
に電子を注入または引き抜く際に、ホットエレクトロン
またはFNトンネル電流を利用している。そのため、浮
遊ゲート電極を取り囲む絶縁膜としてシリコン酸化膜を
使用する場合、その膜厚を今まで通り8〜10nmに維
持したままでは、メモリセルの動作電圧を現在よりも低
下させるのは困難である。つまり、従来のスタックトゲ
ート型およびスプリットゲート型のメモリセルの構造を
変えない限り、現在と同水準の寿命を維持しつつ、メモ
リセルの動作電圧の低電圧化を図ることは困難である。
However, in the conventional stacked gate type and split gate type memory cells, hot electrons or FN tunnel current is used when injecting or extracting electrons from the floating gate electrode. Therefore, when a silicon oxide film is used as an insulating film surrounding the floating gate electrode, it is difficult to lower the operating voltage of the memory cell from the present level, while maintaining the film thickness at 8 to 10 nm as before. . That is, unless the structure of the conventional stacked gate type and split gate type memory cells is changed, it is difficult to reduce the operating voltage of the memory cells while maintaining the same level of life as at present.

【0017】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、この発明の一つの目的は、長寿命
化,低電圧化,動作の高速化,低消費電力化,高集積化
を図ることが可能な半導体メモリを提供することであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a longer life, lower voltage, higher operation speed, lower power consumption, and higher integration. To provide a semiconductor memory capable of achieving the above.

【0018】この発明のもう一つの目的は、上記のよう
な半導体メモリを簡単な構造で実現することである。
Another object of the present invention is to realize the above-described semiconductor memory with a simple structure.

【0019】この発明のさらにもう一つの目的は、上記
のような半導体メモリを容易に動作させることが可能な
半導体メモリの動作方法を提供することである。
Still another object of the present invention is to provide a method of operating a semiconductor memory capable of easily operating such a semiconductor memory as described above.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】この発明の一に局面にお
ける半導体メモリは、第1ゲート電極と、第2ゲート電
極と、導電性膜からなる半導体領域と、半導体領域の一
方の表面に形成された第1絶縁膜と、半導体領域の他方
の表面に形成された第2絶縁膜とを備えている。そし
て、第1絶縁膜、半導体領域および第2絶縁膜を介して
キャリアを第2ゲート電極に注入する。ここで、キャリ
アを注入するとは、電子を注入するだけでなく、電子を
引き抜くことも含まれる。この場合、好ましくは、半導
体領域は、第1導電型の半導体からなる第1層上に形成
された第2導電型の半導体膜を含む。
According to one aspect of the present invention, a semiconductor memory includes a first gate electrode, a second gate electrode, a semiconductor region formed of a conductive film, and one surface of the semiconductor region. A first insulating film, and a second insulating film formed on the other surface of the semiconductor region. Then, carriers are injected into the second gate electrode through the first insulating film, the semiconductor region, and the second insulating film. Here, injecting carriers includes not only injecting electrons but also extracting electrons. In this case, the semiconductor region preferably includes a second conductivity type semiconductor film formed on the first layer made of the first conductivity type semiconductor.

【0021】この発明の他の局面における半導体メモリ
は、第1導電型の半導体からなる第1層に形成された第
2導電型の第1領域及び第2領域と、その第1層におけ
る第1領域と第2領域との間に形成された第1ゲート電
極及び第2ゲート電極と、第1層における第1ゲート電
極と第2ゲート電極との間に形成された導電性膜からな
る第2導電型の第3領域と、第1ゲート電極と第3領域
との間に形成された第1絶縁膜と、第2ゲート電極と第
3領域との間に形成された第2絶縁膜とを備えている。
A semiconductor memory according to another aspect of the present invention includes a first region and a second region of a second conductivity type formed in a first layer made of a semiconductor of a first conductivity type, and a first region in the first layer. A first gate electrode and a second gate electrode formed between the first region and the second region; and a second gate made of a conductive film formed between the first gate electrode and the second gate electrode in the first layer. A third region of conductivity type, a first insulating film formed between the first gate electrode and the third region, and a second insulating film formed between the second gate electrode and the third region. Have.

【0022】従って、本発明によれば、第2領域に所定
の電圧を印加するだけで、第3領域の電位を上昇させ、
第3領域と第1ゲート電極との間に電界を容易に発生さ
せることができる。その結果、第1ゲート電極と第3領
域との間の第1絶縁膜の障壁を透過したキャリアが、第
3領域に発生した電界で加速され、第3領域と第2ゲー
ト電極との間の第2絶縁膜の障壁を越えて第2ゲート電
極に注入されて蓄積される。そのため、第2ゲート電極
に蓄積されたキャリアの有無によりデータの記憶を行う
ことが可能になり、不揮発性半導体メモリとして動作す
る。
Therefore, according to the present invention, the potential of the third region is increased only by applying a predetermined voltage to the second region,
An electric field can be easily generated between the third region and the first gate electrode. As a result, carriers that have passed through the barrier of the first insulating film between the first gate electrode and the third region are accelerated by the electric field generated in the third region, and the carrier between the third region and the second gate electrode is accelerated. It is injected and accumulated in the second gate electrode beyond the barrier of the second insulating film. Therefore, data can be stored depending on the presence or absence of carriers accumulated in the second gate electrode, and the semiconductor device operates as a nonvolatile semiconductor memory.

【0023】この他の局面による半導体メモリにおい
て、第1ゲート電極は、第1層に対し第1ゲート絶縁膜
を介して形成され、第2ゲート電極は、第1層に対し第
2ゲート絶縁膜を介して形成されることが望ましい。
In the semiconductor memory according to another aspect, the first gate electrode is formed on the first layer via the first gate insulating film, and the second gate electrode is formed on the first layer via the second gate insulating film. Is desirably formed through the intermediary.

【0024】また、第2領域と第2ゲート電極との間の
静電容量は、第3領域と第2ゲート電極との間の静電容
量よりも大きく設定され、第2領域に印加された電圧が
第2ゲート電極との間の静電カップリングにより第2ゲ
ート電極に伝わり、これにより、第2領域と第1層を介
してつながっている第3領域の電位が第2領域と同程度
になることが望ましい。こうすることで、第2領域の電
位を制御するだけで、第2ゲート電極の電位を簡単に制
御することができる。
The capacitance between the second region and the second gate electrode is set to be larger than the capacitance between the third region and the second gate electrode, and is applied to the second region. A voltage is transmitted to the second gate electrode by electrostatic coupling between the second gate electrode and the second gate electrode, so that the potential of the third region connected to the second region via the first layer is substantially equal to that of the second region. Is desirable. Thus, the potential of the second gate electrode can be easily controlled only by controlling the potential of the second region.

【0025】また、第3領域の厚さは、第1ゲート電極
と第3領域との間の第1絶縁膜の障壁を透過したキャリ
アが第2絶縁膜の障壁を越えるために必要なエネルギー
を有するときのほぼ平均自由行程以下に設定されている
ことが望ましい。
The thickness of the third region is equal to the energy required for carriers transmitted through the barrier of the first insulating film between the first gate electrode and the third region to cross the barrier of the second insulating film. It is desirable that the distance is set to be approximately equal to or less than the mean free path.

【0026】こうすれば、第1ゲート電極と第3領域と
の間の第1絶縁膜の障壁を透過したキャリアのほとんど
全てが、第2絶縁膜の障壁を越えるエネルギーを獲得し
てホットキャリアになり、第3領域中にとどまることな
く、極めて高い確率で第2ゲート電極に注入される。そ
のため、上記本発明の作用をより確実に得ることができ
る。
In this case, almost all carriers that have passed through the barrier of the first insulating film between the first gate electrode and the third region acquire energy exceeding the barrier of the second insulating film and become hot carriers. That is, it is injected into the second gate electrode with extremely high probability without staying in the third region. Therefore, the effect of the present invention can be more reliably obtained.

【0027】また、第1ゲート電極および第2ゲート電
極は、第1層の主表面上に形成されており、導電性膜か
らなる第3領域は、第1層の主表面上において、第1ゲ
ート電極と第2ゲート電極との間に形成されているのが
好ましい。このように第1ゲート電極、第2ゲート電極
および第3領域を第1層上に形成すれば、第1ゲート電
極、第2ゲート電極および第3領域を埋め込むための溝
を第1層に形成する必要がない。そのため、溝を形成す
る場合に比べて構造を簡素化することができ、その結
果、簡単な構造で本発明の半導体メモリを実現すること
ができる。また、第1層に溝を形成する必要がないの
で、第1ゲート電極、第3領域および第2ゲート電極を
有する構造を簡単なプロセスで形成することができる。
また、溝を形成するためのエッチングによるダメージを
受けた第1層の側面にトンネル絶縁膜などを形成する必
要がないので、トンネル絶縁膜の膜質が悪化することも
ない。
The first gate electrode and the second gate electrode are formed on the main surface of the first layer, and the third region made of a conductive film is formed on the main surface of the first layer. It is preferably formed between the gate electrode and the second gate electrode. When the first gate electrode, the second gate electrode, and the third region are formed on the first layer as described above, a groove for embedding the first gate electrode, the second gate electrode, and the third region is formed in the first layer. No need to do. Therefore, the structure can be simplified as compared with the case where the groove is formed, and as a result, the semiconductor memory of the present invention can be realized with a simple structure. Further, since it is not necessary to form a groove in the first layer, a structure having the first gate electrode, the third region, and the second gate electrode can be formed by a simple process.
Further, since it is not necessary to form a tunnel insulating film or the like on the side surface of the first layer damaged by the etching for forming the groove, the film quality of the tunnel insulating film does not deteriorate.

【0028】この場合、好ましくは、第3領域の少なく
とも一部は、第2ゲート電極の上面上に形成されてお
り、第1ゲート電極の少なくとも一部は、第3領域の上
面上に形成されている。このように、第1ゲート電極、
第2ゲート電極および第3領域を縦方向に配置すること
により、第1層に溝を設ける必要がない構造を容易に得
ることができる。
In this case, preferably, at least a part of the third region is formed on an upper surface of the second gate electrode, and at least a part of the first gate electrode is formed on an upper surface of the third region. ing. Thus, the first gate electrode,
By arranging the second gate electrode and the third region in the vertical direction, it is possible to easily obtain a structure that does not require a groove in the first layer.

【0029】また、第3領域は、単結晶シリコン膜を含
むのが好ましい。このように構成すれば、その単結晶シ
リコン膜を酸化することにより第1絶縁膜を形成するこ
とができるので、良好な膜質の第1絶縁膜を得ることが
できる。
Preferably, the third region includes a single crystal silicon film. According to this structure, the first insulating film can be formed by oxidizing the single crystal silicon film, so that a first insulating film having good film quality can be obtained.

【0030】また、第3領域は、自己整合的に形成され
た第1導電性膜からなる第1サイドウォール膜を含んで
いてもよい。このように構成すれば、マスクプロセスに
おけるマスクの重ね合わせずれの問題が生じることな
く、第1導電性膜からなる第3領域を形成することがで
きる。
Further, the third region may include a first sidewall film made of a first conductive film formed in a self-aligned manner. With this configuration, the third region made of the first conductive film can be formed without causing a problem of misalignment of the mask in the mask process.

【0031】この場合、第1導電性膜からなる第1サイ
ドウォール膜は、第2ゲート電極の側面に第2絶縁膜を
介して形成された第2導電性膜からなる第2サイドウォ
ール膜と、その第2サイドウォール膜の側面および第1
層の表面に接触するように形成された第3導電性膜から
なる第3サイドウォール膜とを含むのが好ましい。この
ように構成すれば、第3サイドウォール膜により第3領
域と第1層との接続が可能となり、これにより、第3領
域を第1層を介して第2領域と接続することができる。
そのため、上記本発明の作用をより確実に得ることがで
きる。
In this case, the first sidewall film made of the first conductive film is formed of a second sidewall film made of the second conductive film formed on the side surface of the second gate electrode with the second insulating film interposed therebetween. , The side surface of the second sidewall film and the first side wall film.
And a third sidewall film made of a third conductive film formed so as to be in contact with the surface of the layer. According to this structure, the third region can be connected to the first layer by the third sidewall film, whereby the third region can be connected to the second region via the first layer.
Therefore, the effect of the present invention can be more reliably obtained.

【0032】また、この場合、第2サイドウォール膜
は、第2ゲート電極の側面に第2絶縁膜を介して第2導
電性膜を堆積した後エッチバックすることにより形成さ
れ、第3サイドウォール膜は、第1層および第2サイド
ウォール膜を覆うように第3導電性膜を堆積した後エッ
チバックすることにより、第2サイドウォール膜の側面
および第1層の表面に接触するように形成されるのが好
ましい。
In this case, the second sidewall film is formed by depositing a second conductive film on the side surface of the second gate electrode via the second insulating film and then etching back the third conductive film. The film is formed so as to be in contact with the side surface of the second sidewall film and the surface of the first layer by depositing a third conductive film so as to cover the first layer and the second sidewall film and then performing etch back. Preferably.

【0033】このように構成すれば、第2サイドウォー
ル膜および第3サイドウォール膜の膜厚を第2導電性膜
および第3導電性膜の膜厚によってそれぞれ制御するこ
とができるので、第2サイドウォール膜および第3サイ
ドウォール膜からなる第3領域の幅を、マスクプロセス
の限界最小寸法(最小露光寸法)以下の微細な幅に形成
することができる。また、第2および第3導電性膜の膜
厚を制御することによって、第2および第3サイドウォ
ール膜の幅を高精度に制御することができるので、第2
および第3サイドウォール膜からなる第3領域の幅も高
精度に制御することができる。その結果、第3領域をよ
り微細化することができるとともに、第3領域の幅のバ
ラツキを抑えることができる。
With this configuration, the thickness of the second sidewall film and the third sidewall film can be controlled by the thickness of the second conductive film and the third conductive film, respectively. The width of the third region composed of the sidewall film and the third sidewall film can be formed to a fine width equal to or smaller than the minimum critical dimension (minimum exposure dimension) of the mask process. Further, by controlling the thicknesses of the second and third conductive films, the widths of the second and third sidewall films can be controlled with high precision.
Also, the width of the third region composed of the third sidewall film can be controlled with high accuracy. As a result, the third region can be further miniaturized, and variation in the width of the third region can be suppressed.

【0034】また、第2領域は、第2ゲート電極の側面
に第3絶縁膜を介して自己整合的に形成された第4導電
性膜からなる第4サイドウォール膜を含むのが好まし
い。このように構成すれば、その第4サイドウォール膜
によって、第2領域と第2ゲート電極との対向面積を増
加させることができる。これにより、第2領域と第2ゲ
ート電極との間の静電容量を容易に増加させることがで
きる。その結果、第2領域と第2ゲート電極との間の静
電容量を、第3領域と第2ゲート電極との間の静電容量
よりも容易に大きくすることができる。従って、第2領
域に印加する電圧を変化させることにより、第2ゲート
電極の電位を容易に制御することができる。
Preferably, the second region includes a fourth sidewall film made of a fourth conductive film formed on the side surface of the second gate electrode through a third insulating film in a self-aligned manner. According to this structure, the facing area between the second region and the second gate electrode can be increased by the fourth sidewall film. Thereby, the capacitance between the second region and the second gate electrode can be easily increased. As a result, the capacitance between the second region and the second gate electrode can be easily made larger than the capacitance between the third region and the second gate electrode. Therefore, the potential of the second gate electrode can be easily controlled by changing the voltage applied to the second region.

【0035】この場合、第4サイドウォール膜は、好ま
しくは、第2ゲート電極の側壁に第3絶縁膜を介して形
成された第5導電性膜からなる第5サイドウォール膜
と、その第5サイドウォール膜の側面および第1層の表
面に接触するように形成された第6導電性膜からなる第
6サイドウォール膜とを含む。このように構成すれば、
第6サイドウォール膜により第1層との接続が可能とな
り、これにより、第5および第6サイドウォール膜と、
第1層に形成された不純物領域からなる第2領域とを容
易に接続することができる。その結果、第5および第6
サイドウォール膜を容易に第2領域の一部として用いる
ことができる。
In this case, the fourth sidewall film is preferably formed by a fifth conductive film formed of a fifth conductive film formed on the side wall of the second gate electrode via a third insulating film, and And a sixth sidewall film made of a sixth conductive film formed to be in contact with the side surface of the sidewall film and the surface of the first layer. With this configuration,
The sixth side wall film enables connection with the first layer, whereby the fifth and sixth side wall films can be connected to each other.
The second region including the impurity region formed in the first layer can be easily connected. As a result, the fifth and sixth
The sidewall film can be easily used as a part of the second region.

【0036】また、第2領域となる第4サイドウォール
膜は、第3領域となる第1サイドウォール膜と同時に形
成されるのが好ましい。このように構成すれば、第4サ
イドウォール膜を設けたとしても、製造プロセスが複雑
化することがない。
The fourth sidewall film serving as the second region is preferably formed simultaneously with the first sidewall film serving as the third region. With this configuration, even if the fourth sidewall film is provided, the manufacturing process does not become complicated.

【0037】また、この発明のもう一つの局面による半
導体メモリの動作方法は、第1導電型の半導体からなる
第1層に形成された第2導電型の第1領域及び第2領域
と、第1層における第1領域と第2領域との間におい
て、第1層に対し第1ゲート絶縁膜を介して形成された
第1ゲート電極と、第1層における第1領域と第2領域
との間において、第1層に対し第2ゲート絶縁膜を介し
て形成された第2ゲート電極と、第1層における第1ゲ
ート電極と第2ゲート電極との間に形成された導電性膜
からなる第2導電型の第3領域と、第1ゲート電極と第
3領域との間に形成された第1絶縁膜と、第2ゲート電
極と第3領域との間に形成された第2絶縁膜とを備えた
半導体メモリの動作方法であって、第1ゲート電極から
第1絶縁膜、第3領域及び第2絶縁膜を介して第2ゲー
ト電極へ、ホットキャリアを注入することでデータの書
き込みを行う。
[0037] In another aspect of the present invention, a method of operating a semiconductor memory includes a first region and a second region of a second conductivity type formed in a first layer made of a semiconductor of a first conductivity type; Between a first region and a second region in one layer, a first gate electrode formed on the first layer via a first gate insulating film, and a first gate electrode and a second region in the first layer. A second gate electrode formed between the first layer and the second gate electrode in the first layer, and a conductive film formed between the first gate electrode and the second gate electrode in the first layer. A third region of the second conductivity type, a first insulating film formed between the first gate electrode and the third region, and a second insulating film formed between the second gate electrode and the third region A method of operating a semiconductor memory, comprising: a first gate electrode to a first insulating film; And the second gate electrode via a second insulating film, writing data by injecting hot carriers.

【0038】すなわち、書き込み動作の当初は、第1ゲ
ート電極と第3領域との間及び第1ゲート電極と第2ゲ
ート電極との間に所定の電位差が生じているので、継続
して書き込みが行われる。そして、書き込み動作の進行
に伴って、第2ゲート電極には、継続してホットキャリ
アが注入されるから、第2ゲート電極の電位が初期の値
から次第に低下する。第2ゲート電極の電位の低下に合
わせて、第3領域の電位も次第に低下し、遂には、第1
ゲート電極と第3領域との間の電位差が所定の値よりも
低くなる。これにより、第1ゲート電極中のホットキャ
リアが第1絶縁膜の障壁を透過することができなくな
り、書き込み動作が自動的に終了する。
That is, at the beginning of the writing operation, a predetermined potential difference is generated between the first gate electrode and the third region and between the first gate electrode and the second gate electrode. Done. Then, as the writing operation proceeds, hot carriers are continuously injected into the second gate electrode, so that the potential of the second gate electrode gradually decreases from the initial value. As the potential of the second gate electrode decreases, the potential of the third region also gradually decreases.
The potential difference between the gate electrode and the third region becomes lower than a predetermined value. As a result, hot carriers in the first gate electrode cannot pass through the barrier of the first insulating film, and the writing operation is automatically terminated.

【0039】また、第2ゲート電極から第2絶縁膜を介
して第3領域へホットキャリアを引き抜くことでデータ
の消去を行うことが望ましい。
Further, it is desirable to erase data by extracting hot carriers from the second gate electrode to the third region via the second insulating film.

【0040】また、第2領域と第2ゲート電極との間の
静電容量が、第3領域と第2ゲート電極との間の静電容
量よりも大きく設定され、第2領域に印加された電圧が
第2ゲート電極との間の静電カップリングにより第2ゲ
ート電極に伝達され、これにより、第2領域と第1層を
介してつながっている第3領域の電位が第2領域と同程
度になることが望ましい。こうすることで、第2領域の
電位を制御するだけで、第2ゲート電極の電位を簡単に
制御することができる。
The capacitance between the second region and the second gate electrode is set to be larger than the capacitance between the third region and the second gate electrode, and is applied to the second region. The voltage is transmitted to the second gate electrode by electrostatic coupling between the second gate electrode and the second gate electrode, so that the potential of the third region connected to the second region via the first layer is the same as that of the second region. Is desirable. Thus, the potential of the second gate electrode can be easily controlled only by controlling the potential of the second region.

【0041】また、第3領域の厚さは、第1ゲート電極
と第3領域との間の第1絶縁膜の障壁を透過したキャリ
アが第2絶縁膜の障壁を越えるために必要なエネルギー
を有するときのほぼ平均自由行程以下に設定されている
ことが望ましい。
The thickness of the third region is equal to the energy required for carriers passing through the barrier of the first insulating film between the first gate electrode and the third region to cross the barrier of the second insulating film. It is desirable that the distance is set to be approximately equal to or less than the mean free path.

【0042】こうすれば、第1ゲート電極と第3領域と
の間の第1絶縁膜の障壁を透過したキャリアのほとんど
全てが、第2絶縁膜の障壁を越えるエネルギーを獲得し
てホットキャリアになり、第3領域中にとどまることな
く、極めて高い確率で第2ゲート電極に注入される。そ
のため、上記本発明の作用をより確実に得ることができ
る。
Thus, almost all of the carriers that have passed through the barrier of the first insulating film between the first gate electrode and the third region acquire energy exceeding the barrier of the second insulating film and become hot carriers. That is, it is injected into the second gate electrode with extremely high probability without staying in the third region. Therefore, the effect of the present invention can be more reliably obtained.

【0043】また、データの消去を行う際、第2ゲート
電極とカップリングしている第2領域の電圧を一旦所定
の値に設定した後、この第2領域をオープン状態に保持
することが望ましい。
When erasing data, it is desirable to set the voltage of the second region, which is coupled to the second gate electrode, to a predetermined value once, and then keep the second region open. .

【0044】すなわち、消去動作の当初は、第2ゲート
電極と第3領域との間に所定の電位差が生じているの
で、継続して消去が行われる。そして、消去動作の進行
に伴って、第2ゲート電極の電位が次第に上昇する。そ
して、第2ゲート電極と第3領域との間の電位差が所定
の値未満になると、第2ゲート電極中の電子が第2絶縁
膜の障壁を透過することができなくなり、それ以上消去
動作は行われなくなる。これにより、消去動作が自動的
に終了する。
That is, at the beginning of the erasing operation, a predetermined potential difference is generated between the second gate electrode and the third region, so that the erasing is continued. Then, as the erase operation proceeds, the potential of the second gate electrode gradually increases. When the potential difference between the second gate electrode and the third region becomes smaller than a predetermined value, electrons in the second gate electrode cannot pass through the barrier of the second insulating film, and the erasing operation cannot be further performed. Will not be done. Thus, the erasing operation automatically ends.

【0045】[0045]

【発明の実施の形態】(第1実施形態)以下、本発明を
具体化した第1実施形態を図面と共に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0046】図1は、本第1実施形態のメモリセルの一
部断面図である。図1を参照して、以下に第1実施形態
のメモリセル1の構造について説明する。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of the memory cell of the first embodiment. The structure of the memory cell 1 according to the first embodiment will be described below with reference to FIG.

【0047】この第1実施形態のメモリセル1では、p
型単結晶シリコン基板2の表面に、n型のソース領域3
およびn型のドレイン領域4がチャネル領域5を挟むよ
うに所定の間隔を隔てて形成されている。チャネル領域
5上およびドレイン領域4の一部上には、シリコン酸化
膜からなる第2ゲート絶縁膜12aおよび第3絶縁膜1
2bを介して、n型ポリシリコン膜からなる浮遊ゲート
電極11が形成されている。
In the memory cell 1 of the first embodiment, p
An n-type source region 3 is formed on the surface of
And n-type drain region 4 is formed at a predetermined interval so as to sandwich channel region 5. A second gate insulating film 12a made of a silicon oxide film and a third insulating film 1 are formed on the channel region 5 and a part of the drain region 4.
A floating gate electrode 11 made of an n-type polysilicon film is formed via 2b.

【0048】また、浮遊ゲート電極11の側面および上
面上には、第2トンネル絶縁膜10を介して、n型単結
晶シリコン膜からなるインターゲート9が形成されてい
る。このインターゲート9の底部は、開口部15を介し
てp型単結晶シリコン基板2の表面に接触している。イ
ンターゲート9とp型単結晶シリコン基板2との接触面
の下方には、n型拡散層14が形成されている。
On the side and upper surfaces of the floating gate electrode 11, an intergate 9 made of an n-type single crystal silicon film is formed via a second tunnel insulating film 10. The bottom of the intergate 9 is in contact with the surface of the p-type single crystal silicon substrate 2 via the opening 15. Below the contact surface between the intergate 9 and the p-type single-crystal silicon substrate 2, an n-type diffusion layer 14 is formed.

【0049】インターゲート9の側面および上面上に
は、第1トンネル絶縁膜8を介して、n型ポリシリコン
膜からなる制御ゲート電極7が形成されている。制御ゲ
ート電極7の底部は、チャネル領域5上にシリコン酸化
膜からなる第1ゲート絶縁膜6を介して形成されてい
る。
A control gate electrode 7 made of an n-type polysilicon film is formed on a side surface and an upper surface of the intergate 9 via a first tunnel insulating film 8. The bottom of the control gate electrode 7 is formed on the channel region 5 via a first gate insulating film 6 made of a silicon oxide film.

【0050】ここで、上記の各部材の膜厚は以下のよう
に設定されている。
Here, the film thickness of each of the above members is set as follows.

【0051】 ・第1ゲート絶縁膜6の膜厚:16〜20nm ・第1トンネル絶縁膜8の膜厚:3〜4nm ・第2トンネル絶縁膜10の膜厚:8〜20nm ・第3絶縁膜12bの膜厚:8〜10nm ・第2ゲート絶縁膜12aの膜厚:8〜10nm ・インターゲート9の幅(第1トンネル絶縁膜8と第2
トンネル絶縁膜10との間の距離):20〜40nm
(尚、このインターゲート9の幅は、書き込みに使用す
る3〜5eVのエネルギーを持った電子を、浮遊ゲート
電極11に数%以上到達させるために、20〜30nm
が最も望ましい) ここで、ドレイン領域4と浮遊ゲート電極11との間に
位置する第3絶縁膜12bの面積は、インターゲート9
と浮遊ゲート電極11との間に位置する第2トンネル絶
縁膜10の面積よりも大きいとともに、第3絶縁膜12
bの膜厚は、第2トンネル絶縁膜10の膜厚よりも小さ
い。
The thickness of the first gate insulating film 6: 16 to 20 nm The thickness of the first tunnel insulating film 8: 3 to 4 nm The thickness of the second tunnel insulating film 10: 8 to 20 nm The third insulating film The thickness of the second gate insulating film 12a: 8 to 10 nm The width of the intergate 9 (the first tunnel insulating film 8 and the second
Distance between tunnel insulating film 10): 20 to 40 nm
(The width of the intergate 9 is set to 20 to 30 nm so that electrons having energy of 3 to 5 eV used for writing reach the floating gate electrode 11 by several percent or more.
Here, the area of the third insulating film 12b located between the drain region 4 and the floating gate electrode 11 is
Is larger than the area of the second tunnel insulating film 10 located between the third insulating film 12 and the floating gate electrode 11.
The thickness of b is smaller than the thickness of the second tunnel insulating film 10.

【0052】従って、本実施形態におけるメモリセル1
では、ドレイン領域4と浮遊ゲート電極11との間の静
電容量が、インターゲート9と浮遊ゲート電極11との
間の静電容量よりも大きくなっている。これにより、イ
ンターゲート9と浮遊ゲート電極11との間のカップリ
ング比が、ドレイン領域4と浮遊ゲート電極11との間
のカップリング比よりも大きくなる。その結果、ドレイ
ン領域4の電位が浮遊ゲート電極11に伝わりやすくな
る。
Therefore, the memory cell 1 in the present embodiment
In this case, the capacitance between the drain region 4 and the floating gate electrode 11 is larger than the capacitance between the intergate 9 and the floating gate electrode 11. Thereby, the coupling ratio between the intergate 9 and the floating gate electrode 11 becomes larger than the coupling ratio between the drain region 4 and the floating gate electrode 11. As a result, the potential of the drain region 4 is easily transmitted to the floating gate electrode 11.

【0053】図2に、メモリセル1を用いた不揮発性半
導体メモリ50の全体構成を示す。
FIG. 2 shows an overall configuration of a nonvolatile semiconductor memory 50 using the memory cell 1.

【0054】メモリセルアレイ51は、図2に示すよう
に、複数のメモリセル1がマトリックス状に配置されて
構成されている(図2では図面を簡略化するために、4
個のメモリセルのみを示している)。
As shown in FIG. 2, the memory cell array 51 is configured by arranging a plurality of memory cells 1 in a matrix.
Only memory cells are shown).

【0055】行(ロウ)方向に配列された各メモリセル
1において、各制御ゲート電極7は、共通のワード線W
1〜WLnに接続されている。
In each memory cell 1 arranged in the row direction, each control gate electrode 7 is connected to a common word line W
It is connected to L 1 to WL n.

【0056】列(カラム)方向に配列された各メモリセ
ル1において、ドレイン領域4は、共通のビット線BL
1〜BLnに接続され、ソース領域3は、共通のソース線
SLに接続されている。
In each of the memory cells 1 arranged in the column direction, the drain region 4 is connected to a common bit line BL.
Is connected to 1 to BL n, the source region 3 is connected to a common source line SL.

【0057】各ワード線WL1〜WLnはロウデコーダ5
2に接続され、各ビット線BL1〜BLnはカラムデコー
ダ53に接続されている。
Each of the word lines WL 1 to WL n is connected to a row decoder 5.
2 and the bit lines BL 1 to BL n are connected to a column decoder 53.

【0058】外部から指定されたロウアドレスおよびカ
ラムアドレスは、アドレスピン54に入力される。その
ロウアドレスおよびカラムアドレスは、アドレスピン5
4からアドレスラッチ55へ転送される。アドレスラッ
チ55でラッチされた各アドレスのうち、ロウアドレス
はアドレスバッファ56を介してロウデコーダ52へ転
送され、カラムアドレスはアドレスバッファ56を介し
てカラムデコーダ53へ転送される。
A row address and a column address specified from the outside are input to an address pin 54. The row address and the column address are applied to the address pins 5
4 to the address latch 55. Of the addresses latched by the address latch 55, the row address is transferred to the row decoder 52 via the address buffer 56, and the column address is transferred to the column decoder 53 via the address buffer 56.

【0059】ロウデコーダ52は、各ワード線WL0
WLnの内、アドレスラッチ55でラッチされたロウア
ドレスに対応したワード線を選択するとともに、ゲート
電圧制御回路57からの信号に基づいて、各ワード線W
1〜WLnの電位を後述する各動作モードに対応して制
御する。
The row decoder 52 is connected to each of the word lines WL 0 to WL 0 .
Of WL n, with selecting the word line corresponding to the latched row address in the address latch 55, on the basis of a signal from the gate voltage control circuit 57, the word line W
The potentials of L 1 to WL n are controlled in accordance with each operation mode described later.

【0060】カラムデコーダ53は、各ビット線BL1
〜BLnの内、アドレスラッチ55でラッチされたカラ
ムアドレスに対応したビット線を選択し、ドレイン電圧
制御回路58からの信号に基づいて、各ビット線BL1
〜BLnの電位を後述する各動作モードに対応して制御
する。
The column decoder 53 controls each bit line BL 1
Of to BL n, selects a bit line corresponding to the latched column address in the address latch 55, on the basis of a signal from the drain voltage control circuit 58, each of the bit lines BL 1
Controlling in response to each operation mode described below the potential of to BL n.

【0061】外部から指定されたデータは、データピン
59に入力される。そのデータは、データピン59から
入力バッファ60を介してカラムデコーダ53へ転送さ
れる。カラムデコーダ53は、各ビット線BL1〜BLn
の電位を、そのデータに対応して後述するように制御す
る。
Data specified externally is input to data pin 59. The data is transferred from the data pin 59 to the column decoder 53 via the input buffer 60. The column decoder 53 is connected to each of the bit lines BL 1 to BL n
Is controlled in accordance with the data as described later.

【0062】任意のメモリセル1から読み出されたデー
タは、各ビット線BL1〜BLnからカラムデコーダ53
を介してセンスアンプ群61へ転送される。センスアン
プ61は電流センスアンプである。センスアンプ群61
で判別されたデータは、出力バッファ62からデータピ
ン59を介して外部へ出力される。
[0062] Data read from any memory cell 1, the column decoder 53 from the bit lines BL 1 to BL n
Is transferred to the sense amplifier group 61 via The sense amplifier 61 is a current sense amplifier. Sense amplifier group 61
Is output from the output buffer 62 to the outside via the data pin 59.

【0063】ソース電圧制御回路63は、ソース線SL
の電位を後述する各動作モードに対応して制御する。
The source voltage control circuit 63 is connected to the source line SL
Is controlled in accordance with each operation mode described later.

【0064】尚、上記した各回路(52〜63)の動作
は、制御コア回路64によって制御される。
The operation of each of the circuits (52 to 63) is controlled by the control core circuit 64.

【0065】次に、上記のように構成されたメモリセル
1の各動作(書き込み動作、消去動作、読出動作)につ
いて説明する。ソース領域3にはソース線SLを介して
ソース電圧Vsが印加される。ドレイン領域4にはビッ
ト線BL1〜BLnを介してドレイン電圧Vdが印加され
る。制御ゲート電極7にはワード線WL0〜WLnを介し
て制御ゲート電圧Vcgが印加される。p型単結晶シリコ
ン基板2には基板電圧Vsubが印加される。
Next, each operation (write operation, erase operation, read operation) of the memory cell 1 configured as described above will be described. A source voltage Vs is applied to the source region 3 via a source line SL. The drain region 4 a drain voltage Vd through the bit lines BL 1 to BL n is applied. The control gate voltage Vcg via the word line WL 0 to WL n is applied to the control gate electrode 7. Substrate voltage Vsub is applied to p-type single crystal silicon substrate 2.

【0066】(書き込み動作)この書き込み動作を行う
前には、浮遊ゲート電極11は消去状態(電子が引き抜
かれている状態)にあり、第1実施形態において、消去
状態にある浮遊ゲート電極11は、約2Vの電位を保っ
ている。また、第1実施形態では、浮遊ゲート電極11
をゲートとするトランジスタ及び制御ゲート電極7をゲ
ートとするトランジスタのそれぞれのしきい値電圧Vt
は、共に0.5Vとする。
(Write Operation) Before this write operation is performed, the floating gate electrode 11 is in an erased state (a state in which electrons are extracted). In the first embodiment, the floating gate electrode 11 in the erased state is , About 2V. In the first embodiment, the floating gate electrode 11
Threshold voltage Vt of the transistor whose gate is the gate and the transistor whose gate is the control gate electrode 7
Are both set to 0.5V.

【0067】書き込み動作においては、メモリセル1の
動作電圧を、ソース電圧Vs:0V、ドレイン電圧Vd:
3V、制御ゲート電圧Vcg:−3V、基板電圧(メモリ
セル1がシリコン基板に形成されたp型ウェルに形成さ
れている場合はウェル電圧:以下、ウェル電圧)Vsu
b:0Vに設定する。
In the write operation, the operating voltage of the memory cell 1 is set to a source voltage Vs: 0 V and a drain voltage Vd:
3 V, control gate voltage Vcg: -3 V, substrate voltage (well voltage when memory cell 1 is formed in a p-type well formed on a silicon substrate: well voltage)
b: Set to 0V.

【0068】上述した通り、ドレイン領域4と浮遊ゲー
ト電極11とは静電容量的に強くカップリングしている
から、ドレイン電圧(3V)の約2/3が浮遊ゲート電
極11の消去状態の電位(約2V)に加算されるとす
る。それにより、浮遊ゲート電極11の電位が約4Vま
で上昇する。その結果、浮遊ゲート電極11をゲートと
するトランジスタがオン状態になり、インターゲート9
の電位がドレイン領域4の電位と同程度になる。
As described above, since the drain region 4 and the floating gate electrode 11 are strongly coupled capacitively, about / of the drain voltage (3 V) is the potential of the floating gate electrode 11 in the erased state. (Approximately 2 V). Thereby, the potential of the floating gate electrode 11 increases to about 4V. As a result, the transistor whose gate is the floating gate electrode 11 is turned on, and the
Is substantially equal to the potential of the drain region 4.

【0069】すなわち、インターゲート9の電位が3V
(ドレイン電圧Vdを上限として、浮遊ゲート電極11
の電位から上記しきい値電圧Vtだけレベルシフトした
電圧)となり、インターゲート9と制御ゲート電極7と
の間に高電界が発生する。その結果、ファウラー−ノル
ドハイム・トンネル電流(Fowler-Nordheim Tunnel Cur
rent、以下、FNトンネル電流という)が流れ、制御ゲ
ート電極7からインターゲート9に電子が移動する。制
御ゲート電極7とインターゲート9との間の第1トンネ
ル絶縁膜8の障壁を透過(トンネリング)した電子は、
インターゲート9と制御ゲート電極7との間に発生した
高電界によって加速され、第2トンネル絶縁膜10を通
って浮遊ゲート電極11に注入される。その結果、浮遊
ゲート電極11に電子が蓄積され、データの書き込みが
行われる。
That is, the potential of the intergate 9 is 3 V
(Up to the drain voltage Vd, the floating gate electrode 11
(A voltage level-shifted by the threshold voltage Vt from the above potential), and a high electric field is generated between the intergate 9 and the control gate electrode 7. As a result, the Fowler-Nordheim Tunnel Curve
rent (hereinafter, referred to as FN tunnel current) flows, and electrons move from the control gate electrode 7 to the intergate 9. The electrons transmitted (tunneled) through the barrier of the first tunnel insulating film 8 between the control gate electrode 7 and the intergate 9 are
It is accelerated by the high electric field generated between the intergate 9 and the control gate electrode 7 and is injected into the floating gate electrode 11 through the second tunnel insulating film 10. As a result, electrons are accumulated in the floating gate electrode 11, and data is written.

【0070】ここで、電子がシリコン酸化膜からなる第
2トンネル絶縁膜10の障壁を越えるために必要なエネ
ルギーは3.2eVであり、そのエネルギーを獲得する
ために必要な電位差は3.2Vである。そのため、制御
ゲート電極7とインターゲート9との間及び制御ゲート
電極7と浮遊ゲート電極11との間に、それぞれ3.2
V以上の電位差が生じるように、上記した書き込み時の
動作電圧を設定する。
Here, the energy required for electrons to cross the barrier of the second tunnel insulating film 10 made of a silicon oxide film is 3.2 eV, and the potential difference required for obtaining the energy is 3.2 V. is there. Therefore, between the control gate electrode 7 and the inter-gate 9 and between the control gate electrode 7 and the floating gate electrode 11, 3.2
The operating voltage at the time of writing is set so that a potential difference of V or more is generated.

【0071】つまり、ドレイン電圧Vdを3V、制御ゲ
ート電圧Vcgを−3Vに設定すると、上述した通り、ド
レイン領域4と浮遊ゲート電極11との間の静電カップ
リングにより、浮遊ゲート電極11の電圧は約4Vにな
り、また、インターゲート9の電位は3Vになる。従っ
て、制御ゲート電極7とインターゲート9との間には当
初6Vの電位差が生じており、制御ゲート電極7と浮遊
ゲート電極11との間には当初約7Vの電位差が生じて
いる。
That is, when the drain voltage Vd is set to 3 V and the control gate voltage Vcg is set to -3 V, the voltage of the floating gate electrode 11 is increased due to the electrostatic coupling between the drain region 4 and the floating gate electrode 11 as described above. Becomes about 4V, and the potential of the intergate 9 becomes 3V. Therefore, a potential difference of 6 V is initially generated between the control gate electrode 7 and the intergate 9, and a potential difference of about 7 V is initially generated between the control gate electrode 7 and the floating gate electrode 11.

【0072】また、電子のエネルギーが3.2eVのと
きの平均自由行程(電子が進む距離の平均値)は約30
〜40nmである。ここで、インターゲート9の幅は平
均自由行程より薄い30nmに設定されている。そのた
め、制御ゲート電極7とインターゲート9との間の第1
トンネル絶縁膜8の障壁を透過した電子は、平均自由行
程(=約30〜40nm)以下の短い距離で3.2eV
以上に加速される。
When the energy of the electrons is 3.2 eV, the mean free path (the average value of the distance traveled by the electrons) is about 30.
4040 nm. Here, the width of the intergate 9 is set to 30 nm, which is thinner than the mean free path. Therefore, the first gate between the control gate electrode 7 and the
The electrons that have passed through the barrier of the tunnel insulating film 8 have a distance of 3.2 eV over a short distance equal to or less than the mean free path (= about 30 to 40 nm).
It is accelerated above.

【0073】従って、この第1トンネル絶縁膜8の障壁
を透過した電子のほとんど全てが、第2トンネル絶縁膜
10の障壁(=3.2eV)を越えるエネルギーを獲得
してホットエレクトロンになり、インターゲート9中に
とどまることなく、極めて高い確率で浮遊ゲート電極1
1内に注入される。
Therefore, almost all of the electrons that have passed through the barrier of the first tunnel insulating film 8 acquire energy exceeding the barrier (= 3.2 eV) of the second tunnel insulating film 10 to become hot electrons, resulting in inter-electrons. Floating gate electrode 1 with very high probability without staying in gate 9
1 is injected.

【0074】尚、電子のエネルギー及び第1トンネル絶
縁膜8の障壁を通過する確率は、ソース電圧Vs,ドレ
イン電圧Vd,制御ゲート電圧Vcgにより調整すること
ができる。従って、ホットエレクトロンが第2トンネル
絶縁膜10の障壁を僅かに越えたエネルギーを得た時点
で、ホットエレクトロンを浮遊ゲート電極11に注入す
ることができる。
The energy of electrons and the probability of passing through the barrier of the first tunnel insulating film 8 can be adjusted by the source voltage Vs, the drain voltage Vd, and the control gate voltage Vcg. Therefore, the hot electrons can be injected into the floating gate electrode 11 when the hot electrons obtain energy slightly exceeding the barrier of the second tunnel insulating film 10.

【0075】ところで、上述した通り、本実施形態にあ
っては、書き込み動作の当初は、制御ゲート電極7とイ
ンターゲート9との間及び制御ゲート電極7と浮遊ゲー
ト電極11との間に3.2V以上の電位差が生じている
ので、継続して書き込みが行われる(浮遊ゲート電極1
1に電子が注入される)。その一方、書き込み動作の進
行に伴って、浮遊ゲート電極11には、継続して電子が
注入されるので、浮遊ゲート電極11の電位が4Vから
次第に低下する。上述した通り、インターゲート9の電
位は、ドレイン電圧Vdを上限として、浮遊ゲート電極
11の電位から上記しきい値電圧Vtだけレベルシフト
した値となる。このため、浮遊ゲート電極11の電位の
低下に合わせて、インターゲート9の電位も次第に低下
し、遂には、制御ゲート電極7とインターゲート9との
間の電位差が3.2V未満となる。すると、制御ゲート
電極7中の電子が第1トンネル絶縁膜8の障壁を透過す
ることができなくなり、それ以上書き込み動作は行われ
なくなる。
By the way, as described above, in the present embodiment, at the beginning of the writing operation, between the control gate electrode 7 and the intergate 9 and between the control gate electrode 7 and the floating gate electrode 3. Since a potential difference of 2 V or more is generated, writing is continuously performed (floating gate electrode 1
1 is injected with electrons). On the other hand, as the writing operation proceeds, electrons are continuously injected into the floating gate electrode 11, so that the potential of the floating gate electrode 11 gradually decreases from 4V. As described above, the potential of the intergate 9 is a value obtained by level-shifting the potential of the floating gate electrode 11 by the threshold voltage Vt with the drain voltage Vd as an upper limit. For this reason, the potential of the intergate 9 gradually decreases in accordance with the decrease of the potential of the floating gate electrode 11, and finally, the potential difference between the control gate electrode 7 and the intergate 9 becomes less than 3.2V. Then, the electrons in the control gate electrode 7 cannot pass through the barrier of the first tunnel insulating film 8, and no further write operation is performed.

【0076】すなわち、本実施形態にあっては、浮遊ゲ
ート電極11の電位変化によって書き込み動作が自動的
に終了する構造であるので、別途書き込み動作の終了を
検出するための回路が不要となる。これにより、周辺回
路における構造の簡略化、面積の縮小化及び低消費電力
化を実現することができる。更に、本実施形態では、一
定の書き込み時間で書き込みを終了するのではなく、浮
遊ゲート電極11の電位変化によって書き込み動作が自
動的に終了するので、各メモリセル1間に書き込みレベ
ルのばらつきが発生するのを有効に防止することができ
る。その結果、各メモリセル1の書き込みレベルをほぼ
均一にすることができる。
That is, in the present embodiment, since the write operation is automatically terminated by the change in the potential of the floating gate electrode 11, a separate circuit for detecting the end of the write operation becomes unnecessary. This makes it possible to simplify the structure of the peripheral circuit, reduce the area, and reduce power consumption. Furthermore, in the present embodiment, the writing operation does not end in a fixed writing time, but the writing operation is automatically ended by a change in the potential of the floating gate electrode 11, so that a variation in the writing level between the memory cells 1 occurs. Can be effectively prevented. As a result, the write level of each memory cell 1 can be made substantially uniform.

【0077】(消去動作)消去動作においては、メモリ
セル1の動作電圧を、ソース電圧Vs:8V、ドレイン
電圧Vd:0V、制御ゲート電圧Vcg:9V、基板電圧
(ウェル電圧)Vsub:0Vに設定する。この場合、ド
レイン領域4と浮遊ゲート電極11とは静電容量的に強
くカップリングしているから、浮遊ゲート電極11の電
位がほぼ0Vとなる。
(Erase Operation) In the erase operation, the operating voltages of the memory cell 1 are set to a source voltage Vs: 8 V, a drain voltage Vd: 0 V, a control gate voltage Vcg: 9 V, and a substrate voltage (well voltage) Vsub: 0 V. I do. In this case, since the drain region 4 and the floating gate electrode 11 are strongly coupled capacitively, the potential of the floating gate electrode 11 becomes almost 0V.

【0078】一方、制御ゲート電極7の電位は9Vであ
るので、制御ゲート電極7をゲートとするトランジスタ
がオン状態になる。これにより、インターゲート9の電
位がソース領域3の電位と同程度になる。すなわち、イ
ンターゲート9の電位は8V(ソース電圧Vsを上限と
して、制御ゲート電極7の電位から上記しきい値電圧V
tだけレベルシフトした電圧)となる。これにより、イ
ンターゲート9と浮遊ゲート電極11との間に位置する
第2トンネル絶縁膜10に約10MVの高電界が発生す
る。その結果、FNトンネル電流が流れ、浮遊ゲート電
極11からインターゲート9に電子が引き抜かれて、デ
ータの消去が行われる。
On the other hand, since the potential of the control gate electrode 7 is 9 V, the transistor having the control gate electrode 7 as a gate is turned on. As a result, the potential of the inter gate 9 becomes substantially equal to the potential of the source region 3. That is, the potential of the intergate 9 is 8 V (up to the source voltage Vs, the threshold voltage V
(voltage shifted by t). As a result, a high electric field of about 10 MV is generated in the second tunnel insulating film 10 located between the intergate 9 and the floating gate electrode 11. As a result, an FN tunnel current flows, electrons are extracted from the floating gate electrode 11 to the intergate 9, and data is erased.

【0079】(読み出し動作)読み出し動作において
は、メモリセル1の動作電圧を、ソース電圧Vs:0
V、ドレイン電圧Vd:3V、制御ゲート電圧Vcg:3
V、基板電圧(ウェル電圧)Vsub:0Vに設定する。
(Read Operation) In the read operation, the operating voltage of the memory cell 1 is changed to the source voltage Vs: 0.
V, drain voltage Vd: 3 V, control gate voltage Vcg: 3
V, the substrate voltage (well voltage) Vsub: 0 V.

【0080】浮遊ゲート電極11に電子が蓄積されてい
ない状態(消去状態)では、浮遊ゲート電極11が正に
帯電する(本第1実施形態では、浮遊ゲート電極11が
2Vの電位を有している)ため、浮遊ゲート電極11下
のチャネル領域5はオンの状態になる。また、浮遊ゲー
ト電極11に電子が蓄積されている状態(書き込み状
態)では、浮遊ゲート電極11が負に帯電するため、浮
遊ゲート電極11下のチャネル領域5はオフの状態にな
る。
In a state where electrons are not accumulated in the floating gate electrode 11 (erased state), the floating gate electrode 11 is positively charged (in the first embodiment, the floating gate electrode 11 has a potential of 2V. Therefore, the channel region 5 below the floating gate electrode 11 is turned on. In the state where electrons are accumulated in the floating gate electrode 11 (writing state), the floating gate electrode 11 is negatively charged, and thus the channel region 5 below the floating gate electrode 11 is turned off.

【0081】チャネル領域5がオンの状態では、オフの
状態よりもソース領域3とドレイン電極4との間に電流
が流れやすい。従って、ソース領域3とドレイン電極4
との間に流れる電流(セル電流)を検出することによ
り、浮遊ゲート電極11に電子が蓄積されているか否か
を判別することが可能である。これにより、メモリセル
1に記憶されたデータを読み出すことができる。
When the channel region 5 is on, a current flows more easily between the source region 3 and the drain electrode 4 than when the channel region 5 is off. Therefore, the source region 3 and the drain electrode 4
By detecting the current (cell current) flowing between the floating gate electrode 11 and the floating gate electrode 11, it is possible to determine whether or not electrons are accumulated in the floating gate electrode 11. Thereby, data stored in the memory cell 1 can be read.

【0082】尚、上記読み出し動作において、ソース電
圧Vsとドレイン電圧Vdとの電位関係を逆にしても同様
の読み出し動作を行うことができる。
In the above read operation, the same read operation can be performed even if the potential relationship between the source voltage Vs and the drain voltage Vd is reversed.

【0083】本第1実施形態によれば、以下の作用・効
果を得ることができる。
According to the first embodiment, the following operations and effects can be obtained.

【0084】(1)メモリセル1の構造は、従来のスタ
ックゲート型またはスプリットゲート型のメモリセルと
は全く異なる。具体的には、メモリセル1では、制御ゲ
ート電極7と浮遊ゲート電極11との間に、絶縁膜(第
1トンネル絶縁膜8,第2トンネル絶縁膜10)を介し
てn型ポリシリコン膜からなるインターゲート9を設け
る。そして、書き込み動作において、インターゲート9
と制御ゲート電極7との間に高電界を発生させることに
よって、制御ゲート電極7からインターゲート9に電子
を移動させるとともに、更にこの電子を第1トンネル絶
縁膜8及びインターゲート9において加速して浮遊ゲー
ト電極11に注入する。
(1) The structure of the memory cell 1 is completely different from a conventional stack gate type or split gate type memory cell. Specifically, in the memory cell 1, between the control gate electrode 7 and the floating gate electrode 11, an n-type polysilicon film is interposed between the control gate electrode 7 and the floating gate electrode 11 via an insulating film (the first tunnel insulating film 8 and the second tunnel insulating film 10). Is provided. Then, in the write operation, the intergate 9
By generating a high electric field between the gate electrode 7 and the control gate electrode 7, electrons are moved from the control gate electrode 7 to the intergate 9, and the electrons are further accelerated in the first tunnel insulating film 8 and the intergate 9. It is injected into the floating gate electrode 11.

【0085】従って、制御ゲート電極7から浮遊ゲート
電極11に効率的に電子を注入することができ、それに
より、書き込み特性を向上させることができる(本発明
者の実験によれば、制御ゲート電極7から浮遊ゲート電
極11への電子の注入効率を、従来のチャネルホットエ
レクトロン書き込み方式のスタックトゲート型又はスプ
リットゲート型の10〜100倍にすることができ
る)。その結果、従来に比べて短時間で書き込みを行う
ことができるので、書き込み動作の高速化を図ることが
できる。また、書き込み電圧の低電圧化を実現すること
が可能になるので、半導体メモリとしての消費電力の低
減に寄与することができる。
Therefore, electrons can be efficiently injected from the control gate electrode 7 to the floating gate electrode 11, thereby improving the writing characteristics (according to the experiment conducted by the present inventors, the control gate electrode 7 can make the injection efficiency of electrons into the floating gate electrode 11 10 to 100 times that of the stacked gate type or split gate type of the conventional channel hot electron writing method). As a result, writing can be performed in a shorter time than in the related art, so that the writing operation can be speeded up. Further, since it is possible to realize a low writing voltage, it is possible to contribute to a reduction in power consumption as a semiconductor memory.

【0086】(2)インターゲート9の電位が、書き込
み動作においてはドレイン領域4と同じか又はそれに近
い値となり、消去動作においては、ソース領域3と同じ
か又はそれに近い値となる。
(2) The potential of the intergate 9 is equal to or close to that of the drain region 4 in a write operation, and is equal to or close to that of the source region 3 in an erase operation.

【0087】従って、インターゲート9の電位を制御す
る回路が不要となり、それにより、レイアウト面積の縮
小化及び低消費電力化を実現することができる。
Therefore, a circuit for controlling the potential of the inter gate 9 is not required, thereby realizing a reduction in layout area and a reduction in power consumption.

【0088】更には、上記(1)との相乗効果により、
書き込み動作において、メモリセル1の動作電圧(ソー
ス電圧Vs、ドレイン電圧Vd、制御ゲート電圧Vcg)を
±3Vの範囲内に納めることが可能になる。これによ
り、メモリセル1の動作電圧を従来のスタックトゲート
型またはスプリットゲート型のメモリセルの動作電圧の
数分の一以下にすることができる。その結果、書き込み
動作時の消費電力を低減させることができる。
Further, due to the synergistic effect with the above (1),
In the write operation, the operation voltages (source voltage Vs, drain voltage Vd, control gate voltage Vcg) of the memory cell 1 can be kept within a range of ± 3V. Thus, the operating voltage of the memory cell 1 can be reduced to a fraction of the operating voltage of the conventional stacked gate type or split gate type memory cell. As a result, power consumption during a write operation can be reduced.

【0089】(3)消去動作において、ソース電圧Vs
及び制御ゲート電圧Vcgを制御することにより、浮遊ゲ
ート電極11の電位に関係なくインターゲート9の電位
を制御することができる。
(3) In the erase operation, the source voltage Vs
By controlling the control gate voltage Vcg, the potential of the intergate 9 can be controlled regardless of the potential of the floating gate electrode 11.

【0090】従って、インターゲート9の電位を制御す
る回路が不要となり、その結果、レイアウト面積の縮小
化及び低消費電力化を実現することができる。また、消
去動作において、メモリセル1の動作電圧を9V以下に
納めることができる。
Therefore, a circuit for controlling the potential of the inter gate 9 is not required, and as a result, a reduction in layout area and a reduction in power consumption can be realized. In the erasing operation, the operating voltage of the memory cell 1 can be set to 9 V or less.

【0091】(4)インターゲート9の幅を、書き込み
動作時における電子の平均自由行程(30〜40nm)
以下に設定しているので、第1トンネル絶縁膜8の障壁
を透過した電子のほとんど全てが、第2トンネル絶縁膜
10の障壁(=3.2eV)を越えるエネルギーを獲得
してホットエレクトロンになるとともに、その電子がイ
ンターゲート9中にとどまることなく、高い確率で浮遊
ゲート電極11内に注入される。その結果、高い書き込
み効率を得ることができる。
(4) The width of the intergate 9 is set so that the mean free path of electrons during the write operation (30 to 40 nm)
Almost all the electrons transmitted through the barrier of the first tunnel insulating film 8 acquire energy exceeding the barrier (= 3.2 eV) of the second tunnel insulating film 10 and become hot electrons because of the following setting. At the same time, the electrons are injected into the floating gate electrode 11 with high probability without remaining in the intergate 9. As a result, high writing efficiency can be obtained.

【0092】(5)書き込み動作が自動的に終了する構
造であるので、別途書き込み動作の終了を検出するため
の回路が不要となる。これにより、周辺回路における構
造の簡略化、面積の縮小化及び低消費電力化を実現する
ことができる。さらに、複数のメモリセル1に書き込む
際に、各メモリセル1の書き込みレベルに関わらず一定
の書き込み時間経過後に書き込み動作を強制的に終了さ
せるのではなく、各メモリセル1の浮遊ゲート電極11
の電位変化によって書き込み動作が自動的に終了する。
したがって、各メモリセル1間に書き込みレベルのばら
つきが発生しにくく、その結果、各メモリセル1の書き
込みレベルをほぼ均一にすることができる。
(5) Since the write operation is automatically completed, a separate circuit for detecting the end of the write operation becomes unnecessary. This makes it possible to simplify the structure of the peripheral circuit, reduce the area, and reduce power consumption. Further, when writing to a plurality of memory cells 1, the write operation is not forcibly terminated after a certain write time has elapsed, regardless of the write level of each memory cell 1.
The writing operation is automatically terminated by the change in the potential of.
Therefore, variation in the write level between the memory cells 1 hardly occurs, and as a result, the write level of each memory cell 1 can be made substantially uniform.

【0093】(6)ドレイン領域4と浮遊ゲート電極1
1との間の静電容量が、インターゲート9と浮遊ゲート
電極11との間の静電容量よりも大きくなっている。
(6) Drain region 4 and floating gate electrode 1
1 is larger than the capacitance between the intergate 9 and the floating gate electrode 11.

【0094】従って、ドレイン電圧Vdを変化させるこ
とにより、浮遊ゲート電極11の電位を容易に制御する
ことができる。
Therefore, the potential of the floating gate electrode 11 can be easily controlled by changing the drain voltage Vd.

【0095】(7)浮遊ゲート電極11、インターゲー
ト9および制御ゲート電極7は、p型単結晶シリコン基
板2の上に形成されているので、p型単結晶シリコン基
板2に浮遊ゲート電極11などを埋め込むための溝を形
成する必要がない。その結果、溝を形成する場合に比べ
て構造を簡素化することができる。また、p型単結晶シ
リコン基板2に溝を形成する必要がないので、制御ゲー
ト電極7、インターゲート9および浮遊ゲート電極11
を有する構造を簡単なプロセスで形成することができ
る。また、溝を形成するためのエッチングによるダメー
ジを受けたp型単結晶シリコン基板2の側面にトンネル
絶縁膜などを形成する必要がないので、トンネル絶縁膜
の膜質が悪化することもない。
(7) Since the floating gate electrode 11, the intergate 9, and the control gate electrode 7 are formed on the p-type single crystal silicon substrate 2, the floating gate electrode 11 and the like are formed on the p-type single crystal silicon substrate 2. It is not necessary to form a groove for embedding. As a result, the structure can be simplified as compared with the case where a groove is formed. Further, since it is not necessary to form a groove in the p-type single crystal silicon substrate 2, the control gate electrode 7, the intergate 9, and the floating gate electrode 11
Can be formed by a simple process. Further, since there is no need to form a tunnel insulating film or the like on the side surface of the p-type single crystal silicon substrate 2 damaged by the etching for forming the groove, the film quality of the tunnel insulating film does not deteriorate.

【0096】(8) インターゲート9は、単結晶シリ
コン膜により形成されているので、その単結晶シリコン
膜を酸化することにより第1トンネル絶縁膜8を形成す
ることができる。これにより、良好な膜質の第1トンネ
ル絶縁膜8を得ることができる。
(8) Since the intergate 9 is formed of a single crystal silicon film, the first tunnel insulating film 8 can be formed by oxidizing the single crystal silicon film. Thereby, the first tunnel insulating film 8 having good film quality can be obtained.

【0097】次に、本第1実施形態のメモリセル1の製
造方法を図3〜図7に従って説明する。
Next, a method of manufacturing the memory cell 1 of the first embodiment will be described with reference to FIGS.

【0098】工程1(図3参照);p型単結晶シリコン
基板2上に熱酸化法を用いてシリコン酸化膜12を8n
m〜10nm程度の厚みで形成する。シリコン酸化膜1
2上に、LPCVD法を用いて、620℃程度の堆積温
度で、リン等のn型不純物が導入されたドープトポリシ
リコン膜を200nm程度の厚みで形成する。さらに、
そのドープトポリシリコン膜上に、シリコン酸化膜を堆
積する。そして、フォトリソグラフィー技術およびドラ
イエッチング技術を用いて、そのシリコン酸化膜および
ドープトポリシリコン膜をパターニングすることによっ
て、n型のドープトポリシリコン膜からなる浮遊ゲート
電極11とその上のシリコン酸化膜21を形成する。な
お、p型単結晶シリコン基板2が、本発明における「第
1層」に相当し、浮遊ゲート電極11が、本発明の「第
2ゲート電極」に相当する。
Step 1 (see FIG. 3): A silicon oxide film 12 is formed on the p-type single crystal silicon substrate 2 by 8n using a thermal oxidation method.
It is formed with a thickness of about m to 10 nm. Silicon oxide film 1
A doped polysilicon film doped with an n-type impurity such as phosphorus is formed at a deposition temperature of about 620 ° C. with a thickness of about 200 nm on the substrate 2 by LPCVD. further,
A silicon oxide film is deposited on the doped polysilicon film. Then, the silicon oxide film and the doped polysilicon film are patterned by using the photolithography technology and the dry etching technology, so that the floating gate electrode 11 composed of the n-type doped polysilicon film and the silicon oxide film thereon are formed. 21 are formed. Note that the p-type single crystal silicon substrate 2 corresponds to the “first layer” in the present invention, and the floating gate electrode 11 corresponds to the “second gate electrode” in the present invention.

【0099】ここで、ドープトポリシリコン膜の形成方
法には以下のものがある。
Here, there are the following methods for forming the doped polysilicon film.

【0100】方法1;LPCVD法を用いてポリシリコ
ン膜を形成する際に、原料ガスに不純物を含んだガスを
混入する。
Method 1: When a polysilicon film is formed by using the LPCVD method, a gas containing impurities is mixed into a source gas.

【0101】方法2;LPCVD法を用いてノンドープ
のポリシリコン膜を形成した後に、ポリシリコン膜上に
不純物拡散源層(POCl3など)を形成し、その不純
物拡散源層からポリシリコン膜に不純物を拡散させる。
Method 2: After forming a non-doped polysilicon film by using the LPCVD method, an impurity diffusion source layer (such as POCl 3 ) is formed on the polysilicon film, and an impurity is diffused from the impurity diffusion source layer to the polysilicon film. To spread.

【0102】方法3;LPCVD法を用いてノンドープ
のポリシリコン膜を形成した後に、不純物イオンを注入
する。
Method 3: After forming a non-doped polysilicon film by using the LPCVD method, impurity ions are implanted.

【0103】工程2(図4参照);ソース形成領域を覆
うようにレジスト膜22を形成する。そのレジスト膜2
2をマスクとして、p型単結晶シリコン基板2の表面
に、リンイオンを50keV、1E15程度の条件下で
イオン注入することにより、ドレイン領域4を形成す
る。このドレイン領域4は、浮遊ゲート電極11との重
なり部分の面積が増加するように、浮遊ゲート電極11
の下方の約半分ぐらいまで延びるように形成する。シリ
コン酸化膜12のうち、浮遊ゲート電極11とp型単結
晶シリコン基板2とに挟まれた部分は、第2ゲート絶縁
膜12aを構成し、浮遊ゲート電極11とドレイン領域
4とに挟まれた部分は、第3絶縁膜12bを構成する。
なお、ドレイン領域4は、本発明の「第2領域」に相当
する。
Step 2 (see FIG. 4): A resist film 22 is formed so as to cover the source forming region. The resist film 2
2 is used as a mask, phosphorus ions are implanted into the surface of the p-type single crystal silicon substrate 2 under the conditions of about 50 keV and about 1E15 to form the drain region 4. The drain region 4 is formed so that the area of the overlapping portion with the floating gate electrode 11 is increased.
Is formed so as to extend to about half below. The portion of the silicon oxide film 12 sandwiched between the floating gate electrode 11 and the p-type single crystal silicon substrate 2 constitutes a second gate insulating film 12a, and is sandwiched between the floating gate electrode 11 and the drain region 4. The portion constitutes the third insulating film 12b.
Note that the drain region 4 corresponds to the “second region” of the present invention.

【0104】工程3(図5参照);レジスト膜22を除
去した後、浮遊ゲート電極11上のシリコン酸化膜21
を除去する。さらに、第2ゲート絶縁膜12aおよび第
3絶縁膜12b以外のシリコン酸化膜12を除去する。
熱酸化法を用いて、浮遊ゲート電極11の上面および側
面と、p型単結晶シリコン基板2の表面とに、16nm
〜20nm程度の膜厚を有するシリコン酸化膜を形成す
る。このシリコン酸化膜のうち、浮遊ゲート電極11の
インターゲート9が形成される側の側面および上面に形
成される部分は、第2トンネル絶縁膜10を構成し、p
型単結晶シリコン基板2と制御ゲート電極7が形成され
る部分との間に位置する部分は、第1ゲート絶縁膜6を
構成する。なお、第2トンネル絶縁膜10が、本発明に
おける「第2絶縁膜」に相当する。
Step 3 (see FIG. 5): After removing the resist film 22, the silicon oxide film 21 on the floating gate electrode 11 is removed.
Is removed. Further, the silicon oxide film 12 other than the second gate insulating film 12a and the third insulating film 12b is removed.
Using a thermal oxidation method, the upper surface and side surfaces of the floating gate electrode 11 and the surface of the p-type
A silicon oxide film having a thickness of about 20 nm is formed. Portions of the silicon oxide film formed on the side surface and the upper surface of the floating gate electrode 11 on the side where the inter gate 9 is formed constitute the second tunnel insulating film 10 and
The portion located between the single-crystal silicon substrate 2 and the portion where the control gate electrode 7 is formed constitutes a first gate insulating film 6. Note that the second tunnel insulating film 10 corresponds to the “second insulating film” in the present invention.

【0105】工程4(図6参照);リソグラフィー技術
とドライエッチング技術とを用いて、開口部15を形成
する。LPCVD法を用いて560℃程度の堆積温度で
全面にアモルファスシリコン膜9aを約20nm〜約4
0nmの厚みで形成する。そのアモルファスシリコン膜
9aにリンイオンを3keV、1E14の条件下でイオ
ン注入する。
Step 4 (see FIG. 6): An opening 15 is formed by using a lithography technique and a dry etching technique. An amorphous silicon film 9a is deposited on the entire surface at a deposition temperature of about 560 ° C.
It is formed with a thickness of 0 nm. Phosphorus ions are implanted into the amorphous silicon film 9a under the conditions of 3 keV and 1E14.

【0106】工程5(図7参照); アモルファスシリ
コン膜9aをパターンニングすることにより、インター
ゲート9を形成する。さらに、約600℃、約2時間の
熱処理を行うことによって、インターゲート9が単結晶
化されるとともに、p型単結晶シリコン基板2にはn型
拡散層14が形成される。なお、インターゲート9が本
発明の「第3領域」または「半導体領域」に相当する。
Step 5 (see FIG. 7): The intergate 9 is formed by patterning the amorphous silicon film 9a. Further, by performing a heat treatment at about 600 ° C. for about 2 hours, the intergate 9 is monocrystallized and the n-type diffusion layer 14 is formed on the p-type single crystal silicon substrate 2. The intergate 9 corresponds to the “third region” or the “semiconductor region” of the present invention.

【0107】その後、熱酸化法を用いて、単結晶シリコ
ン膜からなるインターゲート9の側面および上面に3n
m〜4nm程度の膜厚を有する第1トンネル絶縁膜8を
形成する。なお、第1トンネル絶縁膜8が、本発明にお
ける「第1絶縁膜」に相当する。さらに全面を覆うよう
にドープトポリシリコン膜またはWSi膜を堆積する。
Thereafter, 3n is formed on the side and upper surfaces of the intergate 9 made of a single crystal silicon film by using a thermal oxidation method.
A first tunnel insulating film 8 having a thickness of about m to 4 nm is formed. Note that the first tunnel insulating film 8 corresponds to the “first insulating film” in the present invention. Further, a doped polysilicon film or a WSi film is deposited so as to cover the entire surface.

【0108】なお、インターゲート9の幅(第1トンネ
ル絶縁膜8と第2トンネル絶縁膜10との間の距離)
は、30nmである。このインターゲート9の幅の範囲
は50nm以下が適当であり、望ましくはキャリアの平
均自由工程以下の30〜40nm以下であり、もっとも
望ましくは、20〜30nmである。インターゲート9
の幅が50nmより大きくなると、書込効率及び消去効
率が低下するという傾向がある。この後、図1に示した
ように、ドープトポリシリコン膜またはWSi膜をパタ
ーンニングすることにより制御ゲート電極7を形成す
る。そして、ドレイン領域4を覆うようにレジスト膜
(図示せず)を形成した後、そのレジスト膜をマスクと
して、p型単結晶シリコン基板2にリンなどのn型不純
物をイオン注入することによって、ソース領域3を形成
する。なお、制御ゲート電極7が、本発明における「第
1ゲート電極」に相当し、ソース領域が、本発明におけ
る「第1領域」に相当する。
Note that the width of the intergate 9 (the distance between the first tunnel insulating film 8 and the second tunnel insulating film 10)
Is 30 nm. The width of the inter gate 9 is suitably 50 nm or less, preferably 30 to 40 nm or less, which is less than the mean free path of the carrier, and most preferably 20 to 30 nm. Intergate 9
When the width is larger than 50 nm, writing efficiency and erasing efficiency tend to decrease. Thereafter, as shown in FIG. 1, the control gate electrode 7 is formed by patterning the doped polysilicon film or the WSi film. Then, after forming a resist film (not shown) so as to cover the drain region 4, an n-type impurity such as phosphorus is ion-implanted into the p-type single crystal silicon substrate 2 using the resist film as a mask, thereby forming a source. Region 3 is formed. Note that the control gate electrode 7 corresponds to the “first gate electrode” in the present invention, and the source region corresponds to the “first region” in the present invention.

【0109】こうしてメモリセル1を完成させる。Thus, the memory cell 1 is completed.

【0110】その後は、各メモリセル1上に層間絶縁膜
(図示略)を形成する。そして、各制御ゲート電極7を
接続するワード線WL0〜WLnと、各ドレイン領域4を
接続するビット線BL0〜BLnと、各ソース領域3を共
通接続するソース線SLとを形成することにより、メモ
リセルアレイ50を構成する。
After that, an interlayer insulating film (not shown) is formed on each memory cell 1. Then, word lines WL 0 to WL n connecting the control gate electrodes 7, bit lines BL 0 to BL n connecting the drain regions 4, and source lines SL commonly connecting the source regions 3 are formed. Thus, the memory cell array 50 is configured.

【0111】(第2実施形態)図8は、本発明を具体化
した第2実施形態のメモリセルの一部断面図であり、図
9〜図23は、第2実施形態のメモリセルの製造方法を
説明するための平面図および断面図である。
(Second Embodiment) FIG. 8 is a partial cross-sectional view of a memory cell according to a second embodiment of the present invention, and FIGS. 9 to 23 show the fabrication of the memory cell according to the second embodiment. It is a top view and a sectional view for explaining a method.

【0112】まず、図8を参照して、この第2実施形態
のメモリセル71では、第1実施形態と異なり、インタ
ーゲートを2つのサイドウォール膜によって自己整合的
に形成するとともに、ドレイン領域の一部を2つのサイ
ドウォール膜によって自己整合的に形成する。その他の
基本的な構造は、第1実施形態のメモリセル1とほぼ同
様である。以下、具体的に説明する。
First, referring to FIG. 8, in the memory cell 71 of the second embodiment, unlike the first embodiment, an intergate is formed in a self-aligned manner by two sidewall films, and a drain region is formed. A part is formed in a self-aligned manner by the two sidewall films. Other basic structures are almost the same as those of the memory cell 1 of the first embodiment. Hereinafter, a specific description will be given.

【0113】まず、この第2実施形態のメモリセル71
では、図8に示すように、p型単結晶シリコン基板72
の表面に、n型のソース領域73およびn型のドレイン
領域74がチャネル領域75を挟むように所定の間隔を
隔てて形成されている。チャネル領域75上およびドレ
イン領域74の一部上には、シリコン酸化膜からなる第
2ゲート絶縁膜83aおよび第3絶縁膜83bを介し
て、ドープトポリシリコン膜からなる浮遊ゲート電極8
2が形成されている。また、浮遊ゲート電極82の側面
には、第2トンネル絶縁膜84aを介してn型ポリシリ
コン膜からなるインターゲート81aが形成されてい
る。
First, the memory cell 71 of the second embodiment
Then, as shown in FIG. 8, a p-type single crystal silicon substrate 72 is formed.
Are formed at predetermined intervals so that a channel region 75 is interposed between the source region 73 and the n-type drain region 74. A floating gate electrode 8 made of a doped polysilicon film is formed on the channel region 75 and a part of the drain region 74 via a second gate insulating film 83a and a third insulating film 83b made of a silicon oxide film.
2 are formed. On the side surface of the floating gate electrode 82, an inter gate 81a made of an n-type polysilicon film is formed via a second tunnel insulating film 84a.

【0114】このインターゲート81aは、n型ポリシ
リコン膜からなるサイドウォール膜79aとn型ポリシ
リコン膜からなるサイドウォール膜80aとから構成さ
れている。サイドウォール膜80aの底部は、p型単結
晶シリコン基板2の表面に接触している。
The inter gate 81a is composed of a sidewall film 79a made of an n-type polysilicon film and a sidewall film 80a made of an n-type polysilicon film. The bottom of the sidewall film 80a is in contact with the surface of the p-type single crystal silicon substrate 2.

【0115】また、ドレイン領域74上には、ポリシリ
コン膜からなるサイドウォール膜79bおよびサイドウ
ォール膜80bによって、ドレイン領域81bが形成さ
れている。サイドウォール膜80bと、ドレイン領域7
4とは電気的に接続されている。ドレイン領域81bと
浮遊ゲート電極82との間には、第3絶縁膜84bが形
成されている。つまり、ドレイン領域74および81b
と、浮遊ゲート電極82との間には、第3絶縁膜83b
および84bが形成されている。
On the drain region 74, a drain region 81b is formed by a sidewall film 79b and a sidewall film 80b made of a polysilicon film. Sidewall film 80b and drain region 7
4 is electrically connected. A third insulating film 84b is formed between the drain region 81b and the floating gate electrode 82. That is, the drain regions 74 and 81b
And a third insulating film 83b between the floating gate electrode 82
And 84b are formed.

【0116】インターゲート81aの側面には、第1ト
ンネル絶縁膜78を介して、n型ポリシリコン膜からな
る制御ゲート電極7が形成されている。制御ゲート電極
7の底部は、チャネル領域75上にシリコン酸化膜から
なる第1ゲート絶縁膜76aを介して形成されている。
On the side surface of the inter gate 81a, a control gate electrode 7 made of an n-type polysilicon film is formed via a first tunnel insulating film 78. The bottom of the control gate electrode 7 is formed on the channel region 75 via a first gate insulating film 76a made of a silicon oxide film.

【0117】また、全体を覆うように層間絶縁膜91が
形成されている。層間絶縁膜91に設けられたコンタク
トホール内には、プラグ電極92が形成されている。層
間絶縁膜91上には、プラグ電極92に接続するビット
線93が延びるように形成されている。
An interlayer insulating film 91 is formed to cover the whole. A plug electrode 92 is formed in a contact hole provided in the interlayer insulating film 91. On the interlayer insulating film 91, a bit line 93 connected to the plug electrode 92 is formed so as to extend.

【0118】なお、この第2実施形態の書き込み動作、
消去動作および読み出し動作は、上記した第1実施形態
と同じである。
Note that the write operation of the second embodiment
The erase operation and the read operation are the same as those in the first embodiment.

【0119】第2実施形態では、上記第1実施形態の作
用・効果に加えて以下のような作用・効果を得ることが
できる。
In the second embodiment, the following operation and effect can be obtained in addition to the operation and effect of the first embodiment.

【0120】(9)インターゲート81aを、自己整合
的に形成されたサイドウォール膜79aおよび80aか
ら構成することによって、サイドウォール膜79aおよ
び80aの膜厚をそれらを形成する際のポリシリコン膜
の膜厚によってそれぞれ制御することができる。これに
より、サイドウォール膜79aおよび80aからなるイ
ンターゲート81aの幅を、マスクプロセスの限界最小
寸法(最小露光寸法)以下の微細な幅に形成することが
できる。
(9) By forming the inter gate 81a from the side wall films 79a and 80a formed in a self-aligned manner, the thickness of the side wall films 79a and 80a is reduced by the polysilicon film used for forming them. Each can be controlled by the film thickness. Thus, the width of the inter gate 81a including the sidewall films 79a and 80a can be formed to a fine width equal to or smaller than the minimum critical dimension (minimum exposure dimension) of the mask process.

【0121】また、ポリシリコン膜の膜厚を制御するこ
とによって、サイドウォール膜79aおよび80aの幅
を高精度に制御することができるので、サイドウォール
膜79aおよび80aからなるインターゲート81aの
幅も高精度に制御することができる。その結果、インタ
ーゲート81aの幅のバラツキを抑えることができる。
Further, by controlling the thickness of the polysilicon film, the width of the sidewall films 79a and 80a can be controlled with high precision. Therefore, the width of the inter gate 81a formed of the sidewall films 79a and 80a is also reduced. It can be controlled with high precision. As a result, variations in the width of the intergate 81a can be suppressed.

【0122】(10)また、ドレイン領域74上に、ポ
リシリコン膜からなるサイドウォール膜79bおよび8
0bによりドレイン領域81bを形成することによっ
て、そのドレイン領域81bによりドレイン領域と浮遊
ゲート電極82との対向面積を増加させることができ
る。これにより、ドレイン領域74および81bと、浮
遊ゲート電極82との間の静電容量を容易に増加させる
ことができる。その結果、ドレイン領域74および81
bと、浮遊ゲート電極82との間の静電容量を、容易に
インターゲート81aと浮遊ゲート電極82との間の静
電容量よりも大きくすることができる。従って、ドレイ
ン電圧Vdを変化させることにより、浮遊ゲート電極8
2の電位を容易に制御することができる。
(10) On the drain region 74, the sidewall films 79b and 8 made of a polysilicon film are formed.
By forming the drain region 81b from 0b, the area of the drain region 81b facing the floating gate electrode 82 can be increased by the drain region 81b. Thus, the capacitance between drain regions 74 and 81b and floating gate electrode 82 can be easily increased. As a result, drain regions 74 and 81
b and the floating gate electrode 82 can be easily made larger than the capacitance between the intergate 81a and the floating gate electrode 82. Therefore, by changing the drain voltage Vd, the floating gate electrode 8
2 can be easily controlled.

【0123】(11) また、後述する製造プロセスに
おいて、ドレイン領域81bを構成するサイドウォール
膜79bおよび80bは、インターゲート81aを構成
するサイドウォール膜79aおよび80aと同時に形成
されるので、ドレイン領域81bを設けたとしても、製
造プロセスが複雑化することがない。
(11) In the manufacturing process described later, the side wall films 79b and 80b forming the drain region 81b are formed simultaneously with the side wall films 79a and 80a forming the inter gate 81a. Is provided, the manufacturing process does not become complicated.

【0124】次に、図9〜図23を参照して、第2実施
形態のメモリセルの製造方法を説明する。 工程6(図9および図10参照);p型単結晶シリコン
基板72の表面に、STI(Shallow Trench Isolatio
n)法を用いて、素子分離絶縁膜85を形成する。この
p型単結晶シリコン基板72が、本発明における「第1
層」に相当する。なお、素子分離絶縁膜85は、LOC
OS(Local Oxidation of Silicon)法などの他の方法
を用いて形成してもよい。
Next, a method of manufacturing a memory cell according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. Step 6 (see FIG. 9 and FIG. 10): STI (Shallow Trench Isolation)
An element isolation insulating film 85 is formed by using the n) method. This p-type single crystal silicon substrate 72 is the “first
Layer). Note that the element isolation insulating film 85 is
It may be formed using another method such as an OS (Local Oxidation of Silicon) method.

【0125】工程7(図11参照);p型単結晶シリコ
ン基板72上に熱酸化法を用いてシリコン酸化膜83を
8nm〜10nm程度の厚みで形成する。シリコン酸化
膜83上に、LPCVD法を用いて、n型のドープトポ
リシリコン膜82を150nm程度の厚みで形成する。
なお、ドープトポリシリコン膜82の形成方法は、工程
1と同様である。
Step 7 (see FIG. 11): A silicon oxide film 83 is formed on the p-type single crystal silicon substrate 72 to a thickness of about 8 nm to 10 nm using a thermal oxidation method. On the silicon oxide film 83, an n-type doped polysilicon film 82 is formed with a thickness of about 150 nm by using the LPCVD method.
Note that the method of forming the doped polysilicon film 82 is the same as that in Step 1.

【0126】工程8(図12参照);ドープトポリシリ
コン膜82上に、シリコン酸化膜90を200nm程度
の膜厚で堆積する。
Step 8 (see FIG. 12): A silicon oxide film 90 is deposited on the doped polysilicon film 82 to a thickness of about 200 nm.

【0127】工程9(図13参照);シリコン酸化膜9
0上に、フォトリソグラフィー技術を用いてレジスト膜
94を選択的に形成した後、そのレジスト膜94をマス
クとして、シリコン酸化膜90およびドープトポリシリ
コン膜82を選択的にエッチングする。これにより、パ
ターニングされた、n型のドープトポリシリコン膜から
なる浮遊ゲート電極82とその上のシリコン酸化膜90
を形成する。なお、浮遊ゲート電極82が、本発明の
「第2ゲート電極」に相当する。
Step 9 (see FIG. 13); silicon oxide film 9
After a resist film 94 is selectively formed on the substrate 0 using photolithography technology, the silicon oxide film 90 and the doped polysilicon film 82 are selectively etched using the resist film 94 as a mask. Thus, the patterned floating gate electrode 82 made of an n-type doped polysilicon film and the silicon oxide film 90 thereon are formed.
To form Note that the floating gate electrode 82 corresponds to the “second gate electrode” of the present invention.

【0128】工程10(図14参照);レジスト膜94
を除去した後、浮遊ゲート電極82の下以外のシリコン
酸化膜83をフッ酸を用いたウエットエッチングにより
除去する。この際、浮遊ゲート電極82の上に位置する
シリコン酸化膜90の側面も少し除去される。この後、
浮遊ゲート電極82の側面に10nm程度の厚みでシリ
コン酸化膜からなる第2トンネル絶縁膜84aおよび第
3絶縁膜84bを形成した後、LPCVD法を用いてド
ープトポリシリコン膜179を約25nmの厚みで形成
する。なお、ドープトポリシリコン膜179の形成方法
は、第1工程と同様である。また、第2トンネル絶縁膜
84aは、本発明の「第2絶縁膜」に相当する。
Step 10 (see FIG. 14); resist film 94
Is removed, the silicon oxide film 83 other than under the floating gate electrode 82 is removed by wet etching using hydrofluoric acid. At this time, the side surface of the silicon oxide film 90 located on the floating gate electrode 82 is also slightly removed. After this,
After forming a second tunnel insulating film 84a and a third insulating film 84b made of a silicon oxide film with a thickness of about 10 nm on the side surface of the floating gate electrode 82, a doped polysilicon film 179 is formed to a thickness of about 25 nm by LPCVD. Formed. The method of forming the doped polysilicon film 179 is the same as in the first step. Further, the second tunnel insulating film 84a corresponds to the “second insulating film” of the present invention.

【0129】工程11(図15参照);RIE(Reacti
ve Ion Etching)法を用いてドープトポリシリコン膜1
79を全面エッチバックすることにより、浮遊ゲート電
極82の側面に、ドープトポリシリコン膜からなるサイ
ドウォール膜79を形成する。
Step 11 (see FIG. 15); RIE (Reacti
ve Ion Etching) doped polysilicon film 1
By etching back the entire surface of the floating gate electrode, a sidewall film 79 made of a doped polysilicon film is formed on the side surface of the floating gate electrode.

【0130】工程12(図16参照);サイドウォール
膜79をマスクとして、シリコン酸化膜83をエッチン
グすることにより、シリコン酸化膜83を選択的に除去
する。その後、LPCVD法を用いてノンドープトポリ
シリコン膜180を約25nmの厚みで形成する。
Step 12 (see FIG. 16): The silicon oxide film 83 is selectively removed by etching the silicon oxide film 83 using the side wall film 79 as a mask. Thereafter, a non-doped polysilicon film 180 is formed to a thickness of about 25 nm by using the LPCVD method.

【0131】工程13(図17参照);RIE(Reacti
ve Ion Etching)法を用いてノンドープトのポリシリコ
ン膜180を全面エッチバックすることにより、サイド
ウォール膜79の側面に、ノンドープトポリシリコン膜
からなるサイドウォール膜80を形成する。後の熱処理
工程により、サイドウォール膜79内のn型不純物がサ
イドウォール膜80に拡散してサイドウォール膜80に
導電性が付与される。これにより、サイドウォール膜7
9とサイドウォール膜80とは一体化される。
Step 13 (see FIG. 17); RIE (Reacti
The entire surface of the non-doped polysilicon film 180 is etched back by using a ve ion etching method to form a sidewall film 80 made of a non-doped polysilicon film on the side surface of the sidewall film 79. In a later heat treatment step, the n-type impurities in the side wall film 79 diffuse into the side wall film 80 to impart conductivity to the side wall film 80. Thereby, the side wall film 7
9 and the sidewall film 80 are integrated.

【0132】ここで、サイドウォール膜80をドープト
ポリシリコン膜で形成しないのは、以下の理由による。
すなわち、図16に示した工程において、サイドウォー
ル膜80を形成するためのポリシリコン膜180をドー
プトポリシリコン膜で形成すると、ポリシリコン膜18
0はp型単結晶シリコン基板72の表面に接触している
ため、ポリシリコン膜180内の不純物がp型単結晶シ
リコン基板72の表面に拡散するという不都合が生じ
る。このため、本第2実施形態では、ノンドープトのポ
リシリコン膜180を形成した後、そのノンドープトの
ポリシリコン膜からなるサイドウォール膜80を形成
し、さらに、後の熱処理工程により、サイドウォール膜
79内のn型不純物をサイドウォール膜80に拡散させ
てサイドウォール膜80に導電性を付与している。
Here, the reason why the sidewall film 80 is not formed of the doped polysilicon film is as follows.
That is, in the step shown in FIG. 16, when the polysilicon film 180 for forming the sidewall film 80 is formed of a doped polysilicon film, the polysilicon film 18
Since 0 is in contact with the surface of the p-type single crystal silicon substrate 72, there is a disadvantage that impurities in the polysilicon film 180 diffuse into the surface of the p-type single crystal silicon substrate 72. For this reason, in the second embodiment, after the non-doped polysilicon film 180 is formed, the side wall film 80 made of the non-doped polysilicon film is formed, and the side wall film 79 is formed by a heat treatment step. Is diffused into the sidewall film 80 to impart conductivity to the sidewall film 80.

【0133】なお、ポリシリコン膜179および180
をエッチバックすることにより、それぞれ形成されるサ
イドウォール膜79およびサイドウォール膜80の膜厚
は、ポリシリコン膜179および180の堆積膜厚(各
25nm)の約60%になる。したがって、サイドウォ
ール膜79およびサイドウォール膜80の膜厚は、それ
ぞれ、15nm程度になり、合計で30nm程度にな
る。
The polysilicon films 179 and 180
Is etched back, the thickness of each of the formed sidewall films 79 and 80 becomes about 60% of the deposited thickness (each 25 nm) of the polysilicon films 179 and 180. Therefore, the thickness of each of the sidewall films 79 and 80 is about 15 nm, which is about 30 nm in total.

【0134】工程14(図18および図19参照);図
18に示すように、浮遊ゲート電極82のY方向の端部
が露出するように、シリコン酸化膜90上にレジスト膜
95を形成する。レジスト膜95をマスクとして、浮遊
ゲート電極82のY方向の端部に位置するサイドウォー
ル膜79とサイドウォール膜80とを選択的に除去す
る。これにより、図19に示すように、X方向断面にお
いて、サイドウォール膜79aおよびサイドウォール膜
80aからなるインターゲート81aと、サイドウォー
ル膜79bおよびサイドウォール膜80bからなるドレ
イン領域81bとが、電気的に分離される。これによ
り、電気的に分離されたインターゲート81aとドレイ
ン領域81bとが同時に形成される。この後、p型単結
晶シリコン基板72の表面に、第1ゲート絶縁膜となる
シリコン酸化膜76を形成する。
Step 14 (see FIGS. 18 and 19): As shown in FIG. 18, a resist film 95 is formed on the silicon oxide film 90 so that the end of the floating gate electrode 82 in the Y direction is exposed. Using the resist film 95 as a mask, the sidewall films 79 and 80 located at the ends of the floating gate electrode 82 in the Y direction are selectively removed. Thereby, as shown in FIG. 19, in the cross section in the X direction, the inter-gate 81a including the sidewall film 79a and the sidewall film 80a and the drain region 81b including the sidewall film 79b and the sidewall film 80b are electrically connected. Is separated into As a result, an electrically separated inter-gate 81a and a drain region 81b are simultaneously formed. Thereafter, a silicon oxide film 76 serving as a first gate insulating film is formed on the surface of the p-type single crystal silicon substrate 72.

【0135】なお、インターゲート81aは、本発明の
「第3領域」、「半導体領域」または「第1サイドウォ
ール膜」に相当する。また、サイドウォール膜79aお
よびサイドウォール膜80aは、それぞれ、本発明にお
ける「第2サイドウォール膜」および「第3サイドウォ
ール膜」に相当する。また、ドレイン領域81bは、本
発明における「第2領域」または「第4サイドウォール
膜」に相当する。さらに、サイドウォール膜79bおよ
びサイドウォール膜80bは、それぞれ、本発明におけ
る「第5サイドウォール膜」および「第6サイドウォー
ル膜」に相当する。
The inter gate 81a corresponds to the "third region", "semiconductor region" or "first side wall film" of the present invention. The sidewall films 79a and 80a correspond to the “second sidewall film” and the “third sidewall film” in the present invention, respectively. Further, the drain region 81b corresponds to the “second region” or the “fourth sidewall film” in the present invention. Furthermore, the sidewall films 79b and 80b correspond to the “fifth sidewall film” and the “sixth sidewall film” in the present invention, respectively.

【0136】工程15(図20参照);レジスト膜95
を除去した後、ソース領域側を覆うようにレジスト膜9
6を形成する。レジスト膜96をマスクとして、p型単
結晶シリコン基板72の表面に、たとえば、Asイオン
を40keV、5E15/cm2程度の条件下でイオン
注入することにより、n型のドレイン領域74を形成す
る。このドレイン領域74は、浮遊ゲート電極82との
重なり部分の面積が増加するように、浮遊ゲート電極8
2の下方の約半分ぐらいまで延びるように形成する。
Step 15 (see FIG. 20); resist film 95
Is removed, a resist film 9 is formed so as to cover the source region side.
6 is formed. By using the resist film 96 as a mask, for example, As ions are implanted into the surface of the p-type single crystal silicon substrate 72 under the conditions of about 40 keV and 5E15 / cm 2 to form the n-type drain region 74. The drain region 74 is formed so that the area of the overlapping portion with the floating gate electrode 82 is increased.
2 and extend to about half below.

【0137】シリコン酸化膜83のうち、浮遊ゲート電
極82とp型単結晶シリコン基板72とに挟まれた部分
は、第2ゲート絶縁膜83aを構成し、浮遊ゲート電極
82とドレイン領域74とに挟まれた部分は、第3絶縁
膜83bを構成する。なお、ドレイン領域74は、本発
明の「第2領域」に相当する。また、第3絶縁膜83b
は、上記した第3絶縁膜84bとともに、ドレイン領域
74および81bと、浮遊ゲート電極82との間の絶縁
膜として用いる。
The portion of the silicon oxide film 83 sandwiched between the floating gate electrode 82 and the p-type single crystal silicon substrate 72 constitutes a second gate insulating film 83a, and is formed between the floating gate electrode 82 and the drain region 74. The portion sandwiched forms the third insulating film 83b. Note that the drain region 74 corresponds to the “second region” of the present invention. Also, the third insulating film 83b
Is used together with the third insulating film 84b as an insulating film between the drain regions 74 and 81b and the floating gate electrode 82.

【0138】工程16(図21参照);レジスト膜96
を除去した後、シリコン酸化膜を3nm〜4nm程度の
厚みで形成する。このシリコン酸化膜のうち、サイドウ
ォール膜79aおよびサイドウォール膜80aの側面に
形成される部分は、第1トンネル絶縁膜78を構成す
る。なお、この第1トンネル絶縁膜78は、本発明の
「第1絶縁膜」を構成する。この後、全面にドープトポ
リシリコン膜177を形成する。なお、このドープトポ
リシリコン膜177の形成方法は、工程1と同様であ
る。たとえば、ノンドープトポリシリコン膜を堆積した
後、そのノンドープトポリシリコン膜にリンイオンを4
E15/cm2程度注入して導電性を付与することによ
り、ドープトポリシリコン膜177を形成する。
Step 16 (see FIG. 21); resist film 96
Is removed, a silicon oxide film is formed with a thickness of about 3 nm to 4 nm. Portions of the silicon oxide film formed on the side surfaces of the side wall film 79a and the side wall film 80a constitute a first tunnel insulating film 78. Note that the first tunnel insulating film 78 constitutes the “first insulating film” of the present invention. Thereafter, a doped polysilicon film 177 is formed on the entire surface. The method for forming the doped polysilicon film 177 is the same as that in Step 1. For example, after depositing a non-doped polysilicon film, 4 ions of phosphorus ions are deposited on the non-doped polysilicon film.
A doped polysilicon film 177 is formed by implanting about E15 / cm 2 to impart conductivity.

【0139】工程17(図22参照);ドープトポリシ
リコン膜177の所定領域上にレジスト膜97を形成し
た後、そのレジスト膜97をマスクとしてドープトポリ
シリコン膜177をエッチングすることにより、制御ゲ
ート電極77を形成する。この制御ゲート電極77は、
p型単結晶シリコン基板72上に、第1ゲート絶縁膜7
6aを介して形成されている。なお、制御ゲート電極7
7が、本発明の「第1ゲート電極」に相当する。
Step 17 (see FIG. 22): After forming a resist film 97 on a predetermined region of the doped polysilicon film 177, control is performed by etching the doped polysilicon film 177 using the resist film 97 as a mask. A gate electrode 77 is formed. This control gate electrode 77
On a p-type single crystal silicon substrate 72, a first gate insulating film 7
6a. The control gate electrode 7
7 corresponds to the “first gate electrode” of the present invention.

【0140】工程18(図23参照);レジスト膜97
を除去した後、ドレイン領域74を覆うようにレジスト
98を形成する。そのレジスト膜98および制御ゲート
電極77をマスクとして、p型単結晶シリコン基板72
にn型の不純物をイオン注入することによって、n型の
ソース領域73を形成する。なお、ソース領域73が、
本発明の「第1領域」に相当する。この後、レジスト膜
98を除去する。
Step 18 (see FIG. 23); resist film 97
After the removal, a resist 98 is formed so as to cover the drain region 74. Using the resist film 98 and the control gate electrode 77 as a mask, the p-type single crystal silicon substrate 72
Then, an n-type source region 73 is formed by ion-implanting an n-type impurity. Note that the source region 73
This corresponds to the “first region” of the present invention. After that, the resist film 98 is removed.

【0141】この後、図8に示したように、層間絶縁膜
91を形成した後、プラグ電極92を介して各ドレイン
領域74を接続するビット線93(BL0〜BLn)を形
成する。
Thereafter, as shown in FIG. 8, after forming an interlayer insulating film 91, a bit line 93 (BL 0 to BL n ) connecting each drain region 74 via a plug electrode 92 is formed.

【0142】こうしてメモリセル1を完成させる。Thus, the memory cell 1 is completed.

【0143】なお、今回開示された実施形態は、すべて
の点で例示であって制限的なものではないと考えられる
べきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明
ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請
求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が
含まれる。
It should be noted that the embodiment disclosed this time is an example in all respects and is not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description of the embodiments, and includes all modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

【0144】たとえば、上記各実施形態を以下のように
変更してもよく、その場合でも、上記各実施形態と同様
の作用・効果を得ることができる。
For example, each of the above embodiments may be changed as follows, and even in such a case, the same operation and effect as those of the above embodiments can be obtained.

【0145】(i) p型単結晶シリコン基板2(7
2)の導電型をn型、n型のソース領域3(73)、n
型のドレイン領域4(74,81b)およびインターゲ
ート9(81a)の導電型をp型にする。これにより、
制御ゲート電極7(77)との間の電位差を更に小さく
しても、制御ゲート電極7(77)から電子を移動させ
ることができ、その結果、更なる低電圧化を実現するこ
とができる。
(I) P-type single crystal silicon substrate 2 (7
The conductivity type of 2) is n-type, and n-type source region 3 (73), n
The conductivity type of the drain region 4 (74, 81b) and the intergate 9 (81a) is set to p-type. This allows
Even if the potential difference between the control gate electrode 7 (77) and the control gate electrode 7 (77) is further reduced, electrons can be transferred from the control gate electrode 7 (77), and as a result, a further lower voltage can be realized.

【0146】(ii) 消去動作において、ドレイン電
圧Vdを0Vとした後、ドレイン領域4(74)(ビッ
ト線)をオープン状態に保持する。
(Ii) In the erase operation, after the drain voltage Vd is set to 0 V, the drain region 4 (74) (bit line) is kept open.

【0147】上述した通り、消去動作の当初は、浮遊ゲ
ート電極11(82)とインターゲート9(81a)と
の間に位置する第2トンネル絶縁膜10(84a)に、
約10MVの電界がかかっているので、継続して消去が
行われる(インターゲート9(81a)に電子が引き抜
かれる)。そして、消去動作の進行に伴って、浮遊ゲー
ト電極11(82)から継続して電子が引き抜かれるの
で、浮遊ゲート電極11(82)の電位が次第に上昇す
る。そして、浮遊ゲート電極11(82)の電位がしき
い値電圧Vtを越えた時点で、浮遊ゲート電極11(8
2)の下のチャネル領域5(75)がON状態になる。
As described above, at the beginning of the erasing operation, the second tunnel insulating film 10 (84a) located between the floating gate electrode 11 (82) and the intergate 9 (81a)
Since an electric field of about 10 MV is applied, erasing is continuously performed (electrons are extracted to the inter gate 9 (81a)). Then, as the erase operation proceeds, electrons are continuously extracted from the floating gate electrode 11 (82), so that the potential of the floating gate electrode 11 (82) gradually increases. Then, when the potential of the floating gate electrode 11 (82) exceeds the threshold voltage Vt, the floating gate electrode 11 (8)
The channel region 5 (75) under 2) is turned on.

【0148】これにより、ドレイン領域4(74)から
も電子が引き抜かれるようになり、そのため、ドレイン
領域4(74)の電位も上昇する。そして、浮遊ゲート
電極11(82)と、インターゲート9(81a)との
間の電位差が減少する。その結果、浮遊ゲート電極11
(82)中の電子が第2トンネル絶縁膜10(84a)
の障壁を透過することができなくなり、それ以上消去動
作は行われなくなる。
As a result, electrons are also extracted from the drain region 4 (74), so that the potential of the drain region 4 (74) also increases. Then, the potential difference between the floating gate electrode 11 (82) and the intergate 9 (81a) decreases. As a result, the floating gate electrode 11
The electrons in (82) are changed to the second tunnel insulating film 10 (84a).
Cannot be transmitted through this barrier, and no further erasing operation is performed.

【0149】すなわち、消去動作が自動的に終了するた
め、別途消去動作の終了を検出するための回路が不要と
なり、そのぶん周辺回路における構造の簡略化、面積の
縮小化及び低消費電力化を実現することができる。更に
は、各メモリセルの消去レベルがほぼ均一になる。
That is, since the erasing operation is automatically terminated, a separate circuit for detecting the ending of the erasing operation is not required. Therefore, the structure of the peripheral circuit can be simplified, the area can be reduced, and the power consumption can be reduced. Can be realized. Further, the erase level of each memory cell becomes substantially uniform.

【0150】(iii)消去動作において、ドレイン電
圧Vdを0Vとした後、ドレイン領域4(74)(ビッ
ト線)をセンスアンプ群61に接続する。上記(ii)
で述べた通り、消去動作が進行すると、ドレイン領域4
(74)の電位が上昇するから、センスアンプ群61に
おいてビット線BLnの電位が所定値以上変化したこと
を検出して、消去動作の終了を判別する。
(Iii) In the erase operation, after the drain voltage Vd is set to 0 V, the drain region 4 (74) (bit line) is connected to the sense amplifier group 61. The above (ii)
As described above, when the erase operation proceeds, the drain region 4
Since potential rises (74) detects that the potential of the bit line BL n is changed more than a predetermined value in the sense amplifier group 61, judges an end of the erase operation.

【0151】(iv)上記(iii)において、ワード
線単位で消去動作を行う場合に、複数のビット線の電位
変化を検出したときに消去動作の終了と判断する。すな
わち、1本のワード線に接続されているメモリセルは、
その特性上のバラツキにより消去が終了するタイミング
が異なる。このため、この点のバラツキを勘案して、1
本だけでなく、複数本のビット線の電位変化をチェック
する。
(Iv) In the above (iii), when the erasing operation is performed in word line units, it is determined that the erasing operation is completed when a potential change of a plurality of bit lines is detected. That is, the memory cells connected to one word line are:
The timing at which erasing ends depends on variations in the characteristics. Therefore, taking into account the variation in this point, 1
The potential change of not only the bit lines but also a plurality of bit lines is checked.

【0152】(v)第1実施形態の消去動作において、
メモリセルの動作電圧を、ソース電圧Vs:6V、ドレ
イン電圧Vd:−3V、制御ゲート電圧Vcg:6V、基
板電圧(ウェル電圧)Vsub:−3Vに設定する。
(V) In the erase operation of the first embodiment,
The operating voltage of the memory cell is set to source voltage Vs: 6V, drain voltage Vd: -3V, control gate voltage Vcg: 6V, and substrate voltage (well voltage) Vsub: -3V.

【0153】このように、基板(ウェル)をマイナス電
位に設定することにより、そのぶん消去動作のためのソ
ース電圧Vs及び制御ゲート電圧Vcgを低く設定するこ
とができる。
As described above, by setting the substrate (well) to the negative potential, the source voltage Vs and the control gate voltage Vcg for the erasing operation can be set lower.

【0154】近年、電子機器の低消費電力化を図るため
に電源電圧が低電圧化され、半導体集積回路の電源電圧
は3.3V以下が一般的になりつつある。第1および第
2実施形態では、このような低電圧化に対しても、メモ
リセルの消去動作電圧を生成するための昇圧回路の規模
を小さくすることができる。
In recent years, the power supply voltage has been reduced in order to reduce the power consumption of electronic equipment, and the power supply voltage of a semiconductor integrated circuit is generally 3.3 V or less. In the first and second embodiments, the scale of the booster circuit for generating the erasing operation voltage of the memory cell can be reduced even for such a low voltage.

【0155】(vi)上記各実施形態では、書き込み動
作においては浮遊ゲート電極11(82)に電子を注入
し、消去動作においては浮遊ゲート電極11(82)か
ら電子を引き抜くようにしたが、これを逆の関係に設定
してもよい。つまり、浮遊ゲート電極11(82)に電
子が蓄積されている状態をメモリセルの消去状態と規定
し、浮遊ゲート電極11(82)に電子が蓄積されてい
ない状態をメモリセルの書き込み状態と規定してもよ
い。
(Vi) In each of the above embodiments, electrons are injected into the floating gate electrode 11 (82) in the writing operation, and electrons are extracted from the floating gate electrode 11 (82) in the erasing operation. May be set in the opposite relationship. That is, a state where electrons are accumulated in the floating gate electrode 11 (82) is defined as an erased state of the memory cell, and a state where electrons are not accumulated in the floating gate electrode 11 (82) is defined as a written state of the memory cell. May be.

【0156】(vii)第2実施形態において、制御ゲ
ート電極77が浮遊ゲート電極82上に乗り上げた構造
にしてもよい。具体的には、図24に示すように、制御
ゲート電極77aが浮遊ゲート電極82の上方にオーバ
ーラップする構造にしてもよい。
(Vii) In the second embodiment, a structure in which the control gate electrode 77 runs over the floating gate electrode 82 may be employed. Specifically, as shown in FIG. 24, a structure may be employed in which the control gate electrode 77a overlaps above the floating gate electrode 82.

【0157】[0157]

【発明の効果】本発明にあっては、第1ゲート電極から
第2ゲート電極に効率的にホットエレクトロンを注入す
ることができるので、書き込み又は消去特性を向上させ
ることができる。これにより、書き込み又は消去動作の
高速化を図ることができる。また、書き込み又は消去電
圧の低電圧化を実現することが可能になり、それによ
り、半導体メモリとしての消費電力の低減に寄与するこ
とができる。その結果、長寿命化,低電圧化,動作の高
速化,低消費電力化,高集積化を図ることが可能な不揮
発性半導体メモリとして動作する半導体メモリを提供す
ることができる。
According to the present invention, since hot electrons can be efficiently injected from the first gate electrode to the second gate electrode, the writing or erasing characteristics can be improved. Thus, the speed of the writing or erasing operation can be increased. Further, it is possible to realize a lower writing or erasing voltage, which can contribute to a reduction in power consumption as a semiconductor memory. As a result, it is possible to provide a semiconductor memory which operates as a nonvolatile semiconductor memory capable of achieving a long life, low voltage, high-speed operation, low power consumption, and high integration.

【0158】また、第1ゲート電極、第2ゲート電極お
よび第3領域を第1層上に形成することによって、第1
ゲート電極、第2ゲート電極および第3領域を埋め込む
ための溝を第1層に形成する必要がない。そのため、溝
を形成する場合に比べて構造および製造プロセスを簡素
化することができる。
By forming the first gate electrode, the second gate electrode, and the third region on the first layer, the first gate electrode, the second gate electrode, and the third region are formed.
It is not necessary to form a groove for burying the gate electrode, the second gate electrode, and the third region in the first layer. Therefore, the structure and the manufacturing process can be simplified as compared with the case where the groove is formed.

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

【図1】本発明を具体化した第1実施形態のメモリセル
の一部断面図である。
FIG. 1 is a partial sectional view of a memory cell according to a first embodiment of the present invention;

【図2】本発明を具体化した第1実施形態の半導体メモ
リのブロック回路図である。
FIG. 2 is a block circuit diagram of a semiconductor memory according to a first embodiment of the present invention;

【図3】第1実施形態のメモリセルの製造方法を説明す
るための工程断面図である。
FIG. 3 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the memory cell according to the first embodiment.

【図4】第1実施形態のメモリセルの製造方法を説明す
るための工程断面図である。
FIG. 4 is a process cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the memory cell of the first embodiment.

【図5】第1実施形態のメモリセルの製造方法を説明す
るための工程断面図である。
FIG. 5 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the memory cell of the first embodiment.

【図6】第1実施形態のメモリセルの製造方法を説明す
るための工程断面図である。
FIG. 6 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the memory cell of the first embodiment.

【図7】第1実施形態のメモリセルの製造方法を説明す
るための工程断面図である。
FIG. 7 is a process sectional view for describing the method for manufacturing the memory cell of the first embodiment.

【図8】本発明を具体化した第2実施形態のメモリセル
の一部断面図である。
FIG. 8 is a partial cross-sectional view of a memory cell according to a second embodiment of the present invention;

【図9】第2実施形態のメモリセルの製造方法を説明す
るためのX方向の工程断面図である。
FIG. 9 is a process sectional view in the X direction for describing the method for manufacturing the memory cell of the second embodiment.

【図10】図9に示した工程におけるY方向の工程断面
図である。
FIG. 10 is a process sectional view in the Y direction in the process shown in FIG. 9;

【図11】第2実施形態のメモリセルの製造方法を説明
するためのX方向の工程断面図である。
FIG. 11 is a process sectional view in the X direction for describing the method for manufacturing the memory cell of the second embodiment.

【図12】第2実施形態のメモリセルの製造方法を説明
するためのX方向の工程断面図である。
FIG. 12 is a process sectional view in the X direction for describing the method for manufacturing the memory cell of the second embodiment.

【図13】第2実施形態のメモリセルの製造方法を説明
するためのX方向の工程断面図である。
FIG. 13 is a process sectional view in the X direction for describing the method for manufacturing the memory cell of the second embodiment.

【図14】第2実施形態のメモリセルの製造方法を説明
するためのX方向の工程断面図である。
FIG. 14 is a process sectional view in the X direction for describing the method for manufacturing the memory cell of the second embodiment.

【図15】第2実施形態のメモリセルの製造方法を説明
するためのX方向の工程断面図である。
FIG. 15 is a process sectional view in the X direction for describing the method for manufacturing the memory cell of the second embodiment.

【図16】第2実施形態のメモリセルの製造方法を説明
するためのX方向の工程断面図である。
FIG. 16 is a process sectional view in the X direction for describing the method for manufacturing the memory cell of the second embodiment.

【図17】第2実施形態のメモリセルの製造方法を説明
するためのX方向の工程断面図である。
FIG. 17 is a process sectional view in the X direction for describing the method for manufacturing the memory cell of the second embodiment.

【図18】第2実施形態のメモリセルの製造方法を説明
するためのY方向の工程断面図である。
FIG. 18 is a process sectional view in the Y direction for describing the method for manufacturing the memory cell of the second embodiment.

【図19】図18に示した工程におけるX方向の工程断
面図である。
FIG. 19 is a process sectional view in the X direction in the process shown in FIG. 18;

【図20】第2実施形態のメモリセルの製造方法を説明
するためのX方向の工程断面図である。
FIG. 20 is a process sectional view in the X direction for describing the method for manufacturing the memory cell of the second embodiment.

【図21】第2実施形態のメモリセルの製造方法を説明
するためのX方向の工程断面図である。
FIG. 21 is a process sectional view in the X direction for describing the method for manufacturing the memory cell of the second embodiment.

【図22】第2実施形態のメモリセルの製造方法を説明
するためのX方向の工程断面図である。
FIG. 22 is a process sectional view in the X direction for describing the method for manufacturing the memory cell of the second embodiment.

【図23】第2実施形態のメモリセルの製造方法を説明
するためのX方向の工程断面図である。
FIG. 23 is a process sectional view in the X direction for describing the method for manufacturing the memory cell of the second embodiment.

【図24】第2実施形態のメモリセルの変形例を示した
一部断面図である。
FIG. 24 is a partial cross-sectional view showing a modification of the memory cell of the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、71 メモリセル 2、72 p型単結晶シリコン基板(第1層) 3、73 ソース領域(第1領域) 4、74 ドレイン領域(第2領域) 5、75 チャネル領域 6、76a 第1ゲート絶縁膜 7、77 制御ゲート電極(第1ゲート電極) 8、78 第1トンネル絶縁膜(第1絶縁膜) 9 インターゲート(第3領域) 10、84a 第2トンネル絶縁膜(第2絶縁膜) 11、82 浮遊ゲート電極(第2ゲート電極) 12b、83b、84b 第3絶縁膜 12a、83a 第2ゲート絶縁膜 79a サイドウォール膜(第2サイドウォール膜;第
3領域) 80a サイドウォール膜(第3サイドウォール膜;第
3領域) 81a インターゲート(第1サイドウォール膜;第3
領域) 79b サイドウォール膜(第5サイドウォール膜;第
2領域) 80b サイドウォール膜(第6サイドウォール膜;第
2領域) 81b ドレイン領域(第4サイドウォール膜;第2領
域)
1, 71 memory cell 2, 72 p-type single crystal silicon substrate (first layer) 3, 73 source region (first region) 4, 74 drain region (second region) 5, 75 channel region 6, 76a first gate Insulating film 7, 77 Control gate electrode (first gate electrode) 8, 78 First tunnel insulating film (first insulating film) 9 Intergate (third region) 10, 84a Second tunnel insulating film (second insulating film) 11, 82 Floating gate electrode (second gate electrode) 12b, 83b, 84b Third insulating film 12a, 83a Second gate insulating film 79a Side wall film (second side wall film; third region) 80a Side wall film (second 81a Intergate (first sidewall film; third region)
Region) 79b sidewall film (fifth sidewall film; second region) 80b sidewall film (sixth sidewall film; second region) 81b drain region (fourth sidewall film; second region)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤原 英明 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 Fターム(参考) 5F001 AA21 AB03 AB09 AC01 AD51 AD52 AE02 AE03 AE08 AF07 AG02 AG10 AG12 AG30 5F083 EP14 EP26 EP30 EP61 ER03 ER07 ER08 ER14 ER18 ER22 GA01 GA05 GA09 GA17 GA21 JA35 JA39 PR21 PR29 PR36 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued from the front page (72) Inventor Hideaki Fujiwara 2-5-5 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka Sanyo Electric Co., Ltd. F-term (reference) 5F001 AA21 AB03 AB09 AC01 AD51 AD52 AE02 AE03 AE08 AF07 AG02 AG10 AG12 AG30 5F083 EP14 EP26 EP30 EP61 ER03 ER07 ER08 ER14 ER18 ER22 GA01 GA05 GA09 GA17 GA21 JA35 JA39 PR21 PR29 PR36

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1ゲート電極と、第2ゲート電極と、
導電性膜からなる半導体領域と、前記半導体領域の一方
の表面に形成された第1絶縁膜と、前記半導体領域の他
方の表面に形成された第2絶縁膜とを備え、 前記第1絶縁膜、前記半導体領域および前記第2絶縁膜
を介してキャリアを前記第2ゲート電極に注入する、半
導体メモリ。
A first gate electrode, a second gate electrode,
A first insulating film formed on a surface of the semiconductor region, a first insulating film formed on one surface of the semiconductor region, and a second insulating film formed on the other surface of the semiconductor region; A semiconductor memory, wherein carriers are injected into the second gate electrode via the semiconductor region and the second insulating film.
【請求項2】 前記半導体領域は、第1導電型の半導体
からなる第1層上に形成された第2導電型の半導体膜を
含む、請求項1に記載の半導体メモリ。
2. The semiconductor memory according to claim 1, wherein said semiconductor region includes a second conductivity type semiconductor film formed on a first layer made of a first conductivity type semiconductor.
【請求項3】 第1導電型の半導体からなる第1層に形
成された第2導電型の第1領域および第2領域と、 前記第l層における前記第1領域と前記第2領域との間
に形成された第1ゲート電極および第2ゲート電極と、 前記第1層における前記第lゲート電極と前記第2ゲー
ト電極との間に形成された導電性膜からなる第2導電型
の第3領域と、 前記第lゲート電極と前記第3領域との間に形成された
第1絶縁膜と、 前記第2ゲート電極と前記第3領域との間に形成された
第2絶縁膜とを備えた、半導体メモリ。
3. A method according to claim 1, wherein the first region and the second region of the second conductivity type are formed in a first layer made of a semiconductor of the first conductivity type, and the first region and the second region of the first layer. A first gate electrode and a second gate electrode formed between the first gate electrode and the second gate electrode, and a second conductive type of a conductive film formed between the first gate electrode and the second gate electrode in the first layer. Three regions, a first insulating film formed between the first gate electrode and the third region, and a second insulating film formed between the second gate electrode and the third region. Equipped, semiconductor memory.
【請求項4】 前記第lゲート電極は、前記第1層に対
し第lゲート絶縁膜を介して形成されており、 前記第2ゲート電極は、前記第1層に対し第2ゲート絶
縁膜を介して形成されている、請求項3に記載の半導体
メモリ。
4. The first gate electrode is formed on the first layer via a first gate insulating film, and the second gate electrode is formed on the first layer by a second gate insulating film. The semiconductor memory according to claim 3, wherein the semiconductor memory is formed via a via.
【請求項5】 前記第2領域と前記第2ゲート電極との
間の静電容量は、前記第3領域と前記第2ゲート電極と
の間の静電容量よりも大きく設定され、 前記第2領域に印加された電圧は、前記第2領域と前記
第2ゲート電極との間の静電カップリングにより前記第
2ゲート電極に伝達され、これにより、前記第l層を介
して前記第2領域とつながっている前記第3領域の電位
が前記第2領域と同程度になる、請求項3または4に記
載の半導体メモリ。
5. The capacitance between the second region and the second gate electrode is set to be larger than the capacitance between the third region and the second gate electrode. The voltage applied to the region is transmitted to the second gate electrode by electrostatic coupling between the second region and the second gate electrode, whereby the second region is connected via the first layer. The semiconductor memory according to claim 3, wherein a potential of the third region connected to the third region is substantially equal to a potential of the second region.
【請求項6】 前記第3領域の幅は、前記第1ゲート電
極と前記第3領域との間の前記第1絶縁膜の障壁を透過
したキャリアが前記第2絶縁膜の障壁を越えるために必
要なエネルギーを有するときのほぼ平均自由行程以下に
設定されている、請求項3〜5のいずれか1項に記載の
半導体メモリ。
6. The width of the third region is set so that carriers transmitted through the barrier of the first insulating film between the first gate electrode and the third region exceed the barrier of the second insulating film. The semiconductor memory according to any one of claims 3 to 5, wherein the semiconductor memory is set to be substantially equal to or less than a mean free path when having necessary energy.
【請求項7】 前記第1ゲート電極および前記第2ゲー
ト電極は、前記第1層の主表面上に形成されており、 前記導電性膜からなる第3領域は、前記第1層の主表面
上において、前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極
との間に形成されている、請求項3〜6のいずれか1項
に記載の半導体メモリ。
7. The first gate electrode and the second gate electrode are formed on a main surface of the first layer, and a third region made of the conductive film is formed on a main surface of the first layer. The semiconductor memory according to claim 3, wherein the semiconductor memory is formed between the first gate electrode and the second gate electrode.
【請求項8】 前記第3領域の少なくとも一部は、前記
第2ゲート電極の上面上に形成されており、 前記第1ゲート電極の少なくとも一部は、前記第3領域
の上面上に形成されている、請求項7に記載の半導体メ
モリ。
8. At least a portion of the third region is formed on an upper surface of the second gate electrode, and at least a portion of the first gate electrode is formed on an upper surface of the third region. The semiconductor memory according to claim 7, wherein:
【請求項9】 前記第3領域は、単結晶シリコン膜を含
む、請求項3〜8のいずれか1項に記載の半導体メモ
リ。
9. The semiconductor memory according to claim 3, wherein said third region includes a single crystal silicon film.
【請求項10】 前記第3領域は、自己整合的に形成さ
れた第1導電性膜からなる第1サイドウォール膜を含
む、請求項3〜9のいずれか1項に記載の半導体メモ
リ。
10. The semiconductor memory according to claim 3, wherein said third region includes a first sidewall film made of a first conductive film formed in a self-aligned manner.
【請求項11】 前記第1サイドウォール膜は、前記第
2ゲート電極の側壁に前記第2絶縁膜を介して形成され
た第2導電性膜からなる第2サイドウォール膜と、前記
第2サイドウォール膜の側面および前記第1層の表面に
接触するように形成された第3導電性膜からなる第3サ
イドウォール膜とを含む、請求項10に記載の半導体メ
モリ。
11. The first sidewall film includes a second sidewall film made of a second conductive film formed on a side wall of the second gate electrode with the second insulating film interposed therebetween, and the second sidewall film includes: The semiconductor memory according to claim 10, further comprising: a third sidewall film made of a third conductive film formed so as to contact a side surface of the wall film and a surface of the first layer.
【請求項12】 前記第2サイドウォール膜は、前記第
2ゲート電極の側面に前記第2絶縁膜を介して第2導電
性膜を堆積した後エッチバックすることにより形成さ
れ、 前記第3サイドウォール膜は、前記第1層および前記第
2サイドウォール膜を覆うように第3導電性膜を堆積し
た後エッチバックすることにより、前記第2サイドウォ
ール膜の側面および前記第1層の表面に接触するように
形成される、請求項11に記載の半導体メモリ。
12. The second side wall film is formed by depositing a second conductive film on a side surface of the second gate electrode via the second insulating film and then etching back the second conductive film. The wall film is formed by depositing a third conductive film so as to cover the first layer and the second sidewall film and then performing etch-back, thereby forming a side surface of the second sidewall film and a surface of the first layer. The semiconductor memory according to claim 11, wherein the semiconductor memory is formed so as to be in contact with the semiconductor memory.
【請求項13】 前記第2領域は、前記第2ゲート電極
の側面に第3絶縁膜を介して自己整合的に形成された第
4導電性膜からなる第4サイドウォール膜を含む、請求
項3〜12のいずれか1項に記載の半導体メモリ。
13. The second region includes a fourth sidewall film made of a fourth conductive film formed in a self-aligned manner on a side surface of the second gate electrode via a third insulating film. The semiconductor memory according to any one of items 3 to 12.
【請求項14】 前記第4サイドウォール膜は、前記第
2ゲート電極の側壁に前記第3絶縁膜を介して形成され
た第5導電性膜からなる第5サイドウォール膜と、前記
第5サイドウォール膜の側面および前記第1層の表面に
接触するように形成された第6導電性膜からなる第6サ
イドウォール膜とを含む、請求項13に記載の半導体メ
モリ。
14. The fifth sidewall film, comprising: a fifth sidewall film made of a fifth conductive film formed on a side wall of the second gate electrode via the third insulating film; The semiconductor memory according to claim 13, further comprising: a sixth sidewall film made of a sixth conductive film formed so as to contact a side surface of the wall film and a surface of the first layer.
【請求項15】 前記第4サイドウォール膜は、前記第
1サイドウォール膜と同時に形成される、請求項13ま
たは14に記載の半導体メモリ。
15. The semiconductor memory according to claim 13, wherein said fourth sidewall film is formed simultaneously with said first sidewall film.
【請求項16】 第1導電型の半導体からなる第1層に
形成された第2導電型の第l領域及び第2領域と、 前記第1層における前記第1領域と前記第2領域との間
において、前記第1層に対し第1ゲート絶縁膜を介して
形成された第1ゲート電極と、 前記第1層における前記第1領域と前記第2領域との間
において、前記第l層に対し第2ゲート絶縁膜を介して
形成された第2ゲート電極と、 前記第1層における前記第1ゲート電極と前記第2ゲー
ト電極との間に形成された導電性膜からなる第2導電型
の第3領域と、 前記第lゲート電極と前記第3領域との間に形成された
第l絶縁膜と、 前記第2ゲート電極と前記第3領域との間に形成された
第2絶縁膜とを備えた半導体メモリの動作方法であっ
て、 前記第1ゲート電極から前記第l絶縁膜、前記第3領域
および前記第2絶縁膜を介して前記第2ゲート電極ヘ、
ホットキャリアを注入することによってデータの書き込
みを行う、半導体メモリの動作方法。
16. The first and second regions of a second conductivity type formed in a first layer made of a semiconductor of a first conductivity type, and the first region and the second region of the first layer. A first gate electrode formed on the first layer with a first gate insulating film interposed therebetween, and the first layer between the first region and the second region in the first layer. On the other hand, a second conductivity type including a second gate electrode formed via a second gate insulating film, and a conductive film formed between the first gate electrode and the second gate electrode in the first layer. A third region, a first insulating film formed between the first gate electrode and the third region, and a second insulating film formed between the second gate electrode and the third region. A method of operating a semiconductor memory, comprising: An edge film, the third region, and the second insulating film to the second gate electrode;
A method of operating a semiconductor memory in which data is written by injecting hot carriers.
【請求項17】 前記第2ゲート電極から前記第2絶縁
膜を介して前記第3領域ヘホットキャリアを引き抜くこ
とによってデータの消去を行う、請求項16に記載の半
導体メモリの動作方法。
17. The method of operating a semiconductor memory according to claim 16, wherein data is erased by extracting hot carriers from said second gate electrode to said third region via said second insulating film.
【請求項18】 前記第2領域と前記第2ゲート電極と
の間の静電容量は、前記第3領域と前記第2ゲート電極
との間の静電容量よりも大きく設定され、 前記第2領域に印加された電圧は、前記第2領域と前記
第2ゲート電極との間の静電カップリングにより前記第
2ゲート電極に伝達され、これにより、前記第l層を介
して前記第2領域とつながっている前記第3領域の電位
が前記第2領域と同程度になる、請求項16または17
に記載の半導体メモリの動作方法。
18. A capacitance between the second region and the second gate electrode is set to be larger than a capacitance between the third region and the second gate electrode. The voltage applied to the region is transmitted to the second gate electrode by electrostatic coupling between the second region and the second gate electrode, whereby the second region is connected via the first layer. The potential of the third region connected to the second region is substantially equal to the potential of the second region.
3. The method of operating a semiconductor memory according to claim 1.
【請求項19】 前記第3領域の幅は、前記第1ゲート
電極と前記第3領域との間の前記第1絶縁膜の障壁を透
過したキャリアが前記第2絶縁膜の障壁を越えるために
必要なエネルギーを有するときのほぼ平均自由行程以下
に設定されている、請求項16〜18のいずれか1項に
記載の半導体メモリの動作方法。
19. The width of the third region is set so that carriers transmitted through the barrier of the first insulating film between the first gate electrode and the third region exceed the barrier of the second insulating film. 19. The method of operating a semiconductor memory according to claim 16, wherein the semiconductor memory is set to be substantially equal to or less than a mean free path when having necessary energy.
【請求項20】 データの消去を行う際、前記第2ゲー
ト電極とカップリングしている前記第2領域の電圧を一
旦所定の値に設定した後、前記第2領域をオープン状態
に保持する、請求項18に記載の半導体メモリの動作方
法。
20. When erasing data, after the voltage of the second region coupled to the second gate electrode is once set to a predetermined value, the second region is held in an open state. An operation method of the semiconductor memory according to claim 18.
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