JP2001148430A - Nonvolatile semiconductor memory - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory

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JP2001148430A
JP2001148430A JP33072399A JP33072399A JP2001148430A JP 2001148430 A JP2001148430 A JP 2001148430A JP 33072399 A JP33072399 A JP 33072399A JP 33072399 A JP33072399 A JP 33072399A JP 2001148430 A JP2001148430 A JP 2001148430A
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JP
Japan
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gate
insulating film
diffusion layer
film
oxide film
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JP33072399A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuhiro Sugiyama
光弘 杉山
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile semiconductor memory capable of improving charge holding characteristics without damaging the characteristics of the injection and extraction of electric charges. SOLUTION: An element isolation region 2 is formed on the surface of a semiconductor substrate 1 and N+ diffusion layers 7 are formed adjacently to the element isolation region 2 with an appropriate interval in an area sectioned by the element isolation region 2. A part between the N+ diffusion layers 7 is turned to a channel area and a tunnel oxidized film 3 is formed between the N+ diffusion layers 7 on the semiconductor substrate 1. A floating gate 4, an inter-gate insulation film 5 and a control gate 6 are successively laminated on the tunnel oxidized film 3, and a gate 10 is composed of the tunnel oxidized film 3, the floating gate 4, the inter-gate insulation film 5 and the control gate 6. For the tunnel oxidized film 3, the projection part 3b of a large film thickness is formed at a center and the thin parts 3a of small film thickness are formed at both ends. Data are written and erased at the thin parts 3a of the small film thickness on both sides.

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、フラッシュメモリ
セル等の浮遊ゲートを有する不揮発性半導体記憶装置に
関し、特に、電荷の注入及び引き抜きの特性を損なうこ
となく、電荷保持特性の改善を図った不揮発性半導体記
憶装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device having a floating gate such as a flash memory cell, and more particularly to a nonvolatile semiconductor memory device having improved charge retention characteristics without impairing charge injection and extraction characteristics. The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、電気的書き換え消去可能な不揮発
性記憶素子(EEPROM)の一種であるフラッシュメ
モリデバイスがある。図9は従来の不揮発性半導体記憶
装置を示す断面図である。従来の不揮発性半導体記憶装
置においては、半導体基板100表面に形成された素子
分離領域101で区画された領域に、素子分離領域10
1に隣接してソース領域102(N+拡散層)及びドレ
イン領域103(N+拡散層)が形成されている。半導
体基板100上にはソース領域102及びドレイン領域
103に亘ってトンネル酸化膜104が形成されてい
る。このトンネル酸化膜104上にポリシリコンからな
る浮遊ゲート105、ゲート間絶縁膜106及びポリシ
リコンからなる制御ゲート107が順次積層されてい
る。なお、ソース領域102及びドレイン領域103の
間にはP型ウェル領域100aが形成されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is a flash memory device which is a kind of electrically rewritable and erasable nonvolatile memory element (EEPROM). FIG. 9 is a sectional view showing a conventional nonvolatile semiconductor memory device. In a conventional nonvolatile semiconductor memory device, an element isolation region 101 formed on a surface of a semiconductor substrate 100 is divided into element isolation regions 10.
1, a source region 102 (N + diffusion layer) and a drain region 103 (N + diffusion layer) are formed. On the semiconductor substrate 100, a tunnel oxide film 104 is formed over the source region 102 and the drain region 103. On the tunnel oxide film 104, a floating gate 105 made of polysilicon, an inter-gate insulating film 106, and a control gate 107 made of polysilicon are sequentially stacked. Note that a P-type well region 100a is formed between the source region 102 and the drain region 103.

【0003】上述の不揮発性半導体装置のデータの書込
及び消去は、トンネル酸化膜104を介して浮遊ゲート
105と半導体基板100との間で電荷を注入するか、
又は引き抜きくことにより行われている。
In the above-described data writing and erasing in the nonvolatile semiconductor device, charge is injected between the floating gate 105 and the semiconductor substrate 100 via the tunnel oxide film 104 or
Or it is done by pulling out.

【0004】電荷の注入及び引抜き(データの書込及び
消去)方法としては、半導体基板100全面から行う方
法とドレイン領域103又はソース領域102から行う
方法とがある。半導体基板100全面から電荷の注入及
び引き抜きを行う場合には、制御ゲート107とP型ウ
ェル領域100aとの間に電位差を与える。この電位差
の大小により、浮遊ゲート105に電荷が注入される
か、又は、半導体基板100に電荷が引き抜きかれる。
As a method of injecting and extracting electric charges (writing and erasing of data), there are a method in which the charge is applied from the entire surface of the semiconductor substrate 100 and a method in which the charge is inserted from the drain region 103 or the source region 102. When injecting and extracting charges from the entire surface of the semiconductor substrate 100, a potential difference is applied between the control gate 107 and the P-type well region 100a. Depending on the magnitude of this potential difference, charges are injected into the floating gate 105 or charges are drawn out into the semiconductor substrate 100.

【0005】また、ドレイン領域103又はソース領域
102から電荷の注入及び引き抜きを行う場合には、制
御ゲート107と浮遊ゲート105の直下まで張り出し
た(オーバーラップした)ドレイン領域103との間に
電位差を与えることにより、浮遊ゲート105に電荷が
注入される。また、ソース領域102と制御ゲート10
7との間に電位差を与えることにより、浮遊ゲート10
5の電荷が引き抜きかれる。これら方法は、記憶素子の
用途又は回路形式によって選択される。いずれの場合に
おいても、トンネル酸化膜104は浮遊ゲート105の
直下において、一般的に、膜厚が一様になっている。
When charge is injected or extracted from the drain region 103 or the source region 102, a potential difference is generated between the control gate 107 and the drain region 103 that extends (overlaps) immediately below the floating gate 105. By the application, charges are injected into the floating gate 105. Also, the source region 102 and the control gate 10
7, the potential difference between the floating gate 10
5 are extracted. These methods are selected depending on the use of the storage element or the circuit type. In any case, the thickness of the tunnel oxide film 104 is generally uniform immediately below the floating gate 105.

【0006】ところで、電荷の注入及び引き抜きを容易
にするためには、即ち、データの書込及び消去電圧を下
げるために、又はデータの書込及び消去時間を短くする
ためには、トンネル酸化膜104の膜厚はできるだけ薄
いことが望ましい。しかし、データ保持、即ち、浮遊ゲ
ート105内に蓄積された電荷の保持という観点から見
ると、トンネル酸化膜104の膜厚が薄いときには、浮
遊ゲート105内に蓄積された電荷がトンネル酸化膜1
04を介して半導体基板100に漏れやすくなり、記憶
素子としては致命的な欠陥となる。一般に、浮遊ゲート
が電荷を保持しているときは、その電荷自身と半導体基
板等のその他の部分との間に電界(自己電界)が発生
し、絶縁性の悪い部分では電荷が漏れやすいことが知ら
れている。また、浮遊ゲートが電荷を保持しているとき
は、データの読み込み等の書込及び消去動作以外の記憶
素子としての回路動作もある。このとき、メモリセルに
データの書込及び消去が発生しない程度の電位差が発生
する。この電位差によっても、浮遊ゲート105内の電
荷が半導体基板100に漏れやすくなる。従って、デー
タ保持の観点からは、トンネル酸化膜は厚い方が望まし
い。このことから、トンネル酸化膜104は、これらデ
ータの書込及び消去の条件、データ保持特性及びメモリ
セルのトランジスタ動作特性等をふまえて、その膜厚が
決定されている。近時、トンネル酸化膜104の膜厚
は、一般的に10nm前後である。
By the way, in order to facilitate injection and extraction of electric charges, that is, to lower the data writing and erasing voltage or to shorten the data writing and erasing time, a tunnel oxide film is required. It is desirable that the film thickness of 104 is as small as possible. However, from the viewpoint of data retention, that is, retention of charges accumulated in the floating gate 105, when the thickness of the tunnel oxide film 104 is small, the charges accumulated in the floating gate 105 are
04 easily leaks into the semiconductor substrate 100 through the semiconductor device 100, which is a fatal defect as a memory element. In general, when a floating gate holds electric charge, an electric field (self-electric field) is generated between the electric charge itself and other parts such as a semiconductor substrate, and the electric charge easily leaks in a part with poor insulation. Are known. When the floating gate holds electric charge, there is also a circuit operation as a storage element other than a write and erase operation such as data reading. At this time, a potential difference is generated to such an extent that data writing and erasing do not occur in the memory cell. The electric charge in the floating gate 105 easily leaks to the semiconductor substrate 100 due to the potential difference. Therefore, from the viewpoint of data retention, it is desirable that the tunnel oxide film be thick. Therefore, the thickness of the tunnel oxide film 104 is determined based on the conditions for writing and erasing data, the data holding characteristics, the transistor operating characteristics of the memory cell, and the like. Recently, the thickness of the tunnel oxide film 104 is generally around 10 nm.

【0007】しかしながら、近時、不揮発性半導体記憶
装置においては、動作電圧の低電圧化並びにデータの書
込及び消去の高速化等の要求が強くなっている。このた
め、トンネル酸化膜は、その膜厚がより一層薄いことが
要求され、且つデータ保持特性が良好で信頼性が高いこ
とが要求されている。このようなトンネル酸化膜を得る
ことが、大きな課題になっている。
However, recently, in nonvolatile semiconductor memory devices, there has been an increasing demand for lower operating voltage and higher speed of data writing and erasing. For this reason, the tunnel oxide film is required to be thinner, and is required to have good data retention characteristics and high reliability. Obtaining such a tunnel oxide film is a major issue.

【0008】このような背景のもとで、特開平9−92
737号公報には、ドレイン電圧による誤消去を防止す
ることを目的として、ドレイン拡散層上部のトンネル酸
化膜を局部的に厚くした不揮発性メモリ装置が提案され
ている。この不揮発性メモリ装置では、ドレイン拡散層
上部をトンネル酸化膜の膜厚が厚い部分が覆っているの
で、非選択セルにおけるドレイン電圧による浮遊ゲート
電極からドレインへのトンネル電流を抑制することがで
き、誤った電子引き抜き、即ち、誤消去を防止すること
ができる。これは、この従来技術においては、消去時
に、浮遊ゲート電極からソース拡散層へトンネル電流を
流して電子引き抜きを行うため、トンネル酸化膜を厚く
設定することはできないが、書き込みはドレイン電流に
よるイオンインパクト化で発生したホットエレクトロン
注入により行うため、注入位置がドレイン拡散層近傍の
チャネル部であると共に、ホットエレクトロンの注入は
多少トンネル酸化膜が厚くても、注入効率が大幅に低下
することがないからであると前記公報に記載されてい
る。
Under such a background, Japanese Patent Laid-Open No. 9-92
No. 737 proposes a nonvolatile memory device in which a tunnel oxide film above a drain diffusion layer is locally thickened in order to prevent erroneous erasure due to a drain voltage. In this non-volatile memory device, since the upper portion of the drain diffusion layer is covered by the thick portion of the tunnel oxide film, the tunnel current from the floating gate electrode to the drain due to the drain voltage in the unselected cells can be suppressed, Erroneous electron extraction, that is, erroneous erasure can be prevented. This is because, in this prior art, when erasing, a tunnel current flows from the floating gate electrode to the source diffusion layer to extract electrons. Therefore, the thickness of the tunnel oxide film cannot be set large. Since the injection is performed by the hot electron injection generated by the formation, the injection position is in the channel portion near the drain diffusion layer, and the injection of the hot electrons does not significantly reduce the injection efficiency even if the tunnel oxide film is somewhat thick. Is described in the above publication.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の特開平
9−92737号公報に記載された従来の不揮発性半導
体記憶装置は、電荷が浮遊ゲートからチャネル領域に漏
れてしまう虞がある。このため、この従来技術において
は、データの保持特性が低いという問題点がある。
However, in the conventional nonvolatile semiconductor memory device described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-92737, there is a possibility that charges leak from the floating gate to the channel region. For this reason, this conventional technique has a problem that the data retention characteristics are low.

【0010】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、電荷の注入及び引き抜きの特性を損なうこ
となく、電荷保持特性の改善を図ることができる不揮発
性半導体記憶装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a nonvolatile semiconductor memory device capable of improving charge retention characteristics without impairing charge injection and extraction characteristics. With the goal.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明に係る不揮発性半
導体記憶装置は、半導体基板と、前記半導体基板の表面
に相互に適長間隔をおいて形成された1対の拡散層領域
と、前記拡散層領域の間の前記半導体基板上に形成され
た第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成された浮
遊ゲートと、前記浮遊ゲート上に形成された第2の絶縁
膜と、前記第2の絶縁膜上に形成された制御ゲートとを
有し、前記第1の絶縁膜はその少なくとも一方の端部が
前記拡散層領域の上に延出し、前記第1の絶縁膜はその
拡散層領域上の部分の膜厚よりも他の部分の膜厚の方が
厚いことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a nonvolatile semiconductor memory device, comprising: a semiconductor substrate; a pair of diffusion layer regions formed on the surface of the semiconductor substrate at an appropriate interval from each other; A first insulating film formed on the semiconductor substrate between the diffusion layer regions, a floating gate formed on the first insulating film, and a second insulating film formed on the floating gate; , A control gate formed on the second insulating film, at least one end of the first insulating film extends above the diffusion layer region, and the first insulating film has It is characterized in that the thickness of the other portion is thicker than the thickness of the portion on the diffusion layer region.

【0012】本発明においては、拡散層領域から第1の
絶縁膜の端部の薄部を介して浮遊ゲートへの電荷の注入
及び引き抜きを行うので、データの書き込み及び消去の
速度は低下しない。一方、第1の絶縁膜の他の部分は膜
厚が厚いので、半導体基板と制御ゲートとの間に電位差
が生じた場合、浮遊ゲート内の電荷の漏れを著しく小さ
く抑えることができる。このため、浮遊ゲートの電荷の
保持特性が向上する。従って、データの書込及び消去に
影響を与えることなく、データの保持特性を向上させる
ことができる。
In the present invention, since the charge is injected and extracted from the diffusion layer region to the floating gate through the thin portion at the end of the first insulating film, the speed of data writing and erasing does not decrease. On the other hand, since the other portion of the first insulating film is thick, when a potential difference occurs between the semiconductor substrate and the control gate, leakage of electric charge in the floating gate can be suppressed extremely small. Therefore, the charge retention characteristics of the floating gate are improved. Therefore, data retention characteristics can be improved without affecting data writing and erasing.

【0013】この場合に、前記第1の絶縁膜はその両端
部が前記拡散層領域上に延出し、前記第1の絶縁膜はそ
の両端部分の膜厚よりも中央部分の膜厚の方を厚くする
ように構成することができる。これにより、浮遊ゲート
への電荷の注入及び引き抜きを第1の絶縁膜の両端部を
介してすることができる。この場合は、前記第1の絶縁
膜の両端部の薄部の一方でデータを書き込み、他方でデ
ータを消去することができる。また、データの書き込
み、消去の位置を逆にすることもできる。
In this case, both ends of the first insulating film extend above the diffusion layer region, and the thickness of the first insulating film at the central portion is larger than that at both ends. It can be configured to be thick. Accordingly, charge injection and extraction to the floating gate can be performed through both ends of the first insulating film. In this case, data can be written to one of the thin portions at both ends of the first insulating film and erased to the other. Further, the positions of data writing and erasing can be reversed.

【0014】また、前記第1の絶縁膜がその一方の端部
のみが前記拡散層領域上に延出している場合は、この一
方の端部の薄部でデータの書き込み及び消去をする。
When only one end of the first insulating film extends above the diffusion layer region, data is written and erased at a thin portion at the one end.

【0015】更に、前記第1の絶縁膜の前記少なくとも
一方の端部の薄部はそのゲート中心側の端部が前記拡散
層領域のゲート中心側の端部よりもゲート中心側に位置
することが好ましい。これにより、浮遊ゲートへの電荷
の注入及び引き抜きの速度が低下することを防止するこ
とができる。
Further, the thin portion at the one end of the first insulating film has its gate-side end located closer to the gate center than the gate-center end of the diffusion layer region. Is preferred. Thus, it is possible to prevent the speed of injecting and extracting charges into and from the floating gate from decreasing.

【0016】更にまた、本発明においては、例えば、前
記第1の絶縁膜の厚部と薄部との間は膜厚が連続的に変
化している。
Further, in the present invention, for example, the thickness of the first insulating film between the thick portion and the thin portion is continuously changed.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係る不揮
発性半導体記憶装置について添付の図面を参照して詳細
に説明する。図1は本発明の第1の実施例に係る不揮発
性半導体記憶装置を示す断面図、図2は本実施例の動作
を示す模式的断面図である。図3(a)乃至(c)は本
発明の第1の実施例に係る不揮発性半導体記憶装置の製
造方法を工程順を示す断面図、図4(a)及び(b)は
図3(a)乃至(c)の次の工程を工程順を示す断面図
である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic sectional view showing the operation of the present embodiment. FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views illustrating the steps of a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention. FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views of FIGS. FIGS. 4A to 4C are cross-sectional views showing the order of steps following the steps shown in FIGS.

【0018】本実施例においては、半導体基板1表面に
素子分離領域2が形成されている。この素子分離領域2
で区画された領域にN+拡散層7(ソース領域又はドレ
イン領域に相当)が適長間隔をおいて夫々素子分離領域
2に隣接して形成されている。このN+拡散層7の間が
チャネル領域となる。チャネル領域上にトンネル酸化膜
3が形成されており、その両端部がN+拡散層7上に延
出している。このトンネル酸化膜3上に浮遊ゲート4、
ゲート間絶縁膜5及び制御ゲート6が順次積層されてい
る。トンネル酸化膜3、浮遊ゲート4、ゲート間絶縁膜
5及び制御ゲート6によりゲート部10が形成される。
In this embodiment, an element isolation region 2 is formed on the surface of a semiconductor substrate 1. This element isolation region 2
N + diffusion layers 7 (corresponding to a source region or a drain region) are formed adjacent to the element isolation region 2 at appropriate intervals. The space between the N + diffusion layers 7 becomes a channel region. A tunnel oxide film 3 is formed on the channel region, and both ends of the tunnel oxide film 3 extend on the N + diffusion layer 7. On this tunnel oxide film 3, a floating gate 4,
The inter-gate insulating film 5 and the control gate 6 are sequentially stacked. A gate portion 10 is formed by the tunnel oxide film 3, the floating gate 4, the inter-gate insulating film 5, and the control gate 6.

【0019】トンネル酸化膜3は、中央部に膜厚が厚い
凸部3bが形成され、その両端部に膜厚が薄い薄部3a
が形成されている。チャネル領域上の凸部3bの膜厚が
+拡散層7上に重なる端部の膜厚に比べて厚く形成さ
れている。即ち、半導体基板1の縦断面においてチャネ
ル領域を中心として凸状に形成されている。薄部3aの
膜厚は、例えば9nmであり、凸部3bの膜厚は、例え
ば15nm程度である。薄部3aと凸部3bとの間には
斜面が形成されている。
The tunnel oxide film 3 has a thick protrusion 3b formed at the center and a thin film 3a at both ends.
Are formed. The thickness of the projection 3b on the channel region is formed to be larger than the thickness of the end overlapping the N + diffusion layer 7. That is, in the vertical cross section of the semiconductor substrate 1, the semiconductor substrate 1 is formed in a convex shape with the channel region as a center. The thickness of the thin portion 3a is, for example, 9 nm, and the thickness of the projection 3b is, for example, about 15 nm. An inclined surface is formed between the thin portion 3a and the convex portion 3b.

【0020】浮遊ゲート4及び制御ゲート6は、例えば
ポリシリコンからなり、その膜厚は例えば200nm程
度である。ゲート間絶縁膜5は、例えばシリコン酸化膜
からなり、その膜厚は、例えばシリコン酸化膜換算で2
0nm程度である。N+拡散層7は浮遊ゲート4直下
に、例えば半導体基板1の板厚方向に150nm程度拡
散して形成されている。N+拡散層7のゲート中心側の
端部とトンネル酸化膜3の薄部3aのゲート中心側の端
部とはほぼ一致している。即ち、このN+拡散層7と浮
遊ゲート4との重なる寸法はトンネル酸化膜3の薄部3
aの半導体基板1のチャネル長方向における長さとほぼ
一致している。なお、トンネル酸化膜3の薄部3aのゲ
ート中心側の端部はN+拡散層7のゲート中心側の端部
と一致するか又はこれよりもゲート中心側とすることが
好ましい。即ち、半導体基板1のチャネル長方向におけ
るトンネル酸化膜3の薄部3aの長さはN+拡散層7と
浮遊ゲート4とが重なる寸法か又はこれよりも長くする
ことが好ましい。これにより、データの書き込み速度及
びデータの消去速度を高速に維持できる。
The floating gate 4 and the control gate 6 are made of, for example, polysilicon and have a thickness of, for example, about 200 nm. The inter-gate insulating film 5 is made of, for example, a silicon oxide film and has a thickness of, for example, 2 in terms of a silicon oxide film.
It is about 0 nm. The N + diffusion layer 7 is formed immediately below the floating gate 4 by, for example, being diffused by about 150 nm in the thickness direction of the semiconductor substrate 1. The end of the N + diffusion layer 7 on the gate center side substantially coincides with the end of the thin portion 3a of the tunnel oxide film 3 on the gate center side. That is, the overlapping dimension of the N + diffusion layer 7 and the floating gate 4 is the thickness of the thin portion 3 of the tunnel oxide film 3.
a substantially coincides with the length of the semiconductor substrate 1 in the channel length direction. It is preferable that the end of the thin portion 3a of the tunnel oxide film 3 on the gate center side coincides with the end of the N + diffusion layer 7 on the gate center side or on the gate center side. That is, the length of the thin portion 3a of the tunnel oxide film 3 in the channel length direction of the semiconductor substrate 1 is preferably set to a dimension at which the N + diffusion layer 7 and the floating gate 4 overlap or longer. Thereby, the data writing speed and the data erasing speed can be maintained at high speed.

【0021】本実施例においては、浮遊ゲート4への電
荷の注入及び引き抜きを半導体基板1の全面ではなく、
ドレイン領域又はソース領域に相当するN+拡散層7か
ら行うことを前提としている。即ち、図2に示すよう
に、N+拡散層7からトンネル酸化膜3の薄部3aを介
して浮遊ゲート4への電荷の注入及び引き抜きを行う。
従って、このトンネル酸化膜3の薄部3aはデータの書
込及び消去に応じた厚さでよい。このため、データの書
き込み及び消去速度は従来の不揮発性半導体記憶装置と
比較しても低下しない。しかし、それ以外の電荷の注入
及び引き抜きに寄与しない部分においては、トンネル酸
化膜3の膜厚を厚くしているので、P型ウェル領域2と
制御ゲート6との間に電位差が生じた場合、浮遊ゲート
4内の電荷の漏れを著しく小さく抑えることができる。
このため、浮遊ゲート4の電荷の保持特性が向上する。
従って、データの書込及び消去速度に影響を与えること
なく、データの保持特性を向上させることができる。ト
ンネル酸化膜3の膜厚が、浮遊ゲート4直下で同一であ
る場合に比べて、トンネル酸化膜3の凸部3bの割合が
ゲート面積の半分であるときには、電荷の漏れる量もほ
ぼ半分となり、データ保持時間は2倍になる。
In this embodiment, the injection and extraction of charges into and from the floating gate 4 are performed not on the entire surface of the semiconductor substrate 1 but on the
It is assumed that the process is performed from the N + diffusion layer 7 corresponding to the drain region or the source region. That is, as shown in FIG. 2, charge injection and extraction from the N + diffusion layer 7 to the floating gate 4 through the thin portion 3a of the tunnel oxide film 3 are performed.
Therefore, the thin portion 3a of the tunnel oxide film 3 may have a thickness suitable for writing and erasing data. For this reason, the data writing and erasing speeds do not decrease as compared with the conventional nonvolatile semiconductor memory device. However, in other portions that do not contribute to the injection and extraction of charges, the thickness of the tunnel oxide film 3 is increased. Therefore, when a potential difference occurs between the P-type well region 2 and the control gate 6, Leakage of charges in the floating gate 4 can be suppressed to a very small level.
For this reason, the charge retention characteristics of the floating gate 4 are improved.
Therefore, the data retention characteristics can be improved without affecting the data writing and erasing speeds. When the thickness of the tunnel oxide film 3 is the same under the floating gate 4 and the ratio of the convex portions 3b of the tunnel oxide film 3 is half of the gate area, the amount of charge leakage is also almost half. Data retention time is doubled.

【0022】次に、本実施例の製造方法を工程順に図3
(a)乃至(c)、図4(a)及び(b)並びに図1を
参照して説明する。
Next, the manufacturing method of this embodiment will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIGS. 4A to 4C, FIGS. 4A and 4B, and FIG.

【0023】先ず、例えばシリコンからなる半導体基板
1の表面に素子分離領域2を形成する。素子分離領域2
は、例えばシリコン酸化膜である。この素子分離領域2
により区画された領域内にP型ウェル領域1aを形成す
る。区画された領域の表面に、例えば熱酸化法によりシ
リコン酸化膜9を形成する。シリコン酸化膜9の膜厚
は、例えば20nmである。なお、素子分離領域2、P
型ウェル領域1a及びシリコン酸化膜9の形成方法は一
般的なトランジスタと同じである。
First, an element isolation region 2 is formed on a surface of a semiconductor substrate 1 made of, for example, silicon. Element isolation region 2
Is, for example, a silicon oxide film. This element isolation region 2
A P-type well region 1a is formed in a region defined by the above. A silicon oxide film 9 is formed on the surface of the partitioned region by, for example, a thermal oxidation method. The thickness of the silicon oxide film 9 is, for example, 20 nm. Note that the element isolation region 2, P
The method of forming the mold well region 1a and the silicon oxide film 9 is the same as that of a general transistor.

【0024】次に、図3(b)に示すように、半導体基
板1上にレジスト膜8を形成し、浮遊ゲートの半導体基
板1のチャネル長方向における幅寸法よりも、例えば片
側15nm程度細めにレジスト膜8をパターニングし、
これをマスクにして、不純物として、例えば窒素を加速
電圧が20keVで5×1014cm-2程度のイオン注入
をする。このとき、イオン注入のスルー酸化膜として、
前工程で残しておいたシリコン酸化膜9を使用し、この
シリコン酸化膜9を介して、レジスト膜8によりマスク
されていない半導体基板1(シリコン素子)領域に窒素
を注入する。これにより、窒素が注入された部分と窒素
が注入されていない部分とで、シリコンの酸化速度を変
えることが可能となる。
Next, as shown in FIG. 3B, a resist film 8 is formed on the semiconductor substrate 1, and the floating gate is narrowed, for example, by about 15 nm on one side, from the width of the semiconductor substrate 1 in the channel length direction. Pattern the resist film 8,
Using this as a mask, an impurity such as nitrogen is ion-implanted at an acceleration voltage of 20 keV and about 5 × 10 14 cm −2 . At this time, as a through oxide film for ion implantation,
Using the silicon oxide film 9 left in the previous step, nitrogen is implanted through the silicon oxide film 9 into the semiconductor substrate 1 (silicon element) region not masked by the resist film 8. This makes it possible to change the oxidation rate of silicon between a portion where nitrogen is injected and a portion where nitrogen is not injected.

【0025】次に、図3(c)に示すように、シリコン
酸化膜を除去した後、例えば熱酸化法により、トンネル
酸化膜3を形成する。トンネル酸化膜3は窒素が注入さ
れている領域と、窒素が注入されていない領域とで成長
速度が異なり、窒素が注入された領域では酸化膜の成長
速度が遅く、窒素が注入されていない領域では酸化膜の
成長速度が速い。このため、トンネル酸化膜3は区画領
域の中央部の膜厚が厚い凸字形状に成長する。中央部の
凸部3bを、例えば約15nmの膜厚まで成長させた場
合、その両端部の薄部3aでは、その膜厚が約9nm程
度に成長する。注入した窒素はトンネル酸化膜3中に取
り込まれるが、リーク電流特性に殆ど差がないことが知
られている。
Next, as shown in FIG. 3C, after removing the silicon oxide film, a tunnel oxide film 3 is formed by, for example, a thermal oxidation method. The growth rate of the tunnel oxide film 3 is different between the region into which nitrogen is implanted and the region into which nitrogen is not implanted. In the region into which nitrogen is implanted, the growth speed of the oxide film is low, and the region into which nitrogen is not implanted. In this case, the growth rate of the oxide film is high. For this reason, the tunnel oxide film 3 grows in a convex shape in which the film thickness at the center of the partition region is large. When the central projection 3b is grown to a thickness of, for example, about 15 nm, the thickness of the thin sections 3a at both ends grows to about 9 nm. The injected nitrogen is taken into the tunnel oxide film 3, but it is known that there is almost no difference in the leak current characteristics.

【0026】次に、図4(a)に示すように、半導体基
板1上にトンネル酸化膜3を覆うように浮遊ゲートとな
る第1の導電膜40を形成する。第1の導電膜40は、
例えばポリシリコンからなり、その膜厚は、例えば20
0nmである。そして、第1の導電膜40上にゲート間
絶縁膜となる絶縁膜50を形成する。絶縁膜50は、例
えばシリコン酸化膜である。更に、この絶縁膜50上に
制御ゲートとなる第2の導電膜60を形成する。第2の
導電膜60は、例えばポリシリコンからなり、その膜厚
は、例えば200nmである。
Next, as shown in FIG. 4A, a first conductive film 40 serving as a floating gate is formed on the semiconductor substrate 1 so as to cover the tunnel oxide film 3. The first conductive film 40
For example, it is made of polysilicon, and its film thickness is, for example, 20
0 nm. Then, an insulating film 50 serving as an inter-gate insulating film is formed over the first conductive film 40. The insulating film 50 is, for example, a silicon oxide film. Further, a second conductive film 60 serving as a control gate is formed on the insulating film 50. The second conductive film 60 is made of, for example, polysilicon, and has a thickness of, for example, 200 nm.

【0027】なお、本発明においては、浮遊ゲート4の
形状はメモリセルの方式で異なる場合があり、この場合
には、浮遊ゲート4と制御ゲート6とは図4(a)に示
すような断面図では、両方のゲートが同時にパターニン
グされるように見えているが形状は異なる。しかし、図
4(a)では浮遊ゲート4と制御ゲート6との形状の違
いは省略してある。このようなときに、ゲート毎にエッ
チングするときには、使用するマスクパターンが異な
る。このため、浮遊ゲート4を所望の形状にパターニン
グした後、浮遊ゲート4上にゲート間絶縁膜5を成膜
し、このゲート間絶縁膜5の上に制御ゲート6を成膜す
る。
In the present invention, the shape of the floating gate 4 may be different depending on the type of the memory cell. In this case, the floating gate 4 and the control gate 6 have a cross section as shown in FIG. In the figure, both gates appear to be patterned simultaneously, but in different shapes. However, in FIG. 4A, the difference in shape between the floating gate 4 and the control gate 6 is omitted. In such a case, when etching is performed for each gate, a different mask pattern is used. Therefore, after the floating gate 4 is patterned into a desired shape, an inter-gate insulating film 5 is formed on the floating gate 4, and a control gate 6 is formed on the inter-gate insulating film 5.

【0028】なお、浮遊ゲート及び制御ゲートは夫々導
電膜を成膜した後に、例えばイオン注入等により適宜ド
ーピングし、不純物が注入される。
After the conductive film is formed, the floating gate and the control gate are appropriately doped by, for example, ion implantation or the like, and impurities are implanted.

【0029】次に、図4(b)に示すように、第2の導
電膜上にレジスト膜(図示せず)を形成し、このレジス
ト膜をパターニングし、これをマスクにして第2の導電
膜、絶縁膜、第1の導電膜及びトンネル絶縁膜を順次ド
ライエッチングする。この工程により、区画領域内に半
導体基板1表面側からトンネル酸化膜3、浮遊ゲート
4、ゲート間絶縁膜5及び制御ゲート6が同一形状に積
層されてなるゲート部10が形成される。この工程にお
いては、エッチングは同じエッチング装置内で連続して
も行ってもよい。また、第1及び第2の導電膜のエッチ
ングと絶縁膜のエッチングとで、エッチング装置を変え
ることもできる。なお、浮遊ゲート4と部分的に膜厚が
異なるトンネル酸化膜3は自己整合的にパターンが合う
のではなく、浮遊ゲート4のパターン形成時に、パター
ン変換差によるズレが生じる。しかし、現在、一般的に
使用されている光リソグラフィ露光装置では、パターン
を、例えば50nm以下のズレ量で合わせることが可能
なので、位置合わせに関しては、実用上問題が生じな
い。
Next, as shown in FIG. 4B, a resist film (not shown) is formed on the second conductive film, the resist film is patterned, and the second conductive film is masked. The film, the insulating film, the first conductive film, and the tunnel insulating film are sequentially dry-etched. By this step, a gate portion 10 is formed in the partitioned region, in which the tunnel oxide film 3, the floating gate 4, the inter-gate insulating film 5, and the control gate 6 are stacked in the same shape from the surface side of the semiconductor substrate 1. In this step, the etching may be performed continuously or in the same etching apparatus. Further, the etching apparatus can be changed between the etching of the first and second conductive films and the etching of the insulating film. The pattern of the tunnel oxide film 3 having a thickness partially different from that of the floating gate 4 does not match in a self-aligning manner, and a shift occurs due to a pattern conversion difference when the pattern of the floating gate 4 is formed. However, in a photolithography exposure apparatus generally used at present, a pattern can be adjusted with a shift amount of, for example, 50 nm or less, so that there is no practical problem in alignment.

【0030】次に、素子分離領域2とゲート10部との
間の半導体基板1表面に、不純物として、例えばリン又
はヒ素をイオン注入して、例えば熱拡散法により不純物
を半導体基板1の水平方向に拡散させる。この工程によ
り、トンネル酸化膜3の薄部3aの直下までN+拡散層
7が形成される。その後の工程は、一般的なMOSトラ
ンジスタの製造工程と同じである。これにより、図1に
示すような不揮発性半導体記憶装置が形成される。
Next, for example, phosphorus or arsenic is ion-implanted as an impurity into the surface of the semiconductor substrate 1 between the element isolation region 2 and the gate 10, and the impurity is injected in the horizontal direction of the semiconductor substrate 1 by, for example, a thermal diffusion method. To spread. By this step, the N + diffusion layer 7 is formed right below the thin portion 3a of the tunnel oxide film 3. Subsequent steps are the same as those of a general MOS transistor. Thus, a nonvolatile semiconductor memory device as shown in FIG. 1 is formed.

【0031】本実施例においては、不純物をイオン注入
した後、熱拡散法により不純物を拡散しているので、ト
ンネル酸化膜3とN+拡散層7との界面が乱れることが
ない。
In this embodiment, since the impurities are diffused by the thermal diffusion method after the impurities are ion-implanted, the interface between the tunnel oxide film 3 and the N + diffusion layer 7 is not disturbed.

【0032】次に、本発明の第2の実施例について、添
付の図面を参照して詳細に説明する。図5は本発明の第
2の本実施例の不揮発性半導体記憶装置を示す断面図、
図6(a)乃至(c)は本実施例の不揮発性半導体記憶
装置の製造方法を工程順を示す断面図、図7(a)及び
(b)は図6(a)乃至(c)の次の工程を工程順を示
す断面図、図8(a)及び(b)は図7(a)及び
(b)の次の工程を工程順を示す断面図である。なお、
図1乃至図4に示す第1の実施例と同一構成物には同一
符号を付してその詳細な説明は省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 5 is a sectional view showing a nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention,
6A to 6C are cross-sectional views showing the steps of a method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment in the order of steps, and FIGS. 7A and 7B are sectional views of FIGS. 6A to 6C. FIGS. 8A and 8B are cross-sectional views showing the order of steps in the next step of FIGS. 7A and 7B. In addition,
The same components as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0033】本実施例においては、第1の実施例と比較
して、N+拡散層7a、7bの大きさが異なり、N+拡散
層7a、7bの大きさは左右非対称である。N+拡散層
7aの小さい方では、N+拡散層7a上にトンネル酸化
膜3が形成されていない。一方、N+拡散層7bの大き
い方では、N+拡散層7b上にトンネル酸化膜30の一
端に形成された薄部30aが重なっている。N+拡散層
7bに重なっていない部分の膜厚が薄部30aの膜厚に
比して厚くなっている点が異なり、それ以外の構成は第
1の実施例と同一である。また、薄部30aのゲート中
心側の端部はN+拡散層7aのゲート中心側の端部と一
致している。
[0033] In this embodiment, as compared with the first embodiment, different sizes of N + diffusion layer 7a, 7b, N + diffusion layer 7a, the size of 7b is asymmetrical. N + small in towards the diffusion layer 7a, N + on the diffusion layer 7a is not formed tunnel oxide film 3. On the other hand, N + larger than the diffusion layer 7b, N + diffusion layer 7b thin portion 30a formed at one end of the tunnel oxide film 30 on the overlap. The difference is that the thickness of the portion not overlapping with the N + diffusion layer 7b is larger than the thickness of the thin portion 30a, and the other configuration is the same as that of the first embodiment. The end of the thin portion 30a on the gate center side coincides with the end of the N + diffusion layer 7a on the gate center side.

【0034】本実施例においては、浮遊ゲート4への電
荷の注入及び引き抜きは拡散層領域の大きさが大きいN
+拡散層7b側でトンネル酸化膜30の薄部30aを介
してなされる。このため、データの書き込み及び消去速
度は従来のものに比べて低下することがない。また、第
1の実施例に比べて、データの保持特性を向上させない
無駄なゲートの面積をなくすことができる。即ち、ゲー
ト面積に占めるトンネル酸化膜30の薄部30aの面積
比率を小さくすることができるので、凸部30bの面積
が多くなり、より一層データの保持特性の向上を図るこ
とができる。
In this embodiment, the injection and extraction of the electric charge into and from the floating gate 4 is performed by using N
+ The diffusion is performed via the thin portion 30a of the tunnel oxide film 30 on the diffusion layer 7b side. Therefore, the data writing and erasing speeds do not decrease as compared with the conventional one. Further, as compared with the first embodiment, it is possible to eliminate a useless gate area which does not improve the data holding characteristic. That is, since the area ratio of the thin portion 30a of the tunnel oxide film 30 to the gate area can be reduced, the area of the protrusion 30b increases, and the data retention characteristics can be further improved.

【0035】更にまた、電荷の注入及び引き抜きに関与
しないN+拡散層7aはその大きさを小さくすることが
できる。このため、集積度を上げることができる。ま
た、薄部30aと凸部30bとの間は連続的に変化し斜
面が形成されている。なお、薄部30aのゲート中心側
の端部はN+拡散層7aのゲート中心側の端部よりもゲ
ート中心側とすることが好ましい。これにより、N+
散層7b上でトンネル酸化膜30の膜厚は薄くなり、デ
ータの書き込み及び消去速度を高速に維持できる。
Further, the size of the N + diffusion layer 7a which is not involved in charge injection and extraction can be reduced. Therefore, the degree of integration can be increased. Further, the slope between the thin portion 30a and the convex portion 30b changes continuously to form a slope. Note that the end of the thin portion 30a on the gate center side is preferably closer to the gate center than the end of the N + diffusion layer 7a on the gate center side. As a result, the thickness of the tunnel oxide film 30 on the N + diffusion layer 7b is reduced, and the data writing and erasing speed can be maintained at a high speed.

【0036】次に、本実施例の不揮発性半導体記憶装置
の製造方法について、図6(a)乃至(c)、図7
(a)及び(b)、図8(a)及び(b)並びに図5を
参照して説明する。
Next, a method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to (a) and (b), FIGS. 8 (a) and (b), and FIG.

【0037】本実施例の製造方法においては、第1の実
施例と比較して、図6(a)に示す工程が同一工程であ
るので、その詳細な説明は省略し、図6(b)に示す工
程から説明する。先ず、半導体基板1上にレジスト膜8
0を形成し、浮遊ゲート4の半導体基板1のチャネル長
方向における幅寸法より片側だけ、例えば15nm程度
細めにレジスト膜80をパターニングし、これをマスク
にして不純物として、例えば窒素を20keVの加速電
圧で5×1014cm-2程度のイオン注入をする。この工
程により、浮遊ゲートの片側端部となる領域に窒素が注
入され、酸化膜の成長速度が変えられる。
In the manufacturing method of this embodiment, since the process shown in FIG. 6A is the same as that of the first embodiment, a detailed description thereof will be omitted, and FIG. The process will be described from step (1). First, a resist film 8 is formed on a semiconductor substrate 1.
Then, the resist film 80 is patterned on one side, for example, about 15 nm narrower than the width dimension of the floating gate 4 in the channel length direction of the semiconductor substrate 1, and using this as a mask, an acceleration voltage of 20 keV, for example, nitrogen is used as an impurity. Implant ions of about 5 × 10 14 cm −2 . Through this step, nitrogen is injected into a region which is one end of the floating gate, and the growth rate of the oxide film is changed.

【0038】次に、図6(c)に示すように、シリコン
酸化膜を除去した後、例えば熱酸化法によりトンネル酸
化膜30を形成する。このトンネル酸化膜30は、窒素
が注入されていない領域が他の部分の膜厚と比して膜厚
が厚い。前工程において、窒素が注入されていない部
分、即ち、トンネル酸化膜30の凸部30bを、例えば
膜厚を約15nmまで成長させると、窒素を注入した部
分、即ち、トンネル酸化膜30の薄部30aは膜厚が約
9nm程度に成長する。
Next, as shown in FIG. 6C, after removing the silicon oxide film, a tunnel oxide film 30 is formed by, for example, a thermal oxidation method. This tunnel oxide film 30 is thicker in a region where nitrogen is not implanted than in other portions. In the previous step, when the portion into which nitrogen is not implanted, that is, the protrusion 30b of the tunnel oxide film 30 is grown to a thickness of about 15 nm, for example, the portion into which nitrogen is implanted, that is, the thin portion of the tunnel oxide film 30 is formed. 30a grows to a thickness of about 9 nm.

【0039】次に、図7(a)に示すように、半導体基
板1上にトンネル酸化膜30を覆うように浮遊ゲートと
なる第1の導電膜40を形成する。第1の導電膜40
は、例えばポリシリコンからなり、その膜厚は、例えば
200nmである。そして、第1の導電膜40上にゲー
ト間絶縁膜となる絶縁膜50を形成する。絶縁膜50
は、例えばシリコン酸化膜である。更に、この絶縁膜5
0上に制御ゲートとなる第2の導電膜60を形成する。
第2の導電膜60は、例えばポリシリコンからなり、そ
の膜厚は、例えば200nmである。なお、浮遊ゲート
及び制御ゲートは夫々導電膜の成膜後に、例えばイオン
注入等により適宜ドーピングし、不純物が注入される。
Next, as shown in FIG. 7A, a first conductive film 40 serving as a floating gate is formed on the semiconductor substrate 1 so as to cover the tunnel oxide film 30. First conductive film 40
Is made of, for example, polysilicon, and its film thickness is, for example, 200 nm. Then, an insulating film 50 serving as an inter-gate insulating film is formed over the first conductive film 40. Insulating film 50
Is, for example, a silicon oxide film. Further, the insulating film 5
A second conductive film 60 serving as a control gate is formed on the gate electrode 0.
The second conductive film 60 is made of, for example, polysilicon, and has a thickness of, for example, 200 nm. After the conductive film is formed, the floating gate and the control gate are appropriately doped by, for example, ion implantation, and impurities are implanted.

【0040】次に、図7(b)に示すように、第2の導
電膜上にレジスト膜(図示せず)を形成し、このレジス
ト膜をパターニングし、これをマスクにして第2の導電
膜、絶縁膜、第1の導電膜及びトンネル絶縁膜を順次ド
ライエッチングする。この工程により、ゲート部10が
形成される。
Next, as shown in FIG. 7B, a resist film (not shown) is formed on the second conductive film, the resist film is patterned, and the second conductive film is The film, the insulating film, the first conductive film, and the tunnel insulating film are sequentially dry-etched. Through this step, the gate section 10 is formed.

【0041】次に、図8(a)に示すように、ゲート部
10を覆うようにしてレジスト膜81を半導体基板1上
に形成し、トンネル酸化膜30の凸部30b側の片側半
分がレジスト膜81で覆われるようにパターニングし、
このレジスト膜81をマスクにして、トンネル酸化膜3
0の薄部30a側の露出した半導体基板1表面に、不純
物として、例えばリン又はヒ素等をイオン注入し、例え
ば熱拡散法により不純物を半導体基板1の水平方向に拡
散させる。この工程により、トンネル酸化膜30の薄部
30aの直下までN+拡散層7が形成される。
Next, as shown in FIG. 8A, a resist film 81 is formed on the semiconductor substrate 1 so as to cover the gate portion 10, and one half of the tunnel oxide film 30 on the side of the convex portion 30b is formed of resist. Patterning so as to be covered with the film 81,
Using this resist film 81 as a mask, tunnel oxide film 3
As an impurity, for example, phosphorus or arsenic is ion-implanted into the exposed surface of the semiconductor substrate 1 on the side of the thin portion 30a, and the impurity is diffused in the horizontal direction of the semiconductor substrate 1 by, for example, a thermal diffusion method. By this step, N + diffusion layer 7 is formed right below thin portion 30a of tunnel oxide film 30.

【0042】次に、図8(b)に示すように、ゲート部
10を覆うようにしてレジスト膜82を半導体基板1上
に形成し、N+拡散層7a側の片側半分がレジスト膜8
2で覆われるようにパターニングし、このレジスト膜8
2をマスクにして、トンネル酸化膜30の凸部30b側
の露出した半導体基板1表面に、不純物として、例えば
リン又はヒ素等をイオン注入してN+拡散層7bを形成
する。この場合、本実施例においては、電荷の注入及び
引き抜きはN+拡散層7bではなされないため、N+拡散
層7bはトンネル酸化膜30の直下まで形成する必要が
ない。このため、N+拡散層7bは半導体基板1水平方
向に拡散させる必要がない。このようにして、図5に示
すように、N+拡散層7a、7bが左右非対称に形成さ
れる。
Next, as shown in FIG. 8B, a resist film 82 is formed on the semiconductor substrate 1 so as to cover the gate portion 10, and one half of the N + diffusion layer 7a side
2 so as to be covered with the resist film 8
Using mask 2 as a mask, an impurity such as phosphorus or arsenic is ion-implanted into the exposed surface of semiconductor substrate 1 on the side of convex portion 30b of tunnel oxide film 30 to form N + diffusion layer 7b. In this case, in this embodiment, charge injection and extraction are not performed in the N + diffusion layer 7b, so that the N + diffusion layer 7b does not need to be formed immediately below the tunnel oxide film 30. Therefore, it is not necessary to diffuse the N + diffusion layer 7b in the horizontal direction of the semiconductor substrate 1. In this way, as shown in FIG. 5, the N + diffusion layers 7a and 7b are formed asymmetrically.

【0043】本実施例においては、トンネル酸化膜30
を形成した後、N+拡散層7a、7bを形成しているの
で、トンネル酸化膜30とN+拡散層7a、7bとの界
面が乱れることがない。また、N+拡散層7bを形成す
る場合、不純物の拡散が不要になるので、工程数を減ら
すことができる。
In this embodiment, the tunnel oxide film 30
After forming the, N + diffusion layer 7a, since the form 7b, never tunnel oxide film 30 and the N + diffusion layer 7a, the interface between 7b disturbed. Further, when the N + diffusion layer 7b is formed, the number of steps can be reduced because the diffusion of impurities becomes unnecessary.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、拡
散層領域から第1の絶縁膜の端部の薄部を介して浮遊ゲ
ートへの電荷の注入及び引き抜きを行うので、データの
書き込み及び消去の速度は低下しない。一方、第1の絶
縁膜の他の部分は膜厚が厚いので、半導体基板と制御ゲ
ートとの間に電位差が生じた場合、浮遊ゲート内の電荷
の漏れを著しく小さく抑えることができる。このため、
浮遊ゲートの電荷の保持特性が向上する。従って、デー
タの書込及び消去に影響を与えることなく、データの保
持特性を向上させることができる。
As described above in detail, according to the present invention, charge injection and extraction from the diffusion layer region to the floating gate through the thin portion at the end of the first insulating film are performed, so that data can be transferred. The speed of writing and erasing does not decrease. On the other hand, since the other portion of the first insulating film is thick, when a potential difference occurs between the semiconductor substrate and the control gate, leakage of electric charge in the floating gate can be suppressed extremely small. For this reason,
The charge retention characteristics of the floating gate are improved. Therefore, data retention characteristics can be improved without affecting data writing and erasing.

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

【図1】本発明の第1の実施例に係る不揮発性半導体記
憶装置を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本実施例の動作を示す模式的断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view showing the operation of the present embodiment.

【図3】(a)乃至(c)は本発明の第1の実施例に係
る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を工程順を示す断
面図である。
FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps.

【図4】(a)及び(b)は図3(a)乃至(c)の次
の工程を工程順を示す断面図である。
FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views showing the next process of FIGS. 3A to 3C in the order of processes.

【図5】本発明の第2の本実施例の不揮発性半導体記憶
装置を示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention.

【図6】(a)乃至(c)は本実施例の不揮発性半導体
記憶装置の製造方法を工程順を示す断面図である。
FIGS. 6A to 6C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment in the order of steps.

【図7】(a)及び(b)は図6(a)乃至(c)の次
の工程を工程順を示す断面図である。
FIGS. 7A and 7B are cross-sectional views showing the steps next to FIGS. 6A to 6C in the order of steps.

【図8】(a)及び(b)は図7(a)及び(b)の次
の工程を工程順を示す断面図である。
FIGS. 8A and 8B are cross-sectional views showing the steps next to FIGS. 7A and 7B in the order of the steps.

【図9】従来の不揮発性半導体記憶装置を示す断面図で
ある。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a conventional nonvolatile semiconductor memory device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、100;半導体基板 1a、100a;P型ウェル領域 2、101;素子分離領域 3、30、104;トンネル酸化膜 3a、30a;薄部 3b、30b;凸部 4、105;浮遊ゲート 5、106;ゲート間絶縁膜 6、107;制御ゲート 7、7a、7b;N+拡散層 8、80、81、82;レジスト膜 9;シリコン酸化膜 10;ゲート部 40;第1の導電膜 50;絶縁膜 60;第2の導電膜 102;ソース領域 103;ドレイン領域1, 100; semiconductor substrate 1a, 100a; P-type well region 2, 101; element isolation region 3, 30, 104; tunnel oxide film 3a, 30a; thin portion 3b, 30b; convex portion 4, 105; floating gate 5, 106; inter-gate insulating films 6, 107; control gates 7, 7a, 7b; N + diffusion layers 8, 80, 81, 82; resist film 9; silicon oxide film 10; gate portion 40; Insulating film 60; second conductive film 102; source region 103; drain region

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F001 AA09 AA25 AA61 AB08 AC02 AD52 AE02 AE08 AF06 AG02 AG12 5F083 EP02 EP23 EP43 EP45 ER03 ER05 ER06 ER13 ER15 ER16 ER22 GA11 PR12 PR36 5F101 BA07 BA24 BA34 BB05 BC02 BD33 BE05 BE07 BF02 BH03 BH09  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference) BH09

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板と、前記半導体基板の表面に
相互に適長間隔をおいて形成された1対の拡散層領域
と、前記拡散層領域の間の前記半導体基板上に形成され
た第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成された浮
遊ゲートと、前記浮遊ゲート上に形成された第2の絶縁
膜と、前記第2の絶縁膜上に形成された制御ゲートとを
有し、前記第1の絶縁膜はその少なくとも一方の端部が
前記拡散層領域の上に延出し、前記第1の絶縁膜はその
拡散層領域上の部分の膜厚よりも他の部分の膜厚の方が
厚いことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
1. A semiconductor substrate, a pair of diffusion layer regions formed at an appropriate distance from each other on a surface of the semiconductor substrate, and a pair of diffusion layer regions formed on the semiconductor substrate between the diffusion layer regions. An insulating film, a floating gate formed on the first insulating film, a second insulating film formed on the floating gate, and a control gate formed on the second insulating film. Wherein the first insulating film has at least one end thereof extending above the diffusion layer region, and the first insulating film has a portion other than a film thickness of a portion on the diffusion layer region. A non-volatile semiconductor storage device, characterized in that the film thickness is larger.
【請求項2】 前記第1の絶縁膜はその両端部が前記拡
散層領域上に延出しており、前記第1の絶縁膜はその両
端部分の膜厚よりも中央部分の膜厚の方が厚いことを特
徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
2. The first insulating film has both end portions extending above the diffusion layer region, and the first insulating film has a thickness at a central portion thereof larger than a thickness at both end portions thereof. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the nonvolatile semiconductor memory device is thick.
【請求項3】 前記第1の絶縁膜の前記少なくとも一方
の端部の薄部はそのゲート中心側の端部が前記拡散層領
域のゲート中心側の端部よりもゲート中心側に位置する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の不揮発性半導
体記憶装置。
3. The thin portion of at least one end of the first insulating film is such that the end on the gate center side is located closer to the gate center than the end of the diffusion layer region on the gate center side. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein:
【請求項4】 前記第1の絶縁膜の厚部と薄部との間は
膜厚が連続的に変化していることを特徴とする請求項1
乃至3のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装
置。
4. The method according to claim 1, wherein the thickness of the first insulating film is continuously changed between the thick portion and the thin portion.
4. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1.
【請求項5】 前記第1の絶縁膜の両端部の薄部の一方
でデータを書き込み、他方でデータを消去することを特
徴とする請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。
5. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein data is written in one of thin portions at both ends of the first insulating film and data is erased in the other thin portion.
【請求項6】 前記第1の絶縁膜はその一方の端部のみ
が前記拡散層領域上に延出しており、この一方の端部の
薄部でデータの書き込み及び消去をすることを特徴とす
る請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
6. A method according to claim 1, wherein only one end of said first insulating film extends above said diffusion layer region, and data is written and erased in a thin portion of said one end. The non-volatile semiconductor storage device according to claim 1.
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