JP2001274363A - Non-volatile semiconductor memory device and producing method therefor - Google Patents

Non-volatile semiconductor memory device and producing method therefor

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JP2001274363A
JP2001274363A JP2000087549A JP2000087549A JP2001274363A JP 2001274363 A JP2001274363 A JP 2001274363A JP 2000087549 A JP2000087549 A JP 2000087549A JP 2000087549 A JP2000087549 A JP 2000087549A JP 2001274363 A JP2001274363 A JP 2001274363A
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Japan
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insulating film
gate
gate electrode
film
forming
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Sunao Iguchi
直 井口
Hiroaki Tsunoda
弘昭 角田
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-volatile semiconductor memory device and a producing method therefor, with which write time can be shortened by setting a plurality of thresholds of a memory cell transistor with the same number of times of write. SOLUTION: A floating gate FG is selectively provided over two adjacent active regions AA and an element isolation region STI between them and while covering this floating gate FG, control gates CG1-CG16 are extended orthogonally with the active regions AA. In each of active regions AA, serially connected memory cell transistors M1-M16 are formed by providing impurity diffusion layers to become source and drain regions so as to sandwich the floating gate FG and the control gates CG1-CG16.

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】この発明は、不揮発性半導体
記憶装置及びその製造方法に関するもので、特に多値制
御を行う不揮発性半導体記憶装置に用いられる技術に係
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a technique used for a nonvolatile semiconductor memory device that performs multi-level control.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体記憶装置の一種として、電
気的な書き換えを可能としたフラッシュEEPROM
(Electrically Erasable and Programmable Read Only
Memory)が知られている。なかでも、複数個のメモリ
セルを直列接続してNANDセルを構成するNAND型
フラッシュEEPROMは、高集積化が出来るものとし
て注目されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a kind of semiconductor memory device, a flash EEPROM capable of electrically rewriting has been used.
(Electrically Erasable and Programmable Read Only
Memory) is known. Above all, a NAND flash EEPROM, in which a plurality of memory cells are connected in series to form a NAND cell, has attracted attention as being capable of high integration.

【0003】従来のNAND型フラッシュEEPROM
の構造について説明する。図28はNAND型フラッシ
ュEEPROMの平面図である。図示するように、シリ
コン基板100には、帯状に複数の素子分離領域STI
(Shallow Trench Isolation)が形成されており、隣接
する上記素子分離領域STI間は、半導体素子を形成す
る活性領域AA(Active Area)となっている。この活
性領域AAには、浮遊ゲートFG(Floating Gate)が
選択的に設けられ、この浮遊ゲートFGを覆い、かつ活
性領域AAと直交するようにして制御ゲートCG(Cont
rol Gate)1〜CG16が延設されている。活性領域A
Aには、上記浮遊ゲートFG及び制御ゲートCG1〜C
G16を挟むように、ソース、ドレイン領域となる不純
物拡散層(図示せず)が設けられることで、直列接続さ
れたメモリセルトランジスタM1〜M16が形成されて
いる。このメモリセルトランジスタM1、M16の両端
にはそれぞれセレクトゲートSGD、SGSが、制御ゲ
ートCG1〜CG16と同様に、活性領域AAと直交す
るようにして形成されている。活性領域AAにはやはり
メモリセルトランジスタM1〜M16と同様に、セレク
トゲートSGD、SGSを挟むように、ソース、ドレイ
ン領域となる不純物拡散層(図示せず)が設けられるこ
とで、選択トランジスタS1、S2が形成されている。
このように、選択トランジスタS1、S2の間にメモリ
セルトランジスタM1〜M16が直列接続されること
で、1つのNANDセルが構成される。なお、セレクト
ゲートSGDを有する選択トランジスタS1のドレイン
領域は、コンタクトホール210を介して、図示せぬビ
ット線BL(Bit Line)に接続され、セレクトゲートS
GSを有する選択トランジスタS2のソース領域は、図
示せぬ不純物拡散層で形成されたソース線SL(Source
Line)により、隣接する選択トランジスタのソース領
域と接続されている。
Conventional NAND Flash EEPROM
Will be described. FIG. 28 is a plan view of the NAND flash EEPROM. As shown in the figure, a plurality of device isolation regions STI
(Shallow Trench Isolation) is formed, and an active area AA (Active Area) for forming a semiconductor element is formed between adjacent element isolation areas STI. In the active region AA, a floating gate FG (Floating Gate) is selectively provided, and a control gate CG (Cont CG) is formed so as to cover the floating gate FG and to be orthogonal to the active region AA.
rol Gate) 1 to CG 16 are extended. Active area A
A includes the floating gate FG and the control gates CG1 to CG.
By providing impurity diffusion layers (not shown) serving as source and drain regions so as to sandwich G16, memory cell transistors M1 to M16 connected in series are formed. At both ends of the memory cell transistors M1 and M16, select gates SGD and SGS are formed so as to be orthogonal to the active region AA, similarly to the control gates CG1 to CG16. Similarly to the memory cell transistors M1 to M16, the active region AA is provided with impurity diffusion layers (not shown) serving as source and drain regions so as to sandwich the select gates SGD and SGS. S2 is formed.
Thus, one NAND cell is configured by connecting the memory cell transistors M1 to M16 in series between the select transistors S1 and S2. The drain region of the select transistor S1 having the select gate SGD is connected to a not-shown bit line BL (Bit Line) via a contact hole 210, and the select gate S
The source region of the select transistor S2 having GS is connected to a source line SL (Source) formed of an impurity diffusion layer (not shown).
Line) is connected to the source region of the adjacent select transistor.

【0004】図29(a)、(b)はそれぞれ図28に
おけるA−A’線、B−B’線に沿った断面図である。
FIGS. 29 (a) and 29 (b) are cross-sectional views taken along lines AA 'and BB' in FIG. 28, respectively.

【0005】図示するように、シリコン基板100の主
表面に形成されたトレンチ110内に、シリコン酸化膜
120が埋め込まれて、素子分離領域STIが形成され
ている。この素子分離領域STI間の活性領域AA上に
はゲート絶縁膜130が形成され、このゲート絶縁膜1
30上には非晶質シリコン膜140と150とからなる
浮遊ゲートFGが形成されている。浮遊ゲートFG上に
は、浮遊ゲート・制御ゲート間絶縁膜160が形成さ
れ、この浮遊ゲート・制御ゲート間絶縁膜160上に、
制御ゲートCG1〜CG16、セレクトゲートSGD、
SGSとなる非晶質シリコン膜170が形成されてい
る。そして、シリコン基板100には、ソース、ドレイ
ン領域となる不純物拡散層180が選択的に形成される
ことにより、メモリセルトランジスタM1〜M16及び
選択トランジスタS1、S2が形成されている。また、
全面にはシリコン窒化膜190が形成され、更に上記メ
モリセルトランジスタM1〜M16及び選択トランジス
タS1、S2を覆うようにして、層間絶縁膜200が形
成されている。そして、コンタクトホール210を介し
て選択トランジスタS1のドレイン領域とコンタクトを
取るビット線BLの配線層220が形成されることで、
NAND型フラッシュEEPROMが形成されている。
As shown in the figure, a silicon oxide film 120 is buried in a trench 110 formed on a main surface of a silicon substrate 100 to form an element isolation region STI. On the active region AA between the element isolation regions STI, a gate insulating film 130 is formed.
A floating gate FG including amorphous silicon films 140 and 150 is formed on 30. On the floating gate FG, an insulating film 160 between the floating gate and the control gate is formed. On the insulating film 160 between the floating gate and the control gate,
Control gates CG1 to CG16, select gate SGD,
An amorphous silicon film 170 to be SGS is formed. Then, in the silicon substrate 100, the memory cell transistors M1 to M16 and the select transistors S1 and S2 are formed by selectively forming the impurity diffusion layers 180 serving as source and drain regions. Also,
A silicon nitride film 190 is formed on the entire surface, and an interlayer insulating film 200 is formed so as to cover the memory cell transistors M1 to M16 and the select transistors S1 and S2. Then, by forming the wiring layer 220 of the bit line BL that makes contact with the drain region of the selection transistor S1 via the contact hole 210,
A NAND flash EEPROM is formed.

【0006】図30は、NANDセルの等価回路であ
る。図示するように、選択トランジスタS1、S2の間
に16個のメモリセルトランジスタM1〜M16が直列
接続されている。制御ゲートCG1〜CG16はそれぞ
れワード線WL(Word Line)1〜WL16に接続さ
れ、ワード線WL1〜WL16及びセレクトゲート線S
GD、SGSは図示せぬロウデコーダに接続され、この
ロウデコーダによりワード線WL1〜WL16のいずれ
か1つ、及びセレクトゲート線SGD、SGSが選択的
に駆動される。また、ビット線BLは、図示せぬカラム
セレクタに接続され、このカラムセレクタにより選択さ
れる。ソース線SLは、図示せぬグローバルソース線を
介してソースデコーダに接続される。
FIG. 30 is an equivalent circuit of a NAND cell. As shown, 16 memory cell transistors M1 to M16 are connected in series between the select transistors S1 and S2. The control gates CG1 to CG16 are connected to word lines WL (Word Line) 1 to WL16, respectively.
GD and SGS are connected to a row decoder (not shown), and the row decoder selectively drives one of the word lines WL1 to WL16 and the select gate lines SGD and SGS. The bit line BL is connected to a column selector (not shown), and is selected by the column selector. Source line SL is connected to a source decoder via a global source line (not shown).

【0007】次に、上記NAND型フラッシュEEPR
OMの製造方法について、図31(a)、(b)乃至図
36(a)、(b)を用いて説明する。図31(a)、
(b)乃至図36(a)、(b)はそれぞれ図29
(a)、(b)に対応するもので、NAND型フラッシ
ュEEPROMの製造工程の断面図を順次示している。
Next, the NAND flash EEPROM is used.
The method of manufacturing the OM will be described with reference to FIGS. 31 (a) and (b) to FIGS. 36 (a) and (b). FIG. 31 (a),
(B) to FIGS. 36 (a) and 36 (b) show FIGS.
FIGS. 4A and 4B correspond to FIGS. 4A and 4B and sequentially show cross-sectional views of a manufacturing process of a NAND flash EEPROM.

【0008】まず、図31(a)、(b)に示すよう
に、シリコン基板100上に、シリコン酸化膜によるゲ
ート絶縁膜130、非晶質シリコン膜140、シリコン
窒化膜230及びシリコン酸化膜240を順次形成す
る。
First, as shown in FIGS. 31A and 31B, a gate insulating film 130 made of a silicon oxide film, an amorphous silicon film 140, a silicon nitride film 230, and a silicon oxide film 240 are formed on a silicon substrate 100. Are sequentially formed.

【0009】次に、リソグラフィ技術と異方性のエッチ
ング技術により、シリコン酸化膜240、シリコン窒化
膜230、非晶質シリコン膜140、ゲート絶縁膜13
0、及びシリコン基板100を選択的にエッチングし、
図32(a)、(b)に示すような素子分離用のトレン
チ110を形成する。
Next, a silicon oxide film 240, a silicon nitride film 230, an amorphous silicon film 140, and a gate insulating film 13 are formed by lithography and anisotropic etching.
0, and selectively etching the silicon substrate 100,
A trench 110 for element isolation as shown in FIGS. 32A and 32B is formed.

【0010】次に、図33(a)、(b)のように、シ
リコン酸化膜120を全面に堆積形成してトレンチ11
0を埋め込み、シリコン窒化膜230をストッパーに用
いたCMP(Chemical Mechanical Polishing)法によ
り、シリコン酸化膜120、240を研磨して平坦化す
ることにより、素子分離領域STIを完成する。
Next, as shown in FIGS. 33 (a) and 33 (b), a silicon oxide film 120 is deposited and formed on the entire surface and the trench 11 is formed.
The silicon oxide films 120 and 240 are polished and flattened by CMP (Chemical Mechanical Polishing) using the silicon nitride film 230 as a stopper to complete the element isolation region STI.

【0011】その後、ウェットエッチングによりシリコ
ン窒化膜230を選択的に除去する。そして、図34
(a)、(b)のように、非晶質シリコン膜150を形
成し、パターニングすることにより、非晶質シリコン膜
150と140とからなる浮遊ゲートFGを形成する。
Thereafter, the silicon nitride film 230 is selectively removed by wet etching. And FIG.
As shown in (a) and (b), a floating gate FG including the amorphous silicon films 150 and 140 is formed by forming and patterning the amorphous silicon film 150.

【0012】次に図35(a)、(b)に示すように、
全面に浮遊ゲート・制御ゲート間絶縁膜160、制御ゲ
ート及びセレクトゲートとなる非晶質シリコン膜170
を順次形成し、リソグラフィ技術とエッチングにより制
御ゲートCG1〜CG16とセレクトゲートSGD、S
GSを形成する。以上の工程により、図のような2層ゲ
ート構造を得る。
Next, as shown in FIGS. 35A and 35B,
An insulating film 160 between the floating gate and the control gate, an amorphous silicon film 170 to be a control gate and a select gate on the entire surface
Are sequentially formed, and control gates CG1 to CG16 and select gates SGD and SGD are formed by lithography and etching.
GS is formed. Through the above steps, a two-layer gate structure as shown in the figure is obtained.

【0013】次に、図36(a)、(b)のように、イ
オン注入法によりソース、ドレインとなる領域に不純物
を導入し、不純物拡散層180を選択的に形成すること
により、メモリセルトランジスタM1〜M16及び選択
トランジスタS1、S2を完成する。引き続き、全面に
シリコン窒化膜190及び層間絶縁膜200を形成した
後、加熱処理により層間絶縁膜200をリフローさせて
平坦化する。
Next, as shown in FIGS. 36A and 36B, an impurity is introduced into a region serving as a source and a drain by an ion implantation method, and an impurity diffusion layer 180 is selectively formed. The transistors M1 to M16 and the selection transistors S1 and S2 are completed. Subsequently, after the silicon nitride film 190 and the interlayer insulating film 200 are formed on the entire surface, the interlayer insulating film 200 is reflowed by heat treatment and flattened.

【0014】その後、層間絶縁膜200をCMP法によ
り研磨、平坦化し、リソグラフィ技術とエッチングによ
り、選択トランジスタのドレイン領域とコンタクトを取
るコンタクトホールを形成する。そして、金属配線層に
より上記コンタクトホールを埋め込み、ビット線を形成
して、図29(a)、(b)の構造を得る。
Thereafter, the interlayer insulating film 200 is polished and flattened by the CMP method, and a contact hole for making contact with the drain region of the select transistor is formed by lithography and etching. Then, the contact hole is buried with a metal wiring layer to form a bit line, and the structure shown in FIGS. 29A and 29B is obtained.

【0015】次に、上記NAND型フラッシュEEPR
OMの動作について図30の等価回路を用いて説明す
る。データの書き込みは、ビット線BLから最も離れた
メモリセルトランジスタM16から順に行う。選択した
メモリセルトランジスタM16の制御ゲートCG16に
は、高電圧Vppを印加し、それよりビット線BL側に
あるメモリセルトランジスタM1〜M15の制御ゲート
CG1〜CG15には中間電位Vppmを印加する。ビ
ット線BLには、データに応じて0Vまたは中間電位V
mを与える。
Next, the NAND type flash EEPROM is described.
The operation of the OM will be described using an equivalent circuit in FIG. Data writing is performed in order from the memory cell transistor M16 farthest from the bit line BL. The high voltage Vpp is applied to the control gate CG16 of the selected memory cell transistor M16, and the intermediate potential Vppm is applied to the control gates CG1 to CG15 of the memory cell transistors M1 to M15 on the bit line BL side. 0 V or intermediate potential V is applied to the bit line BL according to data.
give m.

【0016】ビット線BLに0Vを与えた場合、この電
位は選択されたメモリセルトランジスタのドレインまで
転送されて、浮遊ゲートFGには電子が注入される。こ
れにより、選択されたメモリセルトランジスタの閾値電
圧は正方向にシフトする。この状態を“0”とする。一
方、ビット線BLに中間電位Vmを与えた場合、電子の
注入が実効的に起こらないため、閾値電圧は変化せず、
負に止まる。なお、データの書き込みは、制御ゲートC
Gを共有する全てのメモリセルトランジスタに対して同
時に行われる。
When 0 V is applied to the bit line BL, this potential is transferred to the drain of the selected memory cell transistor, and electrons are injected into the floating gate FG. As a result, the threshold voltage of the selected memory cell transistor shifts in the positive direction. This state is set to “0”. On the other hand, when the intermediate potential Vm is applied to the bit line BL, the injection of electrons does not effectively occur, so that the threshold voltage does not change.
Stay negative. It should be noted that data is written to the control gate C
This is performed simultaneously for all the memory cell transistors sharing G.

【0017】データの消去は、全ビット一括消去であ
る。すなわち、全ての制御ゲートCG1〜CG16を0
Vとし、上記NANDセルが形成されたシリコン基板中
のp型ウェル(図示せず)を20Vとする。これによ
り、全てのメモリセルトランジスタM1〜M16で、浮
遊ゲートFGの電子がp型ウェルに放出され、閾値電圧
は負方向にシフトする。
Erasure of data is collective erasure of all bits. That is, all the control gates CG1 to CG16 are set to 0
V, and a p-type well (not shown) in the silicon substrate on which the NAND cell is formed is set to 20V. Thereby, in all the memory cell transistors M1 to M16, the electrons of the floating gate FG are emitted to the p-type well, and the threshold voltage shifts in the negative direction.

【0018】データの読み出しは、選択されたメモリセ
ルトランジスタの制御ゲートCGを0Vとし、それ以外
のメモリセルトランジスタの制御ゲートCGを電源電位
Vccとして、選択したメモリセルトランジスタで電流
が流れるか否かを検出することにより行われる。
In reading data, the control gate CG of the selected memory cell transistor is set to 0 V, and the control gates CG of the other memory cell transistors are set to the power supply potential Vcc to determine whether a current flows through the selected memory cell transistor. This is performed by detecting

【0019】上記のように、従来、1つのメモリセルト
ランジスタが記憶するデータは“0”、“1”の2つで
あり、データ準位数nは“n=2”であった。しかし近
年、記憶容量を大規模化する技術として、データ準位数
nを“n≧3”にする多値メモリが注目されてきてい
る。
As described above, conventionally, one memory cell transistor stores two data, “0” and “1”, and the data level n is “n = 2”. However, in recent years, as a technique for increasing the storage capacity, a multi-valued memory that sets the data level n to “n ≧ 3” has attracted attention.

【0020】例えば、データ準位数nを“n=4”とす
ると、1つのメモリセルトランジスタに、“00”、
“01”、“10”、“11”の2ビットデータを記憶
させることが出来る。この“n≧3”の多値制御を行う
ためには、メモリセルトランジスタの閾値電圧を3種類
以上にすることで実現できる。すなわち、上記のように
4値制御を行う場合には、メモリセルトランジスタの閾
値電圧Vthを、“Vth00”、“Vth01”、
“Vth10”、“Vth11”の4種類にすればよ
い。そして、閾値電圧を4種類にするには、浮遊ゲート
FGに注入する電子の量を4種類に分ければよい(上記
の例では、“11”のデータは、浮遊ゲートFGに電荷
が実効的に注入されていない状態)。
For example, if the data level n is "n = 4", one memory cell transistor has "00",
Two-bit data "01", "10", and "11" can be stored. This multi-level control of “n ≧ 3” can be realized by setting the threshold voltages of the memory cell transistors to three or more. That is, when the four-level control is performed as described above, the threshold voltage Vth of the memory cell transistor is set to “Vth00”, “Vth01”,
Four types of “Vth10” and “Vth11” may be used. Then, in order to set the threshold voltage to four types, the amount of electrons to be injected into the floating gate FG may be divided into four types (in the above example, the data of “11” indicates that the charge is effectively stored in the floating gate FG). Not injected).

【0021】しかし、従来のNAND型フラッシュEE
PROMにおいて、データの書き込みは、選択したメモ
リセルトランジスタの制御ゲートCGに、一定の書き込
み電圧のパルスを例えば10回程度の複数回印加する、
分割書き込みにより行っていた。また、多値制御を行う
場合、メモリセルトランジスタへの電荷注入量の制御
は、この書き込み回数を変えることより行っていた。そ
のため、例えば4値制御を行う場合、メモリセルトラン
ジスタにデータ“00”を書き込む際には書き込み回数
を30回、データ“01”を書き込む際には20回、デ
ータ“10”を書き込む際には10回の分割書き込みを
行う必要があった。そのため、多値制御を行う際、1つ
のメモリセルトランジスタに記憶させるデータのビット
数を増加させると、その分書き込み回数も増加し、書き
込み動作に時間がかかるという問題があった。
However, the conventional NAND flash EE
In the PROM, data is written by applying a pulse of a constant write voltage to the control gate CG of the selected memory cell transistor a plurality of times, for example, about 10 times.
This has been done by divided writing. In addition, when performing multi-value control, the amount of charge injected into the memory cell transistor is controlled by changing the number of times of writing. Therefore, for example, when performing four-level control, the number of times of writing is "30" when writing data "00" to the memory cell transistor, 20 times when writing data "01", and when writing data "10". It was necessary to perform divided writing ten times. Therefore, when performing multi-level control, if the number of bits of data to be stored in one memory cell transistor is increased, the number of times of writing increases accordingly, and there is a problem that the writing operation takes time.

【0022】[0022]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の不揮発性半
導体記憶装置では、データを書き込みは、分割書き込み
により行っていた。そして、多値制御を行う場合、メモ
リセルトランジスタへの電荷注入量の制御は、この書き
込み回数を変化させることにより行っていた。そのた
め、例えば4値制御を行う場合、メモリセルトランジス
タにデータ“00”を書き込む際には書き込み回数を3
0回、データ“01”を書き込む際には20回、データ
“10”を書き込む際には10回の分割書き込みを行う
必要があった。そのため、多値制御を行う際、1つのメ
モリセルトランジスタに記憶させるデータのビット数を
増加させると、その分書き込み回数も増加し、書き込み
動作に時間がかかるという問題があった。
In the above-mentioned conventional nonvolatile semiconductor memory device, data is written by divisional writing. When multi-value control is performed, the amount of charge injected into the memory cell transistor is controlled by changing the number of times of writing. Therefore, for example, when performing 4-level control, when writing data “00” to the memory cell transistor, the number of times of writing is 3
It was necessary to perform the divisional writing 0 times, 20 times to write the data “01”, and 10 times to write the data “10”. Therefore, when performing multi-level control, if the number of bits of data to be stored in one memory cell transistor is increased, the number of times of writing increases accordingly, and there is a problem that the writing operation takes time.

【0023】この発明は、上記事情に鑑みてなされたも
ので、その目的は、同じ書き込み回数でメモリセルトラ
ンジスタの複数の閾値を設定することにより、書き込み
時間を短縮化できる不揮発性半導体記憶装置及びその製
造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to set a plurality of thresholds of a memory cell transistor with the same number of times of writing, so that a nonvolatile semiconductor memory device capable of shortening a writing time can be provided. It is to provide a manufacturing method thereof.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に記
載した不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板に設けら
れた素子分離領域と、隣接する前記素子分離領域間の活
性領域上に設けられた第1のゲート絶縁膜と、前記活性
領域の第1のゲート絶縁膜上から隣接する活性領域の第
1のゲート絶縁膜上に、前記素子分離領域上を経由して
延設された第1のゲート電極と、前記第1のゲート電極
上に設けられた第2のゲート絶縁膜と、前記第2のゲー
ト絶縁膜上に設けられ、前記第1のゲート電極と少なく
とも一部がオーバーラップする第2のゲート電極と、前
記第1のゲート絶縁膜、前記第1のゲート電極、前記第
2のゲート絶縁膜、及び前記第2のゲート電極により形
成された積層ゲート構造を挟むように、前記第1のゲー
ト電極を共有する活性領域中にそれぞれ形成されたソー
ス、ドレイン領域とを具備することを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a nonvolatile semiconductor memory device provided on an element isolation region provided on a semiconductor substrate and on an active region between adjacent element isolation regions. A first gate insulating film extending from the first gate insulating film of the active region to the first gate insulating film of the adjacent active region via the element isolation region. Gate electrode, a second gate insulating film provided on the first gate electrode, and a second gate insulating film provided on the second gate insulating film, and at least partially overlaps the first gate electrode. A second gate electrode, the first gate insulating film, the first gate electrode, the second gate insulating film, and the stacked gate structure formed by the second gate electrode, the Sharing the first gate electrode Source formed respectively in the sexual area, is characterized in that it comprises a drain region.

【0025】請求項2に記載したように、請求項1記載
の不揮発性半導体記憶装置において、前記第1のゲート
電極を共有する活性領域上にそれぞれ設けられた前記第
1のゲート絶縁膜は、互いに膜厚が異なることを特徴と
している。
According to a second aspect of the present invention, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the first aspect, the first gate insulating films provided on the active regions sharing the first gate electrode, respectively, It is characterized in that the film thicknesses are different from each other.

【0026】また、請求項3に記載したように、請求項
1または2記載の不揮発性半導体記憶装置において、前
記第1のゲート電極を共有する活性領域上にそれぞれ設
けられた前記第1のゲート絶縁膜は、互いに膜種が異な
ることを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the first or second aspect, the first gates respectively provided on active regions sharing the first gate electrode. The insulating films are characterized by different types of films.

【0027】請求項4に記載したように、請求項1乃至
3いずれか1項記載の不揮発性半導体記憶装置におい
て、前記第1のゲート電極を共有する活性領域上にそれ
ぞれ設けられた前記第1のゲート絶縁膜の少なくともい
ずれか一方は、オキシナイトライド膜であることを特徴
としている。
According to a fourth aspect, in the nonvolatile semiconductor memory device according to any one of the first to third aspects, the first semiconductor device is provided on an active region sharing the first gate electrode. At least one of the gate insulating films is an oxynitride film.

【0028】更に、請求項5に記載したように、請求項
1乃至4いずれか1項記載の不揮発性半導体記憶装置に
おいて、前記積層ゲート構造と、前記第1のゲート電極
を共有する活性領域中にそれぞれ形成されたソース、ド
レイン領域とで1つのメモリセルトランジスタを構成し
前記メモリセルトランジスタにn(n>3)値を記憶さ
せる際には、前記第2のゲート電極に与える電圧を固定
し、前記第1のゲート電極を共有する活性領域中にそれ
ぞれ形成された前記ドレイン領域に与える電圧の組み合
わせを変化させて、前記活性領域のそれぞれから前記第
1のゲート電極へ注入する電子の量を調整することによ
り、前記メモリセルトランジスタのn値の閾値レベルを
設定することを特徴としている。
Further, as described in claim 5, in the nonvolatile semiconductor memory device according to any one of claims 1 to 4, the active region sharing the first gate electrode with the stacked gate structure. When one memory cell transistor is constituted by the source and drain regions respectively formed and the n (n> 3) value is stored in the memory cell transistor, the voltage applied to the second gate electrode is fixed. Changing the amount of electrons injected from each of the active regions to the first gate electrode by changing the combination of voltages applied to the drain regions formed in the active regions sharing the first gate electrode. By adjusting the threshold value, a threshold level of the n value of the memory cell transistor is set.

【0029】この発明の請求項6に記載した不揮発性半
導体記憶装置の製造方法は、半導体基板の活性領域上に
第1のゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第1のゲー
ト絶縁膜上に第1のゲート電極を形成するための第1の
導電膜を形成する工程と、前記第1の導電膜、前記第1
のゲート絶縁膜、及び前記半導体基板をエッチングして
トレンチを形成し、該トレンチを絶縁膜で埋め込むこと
により素子分離領域を形成する工程と、前記第1の導電
膜及び前記素子分離領域上に、前記第1のゲート電極を
形成するための第2の導電膜を形成する工程と、前記第
2の導電膜を、前記活性領域の第1の導電膜上から隣接
する活性領域の第1の導電膜上に、前記素子分離領域上
を経由して存在するようにパターニングし、前記第1の
導電膜と前記第2の導電膜とからなる第1のゲート電極
を形成する工程と、前記第1のゲート電極上に第2のゲ
ート絶縁膜を形成する工程と、前記第2のゲート絶縁膜
上に、前記第1のゲート電極と少なくとも一部がオーバ
ーラップするように第2のゲート電極を形成する工程
と、前記第1のゲート絶縁膜、前記第1のゲート電極、
前記第2のゲート絶縁膜、及び前記第2のゲート電極に
より形成された積層ゲート構造をマスクにして不純物を
導入し、前記第1のゲート電極を共有する活性領域中に
それぞれ、ソース、ドレイン領域を形成する工程とを具
備することを特徴としている。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising: forming a first gate insulating film on an active region of a semiconductor substrate; Forming a first conductive film for forming a first gate electrode, the first conductive film and the first conductive film;
Forming a trench by etching the gate insulating film and the semiconductor substrate, and forming an element isolation region by filling the trench with an insulating film; and forming a trench on the first conductive film and the element isolation region. Forming a second conductive film for forming the first gate electrode; and forming the second conductive film on the first conductive film of the active region adjacent to the first conductive film of the active region. Forming a first gate electrode composed of the first conductive film and the second conductive film on the film so as to be present over the element isolation region, Forming a second gate insulating film on the gate electrode, and forming a second gate electrode on the second gate insulating film so as to at least partially overlap the first gate electrode. Performing the first game. Insulating film, the first gate electrode,
Impurities are introduced using the stacked gate structure formed by the second gate insulating film and the second gate electrode as a mask, and source and drain regions are respectively formed in the active regions sharing the first gate electrode. And a step of forming

【0030】この発明の請求項7記載の不揮発性半導体
記憶装置の製造方法は、半導体基板の活性領域上に第1
の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜の一部を
除去して前記半導体基板を露出させる工程と、前記第1
の絶縁膜上及び前記半導体基板上に第2の絶縁膜を形成
する工程と、前記第2の絶縁膜上に、第1のゲート電極
を形成するための第1の導電膜を形成する工程と、前記
第1の導電膜、前記第2の絶縁膜、前記第1の絶縁膜、
及び前記半導体基板をエッチングしてトレンチを形成
し、該トレンチを第3の絶縁膜で埋め込むことにより素
子分離領域を形成し、隣接する一方の前記活性領域上に
残存された前記第2の絶縁膜、及び他方の活性領域上に
残存された前記第1、第2の絶縁膜からそれぞれ第1の
ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第1の導電膜及び
前記素子分離領域上に、前記第1のゲート電極を形成す
るための第2の導電膜を形成する工程と、前記第2の導
電膜を、前記活性領域の第1の導電膜上から隣接する活
性領域の第1の導電膜上に、前記素子分離領域上を経由
して存在するようにパターニングし、前記第1の導電膜
と前記第2の導電膜とからなる第1のゲート電極を形成
する工程と、前記第1のゲート電極上に第2のゲート絶
縁膜を形成する工程と、前記第2のゲート絶縁膜上に、
前記第1のゲート電極と少なくとも一部がオーバーラッ
プするように第2のゲート電極を形成する工程と、前記
第1のゲート絶縁膜、前記第1のゲート電極、前記第2
のゲート絶縁膜、及び前記第2のゲート電極により形成
された積層ゲート構造をマスクにして不純物を導入し、
前記第1のゲート電極を共有する活性領域中にそれぞ
れ、ソース、ドレイン領域を形成する工程とを具備する
ことを特徴としている。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising the steps of:
Forming a first insulating film; removing a portion of the first insulating film to expose the semiconductor substrate;
Forming a second insulating film on the insulating film and the semiconductor substrate, and forming a first conductive film for forming a first gate electrode on the second insulating film. , The first conductive film, the second insulating film, the first insulating film,
And etching the semiconductor substrate to form a trench, and filling the trench with a third insulating film to form an element isolation region, and the second insulating film remaining on one of the adjacent active regions Forming a first gate insulating film from the first and second insulating films remaining on the other active region; and forming the first gate insulating film on the first conductive film and the element isolation region. Forming a second conductive film for forming one gate electrode; and forming the second conductive film on the first conductive film of the active region adjacent to the first conductive film of the active region. Forming a first gate electrode composed of the first conductive film and the second conductive film by patterning so as to be present over the element isolation region; Forming a second gate insulating film on the electrode; , On the second gate insulating film,
Forming a second gate electrode so as to at least partially overlap the first gate electrode; and forming the first gate insulating film, the first gate electrode, and the second gate electrode.
Impurity is introduced using the stacked gate structure formed by the gate insulating film and the second gate electrode as a mask,
Forming source and drain regions in the active regions sharing the first gate electrode, respectively.

【0031】また、請求項8に記載したように、請求項
6または7記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法に
おいて、前記第1のゲート電極を共有する活性領域上に
それぞれ設けられた前記第1のゲート絶縁膜は、互いに
膜種が異なることを特徴としている。
According to a eighth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the sixth or seventh aspect, the first and second gate electrodes are provided on active regions sharing the first gate electrode. One gate insulating film is characterized by different types of films.

【0032】更に、請求項9に記載したように、請求項
6乃至8いずれか1項記載の不揮発性半導体記憶装置の
製造方法において、前記第1のゲート電極を共有する活
性領域上にそれぞれ設けられた前記第1のゲート絶縁膜
の少なくともいずれか一方は、オキシナイトライド膜で
あることを特徴としている。
Further, as set forth in claim 9, in the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to any one of claims 6 to 8, the first gate electrode is provided on an active region sharing the same. At least one of the obtained first gate insulating films is an oxynitride film.

【0033】請求項1、5、6のような構成及び方法に
よれば、複数の活性領域は第1のゲート電極を共有して
おり、それぞれの活性領域にはソース、ドレイン領域が
設けられている。すなわち、1つのメモリセルトランジ
スタが、電気的に分離された複数のソース、ドレイン領
域を有する構造となっている。そのため、電気的に分離
されたそれぞれのドレイン領域に与える電圧の組み合わ
せを変えることで、それぞれの活性領域と第1のゲート
電極との間の電位差を独立に設定できる。よって、この
メモリセルトランジスタの第1のゲート電極に電子を注
入して閾値電圧を変化させることによりデータを書き込
む際には、それぞれの活性領域から第1のゲート電極へ
それぞれ注入する電子の量を細かく設定できるので、従
来の多値制御のように設定閾値電圧毎に書き込み回数を
変化させる必要が無い。すなわち、全ての閾値電圧の設
定を同じ書き込み回数で行うことが出来るので、書き込
み時間を短縮化できる。
According to the structure and method of the present invention, the plurality of active regions share the first gate electrode, and each active region is provided with a source and a drain region. I have. That is, one memory cell transistor has a structure having a plurality of electrically isolated source and drain regions. Therefore, the potential difference between each active region and the first gate electrode can be set independently by changing the combination of voltages applied to the electrically separated drain regions. Therefore, when writing data by injecting electrons into the first gate electrode of the memory cell transistor and changing the threshold voltage, the amount of electrons injected from each active region into the first gate electrode is reduced. Since the setting can be made finely, there is no need to change the number of times of writing for each set threshold voltage unlike the conventional multi-value control. That is, all the threshold voltages can be set with the same number of times of writing, so that the writing time can be shortened.

【0034】請求項2、3、7、8のように、第1のゲ
ート電極を共有するそれぞれの活性領域上の第1のゲー
ト絶縁膜は、互いの膜厚やその材料に異なるものを用い
ても良い。
The first gate insulating films on the respective active regions sharing the first gate electrode may have different thicknesses or different materials. May be.

【0035】請求項4、9のように、第1のゲート電極
を共有するそれぞれの活性領域上の少なくとも一方の第
1のゲート絶縁膜には、オキシナイトライド膜を用いる
のが望ましい。
It is desirable to use an oxynitride film for at least one first gate insulating film on each of the active regions sharing the first gate electrode.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、
共通する部分には共通する参照符号を付す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. For this explanation,
Common parts are denoted by common reference symbols.

【0037】この発明の第1の実施形態に係る不揮発性
半導体記憶装置及びその製造方法について、NAND型
フラッシュEEPROMを例に挙げて説明する。
A nonvolatile semiconductor memory device and a method of manufacturing the same according to the first embodiment of the present invention will be described using a NAND flash EEPROM as an example.

【0038】図1はNAND型フラッシュEEPROM
の平面図である。図示するように、シリコン基板10に
は、帯状に複数の素子分離領域STIが形成されてお
り、隣接する上記素子分離領域STI間が活性領域AA
となっている。そして、隣接する2つの活性領域AA
と、その間の素子分離領域STIとを跨ぐようにして、
浮遊ゲートFGが選択的に設けられ、この浮遊ゲートF
Gを覆い、かつ活性領域AAと直交するようにして制御
ゲートCG1〜CG16が延設されている。活性領域A
Aには、上記浮遊ゲートFG及び制御ゲートCG1〜C
G16を挟むように、ソース、ドレイン領域となる不純
物拡散層(図示せず)が選択的に設けられることで、直
列接続されたメモリセルトランジスタM1〜M16が形
成されている。すなわち、メモリセルトランジスタM1
〜M16は、浮遊ゲートFGと制御ゲートCG1〜CG
16からなる1つの積層ゲートと、電気的に分離された
2組のソース、ドレイン領域とを有する構造となってい
る。このメモリセルトランジスタM1、M16の両端に
はそれぞれセレクトゲートSGD、SGSが、制御ゲー
トCG1〜CG16と同様に、活性領域AAと直交する
ようにして形成されている。活性領域AAにはメモリセ
ルトランジスタM1〜M16と同様に、セレクトゲート
SGD、SGSを挟むように、ソース、ドレイン領域と
なる不純物拡散層(図示せず)が設けられることで、選
択トランジスタS1、S2が形成されている。すなわ
ち、選択トランジスタS1、S2も、メモリセルトラン
ジスタM1〜M16と同様に、1つのゲートと、電気的
に分離された2組のソース、ドレイン領域とを有する構
造となっている。このように、選択トランジスタS1、
S2の間にメモリセルトランジスタM1〜M16が直列
接続されることで、1つのNANDセルが構成される。
なお、セレクトゲートSGDを有する選択トランジスタ
S1の2つのドレイン領域は、コンタクトホール21を
介して、図示せぬビット線BLに接続され、セレクトゲ
ートSGSを有する選択トランジスタS2の2つのソー
ス領域は、図示せぬ不純物拡散層で形成されたソース線
SLにより、隣接する選択トランジスタのソース領域と
接続されている。
FIG. 1 shows a NAND flash EEPROM.
FIG. As shown in the figure, a plurality of device isolation regions STI are formed in a strip shape on a silicon substrate 10, and an active region AA is formed between adjacent device isolation regions STI.
It has become. Then, two adjacent active areas AA
And the element isolation region STI therebetween.
A floating gate FG is selectively provided.
Control gates CG1 to CG16 extend so as to cover G and to be orthogonal to the active region AA. Active area A
A includes the floating gate FG and the control gates CG1 to CG.
By selectively providing impurity diffusion layers (not shown) serving as source and drain regions so as to sandwich G16, memory cell transistors M1 to M16 connected in series are formed. That is, the memory cell transistor M1
To M16 are the floating gate FG and the control gates CG1 to CG
It has a structure having one stacked gate of 16 and two sets of source and drain regions electrically separated. At both ends of the memory cell transistors M1 and M16, select gates SGD and SGS are formed so as to be orthogonal to the active region AA, similarly to the control gates CG1 to CG16. Similarly to the memory cell transistors M1 to M16, the active region AA is provided with impurity diffusion layers (not shown) serving as source and drain regions so as to sandwich the select gates SGD and SGS, so that the select transistors S1 and S2 are provided. Are formed. That is, the selection transistors S1 and S2 have a structure similar to the memory cell transistors M1 to M16, having one gate and two sets of source and drain regions that are electrically separated. Thus, the selection transistor S1,
One NAND cell is configured by connecting the memory cell transistors M1 to M16 in series during S2.
The two drain regions of the select transistor S1 having the select gate SGD are connected to a bit line BL (not shown) via the contact hole 21, and the two source regions of the select transistor S2 having the select gate SGS are shown in FIG. A source line SL formed of an impurity diffusion layer (not shown) is connected to a source region of an adjacent select transistor.

【0039】図2(a)、(b)はそれぞれ図1におけ
るA−A’線、B−B’線に沿った断面図である。
FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views taken along lines AA 'and BB' in FIG. 1, respectively.

【0040】図示するように、シリコン基板10の主表
面に形成されたトレンチ11内に、シリコン酸化膜12
が埋め込まれて、素子分離領域STIが形成されてい
る。この素子分離領域STI間の、活性領域AA上には
ゲート絶縁膜13(第1のゲート絶縁膜)が形成され、
このゲート絶縁膜13上には、浮遊ゲートFGの一部を
構成する非晶質シリコン膜14(第1の導電膜)が形成
されている。そして、隣接する2つの活性領域AAに形
成された非晶質シリコン膜14及び、この2つの活性領
域AA間の素子分離領域STI上を跨ぐようにして、非
晶質シリコン膜15(第2の導電膜)が形成され、この
非晶質シリコン膜14と15とにより浮遊ゲートFG
(第1のゲート電極)が形成されている。浮遊ゲートF
G上には、浮遊ゲート・制御ゲート間絶縁膜16(第2
のゲート絶縁膜)が形成され、この浮遊ゲート・制御ゲ
ート間絶縁膜16上に、制御ゲートCG1〜CG16、
セレクトゲートSGD、SGSとなる非晶質シリコン膜
17(第2のゲート電極)が形成されている。そして、
シリコン基板10には、ソース、ドレイン領域となる不
純物拡散層18が選択的に形成されることにより、メモ
リセルトランジスタM1〜M16及び選択トランジスタ
S1、S2が形成されている。なお、選択トランジスタ
S1、S2については、図示せぬ領域で浮遊ゲート・制
御ゲート間絶縁膜16が除去され、非晶質シリコン膜1
5と17とが電気的に接続されている。また、全面には
シリコン窒化膜19が形成され、更に上記メモリセルト
ランジスタM1〜M16及び選択トランジスタS1、S
2を覆うようにして、層間絶縁膜20が形成されてい
る。そして、コンタクトホール21を介して選択トラン
ジスタS1のドレイン領域とコンタクトを取るビット線
BLの配線層22が形成されることで、NAND型フラ
ッシュEEPROMが形成されている。
As shown, a silicon oxide film 12 is formed in a trench 11 formed on the main surface of a silicon substrate 10.
Is embedded to form an element isolation region STI. A gate insulating film 13 (first gate insulating film) is formed on the active region AA between the element isolation regions STI,
On the gate insulating film 13, an amorphous silicon film 14 (first conductive film) which forms a part of the floating gate FG is formed. Then, the amorphous silicon film 14 formed in the two adjacent active regions AA and the amorphous silicon film 15 (the second A conductive film is formed, and the amorphous silicon films 14 and 15 form the floating gate FG.
(First gate electrode) is formed. Floating gate F
G, a floating gate / control gate insulating film 16 (second
Is formed on the floating gate / control gate insulating film 16, and the control gates CG1 to CG16,
An amorphous silicon film 17 (second gate electrode) serving as select gates SGD and SGS is formed. And
The memory cell transistors M1 to M16 and the select transistors S1 and S2 are formed in the silicon substrate 10 by selectively forming the impurity diffusion layers 18 serving as source and drain regions. In the select transistors S1 and S2, the insulating film 16 between the floating gate and the control gate is removed in a region (not shown), and the amorphous silicon film 1 is removed.
5 and 17 are electrically connected. Further, a silicon nitride film 19 is formed on the entire surface, and the memory cell transistors M1 to M16 and the select transistors S1, S1
2, an interlayer insulating film 20 is formed. Then, a wiring layer 22 of the bit line BL that makes contact with the drain region of the selection transistor S1 via the contact hole 21 is formed, thereby forming a NAND flash EEPROM.

【0041】図3は、NANDセルの等価回路である。
図示するように、2つの従来型のNANDセルが並列に
配置され、制御ゲートCG1〜CG16を共通にするメ
モリセルトランジスタは、浮遊ゲートFGを共通にして
接続されている。すなわち、浮遊ゲートを共通にした2
つのメモリセルトランジスタからなるメモリセルトラン
ジスタM1〜M16が直列接続されている。そして、メ
モリセルトランジスタM1、M16の両端には2つのト
ランジスタからなる選択トランジスタS1、S2が設け
られている。メモリセルトランジスタM1〜M16の制
御ゲートCG1〜CG16はそれぞれワード線WL(Wo
rd Line)1〜WL16に接続され、ワード線WL1〜
WL16及びセレクトゲート線SGD、SGSは図示せ
ぬロウデコーダに接続され、このロウデコーダによりワ
ード線WL1〜WL16のいずれか1つ、及びセレクト
ゲート線SGD、SGSが選択的に駆動される。また、
ビット線BLは、図示せぬカラムセレクタに接続され、
このカラムセレクタにより選択される。ソース線SL
は、図示せぬグローバルソース線を介してソースデコー
ダに接続される。
FIG. 3 is an equivalent circuit of a NAND cell.
As shown in the figure, two conventional NAND cells are arranged in parallel, and memory cell transistors that share control gates CG1 to CG16 are connected with a common floating gate FG. In other words, 2
Memory cell transistors M1 to M16 each including one memory cell transistor are connected in series. Then, select transistors S1 and S2, which are two transistors, are provided at both ends of the memory cell transistors M1 and M16. The control gates CG1 to CG16 of the memory cell transistors M1 to M16 are respectively connected to word lines WL (Wo
rd Line) 1 to WL16 and the word lines WL1 to WL1.
The WL16 and the select gate lines SGD, SGS are connected to a row decoder (not shown), and the row decoder selectively drives any one of the word lines WL1 to WL16 and the select gate lines SGD, SGS. Also,
The bit line BL is connected to a column selector (not shown),
Selected by this column selector. Source line SL
Are connected to a source decoder via a global source line (not shown).

【0042】次に、上記NAND型フラッシュEEPR
OMの製造方法について、図4(a)、(b)乃至図1
5(a)、(b)を用いて説明する。図4(a)、
(b)乃至図15(a)、(b)はそれぞれ図2
(a)、(b)に対応するもので、NAND型フラッシ
ュEEPROMの製造工程の断面図を順次示している。
Next, the NAND type flash EEPROM is used.
4 (a), (b) to FIG.
This will be described with reference to FIGS. FIG. 4 (a),
(B) to FIGS. 15 (a) and 15 (b) show FIGS.
FIGS. 4A and 4B correspond to FIGS. 4A and 4B and sequentially show cross-sectional views of a manufacturing process of a NAND flash EEPROM.

【0043】まず、図4(a)、(b)に示すように、
シリコン基板10上に、ゲート絶縁膜13となるシリコ
ン酸化膜を熱酸化法等により10nmの膜厚に形成し、
このゲート絶縁膜13上に非晶質シリコン膜14を減圧
CVD(Chemical Vapor Deposition)法等により60
nmの膜厚に形成する。なお、このゲート絶縁膜13は
シリコン酸化膜のままでもよいが、NHガス等による
窒化と酸化を行うことでオキシナイトライド膜としても
良い。引き続き、非晶質シリコン膜14上にシリコン窒
化膜23及びシリコン酸化膜24を、減圧CVD法等に
よりそれぞれ70nm、230nmの膜厚に形成する。
そして、温度850℃で水素燃焼酸化処理を30分間行
う。
First, as shown in FIGS. 4A and 4B,
A silicon oxide film serving as a gate insulating film 13 is formed on the silicon substrate 10 to a thickness of 10 nm by a thermal oxidation method or the like.
An amorphous silicon film 14 is formed on the gate insulating film 13 by a low pressure CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like.
It is formed to a thickness of nm. The gate insulating film 13 may be a silicon oxide film, but may be an oxynitride film by performing nitridation and oxidation using NH 3 gas or the like. Subsequently, a silicon nitride film 23 and a silicon oxide film 24 are formed on the amorphous silicon film 14 to a thickness of 70 nm and 230 nm, respectively, by a low pressure CVD method or the like.
Then, a hydrogen combustion oxidation treatment is performed at a temperature of 850 ° C. for 30 minutes.

【0044】次に、全面にフォトレジストを塗布し、リ
ソグラフィ技術により素子分離領域形成用にパターニン
グする。次にフォトレジストをマスクに用いたRIE
(Reactive Ion Etching)法等の異方性エッチングを行
い、シリコン酸化膜24及びシリコン窒化膜23を加工
する。そして、O−プラズマと、硫酸、過酸化水素水
の混合液にて処理を行い、フォトレジストを剥離する。
更に、上記シリコン酸化膜24及びシリコン窒化膜23
をマスクに用いたRIE法等により、多結晶シリコン膜
14、シリコン酸化膜13及びシリコン基板10を順次
エッチングして、素子分離領域を形成するためのトレン
チ11を形成し、図5(a)、(b)に示す構造を得
る。
Next, a photoresist is applied to the entire surface, and is patterned by lithography for forming element isolation regions. Next, RIE using photoresist as a mask
The silicon oxide film 24 and the silicon nitride film 23 are processed by performing anisotropic etching such as a (Reactive Ion Etching) method. Then, the photoresist is removed by performing treatment with a mixed solution of O 2 -plasma, sulfuric acid, and hydrogen peroxide solution.
Further, the silicon oxide film 24 and the silicon nitride film 23
The polycrystalline silicon film 14, the silicon oxide film 13, and the silicon substrate 10 are sequentially etched by RIE using the mask as a mask to form a trench 11 for forming an element isolation region, as shown in FIG. The structure shown in (b) is obtained.

【0045】次に、温度1000℃の酸化性雰囲気中で
熱処理を行うことで、トレンチ11の表面に露出してい
るシリコン基板10の表面に、膜厚6nmのシリコン酸
化膜を形成する(図示せず)。このシリコン酸化膜は、
トレンチ11の角部の形状を緩やかにすることで、この
角部へのストレス等の集中を防止するためのものであ
る。
Next, a 6-nm-thick silicon oxide film is formed on the surface of the silicon substrate 10 exposed on the surface of the trench 11 by performing a heat treatment in an oxidizing atmosphere at a temperature of 1000 ° C. Zu). This silicon oxide film
By making the shape of the corner of the trench 11 gentle, concentration of stress or the like on this corner is prevented.

【0046】そして、図6(a)、(b)に示すよう
に、全面にシリコン酸化膜12をHDP(High Density
Plasma)法等により430nmの膜厚に形成すること
で、トレンチ11を埋め込む。そして、シリコン窒化膜
23をストッパーに用いたCMP法により、上記シリコ
ン酸化膜12、24を研磨して平坦化し、素子分離領域
STIを完成する。
Then, as shown in FIGS. 6A and 6B, a silicon oxide film 12 is formed on the entire surface by HDP (High Density).
The trench 11 is buried by forming the film to a thickness of 430 nm by a plasma (plasma) method or the like. Then, the silicon oxide films 12 and 24 are polished and flattened by the CMP method using the silicon nitride film 23 as a stopper, thereby completing the element isolation region STI.

【0047】そして、図7(a)、(b)に示すよう
に、温度150℃のリン酸処理を40分間行うことで、
シリコン窒化膜23を選択的に除去する。
Then, as shown in FIGS. 7A and 7B, a phosphoric acid treatment at a temperature of 150 ° C. is performed for 40 minutes.
The silicon nitride film 23 is selectively removed.

【0048】その後、図8(a)、(b)のように、減
圧CVD法により非晶質シリコン膜15及びシリコン酸
化膜25をそれぞれ100nm、230nmの膜厚に順
次形成する。
Thereafter, as shown in FIGS. 8A and 8B, an amorphous silicon film 15 and a silicon oxide film 25 are sequentially formed to a thickness of 100 nm and 230 nm, respectively, by a low pressure CVD method.

【0049】次に図9(a)、(b)に示すように、全
面にフォトレジスト26を塗布し、リソグラフィ技術に
て図示するようにパターニングする。そして、このフォ
トレジスト26をマスクに用いたRIE法等によりシリ
コン酸化膜25を加工する。
Next, as shown in FIGS. 9A and 9B, a photoresist 26 is applied to the entire surface and patterned by lithography as shown in the figure. Then, the silicon oxide film 25 is processed by RIE or the like using the photoresist 26 as a mask.

【0050】その後、O−プラズマと、硫酸、過酸化
水素水の混合液にて処理を行い、レジスト26を剥離す
る。次に、図10(a)、(b)に示すように、全面に
減圧CVD法等によりシリコン酸化膜27を70nmの
膜厚に形成する。
After that, the resist 26 is removed by performing a process using a mixed solution of O 2 -plasma, sulfuric acid, and hydrogen peroxide solution. Next, as shown in FIGS. 10A and 10B, a silicon oxide film 27 is formed to a thickness of 70 nm on the entire surface by a low pressure CVD method or the like.

【0051】その後、全面エッチバック法により、図1
1(a)、(b)に示すようにシリコン酸化膜27がシ
リコン酸化膜25の側壁にのみ残存するようにエッチン
グする。
Thereafter, FIG.
Etching is performed so that the silicon oxide film 27 remains only on the side wall of the silicon oxide film 25 as shown in FIGS.

【0052】そして、上記シリコン酸化膜25、27を
マスクに用いたRIE法により、非晶質シリコン膜15
を除去し、その後、シリコン酸化膜25、27のマスク
材を、O−プラズマと、硫酸、過酸化水素水の混合液
にて除去する。上記工程により、図12(a)、(b)
に示すように、2つの活性領域AAとその間に挟まれる
素子分離領域STIに跨り、非晶質シリコン膜14と1
5とからなる浮遊ゲートFGを完成する。
Then, the amorphous silicon film 15 is formed by RIE using the silicon oxide films 25 and 27 as a mask.
Then, the mask material for the silicon oxide films 25 and 27 is removed with a mixed solution of O 2 -plasma, sulfuric acid, and hydrogen peroxide. By the above steps, FIGS. 12 (a) and 12 (b)
As shown in FIG. 3, the amorphous silicon films 14 and 1 extend over two active regions AA and the element isolation region STI sandwiched between the active regions AA.
5 to complete the floating gate FG.

【0053】次に、図13(a)、(b)に示すよう
に、減圧CVD法により全面に浮遊ゲート・制御ゲート
間絶縁膜16を17nmの膜厚に形成する。この浮遊ゲ
ート・制御ゲート間絶縁膜16は、例えばシリコン酸化
膜(SiO:5nm)、シリコン窒化膜(SiN:7
nm)、及びシリコン酸化膜(SiO:5nm)の3
層構造のONO膜である。なお、この浮遊ゲート・制御
ゲート間絶縁膜16は、単にシリコン酸化膜を用いても
良いし、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との2層構造
のON膜、NO膜であっても良い。なお、選択トランジ
スタ及び周辺領域のトランジスタの形成予定領域の図示
せぬ一部領域においては、浮遊ゲート・制御ゲート間絶
縁膜16を除去する。勿論この形成予定領域の全ての浮
遊ゲート・制御ゲート間絶縁膜16を除去してもかまわ
ない。引き続き、浮遊ゲート・制御ゲート間絶縁膜16
上に、制御ゲートCG1〜CG16、セレクトゲートS
GD、SGSとなる非晶質シリコン膜17を、減圧CV
D法により80nmの膜厚に形成する。なお、非晶質シ
リコン膜17上に、例えばタングステンシリサイド膜な
どのシリサイド膜を形成しても良いし、更にこのシリサ
イド膜上に絶縁膜を形成してもかまわない。
Next, as shown in FIGS. 13A and 13B, an insulating film 16 between the floating gate and the control gate is formed to a thickness of 17 nm over the entire surface by low pressure CVD. The insulating film 16 between the floating gate and the control gate is, for example, a silicon oxide film (SiO 2 : 5 nm), a silicon nitride film (SiN: 7
nm) and silicon oxide film (SiO 2 : 5 nm).
This is an ONO film having a layer structure. The insulating film 16 between the floating gate and the control gate may be simply a silicon oxide film, or may be an ON film or a NO film having a two-layer structure of a silicon oxide film and a silicon nitride film. Note that the insulating film 16 between the floating gate and the control gate is removed in a part (not shown) of the region where the select transistor and the transistor in the peripheral region are to be formed. Of course, all the insulating film 16 between the floating gate and the control gate in the region to be formed may be removed. Subsequently, the insulating film 16 between the floating gate and the control gate is
The control gates CG1 to CG16 and the select gate S
The amorphous silicon film 17 to be GD and SGS is reduced in pressure CV.
Formed to a thickness of 80 nm by Method D. Note that a silicide film such as a tungsten silicide film may be formed on the amorphous silicon film 17, or an insulating film may be formed on the silicide film.

【0054】次に、図14(a)、(b)に示すよう
に、リソグラフィ技術と異方性のエッチングにより、非
晶質シリコン膜17、浮遊ゲート・制御ゲート間絶縁膜
16、及び非晶質シリコン膜15、14をエッチング
し、2層ゲート構造を形成する。そして、イオン注入法
によりソース、ドレインとなる領域に不純物を導入する
ことで、不純物拡散層18を選択的に形成したのち、導
入した不純物の活性化のために、温度1050℃の熱処
理を30秒間行う。引き続き、全面にシリコン窒化膜1
9を減圧CVD法により40nmの膜厚に形成する。
Next, as shown in FIGS. 14A and 14B, the amorphous silicon film 17, the floating gate-control gate insulating film 16, and the amorphous silicon film 17 are formed by lithography and anisotropic etching. The high quality silicon films 15 and 14 are etched to form a two-layer gate structure. Then, an impurity is introduced into a region serving as a source and a drain by an ion implantation method to selectively form the impurity diffusion layer 18. Then, a heat treatment at a temperature of 1050 ° C. is performed for 30 seconds to activate the introduced impurity. Do. Subsequently, a silicon nitride film 1
9 is formed to a thickness of 40 nm by a low pressure CVD method.

【0055】以上の工程により、メモリセルトランジス
タM1〜M16及び選択トランジスタS1、S2が完成
する。なお、前述したように選択トランジスタS1、S
2において、浮遊ゲートFGとセレクトゲートSGD、
SGSとは図示せぬ領域で電気的に接続されている。
Through the above steps, the memory cell transistors M1 to M16 and the select transistors S1 and S2 are completed. Note that, as described above, the selection transistors S1, S1
2, the floating gate FG and the select gate SGD,
It is electrically connected to the SGS in a region not shown.

【0056】次に、図15(a)、(b)に示すよう
に、全面に段差被覆性の高いBPSG(Boron Phosphor
ous Silicate Glass)膜により層間絶縁膜20を形成す
る。この層間絶縁膜20により、メモリセルトランジス
タM1〜M16及び選択トランジスタS1、S2を埋め
込んだ後、加熱処理を行うことでBPSG膜をリフロー
させて、平坦化する。
Next, as shown in FIGS. 15A and 15B, BPSG (Boron Phosphor) having high step coverage over the entire surface is provided.
The interlayer insulating film 20 is formed by a ous silicate glass) film. After the memory cell transistors M1 to M16 and the select transistors S1 and S2 are embedded with the interlayer insulating film 20, a BPSG film is reflowed and flattened by performing a heat treatment.

【0057】その後は、CMP法により層間絶縁膜20
の研磨を行った後、加熱処理を行うことで、層間絶縁膜
20の表面を平坦化し、引き続き、窒素雰囲気中での加
熱処理により層間絶縁膜20を高密度化させる。そし
て、リソグラフィ技術と異方性のエッチングにより、選
択トランジスタS1の不純物拡散層18とコンタクトを
取るコンタクトホール21を形成する。そして、コンタ
クトホール21の底部のシリコン基板10中に、イオン
注入法により不純物を導入し、RTA(Rapid Thermal
Annealing)法により温度950℃の窒素雰囲気中で加
熱することにより、導入した不純物を活性化する。その
後、PVD(Physical Vapor Deposition)法により、
例えば全面にチタン膜及びタングステン膜を形成して、
コンタクトホール21を埋め込む。更に、このチタン膜
及びタングステン膜を、パターニングして、ビット線B
Lの配線層22を形成して、図2(a)、(b)の構造
を完成する。
Thereafter, the interlayer insulating film 20 is formed by the CMP method.
After the polishing, the surface of the interlayer insulating film 20 is flattened by performing a heat treatment, and subsequently, the density of the interlayer insulating film 20 is increased by a heat treatment in a nitrogen atmosphere. Then, a contact hole 21 for making contact with the impurity diffusion layer 18 of the select transistor S1 is formed by lithography and anisotropic etching. Then, an impurity is introduced into the silicon substrate 10 at the bottom of the contact hole 21 by an ion implantation method, and RTA (Rapid Thermal
The introduced impurities are activated by heating in a nitrogen atmosphere at a temperature of 950 ° C. by an Annealing method. Then, by PVD (Physical Vapor Deposition) method,
For example, forming a titanium film and a tungsten film on the entire surface,
The contact hole 21 is buried. Further, the titanium film and the tungsten film are patterned to form a bit line B
The L wiring layer 22 is formed to complete the structure shown in FIGS.

【0058】次に、上記のような構造のNAND型フラ
ッシュEEPROMにおいて、多値制御する場合の、デ
ータの書き込み方法を、4値制御をする場合を例に挙げ
て説明する。図16は、メモリセル数と閾値電圧Vth
との関係を示しており、データ“00”、“01”、
“10”、“11”に相当する閾値電圧を、それぞれ
“Vth00”、“Vth01”、“Vth10”、
“Vth11”とする。なお、データ“11”はメモリ
セルトランジスタの浮遊ゲートFGに、実効的に電子が
注入されておらず、閾値電圧が負である消去状態であ
る。
Next, in the NAND flash EEPROM having the above-described structure, a method of writing data in the case of performing multi-value control will be described by taking as an example the case of performing four-value control. FIG. 16 shows the relationship between the number of memory cells and the threshold voltage Vth.
And data “00”, “01”,
The threshold voltages corresponding to “10” and “11” are set to “Vth00”, “Vth01”, “Vth10”,
“Vth11”. Note that data “11” is an erased state in which electrons are not effectively injected into the floating gate FG of the memory cell transistor and the threshold voltage is negative.

【0059】上記のように4つのデータを書き込む場合
の各電圧の関係について図17(a)乃至(d)を用い
て説明する。図17(a)乃至(d)はNAND型フラ
ッシュEEPROMの平面図であり、それぞれデータ
“00”、“01”、“10”、“11”を書き込む際
の電圧関係を示している。ここで、メモリセルトランジ
スタM3を選択したと仮定する。そのため、各メモリセ
ルトランジスタM1〜M16の制御ゲートCG1〜CG
16のうち、メモリセルトランジスタM3の制御ゲート
CG3にのみ高電圧Vpp=20Vを印加し、その他の
制御ゲートCG1、CG2、CG4〜CG16には、浮
遊ゲートに電子が注入されないように中間電位Vppm
=7Vを印加する。また、選択トランジスタS1、S2
のセレクトゲートSGD、SGSには、共に20Vを印
加して選択状態にする。また、ソース線SLは接地電位
に設定され、このソース線SLにより、選択トランジス
タS2のソース領域も接地電位に設定される。
Referring to FIGS. 17A to 17D, the relationship between the voltages when writing four data as described above will be described. FIGS. 17A to 17D are plan views of the NAND flash EEPROM, and show the voltage relationships when writing data “00”, “01”, “10”, and “11”, respectively. Here, it is assumed that the memory cell transistor M3 is selected. Therefore, the control gates CG1 to CG of the memory cell transistors M1 to M16
16, the high voltage Vpp = 20 V is applied only to the control gate CG3 of the memory cell transistor M3, and the other control gates CG1, CG2, CG4 to CG16 have the intermediate potential Vppm so that electrons are not injected into the floating gate.
= 7V is applied. Also, the selection transistors S1, S2
20V is applied to both select gates SGD and SGS to bring them into a selected state. The source line SL is set to the ground potential, and the source region of the selection transistor S2 is set to the ground potential by the source line SL.

【0060】まず、メモリセルトランジスタM3にデー
タ“00”を書き込む場合について、図17(a)を用
いて説明する。データ“00”を書き込むには、メモリ
セルトランジスタM3の閾値電圧Vthを、最も高い
“Vth00”に設定する必要がある。すなわち浮遊ゲ
ートFGに注入する電子の量が最も多い状態である。そ
のため、選択トランジスタS1の2つのドレイン領域を
フローティングの状態にする。すると、選択したメモリ
セルトランジスタM3において、シリコン基板10と浮
遊ゲートFGとの間には約20Vの高い電位差が発生
し、電子が浮遊ゲートFGに大量に注入される。
First, a case where data "00" is written to the memory cell transistor M3 will be described with reference to FIG. To write data “00”, it is necessary to set the threshold voltage Vth of the memory cell transistor M3 to the highest “Vth00”. That is, the state is such that the amount of electrons injected into the floating gate FG is the largest. Therefore, the two drain regions of the selection transistor S1 are set in a floating state. Then, in the selected memory cell transistor M3, a high potential difference of about 20 V is generated between the silicon substrate 10 and the floating gate FG, and a large amount of electrons are injected into the floating gate FG.

【0061】次に、データ“01”を書き込む際には、
図17(b)に示すように、選択トランジスタS1の2
つのドレイン領域のうち、一方をフローティングに、他
方を中間電位Vm’=3.5Vにする。すると、選択し
たメモリセルトランジスタM3において、2つのドレイ
ン領域のうち他方のドレイン領域を3.5Vにした影響
で、シリコン基板10の2つの活性領域AAの一方の電
位が上がり、この領域におけるシリコン基板10と浮遊
ゲートFGとの間の電位差が低下する。そのため、デー
タ“00”を書き込む場合に比して、浮遊ゲートFGへ
の電子の注入量は減少する。
Next, when writing data "01",
As shown in FIG. 17B, 2 of the selection transistor S1
One of the drain regions is set to a floating state, and the other is set to an intermediate potential Vm ′ = 3.5 V. Then, in the selected memory cell transistor M3, the potential of one of the two active regions AA of the silicon substrate 10 rises due to the effect of setting the other drain region of the two drain regions to 3.5 V, and the silicon substrate in this region The potential difference between 10 and floating gate FG decreases. Therefore, the amount of electrons injected into the floating gate FG is smaller than when data “00” is written.

【0062】データ“10”を書き込む際には、図17
(c)に示すように、選択トランジスタS1の2つのド
レイン領域を共に中間電位Vm’=3.5Vに設定す
る。すると、選択したメモリセルトランジスタM3にお
いて、2つのドレイン領域を3.5Vにした影響で、デ
ータ“00”の書き込み時に比して、シリコン基板10
の2つの活性領域AAの電位が上がり、2つの活性領域
AAと浮遊ゲートFGとの間の電位差が低下する。その
ため、データ“01”を書き込む場合に比して、浮遊ゲ
ートFGへの電子の注入量は更に減少する。
When writing data "10", the data shown in FIG.
As shown in (c), the two drain regions of the selection transistor S1 are both set to the intermediate potential Vm '= 3.5V. Then, in the selected memory cell transistor M3, due to the effect that the two drain regions are set to 3.5 V, the silicon substrate 10 is less than when data “00” is written.
Of the two active regions AA increases, and the potential difference between the two active regions AA and the floating gate FG decreases. Therefore, the amount of electrons injected into the floating gate FG is further reduced as compared with the case where the data “01” is written.

【0063】データ“11”の書き込みは、消去状態で
あり、閾値電圧Vthを負の状態から変えない必要があ
るため、実効的に浮遊ゲートに電子を注入しない。その
ため、選択トランジスタS1の2つのドレイン領域の一
方を中間電位Vm’=3.5Vに維持したまま、他方を
中間電位Vm=7.0Vに設定する。すると、選択した
メモリセルトランジスタM3において、2つのドレイン
領域のうち他方のドレイン領域を7.0Vにした影響
で、シリコン基板10の2つの活性領域AAの一方の電
位が更に上がり、この領域におけるシリコン基板10と
浮遊ゲートFGとの間の電位差が更に低下する。そのた
め、データ“10”を書き込む場合に比して、浮遊ゲー
トFGへの電子の注入量は更に減少し、浮遊ゲートFG
への電子の注入は実効的に行われない。
Since the writing of data "11" is in an erased state and the threshold voltage Vth must not be changed from a negative state, electrons are not effectively injected into the floating gate. Therefore, while maintaining one of the two drain regions of the selection transistor S1 at the intermediate potential Vm '= 3.5V, the other is set to the intermediate potential Vm = 7.0V. Then, in the selected memory cell transistor M3, the potential of one of the two active regions AA of the silicon substrate 10 further rises due to the effect of setting the other drain region of the two drain regions to 7.0 V, and the silicon in this region is increased. The potential difference between the substrate 10 and the floating gate FG further decreases. Therefore, the injection amount of electrons into the floating gate FG is further reduced as compared with the case where data “10” is written, and the floating gate FG
Injection of electrons into is not performed effectively.

【0064】上記の4つの電圧関係において、それぞれ
の場合について例えば10回のパルスを印加して分割書
き込みを行うと、同じ書き込み回数であってもシリコン
基板と浮遊ゲートFGとの電位差が異なるため、浮遊ゲ
ートFGに注入される電子の量が異なり、4つの閾値電
圧“Vth00”、“Vth01”、“Vth10”、
“Vth11”を設定することが出来る。
In the above four voltage relations, in each case, when, for example, ten pulses are applied to perform divided writing, the potential difference between the silicon substrate and the floating gate FG is different even if the number of writings is the same, so that The amount of electrons injected into the floating gate FG is different, and four threshold voltages “Vth00”, “Vth01”, “Vth10”,
“Vth11” can be set.

【0065】なお、選択トランジスタS1の2つのドレ
イン領域に印加する電圧は、上記の値に限られるもので
はなく、浮遊ゲートFGへの電子の注入量を段階的に変
えることが出来れば、2つのドレイン領域に印加する電
圧値の組み合わせはどのようなものでもかまわない。
The voltage applied to the two drain regions of the select transistor S1 is not limited to the above value. If the amount of electrons injected into the floating gate FG can be changed step by step, Any combination of voltage values applied to the drain region may be used.

【0066】従来、4値制御を行う際には、選択トラン
ジスタS1のドレイン領域の電圧を固定して、書き込み
回数を変えることでメモリセルトランジスタの4つの閾
値を設定していた。そのため、データ“00”、“0
1”、“10”を書き込む際には、書き込みパルスをそ
れぞれ30回、20回、10回印加する必要があった。
しかし、上記実施形態によれば、1つのメモリセルトラ
ンジスタの浮遊ゲートFGが、素子分離領域STI及び
この素子分離領域STIに隣接する2つの活性領域AA
の3つの領域に渡って設けられており、それぞれの活性
領域AAには電気的に分離された2組のソース、ドレイ
ン領域が設けられている。そのため、2つのドレイン領
域に与える電圧の組み合わせを変えることで、それぞれ
の活性領域AAより浮遊ゲートFGへ注入する電子の量
を細かく制御できる。よって、このメモリセルトランジ
スタにデータを書き込む際には、従来の多値制御のよう
に設定閾値電圧毎に書き込み回数を変化させる必要が無
い。すなわち、選択トランジスタS1のドレイン領域の
電圧を変えることにより、どのデータを書き込む際に
も、10回の書き込みパルスの印加により行うことが出
来るため、書き込み時間を短縮できる。
Conventionally, when performing quaternary control, four threshold values of the memory cell transistor are set by fixing the voltage of the drain region of the selection transistor S1 and changing the number of times of writing. Therefore, data “00”, “0”
When writing "1" and "10", it was necessary to apply a write pulse 30 times, 20 times, and 10 times, respectively.
However, according to the above embodiment, the floating gate FG of one memory cell transistor is connected to the element isolation region STI and the two active regions AA adjacent to the element isolation region STI.
The active region AA is provided with two sets of electrically isolated source and drain regions. Therefore, by changing the combination of voltages applied to the two drain regions, the amount of electrons injected from each active region AA to the floating gate FG can be finely controlled. Therefore, when data is written to the memory cell transistor, it is not necessary to change the number of times of writing for each set threshold voltage unlike the conventional multi-value control. That is, by changing the voltage of the drain region of the selection transistor S1, any data can be written by applying a write pulse ten times, so that the writing time can be reduced.

【0067】なお、上記実施形態では、1つのメモリセ
ルトランジスタが形成されている2つの活性領域AA上
の2つのゲート絶縁膜13は、共に同じ材料を用いてい
るが、例えば一方にシリコン酸化膜、他方にオキシナイ
トライド膜を用いるなど、互いに異なる材料を用いても
良い。上記の例の場合、図4に示す工程で、シリコン基
板10上にシリコン酸化膜によりゲート酸化膜13を形
成した後、シリコン酸化膜をオキシナイトライド膜にす
るべき領域に開口を持つマスク材を形成して、窒化及び
酸化を行う。その後マスク材を除去して、上記第1の実
施形態で説明した製造方法に従うことより、1つのメモ
リセルトランジスタの2つのゲート絶縁膜13の一方を
シリコン酸化膜、他方をオキシナイトライド膜にするこ
とが出来る。
In the above embodiment, the same material is used for the two gate insulating films 13 on the two active regions AA where one memory cell transistor is formed. Alternatively, different materials may be used, such as using an oxynitride film for the other. In the case of the above example, after forming the gate oxide film 13 with the silicon oxide film on the silicon substrate 10 in the step shown in FIG. 4, a mask material having an opening in a region where the silicon oxide film is to be an oxynitride film is used. Once formed, nitridation and oxidation are performed. Thereafter, the mask material is removed, and according to the manufacturing method described in the first embodiment, one of the two gate insulating films 13 of one memory cell transistor is a silicon oxide film and the other is an oxynitride film. I can do it.

【0068】次に、この発明の第2の実施形態に係る不
揮発性半導体記憶装置及びその製造方法について、NA
ND型フラッシュEEPROMを例に挙げて説明する。
Next, a nonvolatile semiconductor memory device and a method of manufacturing the same according to the second embodiment of the present invention will be described.
An ND type flash EEPROM will be described as an example.

【0069】本実施形態に係るNAND型フラッシュE
EPROMの平面構造は、第1の実施形態で説明したも
のと同様であるため説明を省略する。
The NAND flash E according to the present embodiment
The planar structure of the EPROM is the same as that described in the first embodiment, and a description thereof will not be repeated.

【0070】図18は図1におけるA−A’線に沿った
断面図である。図1におけるB−B’線に沿った断面構
造もほぼ第1の実施形態と同様であるため説明を省略す
る。
FIG. 18 is a sectional view taken along the line AA 'in FIG. The cross-sectional structure along the line BB 'in FIG. 1 is also substantially the same as that of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

【0071】図示するように、シリコン基板10の主表
面に形成されたトレンチ11内に、シリコン酸化膜12
(第3の絶縁膜)が埋め込まれて、素子分離領域STI
が形成されている。この素子分離領域STI間に隣接す
る、一方の活性領域AA上にはゲート絶縁膜13(第1
のゲート絶縁膜、第2の絶縁膜)が形成され、他方の活
性領域AA上には2層のゲート絶縁膜13’、13(ゲ
ート絶縁膜13’:第2の絶縁膜、ゲート絶縁膜13:
第1の絶縁膜、ゲート絶縁膜13と13’:第1のゲー
ト絶縁膜)が形成されている。このゲート絶縁膜13上
には、浮遊ゲートFGの一部を構成する非晶質シリコン
膜14が形成されている。そして、隣接する2つの活性
領域AAに形成された非晶質シリコン膜14及び、この
2つの活性領域AA間の素子分離領域STI上を跨ぐよ
うにして、非晶質シリコン膜15が形成され、この非晶
質シリコン膜14と15とにより浮遊ゲートFGが形成
されている。浮遊ゲートFG上には、浮遊ゲート・制御
ゲート間絶縁膜16が形成され、この浮遊ゲート・制御
ゲート間絶縁膜16上に、制御ゲートCG1〜CG1
6、セレクトゲートSGD、SGSとなる非晶質シリコ
ン膜17が形成されている。そして、シリコン基板10
には選択的に、ソース、ドレイン領域となる不純物拡散
層18(図示せず)が形成されることにより、メモリセ
ルトランジスタM1〜M16及び選択トランジスタS
1、S2が形成されている。なお、選択トランジスタS
1、S2については、図示せぬ領域で浮遊ゲート・制御
ゲート間絶縁膜16が除去され、非晶質シリコン膜15
と17とが電気的に接続されている。また、全面にはシ
リコン窒化膜19が形成され、更に上記メモリセルトラ
ンジスタM1〜M16及び選択トランジスタS1、S2
を覆うようにして、層間絶縁膜20が形成されている。
そして、コンタクトホール21を介して選択トランジス
タS1のドレイン領域とコンタクトを取るビット線BL
の配線層22が形成されることで、NAND型フラッシ
ュEEPROMが形成されている。
As shown, a silicon oxide film 12 is formed in a trench 11 formed in the main surface of a silicon substrate 10.
(Third insulating film) is buried to form an element isolation region STI.
Are formed. A gate insulating film 13 (first region) is provided on one active region AA adjacent to the isolation region STI.
Are formed on the other active region AA, and two gate insulating films 13 'and 13 (gate insulating film 13': second insulating film, gate insulating film 13) are formed on the other active region AA. :
A first insulating film and gate insulating films 13 and 13 ′ (first gate insulating film) are formed. On the gate insulating film 13, an amorphous silicon film 14 forming a part of the floating gate FG is formed. Then, an amorphous silicon film 15 is formed so as to straddle the amorphous silicon film 14 formed in the two adjacent active regions AA and the element isolation region STI between the two active regions AA. The amorphous silicon films 14 and 15 form a floating gate FG. On the floating gate FG, an insulating film 16 between the floating gate and the control gate is formed. On the insulating film 16 between the floating gate and the control gate, the control gates CG1 to CG1 are formed.
6. An amorphous silicon film 17 serving as select gates SGD and SGS is formed. And the silicon substrate 10
Is selectively formed with an impurity diffusion layer 18 (not shown) serving as source and drain regions, so that the memory cell transistors M1 to M16 and the selection transistor S
1, S2 are formed. The selection transistor S
1 and S2, the insulating film 16 between the floating gate and the control gate is removed in a region (not shown), and the amorphous silicon film 15 is removed.
And 17 are electrically connected. Further, a silicon nitride film 19 is formed on the entire surface, and the memory cell transistors M1 to M16 and the select transistors S1, S2
, An interlayer insulating film 20 is formed.
Then, the bit line BL that makes contact with the drain region of the selection transistor S1 through the contact hole 21
By forming the wiring layer 22, a NAND flash EEPROM is formed.

【0072】すなわち、本実施形態に係るNAND型フ
ラッシュEEPROMは、第1の実施形態に係るNAN
D型フラッシュEEPROMのメモリセルトランジスタ
M1〜M16の2つの活性領域AA上の2つのゲート絶
縁膜を、互いに異なる膜厚としたものである。
That is, the NAND flash EEPROM according to the present embodiment is the same as the NAND flash EEPROM according to the first embodiment.
The two gate insulating films on the two active regions AA of the memory cell transistors M1 to M16 of the D-type flash EEPROM have different thicknesses.

【0073】次に、上記NAND型フラッシュEEPR
OMの製造方法について、図19乃至図26を用いて説
明する。図19乃至図26は、図18に対応するもの
で、NAND型フラッシュEEPROMの製造工程の断
面図を順次示している。
Next, the NAND flash EEPR
The method of manufacturing the OM will be described with reference to FIGS. 19 to 26 correspond to FIG. 18 and sequentially show cross-sectional views of a manufacturing process of the NAND flash EEPROM.

【0074】まず、図19に示すように、シリコン基板
10上に、シリコン酸化膜によりゲート絶縁膜13’と
なるシリコン酸化膜を熱酸化法等により10nmの膜厚
に形成する。そして、リソグラフィ技術と異方性のエッ
チングにより、ゲート絶縁膜13’を図示するようにパ
ターニングする。
First, as shown in FIG. 19, a silicon oxide film to be a gate insulating film 13 'is formed on a silicon substrate 10 to a thickness of 10 nm by a thermal oxidation method or the like. Then, the gate insulating film 13 'is patterned as shown by lithography and anisotropic etching.

【0075】次に、図20に示すように、シリコン基板
10及びゲート絶縁膜13’上に、ゲート絶縁膜13、
非晶質シリコン膜14を減圧CVD法等により10n
m、60nmの膜厚にそれぞれ形成する。なお、このゲ
ート絶縁膜13、13’はシリコン酸化膜のままでもよ
いが、NHガス等による窒化と酸化を行うことでオキ
シナイトライド膜としても良い。引き続き、非晶質シリ
コン膜14上にシリコン窒化膜23及びシリコン酸化膜
24を、減圧CVD法等によりそれぞれ70nm、23
0nmの膜厚に形成する。そして、温度850℃で水素
燃焼酸化処理を30分間行う。
Next, as shown in FIG. 20, the gate insulating film 13 is formed on the silicon substrate 10 and the gate insulating film 13 '.
The amorphous silicon film 14 is formed to a thickness of 10
m and 60 nm respectively. The gate insulating films 13 and 13 ′ may be silicon oxide films, but may be oxynitride films by performing nitridation and oxidation using NH 3 gas or the like. Subsequently, a silicon nitride film 23 and a silicon oxide film 24 are formed on the amorphous silicon
It is formed to a thickness of 0 nm. Then, a hydrogen combustion oxidation treatment is performed at a temperature of 850 ° C. for 30 minutes.

【0076】次に、全面にフォトレジストを塗布し、リ
ソグラフィ技術により素子分離領域形成用にパターニン
グする。次にフォトレジストをマスクに用いたRIE
(Reactive Ion Etching)法等の異方性エッチングを行
い、シリコン酸化膜24及びシリコン窒化膜23を加工
する。そして、O−プラズマと、硫酸、過酸化水素水
の混合液にて処理を行い、フォトレジストを剥離する。
更に、上記シリコン酸化膜24及びシリコン窒化膜23
をマスクに用いたRIE法等により、多結晶シリコン膜
14、ゲート絶縁膜13、13’及びシリコン基板10
を順次エッチングして、素子分離領域を形成するための
トレンチ11を形成し、図21に示す構造を得る。
Next, a photoresist is applied to the entire surface and patterned by lithography for forming element isolation regions. Next, RIE using photoresist as a mask
The silicon oxide film 24 and the silicon nitride film 23 are processed by performing anisotropic etching such as a (Reactive Ion Etching) method. Then, the photoresist is removed by performing treatment with a mixed solution of O 2 -plasma, sulfuric acid, and hydrogen peroxide solution.
Further, the silicon oxide film 24 and the silicon nitride film 23
Polycrystalline silicon film 14, gate insulating films 13, 13 'and silicon substrate 10 by RIE or the like using
Are sequentially etched to form a trench 11 for forming an element isolation region to obtain a structure shown in FIG.

【0077】次に、温度1000℃の酸化性雰囲気中で
熱処理を行うことで、トレンチ11の表面に露出してい
るシリコン基板10の表面に、膜厚6nmのシリコン酸
化膜を形成する(図示せず)。このシリコン酸化膜は、
トレンチ11の角部の形状を緩やかにすることで、この
角部へのストレス等の集中を防止するためのものであ
る。
Next, a 6-nm thick silicon oxide film is formed on the surface of the silicon substrate 10 exposed on the surface of the trench 11 by performing a heat treatment in an oxidizing atmosphere at a temperature of 1000 ° C. Zu). This silicon oxide film
By making the shape of the corner of the trench 11 gentle, concentration of stress or the like on this corner is prevented.

【0078】そして、図22に示すように、全面にシリ
コン酸化膜12をHDP(High Density Plasma)法等
により430nmの膜厚に形成することで、トレンチ1
1を埋め込む。そして、シリコン窒化膜23をストッパ
ーに用いたCMP法により、上記シリコン酸化膜12、
24を研磨して平坦化し、素子分離領域STIを完成す
る。
Then, as shown in FIG. 22, a silicon oxide film 12 is formed on the entire surface to a thickness of 430 nm by the HDP (High Density Plasma) method or the like, so that the trench 1 is formed.
Embed 1 Then, the silicon oxide film 12 is formed by a CMP method using the silicon nitride film 23 as a stopper.
24 is polished and flattened to complete an element isolation region STI.

【0079】そして、図23に示すように、温度150
℃のリン酸処理を40分間行うことで、シリコン窒化膜
23を選択的に除去する。
Then, as shown in FIG.
The silicon nitride film 23 is selectively removed by performing phosphoric acid treatment at 40 ° C. for 40 minutes.

【0080】その後、減圧CVD法により非晶質シリコ
ン膜15及びシリコン酸化膜25をそれぞれ100n
m、230nmの膜厚に順次形成し、図24に示すよう
に、全面にフォトレジスト26を塗布し、リソグラフィ
技術にて図示するようにパターニングする。そして、こ
のフォトレジスト26をマスクに用いたRIE法等によ
りシリコン酸化膜25を加工する。
Thereafter, the amorphous silicon film 15 and the silicon oxide film 25 are each formed to a thickness of 100 n by a low pressure CVD method.
Next, as shown in FIG. 24, a photoresist 26 is applied to the entire surface and patterned by lithography as shown in FIG. Then, the silicon oxide film 25 is processed by RIE or the like using the photoresist 26 as a mask.

【0081】その後、O−プラズマと、硫酸、過酸化
水素水の混合液にて処理を行い、レジスト26を剥離す
る。次に、全面に減圧CVD法等によりシリコン酸化膜
27を70nmの膜厚に形成し、全面エッチバック法に
より、図25に示すようにシリコン酸化膜27がシリコ
ン酸化膜25の側壁にのみ残存するようにエッチングす
る。
After that, the resist 26 is removed by performing a process using a mixed solution of O 2 -plasma, sulfuric acid, and hydrogen peroxide solution. Next, a silicon oxide film 27 is formed to a thickness of 70 nm on the entire surface by a low pressure CVD method or the like, and the silicon oxide film 27 is left only on the side walls of the silicon oxide film 25 as shown in FIG. Etching as follows.

【0082】そして、上記シリコン酸化膜25、27を
マスクに用いたRIE法により、非晶質シリコン膜15
を除去し、その後、シリコン酸化膜25、27のマスク
材を、O−プラズマと、硫酸、過酸化水素水の混合液
にて除去して、図26に示すように、2つの活性領域A
Aとその間に挟まれる素子分離領域STIに跨り、非晶
質シリコン膜14と15とからなる浮遊ゲートFGを完
成する。
Then, the amorphous silicon film 15 is formed by RIE using the silicon oxide films 25 and 27 as a mask.
Then, the mask material of the silicon oxide films 25 and 27 is removed with a mixed solution of O 2 -plasma, sulfuric acid, and hydrogen peroxide, and as shown in FIG.
A floating gate FG composed of amorphous silicon films 14 and 15 is completed over the element isolation region STI sandwiched between A and the element isolation region STI.

【0083】その後は、第1の実施形態と同様に、図1
3乃至図15の工程により、NAND型フラッシュEE
PROMを完成する。
Thereafter, as in the first embodiment, FIG.
3 to FIG. 15, the NAND flash EE
Complete the PROM.

【0084】次に、上記構造のNAND型フラッシュE
EPROMにおいて、図16に示すような4値制御を行
う場合の、各電圧の関係について、図27(a)乃至
(d)を用いて説明する。図27(a)乃至(d)はN
AND型フラッシュEEPROMの平面図であり、それ
ぞれデータ“00”、“01”、“10”、“11”を
書き込む際の電圧関係を示している。第1の実施形態同
様に、メモリセルトランジスタM3を選択したと仮定す
る。なお、1層のゲート酸化膜13のみが形成されてい
る活性領域をAA、2層のゲート絶縁膜13、13’が
形成されている活性領域をAA’とする。
Next, the NAND flash E having the above structure
With reference to FIGS. 27A to 27D, a description will be given of the relationship between the voltages when the quaternary control shown in FIG. 16 is performed in the EPROM. FIGS. 27A to 27D show N
FIG. 3 is a plan view of an AND-type flash EEPROM, showing a voltage relationship when data “00”, “01”, “10”, and “11” are written, respectively. It is assumed that the memory cell transistor M3 is selected as in the first embodiment. The active region in which only one layer of the gate oxide film 13 is formed is AA, and the active region in which the two layers of the gate insulating films 13 and 13 'are formed is AA'.

【0085】まず、メモリセルトランジスタM3にデー
タ“00”を書き込む場合は、第1の実施形態と同様
に、図27(a)に示すように、選択トランジスタS1
の2つのドレイン領域をフローティングの状態にするこ
とで、電子が浮遊ゲートFGに大量に注入され、メモリ
セルトランジスタの閾値電圧は最も高い“Vth00”
に設定出来る。
First, when writing data "00" to the memory cell transistor M3, as in the first embodiment, as shown in FIG.
Are set in a floating state, a large amount of electrons are injected into the floating gate FG, and the threshold voltage of the memory cell transistor is the highest “Vth00”.
Can be set to

【0086】次に、データ“01”を書き込む際には、
図27(b)に示すように、選択トランジスタS1の2
つのドレイン領域のうち、活性領域AAのドレイン領域
をフローティングに、活性領域AA’のドレイン領域を
3.5Vに設定する。これにより、データ“00”を書
き込む場合に比して、浮遊ゲートFGへの電子の注入量
は減少する。
Next, when writing data "01",
As shown in FIG. 27B, 2 of the selection transistor S1
Of the drain regions, the drain region of the active region AA is set to be floating, and the drain region of the active region AA ′ is set to 3.5V. This reduces the amount of electrons injected into the floating gate FG as compared with the case where data “00” is written.

【0087】データ“10”を書き込む際には、図27
(c)に示すように、選択トランジスタS1の2つのド
レイン領域を共に3.5Vに設定する。これにより、デ
ータ“01”を書き込む場合に比して、浮遊ゲートFG
への電子の注入量は更に減少する。
When writing data “10”, the data shown in FIG.
As shown in (c), the two drain regions of the selection transistor S1 are both set to 3.5V. As a result, compared to the case where data “01” is written, floating gate FG
The amount of electrons injected into the substrate is further reduced.

【0088】データ“11”を書き込む際には、選択ト
ランジスタS1の2つのドレイン領域のうち、活性領域
AAのドレイン領域を3.5Vに、活性領域AA’のド
レイン領域を7.0Vに設定する。これにより、浮遊ゲ
ートFGへの電子の注入量は更に減少し、浮遊ゲートF
Gへの電子の注入は実効的に行われない。
When writing data "11", of the two drain regions of the select transistor S1, the drain region of the active region AA is set to 3.5V and the drain region of the active region AA 'is set to 7.0V. . As a result, the amount of electrons injected into the floating gate FG is further reduced, and the floating gate F
Injection of electrons into G is not performed effectively.

【0089】上記の4つの電圧関係において、同じ書き
込み回数により、4つの閾値電圧“Vth00”、“V
th01”、“Vth10”、“Vth11”を設定す
ることが出来るので、書き込み時間の短縮化を図ること
が出来る。また、第1の実施形態で説明したように、2
つのゲート絶縁膜の膜厚が同じ場合、2つのドレインの
一方にのみ電圧を印加したときに、浮遊ゲートFGに注
入される電子の数は、どちらのドレイン領域に電圧を印
加しても同じである。しかし、本実施形態のように、2
つのゲート絶縁膜の膜厚を変えることにより、どちらの
ドレイン領域に電圧を印加するかによって、浮遊ゲート
FGに注入できる電子の数が異なる。そのため、第1の
実施形態に比べて、メモリセルトランジスタに記憶させ
るデータ量を容易に増加させることが出来る。
In the above four voltage relationships, four threshold voltages "Vth00" and "Vth00"
th01 ”,“ Vth10 ”, and“ Vth11 ”can be set, so that the writing time can be shortened, and as described in the first embodiment, 2
When the thickness of the two gate insulating films is the same, when a voltage is applied to only one of the two drains, the number of electrons injected into the floating gate FG is the same regardless of the voltage applied to either drain region. is there. However, as in the present embodiment, 2
By changing the thickness of one gate insulating film, the number of electrons that can be injected into the floating gate FG differs depending on which drain region is to be applied with a voltage. Therefore, the amount of data stored in the memory cell transistor can be easily increased as compared with the first embodiment.

【0090】なお、第1の実施形態同様に、選択トラン
ジスタS1の2つのドレイン領域に印加する電圧は、上
記の値に限られるものではない。
As in the first embodiment, the voltages applied to the two drain regions of the select transistor S1 are not limited to the above values.

【0091】また、上記2つの活性領域AA、AA’上
の2つのゲート絶縁膜には同じ材料を用いているが、例
えば一方にシリコン酸化膜、他方にオキシナイトライド
膜を用いるなど、互いに異なる材料を用いても良い。上
記の例の場合、図20に示す工程で、ゲート酸化膜1
3’を形成した後、シリコン酸化膜をオキシナイトライ
ド膜にするべき領域に開口を持つマスク材を形成して、
窒化する。その後マスク材を除去して、上記第2の実施
形態で説明した製造方法に従うことより、1つのメモリ
セルトランジスタの2つのゲート絶縁膜の一方をシリコ
ン酸化膜、他方をオキシナイトライド膜にすることが出
来る。その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変
更して実施することが出来る。
Although the same material is used for the two gate insulating films on the two active regions AA and AA ', they are different from each other, such as using a silicon oxide film for one and an oxynitride film for the other. Materials may be used. In the case of the above example, in the step shown in FIG.
After forming 3 ', a mask material having an opening in a region where the silicon oxide film is to be turned into an oxynitride film is formed,
Nitriding. Thereafter, the mask material is removed, and one of the two gate insulating films of one memory cell transistor is made of a silicon oxide film and the other is made of an oxynitride film by following the manufacturing method described in the second embodiment. Can be done. In addition, the present invention can be implemented with appropriate modifications without departing from the gist of the present invention.

【0092】[0092]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、同じ書き込み回数でメモリセルトランジスタの複数
の閾値を設定することにより、書き込み時間を短縮化で
きる不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法を提供で
きる。
As described above, according to the present invention, a nonvolatile semiconductor memory device and a method of manufacturing the same which can shorten the write time by setting a plurality of threshold values of the memory cell transistor with the same number of write operations are provided. Can be provided.

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

【図1】この発明の第1の実施形態に係るNAND型フ
ラッシュEEPROMの平面図。
FIG. 1 is a plan view of a NAND flash EEPROM according to a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明の第1の実施形態に係るNAND型フ
ラッシュEEPROMの断面図であり、(a)図は図1
におけるA−A’線方向、(b)図はB−B’線方向に
沿った断面図。
FIG. 2 is a sectional view of a NAND flash EEPROM according to the first embodiment of the present invention, and FIG.
5A is a cross-sectional view along the line AA ′, and FIG.

【図3】この発明の第1の実施形態に係るNAND型フ
ラッシュEEPROMの1つのNANDセルの等価回
路。
FIG. 3 is an equivalent circuit of one NAND cell of the NAND flash EEPROM according to the first embodiment of the present invention;

【図4】この発明の第1の実施形態に係るNAND型フ
ラッシュEEPROMの第1の製造工程の断面図であ
り、(a)図は図1におけるA−A’線方向、(b)図
はB−B’線方向に沿った断面図。
FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views showing a first manufacturing process of the NAND flash EEPROM according to the first embodiment of the present invention; FIG. 4A is a sectional view taken along line AA ′ in FIG. 1; Sectional drawing along the BB 'line direction.

【図5】この発明の第1の実施形態に係るNAND型フ
ラッシュEEPROMの第2の製造工程の断面図であ
り、(a)図は図1におけるA−A’線方向、(b)図
はB−B’線方向に沿った断面図。
FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views illustrating a second manufacturing process of the NAND flash EEPROM according to the first embodiment of the present invention; FIG. 5A is a sectional view taken along line AA ′ in FIG. 1; Sectional drawing along the BB 'line direction.

【図6】この発明の第1の実施形態に係るNAND型フ
ラッシュEEPROMの第3の製造工程の断面図であ
り、(a)図は図1におけるA−A’線方向、(b)図
はB−B’線方向に沿った断面図。
FIGS. 6A and 6B are cross-sectional views illustrating a third manufacturing process of the NAND flash EEPROM according to the first embodiment of the present invention. FIG. 6A is a sectional view taken along line AA ′ of FIG. Sectional drawing along the BB 'line direction.

【図7】この発明の第1の実施形態に係るNAND型フ
ラッシュEEPROMの第4の製造工程の断面図であ
り、(a)図は図1におけるA−A’線方向、(b)図
はB−B’線方向に沿った断面図。
FIGS. 7A and 7B are cross-sectional views showing a fourth manufacturing process of the NAND-type flash EEPROM according to the first embodiment of the present invention; FIG. 7A is a sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 1; Sectional drawing along the BB 'line direction.

【図8】この発明の第1の実施形態に係るNAND型フ
ラッシュEEPROMの第5の製造工程の断面図であ
り、(a)図は図1におけるA−A’線方向、(b)図
はB−B’線方向に沿った断面図。
FIGS. 8A and 8B are cross-sectional views of a fifth manufacturing process of the NAND flash EEPROM according to the first embodiment of the present invention, wherein FIG. 8A is a sectional view taken along line AA ′ in FIG. 1, and FIG. Sectional drawing along the BB 'line direction.

【図9】この発明の第1の実施形態に係るNAND型フ
ラッシュEEPROMの第6の製造工程の断面図であ
り、(a)図は図1におけるA−A’線方向、(b)図
はB−B’線方向に沿った断面図。
FIGS. 9A and 9B are cross-sectional views illustrating a sixth manufacturing process of the NAND-type flash EEPROM according to the first embodiment of the present invention; FIG. 9A is a sectional view taken along line AA ′ in FIG. 1; Sectional drawing along the BB 'line direction.

【図10】この発明の第1の実施形態に係るNAND型
フラッシュEEPROMの第7の製造工程の断面図であ
り、(a)図は図1におけるA−A’線方向、(b)図
はB−B’線方向に沿った断面図。
FIGS. 10A and 10B are cross-sectional views of a seventh manufacturing process of the NAND flash EEPROM according to the first embodiment of the present invention, in which FIG. 10A is a sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1, and FIG. Sectional drawing along the BB 'line direction.

【図11】この発明の第1の実施形態に係るNAND型
フラッシュEEPROMの第8の製造工程の断面図であ
り、(a)図は図1におけるA−A’線方向、(b)図
はB−B’線方向に沿った断面図。
11 is a sectional view of an eighth manufacturing process of the NAND flash EEPROM according to the first embodiment of the present invention. FIG. 11A is a sectional view taken along line AA ′ in FIG. 1, and FIG. Sectional drawing along the BB 'line direction.

【図12】この発明の第1の実施形態に係るNAND型
フラッシュEEPROMの第9の製造工程の断面図であ
り、(a)図は図1におけるA−A’線方向、(b)図
はB−B’線方向に沿った断面図。
12A and 12B are cross-sectional views illustrating a ninth manufacturing process of the NAND flash EEPROM according to the first embodiment; FIG. 12A is a sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1; Sectional drawing along the BB 'line direction.

【図13】この発明の第1の実施形態に係るNAND型
フラッシュEEPROMの第10の製造工程の断面図で
あり、(a)図は図1におけるA−A’線方向、(b)
図はB−B’線方向に沿った断面図。
FIGS. 13A and 13B are cross-sectional views illustrating a tenth manufacturing process of the NAND flash EEPROM according to the first embodiment of the present invention; FIG.
The figure is a sectional view along the line BB '.

【図14】この発明の第1の実施形態に係るNAND型
フラッシュEEPROMの第11の製造工程の断面図で
あり、(a)図は図1におけるA−A’線方向、(b)
図はB−B’線方向に沿った断面図。
14A and 14B are cross-sectional views illustrating an eleventh manufacturing process of the NAND flash EEPROM according to the first embodiment of the present invention. FIG. 14A is a sectional view taken along line AA ′ in FIG. 1, and FIG.
The figure is a sectional view along the line BB '.

【図15】この発明の第1の実施形態に係るNAND型
フラッシュEEPROMの第12の製造工程の断面図で
あり、(a)図は図1におけるA−A’線方向、(b)
図はB−B’線方向に沿った断面図。
15A and 15B are cross-sectional views illustrating a twelfth manufacturing process of the NAND flash EEPROM according to the first embodiment of the present invention. FIG. 15A is a sectional view taken along the line AA ′ in FIG.
The figure is a sectional view along the line BB '.

【図16】NAND型フラッシュEEPROMにおいて
多値制御する際の、メモリセル数と閾値電圧の関係を示
す図。
FIG. 16 is a diagram showing a relationship between the number of memory cells and a threshold voltage when performing multi-value control in a NAND flash EEPROM.

【図17】この発明の第1の実施形態に係るNAND型
フラッシュEEPROMの平面図であり、(a)図はデ
ータ“00”、(b)図はデータ“01”、(c)図は
データ“10”、(d)図はデータ“11”を書き込む
場合の、各電圧の関係を示す図。
FIGS. 17A and 17B are plan views of the NAND flash EEPROM according to the first embodiment of the present invention, in which FIG. 17A is data “00”, FIG. 17B is data “01”, and FIG. FIGS. 10D and 10D are diagrams showing the relationship between voltages when data “11” is written.

【図18】この発明の第2の実施形態に係るNAND型
フラッシュEEPROMの断面図であり、図1における
A−A’線方向に沿った断面図。
FIG. 18 is a cross-sectional view of a NAND flash EEPROM according to a second embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view along the line AA ′ in FIG. 1;

【図19】この発明の第2の実施形態に係るNAND型
フラッシュEEPROMの第1の製造工程の断面図。
FIG. 19 is a sectional view of a first manufacturing step of a NAND flash EEPROM according to the second embodiment;

【図20】この発明の第2の実施形態に係るNAND型
フラッシュEEPROMの第2の製造工程の断面図。
FIG. 20 is a sectional view of a second manufacturing step of the NAND flash EEPROM according to the second embodiment;

【図21】この発明の第2の実施形態に係るNAND型
フラッシュEEPROMの第3の製造工程の断面図。
FIG. 21 is a sectional view of a third manufacturing step of the NAND flash EEPROM according to the second embodiment;

【図22】この発明の第2の実施形態に係るNAND型
フラッシュEEPROMの第4の製造工程の断面図。
FIG. 22 is a sectional view of a fourth manufacturing step of the NAND flash EEPROM according to the second embodiment;

【図23】この発明の第2の実施形態に係るNAND型
フラッシュEEPROMの第5の製造工程の断面図。
FIG. 23 is a sectional view of a fifth manufacturing step of the NAND flash EEPROM according to the second embodiment;

【図24】この発明の第2の実施形態に係るNAND型
フラッシュEEPROMの第6の製造工程の断面図。
FIG. 24 is a sectional view of a sixth manufacturing step of the NAND flash EEPROM according to the second embodiment;

【図25】この発明の第2の実施形態に係るNAND型
フラッシュEEPROMの第7の製造工程の断面図。
FIG. 25 is a sectional view of a seventh manufacturing step of the NAND flash EEPROM according to the second embodiment;

【図26】この発明の第2の実施形態に係るNAND型
フラッシュEEPROMの第8の製造工程の断面図。
FIG. 26 is a sectional view of an eighth manufacturing step of the NAND flash EEPROM according to the second embodiment;

【図27】この発明の第2の実施形態に係るNAND型
フラッシュEEPROMの平面図であり、(a)図はデ
ータ“00”、(b)図はデータ“01”、(c)図は
データ“10”、(d)図はデータ“11”を書き込む
場合の、各電圧の関係を示す図。
FIGS. 27A and 27B are plan views of a NAND flash EEPROM according to a second embodiment of the present invention, wherein FIG. 27A is data “00”, FIG. FIGS. 10D and 10D are diagrams showing the relationship between voltages when data “11” is written.

【図28】従来のNAND型フラッシュEEPROMの
平面図。
FIG. 28 is a plan view of a conventional NAND flash EEPROM.

【図29】従来のNAND型フラッシュEEPROMの
断面図であり、(a)図は図28におけるA−A’線方
向、(b)図はB−B’線方向に沿った断面図。
29A and 29B are cross-sectional views of a conventional NAND-type flash EEPROM. FIG. 29A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 28, and FIG.

【図30】従来のNAND型フラッシュEEPROMの
1つのNANDセルの等価回路。
FIG. 30 is an equivalent circuit diagram of one NAND cell of a conventional NAND flash EEPROM.

【図31】従来のNAND型フラッシュEEPROMの
第1の製造工程の断面図であり、(a)図は図28にお
けるA−A’線方向、(b)図はB−B’線方向に沿っ
た断面図。
31A to 31C are cross-sectional views of a first manufacturing process of a conventional NAND flash EEPROM, in which FIG. 31A is along the line AA ′ in FIG. 28, and FIG. 31B is along the line BB ′ in FIG. FIG.

【図32】従来のNAND型フラッシュEEPROMの
第2の製造工程の断面図であり、(a)図は図28にお
けるA−A’線方向、(b)図はB−B’線方向に沿っ
た断面図。
32A and 32B are cross-sectional views of a second manufacturing process of the conventional NAND flash EEPROM, in which FIG. 32A is along the line AA ′ in FIG. 28, and FIG. FIG.

【図33】従来のNAND型フラッシュEEPROMの
第3の製造工程の断面図であり、(a)図は図28にお
けるA−A’線方向、(b)図はB−B’線方向に沿っ
た断面図。
33A to 33C are cross-sectional views of a third manufacturing process of the conventional NAND flash EEPROM, in which FIG. 33A is along the line AA ′ in FIG. 28, and FIG. FIG.

【図34】従来のNAND型フラッシュEEPROMの
第4の製造工程の断面図であり、(a)図は図28にお
けるA−A’線方向、(b)図はB−B’線方向に沿っ
た断面図。
34A and 34B are cross-sectional views illustrating a fourth manufacturing process of the conventional NAND flash EEPROM, in which FIG. 34A is along the line AA ′ in FIG. 28, and FIG. FIG.

【図35】従来のNAND型フラッシュEEPROMの
第5の製造工程の断面図であり、(a)図は図28にお
けるA−A’線方向、(b)図はB−B’線方向に沿っ
た断面図。
FIGS. 35A and 35B are cross-sectional views of a fifth manufacturing process of a conventional NAND flash EEPROM, in which FIG. 35A is along the line AA ′ in FIG. 28, and FIG. FIG.

【図36】従来のNAND型フラッシュEEPROMの
第6の製造工程の断面図であり、(a)図は図28にお
けるA−A’線方向、(b)図はB−B’線方向に沿っ
た断面図。
36A and 36B are cross-sectional views of a sixth manufacturing process of a conventional NAND flash EEPROM, in which FIG. 36A is along the line AA ′ in FIG. 28, and FIG. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、100…シリコン基板 11、110…トレンチ 12、24、25、27、120、240…シリコン酸
化膜 13、13’130…ゲート絶縁膜 14、15、140、150、170…非晶質シリコン
膜 16、160…浮遊ゲート・制御ゲート間絶縁膜 18、180…不純物拡散層 19、23、190、230…シリコン窒化膜 20、200…層間絶縁膜 21、210…コンタクトホール 22、220…配線層 26…フォトレジスト
10, 100: silicon substrate 11, 110: trench 12, 24, 25, 27, 120, 240: silicon oxide film 13, 13'130: gate insulating film 14, 15, 140, 150, 170: amorphous silicon film 16, 160: insulating film between floating gate and control gate 18, 180: impurity diffusion layer 19, 23, 190, 230: silicon nitride film 20, 200: interlayer insulating film 21, 210: contact hole 22, 220: wiring layer 26 … Photoresist

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F001 AA09 AA43 AB02 AF20 AG29 AG30 5F083 EP27 EP32 EP43 EP44 EP76 ER22 JA04 JA39 NA01 PR05 PR34 PR40 ZA21 5F101 BA24 BB02 BF05 BH15 BH16 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F001 AA09 AA43 AB02 AF20 AG29 AG30 5F083 EP27 EP32 EP43 EP44 EP76 ER22 JA04 JA39 NA01 PR05 PR34 PR40 ZA21 5F101 BA24 BB02 BF05 BH15 BH16

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板に設けられた素子分離領域
と、 隣接する前記素子分離領域間の活性領域上に設けられた
第1のゲート絶縁膜と、 前記活性領域の第1のゲート絶縁膜上から隣接する活性
領域の第1のゲート絶縁膜上に、前記素子分離領域上を
経由して延設された第1のゲート電極と、 前記第1のゲート電極上に設けられた第2のゲート絶縁
膜と、 前記第2のゲート絶縁膜上に設けられ、前記第1のゲー
ト電極と少なくとも一部がオーバーラップする第2のゲ
ート電極と、 前記第1のゲート絶縁膜、前記第1のゲート電極、前記
第2のゲート絶縁膜、及び前記第2のゲート電極により
形成された積層ゲート構造を挟むように、前記第1のゲ
ート電極を共有する活性領域中にそれぞれ形成されたソ
ース、ドレイン領域とを具備することを特徴とする不揮
発性半導体記憶装置。
An element isolation region provided on a semiconductor substrate; a first gate insulating film provided on an active region between adjacent element isolation regions; and a first gate insulating film on the active region. A first gate electrode extending on the first gate insulating film of the active region adjacent to the first gate electrode via the element isolation region; and a second gate provided on the first gate electrode. An insulating film, a second gate electrode provided on the second gate insulating film, at least partially overlapping the first gate electrode, the first gate insulating film, the first gate Source and drain regions respectively formed in active regions sharing the first gate electrode so as to sandwich an electrode, the second gate insulating film, and a stacked gate structure formed by the second gate electrode Having The nonvolatile semiconductor memory device according to claim.
【請求項2】 前記第1のゲート電極を共有する活性領
域上にそれぞれ設けられた前記第1のゲート絶縁膜は、
互いに膜厚が異なることを特徴とする請求項1記載の不
揮発性半導体記憶装置。
2. The first gate insulating film provided on each of the active regions sharing the first gate electrode,
2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the film thicknesses are different from each other.
【請求項3】 前記第1のゲート電極を共有する活性領
域上にそれぞれ設けられた前記第1のゲート絶縁膜は、
互いに膜種が異なることを特徴とする請求項1または2
記載の不揮発性半導体記憶装置。
3. The first gate insulating film provided on an active region sharing the first gate electrode,
3. A film according to claim 1, wherein the film types are different from each other.
14. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1.
【請求項4】 前記第1のゲート電極を共有する活性領
域上にそれぞれ設けられた前記第1のゲート絶縁膜の少
なくともいずれか一方は、オキシナイトライド膜である
ことを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項記載の不
揮発性半導体記憶装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein at least one of the first gate insulating films provided on the active regions sharing the first gate electrode is an oxynitride film. 4. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1.
【請求項5】 前記積層ゲート構造と、前記第1のゲー
ト電極を共有する活性領域中にそれぞれ形成されたソー
ス、ドレイン領域とで1つのメモリセルトランジスタを
構成し、 前記メモリセルトランジスタにn(n>3)値を記憶さ
せる際には、前記第2のゲート電極に与える電圧を固定
し、前記第1のゲート電極を共有する活性領域中にそれ
ぞれ形成された前記ドレイン領域に与える電圧の組み合
わせを変化させて、前記活性領域のそれぞれから前記第
1のゲート電極へ注入する電子の量を調整することによ
り、前記メモリセルトランジスタのn値の閾値レベルを
設定することを特徴とする請求項1乃至4いずれか1項
記載の不揮発性半導体記憶装置。
5. A memory cell transistor comprising the stacked gate structure and source and drain regions respectively formed in an active region sharing the first gate electrode, wherein the memory cell transistor has n ( n> 3) When storing a value, a voltage applied to the second gate electrode is fixed, and a combination of voltages applied to the drain regions formed in the active regions sharing the first gate electrode, respectively. 2. The threshold level of the n-value of the memory cell transistor is set by adjusting the amount of electrons injected from each of the active regions into the first gate electrode by changing the threshold voltage. 5. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1.
【請求項6】 半導体基板の活性領域上に第1のゲート
絶縁膜を形成する工程と、 前記第1のゲート絶縁膜上に第1のゲート電極を形成す
るための第1の導電膜を形成する工程と、 前記第1の導電膜、前記第1のゲート絶縁膜、及び前記
半導体基板をエッチングしてトレンチを形成し、該トレ
ンチを絶縁膜で埋め込むことにより素子分離領域を形成
する工程と、 前記第1の導電膜及び前記素子分離領域上に、前記第1
のゲート電極を形成するための第2の導電膜を形成する
工程と、 前記第2の導電膜を、前記活性領域の第1の導電膜上か
ら隣接する活性領域の第1の導電膜上に、前記素子分離
領域上を経由して存在するようにパターニングし、前記
第1の導電膜と前記第2の導電膜とからなる第1のゲー
ト電極を形成する工程と、 前記第1のゲート電極上に第2のゲート絶縁膜を形成す
る工程と、 前記第2のゲート絶縁膜上に、前記第1のゲート電極と
少なくとも一部がオーバーラップするように第2のゲー
ト電極を形成する工程と、 前記第1のゲート絶縁膜、前記第1のゲート電極、前記
第2のゲート絶縁膜、及び前記第2のゲート電極により
形成された積層ゲート構造をマスクにして不純物を導入
し、前記第1のゲート電極を共有する活性領域中にそれ
ぞれ、ソース、ドレイン領域を形成する工程とを具備す
ることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方
法。
6. A step of forming a first gate insulating film on an active region of a semiconductor substrate, and forming a first conductive film for forming a first gate electrode on the first gate insulating film. Forming a trench by etching the first conductive film, the first gate insulating film, and the semiconductor substrate, and forming an element isolation region by filling the trench with an insulating film; Forming a first conductive film on the first conductive film and the element isolation region;
Forming a second conductive film for forming a gate electrode of the above; and forming the second conductive film on the first conductive film of the adjacent active region from the first conductive film of the active region. Forming a first gate electrode composed of the first conductive film and the second conductive film by patterning so as to be present over the element isolation region; and Forming a second gate insulating film thereon; and forming a second gate electrode on the second gate insulating film so as to at least partially overlap the first gate electrode. An impurity is introduced by using a stacked gate structure formed by the first gate insulating film, the first gate electrode, the second gate insulating film, and the second gate electrode as a mask; In the active region sharing the same gate electrode. Forming a source region and a drain region, respectively.
【請求項7】 半導体基板の活性領域上に第1の絶縁膜
を形成する工程と、 前記第1の絶縁膜の一部を除去して前記半導体基板を露
出させる工程と、 前記第1の絶縁膜上及び前記半導体基板上に第2の絶縁
膜を形成する工程と、 前記第2の絶縁膜上に、第1のゲート電極を形成するた
めの第1の導電膜を形成する工程と、 前記第1の導電膜、前記第2の絶縁膜、前記第1の絶縁
膜、及び前記半導体基板をエッチングしてトレンチを形
成し、該トレンチを第3の絶縁膜で埋め込むことにより
素子分離領域を形成し、隣接する一方の前記活性領域上
に残存された前記第2の絶縁膜、及び他方の活性領域上
に残存された前記第1、第2の絶縁膜からそれぞれ第1
のゲート絶縁膜を形成する工程と、 前記第1の導電膜及び前記素子分離領域上に、前記第1
のゲート電極を形成するための第2の導電膜を形成する
工程と、 前記第2の導電膜を、前記活性領域の第1の導電膜上か
ら隣接する活性領域の第1の導電膜上に、前記素子分離
領域上を経由して存在するようにパターニングし、前記
第1の導電膜と前記第2の導電膜とからなる第1のゲー
ト電極を形成する工程と、 前記第1のゲート電極上に第2のゲート絶縁膜を形成す
る工程と、 前記第2のゲート絶縁膜上に、前記第1のゲート電極と
少なくとも一部がオーバーラップするように第2のゲー
ト電極を形成する工程と、 前記第1のゲート絶縁膜、前記第1のゲート電極、前記
第2のゲート絶縁膜、及び前記第2のゲート電極により
形成された積層ゲート構造をマスクにして不純物を導入
し、前記第1のゲート電極を共有する活性領域中にそれ
ぞれ、ソース、ドレイン領域を形成する工程とを具備す
ることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方
法。
7. A step of forming a first insulating film on an active region of a semiconductor substrate, a step of exposing the semiconductor substrate by removing a part of the first insulating film, and a step of exposing the first insulating film. Forming a second insulating film on the film and the semiconductor substrate; forming a first conductive film for forming a first gate electrode on the second insulating film; Etching the first conductive film, the second insulating film, the first insulating film, and the semiconductor substrate to form a trench, and filling the trench with a third insulating film to form an element isolation region A first insulating film remaining on one of the adjacent active regions and a first insulating film remaining on the other active region;
Forming a gate insulating film, and forming the first insulating film on the first conductive film and the element isolation region.
Forming a second conductive film for forming the gate electrode, and forming the second conductive film on the first conductive film of the adjacent active region from the first conductive film of the active region. Forming a first gate electrode composed of the first conductive film and the second conductive film by patterning so as to be present over the element isolation region; Forming a second gate insulating film thereon; and forming a second gate electrode on the second gate insulating film so as to at least partially overlap the first gate electrode. Implanting impurities using a stacked gate structure formed by the first gate insulating film, the first gate electrode, the second gate insulating film, and the second gate electrode as a mask, In the active region sharing the same gate electrode. Forming a source region and a drain region, respectively.
【請求項8】 前記第1のゲート電極を共有する活性領
域上にそれぞれ設けられた前記第1のゲート絶縁膜は、
互いに膜種が異なることを特徴とする請求項6または7
記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
8. The first gate insulating film provided on each of the active regions sharing the first gate electrode,
The film type is different from each other.
The manufacturing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the above.
【請求項9】 前記第1のゲート電極を共有する活性領
域上にそれぞれ設けられた前記第1のゲート絶縁膜の少
なくともいずれか一方は、オキシナイトライド膜である
ことを特徴とする請求項6乃至8いずれか1項記載の不
揮発性半導体記憶装置の製造方法。
9. The semiconductor device according to claim 6, wherein at least one of said first gate insulating films provided on an active region sharing said first gate electrode is an oxynitride film. 9. The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1.
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