JP2001085543A - Split gate memory cell - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はスプリットゲート型
メモリセルに係り、詳しくは、3つのゲート電極(浮遊
ゲート電極、制御ゲート電極、消去ゲート電極)を備え
たスプリットゲート型メモリセルに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a split gate type memory cell, and more particularly to a split gate type memory cell having three gate electrodes (a floating gate electrode, a control gate electrode, and an erase gate electrode). .
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、USP5029130(G11C
11/40)、USP5045488(H01L 21/265)に開
示されるスプリットゲート型メモリセル(スプリットゲ
ート型トランジスタ)を用いた半導体メモリ(フラッシ
ュEEPROM(ElectricallyErasable and Programma
ble Read Only Memory ))が知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, US Pat.
11/40), US Pat. No. 5,045,488 (H01L 21/265), and discloses a semiconductor memory (flash EEPROM (Electrically Erasable and Programmable) using a split gate type memory cell (split gate type transistor) disclosed in US Pat.
ble Read Only Memory)) is known.
【0003】また、本出願人も、特開平9−32115
6号公報、特開平11−31801号公報(H01L 21/82
74 H01L 29/788 H01L 29/792H01L 27/115)に開示され
るように、前記米国特許公報に記載の発明を改良した技
術を提案している。このスプリットゲート型メモリセル
は、シリコン基板上に形成されたポリシリコンの2層構
造をとり、1層目のポリシリコンにより浮遊ゲート電極
が形成され、2層目のポリシリコンにより制御ゲート電
極が形成されている。そして、制御ゲート電極の端部が
シリコン基板のチャネル領域上に配置され、その制御ゲ
ート電極の端部により選択ゲート電極が構成されてい
る。[0003] The present applicant also discloses Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-32115.
No. 6, JP-A-11-31801 (H01L 21/82)
74 H01L 29/788 H01L 29 / 792H01L 27/115), which proposes a technique which is an improvement of the invention described in the aforementioned US Patent Publication. This split gate type memory cell has a two-layer structure of polysilicon formed on a silicon substrate. A floating gate electrode is formed by first-layer polysilicon, and a control gate electrode is formed by second-layer polysilicon. Have been. Then, an end of the control gate electrode is arranged on the channel region of the silicon substrate, and a select gate electrode is formed by the end of the control gate electrode.
【0004】このスプリットゲート型メモリセルにおい
て、メモリセルにデータを書き込む書込動作では、チャ
ネル領域と浮遊ゲート電極との間に高電界を生じさせ、
その高電界によりチャネル領域中の電子を加速させてホ
ットエレクトロンとし、そのホットエレクトロンを浮遊
ゲート電極に注入させ、浮遊ゲート電極中に電荷を蓄積
させる。そのため、データの書込状態にあるメモリセル
の浮遊ゲート電極中には電荷が蓄積されており、浮遊ゲ
ート電極直下のチャネル領域はオフ状態となっている。
また、データの消去状態にあるメモリセルの浮遊ゲート
電極中には電荷が蓄積されておらず、浮遊ゲート電極直
下のチャネル領域はオン状態となっている。In this split gate type memory cell, in a write operation for writing data to the memory cell, a high electric field is generated between the channel region and the floating gate electrode,
The high electric field accelerates electrons in the channel region into hot electrons, injects the hot electrons into the floating gate electrode, and accumulates charges in the floating gate electrode. Therefore, charge is accumulated in the floating gate electrode of the memory cell in a data writing state, and the channel region immediately below the floating gate electrode is in an off state.
Further, no charge is accumulated in the floating gate electrode of the memory cell in the data erased state, and the channel region immediately below the floating gate electrode is in the ON state.
【0005】そして、メモリセルからデータを読み出す
読出動作では、前記したチャネル領域のオン・オフ状態
により、書込状態にあるメモリセルでは消去状態にある
メモリセルよりもシリコン基板のドレイン領域からソー
ス領域へ流れるセル電流が小さくなることを利用し、そ
のセル電流の差をセンスアンプにより検出することで、
メモリセルが書込状態にあるか消去状態にあるかを判別
する。In a read operation for reading data from a memory cell, a memory cell in a written state is more likely to be connected to a source region than a memory cell in an erased state due to the on / off state of the channel region. By utilizing the fact that the cell current flowing to the cell decreases, the difference in the cell current is detected by a sense amplifier,
It is determined whether the memory cell is in a write state or an erase state.
【0006】また、メモリセルのデータを消去する消去
動作では、制御ゲート電極に十数Vの電圧を印加して、
浮遊ゲート電極と制御ゲート電極との間に高電界を生じ
させ、その高電界により制御ゲート電極から浮遊ゲート
電極へファウラー−ノルドハイム・トンネル電流(Fowl
er-Nordheim Tunnel Current 以下、「FNトンネル電
流」と呼ぶ)を流させ、浮遊ゲート電極中の電子を制御
ゲート電極側へ引き抜かせる。その結果、メモリセルの
しきい値電圧が低くなる。このとき、浮遊ゲート電極か
ら電荷を過剰に抜き過ぎても(いわゆる「過剰消去」と
呼ばれる現象が発生しても)、選択ゲート電極によって
チャネル領域をオフ状態に制御することが可能になるた
め、過剰消去によりメモリセルが消去状態のままになっ
て書込状態にできなくなるという問題を回避することが
できる。In an erasing operation for erasing data in a memory cell, a voltage of more than ten volts is applied to a control gate electrode,
A high electric field is generated between the floating gate electrode and the control gate electrode, and the high electric field causes a Fowler-Nordheim tunneling current (Fowl) from the control gate electrode to the floating gate electrode.
er-Nordheim Tunnel Current (hereinafter referred to as “FN tunnel current”) is caused to flow, and electrons in the floating gate electrode are extracted to the control gate electrode side. As a result, the threshold voltage of the memory cell decreases. At this time, even if the charge is excessively extracted from the floating gate electrode (even if a phenomenon called “excessive erasure” occurs), the channel region can be controlled to be turned off by the selection gate electrode. The problem that the memory cell remains in the erased state and cannot be put into the written state due to excessive erasure can be avoided.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】近年、メモリセルの微
細化に伴い、前記した読出動作時のセル電流が小さくな
っており、書込状態と消去状態とでセル電流の差も小さ
くなっている。そのため、データを正確に読み出すため
に、セル電流の大小を検出するセンスアンプの感度を高
めることが要求されているが、センスアンプの感度を高
めるのには限界があり、ますます微細化するメモリセル
に対応することが困難になっている。In recent years, with the miniaturization of memory cells, the cell current at the time of the above-mentioned read operation has become smaller, and the difference between the cell currents between the written state and the erased state has also become smaller. . Therefore, in order to accurately read data, it is required to increase the sensitivity of the sense amplifier that detects the magnitude of the cell current.However, there is a limit to increasing the sensitivity of the sense amplifier, and the memory becomes increasingly smaller. It has become difficult to handle cells.
【0008】そこで、セル電流を増大させるには、制御
ゲート電極とチャネル領域との間に形成されているゲー
ト絶縁膜を薄くすればよい。しかし、制御ゲート電極と
チャネル領域との間のゲート絶縁膜を薄くすると、消去
動作時において制御ゲート電極に十数Vの電圧を印加し
た際に、制御ゲート電極とチャネル領域との間に高電界
が生じ、その高電界によりゲート絶縁膜が破壊されると
いう問題が起こる。Therefore, in order to increase the cell current, the thickness of the gate insulating film formed between the control gate electrode and the channel region may be reduced. However, when the gate insulating film between the control gate electrode and the channel region is thinned, a high electric field is applied between the control gate electrode and the channel region when a voltage of more than ten volts is applied to the control gate electrode during an erase operation. This causes a problem that the gate insulating film is broken by the high electric field.
【0009】ところで、従来より、前記したスプリット
ゲート型メモリセルに対して、消去専用の電極(消去電
極)を追加したスプリットゲート型メモリセルが提案さ
れている。このメモリセルは、シリコン基板上に形成さ
れたポリシリコンの3層構造をとり、1層目のポリシリ
コンにより浮遊ゲート電極が形成され、2層目のポリシ
リコンにより制御ゲート電極が形成され、3層目のポリ
シリコンにより消去ゲート電極が形成されているため、
一般に、3層ポリシリコンを使用したスプリットゲート
型メモリセル,3層ポリシリコン型フラッシュメモリセ
ル,3層型メモリセルなどと呼ばれている。このメモリ
セル(以下、「3層型メモリセル」と呼ぶ)では、消去
ゲート電極が浮遊ゲート電極の上に一部覆い被さるよう
に配置されている。尚、3層型メモリセルの構造および
動作については、各種文献(例えば、フラッシュメモリ
技術ハンドブック(1993年発行、発行所:株式会社サイ
エンスフォーラム)など)に記載されており周知であ
る。By the way, conventionally, a split gate type memory cell has been proposed in which an electrode dedicated to erasing (erase electrode) is added to the above-mentioned split gate type memory cell. This memory cell has a three-layer structure of polysilicon formed on a silicon substrate, a floating gate electrode is formed by first-layer polysilicon, and a control gate electrode is formed by second-layer polysilicon. Since the erase gate electrode is formed by the polysilicon of the layer,
Generally, it is called a split gate memory cell using three-layer polysilicon, a three-layer polysilicon flash memory cell, a three-layer memory cell, or the like. In this memory cell (hereinafter, referred to as “three-layer type memory cell”), the erase gate electrode is arranged so as to partially cover the floating gate electrode. The structure and operation of the three-layer type memory cell are described in various documents (for example, Flash Memory Technology Handbook (published in 1993, issuance office: Science Forum Co., Ltd.)) and are well known.
【0010】ちなみに、以下の説明では、3層型メモリ
セルと区別するため、前記したスプリットゲート型メモ
リセルを「2層型メモリセル」と呼ぶことにする。3層
型メモリセルの書込動作および読出動作は、2層型メモ
リセルと同じである。また、3層型メモリセルの消去動
作では、消去ゲート電極に十数V以上の電圧を印加し
て、浮遊ゲート電極と消去ゲート電極との間に高電界を
生じさせ、その高電界により消去ゲート電極から浮遊ゲ
ート電極へFNトンネル電流を流し、浮遊ゲート電極中
の電子を消去ゲート電極側へ引き抜かせる。In the following description, the above-mentioned split gate memory cell is referred to as a "two-layer memory cell" in order to distinguish it from a three-layer memory cell. The write operation and read operation of the three-layer memory cell are the same as those of the two-layer memory cell. In the erasing operation of the three-layer type memory cell, a voltage of more than ten volts is applied to the erasing gate electrode to generate a high electric field between the floating gate electrode and the erasing gate electrode. An FN tunnel current flows from the electrode to the floating gate electrode, and electrons in the floating gate electrode are drawn to the erase gate electrode side.
【0011】このように、3層型メモリセルでは、制御
ゲート電極に加えて消去ゲート電極を設けているため、
制御ゲート電極とチャネル領域との間に形成されている
ゲート絶縁膜(以下、「制御ゲート絶縁膜」と呼ぶ)
と、消去ゲート電極と浮遊ゲート電極との間のゲート絶
縁膜(以下、「消去ゲート絶縁膜」と呼ぶ)とを独立し
た別個の絶縁膜にすることができる。そのため、制御ゲ
ート絶縁膜を十分に薄くして読出動作時のセル電流を増
大させた場合でも、消去動作時において消去ゲート電極
に十数V以上の電圧を印加した際に、制御ゲート電極と
チャネル領域との間に高電界が生じることはなく、その
高電界により薄い制御ゲート絶縁膜が破壊されるという
問題を回避することができる。加えて、消去ゲート絶縁
膜を十分に厚くすることにより、浮遊ゲート電極中の電
荷の蓄積時間を長くすると共に、書込動作時に消去ゲー
ト電極から浮遊ゲート電極へ電子が誤って注入される現
象(いわゆる「誤書込」と呼ばれる現象)の発生を防止
することができる。As described above, in the three-layer type memory cell, since the erase gate electrode is provided in addition to the control gate electrode,
A gate insulating film formed between the control gate electrode and the channel region (hereinafter, referred to as "control gate insulating film")
And the gate insulating film between the erase gate electrode and the floating gate electrode (hereinafter, referred to as “erased gate insulating film”) can be independent and separate insulating films. Therefore, even when the control gate insulating film is sufficiently thin to increase the cell current during the read operation, when a voltage of more than ten volts is applied to the erase gate electrode during the erase operation, the control gate electrode and the No high electric field is generated between the region and the region, and the problem that the thin control gate insulating film is broken by the high electric field can be avoided. In addition, by making the erase gate insulating film sufficiently thick, the charge accumulation time in the floating gate electrode is lengthened, and electrons are erroneously injected from the erase gate electrode into the floating gate electrode during a write operation ( The occurrence of a so-called “erroneous write” phenomenon can be prevented.
【0012】しかし、3層型メモリセルでは、各ゲート
電極(浮遊ゲート電極,制御ゲート電極,消去ゲート電
極)はそれぞれ単独でフォトリソグラフィ技術および異
方性エッチング技術を用いて所望の形状に形成される。
そのため、各ゲート電極の形成用のエッチング用マスク
の位置ズレにより、各ゲート電極の位置関係にバラツキ
が生じ、その位置関係のバラツキに起因してメモリセル
の諸特性(書込特性,読出特性,消去特性)にもバラツ
キが生じるという問題があった。However, in the three-layer type memory cell, each gate electrode (floating gate electrode, control gate electrode, erase gate electrode) is independently formed into a desired shape by using a photolithography technique and an anisotropic etching technique. You.
Therefore, the positional relationship between the gate electrodes varies due to the positional deviation of the etching mask for forming each gate electrode, and various characteristics (write characteristics, read characteristics, There is a problem that the erasing characteristics also vary.
【0013】そして、前記各ゲート電極の位置関係のバ
ラツキの発生を防止するには、各ゲート電極の位置関係
に十分な余裕を持たせておけばよいが、そのような位置
関係の余裕はメモリセルの微細化を阻害するという問題
がある。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、その目的は、過剰消去の問題がなく、読
出動作時のセル電流が大きくて正確なデータ読出が容易
であり、特性にバラツキがなく、微細化が可能なメモリ
セルを提供することにある。In order to prevent the variation in the positional relationship between the gate electrodes, it is sufficient that the positional relationship between the gate electrodes has a sufficient margin. There is a problem that cell miniaturization is hindered. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to eliminate the problem of excessive erasure, to provide a large cell current at the time of a read operation, to easily perform accurate data read, and to have a variation in characteristics. It is an object of the present invention to provide a memory cell which can be miniaturized without any problem.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段および発明の効果】かかる
目的を達成するためになされた請求項1に記載の発明
は、半導体基板上に形成されたソース領域およびドレイ
ン領域と、ソース領域とドレイン領域に挟まれたチャネ
ル領域と、チャネル領域上に浮遊ゲート絶縁膜を介して
形成された浮遊ゲート電極と、チャネル領域上に制御ゲ
ート絶縁膜を介して形成された制御ゲート電極と、浮遊
ゲート電極上に消去ゲート絶縁膜を介して形成された消
去ゲート電極とを備え、浮遊ゲート絶縁膜と消去ゲート
絶縁膜とは独立した別個の絶縁膜から成り、制御ゲート
電極に対して浮遊ゲート電極が自己整合的に形成された
スプリットゲート型メモリセルをその要旨とする。Means for Solving the Problems and Effects of the Invention According to the first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a source region and a drain region formed on a semiconductor substrate; a source region and a drain region; A floating gate electrode formed on the channel region via a floating gate insulating film, a control gate electrode formed on the channel region via a control gate insulating film, and a floating gate electrode And an erase gate electrode formed via an erase gate insulating film.The floating gate insulating film and the erase gate insulating film are composed of separate insulating films independent of each other, and the floating gate electrode is self-aligned with the control gate electrode. The gist of the present invention is a split gate type memory cell formed in a typical manner.
【0015】従って、本発明によれば、消去動作におい
て浮遊ゲート電極から電荷を引き抜く際に電荷を過剰に
抜き過ぎて過剰消去が発生しても、制御ゲート電極によ
ってチャネル領域をオフ状態にすることができるため、
過剰消去によりメモリセルが消去状態のままとなって書
込状態にできなくなるという問題を回避することができ
る。Therefore, according to the present invention, the control gate electrode turns off the channel region even if the charge is excessively extracted from the floating gate electrode during the erase operation, resulting in excessive erasure. Can be
The problem that the memory cell remains in the erased state and cannot be put into the written state due to excessive erasure can be avoided.
【0016】また、制御ゲート絶縁膜と消去ゲート絶縁
膜とが独立した別個の絶縁膜であるため、制御ゲート絶
縁膜を十分に薄くして読出動作時のセル電流を増大させ
た場合でも、消去動作時において消去ゲート電極に高電
圧を印加した際に、制御ゲート電極とチャネル領域との
間に高電界が生じることはなく、その高電界により制御
ゲート絶縁膜が破壊されるという問題を回避することが
できる。従って、制御ゲート絶縁膜を十分に薄くして読
出動作時のセル電流を増大させることにより、センスア
ンプの感度を高めることなく、メモリセルからの正確な
データ読出を容易に行うことができる。Further, since the control gate insulating film and the erasing gate insulating film are independent and independent insulating films, even if the control gate insulating film is made sufficiently thin to increase the cell current at the time of the read operation, the erasing operation is not performed. When a high voltage is applied to the erase gate electrode during operation, a high electric field does not occur between the control gate electrode and the channel region, and the problem that the control gate insulating film is broken by the high electric field is avoided. be able to. Therefore, by making the control gate insulating film sufficiently thin to increase the cell current during the read operation, accurate data reading from the memory cell can be easily performed without increasing the sensitivity of the sense amplifier.
【0017】そして、消去ゲート絶縁膜を十分に厚くす
ることにより、浮遊ゲート電極中の電荷の蓄積時間を長
くすると共に、書込動作時に消去ゲート電極から浮遊ゲ
ート電極へ電子が誤って注入される誤書込現象の発生を
防止することができる。さらに、制御ゲート電極に対し
て浮遊ゲート電極が自己整合的に形成されているため、
メモリセルを微細化した場合でも、制御ゲート電極と浮
遊ゲート電極との位置合わせを正確に行うことが可能に
なり、制御ゲート電極および浮遊ゲート電極に関係する
書込特性および読出特性にバラツキのないメモリセルを
得ることができる。加えて、本発明によれば、前記した
従来の3層型メモリセル(各ゲート電極をそれぞれ単独
でフォトリソグラフィ技術および異方性エッチング技術
を用いて所望の形状に形成する)のように、制御ゲート
電極と浮遊ゲート電極の位置関係に余裕を持たせる必要
がないことから、その位置関係の余裕によりメモリセル
の微細化が阻害されるのを防止できる。By making the erase gate insulating film sufficiently thick, the charge accumulation time in the floating gate electrode is extended, and electrons are erroneously injected from the erase gate electrode to the floating gate electrode during a write operation. The occurrence of the erroneous writing phenomenon can be prevented. Furthermore, since the floating gate electrode is formed in a self-aligned manner with respect to the control gate electrode,
Even when the memory cell is miniaturized, it is possible to accurately align the control gate electrode and the floating gate electrode, and there is no variation in the write characteristics and the read characteristics related to the control gate electrode and the floating gate electrode. A memory cell can be obtained. In addition, according to the present invention, control is performed as in the above-described conventional three-layer type memory cell (each gate electrode is independently formed into a desired shape using photolithography technology and anisotropic etching technology). Since there is no need to provide a margin in the positional relationship between the gate electrode and the floating gate electrode, it is possible to prevent the miniaturization of the memory cell from being hindered by the margin in the positional relationship.
【0018】次に、請求項2に記載の発明は、請求項1
に記載のスプリットゲート型メモリセルにおいて、前記
制御ゲート電極に対して前記ドレイン領域が自己整合的
に形成され、前記浮遊ゲート電極に対して前記ソース領
域が自己整合的に形成されたことをその要旨とする。Next, a second aspect of the present invention is directed to the first aspect.
In the split gate memory cell according to the above, the drain region is formed in a self-aligned manner with respect to the control gate electrode, and the source region is formed in a self-aligned manner with respect to the floating gate electrode. And
【0019】従って、本発明によれば、制御ゲート電極
に対してドレイン領域が、浮遊ゲート電極に対してソー
ス領域がそれぞれ自己整合的に形成されているため、メ
モリセルを微細化した場合でも、ドレイン領域と制御ゲ
ート電極、ソース領域と浮遊ゲート電極の位置合わせを
それぞれ正確に行うことが可能になり、特性にバラツキ
のないメモリセルを得ることができる。Therefore, according to the present invention, the drain region is formed in self-alignment with the control gate electrode and the source region is formed in self-alignment with the floating gate electrode. The alignment between the drain region and the control gate electrode, and the alignment between the source region and the floating gate electrode can be accurately performed, and a memory cell with no variation in characteristics can be obtained.
【0020】次に、請求項3に記載の発明は、請求項1
または請求項2に記載のスプリットゲート型メモリセル
において、前記浮遊ゲート電極から前記消去ゲート電極
へ向けて突出した突起部を備えたことをその要旨とす
る。従って、本発明によれば、消去動作において、浮遊
ゲート電極中の電子は突起部から飛び出して消去ゲート
電極側へ移動するため、電子の移動が容易になり、浮遊
ゲート電極中の電子を効率的に引き抜くことが可能にな
ることから、消去特性を向上させることができる。Next, the third aspect of the present invention is the first aspect.
Alternatively, the gist of the split gate memory cell according to claim 2 is that a protrusion protruding from the floating gate electrode toward the erase gate electrode is provided. Therefore, according to the present invention, in the erase operation, the electrons in the floating gate electrode jump out of the projections and move to the erase gate electrode side, so that the movement of the electrons is facilitated and the electrons in the floating gate electrode are efficiently removed. The erasing characteristic can be improved because the erasing characteristics can be improved.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態を図面と共に説明する。図1は、本実施形態のメモ
リセル1を用いたフラッシュEEPROMにおけるメモ
リセルアレイ2の一部概略断面図である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a partial schematic cross-sectional view of a memory cell array 2 in a flash EEPROM using the memory cells 1 of the present embodiment.
【0022】スプリットゲート型メモリセル(スプリッ
トゲート型トランジスタ)1は、ソース領域3、ドレイ
ン領域4、チャネル領域5、浮遊ゲート電極6、制御ゲ
ート電極7、消去ゲート電極8から構成されている。メ
モリセル1は、P型単結晶シリコン基板9上に形成され
たポリシリコンの3層構造をとり、1層目のポリシリコ
ンにより制御ゲート電極7が形成され、2層目のポリシ
リコンにより浮遊ゲート電極6が形成され、3層目のポ
リシリコンにより消去ゲート電極8が形成された3層型
メモリセルである。The split gate type memory cell (split gate type transistor) 1 includes a source region 3, a drain region 4, a channel region 5, a floating gate electrode 6, a control gate electrode 7, and an erase gate electrode 8. The memory cell 1 has a three-layer structure of polysilicon formed on a P-type single-crystal silicon substrate 9, has a control gate electrode 7 formed by first-layer polysilicon, and a floating gate formed by second-layer polysilicon. This is a three-layer memory cell in which an electrode 6 is formed and an erase gate electrode 8 is formed by a third layer of polysilicon.
【0023】基板9上にはN型のソース領域3およびド
レイン領域4が形成され、基板9上における各領域3,
4に挟まれた部分にはチャネル領域5が形成されてい
る。ソース領域3およびチャネル領域5の上には、これ
ら領域3,5の一部にかかるように、浮遊ゲート絶縁膜
10を介して浮遊ゲート電極6が形成されている。ま
た、ドレイン領域4側のチャネル領域5上には、制御ゲ
ート絶縁膜11を介して制御ゲート電極7が形成されて
いる。浮遊ゲート電極6と制御ゲート電極7との間には
浮遊ゲート絶縁膜10が形成されている。An N-type source region 3 and a drain region 4 are formed on the substrate 9, and the respective regions 3 and 3 on the substrate 9 are formed.
A channel region 5 is formed in a portion sandwiched between the four. A floating gate electrode 6 is formed on the source region 3 and the channel region 5 via a floating gate insulating film 10 so as to cover a part of the regions 3 and 5. On the channel region 5 on the drain region 4 side, a control gate electrode 7 is formed via a control gate insulating film 11. A floating gate insulating film 10 is formed between the floating gate electrode 6 and the control gate electrode 7.
【0024】すなわち、メモリセル1は、浮遊ゲート電
極6と各領域3〜5とから構成されるトランジスタ(以
下、「浮遊ゲートトランジスタ」と呼ぶ)13と、制御
ゲート電極7と各領域3〜5とから構成されるトランジ
スタ(以下、「選択トランジスタ」と呼ぶ)14とが直
列に接続された構成をとる。That is, the memory cell 1 includes a transistor 13 (hereinafter referred to as a "floating gate transistor") composed of a floating gate electrode 6 and each of the regions 3 to 5, a control gate electrode 7 and each of the regions 3 to 5. (Hereinafter, referred to as “selection transistor”) 14 are connected in series.
【0025】浮遊ゲート電極6の上端部は上方に向けて
突出し、その突出した部分により突起部6aが形成され
ている。浮遊ゲート電極6の突起部6a上には、消去ゲ
ート絶縁膜15を介して消去ゲート電極8が形成されて
いる。ソース領域3上にはソース配線16が形成されて
いる。ソース配線16と浮遊ゲート電極6との間には、
絶縁膜17が形成されている。また、ソース配線16と
消去ゲート電極8との間には、消去ゲート絶縁膜15が
形成されている。そして、制御ゲート電極7と消去ゲー
ト電極8との間には、絶縁膜18および消去ゲート絶縁
膜15が形成されている。また、ドレイン領域4上に形
成された浮遊ゲート絶縁膜10と消去ゲート絶縁膜15
との間には、層間絶縁膜19が形成されている。さら
に、メモリセル1上には層間絶縁膜20が形成されてい
る。The upper end of the floating gate electrode 6 protrudes upward, and the protruding portion forms a protrusion 6a. On the protrusion 6a of the floating gate electrode 6, an erase gate electrode 8 is formed via an erase gate insulating film 15. Source wiring 16 is formed on source region 3. Between the source wiring 16 and the floating gate electrode 6,
An insulating film 17 is formed. Further, an erase gate insulating film 15 is formed between the source line 16 and the erase gate electrode 8. An insulating film 18 and an erase gate insulating film 15 are formed between the control gate electrode 7 and the erase gate electrode 8. In addition, the floating gate insulating film 10 and the erase gate insulating film 15 formed on the drain region 4
Between them, an interlayer insulating film 19 is formed. Further, an interlayer insulating film 20 is formed on the memory cell 1.
【0026】メモリセルアレイ2は、基板9上に形成さ
れた複数のメモリセル1によって構成されている。基板
9上の占有面積を小さく抑えることを目的に、隣合う各
メモリセル1(以下、2つを区別するため「1a」「1
b」と表記する)は、ソース領域3またはドレイン領域
4を共通にし、その共通のソース領域3またはドレイン
領域4に対して、各電極6〜8が反転した形(基板9に
垂直なソース領域3またはドレイン領域4の中心線に対
して、各電極6〜8が線対称な形)で配置されている。
また、ソース領域3を共通にする各メモリセル1a,1
bの各消去ゲート電極8は接続されている。The memory cell array 2 includes a plurality of memory cells 1 formed on a substrate 9. In order to reduce the occupied area on the substrate 9, each adjacent memory cell 1 (hereinafter, "1a""1
b) indicates that the source region 3 or the drain region 4 is made common and the respective electrodes 6 to 8 are inverted with respect to the common source region 3 or the drain region 4 (the source region perpendicular to the substrate 9). The electrodes 6 to 8 are arranged symmetrically with respect to the center line of the drain region 3 or the drain region 4).
In addition, each memory cell 1a, 1
The respective erase gate electrodes 8 of b are connected.
【0027】図2は、メモリセルアレイ2の一部平面図
である。尚、図1は、図2におけるA−A線断面図であ
る。基板9上にはフィールド絶縁膜21が形成され、そ
のフィールド絶縁膜21によって各メモリセル1間の素
子分離が行われている。FIG. 2 is a partial plan view of the memory cell array 2. FIG. 1 is a sectional view taken along line AA in FIG. A field insulating film 21 is formed on the substrate 9, and the field insulating film 21 performs element isolation between the memory cells 1.
【0028】図2の縦方向に配置される各メモリセル1
のソース領域3(図示略),ソース配線16,消去ゲー
ト電極8はそれぞれ共通になっている。また、図2の縦
方向に配置される各メモリセル1の制御ゲート電極7は
共通になっており、その制御ゲート電極7によってワー
ド線が形成されている。また、図2の横方向に配置され
るドレイン領域4は、浮遊ゲート絶縁膜10,層間絶縁
膜19,消去ゲート絶縁膜15,層間絶縁膜20に形成
されたビット線コンタクト22を介して、層間絶縁膜2
0上に形成されたビット線23に接続されている。その
ため、ソース配線16とワード線とは平行に配置され、
ビット線23とワード線とは直交することになる。Each memory cell 1 arranged in the vertical direction in FIG.
The source region 3 (not shown), the source wiring 16, and the erase gate electrode 8 are common to each other. The control gate electrode 7 of each memory cell 1 arranged in the vertical direction in FIG. 2 is common, and the control gate electrode 7 forms a word line. The drain region 4 arranged in the lateral direction in FIG. 2 is formed through the floating gate insulating film 10, the interlayer insulating film 19, the erase gate insulating film 15, and the bit line contact 22 formed in the interlayer insulating film 20. Insulating film 2
It is connected to a bit line 23 formed on 0. Therefore, the source wiring 16 and the word line are arranged in parallel,
The bit line 23 is orthogonal to the word line.
【0029】そして、上記のように構成されたメモリセ
ルアレイ2に周辺回路が接続されてフラッシュEEPR
OMが構成されている。尚、3層型メモリセルであるメ
モリセル1を用いたフラッシュEEPROMの回路構成
については、各種文献(例えば、フラッシュメモリ技術
ハンドブック(1993年発行、発行所:株式会社サイエン
スフォーラム)のP.25〜P.52など)に記載されており周
知であるため、ここでは説明を省略する。Then, peripheral circuits are connected to the memory cell array 2 configured as described above to
OM is configured. The circuit configuration of the flash EEPROM using the memory cell 1 which is a three-layer type memory cell is described in various documents (for example, P.25- of Flash Memory Technology Handbook (published in 1993, published by Science Forum Co., Ltd.)). P.52 etc.) and are well-known, so that the description is omitted here.
【0030】次に、メモリセル1の各動作(書込動作,
読出動作,消去動作)について説明する。書込動作で
は、ソース配線16(ソース領域3),ビット線23
(ドレイン領域4),ワード線(制御ゲート電極7),
消去ゲート電極8の電位を制御することにより、チャネ
ル領域5と浮遊ゲート電極6との間に高電界を生じさ
せ、その高電界によりチャネル領域5中の電子を加速さ
せてホットエレクトロンとし、そのホットエレクトロン
を浮遊ゲート絶縁膜10を通して浮遊ゲート電極6に注
入させ、浮遊ゲート電極6中に電荷を蓄積させる。その
ため、データの書込状態にあるメモリセル1の浮遊ゲー
ト電極6中には電荷が蓄積されており、浮遊ゲート電極
6直下のチャネル領域5はオフ状態となっている。ま
た、データの消去状態にあるメモリセル1の浮遊ゲート
電極6中には電荷が蓄積されておらず、浮遊ゲート電極
6直下のチャネル領域5はオン状態となっている。Next, each operation of the memory cell 1 (write operation,
The read operation and the erase operation will be described. In the write operation, the source line 16 (source region 3), the bit line 23
(Drain region 4), word line (control gate electrode 7),
By controlling the potential of the erase gate electrode 8, a high electric field is generated between the channel region 5 and the floating gate electrode 6, and the high electric field accelerates electrons in the channel region 5 to generate hot electrons. Electrons are injected into the floating gate electrode 6 through the floating gate insulating film 10 and charge is accumulated in the floating gate electrode 6. Therefore, charges are accumulated in the floating gate electrode 6 of the memory cell 1 in a data writing state, and the channel region 5 immediately below the floating gate electrode 6 is in an off state. Further, no charge is accumulated in the floating gate electrode 6 of the memory cell 1 in the data erased state, and the channel region 5 immediately below the floating gate electrode 6 is in the ON state.
【0031】読出動作では、前記したチャネル領域5の
オン・オフ状態により、書込状態にあるメモリセル1で
は消去状態にあるメモリセル1よりもドレイン領域4か
らソース領域3へ流れるセル電流が小さくなることを利
用し、そのセル電流の差をビット線23に接続されたセ
ンスアンプ(図示略)を用いて検出することで、メモリ
セル1が書込状態にあるか消去状態にあるかを判別す
る。In the read operation, the cell current flowing from the drain region 4 to the source region 3 in the memory cell 1 in the write state is smaller than that in the memory cell 1 in the erase state due to the on / off state of the channel region 5 described above. Utilizing this fact, the difference between the cell currents is detected using a sense amplifier (not shown) connected to the bit line 23 to determine whether the memory cell 1 is in the written state or the erased state. I do.
【0032】消去動作では、ソース配線16(ソース領
域3),ビット線23(ドレイン領域4),ワード線
(制御ゲート電極7),消去ゲート電極8の電位を制御
して、消去ゲート電極8に十数Vの電圧を印加し、浮遊
ゲート電極6と消去ゲート電極8との間に高電界を生じ
させ、その高電界により消去ゲート電極8から消去ゲー
ト絶縁膜15を通して浮遊ゲート電極6へFNトンネル
電流を流させ、浮遊ゲート電極6中の電子を消去ゲート
電極8側へ引き抜かせる。その結果、メモリセル1のし
きい値電圧が低くなる。In the erase operation, the potentials of the source line 16 (source region 3), the bit line 23 (drain region 4), the word line (control gate electrode 7) and the erase gate electrode 8 are controlled so that the erase gate electrode 8 A voltage of more than ten volts is applied to generate a high electric field between the floating gate electrode 6 and the erase gate electrode 8, and the high electric field causes the FN tunnel from the erase gate electrode 8 to the floating gate electrode 6 through the erase gate insulating film 15. A current is caused to flow, and electrons in the floating gate electrode 6 are drawn to the erase gate electrode 8 side. As a result, the threshold voltage of the memory cell 1 decreases.
【0033】このとき、各ゲート電極6,8は消去ゲー
ト絶縁膜15を介して容量結合されているが、浮遊ゲー
ト電極6には突起部6aが形成されているため、浮遊ゲ
ート電極6中の電子は突起部6aから飛び出して消去ゲ
ート電極8側へ移動する。従って、電子の移動が容易に
なり、浮遊ゲート電極6中の電子を効率的に引き抜くこ
とが可能になるため、消去特性を向上させることができ
る。At this time, each gate electrode 6, 8 is capacitively coupled via the erase gate insulating film 15. However, since the floating gate electrode 6 has the projection 6 a, the floating gate electrode 6 The electrons jump out of the protrusion 6a and move to the erase gate electrode 8 side. Therefore, the movement of the electrons is facilitated and the electrons in the floating gate electrode 6 can be efficiently extracted, so that the erasing characteristics can be improved.
【0034】また、メモリセル1には選択トランジスタ
14が設けられているため、メモリセルアレイ2を構成
する個々のメモリセル1にそれ自身を選択する機能があ
る。つまり、消去動作において浮遊ゲート電極6から電
荷を引き抜く際に電荷を過剰に抜き過ぎて過剰消去が発
生しても、制御ゲート電極7によってチャネル領域5を
オフ状態にすることができる。従って、過剰消去が発生
したとしても、選択トランジスタ14によってメモリセ
ル1のオン・オフ状態を制御することが可能になるた
め、過剰消去によりメモリセル1が消去状態のままとな
って書込状態にできなくなるという問題を回避すること
ができる。Since the memory cell 1 is provided with the selection transistor 14, each memory cell 1 constituting the memory cell array 2 has a function of selecting itself. In other words, the control gate electrode 7 can turn off the channel region 5 even if excessive erasure occurs due to excessive bleeding of charges when extracting charges from the floating gate electrode 6 in the erasing operation. Therefore, even if an over-erasure occurs, the on / off state of the memory cell 1 can be controlled by the selection transistor 14, so that the over-erasure leaves the memory cell 1 in the erased state and enters the write state. The problem of being unable to do so can be avoided.
【0035】そして、メモリセル1では、制御ゲート絶
縁膜11と消去ゲート絶縁膜15とが独立した別個の絶
縁膜であるため、制御ゲート絶縁膜11を十分に薄くし
て読出動作時のセル電流を増大させた場合でも、消去動
作時において消去ゲート電極8に十数V以上の電圧を印
加した際に、制御ゲート電極7とチャネル領域5との間
に高電界が生じることはなく、その高電界により制御ゲ
ート絶縁膜11が破壊されるという問題を回避すること
ができる。従って、制御ゲート絶縁膜11を十分に薄く
して読出動作時のセル電流を増大させることにより、セ
ンスアンプの感度を高めることなく、メモリセル1から
の正確なデータ読出を容易に行うことができる。In the memory cell 1, the control gate insulating film 11 and the erase gate insulating film 15 are independent and separate insulating films. Even when the voltage is increased, a high electric field does not occur between the control gate electrode 7 and the channel region 5 when a voltage of more than ten volts is applied to the erase gate electrode 8 during the erase operation. The problem that the control gate insulating film 11 is destroyed by the electric field can be avoided. Therefore, by making the control gate insulating film 11 sufficiently thin to increase the cell current in the read operation, accurate data reading from the memory cell 1 can be easily performed without increasing the sensitivity of the sense amplifier. .
【0036】加えて、消去ゲート絶縁膜15を十分に厚
くすることにより、浮遊ゲート電極6中の電荷の蓄積時
間を長くすると共に、書込動作時に消去ゲート電極8か
ら浮遊ゲート電極6へ電子が誤って注入される誤書込現
象の発生を防止することができる。In addition, by making the erase gate insulating film 15 sufficiently thick, the charge accumulation time in the floating gate electrode 6 is extended, and electrons are transferred from the erase gate electrode 8 to the floating gate electrode 6 during a write operation. It is possible to prevent an erroneous writing phenomenon that is erroneously injected.
【0037】次に、メモリセルアレイ2の製造方法につ
いて、図2におけるA−A線断面に対応する図3〜図6
を用いて説明する。 工程1(図2参照):LOCOS(Local Oxidation of
Silicon)法やSTI(Shallow Trench Isoration)法
などを用い、P型単結晶シリコン基板9上にフィールド
絶縁膜21を形成する。Next, a method of manufacturing the memory cell array 2 will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG. Step 1 (see FIG. 2): LOCOS (Local Oxidation of
A field insulating film 21 is formed on a P-type single-crystal silicon substrate 9 by using a silicon (Si) method or a shallow trench isolation (STI) method.
【0038】工程2(図3(a)参照):熱酸化法を用
い、基板9上にシリコン酸化膜からなる制御ゲート絶縁
膜11(膜厚:10nm程度)を形成する。次に、LP
CVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法
を用い、制御ゲート絶縁膜11上に制御ゲート電極7と
なる1層目のドープドポリシリコン膜31(膜厚:15
0nm程度)を堆積させる。続いて、CVD(Chemical
Vapor Deposition)法を用い、ドープドポリシリコン
膜31上にシリコン窒化膜32(膜厚:400nm程
度)を堆積させる。そして、フォトリソグラフィ技術お
よび異方性エッチング技術を用い、シリコン窒化膜32
をパターニングする。Step 2 (see FIG. 3A): A control gate insulating film 11 (thickness: about 10 nm) made of a silicon oxide film is formed on the substrate 9 by using a thermal oxidation method. Next, LP
By using a CVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) method, a first-layer doped polysilicon film 31 (film thickness: 15) to be the control gate electrode 7 is formed on the control gate insulating film 11.
(About 0 nm). Subsequently, CVD (Chemical
A silicon nitride film 32 (thickness: about 400 nm) is deposited on the doped polysilicon film 31 by using a vapor deposition method. Then, using a photolithography technique and an anisotropic etching technique, the silicon nitride film 32 is formed.
Is patterned.
【0039】工程3(図3(b)参照):LPCVD法
を用い、上記工程で作製されたデバイスの全面にシリコ
ン酸化膜33(膜厚:400nm程度)を堆積させる。
次に、全面エッチバック法(例えば、RIE(Reactive
Ion Etching)法など)を用い、シリコン窒化膜32の
側壁部分のシリコン酸化膜33だけを残す。その結果、
シリコン窒化膜32の側壁部分に残ったシリコン酸化膜
33が絶縁膜18となる。Step 3 (see FIG. 3B): A silicon oxide film 33 (thickness: about 400 nm) is deposited on the entire surface of the device manufactured in the above step by using the LPCVD method.
Next, the entire surface is etched back (for example, RIE (Reactive
Only the silicon oxide film 33 on the side wall of the silicon nitride film 32 is left by using the ion etching (Ion Etching) method. as a result,
The silicon oxide film 33 remaining on the side wall of the silicon nitride film 32 becomes the insulating film 18.
【0040】工程4(図3(c)参照):シリコン窒化
膜32を選択的にエッチング除去する。次に、絶縁膜1
8をエッチング用マスクとして用いた異方性エッチング
法(例えば、RIE法など)により、ドープドポリシリ
コン膜31および制御ゲート絶縁膜11を選択的にエッ
チング除去する。その結果、残ったドープドポリシリコ
ン膜31により制御ゲート電極7が形成される。Step 4 (see FIG. 3C): The silicon nitride film 32 is selectively removed by etching. Next, the insulating film 1
The doped polysilicon film 31 and the control gate insulating film 11 are selectively etched away by an anisotropic etching method (for example, RIE method) using 8 as an etching mask. As a result, the control gate electrode 7 is formed by the remaining doped polysilicon film 31.
【0041】工程5(図4(a)参照):熱酸化法とL
PCVD法とを併用し、上記の工程で作製されたデバイ
スの全面にシリコン酸化膜からなる浮遊ゲート絶縁膜1
0(膜厚:10nm程度)を形成する。すると、シリコ
ン酸化膜からなる絶縁膜18と浮遊ゲート絶縁膜10と
は積層一体化される。Step 5 (see FIG. 4A): Thermal oxidation method and L
The floating gate insulating film 1 made of a silicon oxide film is formed on the entire surface of the device manufactured in the above-mentioned process by using the PCVD method together.
0 (thickness: about 10 nm) is formed. Then, the insulating film 18 made of a silicon oxide film and the floating gate insulating film 10 are laminated and integrated.
【0042】工程6(図4(b)参照):LPCVD法
を用い、上記工程で作製されたデバイスの全面に浮遊ゲ
ート電極6となる2層目のドープドポリシリコン膜34
(膜厚:200nm程度)を堆積させる。次に、全面エ
ッチバック法を用い、少なくとも制御ゲート電極7の両
側の側壁部分のドープドポリシリコン膜34だけを残
す。このとき、ドープドポリシリコン膜34の頂上部分
は上方に向けて突出した形状になる。Step 6 (see FIG. 4B): A second-layer doped polysilicon film 34 serving as the floating gate electrode 6 is formed on the entire surface of the device manufactured in the above-described step by using the LPCVD method.
(Thickness: about 200 nm) is deposited. Next, only the doped polysilicon film 34 at least on the sidewall portions on both sides of the control gate electrode 7 is left by using the entire surface etch back method. At this time, the top portion of the doped polysilicon film 34 has a shape protruding upward.
【0043】工程7(図4(c)参照):フォトリソグ
ラフィ技術を用い、基板9におけるソース領域3となる
部分を挟んで配置された2つの絶縁膜18上を覆うよう
にフォトレジスト膜35を形成する。次に、フォトレジ
スト膜35をエッチング用マスクとして用いた異方性エ
ッチング法により、基板9におけるドレイン領域4とな
る部分に形成されたドープドポリシリコン膜34を選択
的にエッチング除去する。その結果、残ったドープドポ
リシリコン膜34が浮遊ゲート電極6となる。ここで、
ドープドポリシリコン膜34の頂上部分は上方に向けて
突出した形状になっているため、その突出した部分が浮
遊ゲート電極6の突起部6aとなる。続いて、絶縁膜1
8と浮遊ゲート絶縁膜10およびフォトレジスト膜35
をイオン注入用マスクとして用いたイオン注入法によ
り、基板9にリンイオンをドーピングしてドレイン領域
4を形成する。Step 7 (see FIG. 4 (c)): Using a photolithography technique, a photoresist film 35 is formed so as to cover the two insulating films 18 disposed on the substrate 9 with the portion serving as the source region 3 interposed therebetween. Form. Next, the doped polysilicon film 34 formed in a portion to be the drain region 4 on the substrate 9 is selectively etched away by an anisotropic etching method using the photoresist film 35 as an etching mask. As a result, the remaining doped polysilicon film 34 becomes the floating gate electrode 6. here,
Since the top portion of the doped polysilicon film 34 has a shape protruding upward, the protruding portion becomes the protrusion 6 a of the floating gate electrode 6. Subsequently, the insulating film 1
8, floating gate insulating film 10 and photoresist film 35
The substrate 9 is doped with phosphorus ions by an ion implantation method using as a mask for ion implantation to form the drain region 4.
【0044】工程8(図5(a)参照):LPCVD法
を用い、上記工程で作製されたデバイスの全面にシリコ
ン酸化膜からなる層間絶縁膜19(膜厚:1000nm
程度)を堆積させる。すると、シリコン酸化膜からなる
浮遊ゲート絶縁膜10と層間絶縁膜19とは積層一体化
される。次に、CMP(Chemical Mechanical Polishin
g)法を用い、層間絶縁膜19の表面を平坦化すると共
に、浮遊ゲート電極6の突起部6aが露出しない程度ま
で、絶縁膜18の頂上部分および当該部分に形成された
浮遊ゲート絶縁膜10を除去する。Step 8 (see FIG. 5A): An interlayer insulating film 19 (thickness: 1000 nm) made of a silicon oxide film is formed on the entire surface of the device manufactured in the above-mentioned process by using the LPCVD method.
Degree). Then, the floating gate insulating film 10 made of a silicon oxide film and the interlayer insulating film 19 are laminated and integrated. Next, CMP (Chemical Mechanical Polishin)
g), the surface of the interlayer insulating film 19 is planarized, and the top portion of the insulating film 18 and the floating gate insulating film 10 formed on the portion are reduced until the protrusion 6a of the floating gate electrode 6 is not exposed. Is removed.
【0045】工程9(図5(b)参照):フォトリソグ
ラフィ技術を用い、基板9におけるソース領域3となる
部分以外を覆うようにフォトレジスト膜38を形成す
る。次に、フォトレジスト膜38および浮遊ゲート電極
6をエッチング用マスクとして用いた異方性エッチング
法により、隣接する浮遊ゲート電極6の間に堆積された
層間絶縁膜19をエッチング除去すると共に、隣接する
浮遊ゲート電極6の間に形成された浮遊ゲート絶縁膜1
0をエッチング除去する。Step 9 (see FIG. 5B): A photoresist film 38 is formed by photolithography so as to cover a portion of the substrate 9 other than the source region 3. Next, the interlayer insulating film 19 deposited between the adjacent floating gate electrodes 6 is removed by etching using an anisotropic etching method using the photoresist film 38 and the floating gate electrode 6 as an etching mask. Floating gate insulating film 1 formed between floating gate electrodes 6
0 is removed by etching.
【0046】工程10(図5(c)参照):熱酸化法と
LPCVD法とを併用し、上記の工程で作製されたデバ
イスの全面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜17を形成
する。ここで、熱酸化法においては、ドープドポリシリ
コン膜の酸化速度の方が単結晶シリコン基板の酸化速度
よりも速い。そのため、浮遊ゲート電極6表面の絶縁膜
17の膜厚は、基板9表面の絶縁膜17よりも厚くな
る。次に、全面エッチバック法を用い、基板9の表面が
露出するまで絶縁膜17を除去すると、浮遊ゲート電極
6表面にのみ絶縁膜17(膜厚:10nm程度)が残
る。Step 10 (see FIG. 5C): An insulating film 17 made of a silicon oxide film is formed on the entire surface of the device manufactured in the above-mentioned steps by using both the thermal oxidation method and the LPCVD method. Here, in the thermal oxidation method, the oxidation rate of the doped polysilicon film is higher than that of the single crystal silicon substrate. Therefore, the thickness of the insulating film 17 on the surface of the floating gate electrode 6 is larger than that of the insulating film 17 on the surface of the substrate 9. Next, when the insulating film 17 is removed by using the entire surface etch back method until the surface of the substrate 9 is exposed, the insulating film 17 (film thickness: about 10 nm) remains only on the surface of the floating gate electrode 6.
【0047】工程11(図6(a)参照):LPCVD
法を用い、上記工程で作製されたデバイスの全面にドー
プドポリシリコン膜36を堆積させる。次に、CMP法
を用い、層間絶縁膜19の表面が露出するまでドープド
ポリシリコン膜36を除去し、隣接する浮遊ゲート電極
6の間のドープドポリシリコン膜36だけを残す。続い
て、全面エッチバック法を用い、隣接する浮遊ゲート電
極6の間のドープドポリシリコン膜36のみを選択的に
エッチング除去し、層間絶縁膜19の表面に対してドー
プドポリシリコン膜36の表面を一定深さ(10nm程
度)だけ掘り下げ、ドープドポリシリコン膜36の表面
を浮遊ゲート電極6の突起部6aの先端よりも低くす
る。その結果、残ったドープドポリシリコン膜36がソ
ース配線16になる。そして、以後の工程で高温になる
と、ドープドポリシリコン膜36中のN型不純物(リン
など)が基板9の表面に熱拡散し、基板9にソース領域
3が形成される。Step 11 (see FIG. 6A): LPCVD
Using a method, a doped polysilicon film 36 is deposited on the entire surface of the device manufactured in the above steps. Next, the doped polysilicon film 36 is removed using a CMP method until the surface of the interlayer insulating film 19 is exposed, leaving only the doped polysilicon film 36 between the adjacent floating gate electrodes 6. Subsequently, only the doped polysilicon film 36 between the adjacent floating gate electrodes 6 is selectively removed by etching using the whole surface etch back method, and the surface of the interlayer insulating film 19 is covered with the doped polysilicon film 36. The surface is dug down by a certain depth (about 10 nm) so that the surface of the doped polysilicon film 36 is lower than the tip of the protrusion 6 a of the floating gate electrode 6. As a result, the remaining doped polysilicon film 36 becomes the source wiring 16. Then, when the temperature becomes high in the subsequent steps, N-type impurities (such as phosphorus) in the doped polysilicon film 36 are thermally diffused to the surface of the substrate 9, and the source region 3 is formed on the substrate 9.
【0048】工程12(図6(b)参照):全面エッチ
バック法を用い、層間絶縁膜19および絶縁膜18を選
択的にエッチング除去し、浮遊ゲート電極6の突起部6
aを露出させる。 工程13(図6(c)参照):熱酸化法とLPCVD法
とを併用し、上記工程で作製されたデバイスの全面にシ
リコン酸化膜からなる消去ゲート絶縁膜15(膜厚:1
0nm程度)を形成する。すると、シリコン酸化膜から
なる層間絶縁膜19と消去ゲート絶縁膜15とは積層一
体化される。次に、LPCVD法を用い、上記工程で作
製されたデバイスの全面に3層目のドープドポリシリコ
ン膜37(膜厚:150nm程度)を堆積させ、フォト
リソグラフィ技術と異方性エッチング技術とを用い、ド
ープドポリシリコン膜37をパターニングすることによ
り、ドープドポリシリコン膜37からなる消去ゲート電
極8を形成する。Step 12 (see FIG. 6B): The interlayer insulating film 19 and the insulating film 18 are selectively removed by etching using the entire surface etch-back method, and the protrusion 6 of the floating gate electrode 6 is formed.
Expose a. Step 13 (see FIG. 6C): Using the thermal oxidation method and the LPCVD method together, the erase gate insulating film 15 (film thickness: 1) made of a silicon oxide film is formed on the entire surface of the device manufactured in the above step.
(About 0 nm). Then, the interlayer insulating film 19 made of a silicon oxide film and the erase gate insulating film 15 are laminated and integrated. Next, a third layer of a doped polysilicon film 37 (thickness: about 150 nm) is deposited on the entire surface of the device manufactured in the above process by LPCVD, and photolithography and anisotropic etching are performed. Then, the erased gate electrode 8 made of the doped polysilicon film 37 is formed by patterning the doped polysilicon film 37.
【0049】尚、制御ゲート電極7,浮遊ゲート電極
6,ソース配線16,消去ゲート電極8となる各ドープ
ドポリシリコン膜31,34,36,37の形成方法に
は以下のものがある。 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。The method of forming each of the doped polysilicon films 31, 34, 36, and 37 serving as the control gate electrode 7, the floating gate electrode 6, the source wiring 16, and the erase gate electrode 8 is as follows. Method 1: When a polysilicon film is formed by using the LPCVD method, a gas containing impurities is mixed into a source gas.
【0050】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。 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 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 into the polysilicon film. Spread. Method 3: After forming a non-doped polysilicon film by using the LPCVD method, impurity ions are implanted.
【0051】工程14(図1参照):LPCVD法を用
い、上記工程で作製されたデバイスの全面にシリコン酸
化膜からなる層間絶縁膜20を堆積させる。すると、シ
リコン酸化膜からなる消去ゲート絶縁膜15と層間絶縁
膜20とは積層一体化される。次に、ドレイン領域4上
の浮遊ゲート絶縁膜10,層間絶縁膜19,消去ゲート
絶縁膜15,層間絶縁膜20にビット線コンタクト22
を形成する。続いて、PVD(Physical Vapor Deposit
ion)法を用いてビット線コンタクト22内を含むデバ
イスの全面に金属(例えば、アルミニウム合金など)の
膜を堆積させ、フォトリソグラフィ技術および異方性エ
ッチング技術を用いて当該金属膜をパターニングするこ
とにより、当該金属膜からなるビット線23を形成する
と、メモリセルアレイ2が完成する。Step 14 (see FIG. 1): An interlayer insulating film 20 made of a silicon oxide film is deposited on the entire surface of the device manufactured in the above step by using the LPCVD method. Then, the erase gate insulating film 15 made of a silicon oxide film and the interlayer insulating film 20 are stacked and integrated. Next, a bit line contact 22 is formed on the floating gate insulating film 10, the interlayer insulating film 19, the erase gate insulating film 15, and the interlayer insulating film 20 on the drain region 4.
To form Next, PVD (Physical Vapor Deposit)
depositing a metal (eg, aluminum alloy) film on the entire surface of the device including the inside of the bit line contact 22 using an ion (ion) method, and patterning the metal film using a photolithography technique and an anisotropic etching technique. Thus, when the bit line 23 made of the metal film is formed, the memory cell array 2 is completed.
【0052】以上詳述したように、本実施形態の製造方
法によれば、以下の作用・効果を得ることができる。 [1]工程3において、シリコン窒化膜32の側壁部分
にサイドウォールスペーサである絶縁膜18(シリコン
酸化膜33)を形成する。そして、工程4において、絶
縁膜18をエッチング用マスクとして用いた異方性エッ
チング法により、ドープドポリシリコン膜31を選択的
にエッチング除去することで、ドープドポリシリコン膜
31からなる制御ゲート電極7を形成する。その後、工
程5において、制御ゲート電極7の側壁部分に浮遊ゲー
ト絶縁膜10を形成し、工程6および工程7において、
制御ゲート電極7の側壁部分にサイドウォールスペーサ
である浮遊ゲート電極6(ドープドポリシリコン膜3
4)を形成する。そのため、浮遊ゲート電極6の位置は
制御ゲート電極7によって規定され、制御ゲート電極7
に対して浮遊ゲート電極6が自己整合的に形成されるこ
とから、メモリセル1を微細化した場合でも、各ゲート
電極6,7の位置合わせを正確に行うことができる。従
って、各ゲート電極6,7に関係する書込特性および読
出特性にバラツキのないメモリセル1を得ることができ
る。As described in detail above, according to the manufacturing method of the present embodiment, the following operations and effects can be obtained. [1] In step 3, the insulating film 18 (silicon oxide film 33) as a side wall spacer is formed on the side wall of the silicon nitride film 32. Then, in step 4, the doped polysilicon film 31 is selectively etched away by an anisotropic etching method using the insulating film 18 as an etching mask, thereby forming a control gate electrode made of the doped polysilicon film 31. 7 is formed. Thereafter, in step 5, a floating gate insulating film 10 is formed on the side wall of the control gate electrode 7, and in steps 6 and 7,
A floating gate electrode 6 (doped polysilicon film 3) serving as a side wall spacer is provided on a side wall portion of the control gate electrode 7.
4) is formed. Therefore, the position of the floating gate electrode 6 is defined by the control gate electrode 7,
Since the floating gate electrode 6 is formed in a self-aligned manner, the gate electrodes 6 and 7 can be accurately positioned even when the memory cell 1 is miniaturized. Therefore, it is possible to obtain the memory cell 1 in which the write characteristics and the read characteristics related to the respective gate electrodes 6 and 7 do not vary.
【0053】[2]工程7において、制御ゲート電極7
上に形成された絶縁膜18および浮遊ゲート絶縁膜10
をイオン注入用マスクとして用いたイオン注入法によ
り、基板9にリンイオンをドーピングしてドレイン領域
4を形成する。そのため、ドレイン領域4の位置は制御
ゲート電極7の端部によって規定され、制御ゲート電極
7に対してドレイン領域4が自己整合的に形成されるこ
とから、メモリセル1を微細化した場合でも、制御ゲー
ト電極7とドレイン領域4との位置合わせを正確に行う
ことができる。[2] In the step 7, the control gate electrode 7
Insulating film 18 and floating gate insulating film 10 formed thereon
The substrate 9 is doped with phosphorus ions by an ion implantation method using as a mask for ion implantation to form the drain region 4. Therefore, the position of the drain region 4 is defined by the end of the control gate electrode 7, and the drain region 4 is formed in a self-aligned manner with respect to the control gate electrode 7. Therefore, even when the memory cell 1 is miniaturized, The alignment between the control gate electrode 7 and the drain region 4 can be performed accurately.
【0054】[3]工程11において、浮遊ゲート電極
6の端部に対し絶縁膜17を隔てて形成されたソース配
線16(ドープドポリシリコン膜36)から基板9へN
型不純物を熱拡散させることにより、ソース領域3を形
成する。そのため、ソース領域3の位置は浮遊ゲート電
極6の端部によって規定され、浮遊ゲート電極6に対し
てソース領域3が自己整合的に形成されることから、メ
モリセル1を微細化した場合でも、浮遊ゲート電極6と
ソース領域3との位置合わせを正確に行うことができ
る。[3] In step 11, N is transferred from the source line 16 (doped polysilicon film 36) formed on the end of the floating gate electrode 6 via the insulating film 17 to the substrate 9.
The source region 3 is formed by thermally diffusing the mold impurities. Therefore, the position of the source region 3 is defined by the end of the floating gate electrode 6, and the source region 3 is formed in a self-aligned manner with respect to the floating gate electrode 6. Therefore, even when the memory cell 1 is miniaturized, Alignment between floating gate electrode 6 and source region 3 can be performed accurately.
【0055】[4]上記[1]〜[3]により、メモリ
セル1の構成部材(浮遊ゲート電極6,制御ゲート電極
7,ソース領域3,ドレイン領域4,チャネル領域5)
が互いに自己整合的に形成され、これら部材の位置合わ
せを正確に行うことが可能になるため、特性にバラツキ
のないメモリセル1を得ることができる。[4] According to the above [1] to [3], the constituent members of the memory cell 1 (floating gate electrode 6, control gate electrode 7, source region 3, drain region 4, channel region 5)
Are formed in a self-aligned manner with each other, and accurate positioning of these members can be performed. Therefore, it is possible to obtain a memory cell 1 having no variation in characteristics.
【0056】そして、本実施形態によれば、前記した従
来の3層型メモリセル(各ゲート電極をそれぞれ単独で
フォトリソグラフィ技術および異方性エッチング技術を
用いて所望の形状に形成する)のように、浮遊ゲート電
極と制御ゲート電極の位置関係に余裕を持たせる必要が
ないことから、その位置関係の余裕によりメモリセル1
の微細化が阻害されるのを防止できる。According to the present embodiment, as in the above-described conventional three-layer type memory cell (each gate electrode is independently formed into a desired shape using a photolithography technique and an anisotropic etching technique). In addition, since there is no need to provide a margin for the positional relationship between the floating gate electrode and the control gate electrode, the memory cell 1
Can be prevented from being hindered.
【0057】尚、本発明は上記実施形態に限定されるも
のではなく、以下のように具体化してもよく、その場合
でも、上記実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効
果を得ることができる。 (1)各絶縁膜10,11,15,17,18は、シリ
コン酸化膜に限らず、十分な絶縁特性を有するものであ
ればどのような絶縁膜に置き代えてもよい。例えば、窒
酸化シリコンまたは窒化シリコンを主成分とする絶縁膜
や、これらの異なる絶縁膜を複数積層した構造に置き代
えてもよい。The present invention is not limited to the above-described embodiment, but may be embodied as follows. Even in such a case, the same operation or effect as that of the above-described embodiment can be obtained. . (1) The insulating films 10, 11, 15, 17, and 18 are not limited to silicon oxide films, but may be replaced with any insulating film having sufficient insulating characteristics. For example, an insulating film containing silicon nitride oxide or silicon nitride as a main component or a structure in which a plurality of different insulating films are stacked may be used.
【0058】(2)層間絶縁膜19,20は、シリコン
酸化膜に限らず、十分な絶縁特性と平坦性とを有する絶
縁膜であればどのようなものに置き代えてもよい。例え
ば、プラズマCVD法を用いて形成されたBPSG膜
や、当該BPSG膜とLPCVD法を用いて形成された
シリコン酸化膜とを複数積層した構造に置き代えてもよ
い。(2) The interlayer insulating films 19 and 20 are not limited to silicon oxide films, and may be replaced with any insulating film having sufficient insulating characteristics and flatness. For example, a BPSG film formed using a plasma CVD method or a structure in which a plurality of the BPSG film and a silicon oxide film formed using an LPCVD method are stacked may be used.
【0059】(3)各ゲート電極5〜8およびソース配
線16は、ドープドポリシリコン膜に限らず、十分な導
電性を有するものであればどのような電極材料に置き代
えてもよい。例えば、アモルファスシリコン、単結晶シ
リコン、高融点金属を含む各種金属、金属シリサイドな
どに置き代えてもよい。(3) The gate electrodes 5 to 8 and the source wiring 16 are not limited to the doped polysilicon film, but may be replaced with any electrode material having sufficient conductivity. For example, amorphous silicon, single crystal silicon, various metals including high melting point metals, metal silicide, or the like may be used.
【0060】(4)工程10および工程11におけるソ
ース領域3の形成方法を以下の方法に置き代える。ま
ず、図5(b)に示す状態で、フォトレジスト膜38お
よび浮遊ゲート電極6をイオン注入用マスクとして用い
るイオン注入法により、露出した基板9にN型不純物を
イオン注入し、熱拡散させてソース領域3を形成する。
これにより、ソース領域3の面積を精度良く規定するこ
とが可能になり、浮遊ゲート電極6とソース領域3との
位置合わせを正確に行うことができ、浮遊ゲート電極6
とソース領域3とのオーバーラップ量も制御性良く調整
できる。(4) The method of forming the source region 3 in the steps 10 and 11 is replaced by the following method. First, in the state shown in FIG. 5B, an N-type impurity is ion-implanted into the exposed substrate 9 by ion implantation using the photoresist film 38 and the floating gate electrode 6 as an ion implantation mask, and thermally diffused. The source region 3 is formed.
Thereby, the area of the source region 3 can be defined with high accuracy, and the alignment between the floating gate electrode 6 and the source region 3 can be performed accurately.
And the overlap amount between the source region 3 and the source region 3 can be adjusted with good controllability.
【0061】その後、ヒ素がドープされたドープドポリ
シリコン膜36を堆積させる。このとき、ヒ素は基板9
に拡散されにくいので、ソース領域3の面積が大きくな
ることはない。 (5)ソース領域3およびドレイン領域4を形成するた
めの不純物は、リンに限らず、どのようなN型不純物
(ヒ素、アンチモンなど)を用いてもよい。Thereafter, a doped polysilicon film 36 doped with arsenic is deposited. At this time, arsenic is deposited on the substrate 9.
, The area of the source region 3 does not increase. (5) The impurity for forming the source region 3 and the drain region 4 is not limited to phosphorus, and any N-type impurity (such as arsenic or antimony) may be used.
【0062】(6)P型単結晶シリコン基板9はP型ウ
ェルに置き代えてもよい。 (7)P型単結晶シリコン基板9をN型単結晶シリコン
基板またはN型ウェルに置き代え、ソース領域3および
ドレイン領域4を形成するための不純物としてP型不純
物(ホウ素、インジウムなど)を用いてもよい。(6) The P-type single crystal silicon substrate 9 may be replaced with a P-type well. (7) The P-type single-crystal silicon substrate 9 is replaced with an N-type single-crystal silicon substrate or an N-type well, and P-type impurities (boron, indium, etc.) are used as impurities for forming the source region 3 and the drain region 4. You may.
【図1】本発明を具体化した一実施形態の一部概略断面
図。FIG. 1 is a partial schematic cross-sectional view of an embodiment embodying the present invention.
【図2】一実施形態の一部平面図。FIG. 2 is a partial plan view of one embodiment.
【図3】一実施形態の製造方法を説明するための一部概
略断面図。FIG. 3 is a partial schematic cross-sectional view illustrating a manufacturing method according to one embodiment.
【図4】一実施形態の製造方法を説明するための一部概
略断面図。FIG. 4 is a partial schematic cross-sectional view illustrating a manufacturing method according to one embodiment.
【図5】一実施形態の製造方法を説明するための一部概
略断面図。FIG. 5 is a partial schematic cross-sectional view illustrating a manufacturing method according to one embodiment.
【図6】一実施形態の製造方法を説明するための一部概
略断面図。FIG. 6 is a partial schematic cross-sectional view illustrating a manufacturing method according to one embodiment.
1…スプリットゲート型メモリセル 2…メモリセルアレイ 3…ソース領域 4…ドレイン領域 5…チャネル領域 6…浮遊ゲート電極 7…制御ゲート電極 8…消去ゲート電極 9…P型単結晶シリコン基板 10…浮遊ゲート絶縁膜 11…制御ゲート絶縁膜 15…消去ゲート絶縁膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Split gate type memory cell 2 ... Memory cell array 3 ... Source region 4 ... Drain region 5 ... Channel region 6 ... Floating gate electrode 7 ... Control gate electrode 8 ... Erase gate electrode 9 ... P type single crystal silicon substrate 10 ... Floating gate Insulating film 11: Control gate insulating film 15: Erase gate insulating film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F001 AA26 AA32 AA33 AB02 AB03 AB30 AC02 AC06 AC20 AD41 AE02 AE03 AE08 AG02 AG07 AG17 AG21 AG24 5F083 ER02 ER09 ER14 ER18 ER22 GA09 GA11 GA15 GA17 JA36 KA05 KA11 MA02 MA19 MA20 PR29 PR40 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference)
Claims (3)
よびドレイン領域と、 ソース領域とドレイン領域に挟まれたチャネル領域と、 チャネル領域上に浮遊ゲート絶縁膜を介して形成された
浮遊ゲート電極と、 チャネル領域上に制御ゲート絶縁膜を介して形成された
制御ゲート電極と、 浮遊ゲート電極上に消去ゲート絶縁膜を介して形成され
た消去ゲート電極とを備え、 浮遊ゲート絶縁膜と消去ゲート絶縁膜とは独立した別個
の絶縁膜から成り、制御ゲート電極に対して浮遊ゲート
電極が自己整合的に形成されたことを特徴とするスプリ
ットゲート型メモリセル。A source region and a drain region formed on a semiconductor substrate; a channel region sandwiched between the source region and the drain region; a floating gate electrode formed on the channel region via a floating gate insulating film; A control gate electrode formed on the channel region via a control gate insulating film; and an erase gate electrode formed on the floating gate electrode via an erase gate insulating film. A split gate memory cell comprising a separate insulating film independent of a film, wherein a floating gate electrode is formed in a self-aligned manner with respect to a control gate electrode.
モリセルにおいて、 前記制御ゲート電極に対して前記ドレイン領域が自己整
合的に形成され、前記浮遊ゲート電極に対して前記ソー
ス領域が自己整合的に形成されたことを特徴とするスプ
リットゲート型メモリセル。2. The split gate memory cell according to claim 1, wherein said drain region is formed in a self-aligned manner with respect to said control gate electrode, and said source region is formed in a self-aligned manner with said floating gate electrode. A split gate type memory cell formed in a semiconductor device.
ットゲート型メモリセルにおいて、 前記浮遊ゲート電極から前記消去ゲート電極へ向けて突
出した突起部を備えたことを特徴とするスプリットゲー
ト型メモリセル。3. The split gate memory cell according to claim 1, further comprising: a protrusion protruding from said floating gate electrode toward said erase gate electrode. cell.
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