JP2001284554A - Non-volatile semiconductor memory - Google Patents

Non-volatile semiconductor memory

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JP2001284554A
JP2001284554A JP2000090064A JP2000090064A JP2001284554A JP 2001284554 A JP2001284554 A JP 2001284554A JP 2000090064 A JP2000090064 A JP 2000090064A JP 2000090064 A JP2000090064 A JP 2000090064A JP 2001284554 A JP2001284554 A JP 2001284554A
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JP
Japan
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diffusion layer
type
impurity
memory cell
semiconductor memory
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JP2000090064A
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Shinji Sato
信司 佐藤
Toshitake Yaegashi
利武 八重樫
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the influence of an electronic trap inside an insulating film concerning a cell current. SOLUTION: On a substrate (or well) 12, a NAND cell unit is formed. Diffusion layers 13, 13b and 13c of memory cells and select gate transistors inside the NAND cell unit are buried in the substrate 12 and do not touch the surface of the substrate 12. The peak of a concentration profile on impurities comprising the diffusion layers 13, 13b and 13c exists in the depth of >=0.04 μm from the surface of the substrate 12. On the terminal diffusion layers 13b and 13c inside the NAND cell unit, diffusion layers 13b' and 13c' are formed. The diffusion layers 13b' and 13c' electrically connect the diffusion layers 13b and 13c and contact plugs 16b and 16c with low resistance.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電荷蓄積層(例え
ば、フローティングゲート電極、窒化膜など)とコント
ロールゲート電極とを有するメモリセルから構成される
不揮発性半導体メモリに関し、特に、1つのメモリセル
に2値データが記憶される2値NAND型フラッシュメ
モリや、1つのメモリセルに3値以上の多値データが記
憶される多値( multi-level )NAND型フラッシュ
メモリなどに使用される。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-volatile semiconductor memory comprising a memory cell having a charge storage layer (for example, a floating gate electrode, a nitride film, etc.) and a control gate electrode. This is used for a binary NAND flash memory in which binary data is stored in a memory cell, a multi-level NAND flash memory in which multi-level data of three or more values are stored in one memory cell, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】NAND型フラッシュメモリは、セルデ
ータを電気的に変更可能で、かつ、素子の高集積化に適
したセル構造を有するEEPROM( Electrically Er
asableand Programmable Read Only Memory )の一つと
して、よく知られている。
2. Description of the Related Art A NAND flash memory is an EEPROM (Electrically Erase) having a cell structure capable of electrically changing cell data and having a cell structure suitable for high integration of elements.
It is well known as one of asable and programmable read only memories.

【0003】図50は、NAND型フラッシュメモリの
メモリセルアレイを示している。図51は、図50のメ
モリセルアレイの一部を示している。
FIG. 50 shows a memory cell array of a NAND flash memory. FIG. 51 shows a part of the memory cell array of FIG.

【0004】NAND型フラッシュメモリのメモリセル
アレイは、マトリックス状に配置される複数のNAND
セルユニットから構成される。NANDセルユニット
は、直列接続される複数(例えば、4、8、16、32
など。本例では、16となっている。)個のメモリセル
からなるNANDセルと、その両端に1つずつ(複数個
ずつでもよい)接続される2個(複数個)のセレクトゲ
ートトランジスタとから構成される。
A memory cell array of a NAND flash memory includes a plurality of NANDs arranged in a matrix.
It is composed of cell units. A plurality of NAND cell units (for example, 4, 8, 16, 32, and
Such. In this example, it is 16. ) NAND cell consisting of memory cells, and two (plural) select gate transistors connected one by one (or a plurality of) to both ends.

【0005】NANDセルを構成する各メモリセルは、
例えば、スタックゲート構造、即ち、フローティングゲ
ート電極と、その上に絶縁膜を介して積み重ねられるコ
ントロールゲート電極とを有する。また、各セレクトゲ
ートトランジスタも、製造工程の簡略化によるコストの
低下などの理由により、メモリセルに近似した構造を有
する。NANDセルユニット内においては、互いに隣接
する2つのトランジスタ(メモリセル及びセレクトゲー
トトランジスタ)は、1つの拡散層(ソース又はドレイ
ン)を共有している。
[0005] Each memory cell constituting the NAND cell has
For example, it has a stacked gate structure, that is, a floating gate electrode, and a control gate electrode stacked thereover via an insulating film. Each select gate transistor also has a structure similar to a memory cell for reasons such as cost reduction due to simplification of the manufacturing process. In the NAND cell unit, two transistors (memory cell and select gate transistor) adjacent to each other share one diffusion layer (source or drain).

【0006】NANDセルのドレイン側ノードに接続さ
れるセレクトゲートトランジスタは、ビット線(データ
線)BL0,BL1、・・・BLiに接続され、NAN
Dセルのソース側ノードに接続されるセレクトゲートト
ランジスタは、ソース線(基準電位線としての共通ソー
ス線)SLに接続される。
The select gate transistor connected to the drain side node of the NAND cell is connected to bit lines (data lines) BL0, BL1,...
The select gate transistor connected to the source node of the D cell is connected to a source line (common source line as a reference potential line) SL.

【0007】ロウ方向、即ち、1つのロウ内に配置され
る複数のメモリセルのコントロールゲート電極は、互い
に電気的に接続され、コントロールゲート線(ワード
線)CG0,・・・CG14,CG15となっている。
また、ロウ方向に配置される複数のセレクトゲートトラ
ンジスタのゲート電極は、セレクトゲート線SGD,S
GSにより、互いに電気的に接続されている。
The control gate electrodes of a plurality of memory cells arranged in the row direction, that is, in one row, are electrically connected to each other to form control gate lines (word lines) CG0,... CG14, CG15. ing.
The gate electrodes of the plurality of select gate transistors arranged in the row direction are connected to select gate lines SGD, SGD.
They are electrically connected to each other by GS.

【0008】以下、このようなNAND型フラッシュメ
モリの読み出し(READ)動作、書き込み(PROGRAM)動作
及び消去(ERASE)動作、並びに、各動作時における固有
の問題点について説明する。
Hereinafter, a read (READ) operation, a write (PROGRAM) operation and an erase (ERASE) operation of the NAND type flash memory, and problems inherent in each operation will be described.

【0009】(1) 読み出し(READ) 例えば、2値メモリの場合、メモリセルに“1”データ
が記憶される場合、その閾値電圧は、負となっており、
また、メモリセルに“0”が記憶される場合、その閾値
電圧は、正となっている。
(1) Read (READ) For example, in the case of a binary memory, when "1" data is stored in a memory cell, the threshold voltage is negative,
When “0” is stored in the memory cell, the threshold voltage is positive.

【0010】従って、読み出し動作は、例えば、ビット
線をプリチャージ電位に設定した後、選択された1つの
ワード線に接地電位を与え、かつ、非選択のワード線に
正電位(例えば、3.5V)を与えることにより行われ
る。この時、選択されたブロック内のセレクトゲート線
は、正電位に設定されるため、選択されたブロック内の
全てのセレクトゲートトランジスタは、オン状態であ
る。
Therefore, in a read operation, for example, after setting a bit line to a precharge potential, a ground potential is applied to one selected word line, and a positive potential (for example, 3. 5V). At this time, the select gate line in the selected block is set to a positive potential, so that all the select gate transistors in the selected block are on.

【0011】一方、非選択のブロック内のドレイン側セ
レクトゲート線は、接地電位に設定される。このため、
非選択のブロック内のドレイン側セレクトゲートトラン
ジスタは、オフ状態であり、非選択のブロック内のNA
NDセルユニットは、ビット線から電気的に切断されて
いる。
On the other hand, the drain side select gate line in the unselected block is set to the ground potential. For this reason,
The drain-side select gate transistor in the unselected block is off, and the NA in the unselected block is
The ND cell unit is electrically disconnected from the bit line.

【0012】そして、ビット線の電位は、メモリセルに
記憶されているデータの値によって変動する。つまり、
選択されたワード線に繋がるメモリセルのデータが
“1”の場合には、そのメモリセルは、オン状態となる
ため、ビット線の電位は、0Vに向かって低下する。逆
に、選択されたワード線に繋がるメモリセルのデータが
“0”の場合には、そのメモリセルは、オフ状態となる
ため、ビット線は、プリチャージ電位を維持する。
The potential of the bit line varies depending on the value of data stored in the memory cell. That is,
When the data of the memory cell connected to the selected word line is “1”, the memory cell is turned on, so that the potential of the bit line decreases toward 0V. Conversely, when the data of the memory cell connected to the selected word line is "0", the memory cell is turned off, so that the bit line maintains the precharge potential.

【0013】読み出し動作は、例えば、選択されたワー
ド線(コントロールゲート線)に接続される1ページ分
のメモリセルに対して同時に行われる。1ページ分の読
み出しデータは、ラッチ機能を持ったセンスアンプによ
りセンスされ、さらに、ラッチされる。この後、ラッチ
回路の読み出しデータは、チップ外部にシリアルに出力
される。なお、データ読み出しにおいては、いわゆるシ
ールドビット線読み出し方式を採用してもよい。
The read operation is performed simultaneously on, for example, one page of memory cells connected to the selected word line (control gate line). The read data for one page is sensed by a sense amplifier having a latch function, and is further latched. Thereafter, the read data of the latch circuit is serially output outside the chip. Note that in data reading, a so-called shield bit line reading method may be adopted.

【0014】読み出し動作時の問題の一つは、その読み
出し動作中に発生するホットキャリアにより、メモリセ
ルのコンダクタンスGmが劣化する、というものがあ
る。このホットキャリアによるコンダクタンスGmの劣
化は、ゲートに近接して窒化膜が存在すると、大きくな
ることが一般に知られている。コンダクタンスGmのば
らつきは、図52及び図53に示すように、読み出しス
ピードのばらつきを引き起こすため、読み出し動作を繰
り返すメモリにおいては、コンダクタンスGmの劣化を
防止することは、非常に重要となる。
One of the problems in the read operation is that the conductance Gm of the memory cell is degraded by hot carriers generated during the read operation. It is generally known that the deterioration of the conductance Gm due to the hot carriers increases when a nitride film exists near the gate. As shown in FIGS. 52 and 53, variations in the conductance Gm cause variations in the read speed. Therefore, it is very important to prevent the conductance Gm from deteriorating in a memory that repeats a read operation.

【0015】ところで、従来、この問題については、拡
散層の不純物濃度を大きくすることにより回避するよう
にしていたが、今後、メモリセルが微細化されてくる
と、短チャネル効果を防止するために、拡散層の不純物
濃度を低く設定しなければならなくなる。つまり、メモ
リセルの微細化に伴い、ホットキャリア耐性の劣化を回
避することができなくなるという問題が生じる。
Conventionally, this problem has been avoided by increasing the impurity concentration of the diffusion layer. However, as memory cells become finer in the future, in order to prevent the short channel effect, In addition, the impurity concentration of the diffusion layer must be set low. That is, with the miniaturization of memory cells, a problem arises in that deterioration of hot carrier resistance cannot be avoided.

【0016】読み出し動作時の問題の他の一つは、NA
NDセルユニット内のトランジスタ(メモリセル及びセ
レクトゲートトランジスタ)のゲート絶縁膜にトラップ
された電荷に起因して、メモリセルに流れるオン電流
(セル電流)が変動する、というものである。
Another problem in the read operation is that the NA
The on-current (cell current) flowing through the memory cell fluctuates due to the charge trapped in the gate insulating film of the transistor (memory cell and select gate transistor) in the ND cell unit.

【0017】電荷蓄積層(例えば、フローティングゲー
ト電極)を有するメモリセルでは、データ値は、電荷蓄
積層内の電荷量により決定される。そして、読み出し動
作においては、コントロールゲート電極に読み出し電位
を与えたときのメモリセルのオン/オフ、即ち、これに
伴うビット線の電位変化を検出するため、メモリセルの
セル電流は、できるだけ大きく設定することが好まし
い。しかし、ゲート絶縁膜とシリコン基板の界面にトラ
ップされた電荷により、セル電流を十分に大きくできな
くなる場合がある。
In a memory cell having a charge storage layer (for example, a floating gate electrode), the data value is determined by the amount of charge in the charge storage layer. In the read operation, the cell current of the memory cell is set as large as possible in order to detect the on / off of the memory cell when the read potential is applied to the control gate electrode, that is, the change in the potential of the bit line accompanying the read / write. Is preferred. However, the electric charge trapped at the interface between the gate insulating film and the silicon substrate may make it impossible to sufficiently increase the cell current.

【0018】図54は、従来のメモリセルの構造を示し
ている。
FIG. 54 shows the structure of a conventional memory cell.

【0019】このメモリセルは、表面チャネル型MOS
トランジスタから構成される。P型シリコン基板(ウェ
ルでもよい)101上には、ゲート絶縁膜(トンネル絶
縁膜)103、フローティングゲート電極104、絶縁
膜(例えば、ONO膜)105及びコントロールゲート
電極106が形成され、シリコン基板101内には、N
型拡散層(ソース又はドレイン)107,108が形成
される。
This memory cell has a surface channel type MOS.
It is composed of transistors. On a P-type silicon substrate (may be a well) 101, a gate insulating film (tunnel insulating film) 103, a floating gate electrode 104, an insulating film (for example, ONO film) 105, and a control gate electrode 106 are formed. Inside, N
Diffusion layers (source or drain) 107 and 108 are formed.

【0020】表面チャネル型MOSトランジスタでは、
フローティングゲート電極104、コントロールゲート
電極106及び拡散層107,108は、互いに同じ導
電型を有し、拡散層107,108とシリコン基板10
1は、互いに異なる導電型を有している。そして、コン
トロールゲート電極106に読み出し電位が与えられた
とき、拡散層107,108の間のシリコン基板101
の表面部の導電型が反転し、チャネルが形成されると、
セル電流が流れる。このように、メモリセルのセル電流
は、シリコン基板101の表面を流れる。
In the surface channel type MOS transistor,
The floating gate electrode 104, the control gate electrode 106, and the diffusion layers 107 and 108 have the same conductivity type, and the diffusion layers 107 and 108 and the silicon substrate 10
1 have mutually different conductivity types. When a read potential is applied to the control gate electrode 106, the silicon substrate 101 between the diffusion layers 107 and 108
When the conductivity type of the surface portion of is inverted and a channel is formed,
Cell current flows. Thus, the cell current of the memory cell flows on the surface of the silicon substrate 101.

【0021】しかし、シリコン基板101とゲート絶縁
膜103の界面における不純物の散乱や、ゲート絶縁膜
103における電子トラップなどの現象が発生すると、
シリコン基板101の表面を流れるセル電流が減少し、
読み出し動作が正確に行えなくなる問題がある。特に、
ゲート絶縁膜(トンネル絶縁膜)103には、製造プロ
セスに起因するダメージや、書き込み/消去動作の繰り
返しなどにより、電荷がトラップされ易く、特に、ゲー
ト絶縁膜103とシリコン基板101の界面に電荷がト
ラップされると、この電荷は、データの読み出し動作に
大きな影響を与える。
However, when phenomena such as scattering of impurities at the interface between the silicon substrate 101 and the gate insulating film 103 and electron traps in the gate insulating film 103 occur,
Cell current flowing on the surface of the silicon substrate 101 decreases,
There is a problem that the reading operation cannot be performed accurately. In particular,
Charges are easily trapped in the gate insulating film (tunnel insulating film) 103 due to damage due to a manufacturing process or repeated writing / erasing operations. In particular, charges are trapped at the interface between the gate insulating film 103 and the silicon substrate 101. When trapped, this charge has a significant effect on the data read operation.

【0022】(2) 書き込み(PROGRAM) 書き込み動作は、例えば、セルフブースト書き込み(se
lf-boost programming)方式により実行される。セルフ
ブースト書き込み方式を採用することによる利点は、フ
ラッシュメモリの低電圧動作が可能になるという点にあ
る。即ち、この方式によれば、カラムデコーダなどの回
路を構成するトランジスタを、全て外部電源電位Vcc
により駆動できるため(動作電圧の低電圧化)、これら
トランジスタのサイズ、即ち、カラムデコーダなどの回
路の面積を小さくでき、チップサイズの縮小を可能にす
る。
(2) Write (PROGRAM) The write operation is, for example, a self-boost write (se
lf-boost programming). The advantage of adopting the self-boost writing method is that the flash memory can operate at a low voltage. That is, according to this method, all the transistors constituting the circuit such as the column decoder are replaced with the external power supply potential Vcc.
(Lower operating voltage), the size of these transistors, that is, the area of a circuit such as a column decoder can be reduced, and the chip size can be reduced.

【0023】セルフブースト書き込み方式による書き込
み動作を説明する前に、前提条件を、以下のように規定
する。
Before describing a write operation by the self-boost write method, preconditions are defined as follows.

【0024】メモリセルには、2値データが記憶される
ものとする。メモリセルには、2値データ(“1”,
“0”)及び多値データ(“0”,“1”,・・・“N
(Nは3以上の自然数)”)のいずれが記憶されても構
わないが、本例では、その説明を簡単にするため、上述
のように、メモリセルには、2値データが記憶されるも
のとする。
It is assumed that binary data is stored in a memory cell. The memory cell has binary data (“1”,
"0") and multi-valued data ("0", "1",... "N
(N is a natural number of 3 or more) "), but in this example, in order to simplify the description, binary data is stored in the memory cell as described above. Shall be.

【0025】まず、消去動作を行い、例えば、選択され
たブロック内の全てのメモリセルを消去状態(“1”状
態)に設定しておく。この後、選択されたブロック内の
全てのメモリセルに対して、ページ単位又はバイト単位
で、書き込み動作(セルフブースト書き込み動作)が実
行される。
First, an erasing operation is performed, for example, all the memory cells in the selected block are set to an erasing state ("1" state). Thereafter, a write operation (self-boost write operation) is performed on all memory cells in the selected block in page units or byte units.

【0026】通常書き込みの場合、NANDセルユニッ
ト内では、ビット線に最も遠いメモリセル(ソース線側
メモリセル)からビット線側メモリセルに向かって、1
セルずつ、順次、書き込みが行われる。また、ランダム
書き込みの場合、ビット線とソース線の間に接続される
複数のメモリセルのうち任意の1つのメモリセルに対し
て書き込みが行われる。
In the case of normal writing, in the NAND cell unit, from the memory cell farthest from the bit line (source line side memory cell) to the bit line side memory cell, 1
Writing is performed sequentially for each cell. In the case of random writing, writing is performed on an arbitrary one of a plurality of memory cells connected between a bit line and a source line.

【0027】図51に示すように、セルフブースト書き
込み方式では、まず、ソース線側セレクトゲートトラン
ジスタS21,S22のゲート電極(セレクトゲート
線)SGSの電位Vsgsを0Vに設定し、これらセレ
クトゲートトランジスタS21,S22をカットオフ状
態にする。
As shown in FIG. 51, in the self-boost write method, first, the potential Vsgs of the gate electrode (select gate line) SGS of the source line side select gate transistors S21 and S22 is set to 0 V, and these select gate transistors S21 , S22 are cut off.

【0028】次に、“0”−書き込み(“0”−progra
mming )の対象となるメモリセルA(M11)が接続さ
れるビット線(選択されたビット線)BL1の電位VB
L1を0V(データ“0”)に設定し、“1”−書き込
み(“1”−programming )の対象となるメモリセルB
(M12)、即ち、書き込み禁止セル( program inhib
ition cell )が接続されるビット線(非選択のビット
線)BL2の電位VBL2を正電位(データ“1”)に
設定する。
Next, "0" -write ("0" -program
mming) the potential VB of the bit line (selected bit line) BL1 to which the memory cell A (M11) to be connected is connected.
L1 is set to 0V (data "0"), and the memory cell B to be "1" -written ("1" -programming)
(M12), that is, a write-inhibited cell (program inhib
The potential VBL2 of the bit line (non-selected bit line) BL2 to which the transition cell is connected is set to a positive potential (data "1").

【0029】この時、ビット線BL1に接続されるドレ
イン側セレクトゲートトランジスタS11は、オン状態
になり、ビット線BL1の電位(0V)がメモリセルA
(M11)のチャネルに伝達される。また、ビット線B
L2に接続されるドレイン側セレクトゲートトランジス
タS12は、当初は、オン状態になり、初期電位( ini
tial potential )がメモリセルB(M12)のチャネ
ルに伝達される。この後、ドレイン側セレクトゲートト
ランジスタS12は、カットオフ状態となる。
At this time, the drain-side select gate transistor S11 connected to the bit line BL1 is turned on, and the potential (0 V) of the bit line BL1 changes to the memory cell A.
It is transmitted to the channel of (M11). In addition, bit line B
The drain-side select gate transistor S12 connected to L2 is initially turned on, and has an initial potential (ini
tial potential) is transmitted to the channel of the memory cell B (M12). Thereafter, the drain-side select gate transistor S12 is cut off.

【0030】なお、ビット線BL2に与える電位VBL
2は、ドレイン側セレクトゲートトランジスタS11,
S12のゲート電極(セレクトゲート線)SGDに与え
る電位Vsgdを下回る電位であってもよいが、この場
合、ドレイン側セレクトゲートトランジスタS12がカ
ットオフ状態になることが必要である。
The potential VBL applied to the bit line BL2
2 is a drain side select gate transistor S11,
The potential may be lower than the potential Vsgd applied to the gate electrode (select gate line) SGD of S12, but in this case, the drain-side select gate transistor S12 needs to be cut off.

【0031】この状態において、選択されたブロック内
の選択されたワード線(コントロールゲート線)CG1
は、書き込み電位Vppに設定され、選択されたブロッ
ク内の非選択のワード線(コントロールゲート線)CG
0,CG2,・・・CG15は、少なくともメモリセル
がオン状態になるような転送電位Vpass(Vpp>
Vpass>Vcc)に設定される。
In this state, the selected word line (control gate line) CG1 in the selected block is set.
Is set to the write potential Vpp, and the unselected word lines (control gate lines) CG in the selected block are set.
0, CG2,... CG15 are transfer potentials Vpass (Vpp>
(Vpass> Vcc).

【0032】これら電位Vpp,Vpassを与える具
体的なタイミングは、以下のようになる。
The specific timing for applying these potentials Vpp and Vpass is as follows.

【0033】まず、選択されたブロック内の全てのドレ
イン側セレクトゲートトランジスタS11,S12のゲ
ート電極、即ち、セレクトゲート線SGDの電位Vsg
dが電源電位Vccに設定される。また、選択されたブ
ロック内のワード線CG0,CG1,・・・CG15の
電位Vcg0,Vcg1,・・・Vcg15が電源電位
Vccに設定されると、ビット線BL1に接続されるN
ANDセルユニット内のメモリセルM01,M11,・
・・M151及びセレクトゲートトランジスタS11
は、オン状態となるため、ビット線BL1の電位VBL
1(=0V)は、メモリセルM01,M11,・・・M
151のチャネルに転送される。
First, the gate electrodes of all the drain-side select gate transistors S11 and S12 in the selected block, that is, the potential Vsg of the select gate line SGD.
d is set to power supply potential Vcc. When the potentials Vcg0, Vcg1,... Vcg15 of the word lines CG0, CG1,... CG15 in the selected block are set to the power supply potential Vcc, N connected to the bit line BL1
The memory cells M01, M11,... In the AND cell unit
..M151 and select gate transistor S11
Is turned on, the potential VBL of the bit line BL1 is
1 (= 0V) are the memory cells M01, M11,.
151 channel.

【0034】また、ビット線BL2に接続されるNAN
Dセルユニット内のメモリセルM02,M12,・・・
M152及びセレクトゲートトランジスタS12も、オ
ン状態となるため、メモリセルM02,M12,・・・
M152のチャネルには、ビット線BL2からセレクト
ゲートトランジスタS12を経由して電荷が転送され
る。
The NAN connected to the bit line BL2
Memory cells M02, M12,... In the D cell unit
Since M152 and select gate transistor S12 are also turned on, memory cells M02, M12,.
Charge is transferred from the bit line BL2 to the channel of M152 via the select gate transistor S12.

【0035】従って、ビット線BL2に接続されるNA
NDセルユニット内のメモリセルM02,M12,・・
・M152のチャネル電位は、次第に上昇し、ビット線
BL2の電位VBL2からセレクトゲートトランジスタ
S12の閾値Vthを差し引いた初期電位Viniにま
で達する。
Therefore, the NA connected to the bit line BL2
Memory cells M02, M12,... In the ND cell unit
The channel potential of M152 gradually increases and reaches the initial potential Vini obtained by subtracting the threshold Vth of the select gate transistor S12 from the potential VBL2 of the bit line BL2.

【0036】メモリセルM02,M12,・・・M15
2のチャネル電位が初期電位になった時点で、セレクト
ゲートトランジスタS12がカットオフ状態となり、メ
モリセルM02,M12,・・・M152のチャネル
は、フローティング状態となる。この時、ソース線SL
の電位VSLは、接地電位(0V)又はソース側セレク
トゲートトランジスタS22を十分にカットオフさせる
ための正電位に設定される。
The memory cells M02, M12,... M15
When the channel potential of No. 2 becomes the initial potential, the select gate transistor S12 enters the cutoff state, and the channels of the memory cells M02, M12,... At this time, the source line SL
Is set to the ground potential (0 V) or a positive potential for sufficiently cutting off the source side select gate transistor S22.

【0037】この後、選択されたワード線(コントロー
ルゲート線)CG1には、パルス状の書き込み電位Vp
pが与えられ、かつ、非選択のワード線(コントロール
ゲート線)CG0,CG2,・・・CG15には、それ
ぞれ転送電位Vpassが与えられる。
Thereafter, a pulse-like write potential Vp is applied to the selected word line (control gate line) CG1.
The transfer potential Vpass is applied to the unselected word lines (control gate lines) CG0, CG2,.

【0038】従って、“0”−書き込みの対象となるメ
モリセルA(M11)のチャネル電位は、0V、コント
ロールゲート電極(ワード線CG1)の電位は、Vpp
となり、メモリセルA(M11)に対して、“0”−書
き込み(フローティングゲート電極に電子を注入する動
作)が行われる。
Therefore, the channel potential of the memory cell A (M11) to be "0" -written is 0 V, and the potential of the control gate electrode (word line CG1) is Vpp.
Then, “0” -writing (operation of injecting electrons into the floating gate electrode) is performed on the memory cell A (M11).

【0039】一方、“1”−書き込みの対象となるメモ
リセルB(M12)のチャネルの初期電位Viniは、
VBL2−Vthである。また、メモリセルB(M1
2)のチャネルは、フローティング状態となっている。
このため、選択されたワード線CG1に書き込み電位V
pp、非選択のワード線CG0,CG2,・・・CG1
5に転送電位Vpassが与えられると、メモリセルB
(M12)のチャネルとコントロールゲート電極(ワー
ド線CG1)の間の容量カップリングにより、メモリセ
ルB(M12)のチャネル電位が上昇する。
On the other hand, the initial potential Vini of the channel of the memory cell B (M12) to be "1" -written is
VBL2-Vth. Further, the memory cell B (M1
The channel 2) is in a floating state.
Therefore, the write potential V is applied to the selected word line CG1.
pp, unselected word lines CG0, CG2,... CG1
5, the transfer potential Vpass is applied to the memory cell B
Due to the capacitive coupling between the channel of (M12) and the control gate electrode (word line CG1), the channel potential of the memory cell B (M12) increases.

【0040】従って、“1”−書き込みの対象となるメ
モリセルB(M12)では、チャネルとコントロールゲ
ート電極の間に高電圧が印加されないため、フローティ
ングゲート電極内に電子が注入されることもない。つま
り、メモリセルB(M12)、即ち、書き込み禁止セル
に対しては、“1”−書き込み動作(消去状態を維持す
る動作)が行われたことになる。
Therefore, in the memory cell B (M12) to be "1" -written, since a high voltage is not applied between the channel and the control gate electrode, no electrons are injected into the floating gate electrode. . That is, "1" -write operation (operation for maintaining the erased state) is performed on the memory cell B (M12), that is, the write-inhibited cell.

【0041】ここで、メモリセルB(M12)の消去状
態を維持するためには、メモリセルB(M12)のチャ
ネル電位を十分に高くし、メモリセルB(M12)のチ
ャネルとコントロールゲート電極の間に高電圧が印加さ
れないようにすればよい。即ち、メモリセルB(M1
2)に関しては、パルス状の書き込み電位Vppによる
閾値の変動量が許容範囲内に収まるように、チャネル電
位の値を設定する。
Here, in order to maintain the erased state of the memory cell B (M12), the channel potential of the memory cell B (M12) is sufficiently increased, and the channel of the memory cell B (M12) and the control gate electrode are connected. What is necessary is just to prevent high voltage from being applied in between. That is, the memory cell B (M1
Regarding 2), the value of the channel potential is set so that the amount of change in the threshold value due to the pulsed write potential Vpp falls within an allowable range.

【0042】以上、セルフブースト書き込み方式の動作
手順について説明したが、この書き込み方式において
は、データ書き込み時に、いわゆる誤書き込み( progr
am error )の問題が生じることが知られている。
The operation procedure of the self-boost writing method has been described above. In this writing method, a so-called erroneous writing (progr.
am error) is known to occur.

【0043】具体的には、図51に示すように、ワード
線(コントロールゲート線)CG1とビット線BL1の
間に接続されるメモリセルA(M11)に対して、
“0”−書き込み(閾値を正にする書き込み)を行う場
合に、“1”−書き込みの対象となるメモリセルB(M
12)及び非選択のメモリセルC(M21)に対して、
誤書き込みの問題が生じる。
More specifically, as shown in FIG. 51, for a memory cell A (M11) connected between a word line (control gate line) CG1 and a bit line BL1,
When “0” -write (write to make the threshold value positive) is performed, the memory cell B (M
12) and unselected memory cell C (M21)
The problem of erroneous writing occurs.

【0044】なお、誤書き込みが発生する可能性のある
メモリセルは、図51のB,C以外にも当然に存在す
る。即ち、メモリセルB(M12)に生じる問題は、例
えば、選択されたワード線CG1とビット線BL2以外
のビット線(非選択のビット線)の間に接続される
“1”−書き込みの対象となるメモリセルにも生じ、メ
モリセルC(M21)に生じる問題は、メモリセルA
(M11)を含むNANDセルユニット内の全ての非選
択のメモリセルM01,M31,・・・M151にも生
じる。
It should be noted that there are naturally memory cells other than B and C in FIG. 51 in which erroneous writing may occur. That is, for example, the problem that occurs in the memory cell B (M12) is that “1” -write target connected between bit lines (unselected bit lines) other than the selected word line CG1 and bit line BL2. The problem that occurs in the memory cell C (M21) also occurs in the memory cell A (M21).
.. M151 in all non-selected memory cells M01, M31,... M151 in the NAND cell unit including (M11).

【0045】まず、メモリセルB(M12)の誤書き込
みの問題について説明する。
First, the problem of erroneous writing of the memory cell B (M12) will be described.

【0046】選択されたワード線(コントロールゲート
線)CG1は、書き込み電位Vppに設定される。一
方、メモリセルB(M12)のチャネルの初期電位Vi
niは、VBL2−Vthである。つまり、書き込み電
位Vppが選択されたワード線CG1に与えられ、か
つ、転送電位Vpassが非選択のワード線CG0,C
G2,・・・CG15に与えられると、メモリセルB
(M12)のチャネル電位は、容量カップリングによ
り、初期電位Viniよりも高い値に上昇する。
The selected word line (control gate line) CG1 is set to the write potential Vpp. On the other hand, the initial potential Vi of the channel of the memory cell B (M12)
ni is VBL2-Vth. That is, the write potential Vpp is applied to the selected word line CG1, and the transfer potential Vpass is not selected.
G2,... CG15, the memory cell B
The channel potential of (M12) rises to a value higher than the initial potential Vini due to capacitive coupling.

【0047】この時、メモリセルB(M12)のチャネ
ル電位が十分に上昇しないと、メモリセルB(M12)
のフローティングゲート電極に電子が注入され、誤書き
込みが発生する。
At this time, if the channel potential of memory cell B (M12) does not rise sufficiently, memory cell B (M12)
Electrons are injected into the floating gate electrode, and erroneous writing occurs.

【0048】従って、メモリセルB(M12)に対して
誤書き込みを生じさせないためには、転送電位Vpas
sをできるだけ大きな値に設定して、書き込み時(書き
込みパルスVppの供給時)に、メモリセルB(M1
2)のチャネル電位を十分に高くする必要がある。メモ
リセルB(M12)のチャネル電位を十分に高くすれ
ば、メモリセルB(M12)のチャネルとコントロール
ゲート電極(ワード線CG1)の間の電圧を緩和できる
からである。
Therefore, in order not to cause erroneous writing to the memory cell B (M12), the transfer potential Vpas
s is set to a value as large as possible, and at the time of writing (when the write pulse Vpp is supplied), the memory cell B (M1
It is necessary to make the channel potential of 2) sufficiently high. This is because if the channel potential of the memory cell B (M12) is sufficiently increased, the voltage between the channel of the memory cell B (M12) and the control gate electrode (word line CG1) can be relaxed.

【0049】次に、メモリセルC(M21)の誤書き込
みの問題について説明する。
Next, the problem of erroneous writing of the memory cell C (M21) will be described.

【0050】データ書き込み時、非選択のワード線(コ
ントロールゲート線)CG0,CG2,・・・CG15
は、Vpass(Vpp>Vpass>Vcc)に設定
される。一方、メモリセルC(M21)のチャネル電位
は、0Vに維持されている。この時、Vpassの値が
大きすぎると、メモリセルC(M21)のチャネルとコ
ントロールゲート電極(ワード線CG2)の間に高電圧
が印加され、誤書き込みが発生する。
In writing data, unselected word lines (control gate lines) CG0, CG2,.
Is set to Vpass (Vpp>Vpass> Vcc). On the other hand, the channel potential of the memory cell C (M21) is maintained at 0V. At this time, if the value of Vpass is too large, a high voltage is applied between the channel of the memory cell C (M21) and the control gate electrode (word line CG2), and erroneous writing occurs.

【0051】従って、メモリセルC(M21)に対して
誤書き込みを生じさせないためには、転送電位Vpas
sをできるだけ小さな値に設定して、書き込み時(書き
込みパルスVppの供給時)に、メモリセルC(M2
1)のチャネルとコントロールゲート電極(ワード線C
G2)の間の電圧を緩和する必要がある。
Therefore, in order to prevent erroneous writing to the memory cell C (M21), the transfer potential Vpas
s is set to a value as small as possible, and at the time of writing (when the write pulse Vpp is supplied), the memory cell C (M2
1) Channel and control gate electrode (word line C
It is necessary to relax the voltage during G2).

【0052】このように、メモリセルA(M11)に対
する“0”−書き込み動作においては、“1”−書き込
みの対象となるメモリセルB(M12)の閾値電圧の変
動量及び非選択のメモリセルC(M21)の閾値電圧の
変動量を、共に、小さくする必要がある。しかし、Vp
assの値を大きくすると、メモリセルB(M12)の
閾値電圧の変動量は、小さくなるが、メモリセルC(M
21)の閾値電圧の変動量は、大きくなる。逆に、Vp
assの値を小さくすると、メモリセルC(M21)の
閾値電圧の変動量は、小さくなるが、メモリセルB(M
12)の閾値電圧の変動量は、大きくなる。
As described above, in the “0” -write operation to the memory cell A (M11), the change amount of the threshold voltage of the memory cell B (M12) to be written “1” and the unselected memory cell The amount of change in the threshold voltage of C (M21) needs to be reduced. However, Vp
As the value of ass increases, the amount of change in the threshold voltage of the memory cell B (M12) decreases, but the memory cell C (M12)
The fluctuation amount of the threshold voltage of 21) becomes large. Conversely, Vp
When the value of ass is reduced, the amount of change in the threshold voltage of the memory cell C (M21) decreases, but the amount of change in the memory cell B (M
The fluctuation amount of the threshold voltage of 12) becomes large.

【0053】このため、Vpassの値は、メモリセル
B,Cの閾値電圧の変動量が、共に、許容範囲内に収ま
るような最適値に設定される。
For this reason, the value of Vpass is set to an optimum value such that the variation of the threshold voltage of each of the memory cells B and C falls within an allowable range.

【0054】なお、セルフブースト書き込み方式におけ
る誤書き込みの問題とVpassの最適値の決定に関す
る問題については、後に、詳細に説明する。
The problem of erroneous writing in the self-boost writing method and the problem of determining the optimum value of Vpass will be described later in detail.

【0055】図55(a)及び(b)は、メモリセルに
生じる容量を示している。
FIGS. 55A and 55B show the capacitance generated in the memory cell.

【0056】メモリセルに生じる容量は、チャネルとコ
ントロールゲート電極CGの間に生じる容量C1と、チ
ャネルとウェル12の間に生じる容量と拡散層13とウ
ェル12の間に生じる容量の合計値からなる接合容量C
2とから構成される。また、容量C1は、チャネルとフ
ローティングゲート電極(電荷蓄積層)FGの間に生じ
る容量と、フローティングゲート電極FGとコントロー
ルゲート電極CGの間に生じる容量とから構成される。
The capacitance generated in the memory cell comprises the total value of the capacitance C1 generated between the channel and the control gate electrode CG, the capacitance generated between the channel and the well 12, and the capacitance generated between the diffusion layer 13 and the well 12. Junction capacitance C
And 2. Further, the capacitance C1 includes a capacitance generated between the channel and the floating gate electrode (charge storage layer) FG and a capacitance generated between the floating gate electrode FG and the control gate electrode CG.

【0057】ここで、例えば、コントロールゲート電極
CGに電位Vcgが与えられると、図55(b)に示す
ように、メモリセルのチャネル電位Vchは、{C1/
(C1+C2)}×Vcgとなる。つまり、コントロー
ルゲート電極CGの電位Vcgとメモリセルのチャネル
電位Vchは、 Vch= α × Vcg なる関係
を有している。この定数α(=C1/(C1+C2))
は、チャネルのブースト比( boost ratio )と呼ばれ
ている。
Here, for example, when the potential Vcg is applied to the control gate electrode CG, as shown in FIG. 55B, the channel potential Vch of the memory cell becomes {C1 /
(C1 + C2)} × Vcg. That is, the potential Vcg of the control gate electrode CG and the channel potential Vch of the memory cell have a relationship of Vch = α × Vcg. This constant α (= C1 / (C1 + C2))
Is called the channel's boost ratio.

【0058】データ書き込み時、選択されたブロック内
の選択されたワード線(コントロールゲート線)の電位
Vcgは、プログラム用の高電位Vppに設定され、選
択されたブロック内の非選択のワード線(コントロール
ゲート線)の電位Vcgは、Vpass(Vpp>Vp
ass>Vcc)に設定される。
At the time of data writing, the potential Vcg of the selected word line (control gate line) in the selected block is set to the high potential Vpp for programming, and the unselected word line (control) in the selected block is set. The potential Vcg of the control gate line) is Vpass (Vpp> Vp
ass> Vcc).

【0059】“1”−書き込みの対象となるメモリセル
(消去状態を維持する書き込み禁止セル)を含むNAN
Dセルユニットでは、各メモリセルのチャネル電位Vc
hがコントロールゲート電極CGの電位Vcg及びブー
スト比αに基づいて、上昇する。最終的には、このNA
NDセルユニット内の各メモリセルのチャネル電位Vc
hは、均一化されて所定値まで上昇する。
"1" -NAN including a memory cell to be written (write-inhibited cell maintaining the erased state)
In the D cell unit, the channel potential Vc of each memory cell
h rises based on the potential Vcg of the control gate electrode CG and the boost ratio α. Ultimately, this NA
Channel potential Vc of each memory cell in the ND cell unit
h becomes uniform and rises to a predetermined value.

【0060】従って、VcgとしてのVppやVpas
sを、所定の正の値に設定すれば、チャネル電位Vch
が十分に上昇し、選択されたワード線に繋がる“1”−
書き込みセルの誤書き込みを防止できる。
Therefore, Vpp or Vpas as Vcg
If s is set to a predetermined positive value, the channel potential Vch
Rises enough to connect to the selected word line "1"-
Erroneous writing of the writing cell can be prevented.

【0061】通常、Vpass及びVppの値は、それ
ぞれ初期電位、ステップ電位、最終電位という具合に、
次第にステップアップさせ、かつ、Vpass及びVp
pのパルス幅も最適化される。このようなステップアッ
プ方式による書き込みは、“0”−書き込みの対象とな
るメモリセル(閾値を負から正に上昇させるセル)の
“0”−書き込み後の閾値電圧分布の幅を狭くし、か
つ、“1”−書き込みの対象となるメモリセル(書き込
み禁止セル)や非選択のメモリセルに対する“0”−書
き込み(誤書き込み)を防止するのに有効である。
Normally, the values of Vpass and Vpp are defined as an initial potential, a step potential, and a final potential, respectively.
Step up gradually, and Vpass and Vp
The pulse width of p is also optimized. Such step-up writing reduces the width of the threshold voltage distribution after the “0” -writing of the memory cell to be “0” -written (the cell for which the threshold is raised from negative to positive), and , "1" -write is effective in preventing "0" -write (erroneous write) to a memory cell (write-inhibited cell) to be written or a non-selected memory cell.

【0062】(3) 消去(ERASE) NAND型フラッシュメモリでは、通常、メモリセルア
レイは、複数のブロックから構成される。そして、デー
タの消去は、ブロック単位で行われるか(ブロック消
去)又は全てのブロックに対して同時に行われる(チッ
プ消去)。ブロック消去の場合には、所定の1つのブロ
ック内のメモリセルのデータを消去したり、又は、任意
の複数のブロック内のメモリセルのデータを消去するこ
とが可能である。また、チップ消去の場合には、全ての
ブロック内のメモリセルのデータが同時に消去される。
(3) Erasing (ERASE) In a NAND flash memory, usually, a memory cell array is composed of a plurality of blocks. The data is erased in block units (block erase) or simultaneously for all blocks (chip erase). In the case of block erasing, it is possible to erase the data of the memory cells in one predetermined block or to erase the data of the memory cells in arbitrary plural blocks. In the case of chip erasure, data of memory cells in all blocks are simultaneously erased.

【0063】チップ消去は、メモリセルアレイ内の全て
のワード線(コントロールゲート線)を、0V、全ての
セレクトゲート線の電位を、Vpp(例えば、18V)
に設定し、ビット線及びソース線を、それぞれフローテ
ィング状態とし、さらに、メモリセルが形成されるウェ
ルの電位を、消去電位(例えば、20V)に設定するこ
とにより実行される。この時、フローティングゲート電
極内の電子は、トンネル効果により、ウェルに放出さ
れ、メモリセルの閾値が負方向に変化する。
In chip erasing, 0 V is applied to all word lines (control gate lines) in the memory cell array, and the potential of all select gate lines is set to Vpp (for example, 18 V).
, The bit line and the source line are set in a floating state, and the potential of the well in which the memory cell is formed is set to the erasing potential (for example, 20 V). At this time, electrons in the floating gate electrode are emitted to the well by the tunnel effect, and the threshold value of the memory cell changes in the negative direction.

【0064】なお、チップ消去時における全てのセレク
トゲート線は、Vppではなく、0Vを超え、消去電位
(例えば、20V)以下の所定電位に設定してもよく、
また、フローティング状態にしてもよい。
It is to be noted that all select gate lines at the time of chip erasing may be set not to Vpp but to a predetermined potential exceeding 0 V and equal to or lower than an erasing potential (for example, 20 V).
Further, the floating state may be set.

【0065】ブロック消去は、選択されたブロック内の
全てのワード線(コントロールゲート線)を、0V、非
選択のブロック内の全てのワード線(コントロールゲー
ト線)及び全てのブロック内の全てのセレクトゲート線
を、それぞれVpp(例えば、18V)に設定し、ビッ
ト線及びソース線を、それぞれフローティング状態と
し、さらに、メモリセルが形成されるウェルの電位を、
消去電位(例えば、20V)に設定することにより実行
される。この時、選択されたブロック内のメモリセルに
おいては、フローティングゲート電極内の電子が、トン
ネル効果によりウェルに放出され、メモリセルの閾値が
負方向に変化する。
In block erasing, all word lines (control gate lines) in the selected block are set to 0 V, all word lines (control gate lines) in unselected blocks, and all select lines in all blocks are selected. The gate line is set to Vpp (for example, 18 V), the bit line and the source line are set to the floating state, and the potential of the well in which the memory cell is formed is set to
This is executed by setting to an erasing potential (for example, 20 V). At this time, in the memory cells in the selected block, electrons in the floating gate electrode are emitted to the well by the tunnel effect, and the threshold value of the memory cell changes in the negative direction.

【0066】なお、ブロック消去時における非選択のブ
ロック内の全てのワード線(コントロールゲート線)及
び全てのブロック内の全てのセレクトゲート線は、Vp
pではなく、0Vを超え、消去電位(例えば、20V)
以下の所定電位に設定してもよく、また、フローティン
グ状態にしてもよい。
Note that all word lines (control gate lines) in unselected blocks and all select gate lines in all blocks at the time of block erasing are Vp.
Instead of p, it exceeds 0 V and is at the erase potential (for example, 20 V)
The potential may be set to the following predetermined potential or may be in a floating state.

【0067】データ消去後には、通常、消去の対象とな
る全てのメモリセルが、消去状態と判断される所定の閾
値の範囲内に存在するか否かを検証するために、ベリフ
ァイ動作が行われる。ベリファイ動作では、まず、ベリ
ファイリードにより、消去の対象となっているメモリセ
ルのデータを読み出し、かつ、その読み出しデータに基
づいて、消去OK(十分)か、又は、消去NG(不十
分)か、を判断する。そして、消去NGと判断されれ
ば、再び、データ消去が実行される。
After data is erased, a verify operation is usually performed to verify whether all memory cells to be erased are within a predetermined threshold range determined to be in an erased state. . In the verify operation, first, data of a memory cell to be erased is read by a verify read, and based on the read data, whether erase OK (sufficient) or erase NG (insufficient) is performed. Judge. Then, if it is determined that the erasure is NG, the data is erased again.

【0068】次に、従来のNAND型フラッシュメモリ
のデバイス構造について説明する。
Next, the device structure of a conventional NAND flash memory will be described.

【0069】図56は、従来のNAND型フラッシュメ
モリのデバイス構造の一例を示す平面図である。図57
は、図56のLVII−LVII線に沿う断面図、図5
8は、図56のLVIII−LVIII線に沿う断面図
である。
FIG. 56 is a plan view showing an example of a device structure of a conventional NAND flash memory. Fig. 57
FIG. 5 is a sectional view taken along line LVII-LVII in FIG.
8 is a cross-sectional view along the line LVIII-LVIII in FIG.

【0070】NAND型フラッシュメモリのメモリセル
アレイは、マトリックス状に配置された複数のNAND
セルユニットから構成される。NANDセルユニット
は、例えば、直列接続された16個のメモリセルからな
るNANDセルと、その両端に1つずつ接続された2個
のセレクトゲートトランジスタとから構成される。
The memory cell array of the NAND type flash memory includes a plurality of NANDs arranged in a matrix.
It is composed of cell units. The NAND cell unit includes, for example, a NAND cell composed of 16 memory cells connected in series, and two select gate transistors connected one by one to both ends thereof.

【0071】NANDセルユニット内のメモリセル及び
セレクトゲートトランジスタは、例えば、P型半導体基
板10に形成されたN型ウェル11内のP型ウェル12
内、即ち、ダブルウェル内に配置される。NANDセル
内の各メモリセルは、フローティングゲート電極5(F
G)上にインターポリ絶縁膜6を介してコントロールゲ
ート電極7(CG0,CG1,・・・CG15)を積み
重ねたいわゆるスタックゲート構造を有する。ゲート絶
縁膜4は、トンネル絶縁膜として機能する。また、製造
プロセスの簡略化などのため、セレクトゲートトランジ
スタは、メモリセルに近似した構造を有している。
The memory cell and select gate transistor in the NAND cell unit are, for example, a P-type well 12 in an N-type well 11 formed in a P-type semiconductor substrate 10.
Inside, that is, in a double well. Each memory cell in the NAND cell has a floating gate electrode 5 (F
G) has a so-called stack gate structure in which control gate electrodes 7 (CG0, CG1,... CG15) are stacked via an interpoly insulating film 6. The gate insulating film 4 functions as a tunnel insulating film. In order to simplify the manufacturing process, the select gate transistor has a structure similar to a memory cell.

【0072】ワード線(コントロールゲート線)7(C
G0,CG1,・・・CG15)は、それぞれメモリセ
ルアレイのロウ方向に延び、ロウ方向の複数のメモリセ
ルに共通に接続される。同様に、セレクトゲート線7
(SGD,SGS)も、メモリセルアレイのロウ方向に
延び、ロウ方向の複数のセレクトゲートトランジスタに
共通に接続される。
Word line (control gate line) 7 (C
G0, CG1,... CG15) extend in the row direction of the memory cell array, and are commonly connected to a plurality of memory cells in the row direction. Similarly, select gate line 7
(SGD, SGS) also extends in the row direction of the memory cell array, and is commonly connected to a plurality of select gate transistors in the row direction.

【0073】NANDセルユニット内では、互いに隣接
する2個のトランジスタ(メモリセル又はセレクトゲー
トトランジスタ)が1個の拡散層(ソース又はドレイ
ン)13を共有している。また、カラム方向に隣接する
2個のNANDセルユニットは、ドレイン拡散層13b
又はソース拡散層13cを共有している。
In the NAND cell unit, two transistors (memory cells or select gate transistors) adjacent to each other share one diffusion layer (source or drain) 13. Further, two NAND cell units adjacent in the column direction include a drain diffusion layer 13b.
Alternatively, they share the source diffusion layer 13c.

【0074】NANDセルの一端に配置されるドレイン
側セレクトゲートトランジスタは、ビット線コンタクト
部14を経由してビット線(データ線)9(BL)に接
続される。ビット線コンタクト部14は、コンタクトプ
ラグ16aから構成され、ビット線9(BL)とコンタ
クトプラグ16aの間には、中間層17aが配置され
る。また、NANDセルの他端に配置されるソース側セ
レクトゲートトランジスタは、ソース線コンタクト部1
5を経由してソース線(基準電位線)SLに接続され
る。ソース線コンタクト部15は、コンタクトプラグ1
6bから構成される。ソース線SLは、例えば、メモリ
セルアレイを構成する全てのNANDセルユニットに共
通に接続される。
The drain-side select gate transistor arranged at one end of the NAND cell is connected to a bit line (data line) 9 (BL) via a bit line contact portion 14. The bit line contact portion 14 includes a contact plug 16a, and an intermediate layer 17a is arranged between the bit line 9 (BL) and the contact plug 16a. The source side select gate transistor arranged at the other end of the NAND cell is connected to the source line contact portion 1.
5, and is connected to a source line (reference potential line) SL. The source line contact portion 15 is provided with the contact plug 1
6b. The source line SL is, for example, commonly connected to all NAND cell units constituting the memory cell array.

【0075】なお、図56乃至図58のNAND型フラ
ッシュメモリでは、素子領域2を取り囲む素子分離領域
3aがLOCOS法により形成されたフィールド酸化膜
であったが、これに代えて、例えば、図59及び図60
に示すように、素子分離領域3aをSTI( Shallow T
rench Isolation )構造のシリコン酸化膜から構成して
もよい。
In the NAND flash memories of FIGS. 56 to 58, the element isolation region 3a surrounding the element region 2 is a field oxide film formed by the LOCOS method. And FIG.
As shown in FIG. 3, the element isolation region 3a is formed by STI (Shallow T
(Rench Isolation) It may be composed of a silicon oxide film having a structure.

【0076】ところで、従来、セルフブースト書き込み
方式を採用したNAND型フラッシュメモリにおいて
は、メモリセルの構造、プロセス、動作(例えば、書き
込み時の“1”−書き込みセルのチャネル電位)などに
関して、次のような問題が生じている。
Conventionally, in a NAND flash memory adopting the self-boost write method, the following structure, process, operation (for example, “1” at the time of writing—the channel potential of the write cell) of the memory cell are as follows. Such a problem has arisen.

【0077】図61は、セルフブースト書き込み動作に
おいてメモリセルに与える電位のタイミング波形を示し
ている。
FIG. 61 shows a timing waveform of a potential applied to a memory cell in a self-boost write operation.

【0078】まず、“0”−書き込みの対象となるメモ
リセルが接続されるビット線BL1の電位VBL1を、
0Vに設定し、“1”−書き込みの対象となるメモリセ
ルが接続されるビット線BL2の電位VBL2を、電源
電位(例えば、2.5V)Vccに設定する。また、ソ
ース側のセレクトゲート線SGSの電位Vsgsを、0
Vに設定し、ドレイン側のセレクトゲート線SGDの電
位Vsgdを、電源電位Vccに設定する。
First, the potential VBL1 of the bit line BL1 to which the memory cell to be "0" -written is connected is set to
The potential is set to 0 V, and the potential VBL2 of the bit line BL2 to which the memory cell to be "1" -written is connected is set to the power supply potential (for example, 2.5 V) Vcc. Also, the potential Vsgs of the source side select gate line SGS is set to 0
V, and the potential Vsgd of the drain-side select gate line SGD is set to the power supply potential Vcc.

【0079】この時、“1”−書き込みの対象となるメ
モリセルを含むNANDセルユニット内の2個のセレク
トゲートトランジスタは、共に、オフ状態になり、この
NANDセルユニット内のメモリセルのチャネル及び拡
散層は、電気的にフローティング状態となる。
At this time, the two select gate transistors in the NAND cell unit including the memory cell to be "1" -written are both turned off, and the channel and the channel of the memory cell in this NAND cell unit are turned off. The diffusion layer is in an electrically floating state.

【0080】この後、選択されたワード線(コントロー
ルゲート線)CG1の電位Vcg1を、書き込み電位V
ppに設定し、非選択のワード線(コントロールゲート
線)CG0,CG2,・・・CG15の電位Vcg0,
Vcg2,・・・Vcg15を、転送電位Vpass
(Vpp>Vpass>Vcc)に設定すると、“1”
−書き込みの対象となるメモリセルのチャネル(フロー
ティング状態となっている)の電位Vchは、所定値ま
で昇圧(ブースト)される。
Thereafter, the potential Vcg1 of the selected word line (control gate line) CG1 is changed to the writing potential Vcg.
pp, and the potentials Vcg0, CG15 of the unselected word lines (control gate lines) CG0, CG2,.
Vcg2,..., Vcg15 to transfer potential Vpass
(Vpp>Vpass> Vcc), “1”
-The potential Vch of the channel (in a floating state) of the memory cell to be written is boosted (boosted) to a predetermined value.

【0081】ここで、“1”−書き込みの対象となるメ
モリセルのチャネル電位Vchとそのメモリセルの各電
極に与える電位との関係は、以下の(1)式で表すこと
ができる。 Vch = Vsg−Vsgth(Vchinit)+Cr1(Vpass− Vpassth−Vchinit)+Cr2・Vpp−(Tpw/16(Cin s+Cch))×I ・・・(1) 但し、Vsgは、ビット線側(ドレイン側)のセレクト
ゲート線SGDの電位Vsgdに相当し、例えば、電源
電位Vccに設定される。また、Vchinitは、ビ
ット線からメモリセルのチャネルに伝達される初期電位
であり、Vsgth(Vchinit)は、チャネル電
位がVchinitであるときのビット線側のセレクト
ゲートトランジスタの閾値であり、Cr1は、転送電位
Vpassが与えられるメモリセルのチャネルのブース
ト比であり、Cr2は、書き込み電位Vppが与えられ
るメモリセルのチャネルのブースト比である。
Here, the relationship between "1" -the channel potential Vch of the memory cell to be written and the potential applied to each electrode of the memory cell can be expressed by the following equation (1). Vch = Vsg−Vsgth (Vchinit) + Cr1 (Vpass−Vpassth−Vchinit) + Cr2 · Vpp− (Tpw / 16 (Cins + Cch)) × I (1) where Vsg is the bit line side (drain side). This corresponds to the potential Vsgd of the select gate line SGD, and is set to, for example, the power supply potential Vcc. Vchinit is the initial potential transmitted from the bit line to the channel of the memory cell, Vsgth (Vchinit) is the threshold value of the select gate transistor on the bit line side when the channel potential is Vchinit, and Cr1 is The transfer ratio Vpass is the boost ratio of the channel of the memory cell to which the write potential is applied, and Cr2 is the boost ratio of the channel of the memory cell to which the write potential Vpp is applied.

【0082】また、Vpassthは、チャネル電位が
Vchであるときに、Vpassが与えられるメモリセ
ルがオン状態になるために必要な電位であり、Tpw
は、書き込みパルスVppのパルス幅であり、Cins
は、メモリセル1個当たりの容量であり、Cchは、チ
ャネル下に広がる空乏層容量と、拡散層とウェルの間の
接合容量との和であり、Iは、チャネルからウェル及び
ビット線に抜ける電流の合計値である。
Vpassth is a potential required to turn on a memory cell to which Vpass is applied when the channel potential is Vch, and Tpw
Is the pulse width of the write pulse Vpp, and Cins
Is the capacitance per memory cell, Cch is the sum of the depletion layer capacitance extending below the channel and the junction capacitance between the diffusion layer and the well, and I escapes from the channel to the well and bit line. It is the total value of the current.

【0083】即ち、選択されたワード線CG1に書き込
み電位Vppを与え、非選択のワード線CG0,CG
2,・・・CG15に転送電位Vpassを与えること
により、“1”−書き込みの対象となるメモリセルのチ
ャネル(フローティング状態)の電位がVchに昇圧さ
れる。このため、“1”−書き込みの対象となるメモリ
セルでは、フローティングゲート電極に対する電子の注
入がほとんど起こらず、消去状態が維持され、誤書き込
み(“0”−書き込み)が防止される。
That is, the write potential Vpp is applied to the selected word line CG1, and the unselected word lines CG0, CG
By applying the transfer potential Vpass to the CG15, the potential of the channel (floating state) of the memory cell to be "1" -written is boosted to Vch. For this reason, in the memory cell targeted for “1” -writing, electrons are hardly injected into the floating gate electrode, the erased state is maintained, and erroneous writing (“0” -writing) is prevented.

【0084】しかし、“1”−書き込みの対象となるメ
モリセルのチャネル電位が十分に上昇せず、誤書き込み
が発生する場合がある。
However, the channel potential of the memory cell to be "1" -written may not sufficiently rise, and erroneous writing may occur.

【0085】例えば、セレクトゲートトランジスタやメ
モリセルが形成されるP型ウェル内の不純物(例えば、
ボロン)の濃度プロファイル、セレクトゲートトランジ
スタやメモリセルのチャネル部に導入される不純物の濃
度プロファイル、セレクトゲートトランジスタやメモリ
セルの拡散層(ソース/ドレイン)内の不純物の濃度プ
ロファイルのばらつきは、ビット線からチャネルに転送
される初期電位Vchinitを低下させることがあ
る。
For example, impurities (for example, impurities) in a P-type well in which a select gate transistor and a memory cell are formed
The variation in the concentration profile of boron (boron), the concentration profile of the impurity introduced into the channel portion of the select gate transistor and the memory cell, and the variation in the concentration profile of the impurity in the diffusion layer (source / drain) of the select gate transistor and the memory cell are as follows. , The initial potential Vchinit transferred to the channel may decrease.

【0086】また、チャネル下の空乏層に生じる容量の
増大は、チャネルのブースト効率(Cr1,Cr2)を
低下させる。この場合、書き込み動作時に、“1”−書
き込みの対象となるメモリセルのチャネル電位が十分に
上昇せず、その結果、このメモリセルの閾値が上昇し、
誤書き込み(“0”−書き込み)が発生する。
Further, the increase in capacitance generated in the depletion layer below the channel lowers the channel boost efficiency (Cr1, Cr2). In this case, at the time of the write operation, the channel potential of the memory cell to be "1" -written does not rise sufficiently, and as a result, the threshold value of this memory cell rises,
Erroneous writing ("0" -writing) occurs.

【0087】図62は、書き込み動作において、“0”
−書き込みの対象とならないメモリセルの閾値変動と非
選択のワード線に与える転送電位Vpassの値との関
係を示している。
FIG. 62 shows that "0" in the write operation.
The graph shows the relationship between the threshold value fluctuation of the memory cell not to be written and the value of the transfer potential Vpass applied to the unselected word line.

【0088】ここで、セルB,Cとは、図51に示すセ
ルB,Cをいうものとし、また、図51のセルA,B,
Cは、当初は、全て消去状態(“1”状態)にあるもの
とする。そして、図62は、図51のセルAに対して
“0”−書き込みを行った場合に、図51のセルB
(“1”−書き込みセル)及びセルC(非選択のセル)
の閾値の変動量について示している。
Here, cells B and C refer to cells B and C shown in FIG. 51, and cells A, B and C shown in FIG.
It is assumed that C is initially in the erased state (“1” state). FIG. 62 shows a case where “0” -writing is performed on the cell A of FIG.
(“1” -write cell) and cell C (unselected cell)
Shows the amount of change in the threshold value.

【0089】まず、Vpassを低い値に設定すると、
セルAに対する“0”−書き込み時に、“1”−書き込
みの対象となるセル(書き込み禁止セル)Bのチャネル
電位が十分に上昇せず、セルBのフローティングゲート
電極内に電子が注入される。このため、図62の実線に
示すように、“1”−書き込みの対象となるセルBの閾
値は、当初の値Vth1から次第に上昇し、セルBの閾
値は、一点鎖線で示す“1”状態と“0”状態の境界線
を越えてしまう。その結果、“1”−書き込みの対象と
なるセルBに対して、誤書き込み(“0”−書き込み)
が発生する。
First, when Vpass is set to a low value,
At the time of “0” -writing to the cell A, the channel potential of the cell (write-inhibited cell) B to be subjected to “1” -writing does not sufficiently rise, and electrons are injected into the floating gate electrode of the cell B. Therefore, as shown by the solid line in FIG. 62, the threshold value of the cell B to be written “1” -increases gradually from the initial value Vth1, and the threshold value of the cell B changes to the “1” state indicated by the dashed line. And the boundary line of the “0” state. As a result, erroneous writing (“0” -writing) is performed on the cell B to be subjected to “1” -writing.
Occurs.

【0090】また、Vpassを十分に高い値に設定す
ると、セルAに対する“0”−書き込み時に、“1”−
書き込みの対象となるセル(書き込み禁止セル)Bのチ
ャネル電位が十分に上昇する。このため、図62の実線
に示すように、“1”−書き込みの対象となるセルBの
閾値は、当初の値(消去状態)Vth1を維持し、セル
Bに対する誤書き込み(“0”−書き込み)が防止され
る(即ち、“1”−書き込みが行われる。)。
When Vpass is set to a sufficiently high value, when “0” -write is performed on cell A, “1”-
The channel potential of the cell to be written (write-inhibited cell) B sufficiently rises. Therefore, as shown by the solid line in FIG. 62, the threshold value of the cell B to be "1" -written remains the initial value (erased state) Vth1, and the erroneous write ("0" -write) ) Is prevented (that is, “1” -writing is performed).

【0091】一方、非選択のセルCに関しては、セルA
と同様に、ビット線からチャネルに0Vが転送され、そ
のチャネル電位は、0Vに固定される。よって、Vpa
ssの値が高すぎると、セルAに対する“0”−書き込
み時に、セルCのコントロールゲート電極とチャネルの
間に高電圧が印加され、セルCのフローティングゲート
電極内に電子が注入される。このため、図62の破線に
示すように、セルCの閾値は、当初の値(消去状態)V
th1から次第に上昇し、セルCの閾値は、一点鎖線で
示す“1”状態と“0”状態の境界線を越える。その結
果、非選択のセルCに対して、誤書き込み(“0”−書
き込み)が発生する。
On the other hand, regarding the unselected cell C, the cell A
0V is transferred from the bit line to the channel, and the channel potential is fixed at 0V. Therefore, Vpa
If the value of ss is too high, a high voltage is applied between the control gate electrode of the cell C and the channel at the time of “0” -writing to the cell A, and electrons are injected into the floating gate electrode of the cell C. Therefore, as shown by the broken line in FIG. 62, the threshold value of the cell C is the initial value (erased state) V
The threshold value of the cell C gradually increases from th1, and exceeds the boundary between the “1” state and the “0” state indicated by the dashed line. As a result, erroneous writing (“0” -writing) occurs in the unselected cell C.

【0092】また、セルAに対して“0”−書き込みを
行うとき、Vpassの値を十分に低く設定すると、セ
ルCのコントロールゲート電極とチャネルの間に印加さ
れる電圧が緩和される。このため、図62の破線に示す
ように、セルCの閾値は、Vth1(消去状態)を維持
し、誤書き込み(“0”−書き込み)が防止される。
When "0" -write is performed on the cell A, if the value of Vpass is set sufficiently low, the voltage applied between the control gate electrode of the cell C and the channel is relaxed. Therefore, as indicated by the broken line in FIG. 62, the threshold value of the cell C is maintained at Vth1 (erased state), and erroneous writing (“0” -writing) is prevented.

【0093】このように、“1”−書き込みの対象とな
るセルBに対して誤書き込みを防止するためには、Vp
assの値を十分に高くすることが必要であるのに対
し、非選択のセルCに対して誤書き込みを防止するため
には、Vpassの値を十分に低くすることが必要であ
る。
As described above, in order to prevent erroneous writing to the cell B targeted for "1" -writing, Vp
While it is necessary to make the value of ass sufficiently high, it is necessary to make the value of Vpass sufficiently low in order to prevent erroneous writing to unselected cells C.

【0094】従って、“0”−書き込みの対象とならな
い全てのセルに対して誤書き込みを防止するためには、
書き込み動作後の閾値(実線及び破線)が、常に、
“1”状態と“0”状態の境界線(一点鎖線)の下側
(“0”状態)になるように、転送電位Vpassの範
囲を選び、その範囲内からVpassの値を決定しなけ
ればならない。
Therefore, in order to prevent erroneous writing for all cells which are not targeted for “0” -writing,
The threshold value (solid line and broken line) after the write operation is always
The range of the transfer potential Vpass is selected so as to be below the boundary line between the “1” state and the “0” state (dotted line) (“0” state), and the value of Vpass must be determined from the range. No.

【0095】しかし、メモリセルの微細化を進めると、
特に、ソース側セレクトゲートトランジスタの拡散層の
表面耐圧( surface breakdown voltage )が低くな
る。表面耐圧とは、拡散層のエッジ部(シリコン基板の
表面部)におけるPN接合耐圧のことであり、微細化が
進むと、この表面耐圧が非常に問題となってくる。表面
耐圧が低くなると、これに伴い、チャネルの昇圧時に、
拡散層のエッジ部にリーク電流(表面リーク電流)が生
じ、書き込み禁止セルのチャネル電位が十分に上昇せ
ず、誤書き込みが発生する場合がある。
However, as memory cells are miniaturized,
In particular, the surface breakdown voltage of the diffusion layer of the source-side select gate transistor decreases. The surface breakdown voltage refers to the PN junction breakdown voltage at the edge of the diffusion layer (the surface portion of the silicon substrate). As the miniaturization progresses, the surface breakdown voltage becomes a serious problem. When the surface withstand voltage is lowered, the
Leakage current (surface leakage current) occurs at the edge of the diffusion layer, and the channel potential of the write-inhibited cell does not rise sufficiently, which may cause erroneous writing.

【0096】また、例えば、図63に示すように、プロ
グラム回数(又は書き換え回数)が増えると、電子トラ
ップなどの原因により、次第に、メモリセル(“1”状
態)の閾値電圧Vth1も正方向に変動する。つまり、
消去状態(“1”状態)のメモリセルの閾値電圧Vth
1が正方向にシフトするため、図62のVth1が一点
鎖線(“1”と“0”の境界)に近くなる。
For example, as shown in FIG. 63, as the number of times of programming (or the number of times of rewriting) increases, the threshold voltage Vth1 of the memory cell ("1" state) gradually increases in the positive direction due to factors such as electron traps. fluctuate. That is,
Threshold voltage Vth of memory cell in erased state (“1” state)
Since 1 shifts in the positive direction, Vth1 in FIG. 62 becomes close to the dashed line (the boundary between “1” and “0”).

【0097】特に、トランジスタの拡散層の表面耐圧が
低く、表面リーク電流が発生する可能性のあるデバイス
においては、図63に示すように、プログラム回数に対
する閾値の変化量が大きく(傾きが大きく)、結果とし
て、“0”書き込みの対象とならないセルB,Cに対し
て誤書き込みが発生し易くなる。
In particular, in a device in which the surface breakdown voltage of the diffusion layer of a transistor is low and a surface leakage current may occur, as shown in FIG. 63, the amount of change in the threshold value with respect to the number of times of programming is large (a large slope). As a result, erroneous writing is likely to occur in cells B and C that are not targeted for “0” writing.

【0098】このように、従来のNAND型フラッシュ
メモリでは、メモリセルの微細化に伴い、書き込み動作
時に、拡散層の表面耐圧の低下によって“1”−書き込
みセルのチャネル電位が十分に上昇しなくなり、誤書き
込みを発生させることがある。この問題は、特に、拡散
層を構成するイオンとして、ヒ素(As)を用いた場合
に顕著となる。
As described above, in the conventional NAND type flash memory, the channel potential of the "1" -write cell cannot be sufficiently increased due to the decrease in the surface breakdown voltage of the diffusion layer during the write operation due to the miniaturization of the memory cell. Erroneous writing may occur. This problem is particularly noticeable when arsenic (As) is used as the ions constituting the diffusion layer.

【0099】また、上述の問題は、特に、ローカルセル
フブースト( Local Self Boost 、以下、LSB)方式
による書き込み動作を行うときに、非常に顕著となる。
The above-mentioned problem becomes particularly noticeable when a write operation is performed by a local self-boost (LSB) method.

【0100】図64は、LSB方式による書き込み動作
において各電極に与える電位を示している。
FIG. 64 shows the potential applied to each electrode in the write operation by the LSB method.

【0101】LSB動作では、選択されたワード線(コ
ントロールゲート線)CG1の両隣のワード線(コント
ロールゲート線)CG0,CG2に0Vを与え、残りの
非選択のワード線(コントロールゲート線)CG3,・
・・CG15に転送電位Vpassを与える。“1”−
書き込みセル(書き込み禁止セル)M12は、そのチャ
ネルがVpassにより昇圧されるため、バックゲート
バイアス効果によりカットオフ状態になる。
In the LSB operation, 0 V is applied to the word lines (control gate lines) CG0, CG2 on both sides of the selected word line (control gate line) CG1, and the remaining unselected word lines (control gate lines) CG3,・
.. Apply transfer potential Vpass to CG15. "1"-
The write cell (write-inhibited cell) M12 is cut off due to the back gate bias effect because its channel is boosted by Vpass.

【0102】この後、書き込み電位Vppがワード線C
G1(“0”−書き込みセルM11のコントロールゲー
ト電極)に与えられると、“1”−書き込みセルM12
のチャネルは、容量カップリングにより昇圧される。こ
の時、セルM12のチャネル電位は、例えば、Vppが
18V、チャネルブースト比が0.5であれば、8〜9
V程度まで上昇する。この値は、書き込み禁止電位とし
ては、十分に大きな値となっている。
Thereafter, the write potential Vpp changes to the word line C.
When given to G1 (“0” —the control gate electrode of the write cell M11), “1” —the write cell M12
Are boosted by capacitive coupling. At this time, for example, if Vpp is 18 V and the channel boost ratio is 0.5, the channel potential of the cell M12 is 8 to 9
It rises to about V. This value is a sufficiently large value as the write inhibit potential.

【0103】しかし、上述のように、メモリセルの微細
化により、特に、ソース側セレクトゲートトランジスタ
の拡散層の表面耐圧が小さくなると、LSB動作を行っ
たときに、拡散層の表面破壊(接合破壊)が生じ、リー
クが発生して、信頼性などの観点から非常に問題とな
る。
However, as described above, if the surface breakdown voltage of the diffusion layer of the source-side select gate transistor is reduced due to the miniaturization of the memory cell, the surface breakdown of the diffusion layer (junction breakdown) occurs when the LSB operation is performed. ) Occurs, causing a leak, which is very problematic from the viewpoint of reliability and the like.

【0104】このような問題は、セレクトゲートトラン
ジスタの拡散層とメモリセルの拡散層を別々に形成する
ことにより回避できるが、この場合、製造プロセスが複
雑になり、コスト増加の原因となる。また、近年では、
メモリセルの微細化に伴って、セレクトゲートトランジ
スタの拡散層とメモリセルの拡散層は、同一の工程で同
時に形成することが望まれている。
Such a problem can be avoided by separately forming the diffusion layer of the select gate transistor and the diffusion layer of the memory cell. However, in this case, the manufacturing process becomes complicated and causes an increase in cost. In recent years,
With the miniaturization of memory cells, it is desired that a diffusion layer of a select gate transistor and a diffusion layer of a memory cell be formed simultaneously in the same step.

【0105】従って、製造プロセスを複雑化することな
く、書き込み時において、リーク電流を防止し、セレク
トゲートトランジスタのカットオフ特性を十分に高める
ための新規なデバイス構造の開発が必要とされている。
Therefore, it is necessary to develop a new device structure for preventing a leak current at the time of writing and sufficiently improving the cutoff characteristics of the select gate transistor without complicating the manufacturing process.

【0106】[0106]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のN
AND型フラッシュメモリでは、第一に、読み出しに関
して、電子トラップなどに起因し、メモリセルのコンダ
クタンスGmが劣化するという問題があった。第二に、
書き込みに関して、セルフブースト方式やLSB方式な
どのチャネルを昇圧する手法を採用する場合に、誤書き
込みの問題があった。この問題は、メモリセルの微細化
により、ソース側セレクトゲートトランジスタの拡散層
の表面耐圧が低くなると、さらに顕著になっていた。
As described above, the conventional N
First, the AND flash memory has a problem that the conductance Gm of the memory cell is deteriorated due to an electron trap or the like in reading. Secondly,
Regarding writing, there is a problem of erroneous writing when a method of boosting a channel such as a self-boost method or an LSB method is employed. This problem has become more remarkable when the surface breakdown voltage of the diffusion layer of the source-side select gate transistor is reduced due to the miniaturization of the memory cell.

【0107】本発明は、上記欠点を解決するためになさ
れたもので、その目的は、メモリセルが微細化されて
も、読み出し動作や書き込み動作を正確に行うことがで
きる構造を有する高信頼性の新規な不揮発性半導体メモ
リを提供することにある。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned drawbacks, and an object of the present invention is to provide a high reliability device having a structure capable of accurately performing a read operation and a write operation even when a memory cell is miniaturized. To provide a novel nonvolatile semiconductor memory.

【0108】[0108]

【課題を解決するための手段】本発明の不揮発性半導体
メモリは、第1導電型の半導体基板の表面領域に配置さ
れ、直列接続される複数のメモリセルから構成されるN
ANDセルと、前記半導体基板の表面領域に配置され、
前記NANDセルに接続されるセレクトゲートトランジ
スタとを備え、前記複数のメモリセル及び前記セレクト
ゲートトランジスタの第2導電型のソース/ドレイン拡
散層を構成する第1不純物の濃度プロファイルのピーク
は、前記半導体基板の表面から0.04μm以上の位置
に設定されている。
According to the present invention, there is provided a nonvolatile semiconductor memory comprising a plurality of memory cells arranged in series on a surface region of a semiconductor substrate of a first conductivity type and connected in series.
An AND cell, disposed in a surface region of the semiconductor substrate,
A select gate transistor connected to the NAND cell, wherein a peak of a concentration profile of a first impurity forming a source / drain diffusion layer of a second conductivity type of the plurality of memory cells and the select gate transistor is the peak of the semiconductor It is set at a position of 0.04 μm or more from the surface of the substrate.

【0109】前記複数のメモリセル及び前記セレクトゲ
ートトランジスタのソース/ドレイン拡散層上には、窒
化膜が配置される。また、前記複数のメモリセル及び前
記セレクトゲートトランジスタのソース/ドレイン拡散
層を構成する前記第1不純物の濃度プロファイルのピー
クは、前記半導体基板の表面から0.2μm以下の位置
に設定される。
A nitride film is disposed on the source / drain diffusion layers of the plurality of memory cells and the select gate transistor. The peak of the concentration profile of the first impurity forming the source / drain diffusion layers of the plurality of memory cells and the select gate transistor is set at a position of 0.2 μm or less from the surface of the semiconductor substrate.

【0110】前記第1不純物の濃度プロファイルのピー
ク値は、前記第1不純物の濃度プロファイルの前記半導
体基板の表面における濃度値よりも2倍以上大きい。前
記複数のメモリセル及び前記セレクトゲートトランジス
タのチャネル部の間における第1導電型の第2不純物の
濃度は、前記チャネル部における前記第2不純物の濃度
よりも高い。前記第1不純物の濃度プロファイルの前記
半導体基板の表面における濃度は、前記複数のメモリセ
ル及び前記セレクトゲートトランジスタのチャネル部の
間における第1導電型の第2不純物の表面濃度よりも低
い。
The peak value of the concentration profile of the first impurity is twice or more larger than the concentration value of the concentration profile of the first impurity on the surface of the semiconductor substrate. The concentration of the second impurity of the first conductivity type between the plurality of memory cells and the channel portion of the select gate transistor is higher than the concentration of the second impurity in the channel portion. The concentration of the concentration profile of the first impurity at the surface of the semiconductor substrate is lower than the surface concentration of the second impurity of the first conductivity type between the plurality of memory cells and the channel portion of the select gate transistor.

【0111】前記複数のメモリセル及び前記セレクトゲ
ートトランジスタのソース/ドレイン拡散層上には、第
1導電型の拡散層が配置されている。前記第1導電型の
拡散層を構成する第2不純物の濃度プロファイルのピー
クは、前記半導体基板の表面から0.04μm未満の位
置に設定されている。前記第1導電型の拡散層のチャネ
ル長方向の幅は、前記ソース/ドレイン拡散層の前記チ
ャネル長方向の幅よりも狭い。
A first conductivity type diffusion layer is disposed on the source / drain diffusion layers of the plurality of memory cells and the select gate transistor. The peak of the concentration profile of the second impurity forming the first conductivity type diffusion layer is set at a position less than 0.04 μm from the surface of the semiconductor substrate. The width of the first conductivity type diffusion layer in the channel length direction is smaller than the width of the source / drain diffusion layer in the channel length direction.

【0112】前記複数のメモリセル及び前記セレクトゲ
ートトランジスタのソース/ドレイン拡散層上には、前
記ソース/ドレイン拡散層の濃度よりも低い濃度を有す
る第2導電型の低濃度拡散層が配置されている。前記低
濃度拡散層を構成する第2不純物の濃度プロファイルの
ピークは、前記半導体基板の表面から0.04μm未満
の位置に設定されている。前記第2不純物の濃度プロフ
ァイルの前記半導体基板の表面における濃度は、前記複
数のメモリセル及び前記セレクトゲートトランジスタの
チャネル部の間における第1導電型の第3不純物の濃度
よりも高い。前記低濃度拡散層のチャネル長方向の幅
は、前記ソース/ドレイン拡散層の前記チャネル長方向
の幅よりも狭い。
On the source / drain diffusion layers of the plurality of memory cells and the select gate transistor, a second conductivity type low concentration diffusion layer having a concentration lower than that of the source / drain diffusion layers is disposed. I have. The peak of the concentration profile of the second impurity forming the low-concentration diffusion layer is set at a position less than 0.04 μm from the surface of the semiconductor substrate. The concentration of the concentration profile of the second impurity at the surface of the semiconductor substrate is higher than the concentration of the third impurity of the first conductivity type between the plurality of memory cells and the channel portion of the select gate transistor. The width of the low concentration diffusion layer in the channel length direction is smaller than the width of the source / drain diffusion layer in the channel length direction.

【0113】前記複数のメモリセルの各々は、電荷蓄積
層と、前記電荷蓄積層上のコントロールゲート電極とを
有し、互いに隣接する2つのメモリセルは、1つのソー
ス/ドレイン拡散層を共有している。前記セレクトゲー
トトランジスタのコンタクト部側のソース/ドレイン拡
散層上の前記半導体基板内には、第2導電型の補助拡散
層が配置され、前記補助拡散層を構成する不純物の濃度
プロファイルのピークは、前記半導体基板の表面から
0.04μm未満の位置に設定されている。
Each of the plurality of memory cells has a charge storage layer and a control gate electrode on the charge storage layer, and two memory cells adjacent to each other share one source / drain diffusion layer. ing. A second conductivity type auxiliary diffusion layer is disposed in the semiconductor substrate on the source / drain diffusion layer on the contact portion side of the select gate transistor, and a peak of a concentration profile of an impurity forming the auxiliary diffusion layer is: It is set at a position less than 0.04 μm from the surface of the semiconductor substrate.

【0114】前記第1不純物は、ヒ素であり、前記第2
不純物は、ボロンである。前記第1及び第2不純物は、
共に、ヒ素である。また、前記第1不純物は、ヒ素であ
り、前記第2不純物は、リンであってもよい。
The first impurity is arsenic, and the second impurity is
The impurity is boron. The first and second impurities are:
Both are arsenic. Further, the first impurity may be arsenic, and the second impurity may be phosphorus.

【0115】前記複数のメモリセルに対しては、少なく
とも選択された1つのメモリセルのチャネル電位をブー
ストして、その選択された1つのメモリセルに対する書
き込みを禁止するセルフブースト書き込み方式が適用さ
れる。
For the plurality of memory cells, a self-boost writing method is applied in which at least the channel potential of one selected memory cell is boosted to inhibit writing to the selected one memory cell. .

【0116】本発明の不揮発性半導体メモリは、第1導
電型の半導体基板の表面領域に配置され、直列接続され
る複数のメモリセルから構成されるNANDセルと、前
記半導体基板の表面領域に配置され、前記NANDセル
の両端に1つずつ接続されるセレクトゲートトランジス
タと、前記複数のメモリセル及び前記セレクトゲートト
ランジスタの第2導電型のソース/ドレイン拡散層上に
配置される窒化膜とを備え、前記複数のメモリセル及び
前記セレクトゲートトランジスタのソース/ドレイン拡
散層は、前記半導体基板の内部に埋め込まれ、前記ソー
ス/ドレイン拡散層上の前記半導体基板の表面部には、
第1導電型の拡散層が配置される。
A nonvolatile semiconductor memory according to the present invention is arranged in a surface region of a semiconductor substrate of a first conductivity type, and comprises a NAND cell composed of a plurality of memory cells connected in series, and is arranged in a surface region of the semiconductor substrate. A select gate transistor connected to both ends of the NAND cell one by one; and a nitride film disposed on a source / drain diffusion layer of a second conductivity type of the plurality of memory cells and the select gate transistor. The source / drain diffusion layers of the plurality of memory cells and the select gate transistor are embedded in the semiconductor substrate, and a surface portion of the semiconductor substrate on the source / drain diffusion layer includes:
A first conductivity type diffusion layer is disposed.

【0117】本発明の不揮発性半導体メモリは、第1導
電型の半導体基板内に配置される第2導電型のソース/
ドレイン拡散層と、前記ソース/ドレイン拡散層の間の
前記半導体基板内に配置される第2導電型の埋め込み層
と、前記埋め込み層上に配置される電荷蓄積層と、前記
電荷蓄積層上に配置されるコントロールゲート電極とを
備える埋め込みチャネル構造のメモリセルを有する。
The non-volatile semiconductor memory according to the present invention includes a source / drain of a second conductivity type disposed in a semiconductor substrate of a first conductivity type.
A drain diffusion layer; a buried layer of a second conductivity type disposed in the semiconductor substrate between the source / drain diffusion layers; a charge storage layer disposed on the buried layer; And a memory cell having a buried channel structure including a control gate electrode arranged.

【0118】前記電荷蓄積層は、フローティングゲート
電極であり、前記半導体基板と前記フローティングゲー
ト電極の間には、トンネル絶縁膜の機能を有するゲート
絶縁膜が配置される。そして、前記フローティングゲー
ト電極は、第1又は第2導電型の不純物を含む。前記フ
ローティングゲート電極が第2導電型の不純物を含む場
合、例えば、前記第1導電型がP型であり、前記第2導
電型がN型であるときには、前記フローティングゲート
電極の電位が負となる電位関係で読み出し動作を行う。
また、前記第1導電型がN型であり、前記第2導電型が
P型であるときには、前記フローティングゲート電極の
電位が正となる電位関係で読み出し動作を行う。
The charge storage layer is a floating gate electrode, and a gate insulating film having a function of a tunnel insulating film is disposed between the semiconductor substrate and the floating gate electrode. The floating gate electrode includes a first or second conductivity type impurity. When the floating gate electrode contains impurities of the second conductivity type, for example, when the first conductivity type is P-type and the second conductivity type is N-type, the potential of the floating gate electrode becomes negative. A read operation is performed based on the potential.
Further, when the first conductivity type is N-type and the second conductivity type is P-type, the read operation is performed with a potential relationship in which the potential of the floating gate electrode is positive.

【0119】前記コントロールゲート電極は、第1又は
第2導電型である。読み出し動作時に、前記埋め込み層
の内部に流れる電流を検出することにより前記メモリセ
ルに記憶されたデータを読み出す。前記メモリセルは、
NAND型フラッシュメモリのメモリセルに適用され
る。
The control gate electrode is of the first or second conductivity type. During a read operation, data stored in the memory cell is read by detecting a current flowing inside the buried layer. The memory cell comprises:
It is applied to a memory cell of a NAND flash memory.

【0120】本発明の不揮発性半導体メモリは、上述の
埋め込みソース/ドレイン拡散層を有する不揮発性半導
体メモリにおいて、前記NANDセルを構成する前記複
数のメモリセルの各々を、埋め込みチャネル構造を有す
るメモリセルに置き換えたものである。
In the nonvolatile semiconductor memory according to the present invention, in the nonvolatile semiconductor memory having the buried source / drain diffusion layers, each of the plurality of memory cells constituting the NAND cell is replaced with a memory cell having a buried channel structure. Is replaced by

【0121】前記電荷蓄積層は、フローティングゲート
電極であってもよいし、又は、電荷のトラップ機能を有
する絶縁膜(例えば、窒化膜)であってもよい。
The charge storage layer may be a floating gate electrode or an insulating film (for example, a nitride film) having a charge trapping function.

【0122】[0122]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の不揮発性半導体メモリについて詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a nonvolatile semiconductor memory according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0123】本発明は、電荷蓄積層(例えば、フローテ
ィングゲート電極)とコントロールゲート電極を有する
不揮発性半導体メモリに適用できるものであるが、特
に、セルフブースト書き込み方式、ローカルセルフブー
スト(LSB)書き込み方式などの書き込み禁止セルの
チャネル電位をブーストする書き込み方式が適用される
NAND型フラッシュメモリに非常に大きな効果を奏す
るものである。
The present invention can be applied to a nonvolatile semiconductor memory having a charge storage layer (for example, a floating gate electrode) and a control gate electrode. In particular, a self-boost write system and a local self-boost (LSB) write system This is a very significant effect for a NAND flash memory to which a write method for boosting the channel potential of a write-inhibited cell is applied.

【0124】また、本発明は、上記のような不揮発性半
導体メモリの全てに適用できるものであり、例えば、1
セルに記憶されるデータ数(2値又は多値)、素子分離
構造(LOCOS、STIなど)、メモリセルアレイの
構造(NAND型、NOR型など)、製造プロセス、N
AND型フラッシュメモリの場合には、NANDセルユ
ニット内のセル数及びセレクトゲートトランジスタ数な
ど、に関係なく適用できる。
The present invention can be applied to all of the above nonvolatile semiconductor memories.
Number of data stored in the cell (binary or multi-valued), element isolation structure (LOCOS, STI, etc.), memory cell array structure (NAND type, NOR type, etc.), manufacturing process, N
In the case of an AND flash memory, the present invention can be applied regardless of the number of cells in the NAND cell unit, the number of select gate transistors, and the like.

【0125】但し、以下では、説明を簡単にするため、
スタックゲート構造(フローティングゲート電極とコン
トロールゲート電極)を有するNAND型フラッシュメ
モリに、本発明を適用した場合について説明する。
However, in the following, in order to simplify the description,
A case where the present invention is applied to a NAND flash memory having a stack gate structure (a floating gate electrode and a control gate electrode) will be described.

【0126】[A] まず、本発明の第1実施の形態に
関わるNAND型フラッシュメモリについて説明する。
[A] First, a NAND flash memory according to the first embodiment of the present invention will be described.

【0127】図1は、本発明の第1実施の形態に関わる
NAND型フラッシュメモリのデバイス構造の概略を示
している。
FIG. 1 schematically shows the device structure of a NAND flash memory according to the first embodiment of the present invention.

【0128】P型シリコン基板(ウェルでもよい)12
上には、直列接続される複数個(本例では、16個)の
メモリセルM01,・・・M151からなるNANDセ
ルと、そのNANDセルの両端に1つずつ接続される2
つのセレクトゲートトランジスタS11,S21とが形
成される。
P-type silicon substrate (may be a well) 12
On the top, a NAND cell composed of a plurality of (16 in this example) memory cells M01,..., M151 connected in series, and two NAND cells connected one at each end of the NAND cell
Two select gate transistors S11 and S21 are formed.

【0129】メモリセルM01,・・・M151は、フ
ローティングゲート電極FGとコントロールゲート電極
CG0,・・・CG15を有している。セレクトゲート
トランジスタS11,S21は、ゲート電極SGS,S
GDを有している。
Each of the memory cells M01,..., M151 has a floating gate electrode FG and control gate electrodes CG0,. The select gate transistors S11, S21 are connected to the gate electrodes SGS, S
GD.

【0130】本発明のメモリの特徴は、拡散層(ソース
/ドレイン)にある。
The feature of the memory of the present invention resides in a diffusion layer (source / drain).

【0131】通常、メモリセルの拡散層は、例えば、図
54に示すように、シリコン基板の表面に接触してい
る。つまり、拡散層の不純物濃度のプロファイルのピー
クは、実質的に、シリコン基板の表面に一致している
(実際は、プロセス上の理由により、ピークは、多少、
シリコン基板内に入り込むので、“実質的に”と称して
いる。)。
Usually, the diffusion layer of the memory cell is in contact with the surface of the silicon substrate as shown in FIG. 54, for example. That is, the peak of the profile of the impurity concentration of the diffusion layer substantially coincides with the surface of the silicon substrate (in fact, the peak is slightly
Since it enters the silicon substrate, it is called “substantially”. ).

【0132】これに対し、本発明では、N型拡散層(ソ
ース/ドレイン)13,13b,13cのN型不純物の
濃度プロファイルのピークを、意図的に、シリコン基板
12内に設定している。つまり、本発明では、拡散層1
3,13b,13cの最も低抵抗な部分が、シリコン基
板12の表面に設けられずに、シリコン基板12の表面
から一定距離だけ深い位置に設けられる。
On the other hand, in the present invention, the peak of the concentration profile of the N-type impurity of the N-type diffusion layers (source / drain) 13, 13b, 13c is intentionally set in the silicon substrate 12. That is, in the present invention, the diffusion layer 1
The parts having the lowest resistances of 3, 13b, and 13c are not provided on the surface of the silicon substrate 12, but are provided at positions deeper by a certain distance from the surface of the silicon substrate 12.

【0133】具体的には、N型拡散層13,13b,1
3cのN型不純物の濃度プロファイルのピークは、シリ
コン基板12の表面から0.04μm以上深い位置(例
えば、約0.1μmの位置)に設定される。本例では、
濃度プロファイルのピークを、シリコン基板12の表面
から0.04μm以上深い位置に設定したが、この条件
は、ホットキャリア耐性の観点から決定される。本例の
ように、プロファイルのピークを、シリコン基板12の
表面から0.04μm以上深い位置に設定すれば、ほと
んどのデバイスに対応できるものと思われる。
Specifically, the N-type diffusion layers 13, 13b, 1
The peak of the concentration profile of the N-type impurity 3c is set at a position deeper than the surface of the silicon substrate 12 by 0.04 μm or more (for example, at a position of about 0.1 μm). In this example,
The peak of the concentration profile was set at a position deeper than the surface of the silicon substrate 12 by 0.04 μm or more. This condition is determined from the viewpoint of hot carrier resistance. If the peak of the profile is set to a position deeper than the surface of the silicon substrate 12 by 0.04 μm or more as in this example, it seems that most devices can be handled.

【0134】なお、N型拡散層13,13b,13cの
N型不純物の濃度プロファイルのピークは、シリコン基
板12の表面から0.2μm以下の位置に設定すること
が好ましい。
It is preferable that the peak of the concentration profile of the N-type impurity in the N-type diffusion layers 13, 13b and 13c is set at a position of 0.2 μm or less from the surface of the silicon substrate 12.

【0135】N型拡散層13,13b,13cのN型不
純物の濃度プロファイルのピークをシリコン基板12内
に設定した結果、本例では、N型拡散層13,13b,
13cがシリコン基板12の表面から一定距離だけ離れ
る。つまり、例えば、シリコン基板12の表面とN型拡
散層13の間の領域は、P型領域となっている(シリコ
ン基板12の表面部では、P型不純物の濃度がN型不純
物の濃度よりも高い。)。
As a result of setting the peak of the concentration profile of the N-type impurity in the N-type diffusion layers 13, 13b and 13c in the silicon substrate 12, in this example, the N-type diffusion layers 13, 13b and 13c
13c is separated from the surface of the silicon substrate 12 by a certain distance. That is, for example, a region between the surface of the silicon substrate 12 and the N-type diffusion layer 13 is a P-type region (at the surface of the silicon substrate 12, the concentration of the P-type impurity is higher than the concentration of the N-type impurity. high.).

【0136】但し、本発明では、N型拡散層13,13
b,13cのN型不純物の濃度プロファイルのピークが
シリコン基板内に設定されていれば、N型拡散層13,
13b,13cがシリコン基板12の表面に接触してい
ても構わない。
However, in the present invention, the N-type diffusion layers 13
If the peak of the concentration profile of the N-type impurity of b, 13c is set in the silicon substrate, the N-type diffusion layer 13,
13b and 13c may be in contact with the surface of the silicon substrate 12.

【0137】NANDセルユニット内の拡散層13,1
3b,13cのうち、最もドレイン(ビット線)側に配
置される拡散層13b及び最もソース(ソース線)側に
配置される拡散層13b上には、コンタクト部(プラ
グ)16b,16cと拡散層13b,13cを低抵抗か
つ電気的に確実に接続するために、補助拡散層13
b’,13c’が配置される。
Diffusion layers 13 and 1 in NAND cell unit
Among the diffusion layers 13b and 13c, the contact portions (plugs) 16b and 16c and the diffusion layers 13b are disposed on the diffusion layer 13b disposed closest to the drain (bit line) and the diffusion layer 13b disposed closest to the source (source line). 13b and 13c are connected to each other with a low resistance and reliably.
b ′ and 13c ′ are arranged.

【0138】図2は、図1のメモリセルの一つを示して
いる。図3は、図2のメモリセルの拡散層を垂直に横切
る断面の濃度プロファイルを示している。
FIG. 2 shows one of the memory cells of FIG. FIG. 3 shows a concentration profile of a cross section perpendicular to the diffusion layer of the memory cell of FIG.

【0139】N型拡散層のN型不純物(ヒ素(As))
の濃度プロファイルのピークは、シリコン基板の表面か
ら0.04μm以上、0.2μm以下の位置(例えば、
約0.1μmの位置)に設定されている。また、シリコ
ン基板の表面部では、P型不純物(ボロン(B))の濃
度は、N型不純物(As)の濃度よりも高くなってい
る。つまり、N型拡散層は、シリコン基板の表面から離
れている。
N-type impurity (arsenic (As)) in N-type diffusion layer
The peak of the concentration profile at a position between 0.04 μm and 0.2 μm from the surface of the silicon substrate (for example,
(At a position of about 0.1 μm). At the surface of the silicon substrate, the concentration of the P-type impurity (boron (B)) is higher than the concentration of the N-type impurity (As). That is, the N-type diffusion layer is apart from the surface of the silicon substrate.

【0140】このようなメモリセル構造によれば、例え
ば、図4に示すように、NANDセルユニット内におけ
る電流経路は、トランジスタ(メモリセル及びセレクト
ゲートトランジスタ)のチャネル部においてはシリコン
基板12の表面となり、各トランジスタのチャネルの間
に配置される拡散層13においてはシリコン基板12の
内部となる。従って、拡散層13の抵抗値(抵抗値を決
める部分はシリコン基板12の内部にある)が、拡散層
13上の絶縁膜とシリコン基板12の界面にトラップさ
れる電荷の影響をほとんど受けなくなり、メモリセルが
微細化されても、コンダクタンスGmのばらつき又は読
み出し速度のばらつきの発生を抑制することができる。
According to such a memory cell structure, for example, as shown in FIG. 4, the current path in the NAND cell unit is formed on the surface of the silicon substrate 12 in the channel portion of the transistor (memory cell and select gate transistor). Thus, the diffusion layer 13 disposed between the channels of the transistors is inside the silicon substrate 12. Therefore, the resistance value of the diffusion layer 13 (the part that determines the resistance value is inside the silicon substrate 12) is hardly affected by the electric charge trapped at the interface between the insulating film on the diffusion layer 13 and the silicon substrate 12. Even if the memory cell is miniaturized, it is possible to suppress the occurrence of the variation in the conductance Gm or the variation in the reading speed.

【0141】なお、上述の例においては、メモリセル及
びセレクトゲートトランジスタがNチャネル型MOSト
ランジスタから構成されるが、本発明は、当然に、Pチ
ャネル型MOSトランジスタから構成される場合にも適
用可能である。
In the above-described example, the memory cell and the select gate transistor are constituted by N-channel MOS transistors. However, the present invention is naturally applicable to the case constituted by P-channel MOS transistors. It is.

【0142】次に、本発明の第1実施の形態に関わるN
AND型フラッシュメモリの製造方法について説明す
る。
Next, N according to the first embodiment of the present invention will be described.
A method for manufacturing an AND flash memory will be described.

【0143】なお、以下に説明する製造方法では、メモ
リセル及びセレクトゲートトランジスタがそれぞれNチ
ャネル型である場合を例にするが、不純物の種類やイオ
ン注入条件(ドーズ量、加速電圧など)を変えることに
より、容易に、Pチャネル型の場合に応用することがで
きる。また、以下に説明する製造方法に並行して、メモ
リセルアレイ部の周辺に形成されるいわゆる周辺回路も
形成されるが、その説明は、省略することにする。
In the manufacturing method described below, the case where each of the memory cell and the select gate transistor is an N-channel type is taken as an example, but the type of impurities and ion implantation conditions (dose amount, acceleration voltage, etc.) are changed. Thereby, it can be easily applied to the case of the P-channel type. A so-called peripheral circuit formed around the memory cell array portion is also formed in parallel with the manufacturing method described below, but the description thereof will be omitted.

【0144】まず、図5に示すように、例えば、熱酸化
により、P型シリコン基板40上に厚さ約10nmのシ
リコン酸化膜41aを形成する。
First, as shown in FIG. 5, a silicon oxide film 41a having a thickness of about 10 nm is formed on a P-type silicon substrate 40 by, for example, thermal oxidation.

【0145】次に、図6に示すように、N型ウェル形成
用のマスクを用いて、シリコン基板40中にN型不純物
(例えば、リン(P))をイオン注入し、N型ウェル領
域42を形成する。ここで、N型ウェル領域42は、例
えば、1.5[MeV]の加速エネルギー、4.0×1
13cm−2のドーズ量で、リンをシリコン基板40
中にイオン注入することにより形成される。
Next, as shown in FIG. 6, an N-type impurity (for example, phosphorus (P)) is ion-implanted into the silicon substrate 40 using a mask for forming an N-type well to form an N-type well region 42. To form Here, the N-type well region 42 has, for example, an acceleration energy of 1.5 [MeV], 4.0 × 1.
At a dose of 0 13 cm -2, the silicon phosphorus substrate 40
It is formed by ion implantation.

【0146】また、N型ウェル領域42の形成は、例え
ば、3段階のイオン注入により実現してもよい。即ち、
第1段階では、例えば、1.5[MeV]の加速エネル
ギー、4.0×1012cm−2のドーズ量で、リンを
シリコン基板中にイオン注入し、第2段階では、例え
ば、750[KeV]の加速エネルギー、8.0×10
12cm−2のドーズ量で、リンをシリコン基板中にイ
オン注入し、第3段階では、例えば、150[KeV]
の加速エネルギー、1.0×1012cm−2のドーズ
量で、リンをシリコン基板中にイオン注入する。
The formation of the N-type well region 42 is performed, for example,
For example, it may be realized by three-stage ion implantation. That is,
In the first stage, for example, an acceleration energy of 1.5 [MeV]
Geek, 4.0 × 1012cm-2With a dose of
Ion implantation into the silicon substrate, in the second stage, for example,
For example, acceleration energy of 750 [KeV], 8.0 × 10
12cm-2Phosphorus into the silicon substrate at a dose of
In the third stage, for example, 150 [KeV]
Acceleration energy of 1.0 × 1012cm-2The dose of
In a quantity, phosphorus is ion-implanted into a silicon substrate.

【0147】次に、P型ウェル形成用のマスクを用い
て、シリコン基板40中にP型不純物(例えば、ホウ素
(B))をイオン注入し、P型ウェル領域43を形成す
る。ここで、P型ウェル領域43は、例えば、300
[KeV]の加速エネルギー、3.0×1013cm
−2のドーズ量で、ホウ素をシリコン基板40中にイオ
ン注入することにより形成される。
Next, a P-type impurity (for example, boron (B)) is ion-implanted into the silicon substrate 40 using a mask for forming a P-type well to form a P-type well region 43. Here, the P-type well region 43 is, for example, 300
[KeV] acceleration energy, 3.0 × 10 13 cm
It is formed by ion-implanting boron into the silicon substrate 40 at a dose of -2 .

【0148】また、P型ウェル領域43の形成は、例え
ば、2段階のイオン注入により実現してもよい。即ち、
第1段階では、例えば、400[KeV]の加速エネル
ギー、4.0×1013cm−2のドーズ量で、ホウ素
をシリコン基板中にイオン注入し、第2段階では、例え
ば、200[KeV]の加速エネルギー、1.0×10
12cm−2のドーズ量で、ホウ素をシリコン基板中に
イオン注入する。
The formation of the P-type well region 43 may be realized by, for example, two-stage ion implantation. That is,
In the first stage, for example, boron is ion-implanted into the silicon substrate at an acceleration energy of 400 [KeV] and a dose of 4.0 × 10 13 cm −2 , and in the second stage, for example, 200 [KeV] Acceleration energy of 1.0 × 10
Boron is ion-implanted into the silicon substrate at a dose of 12 cm -2 .

【0149】また、P型ウェル領域43の表面部に対し
て、例えば、10[KeV]の加速エネルギー、3.0
×1013cm−2のドーズ量で、ホウ素をイオン注入
(いわゆるチャネルインプラ)する。この後、シリコン
酸化膜41aは、除去される。
The acceleration energy of, for example, 10 [KeV] with respect to the surface of the P-type well region 43, 3.0,
A dose of × 10 13 cm -2, to boron ion implantation (so-called channel implantation). Thereafter, the silicon oxide film 41a is removed.

【0150】なお、いわゆるチャネルインプラ( chann
el ion-implantation )は、シリコン酸化膜41aを除
去した後に行ってもよい。即ち、シリコン酸化膜41a
を除去した後に、再び、熱酸化により、P型シリコン基
板40上に厚さ約10nmのシリコン酸化膜を形成し、
チャネルインプラのためのパターニングを行う。そし
て、例えば、10[KeV]の加速エネルギー、3.0
×1013cm−2のドーズ量で、ホウ素のイオン注入
(チャネルインプラ)を行い、この後、シリコン酸化膜
を剥離する。
It is to be noted that a so-called channel implant (chann) is used.
El ion-implantation may be performed after removing the silicon oxide film 41a. That is, the silicon oxide film 41a
Is removed, a silicon oxide film having a thickness of about 10 nm is formed again on the P-type silicon substrate 40 by thermal oxidation,
Patterning for channel implantation is performed. Then, for example, acceleration energy of 10 [KeV], 3.0
At a dose of × 10 13 cm −2 , boron ion implantation (channel implantation) is performed, and then the silicon oxide film is peeled off.

【0151】次に、図7に示すように、温度約750℃
の酸素雰囲気中において熱酸化を行い、シリコン基板4
0上に厚さ約8nmのシリコン酸化膜41を形成する。
また、例えば、CVD法を用いて、シリコン酸化膜41
上に、N型不純物(例えば、リン)を約2×1020
−3含む厚さ約50nmのN型ポリシリコン膜45を
形成する。
Next, as shown in FIG.
Thermal oxidation in an oxygen atmosphere of silicon substrate 4
Then, a silicon oxide film 41 having a thickness of about 8 nm is formed on zero.
Further, for example, the silicon oxide film 41 is formed by using the CVD method.
On top, an N-type impurity (eg, phosphorus) is added to about 2 × 10 20 c
An N-type polysilicon film 45 having a thickness of about 50 nm containing m- 3 is formed.

【0152】この後、さらに、例えば、CVD法を用い
て、ポリシリコン膜45上に厚さ約100nmのシリコ
ン窒化膜46を形成する。続けて、例えば、CVD法を
用いて、シリコン窒化膜46上に厚さ約150nmのシ
リコン酸化膜(TEOS膜)47を形成する。
Thereafter, a silicon nitride film 46 having a thickness of about 100 nm is further formed on the polysilicon film 45 by using, for example, a CVD method. Subsequently, a silicon oxide film (TEOS film) 47 having a thickness of about 150 nm is formed on the silicon nitride film 46 by using, for example, a CVD method.

【0153】また、PEP(写真蝕刻工程)により、シ
リコン酸化膜47上にレジストパターンを形成する。こ
のレジストパターンをマスクにして、RIE(反応性イ
オンエッチング)法により、シリコン酸化膜47をエッ
チングする。また、シリコン酸化膜47をマスクにし
て、RIE法により、シリコン窒化膜46をエッチング
した後、シリコン酸化膜47を除去する。
Further, a resist pattern is formed on the silicon oxide film 47 by PEP (photo etching process). Using this resist pattern as a mask, the silicon oxide film 47 is etched by RIE (reactive ion etching). After the silicon nitride film 46 is etched by RIE using the silicon oxide film 47 as a mask, the silicon oxide film 47 is removed.

【0154】次に、図8に示すように、シリコン窒化膜
46をマスクにして、RIE法により、ポリシリコン膜
45及びシリコン酸化膜41を順次エッチングする。ま
た、シリコン窒化膜46をマスクにしてシリコン基板4
0をエッチングし、シリコン基板40にトレンチ48を
形成する。なお、このトレンチ48の深さは、例えば、
0.3μm程度である。
Next, as shown in FIG. 8, using the silicon nitride film 46 as a mask, the polysilicon film 45 and the silicon oxide film 41 are sequentially etched by RIE. The silicon substrate 4 is formed using the silicon nitride film 46 as a mask.
0 is etched to form a trench 48 in the silicon substrate 40. The depth of the trench 48 is, for example,
It is about 0.3 μm.

【0155】次に、図9に示すように、例えば、CVD
法を用いて、シリコン窒化膜46上に、トレンチ48を
完全に満たすような厚さ約800nmのTEOS膜49
を形成する。この後、CMP(化学的機械的研磨)法を
用いて、TEOS膜49を研磨し、トレンチ48内のみ
にTEOS膜49を残存させ、STI(Shallow Trench
Isolation)構造を完成させる。
Next, as shown in FIG.
The TEOS film 49 having a thickness of about 800 nm is formed on the silicon nitride film 46 so as to completely fill the trench 48 by using the method.
To form Thereafter, the TEOS film 49 is polished using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method, and the TEOS film 49 is left only in the trench 48, thereby forming an STI (Shallow Trench).
Isolation) Complete the structure.

【0156】なお、シリコン窒化膜46は、CMP時の
エッチングストッパとして機能するため、TEOS膜4
9の表面は、シリコン窒化膜46の表面にほぼ一致して
いる(一般には、TEOS膜49の表面は、シリコン窒
化膜46の表面よりも少し低くなる)。この後、シリコ
ン窒化膜46は、除去される。
Since the silicon nitride film 46 functions as an etching stopper during CMP, the TEOS film 4
9 substantially coincides with the surface of the silicon nitride film 46 (generally, the surface of the TEOS film 49 is slightly lower than the surface of the silicon nitride film 46). Thereafter, the silicon nitride film 46 is removed.

【0157】次に、図10に示すように、例えば、CV
D法を用いて、ポリシリコン膜45上に、厚さ約100
nmのポリシリコン膜50を形成する。この後、例え
ば、熱拡散法により、ポリシリコン膜50中に、N型不
純物(例えば、リン)を約2×1020cm−3導入
し、ポリシリコン膜50を低抵抗化する。
Next, as shown in FIG.
Using method D, a thickness of about 100
A polysilicon film 50 of nm is formed. Thereafter, an N-type impurity (for example, phosphorus) is introduced into the polysilicon film 50 by about 2 × 10 20 cm −3 by, for example, a thermal diffusion method to lower the resistance of the polysilicon film 50.

【0158】次に、図11に示すように、例えば、CV
D法により、ポリシリコン膜50上に厚さ約200nm
のシリコン窒化膜51を形成する。また、このシリコン
窒化膜51をパターニングし、ソース側及びドレイン側
のセレクトゲートトランジスタが形成される領域を除
き、シリコン窒化膜51にカラム方向に延在するスリッ
トを形成する。なお、スリットの幅(ロウ方向の幅)
は、200〜300nmである。
Next, as shown in FIG.
By the method D, a thickness of about 200 nm is formed on the polysilicon film 50.
Is formed. The silicon nitride film 51 is patterned to form slits extending in the column direction in the silicon nitride film 51 except for the regions where the source-side and drain-side select gate transistors are formed. The width of the slit (width in the row direction)
Is 200 to 300 nm.

【0159】さらに、CVD法により、シリコン窒化膜
51上に厚さ約80nmのシリコン窒化膜52を形成す
る。このシリコン窒化膜52をRIEによりエッチング
すると、シリコン窒化膜52は、シリコン窒化膜51の
スリットの側壁のみに残存する。
Further, a silicon nitride film 52 having a thickness of about 80 nm is formed on the silicon nitride film 51 by the CVD method. When the silicon nitride film 52 is etched by RIE, the silicon nitride film 52 remains only on the side wall of the slit of the silicon nitride film 51.

【0160】この後、シリコン窒化膜51,52をマス
クにして、RIEによりポリシリコン膜50をエッチン
グすると、図12に示すように、ポリシリコン膜50に
は、スリット状の開口53が形成される。ここで、開口
53の幅(ロウ方向の幅)は、STI構造を実現するT
EOS膜49の幅(ロウ方向の幅)よりも狭くなってい
るため、フローティングゲートとなるポリシリコン膜4
5,50は、ウイング状となっている。
Thereafter, when the polysilicon film 50 is etched by RIE using the silicon nitride films 51 and 52 as a mask, a slit-like opening 53 is formed in the polysilicon film 50 as shown in FIG. . Here, the width of the opening 53 (the width in the row direction) is equal to T to realize the STI structure.
Since the width (width in the row direction) of the EOS film 49 is narrower, the polysilicon film 4 serving as a floating gate
5, 50 are wing-shaped.

【0161】なお、この後、シリコン窒化膜51,52
(図11)は、除去される。
After that, the silicon nitride films 51 and 52
(FIG. 11) is removed.

【0162】次に、図13に示すように、ポリシリコン
膜50上に絶縁膜54を形成する。この絶縁膜54は、
例えば、厚さ約5nmのシリコン酸化膜、厚さ約8nm
のシリコン窒化膜、厚さ約5nmのシリコン酸化膜から
構成される(いわゆるONO膜)。また、例えば、CV
D法により、絶縁膜54上に、厚さ約150nmのポリ
シリコン膜55を形成する。また、熱拡散法により、ポ
リシリコン膜55中に約3.6×1020cm−3のN
型不純物(例えば、リン)を導入し、ポリシリコン膜5
5の低抵抗化を図る。
Next, as shown in FIG. 13, an insulating film 54 is formed on the polysilicon film 50. This insulating film 54
For example, a silicon oxide film having a thickness of about 5 nm and a thickness of about 8 nm
And a silicon oxide film having a thickness of about 5 nm (a so-called ONO film). Also, for example, CV
A polysilicon film 55 having a thickness of about 150 nm is formed on the insulating film 54 by the method D. In addition, approximately 3.6 × 10 20 cm −3 N is deposited in the polysilicon film 55 by a thermal diffusion method.
Type impurity (for example, phosphorus) is introduced, and the polysilicon film 5 is formed.
5 is reduced in resistance.

【0163】次に、図14に示すように、例えば、CV
D法を用いて、ポリシリコン膜55上に、N型不純物を
含んだ厚さ約100nmのポリシリコン膜56を形成す
る。また、例えば、CVD法を用いて、ポリシリコン膜
56上に厚さ約200nmのタングステンシリサイド
(WSi)膜57を形成する。続けて、CVD法によ
り、タングステンシリサイド膜57上に厚さ約100n
mのシリコン窒化膜58を形成する。また、CVD法に
より、シリコン窒化膜58上に厚さ約100nmのシリ
コン酸化膜(TEOS膜)59を形成する。
Next, as shown in FIG.
Using a D method, a polysilicon film 56 having a thickness of about 100 nm containing an N-type impurity is formed on the polysilicon film 55. In addition, for example, a tungsten silicide (WSi) film 57 having a thickness of about 200 nm is formed on the polysilicon film 56 by using the CVD method. Then, a thickness of about 100 n is formed on the tungsten silicide film 57 by the CVD method.
An m-th silicon nitride film 58 is formed. Further, a silicon oxide film (TEOS film) 59 having a thickness of about 100 nm is formed on the silicon nitride film 58 by the CVD method.

【0164】この後、PEP(写真蝕刻工程)により、
シリコン酸化膜59上にレジストパターンを形成し、こ
のレジストパターンをマスクにしてRIEによりシリコ
ン酸化膜59をエッチングする。また、シリコン酸化膜
59をマスクにして、RIEによりシリコン窒化膜58
をエッチングした後、シリコン酸化膜59は、除去され
る。
Thereafter, by PEP (photo etching step),
A resist pattern is formed on the silicon oxide film 59, and the silicon oxide film 59 is etched by RIE using the resist pattern as a mask. Using the silicon oxide film 59 as a mask, the silicon nitride film 58 is formed by RIE.
Is etched, silicon oxide film 59 is removed.

【0165】次に、図15に示すように、パターニング
されたシリコン窒化膜58をマスクにして、RIEによ
り、タングステンシリサイド膜57、ポリシリコン膜5
6,55を順次エッチングする。これにより、ロウ方向
に伸びるコントロールゲート電極CG0〜CG15及び
セレクトゲート電極SGS(上),SGD(上)が完成
する。コントロールゲート電極CG0,・・・CG15
の幅及び間隔は、それぞれ、例えば、0.2μmに設定
される。
Next, as shown in FIG. 15, using the patterned silicon nitride film 58 as a mask, the tungsten silicide film 57 and the polysilicon film 5 are formed by RIE.
6, 55 are sequentially etched. Thus, control gate electrodes CG0 to CG15 and select gate electrodes SGS (upper) and SGD (upper) extending in the row direction are completed. Control gate electrodes CG0,... CG15
Are set, for example, to 0.2 μm, respectively.

【0166】次に、図16に示すように、シリコン窒化
膜58をマスクにして、RIEにより、絶縁膜54、ポ
リシリコン膜50,45を順次エッチングする。これに
より、ロウ方向に伸びるフローティングゲート電極FG
と、セレクトゲート電極SGS(下),SGD(下)が
完成する。
Next, as shown in FIG. 16, using the silicon nitride film 58 as a mask, the insulating film 54 and the polysilicon films 50 and 45 are sequentially etched by RIE. As a result, the floating gate electrode FG extending in the row direction
Then, the select gate electrodes SGS (lower) and SGD (lower) are completed.

【0167】次に、図17に示すように、シリコン窒化
膜58(コントロールゲート電極及びセレクトゲート)
をマスクにして、セルフアラインにより、P型ウェル領
域43にN型不純物(例えば、ヒ素)をイオン注入し、
N型拡散層61,61a,61bを形成する。なお、拡
散層61aは、NANDセルユニットのソースとなり、
拡散層61bは、NANDセルユニットのドレインとな
る。
Next, as shown in FIG. 17, a silicon nitride film 58 (control gate electrode and select gate)
Using a mask as a mask, an N-type impurity (for example, arsenic) is ion-implanted into the P-type well region 43 by self-alignment.
N-type diffusion layers 61, 61a and 61b are formed. The diffusion layer 61a serves as a source of the NAND cell unit,
The diffusion layer 61b becomes a drain of the NAND cell unit.

【0168】ここで、N型拡散層61,61a,61b
は、N型不純物(As)の濃度プロファイルのピークが
シリコン基板(P型ウェル領域43)40の内部、具体
的には、シリコン基板40の表面から0.04μm以上
深い位置に配置されるように形成される。例えば、N型
不純物(As)の濃度プロファイルのピークは、シリコ
ン基板(P型ウェル領域43)40の表面から約0.1
μmだけ深い位置に設定される。
Here, the N-type diffusion layers 61, 61a, 61b
Is such that the peak of the concentration profile of the N-type impurity (As) is located inside the silicon substrate (P-type well region 43) 40, specifically, at a position deeper than the surface of the silicon substrate 40 by 0.04 μm or more. It is formed. For example, the peak of the concentration profile of the N-type impurity (As) is about 0.1
It is set at a position deeper by μm.

【0169】このためには、例えば、ヒ素(As)のイ
オン注入の条件を、加速エネルギー120[KeV]、
ドーズ量5.0×1013cm−2に設定すればよい。
このような条件に設定すれば、シリコン基板40の表面
から約0.1μmだけ深い位置にピークを有するヒ素の
濃度プロファイル(図3参照)を容易に得ることができ
る。なお、拡散層61,61a,61bは、シリコン基
板40の表面から離れているが、例えば、シリコン基板
40の表面に接触していてもよい。
For this purpose, for example, the conditions for arsenic (As) ion implantation are set as follows: acceleration energy of 120 [KeV],
The dose may be set to 5.0 × 10 13 cm −2 .
Under these conditions, an arsenic concentration profile (see FIG. 3) having a peak at a depth of about 0.1 μm from the surface of the silicon substrate 40 can be easily obtained. The diffusion layers 61, 61a, 61b are separated from the surface of the silicon substrate 40, but may be in contact with the surface of the silicon substrate 40, for example.

【0170】なお、拡散層61,61a,61bを構成
するヒ素の濃度プロファイルに関して、例えば、そのピ
ーク値(ピークの濃度値)は、シリコン基板40の表面
部の濃度値に対して、2倍以上、大きいことが望まし
い。また、通常、シリコン基板(P型ウェル領域43)
40の表面部には、トランジスタ(メモリセル及びセレ
クトゲートトランジスタ)の閾値制御のために、例え
ば、ボロン(B)が、ドーズ量約3.0×1013cm
−2の条件で、注入されている。
Regarding the concentration profile of arsenic constituting the diffusion layers 61, 61a and 61b, for example, the peak value (peak concentration value) is at least twice the concentration value of the surface portion of the silicon substrate 40. It is desirable to be large. Usually, a silicon substrate (P-type well region 43)
For example, boron (B) has a dose of about 3.0 × 10 13 cm on the surface portion of the transistor 40 for controlling the threshold value of the transistor (memory cell and select gate transistor).
It is injected under the condition of -2 .

【0171】従って、各トランジスタのチャネルの間に
おけるシリコン基板40の表面部は、非常に高抵抗なP
型領域となっており、ソース線からビット線に向かう電
子の経路(電流経路。但し、電流の向きは、電子の移動
方向と逆になる。)は、図4に示すように、各トランジ
スタのチャネル部においてはシリコン基板40の表面と
なり、各トランジスタのチャネル部の間の拡散層におい
ては、シリコン基板40の内部となる。
Therefore, the surface portion of the silicon substrate 40 between the channels of the respective transistors has a very high resistance P
As shown in FIG. 4, the electron path from the source line to the bit line (current path; however, the direction of the current is opposite to the moving direction of the electrons) is the type region. In the channel portion, it becomes the surface of the silicon substrate 40, and in the diffusion layer between the channel portions of the respective transistors, it becomes the inside of the silicon substrate 40.

【0172】なお、拡散層61,61a,61bを形成
する前(ヒ素のイオン注入前)に、例えば、温度約10
00℃の熱酸化を行い、コントロールゲート電極CG0
〜CG15、セレクトゲート電極SGS,SGD及びフ
ローティングゲート電極FGの表面、並びに、シリコン
基板(P型ウェル領域43)40の表面に、それぞれシ
リコン酸化膜を形成しておいてもよい。
Before forming the diffusion layers 61, 61a and 61b (before arsenic ion implantation), for example, at a temperature of about 10 ° C.
Thermal oxidation at 00 ° C. is performed, and the control gate electrode CG0
CG15, the surfaces of the select gate electrodes SGS, SGD and the floating gate electrode FG, and the surface of the silicon substrate (P-type well region 43) 40 may be formed with silicon oxide films.

【0173】ところで、拡散層61,61a,61bを
構成する不純物(ヒ素)の濃度プロファイルは、イオン
注入の条件、即ち、不純物(イオン)の加速エネルギー
とドーズ量により調節される。本例では、ヒ素の濃度プ
ロファイルのピークをシリコン基板40の表面から0.
1μmの位置にするため、ヒ素のイオン注入の条件を、
加速エネルギー150[KeV]、ドーズ量5.0×1
13cm−2に設定した。
Incidentally, the concentration profile of the impurity (arsenic) constituting the diffusion layers 61, 61a, 61b is adjusted by the conditions of ion implantation, that is, the acceleration energy and dose of the impurity (ion). In the present example, the peak of the arsenic concentration profile is set at 0.
In order to set the position of 1 μm, the conditions of arsenic ion implantation
Acceleration energy 150 [KeV], dose amount 5.0 × 1
It was set to 0 13 cm -2 .

【0174】しかし、拡散層61,61a,61bを構
成する不純物の濃度プロファイルのピークは、シリコン
基板40の表面から0.04μm以上の位置にあればよ
く、この場合、例えば、加速エネルギーは、30〜15
0[KeV]の範囲、ドーズ量は、1.0×1013
−2〜1.0×1014cm−2の範囲から選択する
ことができる。
However, the peak of the impurity concentration profile of the diffusion layers 61, 61a and 61b only needs to be at a position of 0.04 μm or more from the surface of the silicon substrate 40. In this case, for example, the acceleration energy is 30 ~ 15
The range of 0 [KeV] and the dose amount are 1.0 × 10 13 c.
It can be selected from the range of m −2 to 1.0 × 10 14 cm −2 .

【0175】次に、図18に示すように、NANDセル
ユニットの最もソース側(ソース線側)の拡散層61a
上及び最もドレイン側(ビット線側)の拡散層61b上
に、N型拡散層61a’,61b’を形成する。
Next, as shown in FIG. 18, the diffusion layer 61a on the most source side (source line side) of the NAND cell unit.
N-type diffusion layers 61 a ′ and 61 b ′ are formed on the upper side and on the diffusion layer 61 b closest to the drain side (bit line side).

【0176】N型拡散層61a’,61b’は、シリコ
ン基板40の表面部に、N型不純物(例えば、ヒ素)の
濃度プロファイルのピークを有している。N型拡散層6
1a’,61b’は、ビット線コンタクト部及びソース
線コンタクト部におけるコンタクト抵抗を低減するため
に配置される。従って、N型拡散層61a’,61b’
は、拡散層(ソース/ドレイン)を形成するための通常
の条件、例えば、加速エネルギー25[KeV]、ドー
ズ量3.0×1013cm−2の条件によるヒ素のイオ
ン注入により形成される。
The N-type diffusion layers 61 a ′ and 61 b ′ have a peak of a concentration profile of an N-type impurity (for example, arsenic) on the surface of the silicon substrate 40. N-type diffusion layer 6
1a 'and 61b' are arranged to reduce the contact resistance in the bit line contact portion and the source line contact portion. Therefore, the N-type diffusion layers 61a 'and 61b'
Is formed by ion implantation of arsenic under normal conditions for forming a diffusion layer (source / drain), for example, under the conditions of an acceleration energy of 25 [KeV] and a dose of 3.0 × 10 13 cm −2 .

【0177】なお、N型拡散層61,61a,61b,
61a’,61b’を形成した後に、イオン注入による
シリコン基板40のダメージを回復させるため、例え
ば、温度約950℃、時間約30秒の欠陥回復アニール
を行う。
The N-type diffusion layers 61, 61a, 61b,
After the formation of 61a 'and 61b', defect recovery annealing at, for example, a temperature of about 950 ° C. and a time of about 30 seconds is performed in order to recover damage to the silicon substrate 40 due to ion implantation.

【0178】ところで、N型拡散層61a’,61b’
は、シリコン基板(P型ウェル領域43)40に対する
コンタクトホール(ビット線コンタクト部、ソース線コ
ンタクト部)を形成した後に、ヒ素のイオン注入により
形成するようにしてもよい。この場合のイオン注入の条
件も、通常の条件、例えば、加速エネルギー25[Ke
V]、ドーズ量3.0×1013cm−2の条件が採用
される。
The N-type diffusion layers 61a 'and 61b'
May be formed by ion implantation of arsenic after forming a contact hole (bit line contact portion, source line contact portion) with the silicon substrate (P-type well region 43) 40. In this case, the conditions for ion implantation are also ordinary conditions, for example, acceleration energy 25 [Ke
V] and a dose of 3.0 × 10 13 cm −2 .

【0179】次に、図19に示すように、例えば、CV
D法を用いて、コントロールゲート電極CG0〜CG1
5、セレクトゲート電極SGS,SGD及びフローティ
ングゲート電極FGを覆う厚さ約20nmのシリコン窒
化膜60を形成する。このシリコン窒化膜60は、シリ
コン基板(P型ウェル領域43)40に対するコンタク
トホール(ビット線コンタクト部、ソース線コンタクト
部)を形成するときのエッチングストッパとして機能す
る(これについては、後述する。)。
Next, as shown in FIG.
Using method D, control gate electrodes CG0-CG1
5. A silicon nitride film 60 having a thickness of about 20 nm covering the select gate electrodes SGS, SGD and the floating gate electrode FG is formed. The silicon nitride film 60 functions as an etching stopper when forming a contact hole (bit line contact portion, source line contact portion) with the silicon substrate (P-type well region 43) 40 (this will be described later). .

【0180】また、このシリコン窒化膜60の膜質は、
シリコン基板(P型ウェル領域43)40の表面部の抵
抗値に影響を与える。つまり、シリコン窒化膜60内に
電子トラップが発生すると、シリコン基板40の表面部
の抵抗値を高くする。しかし、本発明では、拡散層6
1,61a,61bは、シリコン基板40の内部に形成
されるため、シリコン窒化膜60の影響を受け難くなっ
ている。
The film quality of the silicon nitride film 60 is as follows:
This affects the resistance value of the surface of the silicon substrate (P-type well region 43) 40. That is, when an electron trap is generated in the silicon nitride film 60, the resistance of the surface of the silicon substrate 40 is increased. However, in the present invention, the diffusion layer 6
1, 61a and 61b are formed inside the silicon substrate 40, so that they are less affected by the silicon nitride film 60.

【0181】この後、シリコン窒化膜60上に厚さ約
1.45μmのBPSG膜62を形成する。また、CM
P法を用いて、BPSG膜62を約0.4μm研磨し、
BPSG膜62の表面を平坦にする。
Thereafter, a BPSG film 62 having a thickness of about 1.45 μm is formed on silicon nitride film 60. Also, CM
Using the P method, the BPSG film 62 is polished by about 0.4 μm,
The surface of the BPSG film 62 is made flat.

【0182】次に、図20に示すように、BPSG膜6
2上にエッチングストッパとしてのシリコン窒化膜91
を形成する。続けて、シリコン窒化膜91上にTEOS
膜64を形成する。
Next, as shown in FIG.
2 a silicon nitride film 91 as an etching stopper
To form Subsequently, TEOS is formed on the silicon nitride film 91.
A film 64 is formed.

【0183】また、PEPによりレジストパターンを形
成する。このレジストパターンをマスクにして、RIE
によりTEOS膜64をエッチングし、TEOS膜64
に配線溝を形成する。この時、シリコン窒化膜91は、
RIEにおけるエッチングストッパとして機能する。こ
の後、レジストパターンが除去される。
Further, a resist pattern is formed by PEP. Using this resist pattern as a mask, RIE
The TEOS film 64 is etched by
A wiring groove is formed on the substrate. At this time, the silicon nitride film 91 becomes
Functions as an etching stopper in RIE. Thereafter, the resist pattern is removed.

【0184】再び、PEPによりレジストパターンを形
成する。このレジストパターンをマスクにして、RIE
により、BPSG膜62、シリコン窒化膜60及びシリ
コン酸化膜41に、拡散層(ソース)61a’、拡散層
(ドレイン)61b’に達するコンタクトホールを形成
する。同時に、このRIEにより、第一層目のセレクト
ゲート電極SGS(下),SGD(下)のコンタクト領
域に達するコンタクトホール(図示せず)を形成する。
この後、レジストパターンが除去される。
[0184] Again, a resist pattern is formed by PEP. Using this resist pattern as a mask, RIE
Thereby, contact holes reaching the diffusion layer (source) 61a 'and the diffusion layer (drain) 61b' are formed in the BPSG film 62, the silicon nitride film 60, and the silicon oxide film 41. At the same time, a contact hole (not shown) reaching the contact region of the first-layer select gate electrodes SGS (lower) and SGD (lower) is formed by this RIE.
Thereafter, the resist pattern is removed.

【0185】ここで、拡散層(ソース)61a’、拡散
層(ドレイン)61b’に達するコンタクトホールの形
成に関しては、まず、シリコン窒化膜60をエッチング
ストッパとして、BPSG膜62をエッチングし、この
後、シリコン窒化膜60とシリコン酸化膜41を同時に
エッチングする。
Here, regarding the formation of the contact holes reaching the diffusion layer (source) 61a 'and the diffusion layer (drain) 61b', first, the BPSG film 62 is etched using the silicon nitride film 60 as an etching stopper. Then, the silicon nitride film 60 and the silicon oxide film 41 are simultaneously etched.

【0186】なお、上述したように、拡散層61a’,
61b’は、拡散層61a,61b上にシリコン基板
(P型ウェル領域43)40に達するコンタクトホール
を形成した後に、例えば、ヒ素(As)のイオン注入に
より形成してもよい。
Note that, as described above, the diffusion layers 61a ',
61b 'may be formed by, for example, ion implantation of arsenic (As) after forming a contact hole reaching the silicon substrate (P-type well region 43) 40 on the diffusion layers 61a and 61b.

【0187】この後、配線溝の内面及びコンタクトホー
ルの内面に、例えば、チタンと窒化チタンの積層からな
るバリアメタル65A,65Bを形成する。また、TE
OS膜64上に、配線溝及びコンタクトホールを完全に
満たすタングステン膜66A,66Bを形成する。この
タングステン膜66A,66Bを、CMP法により研磨
し、配線溝及びコンタクトホール内のみに残すと、NA
NDセルユニットのソースに接続されるソース配線SL
及びNANDセルユニットのドレインに接続される配線
65B,66Bが形成される。
Thereafter, barrier metals 65A and 65B made of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride are formed on the inner surface of the wiring groove and the inner surface of the contact hole. Also, TE
On the OS film 64, tungsten films 66A and 66B that completely fill the wiring groove and the contact hole are formed. When the tungsten films 66A and 66B are polished by the CMP method and left only in the wiring groove and the contact hole, the NA
Source line SL connected to the source of ND cell unit
And wirings 65B and 66B connected to the drains of the NAND cell units.

【0188】次に、図21に示すように、TEOS膜6
4上にTEOS膜92を形成する。TEOS膜92上に
エッチングストッパとしてのシリコン窒化膜93を形成
する。続けて、シリコン窒化膜93上にTEOS膜94
を形成する。
Next, as shown in FIG.
4 is formed with a TEOS film 92. A silicon nitride film 93 as an etching stopper is formed on the TEOS film 92. Subsequently, a TEOS film 94 is formed on the silicon nitride film 93.
To form

【0189】また、PEPによりレジストパターンを形
成する。このレジストパターンをマスクにして、RIE
によりTEOS膜94をエッチングし、TEOS膜94
に、ビット線やダミービット線などのための配線溝を形
成する。この時、シリコン窒化膜93は、RIEにおけ
るエッチングストッパとして機能する。この後、レジス
トパターンが除去される。
Further, a resist pattern is formed by PEP. Using this resist pattern as a mask, RIE
The TEOS film 94 is etched by
Then, wiring grooves for bit lines, dummy bit lines, and the like are formed. At this time, the silicon nitride film 93 functions as an etching stopper in RIE. Thereafter, the resist pattern is removed.

【0190】再び、PEPによりレジストパターンを形
成する。このレジストパターンをマスクにして、RIE
により、シリコン窒化膜93及びTEOS膜92に、配
線65B,66Bに達するコンタクトホールを形成す
る。この後、レジストパターンが除去される。
[0190] Again, a resist pattern is formed by PEP. Using this resist pattern as a mask, RIE
Thereby, contact holes reaching the wirings 65B and 66B are formed in the silicon nitride film 93 and the TEOS film 92. Thereafter, the resist pattern is removed.

【0191】この後、配線溝の内面及びコンタクトホー
ルの内面に、例えば、チタンと窒化チタンの積層からな
るバリアメタル68を形成する。また、TEOS膜94
上に、配線溝及びコンタクトホールを完全に満たす金属
膜(例えば、アルミニウム膜)69を形成する。この金
属膜69を、CMP法により研磨し、配線溝及びコンタ
クトホール内のみに残すと、複数のビット線BLが形成
される。
Thereafter, a barrier metal 68 made of, for example, a laminate of titanium and titanium nitride is formed on the inner surface of the wiring groove and the inner surface of the contact hole. Also, the TEOS film 94
A metal film (for example, an aluminum film) 69 that completely fills the wiring groove and the contact hole is formed thereon. When the metal film 69 is polished by the CMP method and left only in the wiring groove and the contact hole, a plurality of bit lines BL are formed.

【0192】なお、これらの配線上には、シリコン窒化
膜からなるパッシベーション膜が形成される。
Note that a passivation film made of a silicon nitride film is formed on these wirings.

【0193】以上の製造工程により、本発明のメモリセ
ル及びセレクトゲートトランジスタを有するNAND型
フラッシュメモリが完成する。
Through the above manufacturing steps, a NAND flash memory having the memory cell and select gate transistor of the present invention is completed.

【0194】以上、説明したように、本発明の第1実施
の形態に関わるNAND型フラッシュメモリ及びその製
造方法によれば、NANDセルユニット内のトランジス
タ(メモリセル及びセレクトゲートトランジスタ)に関
して、各拡散層の不純物の濃度プロファイルのピーク
が、シリコン基板の表面よりも深い位置(具体的には、
0.04μm以上深い位置)に設定される。この場合、
例えば、各拡散層は、シリコン基板の表面から離れ、シ
リコン基板の表面部(チャネル部は除く)は、高抵抗領
域となる。
As described above, according to the NAND flash memory and the method of manufacturing the same according to the first embodiment of the present invention, the transistors (memory cells and select gate transistors) in the NAND cell unit have respective diffusions. The position where the peak of the impurity concentration profile of the layer is deeper than the surface of the silicon substrate (specifically,
(A position deeper than 0.04 μm). in this case,
For example, each diffusion layer is separated from the surface of the silicon substrate, and the surface portion (excluding the channel portion) of the silicon substrate becomes a high-resistance region.

【0195】従って、本例のNAND型フラッシュメモ
リでは、例えば、製造プロセスなどの影響により、図2
1のシリコン窒化膜60に多くのダメージが発生し、こ
のダメージに電荷(電子)がトラップされた場合であっ
ても、コンダクタンスGmの劣化による影響は、ほとん
ど受けなくなる。これに対し、拡散層の不純物の濃度プ
ロファイルのピークがシリコン基板の表面に実質的に一
致するような場合には、電子トラップにより、拡散層の
抵抗やゲートエッジ部のシリコン基板の抵抗のばらつき
が大きくなり、オン電流が変動し、読み出し速度に影響
を与える。
Therefore, in the NAND flash memory of this example, for example, due to the influence of the manufacturing process and the like, FIG.
Even if a large amount of damage occurs in the silicon nitride film 60 and charges (electrons) are trapped by this damage, the influence of the deterioration of the conductance Gm is hardly affected. On the other hand, when the peak of the impurity concentration profile of the diffusion layer substantially coincides with the surface of the silicon substrate, the electron trap causes variations in the resistance of the diffusion layer and the silicon substrate at the gate edge. And the ON current fluctuates, which affects the reading speed.

【0196】また、特に、ソース側セレクトゲートトラ
ンジスタの表面耐圧は、書き込み禁止セル(“1”−書
き込みセル)においてチャネル電位をブーストする際に
非常に問題となる。つまり、書き込み禁止電位(“1”
−書き込みセルのチャネル電位)は、セルフブースト動
作によって発生させるため、表面耐圧が低いと、表面リ
ーク電流が発生し、チャネル電位を十分に上昇させるこ
とができなくなる。
In particular, the surface breakdown voltage of the source-side select gate transistor becomes very problematic when boosting the channel potential in the write-inhibited cell (“1” -write cell). That is, the write inhibit potential (“1”)
Since the (cell potential of the write cell) is generated by the self-boost operation, if the surface withstand voltage is low, a surface leak current occurs and the channel potential cannot be sufficiently increased.

【0197】しかし、近年では、メモリセルの微細化が
進行し、セレクトゲートトランジスタの拡散層の表面耐
圧が低くなる傾向にある。従って、微細化の進行によ
り、誤書き込みの問題が急浮上してきている。
However, in recent years, memory cells have been miniaturized, and the surface breakdown voltage of the diffusion layer of the select gate transistor has tended to decrease. Therefore, with the progress of miniaturization, the problem of erroneous writing has rapidly emerged.

【0198】本発明では、メモリセル及びセレクトゲー
トトランジスタの拡散層の濃度プロファイルのピーク
が、共に、シリコン基板の内部に設けられ、シリコン基
板の表面部(チャネル部は除く)は、高抵抗領域となっ
ているため、特に、セレクトゲートトランジスタの表面
耐圧が向上し、書き込み禁止セルのチャネル電位を十分
に上昇させることができる。つまり、本発明によれば、
安定的に、書き込み禁止電位を生成できるため、誤書き
込みを防止できる。
In the present invention, the peaks of the concentration profiles of the diffusion layers of the memory cell and the select gate transistor are both provided inside the silicon substrate, and the surface portion (excluding the channel portion) of the silicon substrate corresponds to the high resistance region. In particular, the surface breakdown voltage of the select gate transistor is improved, and the channel potential of the write-inhibited cell can be sufficiently increased. That is, according to the present invention,
Since the write inhibit potential can be generated stably, erroneous write can be prevented.

【0199】なお、図22は、本発明を適用した場合の
読み出しスピードについて示している。本発明を採用し
たデバイスでは、読み出しスピードが向上かつ均一化さ
れることが分かる。また、図23は、プログラム回数と
メモリセルの閾値電圧の変化の関係を示している。本発
明を採用したデバイスでは、表面リーク電流がほとんど
なくなるため、表面リーク電流が発生する従来のデバイ
スに比べて、プログラム回数に対する閾値電圧の変動量
が少ない。つまり、本発明を採用すると、誤書き込みが
発生し難くなることが分かる。
FIG. 22 shows the reading speed when the present invention is applied. It can be seen that in the device employing the present invention, the reading speed is improved and uniformized. FIG. 23 shows the relationship between the number of times of programming and the change in the threshold voltage of the memory cell. Since the device employing the present invention has almost no surface leakage current, the amount of change in the threshold voltage with respect to the number of times of programming is smaller than that of a conventional device in which surface leakage current occurs. In other words, it can be seen that when the present invention is employed, erroneous writing hardly occurs.

【0200】このように、本発明では、半導体基板の表
面付近に発生するホットキャリアの影響、即ち、NAN
Dセルの読み出し動作に起因するコンダクタンスGmの
劣化の影響をほとんど受けなくなる。
As described above, according to the present invention, the influence of hot carriers generated near the surface of the semiconductor substrate, that is, NAN
It is hardly affected by the deterioration of the conductance Gm due to the read operation of the D cell.

【0201】[B] 次に、本発明の第2実施の形態に
関わるNAND型フラッシュメモリについて説明する。
[B] Next, a NAND flash memory according to a second embodiment of the present invention will be described.

【0202】上述の第1実施の形態に関わるNAND型
フラッシュメモリでは、NANDセルユニット内のトラ
ンジスタ(メモリセル及びセレクトゲートトランジス
タ)のN型拡散層(ビット線コンタクト部下の拡散層及
びソース線コンタクト部下の拡散層を除く)上のP型高
抵抗領域のP型不純物(B)の濃度は、トランジスタの
閾値を制御するためのいわゆるチャネルインプラ( cha
nnel ion-implantation)工程におけるP型不純物のド
ーズ量によって決定される。
In the NAND flash memory according to the first embodiment, the N-type diffusion layers (the diffusion layers below the bit line contact portions and the source line contact portions) of the transistors (memory cells and select gate transistors) in the NAND cell unit are provided. The concentration of the P-type impurity (B) in the P-type high-resistance region (except for the diffusion layer of) is a so-called channel implantation (cha) for controlling the threshold of the transistor.
It is determined by the dose of the P-type impurities in the n-ion ion-implantation process.

【0203】従って、N型拡散層のN型不純物(As)
の濃度値のピークを、シリコン基板(P型ウェル領域)
の表面よりも十分に深い位置に設定した場合でも、チャ
ネルインプラの条件によっては、N型拡散層上の領域
(シリコン基板の表面領域)が、十分に高抵抗とならず
に、拡散層として機能する場合がある。
Therefore, the N-type impurity (As) in the N-type diffusion layer
Concentration peak of the silicon substrate (P-type well region)
However, depending on the conditions of the channel implantation, the region on the N-type diffusion layer (the surface region of the silicon substrate) does not have a sufficiently high resistance and functions as a diffusion layer, even if the position is set sufficiently deeper than the surface of the substrate. May be.

【0204】これでは、NANDセルユニットを流れる
電流(電荷)の主経路(チャネル部を除く)を、シリコ
ン基板の内部に設定するという目的を十分に達成するこ
とができない。そこで、本例では、例えば、NANDセ
ルユニットを流れる電流の主経路(チャネル部を除く)
を、確実に、シリコン基板の内部に設定することができ
るデバイス構造を提案する。
In this case, the purpose of setting the main path (excluding the channel portion) of the current (charge) flowing through the NAND cell unit inside the silicon substrate cannot be sufficiently achieved. Therefore, in this example, for example, the main path of the current flowing through the NAND cell unit (excluding the channel portion)
Is proposed to be able to be surely set inside the silicon substrate.

【0205】なお、ここで注意しなければならない点
は、本発明は、トランジスタ(チャネル部を除く)に流
れる電流の主経路をシリコン基板の内部に設定すること
が重要であり、電流経路の一部を、従来のように、シリ
コン基板の表面を流すようにしても、全く問題ない(後
述の第4及び第5実施の形態を参照)。
It should be noted here that, in the present invention, it is important to set the main path of the current flowing through the transistor (excluding the channel portion) inside the silicon substrate. Even if the part is caused to flow on the surface of the silicon substrate as in the related art, there is no problem at all (see fourth and fifth embodiments described later).

【0206】図24は、本発明の第2実施の形態に関わ
るNAND型フラッシュメモリのデバイス構造の概略を
示している。
FIG. 24 schematically shows the device structure of a NAND flash memory according to the second embodiment of the present invention.

【0207】P型シリコン基板(ウェルでもよい)12
上には、直列接続される複数個(本例では、16個)の
メモリセルM01,・・・M151からなるNANDセ
ルと、そのNANDセルの両端に1つずつ接続される2
つのセレクトゲートトランジスタS11,S21とが形
成される。
P-type silicon substrate (may be a well) 12
On the top, a NAND cell composed of a plurality of (16 in this example) memory cells M01,..., M151 connected in series, and two NAND cells connected one at each end of the NAND cell
Two select gate transistors S11 and S21 are formed.

【0208】メモリセルM01,・・・M151は、フ
ローティングゲート電極FGとコントロールゲート電極
CG0,・・・CG15を有している。セレクトゲート
トランジスタS11,S21は、ゲート電極SGS,S
GDを有している。
The memory cells M01,..., M151 have a floating gate electrode FG and control gate electrodes CG0,. The select gate transistors S11, S21 are connected to the gate electrodes SGS, S
GD.

【0209】メモリセルM01,・・・M151及びセ
レクトゲートトランジスタS11,S21のN型拡散層
(ソース/ドレイン)13,13b,13cは、上述の
第1実施の形態に関わるデバイスと同様に、N型不純物
の濃度プロファイルのピークがシリコン基板12の内部
に設定される。つまり、拡散層13,13b,13cの
最も低抵抗な部分は、シリコン基板12の表面に設けら
れずに、シリコン基板12の表面から一定距離だけ深い
位置に設けられる。
The memory cells M01,..., M151 and the N-type diffusion layers (source / drain) 13, 13b, 13c of the select gate transistors S11, S21 are similar to the devices according to the above-described first embodiment. The peak of the concentration profile of the type impurity is set inside silicon substrate 12. That is, the lowest resistance portions of the diffusion layers 13, 13 b, and 13 c are not provided on the surface of the silicon substrate 12 but are provided at positions deeper by a certain distance from the surface of the silicon substrate 12.

【0210】N型拡散層13,13b,13cのN型不
純物の濃度プロファイルのピークの具体的な位置は、上
述の第1の実施の形態に関わるデバイスと同様に、シリ
コン基板12の表面から0.04μm以上深い位置(例
えば、約0.1μmの位置)となる。本例では、濃度プ
ロファイルのピークを、シリコン基板12の表面から
0.04μm以上深い位置に設定したが、この条件は、
ホットキャリア耐性の観点から決定される。但し、本例
のように、プロファイルのピークを、シリコン基板12
の表面から0.04μm以上、0.2μm以下の位置に
設定すれば、ほとんどのデバイスに対応できる。
The specific position of the peak of the concentration profile of the N-type impurity in the N-type diffusion layers 13, 13b, and 13c is zero from the surface of the silicon substrate 12 as in the device according to the above-described first embodiment. It is a position deeper than .04 μm (for example, a position of about 0.1 μm). In this example, the peak of the concentration profile is set at a position deeper than the surface of the silicon substrate 12 by 0.04 μm or more.
Determined from the viewpoint of hot carrier resistance. However, as in this example, the peak of the profile is
If it is set at a position of 0.04 μm or more and 0.2 μm or less from the surface, most devices can be handled.

【0211】本例のデバイスの特徴は、N型拡散層1
3,13b,13c上のシリコン基板(ウェルでもよ
い)12の表面部にP型拡散層30,30b,30cが
配置されている点にある。P型拡散層30,30b,3
0cは、例えば、チャネルインプラとは異なる独自のイ
オン注入工程により形成される。
The feature of the device of this example is that the N-type diffusion layer 1
The point is that the P-type diffusion layers 30, 30b, and 30c are arranged on the surface of the silicon substrate (may be a well) 12 on the layers 3, 13b, and 13c. P-type diffusion layers 30, 30b, 3
Oc is formed by, for example, a unique ion implantation process different from channel implantation.

【0212】このように、本例では、N型拡散層13,
13b,13c上のシリコン基板12の表面部にP型拡
散層30,30b,30cが形成されているため、常
に、N型拡散層13,13b,13c上のシリコン基板
12の表面部は、高抵抗領域となっている。従って、N
ANDセルユニット内のトランジスタ(チャネル部を除
く)を流れる電流の主経路は、シリコン基板12の表面
に対して十分に深い位置(0.04μm以上の位置)と
なり、読み出し速度(拡散層13,13b,13cの抵
抗値)がN型拡散層13,13b,13c上の絶縁膜
(例えば、窒化膜)の膜質に影響されなくなる。
As described above, in this example, the N-type diffusion layers 13 and
Since the P-type diffusion layers 30, 30b, and 30c are formed on the surface of the silicon substrate 12 on the layers 13b and 13c, the surface of the silicon substrate 12 on the N-type diffusion layers 13, 13b and 13c is always high. It is a resistance region. Therefore, N
The main path of the current flowing through the transistor (excluding the channel portion) in the AND cell unit is at a sufficiently deep position (at a position of 0.04 μm or more) with respect to the surface of the silicon substrate 12, and the reading speed (diffusion layers 13 and 13b) , 13c) are not affected by the film quality of the insulating film (for example, a nitride film) on the N-type diffusion layers 13, 13b, 13c.

【0213】NANDセルユニット内の拡散層13,1
3b,13cのうち、最もドレイン(ビット線)側に配
置される拡散層13b及び最もソース(ソース線)側に
配置される拡散層13b上には、コンタクト部(プラ
グ)16b,16cと拡散層13b,13cを低抵抗か
つ電気的に確実に接続するために、N型補助拡散層13
b’,13c’が配置される。
Diffusion layers 13, 1 in NAND cell unit
Among the diffusion layers 13b and 13c, the contact portions (plugs) 16b and 16c and the diffusion layers 13b are disposed on the diffusion layer 13b disposed closest to the drain (bit line) and the diffusion layer 13b disposed closest to the source (source line). N-type auxiliary diffusion layers 13b and 13c are electrically connected to each other with low resistance and reliably.
b ′ and 13c ′ are arranged.

【0214】なお、本例では、上述のように、N型拡散
層13,13b,13c上にP型拡散層30,30b,
30cが形成されるため、N型補助拡散層13b’,1
3c’は、P型拡散層30b,30c内に形成されるこ
とになる。
In this example, as described above, the P-type diffusion layers 30, 30b, and 30b are formed on the N-type diffusion layers 13, 13b, and 13c.
30c, the N-type auxiliary diffusion layers 13b ', 1
3c 'is to be formed in the P-type diffusion layers 30b and 30c.

【0215】図25は、図24のメモリセルの一つを示
している。図26は、図25のメモリセルの拡散層を垂
直に横切る断面の濃度プロファイルを示している。
FIG. 25 shows one of the memory cells of FIG. FIG. 26 shows a concentration profile of a cross section perpendicular to the diffusion layer of the memory cell of FIG.

【0216】N型拡散層のN型不純物(ヒ素(As))
の濃度プロファイルのピークは、シリコン基板の表面か
ら0.04μm以上深い位置(例えば、約0.1μmの
位置)に設定されている。本例では、N型拡散層上にP
型拡散層が形成されるため、シリコン基板の表面部で
は、P型不純物(ボロン(B))の濃度は、N型不純物
(As)の濃度よりも十分に高くなっている。
N-type impurity (arsenic (As)) in N-type diffusion layer
Is set at a position deeper than the surface of the silicon substrate by 0.04 μm or more (for example, at a position of about 0.1 μm). In this example, P on the N-type diffusion layer
Since the type diffusion layer is formed, the concentration of the P-type impurity (boron (B)) is sufficiently higher than the concentration of the N-type impurity (As) at the surface of the silicon substrate.

【0217】このようなメモリセル構造によれば、NA
NDセルユニット内における電流経路は、トランジスタ
(メモリセル及びセレクトゲートトランジスタ)のチャ
ネル部においてはシリコン基板12の表面となり、各ト
ランジスタのチャネルの間に配置される拡散層13にお
いてはシリコン基板12の内部となる。
According to such a memory cell structure, NA
The current path in the ND cell unit is on the surface of the silicon substrate 12 in the channel portion of the transistor (memory cell and select gate transistor), and is inside the silicon substrate 12 in the diffusion layer 13 disposed between the channels of the transistors. Becomes

【0218】従って、拡散層13の抵抗値(抵抗値を決
める部分はシリコン基板12の内部にある)が、拡散層
13上の絶縁膜とシリコン基板12の界面にトラップさ
れる電荷の影響をほとんど受けなくなる。また、メモリ
セルが微細化されても、ホットキャリアに起因するコン
ダクタンスGmの劣化はなく、読み出しスピードのばら
つきも生じない。
Therefore, the resistance value of the diffusion layer 13 (the part that determines the resistance value is inside the silicon substrate 12) is almost free from the influence of the charges trapped at the interface between the insulating film on the diffusion layer 13 and the silicon substrate 12. I will not receive it. Further, even if the memory cell is miniaturized, the conductance Gm does not deteriorate due to the hot carrier, and the reading speed does not vary.

【0219】また、本例では、N型拡散層上にP型拡散
層が形成されるため、N型拡散層(電流の主経路)上の
シリコン基板12の表面は、P型高抵抗領域となってい
る。つまり、P型拡散層(高抵抗領域)は、トランジス
タの拡散層(ソース/ドレイン)として機能することは
ないため、メモリセルのオン電流(読み出し速度)の一
定化に貢献できる。
Further, in this example, since the P-type diffusion layer is formed on the N-type diffusion layer, the surface of the silicon substrate 12 on the N-type diffusion layer (current main path) has a P-type high resistance region. Has become. That is, the P-type diffusion layer (high-resistance region) does not function as a diffusion layer (source / drain) of the transistor, and can contribute to stabilization of the on-current (read speed) of the memory cell.

【0220】なお、上述の例においては、メモリセル及
びセレクトゲートトランジスタがNチャネル型MOSト
ランジスタから構成されるが、本発明は、当然に、Pチ
ャネル型MOSトランジスタから構成される場合にも適
用可能である。
In the above-described example, the memory cell and the select gate transistor are composed of N-channel MOS transistors. However, the present invention is naturally applicable to the case where the memory cells and select gate transistors are composed of P-channel MOS transistors. It is.

【0221】次に、本発明の第2実施の形態に関わるN
AND型フラッシュメモリの製造方法について説明す
る。
Next, N according to the second embodiment of the present invention will be described.
A method for manufacturing an AND flash memory will be described.

【0222】まず、上述の第1実施の形態に関わる製造
方法と同様の製造方法を用いて、コントロールゲート電
極CG0〜CG15、セレクトゲート電極SGS
(上),SGD(上)、フローティングゲート電極FG
及びセレクトゲート電極SGS(下),SGD(下)を
完成させる(図5乃至図16の説明を参照)。
First, the control gate electrodes CG0 to CG15 and the select gate electrode SGS are manufactured by using the same manufacturing method as that of the first embodiment.
(Top), SGD (top), floating gate electrode FG
Then, the select gate electrodes SGS (lower) and SGD (lower) are completed (see the description of FIGS. 5 to 16).

【0223】次に、図27に示すように、シリコン窒化
膜58(コントロールゲート電極及びセレクトゲート電
極)をマスクにして、セルフアラインにより、P型ウェ
ル領域43にP型不純物(例えば、ボロン)をイオン注
入し、P型拡散層70,70a,70bを形成する。こ
のときのイオン注入条件は、P型拡散層70,70a,
70bがシリコン基板(P型ウェル領域43)40の表
面部に形成されるような条件とする。例えば、ボロン
(B)のイオン注入の条件は、加速エネルギー10[K
eV]、ドーズ量1.0×1013cm−2に設定され
る。
Next, as shown in FIG. 27, using the silicon nitride film 58 (control gate electrode and select gate electrode) as a mask, a P-type impurity (for example, boron) is formed in the P-type well region 43 by self-alignment. Ion implantation is performed to form P-type diffusion layers 70, 70a, 70b. The ion implantation conditions at this time include the P-type diffusion layers 70, 70a,
The condition is such that 70b is formed on the surface of the silicon substrate (P-type well region 43) 40. For example, the condition of ion implantation of boron (B) is that the acceleration energy is 10 [K
eV], and the dose is set to 1.0 × 10 13 cm −2 .

【0224】この後、シリコン窒化膜58(コントロー
ルゲート電極及びセレクトゲート電極)をマスクにし
て、セルフアラインにより、P型ウェル領域43にN型
不純物(例えば、ヒ素)をイオン注入し、N型拡散層6
1,61a,61bを形成する。なお、拡散層61a
は、NANDセルユニットのソースとなり、拡散層61
bは、NANDセルユニットのドレインとなる。
Thereafter, using the silicon nitride film 58 (control gate electrode and select gate electrode) as a mask, an N-type impurity (for example, arsenic) is ion-implanted into the P-type well region 43 by self-alignment, and the N-type diffusion is performed. Layer 6
1, 61a and 61b are formed. The diffusion layer 61a
Is the source of the NAND cell unit, and the diffusion layer 61
b becomes the drain of the NAND cell unit.

【0225】ここで、N型拡散層61,61a,61b
は、N型不純物(As)の濃度プロファイルのピークが
シリコン基板(P型ウェル領域43)40の内部、具体
的には、シリコン基板40の表面から0.04μm以上
深い位置に配置されるように形成される。例えば、N型
不純物(As)の濃度プロファイルのピークは、シリコ
ン基板(P型ウェル領域43)40の表面から約0.1
μmだけ深い位置に設定される。
Here, the N-type diffusion layers 61, 61a, 61b
Is such that the peak of the concentration profile of the N-type impurity (As) is located inside the silicon substrate (P-type well region 43) 40, specifically, at a position deeper than the surface of the silicon substrate 40 by 0.04 μm or more. It is formed. For example, the peak of the concentration profile of the N-type impurity (As) is about 0.1
It is set at a position deeper by μm.

【0226】このためには、例えば、ヒ素(As)のイ
オン注入の条件を、加速エネルギー30[KeV]、ド
ーズ量5.0×1013cm−2に設定すればよい。こ
のような条件に設定すれば、シリコン基板40の表面か
ら0.04μm以上深い位置にピークを有するヒ素の濃
度プロファイル(図26参照)を容易に得ることができ
る。
For this purpose, for example, the conditions for arsenic (As) ion implantation may be set to an acceleration energy of 30 [KeV] and a dose of 5.0 × 10 13 cm −2 . By setting such conditions, an arsenic concentration profile (see FIG. 26) having a peak at a position deeper than 0.04 μm from the surface of the silicon substrate 40 can be easily obtained.

【0227】本例では、NANDセルユニット内の各ト
ランジスタのチャネルの間におけるシリコン基板40の
表面部は、非常に高抵抗なP型拡散層70,70a,7
0bとなっている。従って、ソース線からビット線に向
かう電子の経路(電流経路。但し、電流の向きは、電子
の移動方向と逆になる。)は、各トランジスタのチャネ
ル部においてはシリコン基板40の表面となり、各トラ
ンジスタのチャネル部の間においては、シリコン基板4
0の内部となる。
In the present example, the surface of the silicon substrate 40 between the channels of the transistors in the NAND cell unit is provided with very high-resistance P-type diffusion layers 70, 70a, 7
0b. Therefore, the path of the electrons from the source line to the bit line (current path; however, the direction of the current is opposite to the moving direction of the electrons) is the surface of the silicon substrate 40 in the channel portion of each transistor. Between the channel portions of the transistors, a silicon substrate 4
0.

【0228】これにより、N型拡散層61,61a,6
1bの抵抗値は、シリコン基板40上に形成される絶縁
膜(特に、シリコン窒化膜)にトラップされる電荷の影
響を受けなくなり、コンダクタンスGmのばらつきがな
くなる。その結果、本発明によれば、安定した読み出し
動作を確保でき、高信頼性のデバイスを提供できる。
Thus, the N-type diffusion layers 61, 61a, 6
The resistance value of 1b is not affected by the charges trapped in the insulating film (especially, the silicon nitride film) formed on the silicon substrate 40, and the variation in the conductance Gm is eliminated. As a result, according to the present invention, a stable read operation can be ensured, and a highly reliable device can be provided.

【0229】なお、上述の例では、P型拡散層70,7
0a,70bを形成した後に、N型拡散層61,61
a,61bを形成したが、例えば、N型拡散層61,6
1a,61bを形成した後に、P型拡散層70,70
a,70bを形成してもよい。
In the above example, the P-type diffusion layers 70, 7
0a, 70b are formed, and then N-type diffusion layers 61, 61 are formed.
a and 61b are formed. For example, the N-type diffusion layers 61 and 6 are formed.
After forming 1a, 61b, P-type diffusion layers 70, 70
a, 70b may be formed.

【0230】また、P型拡散層70,70a,70b及
びN型拡散層61,61a,61bを形成する前(イオ
ン注入前)に、例えば、温度約1000℃の熱酸化を行
い、コントロールゲート電極CG0〜CG15、セレク
トゲート電極SGS,SGD及びフローティングゲート
電極FGの表面、並びに、シリコン基板(P型ウェル領
域43)40の表面に、それぞれシリコン酸化膜を形成
しておいてもよい。
Before forming the P-type diffusion layers 70, 70a, 70b and the N-type diffusion layers 61, 61a, 61b (before ion implantation), thermal oxidation at, for example, a temperature of about 1000 ° C. is performed to form a control gate electrode. A silicon oxide film may be formed on each of CG0 to CG15, the surfaces of the select gate electrodes SGS and SGD, the floating gate electrode FG, and the surface of the silicon substrate (P-type well region 43) 40.

【0231】この後、上述した第1実施の形態に関わる
製造方法と同様の製造方法を用いて、図28に示すよう
なNAND型フラッシュメモリを完成させる(図19乃
至図21の説明を参照)。
Thereafter, a NAND flash memory as shown in FIG. 28 is completed by using the same manufacturing method as that of the first embodiment described above (see the description of FIGS. 19 to 21). .

【0232】なお、本例においても、NANDセルユニ
ットの最もソース側(ソース線側)の拡散層61a上及
び最もドレイン側(ビット線側)の拡散層61b上に
は、N型拡散層61a’,61b’が形成される。
In this example, the N-type diffusion layer 61a 'is also provided on the diffusion layer 61a on the most source side (source line side) and the most diffusion side (bit line side) of the NAND cell unit. , 61b 'are formed.

【0233】N型拡散層61a’,61b’は、拡散層
61,61a,61b,70,70a,70bの形成
時、又は、シリコン基板(P型ウェル領域43)40に
対するコンタクトホール(ビット線コンタクト部、ソー
ス線コンタクト部)を形成した後に、形成される。
The N-type diffusion layers 61 a ′ and 61 b ′ are formed when the diffusion layers 61, 61 a, 61 b, 70, 70 a, and 70 b are formed or when the silicon substrate (P-type well region 43) 40 has a contact hole (bit line contact). , Source line contact portion).

【0234】以上、説明したように、本発明の第2実施
の形態に関わるNAND型フラッシュメモリ及びその製
造方法によれば、NANDセルユニット内の各トランジ
スタ(メモリセル及びセレクトゲートトランジスタ)に
関して、その拡散層の不純物の濃度プロファイルのピー
クが、シリコン基板の表面よりも深い位置(具体的に
は、0.04μm以上深い位置)に設定される。また、
各トランジスタの拡散層上のシリコン基板の表面部に
は、各トランジスタの拡散層の導電型と逆導電型の高抵
抗領域が形成される。
As described above, according to the NAND flash memory and the method of manufacturing the same according to the second embodiment of the present invention, each transistor (memory cell and select gate transistor) in the NAND cell unit is The peak of the impurity concentration profile of the diffusion layer is set at a position deeper than the surface of the silicon substrate (specifically, at a position deeper than 0.04 μm). Also,
On the surface of the silicon substrate on the diffusion layer of each transistor, a high resistance region of a conductivity type opposite to that of the diffusion layer of each transistor is formed.

【0235】従って、例えば、製造プロセスなどの影響
により、図28のシリコン窒化膜60に多くのダメージ
が発生し、このダメージに電荷(電子)がトラップされ
た場合であっても、これによる問題(コンダクタンスG
mの劣化による読み出しスピードのばらつきなど)は、
ほとんど生じない。
Therefore, for example, a lot of damage occurs in the silicon nitride film 60 in FIG. 28 due to the influence of the manufacturing process and the like, and even if charges (electrons) are trapped by this damage, the problem ( Conductance G
variation in read speed due to deterioration of m)
Rarely occurs.

【0236】また、特に、ソース側セレクトゲートトラ
ンジスタの表面耐圧は、書き込み禁止セル(“1”−書
き込みセル)においてチャネル電位をブーストする際に
非常に問題となる。つまり、書き込み禁止電位(“1”
−書き込みセルのチャネル電位)は、セルフブースト動
作によって発生させるため、表面耐圧が低いと、表面リ
ーク電流が発生し、チャネル電位を十分に上昇させるこ
とができなくなる。
In particular, the surface breakdown voltage of the source-side select gate transistor becomes very problematic when boosting the channel potential in the write-inhibited cell (“1” -write cell). That is, the write inhibit potential (“1”)
Since the channel potential of the write cell is generated by the self-boost operation, if the surface withstand voltage is low, a surface leak current occurs, and the channel potential cannot be sufficiently increased.

【0237】本発明では、メモリセル及びセレクトゲー
トトランジスタの拡散層の濃度プロファイルのピーク
が、共に、シリコン基板の内部に設けられ、シリコン基
板の表面部(チャネル部は除く)は、各トランジスタの
拡散層の導電型と逆導電型の高抵抗領域となっているた
め、特に、セレクトゲートトランジスタの表面耐圧が向
上し、書き込み禁止セルのチャネル電位を十分に上昇さ
せることができる。つまり、本発明によれば、安定的
に、書き込み禁止電位を生成できるため、誤書き込みを
防止できる。
In the present invention, the peaks of the concentration profiles of the diffusion layers of the memory cell and the select gate transistor are both provided inside the silicon substrate, and the surface portion (excluding the channel portion) of the silicon substrate has the diffusion profile of each transistor. Since the high-resistance region has a conductivity type opposite to that of the layer, the surface breakdown voltage of the select gate transistor is particularly improved, and the channel potential of the write-inhibited cell can be sufficiently increased. That is, according to the present invention, a write inhibit potential can be stably generated, so that erroneous write can be prevented.

【0238】また、本発明によれば、半導体基板の表面
付近に発生するホットキャリアの影響を受け難くなり、
NANDセルの読み出し動作に起因するコンダクタンス
Gmの劣化もなくなる。
In addition, according to the present invention, the influence of hot carriers generated near the surface of the semiconductor substrate is reduced,
The deterioration of the conductance Gm due to the read operation of the NAND cell is also eliminated.

【0239】[C] 次に、本発明の第3実施の形態に
関わるNAND型フラッシュメモリについて説明する。
[C] Next, a NAND flash memory according to a third embodiment of the present invention will be described.

【0240】図29は、本発明の第3実施の形態に関わ
るNAND型フラッシュメモリのデバイス構造の概略を
示している。
FIG. 29 schematically shows the device structure of a NAND flash memory according to the third embodiment of the present invention.

【0241】本例のデバイスは、上述の第2実施の形態
の変形例であり、コントロールゲート電極CG0〜CG
15、セレクトゲート電極SGS,SGD及びフローテ
ィングゲート電極FGの側壁に、いわゆるサイドウォー
ルスペーサ80を形成した点に特徴を有している。サイ
ドウォールスペーサ80は、例えば、シリコン窒化膜
(SiN)、シリコン酸化膜(SiO)、TEOS
膜、又は、これらの積層膜から構成することができる。
The device of this example is a modification of the second embodiment described above, and includes control gate electrodes CG0 to CG
15. The feature is that so-called sidewall spacers 80 are formed on the side walls of the select gate electrodes SGS, SGD and the floating gate electrode FG. The side wall spacer 80 is made of, for example, a silicon nitride film (SiN), a silicon oxide film (SiO 2 ), TEOS
It can be composed of a film or a laminated film of these.

【0242】サイドウォールスペーサ80は、P型拡散
層70,70a,70bを形成するためのイオン注入
(ボロンのイオン注入)時のマスクとして機能する。こ
の場合、P型拡散層70,70a,70bの幅は、N型
拡散層61,61a,61bの幅よりも狭くなる。
The side wall spacer 80 functions as a mask at the time of ion implantation (boron ion implantation) for forming the P-type diffusion layers 70, 70a, 70b. In this case, the width of the P-type diffusion layers 70, 70a, 70b is smaller than the width of the N-type diffusion layers 61, 61a, 61b.

【0243】本実施の形態に関わるデバイスにおいて
も、上述の第2実施の形態に関わるデバイスと同様の効
果を得ることができる。
In the device according to the present embodiment, the same effect as in the device according to the above-described second embodiment can be obtained.

【0244】以下、サイドウォールスペーサ80を採用
した場合の拡散層61,61a,61b,70,70
a,70bの形成手順について、図29を参照しつつ、
簡単に説明する。
Hereinafter, the diffusion layers 61, 61a, 61b, 70, 70 in the case where the sidewall spacers 80 are employed.
The procedure for forming a and 70b will be described with reference to FIG.
A brief description will be given.

【0245】まず、コントロールゲート電極CG0〜C
G15、セレクトゲート電極SGS,SGD及びフロー
ティングゲート電極FGを形成した後、例えば、酸素雰
囲気中で、温度1000℃の熱酸化を行う。また、ヒ素
(As)を、例えば、加速エネルギー約30[Ke
V]、ドーズ量約5×1013[cm−2]の条件で、
シリコン基板(P型ウェル領域43)40中に注入し、
N型拡散層61,61a,61bを形成する。
First, control gate electrodes CG0-CG
After forming G15, select gate electrodes SGS and SGD, and floating gate electrode FG, thermal oxidation is performed at a temperature of 1000 ° C. in, for example, an oxygen atmosphere. Further, arsenic (As) is converted into, for example, an acceleration energy of about 30 [Ke
V] and a dose amount of about 5 × 10 13 [cm −2 ].
Implanted into a silicon substrate (P-type well region 43) 40,
N-type diffusion layers 61, 61a and 61b are formed.

【0246】次に、例えば、LPCVD法を用いて、シ
リコン窒化膜(SiN)を、約30nm形成する。この
後、熱処理を行う。但し、この熱処理は、省略しても構
わない。そして、RIEにより、シリコン窒化膜をエッ
チングし、サイドウォールスペーサ80を形成する。こ
こで、サイドウォールスペーサ80は、シリコン窒化膜
ではなく、TEOS膜などの絶縁膜から構成してもよ
い。
Next, a silicon nitride film (SiN) is formed to a thickness of about 30 nm by using, for example, the LPCVD method. Thereafter, heat treatment is performed. However, this heat treatment may be omitted. Then, the silicon nitride film is etched by RIE to form a sidewall spacer 80. Here, the sidewall spacer 80 may be formed of an insulating film such as a TEOS film instead of the silicon nitride film.

【0247】この後、ボロン(B)を、例えば、加速エ
ネルギー約10[KeV]、ドーズ量約1×10
13[cm−2]の条件で、シリコン基板(P型ウェル
領域43)40中に注入し、P型拡散層70,70a,
70bを形成する。
Thereafter, boron (B) is added, for example, at an acceleration energy of about 10 [KeV] and a dose of about 1 × 10
Under the condition of 13 [cm −2 ], it is implanted into the silicon substrate (P-type well region 43) 40 and the P-type diffusion layers 70, 70 a,
70b is formed.

【0248】なお、拡散層61,61a,61b,7
0,70a,70bの形成方法以外については、上述の
第2実施の形態に関わる製造方法と同じであるので、詳
細な説明は、省略する。
Incidentally, the diffusion layers 61, 61a, 61b, 7
Except for the method of forming 0, 70a, and 70b, the method is the same as the manufacturing method according to the above-described second embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.

【0249】[D] 次に、本発明の第4実施の形態に
関わるNAND型フラッシュメモリについて説明する。
[D] Next, a NAND flash memory according to a fourth embodiment of the present invention will be described.

【0250】上述の第2及び第3実施の形態に関わるN
AND型フラッシュメモリでは、NANDセルユニット
内のNチャネルMOSトランジスタ(メモリセル及びセ
レクトゲートトランジスタ)のN型拡散層上に、P型拡
散層を形成した。従って、NチャネルMOSトランジス
タを流れる電流の経路(チャネル部を除く)は、シリコ
ン基板(P型ウェル領域)の表面よりも十分に深い位置
に設定され、チャネル部を除くシリコン基板の表面を電
流が流れることはない。
The N according to the second and third embodiments described above
In the AND flash memory, a P-type diffusion layer is formed on an N-type diffusion layer of an N-channel MOS transistor (memory cell and select gate transistor) in a NAND cell unit. Therefore, the path of the current flowing through the N-channel MOS transistor (excluding the channel portion) is set at a position sufficiently deeper than the surface of the silicon substrate (P-type well region), and the current flows through the surface of the silicon substrate excluding the channel portion. It does not flow.

【0251】これに対し、本例のNAND型フラッシュ
メモリでは、シリコン基板の内部に高濃度のN型拡散層
を形成し、NチャネルMOSトランジスタに流れる電流
(電荷)の主経路(チャネル部を除く)を、シリコン基
板の内部に設定すると共に、そのNチャネルMOSトラ
ンジスタのオン電流の値を大きくするため、シリコン基
板の表面部に低濃度のN型拡散層を形成し、シリコン基
板の表面部にも電流を流すようにしている。
On the other hand, in the NAND-type flash memory of this example, a high-concentration N-type diffusion layer is formed inside the silicon substrate, and the main path (excluding the channel portion) of the current (charge) flowing through the N-channel MOS transistor is formed. ) Is set inside the silicon substrate and a low-concentration N-type diffusion layer is formed on the surface of the silicon substrate to increase the value of the ON current of the N-channel MOS transistor. The current also flows.

【0252】図30は、本発明の第4実施の形態に関わ
るNAND型フラッシュメモリのデバイス構造の概略を
示している。
FIG. 30 schematically shows the device structure of a NAND flash memory according to the fourth embodiment of the present invention.

【0253】P型シリコン基板(ウェルでもよい)12
上には、直列接続される複数個(本例では、16個)の
メモリセルM01,・・・M151からなるNANDセ
ルと、そのNANDセルの両端に1つずつ接続される2
つのセレクトゲートトランジスタS11,S21とが形
成される。
P-type silicon substrate (may be a well) 12
On the top, a NAND cell composed of a plurality of (16 in this example) memory cells M01,..., M151 connected in series, and two NAND cells connected one at each end of the NAND cell
Two select gate transistors S11 and S21 are formed.

【0254】メモリセルM01,・・・M151は、フ
ローティングゲート電極FGとコントロールゲート電極
CG0,・・・CG15を有している。セレクトゲート
トランジスタS11,S21は、ゲート電極SGS,S
GDを有している。
Each of the memory cells M01,..., M151 has a floating gate electrode FG and control gate electrodes CG0,. The select gate transistors S11, S21 are connected to the gate electrodes SGS, S
GD.

【0255】メモリセルM01,・・・M151及びセ
レクトゲートトランジスタS11,S21のN型拡散層
(ソース/ドレイン)13,13b,13cは、上述の
第1実施の形態に関わるデバイスと同様に、N型不純物
の濃度プロファイルのピークがシリコン基板12の内部
に設定される。つまり、拡散層13,13b,13cの
最も低抵抗な部分は、シリコン基板12の表面に設けら
れずに、シリコン基板12の表面から一定距離だけ深い
位置に設けられる。
The memory cells M01,..., M151 and the N-type diffusion layers (source / drain) 13, 13b, 13c of the select gate transistors S11, S21 are similar to the devices according to the above-described first embodiment. The peak of the concentration profile of the type impurity is set inside silicon substrate 12. That is, the lowest resistance portions of the diffusion layers 13, 13 b, and 13 c are not provided on the surface of the silicon substrate 12 but are provided at positions deeper by a certain distance from the surface of the silicon substrate 12.

【0256】N型拡散層13,13b,13cのN型不
純物の濃度プロファイルのピークの具体的な位置は、上
述の第1の実施の形態に関わるデバイスと同様に、シリ
コン基板12の表面から0.04μm以上深い位置(例
えば、約0.1μmの位置)となる。本例では、濃度プ
ロファイルのピークを、シリコン基板12の表面から
0.04μm以上深い位置に設定したが、この条件は、
ホットキャリア耐性の観点から決定される。但し、本例
のように、プロファイルのピークを、シリコン基板12
の表面から0.04μm以上、0.2μm以下の位置に
設定すれば、ほとんどのデバイスに対応できる。
The specific position of the peak of the concentration profile of the N-type impurity in the N-type diffusion layers 13, 13b, and 13c is zero from the surface of the silicon substrate 12 as in the device according to the above-described first embodiment. It is a position deeper than .04 μm (for example, a position of about 0.1 μm). In this example, the peak of the concentration profile is set at a position deeper than the surface of the silicon substrate 12 by 0.04 μm or more.
Determined from the viewpoint of hot carrier resistance. However, as in this example, the peak of the profile is
If it is set at a position of 0.04 μm or more and 0.2 μm or less from the surface, most devices can be handled.

【0257】本例のデバイスの特徴は、N型拡散層1
3,13b,13c上のシリコン基板(ウェルでもよ
い)12の表面部に、N型拡散層13,13b,13c
を構成するN型不純物の濃度よりも低濃度のN型不純物
から構成されるN型拡散層31,31b,31cが配置
されている点にある。
A feature of the device of this example is that the N-type diffusion layer 1
N-type diffusion layers 13, 13b, 13c are provided on the surface of silicon substrate (or wells) 12 on 3, 13, b, 13c.
Is that N-type diffusion layers 31, 31b, and 31c formed of an N-type impurity having a lower concentration than the concentration of the N-type impurity constituting are formed.

【0258】本例では、N型拡散層13,13b,13
c上のシリコン基板12の表面部にN型拡散層31,3
1b,31cが形成されているため、N型拡散層13,
13b,13c上のシリコン基板12の表面部にも電流
が流れる。しかし、N型拡散層31,31b,31c
は、低濃度であるため、NチャネルMOSトランジスタ
(メモリセル及びセレクトゲートトランジスタ)を流れ
る電流の主経路は、シリコン基板12の内部、即ち、N
型拡散層13,13b,13cとなる。
In this example, the N-type diffusion layers 13, 13b, 13
n-type diffusion layers 31 and 3
1b and 31c are formed, the N-type diffusion layer 13,
The current also flows on the surface of the silicon substrate 12 on 13b and 13c. However, the N-type diffusion layers 31, 31b, 31c
Is of low concentration, the main path of the current flowing through the N-channel MOS transistor (memory cell and select gate transistor) is inside the silicon substrate 12, ie, N
The mold diffusion layers 13, 13b and 13c are formed.

【0259】つまり、本例によれば、NANDセルユニ
ット内のトランジスタ(チャネル部を除く)を流れる電
流の主経路は、シリコン基板12の表面に対して十分に
深い位置(0.04μm以上の位置)となり、読み出し
速度(拡散層13,13b,13cの抵抗値)がN型拡
散層13,13b,13c上の絶縁膜(例えば、窒化
膜)の膜質に影響されなくなる。
That is, according to this example, the main path of the current flowing through the transistors (excluding the channel portion) in the NAND cell unit is located at a position sufficiently deep with respect to the surface of the silicon substrate 12 (at a position of 0.04 μm or more). ), And the reading speed (resistance value of the diffusion layers 13, 13b, 13c) is not affected by the film quality of the insulating film (for example, nitride film) on the N-type diffusion layers 13, 13b, 13c.

【0260】さらに、本例では、シリコン基板12の表
面部、即ち、N型拡散層31,31b,31cにも電流
が流れるため、MOSトランジスタのオン電流を大きく
することができる。
Further, in this example, since the current also flows through the surface of the silicon substrate 12, that is, the N-type diffusion layers 31, 31b and 31c, the ON current of the MOS transistor can be increased.

【0261】NANDセルユニット内の拡散層13,1
3b,13cのうち、最もドレイン(ビット線)側に配
置される拡散層13b及び最もソース(ソース線)側に
配置される拡散層13b上には、コンタクト部(プラ
グ)16b,16cと拡散層13b,13cを低抵抗か
つ電気的に確実に接続するために、N型補助拡散層1
3’,13c’が配置される。
Diffusion layers 13, 1 in NAND cell unit
Among the diffusion layers 13b and 13c, the contact portions (plugs) 16b and 16c and the diffusion layers 13b are disposed on the diffusion layer 13b disposed closest to the drain (bit line) and the diffusion layer 13b disposed closest to the source (source line). N-type auxiliary diffusion layers 1b and 13c are electrically connected to each other with a low resistance and reliably.
3 'and 13c' are arranged.

【0262】なお、本例では、上述のように、N型拡散
層13,13b,13c上にN型拡散層31,31b,
31cが形成されるため、N型補助拡散層13’,13
c’は、N型拡散層31b,31c内に形成される。
In this example, as described above, the N-type diffusion layers 31, 13b, 13c are provided on the N-type diffusion layers 31, 13b, 13c.
31c, the N-type auxiliary diffusion layers 13 ', 13'
c ′ is formed in the N-type diffusion layers 31b and 31c.

【0263】図31は、図30のメモリセルの一つを示
している。図32(a),(b)は、図31のメモリセ
ルの拡散層を垂直に横切る断面の濃度プロファイルを示
している。
FIG. 31 shows one of the memory cells of FIG. FIGS. 32A and 32B show the concentration profiles of the cross sections perpendicular to the diffusion layers of the memory cell of FIG.

【0264】図32(a)は、電流の主経路となる高濃
度N型拡散層をヒ素(As)から構成し、かつ、高濃度
N型拡散層上の低濃度N型拡散層もヒ素(As)から構
成した場合の濃度プロファイルを示している。本例で
は、高濃度N型拡散層のN型不純物の濃度プロファイル
のピークは、シリコン基板の表面から0.04μm以上
深い位置(例えば、約0.1μmの位置)に設定され
る。また、低濃度N型拡散層のN型不純物の濃度プロフ
ァイルのピークは、実質的にシリコン基板の表面、具体
的には、シリコン基板の表面から0.04μm未満の位
置に設定される。
FIG. 32A shows that the high-concentration N-type diffusion layer serving as a main current path is made of arsenic (As), and the low-concentration N-type diffusion layer on the high-concentration N-type diffusion layer is also arsenic (As). 6 shows a density profile in the case of the configuration of As). In this example, the peak of the concentration profile of the N-type impurity of the high-concentration N-type diffusion layer is set at a position deeper than the surface of the silicon substrate by 0.04 μm or more (for example, at a position of about 0.1 μm). Further, the peak of the concentration profile of the N-type impurity in the low-concentration N-type diffusion layer is set substantially at the surface of the silicon substrate, specifically, at a position less than 0.04 μm from the surface of the silicon substrate.

【0265】図32(b)は、電流の主経路となる高濃
度N型拡散層をヒ素(As)から構成し、かつ、高濃度
N型拡散層上の低濃度N型拡散層をリン(P)から構成
した場合の濃度プロファイルを示している。本例におい
ても、高濃度N型拡散層のN型不純物の濃度プロファイ
ルのピークは、シリコン基板の表面から0.04μm以
上深い位置(例えば、約0.1μmの位置)に設定され
る。また、低濃度N型拡散層のN型不純物の濃度プロフ
ァイルのピークは、実質的にシリコン基板の表面、即
ち、シリコン基板の表面から0.04μm未満の位置に
設定される。
FIG. 32B shows that the high-concentration N-type diffusion layer serving as a main current path is made of arsenic (As), and the low-concentration N-type diffusion layer on the high-concentration N-type diffusion layer is phosphorus ( 3 shows a density profile in the case of constituting from FIG. Also in this example, the peak of the concentration profile of the N-type impurity of the high-concentration N-type diffusion layer is set at a position deeper than the surface of the silicon substrate by 0.04 μm or more (for example, a position at about 0.1 μm). The peak of the concentration profile of the N-type impurity in the low-concentration N-type diffusion layer is set substantially at the surface of the silicon substrate, that is, at a position less than 0.04 μm from the surface of the silicon substrate.

【0266】このようなメモリセル構造によれば、NA
NDセルユニット内における電流の主経路は、トランジ
スタ(メモリセル及びセレクトゲートトランジスタ)の
チャネル部においてはシリコン基板12の表面となり、
各トランジスタのチャネルの間に配置される拡散層13
においてはシリコン基板12の内部となる。従って、拡
散層13の抵抗値(抵抗値を決める部分はシリコン基板
12の内部にある)が、拡散層13上の絶縁膜とシリコ
ン基板12の界面にトラップされる電荷の影響をほとん
ど受けなくなり、メモリセルが微細化されても、メモリ
セルのオン電流(セル電流)のばらつき又は読み出し速
度のばらつきの発生を抑制できる。
According to such a memory cell structure, NA
The main path of the current in the ND cell unit is the surface of the silicon substrate 12 in the channel portion of the transistor (memory cell and select gate transistor),
Diffusion layer 13 arranged between channels of each transistor
Is inside the silicon substrate 12. Therefore, the resistance value of the diffusion layer 13 (the part that determines the resistance value is inside the silicon substrate 12) is hardly affected by the electric charge trapped at the interface between the insulating film on the diffusion layer 13 and the silicon substrate 12. Even if the memory cell is miniaturized, it is possible to suppress the occurrence of the variation in the ON current (cell current) or the variation in the reading speed of the memory cell.

【0267】また、本例では、電流の主経路となる高濃
度N型拡散層上に低濃度N型拡散層が形成されるため、
高濃度N型拡散層(電流の主経路)上のシリコン基板1
2の表面、即ち、低濃度N型拡散層にも、電流が流れ
る。従って、MOSトランジスタのオン電流を大きくで
き、高速かつ正確にデータを読み出すことができる。
In this example, since the low-concentration N-type diffusion layer is formed on the high-concentration N-type diffusion layer serving as the main current path,
Silicon substrate 1 on high concentration N-type diffusion layer (main path of current)
A current also flows on the surface of No. 2, that is, on the low-concentration N-type diffusion layer. Therefore, the ON current of the MOS transistor can be increased, and data can be read quickly and accurately.

【0268】なお、上述の例においては、メモリセル及
びセレクトゲートトランジスタがNチャネル型MOSト
ランジスタから構成されるが、本発明は、当然に、Pチ
ャネル型MOSトランジスタから構成される場合にも適
用可能である。
In the above-described example, the memory cell and the select gate transistor are constituted by N-channel MOS transistors. However, the present invention can of course be applied to the case constituted by P-channel MOS transistors. It is.

【0269】次に、本発明の第4実施の形態に関わるN
AND型フラッシュメモリの製造方法について説明す
る。
Next, N according to the fourth embodiment of the present invention will be described.
A method for manufacturing an AND flash memory will be described.

【0270】まず、上述の第1実施の形態に関わる製造
方法と同様の製造方法を用いて、コントロールゲート電
極CG0〜CG15、セレクトゲート電極SGS
(上),SGD(上)、フローティングゲート電極FG
及びセレクトゲート電極SGS(下),SGD(下)を
完成させる(図5乃至図16の説明を参照)。
First, the control gate electrodes CG0 to CG15 and the select gate electrode SGS are manufactured by using the same manufacturing method as that of the first embodiment.
(Top), SGD (top), floating gate electrode FG
Then, the select gate electrodes SGS (lower) and SGD (lower) are completed (see the description of FIGS. 5 to 16).

【0271】次に、図33に示すように、シリコン窒化
膜58(コントロールゲート電極及びセレクトゲート電
極)をマスクにして、セルフアラインにより、P型ウェ
ル領域43にN型不純物(例えば、リン、ヒ素など)を
イオン注入し、N型拡散層71,71a,71bを形成
する。このときのイオン注入条件は、N型拡散層71,
71a,71bがシリコン基板(P型ウェル領域43)
40の表面部に形成されるような条件とする。
Next, as shown in FIG. 33, using the silicon nitride film 58 (control gate electrode and select gate electrode) as a mask, N-type impurities (for example, phosphorus, arsenic, etc.) , Etc.) to form N-type diffusion layers 71, 71a, 71b. The ion implantation conditions at this time are as follows:
71a and 71b are silicon substrates (P-type well region 43)
The conditions are such that they are formed on the surface of the forty.

【0272】例えば、不純物としてリン(P)を用いる
場合のイオン注入の条件は、加速エネルギー15[Ke
V]、ドーズ量1.0×1013cm−2に設定され、
また、不純物としてヒ素(As)を用いる場合のイオン
注入の条件は、加速エネルギー30[KeV]、ドーズ
量1.0×1013cm−2に設定される。
For example, when phosphorus (P) is used as an impurity, the condition of ion implantation is that the acceleration energy is 15 [Ke
V], the dose is set to 1.0 × 10 13 cm −2 ,
When arsenic (As) is used as an impurity, conditions for ion implantation are set to an acceleration energy of 30 [KeV] and a dose of 1.0 × 10 13 cm −2 .

【0273】この後、シリコン窒化膜58(コントロー
ルゲート電極及びセレクトゲート電極)をマスクにし
て、セルフアラインにより、P型ウェル領域43にN型
不純物(例えば、ヒ素)をイオン注入し、N型拡散層6
1,61a,61bを形成する。なお、拡散層61a
は、NANDセルユニットのソースとなり、拡散層61
bは、NANDセルユニットのドレインとなる。
Thereafter, using the silicon nitride film 58 (control gate electrode and select gate electrode) as a mask, an N-type impurity (for example, arsenic) is ion-implanted into the P-type well region 43 by self-alignment, and the N-type diffusion is performed. Layer 6
1, 61a and 61b are formed. The diffusion layer 61a
Is the source of the NAND cell unit, and the diffusion layer 61
b becomes the drain of the NAND cell unit.

【0274】ここで、N型拡散層61,61a,61b
は、N型不純物(As)の濃度プロファイルのピークが
シリコン基板(P型ウェル領域43)40の内部、具体
的には、シリコン基板40の表面から0.04μm以上
深い位置に配置されるように形成される。例えば、N型
不純物(As)の濃度プロファイルのピークは、シリコ
ン基板(P型ウェル領域43)40の表面から約0.1
μmだけ深い位置に設定される。
Here, the N-type diffusion layers 61, 61a, 61b
Is such that the peak of the concentration profile of the N-type impurity (As) is located inside the silicon substrate (P-type well region 43) 40, specifically, at a position deeper than the surface of the silicon substrate 40 by 0.04 μm or more. It is formed. For example, the peak of the concentration profile of the N-type impurity (As) is about 0.1
It is set at a position deeper by μm.

【0275】このためには、例えば、ヒ素(As)のイ
オン注入の条件を、加速エネルギー30[KeV]、ド
ーズ量5.0×1013cm−2に設定すればよい。こ
のような条件に設定すれば、シリコン基板40の表面か
ら0.04μm以上深い位置にピークを有するヒ素の濃
度プロファイル(図26参照)を容易に得ることができ
る。
For this purpose, for example, the conditions for arsenic (As) ion implantation may be set to an acceleration energy of 30 [KeV] and a dose of 5.0 × 10 13 cm −2 . By setting such conditions, an arsenic concentration profile (see FIG. 26) having a peak at a position deeper than 0.04 μm from the surface of the silicon substrate 40 can be easily obtained.

【0276】本例では、NANDセルユニット内の各ト
ランジスタのチャネルの間におけるシリコン基板40の
表面部は、低濃度N型拡散層71,71a,71bとな
っている。従って、ソース線からビット線に向かう電子
の経路(電流経路。但し、電流の向きは、電子の移動方
向と逆になる。)は、各トランジスタのチャネル部にお
いてはシリコン基板40の表面となり、各トランジスタ
のチャネル部の間においては、シリコン基板40の内部
(主経路)と表面部となる。
In this example, the low concentration N-type diffusion layers 71, 71a, 71b are formed on the surface of the silicon substrate 40 between the channels of the transistors in the NAND cell unit. Therefore, the path of the electrons from the source line to the bit line (current path; however, the direction of the current is opposite to the moving direction of the electrons) is the surface of the silicon substrate 40 in the channel portion of each transistor. The portion between the channel portions of the transistor is the inside (main path) of the silicon substrate 40 and the surface portion.

【0277】これにより、N型拡散層61,61a,6
1bの抵抗値は、シリコン基板40上に形成される絶縁
膜(特に、シリコン窒化膜)にトラップされる電荷の影
響をほとんど受けなくなり、コンダクタンスGmのばら
つきや読み出し速度のばらつきがなくなる。その結果、
本発明によれば、安定した読み出し動作を確保でき、高
信頼性のデバイスを提供できる。
Thus, the N-type diffusion layers 61, 61a, 6
The resistance value of 1b is hardly affected by the charge trapped in the insulating film (especially, the silicon nitride film) formed on the silicon substrate 40, and the variation in the conductance Gm and the variation in the reading speed are eliminated. as a result,
According to the present invention, a stable read operation can be ensured, and a highly reliable device can be provided.

【0278】なお、上述の例では、低濃度N型拡散層7
1,71a,71bを形成した後に、高濃度N型拡散層
61,61a,61bを形成したが、例えば、高濃度N
型拡散層61,61a,61bを形成した後に、低濃度
N型拡散層71,71a,71bを形成してもよい。
In the above example, the low-concentration N-type diffusion layer 7
After the formation of the high-concentration N-type diffusion layers 61, 61a and 61b after the formation of
After forming the type diffusion layers 61, 61a and 61b, the low concentration N-type diffusion layers 71, 71a and 71b may be formed.

【0279】また、低濃度N型拡散層71,71a,7
1b及び高濃度N型拡散層61,61a,61bを形成
する前(イオン注入前)に、例えば、温度約1000℃
の熱酸化を行い、コントロールゲート電極CG0〜CG
15、セレクトゲート電極SGS,SGD及びフローテ
ィングゲート電極FGの表面、並びに、シリコン基板
(P型ウェル領域43)40の表面に、それぞれシリコ
ン酸化膜を形成しておいてもよい。
The low-concentration N-type diffusion layers 71, 71a, 7
Before forming the 1b and the high-concentration N-type diffusion layers 61, 61a, 61b (before ion implantation), for example, at a temperature of about 1000 ° C.
Of the control gate electrodes CG0 to CG
15. A silicon oxide film may be formed on the surfaces of the select gate electrodes SGS, SGD and the floating gate electrode FG, and the surface of the silicon substrate (P-type well region 43) 40, respectively.

【0280】この後、上述した第1実施の形態に関わる
製造方法と同様の製造方法を用いて、図34に示すよう
なNAND型フラッシュメモリを完成させる(図19乃
至図21の説明を参照)。
Thereafter, a NAND flash memory as shown in FIG. 34 is completed by using the same manufacturing method as that of the first embodiment described above (see the description of FIGS. 19 to 21). .

【0281】なお、本例においても、NANDセルユニ
ットの最もソース側(ソース線側)の拡散層61a上及
び最もドレイン側(ビット線側)の拡散層61b上に
は、N型拡散層61a’,61b’が形成される。
In this example, the N-type diffusion layer 61a 'is also formed on the diffusion layer 61a on the most source side (source line side) and the diffusion layer 61b on the most drain side (bit line side) of the NAND cell unit. , 61b 'are formed.

【0282】N型拡散層61a’,61b’は、拡散層
61,61a,61b,71,71a,71bの形成
時、又は、シリコン基板(P型ウェル領域43)40に
対するコンタクトホール(ビット線コンタクト部、ソー
ス線コンタクト部)を形成した後に、形成される。
The N-type diffusion layers 61 a ′ and 61 b ′ are formed when the diffusion layers 61, 61 a, 61 b, 71, 71 a and 71 b are formed, or when the contact holes (bit line contacts) with the silicon substrate (P-type well region 43) 40 are formed. , Source line contact portion).

【0283】以上、説明したように、本発明の第4実施
の形態に関わるNAND型フラッシュメモリ及びその製
造方法によれば、NANDセルユニット内の各トランジ
スタ(メモリセル及びセレクトゲートトランジスタ)に
関して、その拡散層の不純物の濃度プロファイルのピー
クが、シリコン基板の表面よりも深い位置(具体的に
は、0.04μm以上深い位置)に設定される。
As described above, according to the NAND flash memory and the method of manufacturing the same according to the fourth embodiment of the present invention, each transistor (memory cell and select gate transistor) in the NAND cell unit is The peak of the impurity concentration profile of the diffusion layer is set at a position deeper than the surface of the silicon substrate (specifically, at a position deeper than 0.04 μm).

【0284】従って、例えば、製造プロセスなどの影響
により、図34のシリコン窒化膜60に多くのダメージ
が発生し、このダメージに電荷(電子)がトラップされ
た場合であっても、これによる影響(メモリセルのオン
電流のばらつき)は、ほとんど受けなくなる。
Therefore, for example, a lot of damage occurs in the silicon nitride film 60 of FIG. 34 due to the influence of the manufacturing process and the like, and even if charges (electrons) are trapped in this damage, the influence ( The variation of the ON current of the memory cell) is hardly received.

【0285】また、本発明では、メモリセル及びセレク
トゲートトランジスタの拡散層の濃度プロファイルのピ
ークが、共に、シリコン基板の内部に設けられ、かつ、
シリコン基板の表面部(チャネル部は除く)は、各トラ
ンジスタの拡散層の導電型と同じ導電型の低濃度領域と
なっている。つまり、本発明では、埋め込み拡散層に電
流が流れると共に、埋め込み拡散層上のシリコン基板の
表面部にも電流が流れるため、オン電流の値を大きくす
ることができ、読み出し速度の高速化や、安定した読み
出しを達成できる。また、特に、セレクトゲートトラン
ジスタの表面耐圧が向上し、書き込み禁止セルのチャネ
ル電位を十分に上昇させることができる。つまり、本発
明によれば、安定的に、書き込み禁止電位を生成でき、
誤書き込みを防止できる。
According to the present invention, the peaks of the concentration profiles of the memory cell and the diffusion layer of the select gate transistor are both provided inside the silicon substrate, and
The surface portion (excluding the channel portion) of the silicon substrate is a low-concentration region of the same conductivity type as that of the diffusion layer of each transistor. In other words, according to the present invention, since a current flows through the buried diffusion layer and also flows on the surface of the silicon substrate on the buried diffusion layer, the value of the on-current can be increased, and the reading speed can be increased. Stable reading can be achieved. In particular, the surface breakdown voltage of the select gate transistor is improved, and the channel potential of the write-inhibited cell can be sufficiently increased. That is, according to the present invention, the write inhibit potential can be stably generated,
Erroneous writing can be prevented.

【0286】[E] 次に、本発明の第5実施の形態に
関わるNAND型フラッシュメモリについて説明する。
[E] Next, a NAND flash memory according to a fifth embodiment of the present invention will be described.

【0287】図35は、本発明の第5実施の形態に関わ
るNAND型フラッシュメモリのデバイス構造の概略を
示している。
FIG. 35 schematically shows a device structure of a NAND flash memory according to the fifth embodiment of the present invention.

【0288】本例のデバイスは、上述の第4実施の形態
の変形例であり、コントロールゲート電極CG0〜CG
15、セレクトゲート電極SGS,SGD及びフローテ
ィングゲート電極FGの側壁に、いわゆるサイドウォー
ルスペーサ81を形成した点に特徴を有している。サイ
ドウォールスペーサ81は、例えば、シリコン窒化膜
(SiN)、シリコン酸化膜(SiO)、TEOS
膜、又は、これらの積層膜から構成することができる。
The device of this example is a modification of the above-described fourth embodiment, and includes control gate electrodes CG0 to CG
15. The feature is that so-called sidewall spacers 81 are formed on the side walls of the select gate electrodes SGS, SGD and the floating gate electrode FG. The side wall spacer 81 is made of, for example, a silicon nitride film (SiN), a silicon oxide film (SiO 2 ), TEOS
It can be composed of a film or a laminated film of these.

【0289】サイドウォールスペーサ81は、N型拡散
層71,71a,71bを形成するためのイオン注入
(ヒ素のイオン注入)時のマスクとして機能する。この
場合、N型拡散層71,71a,71bの幅は、N型拡
散層61,61a,61bの幅よりも狭くなる。
The sidewall spacer 81 functions as a mask at the time of ion implantation (arsenic ion implantation) for forming the N-type diffusion layers 71, 71a, 71b. In this case, the width of the N-type diffusion layers 71, 71a, 71b is smaller than the width of the N-type diffusion layers 61, 61a, 61b.

【0290】本実施の形態に関わるデバイスにおいて
も、上述の第2実施の形態に関わるデバイスと同様の効
果を得ることができる。
In the device according to the present embodiment, the same effect as in the device according to the above-described second embodiment can be obtained.

【0291】また、本例では、NANDセルユニット内
の各トランジスタ(メモリセル及びセレクトゲートトラ
ンジスタ)のチャネル間のシリコン基板40の表面部
は、N型拡散層61,61a,61bと同じ導電型を有
するN型拡散層71,71a,71bである。つまり、
サイドウォールスペーサ81を採用すると、N型拡散層
71,71a,71bが、サイドウォールスペーサ81
の厚さ分だけ、ゲートエッジ部から離れることになる。
In this example, the surface of the silicon substrate 40 between the channels of the transistors (memory cells and select gate transistors) in the NAND cell unit has the same conductivity type as the N-type diffusion layers 61, 61a and 61b. N-type diffusion layers 71, 71a, and 71b. That is,
When the sidewall spacer 81 is adopted, the N-type diffusion layers 71, 71a, 71b are
Is separated from the gate edge by the thickness of.

【0292】従って、N型拡散層71,71a,71b
内のN型不純物の不純物濃度を比較的高い値に設定して
も(拡散層61,61a,61bの不純物濃度よりは低
いことが必要である。)、その拡散層71,71a,7
1bの表面耐圧が劣化することがないため、読み出し速
度が速く、かつ、書き込み禁止セルについて誤書き込み
が発生しない高信頼性のデバイスを提供できる。
Therefore, the N-type diffusion layers 71, 71a, 71b
Even if the impurity concentration of the N-type impurity in the inside is set to a relatively high value (it is necessary to be lower than the impurity concentration of the diffusion layers 61, 61a, 61b), the diffusion layers 71, 71a, 7
Since the surface withstand voltage of 1b does not deteriorate, a highly reliable device that has a high reading speed and does not cause erroneous writing in a write-inhibited cell can be provided.

【0293】以下、サイドウォールスペーサ81を採用
した場合の拡散層61,61a,61b,71,71
a,71bの形成手順について、図35を参照しつつ、
簡単に説明する。
Hereinafter, the diffusion layers 61, 61a, 61b, 71, 71 when the sidewall spacers 81 are employed.
The procedure for forming a and 71b will be described with reference to FIG.
A brief description will be given.

【0294】まず、コントロールゲート電極CG0〜C
G15、セレクトゲート電極SGS,SGD及びフロー
ティングゲート電極FGを形成した後、例えば、酸素雰
囲気中で、温度1000℃の熱酸化を行う。また、ヒ素
(As)を、例えば、加速エネルギー約30[Ke
V]、ドーズ量約5×1013[cm−2]の条件で、
シリコン基板(P型ウェル領域43)40中に注入し、
N型拡散層61,61a,61bを形成する。
First, control gate electrodes CG0-CG
After forming G15, select gate electrodes SGS and SGD, and floating gate electrode FG, thermal oxidation is performed at a temperature of 1000 ° C. in, for example, an oxygen atmosphere. Further, arsenic (As) is converted into, for example, an acceleration energy of about 30 [Ke
V] and a dose amount of about 5 × 10 13 [cm −2 ].
Implanted into a silicon substrate (P-type well region 43) 40,
N-type diffusion layers 61, 61a and 61b are formed.

【0295】次に、例えば、LPCVD法を用いて、シ
リコン窒化膜(SiN)を、約30nm形成する。この
後、熱処理を行う。但し、この熱処理は、省略しても構
わない。そして、RIEにより、シリコン窒化膜をエッ
チングし、サイドウォールスペーサ81を形成する。こ
こで、サイドウォールスペーサ81は、シリコン窒化膜
ではなく、TEOS膜などの絶縁膜から構成してもよ
い。
Next, a silicon nitride film (SiN) is formed to a thickness of about 30 nm by using, for example, the LPCVD method. Thereafter, heat treatment is performed. However, this heat treatment may be omitted. Then, the silicon nitride film is etched by RIE to form a sidewall spacer 81. Here, the sidewall spacer 81 may be formed of an insulating film such as a TEOS film instead of the silicon nitride film.

【0296】この後、再び、ヒ素(As)を、例えば、
加速エネルギー約30[KeV]、ドーズ量約2×10
13[cm−2]の条件で、シリコン基板(P型ウェル
領域43)40中に注入し、N型拡散層71,71a,
71bを形成する。
Thereafter, arsenic (As) is again converted to, for example,
Acceleration energy about 30 [KeV], dose about 2 × 10
Under the condition of 13 [cm −2 ], it is implanted into a silicon substrate (P-type well region 43) 40 and N-type diffusion layers 71
71b is formed.

【0297】なお、拡散層61,61a,61b,7
1,71a,71bの形成方法以外については、上述の
第4実施の形態に関わる製造方法と同じであるので、詳
細な説明は、省略する。
Incidentally, the diffusion layers 61, 61a, 61b, 7
Except for the method of forming 1, 71a, 71b, it is the same as the manufacturing method according to the above-described fourth embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.

【0298】図36は、図35のデバイス構造を採用し
た場合にNANDセルユニット内を流れる電子(電流)
の経路を概略的に示している。
FIG. 36 shows electrons (current) flowing in the NAND cell unit when the device structure of FIG. 35 is adopted.
Is schematically shown.

【0299】電子の大部分は、ソース線コンタクト部1
6cから、各MOSトランジスタの埋め込み拡散層及び
反転層(チャネル)を経由して、ビット線コンタクト部
16bに流れる。各MOSトランジスタのチャネル間に
おいては、ほとんどの電子は、埋め込み拡散層を流れる
が、その一部は、シリコン基板の表面に形成される低濃
度拡散層を流れる。低濃度拡散層は、サイドウォールス
ペーサ81により、セレクトゲートトランジスタのゲー
ト電極SGS,SGDのエッジ部及びメモリセルのフロ
ーティングゲート電極FGのエッジ部から一定距離だけ
離れているため、各MOSトランジスタの拡散層の表面
耐圧の低下を防止できる。
Most of the electrons are supplied to the source line contact portion 1
6c flows to the bit line contact portion 16b via the buried diffusion layer and the inversion layer (channel) of each MOS transistor. Most of the electrons flow between the channels of the MOS transistors through the buried diffusion layer, but part of the electrons flow through the low concentration diffusion layer formed on the surface of the silicon substrate. The low concentration diffusion layer is separated from the edge portions of the gate electrodes SGS and SGD of the select gate transistor and the edge portion of the floating gate electrode FG of the memory cell by a fixed distance due to the sidewall spacer 81. Of the surface withstand voltage can be prevented.

【0300】[F] 次に、本発明の第6実施の形態に
関わる不揮発性半導体メモリについて説明する。
[F] Next, a nonvolatile semiconductor memory according to a sixth embodiment of the present invention will be described.

【0301】上述の第1乃至第5実施の形態では、主
に、トランジスタ(メモリセル、セレクトゲートトラン
ジスタなど)の拡散層上の絶縁膜にトラップされる電荷
により読み出し動作に支障(読み出し速度のばらつきな
ど)が生じないように、拡散層をシリコン基板の内部に
形成し(埋め込み拡散層)、チャネル部を除くトンラン
ジスの電流経路を、シリコン基板の表面ではなく、その
内部とした。
In the above-described first to fifth embodiments, the read operation is disturbed (variation in read speed) mainly due to charges trapped in the insulating film on the diffusion layer of the transistor (memory cell, select gate transistor, etc.). In this case, a diffusion layer is formed inside the silicon substrate (buried diffusion layer) so that the current path of the tonlangis except for the channel portion is not inside the silicon substrate but inside the silicon substrate.

【0302】これに対し、本実施の形態では、主に、ゲ
ート絶縁膜に電荷がトラップされた場合であっても、読
み出し動作に支障(読み出し速度のばらつきなど)を生
じさせないデバイス構造を提案する。
On the other hand, this embodiment mainly proposes a device structure which does not hinder read operation (variation in read speed, etc.) even when charges are trapped in the gate insulating film. .

【0303】図37は、本発明の第6実施の形態に関わ
る不揮発性半導体メモリのメモリセルを示している。
FIG. 37 shows a memory cell of a nonvolatile semiconductor memory according to the sixth embodiment of the present invention.

【0304】このメモリセルは、いわゆる埋め込みチャ
ネル構造を有する。
This memory cell has a so-called buried channel structure.

【0305】P型シリコン基板101上には、N型埋め
込み層102が配置される。N型埋め込み層102上に
は、ゲート絶縁膜(熱酸化膜)103を経由してフロー
ティングゲート電極104が配置される。フローティン
グゲート電極104は、例えば、P型不純物を含むポリ
シリコンから構成される。
An N-type buried layer 102 is arranged on a P-type silicon substrate 101. A floating gate electrode 104 is arranged on the N-type buried layer 102 via a gate insulating film (thermal oxide film) 103. The floating gate electrode 104 is made of, for example, polysilicon containing a P-type impurity.

【0306】フローティングゲート電極104上には、
例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化シリコンを
順次積み重ねた構造を有する絶縁膜(いわゆるONO
膜)105が配置される。また、絶縁膜105上には、
コントロールゲート電極106が配置される。コントロ
ールゲート電極106は、例えば、N型不純物を含むポ
リシリコンから構成される。
On the floating gate electrode 104,
For example, an insulating film (so-called ONO) having a structure in which silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxide are sequentially stacked
A film 105 is disposed. Further, on the insulating film 105,
A control gate electrode 106 is provided. The control gate electrode 106 is made of, for example, polysilicon containing an N-type impurity.

【0307】フローティングゲート電極104及びコン
トロールゲート電極106の両側には、N型拡散層(ソ
ース/ドレイン)107,108が配置される。つま
り、N型拡散層107,108の間には、N型埋め込み
層102が配置され、N型埋め込み層102は、メモリ
セルの埋め込みチャネルを構成している。
On both sides of the floating gate electrode 104 and the control gate electrode 106, N-type diffusion layers (source / drain) 107 and 108 are arranged. That is, the N-type buried layer 102 is disposed between the N-type diffusion layers 107 and 108, and the N-type buried layer 102 forms a buried channel of the memory cell.

【0308】なお、上述の例では、メモリセルの構造に
ついて示したが、例えば、セレクトゲートトランジスタ
を有するメモリ(NAND型フラッシュメモリなど)の
場合には、当然に、セレクトゲートトランジスタにも適
用できる。
In the above example, the structure of the memory cell has been described. However, for example, in the case of a memory having a select gate transistor (such as a NAND flash memory), the present invention can be applied to a select gate transistor.

【0309】但し、メモリセルのゲート絶縁膜が、いわ
ゆるトンネル絶縁膜としても機能するような場合には、
メモリセルのゲート絶縁膜に電荷がトラップされ易く、
従って、メモリセルに本発明の構造を適用するのが最も
効果的である。
However, when the gate insulating film of the memory cell also functions as a so-called tunnel insulating film,
Charges are easily trapped in the gate insulating film of the memory cell,
Therefore, it is most effective to apply the structure of the present invention to a memory cell.

【0310】上述のように、本発明は、スタックゲート
構造を有するメモリセルを、埋め込みチャネル構造とし
た点に特徴を有する。この場合、図38に示すように、
セル電流が飽和状態となる電圧関係で読み出しを行う
と、N型埋め込み層102の表面及び底面に空乏層10
9a,109bが発生し、セル電流は、N型埋め込み層
102の表面部ではなく、その内部を流れるようにな
る。
As described above, the present invention is characterized in that a memory cell having a stack gate structure has a buried channel structure. In this case, as shown in FIG.
When reading is performed in a voltage relationship where the cell current is saturated, the depletion layer 10
9a and 109b are generated, and the cell current flows not inside the surface of the N-type buried layer 102 but inside it.

【0311】従って、仮に、N型埋め込み層102とゲ
ート絶縁膜103の界面における散乱や、ゲート絶縁膜
103における電荷のトラップなどが発生したとして
も、それらの影響を受け難くなり、セル電流を大きくす
ることができる。
Therefore, even if scattering occurs at the interface between the N-type buried layer 102 and the gate insulating film 103, and trapping of electric charges in the gate insulating film 103, such influences are less likely to occur, and the cell current increases. can do.

【0312】なお、上述の実施の形態では、コントロー
ルゲート電極106がポリシリコンから構成される場合
を説明したが、コントロールゲート電極106は、例え
ば、WSiなどのシリサイドとポリシリコンを積み重ね
た構造であってもよい。また、図39に示すように、コ
ントロールゲート電極106の導電型は、N型に限られ
ず、P型であってもよい。
In the above embodiment, the case where control gate electrode 106 is made of polysilicon has been described. However, control gate electrode 106 has a structure in which silicide such as WSi and polysilicon are stacked. You may. Further, as shown in FIG. 39, the conductivity type of control gate electrode 106 is not limited to N-type, but may be P-type.

【0313】[G] 次に、本発明の第7実施の形態に
関わる不揮発性半導体メモリについて説明する。
[G] Next, a nonvolatile semiconductor memory according to the seventh embodiment of the present invention will be described.

【0314】本実施の形態は、上述の第6実施の形態の
変形例である。即ち、上述の第6実施の形態のメモリセ
ルは、Nチャネル型であるが、本実施の形態のメモリセ
ルは、Pチャネル型となっている。
This embodiment is a modification of the above-described sixth embodiment. That is, the memory cell of the sixth embodiment is an N-channel type, but the memory cell of the present embodiment is a P-channel type.

【0315】図40は、本発明の第7実施の形態に関わ
る不揮発性半導体メモリのメモリセルを示している。
FIG. 40 shows a memory cell of a nonvolatile semiconductor memory according to the seventh embodiment of the present invention.

【0316】このメモリセルは、埋め込みチャネル構造
を有するPチャネル型MOSトランジスタである。
This memory cell is a P-channel MOS transistor having a buried channel structure.

【0317】N型シリコン基板201上には、P型埋め
込み層202が配置される。P型埋め込み層202上に
は、ゲート絶縁膜(熱酸化膜)203を経由してフロー
ティングゲート電極204が配置される。フローティン
グゲート電極204は、例えば、N型不純物を含むポリ
シリコンから構成される。
On N-type silicon substrate 201, P-type buried layer 202 is arranged. A floating gate electrode 204 is arranged on the P-type buried layer 202 via a gate insulating film (thermal oxide film) 203. The floating gate electrode 204 is made of, for example, polysilicon containing an N-type impurity.

【0318】フローティングゲート電極204上には、
例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化シリコンを
順次積み重ねた構造を有する絶縁膜(いわゆるONO
膜)205が配置される。また、絶縁膜205上には、
コントロールゲート電極206が配置される。コントロ
ールゲート電極206は、例えば、N型不純物を含むポ
リシリコンから構成される。
On the floating gate electrode 204,
For example, an insulating film (so-called ONO) having a structure in which silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxide are sequentially stacked
A film 205 is disposed. Further, on the insulating film 205,
A control gate electrode 206 is provided. The control gate electrode 206 is made of, for example, polysilicon containing an N-type impurity.

【0319】フローティングゲート電極204及びコン
トロールゲート電極206の両側には、P型拡散層(ソ
ース/ドレイン)207,208が配置される。つま
り、P型拡散層207,208の間には、P型埋め込み
層202が配置され、P型埋め込み層202は、メモリ
セルの埋め込みチャネルを構成している。
On both sides of floating gate electrode 204 and control gate electrode 206, P-type diffusion layers (source / drain) 207, 208 are arranged. That is, the P-type buried layer 202 is disposed between the P-type diffusion layers 207 and 208, and the P-type buried layer 202 forms a buried channel of the memory cell.

【0320】なお、上述の例では、メモリセルの構造に
ついて示したが、例えば、セレクトゲートトランジスタ
を有するメモリ(NAND型フラッシュメモリなど)の
場合には、当然に、セレクトゲートトランジスタにも適
用できる。
In the above example, the structure of the memory cell has been described. However, for example, in the case of a memory having a select gate transistor (such as a NAND flash memory), the present invention is naturally applicable to a select gate transistor.

【0321】但し、メモリセルのゲート絶縁膜が、いわ
ゆるトンネル絶縁膜としても機能するような場合には、
メモリセルのゲート絶縁膜に電荷がトラップされ易く、
従って、メモリセルに本発明の構造を適用するのが最も
効果的である。
However, when the gate insulating film of the memory cell also functions as a so-called tunnel insulating film,
Charges are easily trapped in the gate insulating film of the memory cell,
Therefore, it is most effective to apply the structure of the present invention to a memory cell.

【0322】上述のように、本発明は、スタックゲート
構造を有するメモリセルを、埋め込みチャネル構造とし
た点に特徴を有する。この場合、図41に示すように、
セル電流が飽和状態となる電圧関係で読み出しを行う
と、P型埋め込み層202の表面及び底面に空乏層20
9a,209bが発生し、セル電流は、P型埋め込み層
202の表面部ではなく、その内部を流れるようにな
る。
As described above, the present invention is characterized in that a memory cell having a stack gate structure has a buried channel structure. In this case, as shown in FIG.
When reading is performed in a voltage relationship where the cell current becomes saturated, the depletion layer 20
9a and 209b are generated, and the cell current flows not inside the surface of the P-type buried layer 202 but inside it.

【0323】従って、仮に、P型埋め込み層202とゲ
ート絶縁膜203の界面における散乱や、ゲート絶縁膜
203における電荷のトラップなどが発生したとして
も、それらの影響を受け難くなり、セル電流を大きくす
ることができる。
Therefore, even if scattering occurs at the interface between the P-type buried layer 202 and the gate insulating film 203 and charge trapping in the gate insulating film 203 occurs, the influence of the scattering becomes less and the cell current increases. can do.

【0324】なお、上述の実施の形態では、コントロー
ルゲート電極206がポリシリコンから構成される場合
を説明したが、コントロールゲート電極206は、例え
ば、WSiなどのシリサイドとポリシリコンを積み重ね
た構造であってもよい。また、図42に示すように、コ
ントロールゲート電極206の導電型は、N型に限られ
ず、P型であってもよい。
In the above embodiment, the case where control gate electrode 206 is made of polysilicon has been described. However, control gate electrode 206 has a structure in which silicide such as WSi and polysilicon are stacked. You may. Further, as shown in FIG. 42, the conductivity type of control gate electrode 206 is not limited to N-type, but may be P-type.

【0325】[H] 次に、本発明の第8実施の形態に
関わる不揮発性半導体メモリについて説明する。
[H] Next, a nonvolatile semiconductor memory according to an eighth embodiment of the present invention will be described.

【0326】本実施の形態は、上述の第6実施の形態の
変形例である。即ち、上述の第6実施の形態のメモリセ
ルでは、埋め込み層の導電型(N型)とフローティング
ゲート電極の導電型(P型)が互いに逆になっている
が、本実施の形態のメモリセルでは、埋め込み層の導電
型(N型)とフローティングゲート電極の導電型(N
型)が互いに同じになっている。
This embodiment is a modification of the above-described sixth embodiment. That is, in the memory cell of the sixth embodiment, the conductivity type (N type) of the buried layer and the conductivity type (P type) of the floating gate electrode are opposite to each other. Then, the conductivity type (N type) of the buried layer and the conductivity type (N
Types) are the same as each other.

【0327】図43は、本発明の第8実施の形態に関わ
る不揮発性半導体メモリのメモリセルを示している。
FIG. 43 shows a memory cell of a nonvolatile semiconductor memory according to the eighth embodiment of the present invention.

【0328】このメモリセルは、埋め込みチャネル構造
を有するNチャネル型MOSトランジスタである。
This memory cell is an N-channel MOS transistor having a buried channel structure.

【0329】P型シリコン基板101上には、N型埋め
込み層102が配置される。N型埋め込み層102上に
は、ゲート絶縁膜(熱酸化膜)103を経由してフロー
ティングゲート電極104が配置される。フローティン
グゲート電極104は、例えば、N型不純物を含むポリ
シリコンから構成される。
On P-type silicon substrate 101, N-type buried layer 102 is arranged. A floating gate electrode 104 is arranged on the N-type buried layer 102 via a gate insulating film (thermal oxide film) 103. The floating gate electrode 104 is made of, for example, polysilicon containing an N-type impurity.

【0330】フローティングゲート電極104上には、
例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化シリコンを
順次積み重ねた構造を有する絶縁膜(いわゆるONO
膜)105が配置される。また、絶縁膜105上には、
コントロールゲート電極106が配置される。コントロ
ールゲート電極106は、例えば、N型不純物を含むポ
リシリコンから構成される。
On the floating gate electrode 104,
For example, an insulating film (so-called ONO) having a structure in which silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxide are sequentially stacked
A film 105 is disposed. Further, on the insulating film 105,
A control gate electrode 106 is provided. The control gate electrode 106 is made of, for example, polysilicon containing an N-type impurity.

【0331】フローティングゲート電極104及びコン
トロールゲート電極106の両側には、N型拡散層(ソ
ース/ドレイン)107,108が配置される。つま
り、N型拡散層107,108の間には、N型埋め込み
層102が配置され、N型埋め込み層102は、メモリ
セルの埋め込みチャネルを構成している。
On both sides of floating gate electrode 104 and control gate electrode 106, N-type diffusion layers (source / drain) 107 and 108 are arranged. That is, the N-type buried layer 102 is disposed between the N-type diffusion layers 107 and 108, and the N-type buried layer 102 forms a buried channel of the memory cell.

【0332】なお、上述の例では、メモリセルの構造に
ついて示したが、例えば、セレクトゲートトランジスタ
を有するメモリ(NAND型フラッシュメモリなど)の
場合には、当然に、セレクトゲートトランジスタにも適
用できる。
In the above example, the structure of the memory cell is shown. However, in the case of a memory having a select gate transistor (such as a NAND flash memory), the present invention can be applied to a select gate transistor.

【0333】但し、メモリセルのゲート絶縁膜が、いわ
ゆるトンネル絶縁膜としても機能するような場合には、
メモリセルのゲート絶縁膜に電荷がトラップされ易く、
従って、メモリセルに本発明の構造を適用するのが最も
効果的である。
However, when the gate insulating film of the memory cell also functions as a so-called tunnel insulating film,
Charges are easily trapped in the gate insulating film of the memory cell,
Therefore, it is most effective to apply the structure of the present invention to a memory cell.

【0334】上述のように、本発明は、スタックゲート
構造を有するメモリセルを、埋め込みチャネル構造と
し、かつ、埋め込み層とフローティングゲート電極を共
にN型に設定した点に特徴を有する。この場合、図44
に示すように、シリコン基板(接地電位)101に対し
てフローティングゲート電極104が負となるような電
圧関係で読み出しを行うと、N型埋め込み層102の表
面及び底面に空乏層109a,109bが発生し、セル
電流は、N型埋め込み層102の表面部ではなく、その
内部を流れるようになる。
As described above, the present invention is characterized in that a memory cell having a stack gate structure has a buried channel structure, and both a buried layer and a floating gate electrode are set to N-type. In this case, FIG.
As shown in FIG. 7, when reading is performed with a voltage relationship such that the floating gate electrode 104 is negative with respect to the silicon substrate (ground potential) 101, depletion layers 109a and 109b are generated on the surface and the bottom surface of the N-type buried layer 102. However, the cell current flows not inside the surface of the N-type buried layer 102 but inside it.

【0335】従って、仮に、N型埋め込み層102とゲ
ート絶縁膜103の界面における散乱や、ゲート絶縁膜
103における電荷のトラップなどが発生したとして
も、それらの影響を受け難くなり、セル電流を大きくす
ることができる。
Therefore, even if scattering occurs at the interface between the N-type buried layer 102 and the gate insulating film 103 and charge trapping in the gate insulating film 103 occurs, the influence of such scattering is reduced, and the cell current increases. can do.

【0336】なお、上述の実施の形態では、コントロー
ルゲート電極106がポリシリコンから構成される場合
を説明したが、コントロールゲート電極106は、例え
ば、WSiなどのシリサイドとポリシリコンを積み重ね
た構造であってもよい。また、図45に示すように、コ
ントロールゲート電極106の導電型は、N型に限られ
ず、P型であってもよい。
In the above embodiment, the case where control gate electrode 106 is made of polysilicon has been described. However, control gate electrode 106 has a structure in which silicide such as WSi and polysilicon are stacked. You may. Further, as shown in FIG. 45, the conductivity type of control gate electrode 106 is not limited to N-type, but may be P-type.

【0337】[I] 次に、本発明の第9実施の形態に
関わる不揮発性半導体メモリについて説明する。
[I] Next, a nonvolatile semiconductor memory according to a ninth embodiment of the present invention will be described.

【0338】本実施の形態は、上述の第7実施の形態の
変形例である。即ち、上述の第7実施の形態のメモリセ
ルでは、埋め込み層の導電型(P型)とフローティング
ゲート電極の導電型(N型)が互いに逆になっている
が、本実施の形態のメモリセルでは、埋め込み層の導電
型(P型)とフローティングゲート電極の導電型(P
型)が互いに同じになっている。
This embodiment is a modification of the above-described seventh embodiment. That is, in the memory cell of the seventh embodiment, the conductivity type (P type) of the buried layer and the conductivity type (N type) of the floating gate electrode are opposite to each other. Then, the conductivity type (P type) of the buried layer and the conductivity type (P type) of the floating gate electrode
Types) are the same as each other.

【0339】図46は、本発明の第9実施の形態に関わ
る不揮発性半導体メモリのメモリセルを示している。
FIG. 46 shows a memory cell of a nonvolatile semiconductor memory according to the ninth embodiment of the present invention.

【0340】このメモリセルは、埋め込みチャネル構造
を有するPチャネル型MOSトランジスタである。
This memory cell is a P-channel MOS transistor having a buried channel structure.

【0341】N型シリコン基板201上には、P型埋め
込み層202が配置される。P型埋め込み層202上に
は、ゲート絶縁膜(熱酸化膜)203を経由してフロー
ティングゲート電極204が配置される。フローティン
グゲート電極204は、例えば、P型不純物を含むポリ
シリコンから構成される。
On N type silicon substrate 201, P type buried layer 202 is arranged. A floating gate electrode 204 is arranged on the P-type buried layer 202 via a gate insulating film (thermal oxide film) 203. The floating gate electrode 204 is made of, for example, polysilicon containing a P-type impurity.

【0342】フローティングゲート電極204上には、
例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化シリコンを
順次積み重ねた構造を有する絶縁膜(いわゆるONO
膜)205が配置される。また、絶縁膜205上には、
コントロールゲート電極206が配置される。コントロ
ールゲート電極206は、例えば、N型不純物を含むポ
リシリコンから構成される。
On the floating gate electrode 204,
For example, an insulating film (so-called ONO) having a structure in which silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxide are sequentially stacked
A film 205 is disposed. Further, on the insulating film 205,
A control gate electrode 206 is provided. The control gate electrode 206 is made of, for example, polysilicon containing an N-type impurity.

【0343】フローティングゲート電極204及びコン
トロールゲート電極206の両側には、P型拡散層(ソ
ース/ドレイン)207,208が配置される。つま
り、P型拡散層207,208の間には、P型埋め込み
層202が配置され、P型埋め込み層202は、メモリ
セルの埋め込みチャネルを構成している。
On both sides of the floating gate electrode 204 and the control gate electrode 206, P-type diffusion layers (source / drain) 207 and 208 are arranged. That is, the P-type buried layer 202 is disposed between the P-type diffusion layers 207 and 208, and the P-type buried layer 202 forms a buried channel of the memory cell.

【0344】なお、上述の例では、メモリセルの構造に
ついて示したが、例えば、セレクトゲートトランジスタ
を有するメモリ(NAND型フラッシュメモリなど)の
場合には、当然に、セレクトゲートトランジスタにも適
用できる。
In the above example, the structure of the memory cell has been described. However, in the case of a memory having a select gate transistor (such as a NAND flash memory), the present invention can be applied to a select gate transistor.

【0345】但し、メモリセルのゲート絶縁膜が、いわ
ゆるトンネル絶縁膜としても機能するような場合には、
メモリセルのゲート絶縁膜に電荷がトラップされ易く、
従って、メモリセルに本発明の構造を適用するのが最も
効果的である。
However, when the gate insulating film of the memory cell also functions as a so-called tunnel insulating film,
Charges are easily trapped in the gate insulating film of the memory cell,
Therefore, it is most effective to apply the structure of the present invention to a memory cell.

【0346】上述のように、本発明は、スタックゲート
構造を有するメモリセルを、埋め込みチャネル構造とし
た点に特徴を有する。この場合、図47に示すように、
シリコン基板(接地電位)201に対してフローティン
グゲート電極204が正となるような電圧関係で読み出
しを行うと、P型埋め込み層202の表面及び底面に空
乏層209a.209bが発生し、セル電流は、P型埋
め込み層202の表面部ではなく、その内部を流れるよ
うになる。
As described above, the present invention is characterized in that a memory cell having a stack gate structure has a buried channel structure. In this case, as shown in FIG.
When reading is performed with a voltage relationship such that the floating gate electrode 204 becomes positive with respect to the silicon substrate (ground potential) 201, the depletion layers 209a. 209b is generated, and the cell current flows through the inside of the P-type buried layer 202, not the surface.

【0347】従って、仮に、P型埋め込み層202とゲ
ート絶縁膜203の界面における散乱や、ゲート絶縁膜
203における電荷のトラップなどが発生したとして
も、それらの影響を受け難くなり、セル電流を大きくす
ることができる。
Therefore, even if scattering at the interface between the P-type buried layer 202 and the gate insulating film 203 and trapping of charges in the gate insulating film 203 occur, they are less affected by them, and the cell current increases. can do.

【0348】なお、上述の実施の形態では、コントロー
ルゲート電極206がポリシリコンから構成される場合
を説明したが、コントロールゲート電極206は、例え
ば、WSiなどのシリサイドとポリシリコンを積み重ね
た構造であってもよい。また、図48に示すように、コ
ントロールゲート電極206の導電型は、N型に限られ
ず、P型であってもよい。
In the above-described embodiment, the case where control gate electrode 206 is made of polysilicon has been described. However, control gate electrode 206 has a structure in which silicide such as WSi and polysilicon are stacked. You may. Further, as shown in FIG. 48, the conductivity type of control gate electrode 206 is not limited to N-type, but may be P-type.

【0349】[J] 次に、本発明の第10実施の形態
に関わる不揮発性半導体メモリについて説明する。
[J] Next, a nonvolatile semiconductor memory according to the tenth embodiment of the present invention will be described.

【0350】図49は、本発明の第10実施の形態に関
わるNAND型フラッシュメモリを示している。
FIG. 49 shows a NAND flash memory according to the tenth embodiment of the present invention.

【0351】本例のデバイスは、上述の第4実施の形態
に関わるデバイスの特徴(埋め込みN型拡散層+低濃度
N型拡散層)と、上述の第6又は第8実施の形態に関わ
るデバイスの特徴(埋め込みチャネル構造)を含んでい
る。
The device of this example is characterized by the features (buried N-type diffusion layer + low-concentration N-type diffusion layer) of the device according to the fourth embodiment and the device according to the sixth or eighth embodiment. (Embedded channel structure).

【0352】即ち、図34の低濃度N型拡散層71,7
1a,71bを全て共通化し、かつ、シリコン基板(P
型ウェル領域43)40の表面全体にN型拡散層71を
形成すると、図49のデバイスを得ることができる。
That is, the low-concentration N-type diffusion layers 71 and 7 shown in FIG.
1a and 71b are all shared and a silicon substrate (P
When the N-type diffusion layer 71 is formed on the entire surface of the mold well region 43) 40, the device shown in FIG. 49 can be obtained.

【0353】このような構造によれば、NANDセルユ
ニット内を流れる電流は、常に、シリコン基板(P型ウ
ェル領域43)40の内部を主経路とするため、シリコ
ン基板上の絶縁膜(ゲート絶縁膜、拡散層上の絶縁膜な
ど)にトラップされた電荷に起因する悪影響(読み出し
速度の低下、表面リークによる誤書き込みなど)をなく
すことができる。
According to such a structure, the current flowing in the NAND cell unit always takes the inside of the silicon substrate (P-type well region 43) 40 as the main path. It is possible to eliminate adverse effects (such as a decrease in reading speed and erroneous writing due to surface leak) due to charges trapped in a film or an insulating film over a diffusion layer.

【0354】[0354]

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、第一に、不揮発性半導体メモリのソース/ドレイン
拡散層に関して、半導体基板の表面部の濃度を薄くし、
かつ、半導体基板の表面から十分に深い位置に不純物濃
度のピークを設定することにより、電流経路の主要部を
半導体基板の内部に設けることができる。その結果、例
えば、半導体基板の表面付近に発生するホットキャリア
の影響を受け難くなり、NANDセルの読み出し動作に
起因するコンダクタンスGmの劣化もなくなる。
As described above, according to the present invention, first, with respect to the source / drain diffusion layers of the nonvolatile semiconductor memory, the concentration at the surface of the semiconductor substrate is reduced.
In addition, by setting the peak of the impurity concentration at a position sufficiently deep from the surface of the semiconductor substrate, the main part of the current path can be provided inside the semiconductor substrate. As a result, for example, the influence of hot carriers generated near the surface of the semiconductor substrate is reduced, and the conductance Gm due to the read operation of the NAND cell does not deteriorate.

【0355】また、セルフブースト方式による書き込み
が行われるNAND型フラッシュメモリにおいては、セ
レクトゲートトランジスタのソース/ドレイン拡散層を
上述のような構造にすることにより、素子が微細化され
ても、セレクトゲートトランジスタの表面耐圧を十分に
確保でき、書き込み時や読み出し時のリーク電流を抑制
することができる。
In a NAND flash memory in which data is written by the self-boost method, the source / drain diffusion layers of the select gate transistor have the above-described structure. The surface withstand voltage of the transistor can be sufficiently ensured, and leakage current at the time of writing or reading can be suppressed.

【0356】第二に、特に、スタックゲート構造を有す
るメモリセルに関して、半導体基板の表面部に、半導体
基板の導電型と逆導電型(ソース/ドレイン拡散層の導
電型と同じ導電型)の埋め込み層を形成し、メモリセル
をいわゆる埋め込みチャネル構造のMOSトランジスタ
としている。これにより、データ読み出し時に、メモリ
セルのセル電流は、埋め込み層の内部を流れるようにな
るため、半導体基板とゲート絶縁膜の界面の散乱や、ゲ
ート絶縁膜にトラップされた電荷の影響を受け難くな
る。このため、読み出し電流の減少を防止でき、安定し
た読み出し動作が可能になる。
Second, in particular, with respect to a memory cell having a stack gate structure, embedding of the conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate (the same conductivity type as that of the source / drain diffusion layers) in the surface portion of the semiconductor substrate. A layer is formed, and the memory cell is a MOS transistor having a so-called buried channel structure. Thus, at the time of data reading, the cell current of the memory cell flows inside the buried layer, so that it is less susceptible to the scattering of the interface between the semiconductor substrate and the gate insulating film and the charge trapped in the gate insulating film. Become. Therefore, a decrease in the read current can be prevented, and a stable read operation can be performed.

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

【図1】本発明の第1実施の形態に関わるデバイスの概
略を示す断面図。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing a device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のデバイス内のメモリセルを示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a memory cell in the device of FIG.

【図3】図2のメモリセルの拡散層を縦に横切る方向の
濃度プロファイルを示す図。
FIG. 3 is a view showing a concentration profile in a direction vertically crossing a diffusion layer of the memory cell of FIG. 2;

【図4】図1のデバイス内を流れる電子の様子を示す断
面図。
FIG. 4 is a sectional view showing a state of electrons flowing in the device of FIG. 1;

【図5】本発明の第1実施の形態に関わる製造方法の一
工程を示す断面図。
FIG. 5 is a sectional view showing one step of a manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1実施の形態に関わる製造方法の一
工程を示す断面図。
FIG. 6 is a sectional view showing one step of a manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第1実施の形態に関わる製造方法の一
工程を示す断面図。
FIG. 7 is a sectional view showing one step of a manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第1実施の形態に関わる製造方法の一
工程を示す断面図。
FIG. 8 is a sectional view showing one step of a manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第1実施の形態に関わる製造方法の一
工程を示す断面図。
FIG. 9 is a sectional view showing one step of a manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第1実施の形態に関わる製造方法の
一工程を示す断面図。
FIG. 10 is a sectional view showing one step of a manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第1実施の形態に関わる製造方法の
一工程を示す断面図。
FIG. 11 is a sectional view showing one step of a manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第1実施の形態に関わる製造方法の
一工程を示す断面図。
FIG. 12 is a sectional view showing one step of a manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第1実施の形態に関わる製造方法の
一工程を示す断面図。
FIG. 13 is a sectional view showing one step of a manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第1実施の形態に関わる製造方法の
一工程を示す断面図。
FIG. 14 is a sectional view showing one step of a manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第1実施の形態に関わる製造方法の
一工程を示す断面図。
FIG. 15 is a sectional view showing one step of a manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第1実施の形態に関わる製造方法の
一工程を示す断面図。
FIG. 16 is a sectional view showing one step of a manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第1実施の形態に関わる製造方法の
一工程を示す断面図。
FIG. 17 is a sectional view showing one step of a manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.

【図18】本発明の第1実施の形態に関わる製造方法の
一工程を示す断面図。
FIG. 18 is a sectional view showing one step of a manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.

【図19】本発明の第1実施の形態に関わる製造方法の
一工程を示す断面図。
FIG. 19 is a sectional view showing one step of a manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.

【図20】本発明の第1実施の形態に関わる製造方法の
一工程を示す断面図。
FIG. 20 is a sectional view showing one step of the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.

【図21】本発明の第1実施の形態に関わる製造方法の
一工程を示す断面図。
FIG. 21 is a sectional view showing one step of the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.

【図22】本発明のデバイスに関してセル電流のばらつ
きを示す図。
FIG. 22 is a diagram showing variations in cell current for the device of the present invention.

【図23】本発明のデバイスに関してプログラム回数と
閾値変動の関係を示す図。
FIG. 23 is a diagram showing a relationship between the number of times of programming and a threshold variation for the device of the present invention.

【図24】本発明の第2実施の形態に関わるデバイスの
概略を示す断面図。
FIG. 24 is a sectional view schematically showing a device according to a second embodiment of the present invention.

【図25】図24のデバイス内のメモリセルを示す断面
図。
FIG. 25 is a sectional view showing a memory cell in the device of FIG. 24;

【図26】図25のメモリセルの拡散層を縦に横切る方
向の濃度プロファイルを示す図。
FIG. 26 is a diagram showing a concentration profile in a direction vertically crossing a diffusion layer of the memory cell of FIG. 25;

【図27】本発明の第2実施の形態に関わる製造方法の
一工程を示す断面図。
FIG. 27 is a sectional view showing one step of a manufacturing method according to the second embodiment of the present invention.

【図28】本発明の第2実施の形態に関わる製造方法の
一工程を示す断面図。
FIG. 28 is a sectional view showing one step of a manufacturing method according to the second embodiment of the present invention.

【図29】本発明の第3実施の形態に関わるデバイスを
示す断面図。
FIG. 29 is a sectional view showing a device according to a third embodiment of the present invention.

【図30】本発明の第4実施の形態に関わるデバイスの
概略を示す断面図。
FIG. 30 is a sectional view schematically showing a device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図31】図30のデバイス内のメモリセルを示す断面
図。
FIG. 31 is a sectional view showing a memory cell in the device of FIG. 30;

【図32】図31のメモリセルの拡散層を縦に横切る方
向の濃度プロファイルを示す図。
FIG. 32 is a diagram showing a concentration profile in a direction vertically crossing a diffusion layer of the memory cell of FIG. 31;

【図33】本発明の第4実施の形態に関わる製造方法の
一工程を示す断面図。
FIG. 33 is a sectional view showing one step of a manufacturing method according to the fourth embodiment of the present invention.

【図34】本発明の第4実施の形態に関わる製造方法の
一工程を示す断面図。
FIG. 34 is a sectional view showing one step of a manufacturing method according to the fourth embodiment of the present invention.

【図35】本発明の第5実施の形態に関わるデバイスを
示す断面図。
FIG. 35 is a sectional view showing a device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図36】図35のデバイス内を流れる電子の様子を示
す図。
FIG. 36 is a view showing a state of electrons flowing in the device of FIG. 35;

【図37】本発明の第6実施の形態に関わるデバイスを
示す断面図。
FIG. 37 is a sectional view showing a device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図38】図37のデバイスのオン時の様子を示す断面
図。
FIG. 38 is a sectional view showing a state when the device of FIG. 37 is turned on.

【図39】図37のデバイスの変形例を示す断面図。FIG. 39 is a sectional view showing a modification of the device of FIG. 37.

【図40】本発明の第7実施の形態に関わるデバイスを
示す断面図。
FIG. 40 is a sectional view showing a device according to a seventh embodiment of the present invention.

【図41】図40のデバイスのオン時の様子を示す断面
図。
FIG. 41 is a sectional view showing a state when the device of FIG. 40 is turned on.

【図42】図40のデバイスの変形例を示す断面図。FIG. 42 is a sectional view showing a modification of the device in FIG. 40;

【図43】本発明の第8実施の形態に関わるデバイスを
示す断面図。
FIG. 43 is a sectional view showing a device according to an eighth embodiment of the present invention.

【図44】図43のデバイスのオン時の様子を示す断面
図。
FIG. 44 is a sectional view showing a state when the device of FIG. 43 is turned on.

【図45】図43のデバイスの変形例を示す断面図。FIG. 45 is a sectional view showing a modification of the device of FIG. 43;

【図46】本発明の第9実施の形態に関わるデバイスを
示す断面図。
FIG. 46 is a sectional view showing a device according to a ninth embodiment of the present invention.

【図47】図46のデバイスのオン時の様子を示す断面
図。
FIG. 47 is a sectional view showing a state when the device of FIG. 46 is turned on.

【図48】図46のデバイスの変形例を示す断面図。FIG. 48 is a sectional view showing a modification of the device in FIG. 46.

【図49】本発明の第10実施の形態に関わるデバイス
を示す断面図。
FIG. 49 is a sectional view showing a device according to a tenth embodiment of the present invention.

【図50】NAND型フラッシュメモリのメモリセルア
レイを示す回路図。
FIG. 50 is a circuit diagram showing a memory cell array of the NAND flash memory.

【図51】図50のメモリセルアレイの一部を示す回路
図。
FIG. 51 is a circuit diagram showing a part of the memory cell array of FIG. 50;

【図52】従来のデバイスの拡散層のシート抵抗のばら
つきを示す図。
FIG. 52 is a view showing variation in sheet resistance of a diffusion layer of a conventional device.

【図53】従来のデバイスのセル電流のばらつきを示す
図。
FIG. 53 is a diagram showing a variation in cell current of a conventional device.

【図54】従来のメモリセルの構造を示す断面図。FIG. 54 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional memory cell.

【図55】メモリセルに生じる容量について示す図。FIG. 55 is a diagram showing capacitance generated in a memory cell;

【図56】従来のNAND型フラッシュメモリの平面
図。
FIG. 56 is a plan view of a conventional NAND flash memory.

【図57】図56のLVII−LVII線に沿う断面
図。
FIG. 57 is a sectional view taken along the line LVII-LVII of FIG. 56;

【図58】図56のLVIII−LVIII線に沿う断
面図。
FIG. 58 is a sectional view taken along the line LVIII-LVIII in FIG. 56;

【図59】図56乃至図58のデバイスの変形例示す
図。
FIG. 59 is a view showing a modification of the device shown in FIGS. 56 to 58;

【図60】図56乃至図58のデバイスの変形例示す
図。
FIG. 60 is a view showing a modification of the device shown in FIGS. 56 to 58;

【図61】書き込み時にメモリセルアレイに与える信号
のタイミングを示す図。
FIG. 61 is a diagram showing the timing of a signal applied to a memory cell array at the time of writing.

【図62】書き込み時における転送電位と閾値変動の関
係を示す図。
FIG. 62 is a diagram showing a relationship between a transfer potential and a threshold change at the time of writing.

【図63】従来のデバイスに関してプログラム回数と閾
値変動の関係を示す図。
FIG. 63 is a diagram showing a relationship between the number of times of programming and a threshold variation for a conventional device.

【図64】ローカルセルフブースト時の電位関係につい
て示す図。
FIG. 64 is a diagram showing a potential relationship during local self-boost.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3a :素子分離酸化膜、 4 :ゲート絶縁膜、 5 :フローティングゲー
ト電極、 6,54 :絶縁膜(ONO
膜)、 7 :コントロールゲート
電極、 8,62 :層間絶縁膜、 9 :ビット線、 10,40 :P型シリコン基
板、 11,42 :N型ウェル領域、 12,43 :P型ウェル領域、 13,13b,13b’,13c,13c’ :N型拡
散層、 14 :ビット線コンタク
ト部、 15 :ソース線コンタク
ト部、 16a,16b :コンタクトプラ
グ、 17a :中間層、 41,41a,47,49,59,64 :シリコン酸
化膜、 45,50,55,56 :ポリシリコン膜、 46,51,52,58,60 :シリコン窒化膜、 57 :タングステンシリ
サイド膜、 61,61a,61a’,61b,61b’ :拡散
層、 65A,65B,68 :バリアメタル、 66A,66B :タングステン膜、 69 :金属膜、 CG0,・・・CG15 :ワード線(コント
ロールゲート線)、 SGD,SGS :セレクトゲート
線、 BL1,BL2 :ビット線、 M01,・・・M151,M02,・・・M152 :
メモリセル、 S11,S12,S21,S22 :セレクトゲートト
ランジスタ。
3a: element isolation oxide film, 4: gate insulating film, 5: floating gate electrode, 6, 54: insulating film (ONO)
7): control gate electrode; 8, 62: interlayer insulating film; 9: bit line; 10, 40: P-type silicon substrate; 11, 42: N-type well region; 12, 43: P-type well region; , 13b, 13b ', 13c, 13c': N-type diffusion layer, 14: Bit line contact portion, 15: Source line contact portion, 16a, 16b: Contact plug, 17a: Intermediate layer, 41, 41a, 47, 49, 59, 64: silicon oxide film, 45, 50, 55, 56: polysilicon film, 46, 51, 52, 58, 60: silicon nitride film, 57: tungsten silicide film, 61, 61a, 61a ', 61b, 61b ': Diffusion layer, 65A, 65B, 68: barrier metal, 66A, 66B: tungsten film, 69: metal film, CG0,... CG15: Lead wires (control gate line), SGD, SGS: select gate line, BL1, BL2: the bit line, M01, ··· M151, M02, ··· M152:
Memory cells, S11, S12, S21, S22: select gate transistors.

フロントページの続き Fターム(参考) 5F001 AA01 AB08 AC02 5F083 EP02 EP23 EP62 EP67 GA15 GA21 JA36 JA39 NA01 PR03 PR09 PR12 PR21 PR36 PR40 5F101 BA01 BB05 BC02 Continued on the front page F term (reference) 5F001 AA01 AB08 AC02 5F083 EP02 EP23 EP62 EP67 GA15 GA21 JA36 JA39 NA01 PR03 PR09 PR12 PR21 PR36 PR40 5F101 BA01 BB05 BC02

Claims (32)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型の半導体基板の表面領域に配
置され、直列接続される複数のメモリセルから構成され
るNANDセルと、 前記半導体基板の表面領域に配置され、前記NANDセ
ルに接続されるセレクトゲートトランジスタとを具備
し、 前記複数のメモリセル及び前記セレクトゲートトランジ
スタの第2導電型のソース/ドレイン拡散層を構成する
第1不純物の濃度プロファイルのピークは、前記半導体
基板の表面から0.04μm以上の位置に設定されてい
ることを特徴とする不揮発性半導体メモリ。
1. A NAND cell comprising a plurality of memory cells arranged in series in a surface region of a semiconductor substrate of a first conductivity type and connected in series, and connected to the NAND cell arranged in a surface region of the semiconductor substrate. Wherein the peak of the concentration profile of the first impurity forming the plurality of memory cells and the source / drain diffusion layers of the second conductivity type of the select gate transistor is from the surface of the semiconductor substrate. A non-volatile semiconductor memory set at a position of 0.04 μm or more.
【請求項2】 前記複数のメモリセル及び前記セレクト
ゲートトランジスタのソース/ドレイン拡散層上には、
窒化膜が配置されていることを特徴とする請求項1記載
の不揮発性半導体メモリ。
2. The method according to claim 1, wherein the plurality of memory cells and the source / drain diffusion layers of the select gate transistor are provided on:
2. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1, wherein a nitride film is disposed.
【請求項3】 前記複数のメモリセル及び前記セレクト
ゲートトランジスタのソース/ドレイン拡散層を構成す
る前記第1不純物の濃度プロファイルのピークは、前記
半導体基板の表面から0.2μm以下の位置に設定され
ていることを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体
メモリ。
3. The peak of the concentration profile of the first impurity constituting the source / drain diffusion layers of the plurality of memory cells and the select gate transistor is set at a position of 0.2 μm or less from the surface of the semiconductor substrate. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1, wherein
【請求項4】 前記第1不純物の濃度プロファイルのピ
ーク値は、前記第1不純物の濃度プロファイルの前記半
導体基板の表面における濃度値よりも2倍以上大きいこ
とを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体メモリ。
4. The non-volatile memory according to claim 1, wherein the peak value of the concentration profile of the first impurity is at least twice as large as the concentration value of the concentration profile of the first impurity on the surface of the semiconductor substrate. Semiconductor memory.
【請求項5】 前記複数のメモリセル及び前記セレクト
ゲートトランジスタのチャネル部の間における第1導電
型の第2不純物の濃度は、前記チャネル部における前記
第2不純物の濃度よりも高いことを特徴とする請求項1
記載の不揮発性半導体メモリ。
5. The method according to claim 1, wherein a concentration of the second impurity of the first conductivity type between the plurality of memory cells and a channel portion of the select gate transistor is higher than a concentration of the second impurity in the channel portion. Claim 1
The nonvolatile semiconductor memory according to any one of the preceding claims.
【請求項6】 前記第1不純物の濃度プロファイルの前
記半導体基板の表面における濃度は、前記複数のメモリ
セル及び前記セレクトゲートトランジスタのチャネル部
の間における第1導電型の第2不純物の表面濃度よりも
低いことを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体メ
モリ。
6. A concentration of the concentration profile of the first impurity at a surface of the semiconductor substrate is higher than a surface concentration of a second impurity of a first conductivity type between the plurality of memory cells and a channel portion of the select gate transistor. 2. The non-volatile semiconductor memory according to claim 1, wherein said non-volatile semiconductor memory is also low.
【請求項7】 前記複数のメモリセル及び前記セレクト
ゲートトランジスタのソース/ドレイン拡散層上には、
第1導電型の拡散層が配置されていることを特徴とする
請求項1記載の不揮発性半導体メモリ。
7. The method according to claim 7, wherein the plurality of memory cells and the source / drain diffusion layers of the select gate transistor are provided
2. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1, wherein a diffusion layer of a first conductivity type is disposed.
【請求項8】 前記第1導電型の拡散層を構成する第2
不純物の濃度プロファイルのピークは、前記半導体基板
の表面から0.04μm未満の位置に設定されているこ
とを特徴とする請求項7記載の不揮発性半導体メモリ。
8. A second conductive layer comprising the first conductive type diffusion layer.
8. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 7, wherein the peak of the impurity concentration profile is set at a position less than 0.04 [mu] m from the surface of the semiconductor substrate.
【請求項9】 前記第1導電型の拡散層のチャネル長方
向の幅は、前記ソース/ドレイン拡散層の前記チャネル
長方向の幅よりも狭いことを特徴とする請求項7記載の
不揮発性半導体メモリ。
9. The nonvolatile semiconductor device according to claim 7, wherein the width of the first conductivity type diffusion layer in the channel length direction is smaller than the width of the source / drain diffusion layer in the channel length direction. memory.
【請求項10】 前記複数のメモリセル及び前記セレク
トゲートトランジスタのソース/ドレイン拡散層上に
は、前記ソース/ドレイン拡散層の濃度よりも低い濃度
を有する第2導電型の低濃度拡散層が配置されているこ
とを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体メモリ。
10. A low-concentration diffusion layer of a second conductivity type having a lower concentration than that of the source / drain diffusion layer is disposed on the source / drain diffusion layers of the plurality of memory cells and the select gate transistor. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1, wherein:
【請求項11】 前記低濃度拡散層を構成する第2不純
物の濃度プロファイルのピークは、前記半導体基板の表
面から0.04μm未満の位置に設定されていることを
特徴とする請求項10記載の不揮発性半導体メモリ。
11. The semiconductor device according to claim 10, wherein the peak of the concentration profile of the second impurity forming the low-concentration diffusion layer is set at a position less than 0.04 μm from the surface of the semiconductor substrate. Non-volatile semiconductor memory.
【請求項12】 前記第2不純物の濃度プロファイルの
前記半導体基板の表面における濃度は、前記複数のメモ
リセル及び前記セレクトゲートトランジスタのチャネル
部の間における第1導電型の第3不純物の濃度よりも高
いことを特徴とする請求項11記載の不揮発性半導体メ
モリ。
12. The concentration of the concentration profile of the second impurity at the surface of the semiconductor substrate is higher than the concentration of the third impurity of the first conductivity type between the plurality of memory cells and the channel portion of the select gate transistor. 12. The non-volatile semiconductor memory according to claim 11, which is high.
【請求項13】 前記低濃度拡散層のチャネル長方向の
幅は、前記ソース/ドレイン拡散層の前記チャネル長方
向の幅よりも狭いことを特徴とする請求項10記載の不
揮発性半導体メモリ。
13. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 10, wherein a width of said low concentration diffusion layer in a channel length direction is smaller than a width of said source / drain diffusion layer in said channel length direction.
【請求項14】 前記複数のメモリセルの各々は、電荷
蓄積層と、前記電荷蓄積層上のコントロールゲート電極
とを有し、互いに隣接する2つのメモリセルは、1つの
ソース/ドレイン拡散層を共有していることを特徴とす
る請求項1記載の不揮発性半導体メモリ。
14. Each of the plurality of memory cells has a charge storage layer and a control gate electrode on the charge storage layer, and two memory cells adjacent to each other have one source / drain diffusion layer. 2. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1, wherein the nonvolatile semiconductor memory is shared.
【請求項15】 前記セレクトゲートトランジスタのコ
ンタクト部側のソース/ドレイン拡散層上の前記半導体
基板内には、第2導電型の補助拡散層が配置され、前記
補助拡散層を構成する不純物の濃度プロファイルのピー
クは、前記半導体基板の表面から0.04μm未満の位
置に設定されていることを特徴とする請求項1記載の不
揮発性半導体メモリ。
15. An auxiliary diffusion layer of a second conductivity type is disposed in the semiconductor substrate on a source / drain diffusion layer on a contact portion side of the select gate transistor, and a concentration of an impurity forming the auxiliary diffusion layer is provided. 2. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1, wherein a peak of the profile is set at a position less than 0.04 [mu] m from a surface of the semiconductor substrate.
【請求項16】 前記第1不純物は、ヒ素であり、前記
第2不純物は、ボロンであることを特徴とする請求項5
又は6又は8記載の不揮発性半導体メモリ。
16. The semiconductor device according to claim 5, wherein the first impurity is arsenic, and the second impurity is boron.
Or the nonvolatile semiconductor memory according to 6 or 8.
【請求項17】 前記第1及び第2不純物は、共に、ヒ
素であることを特徴とする請求項11又は12記載の不
揮発性半導体メモリ。
17. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 11, wherein said first and second impurities are both arsenic.
【請求項18】 前記第1不純物は、ヒ素であり、前記
第2不純物は、リンであることを特徴とする請求項11
又は12記載の不揮発性半導体メモリ。
18. The semiconductor device according to claim 11, wherein the first impurity is arsenic, and the second impurity is phosphorus.
Or the nonvolatile semiconductor memory according to 12.
【請求項19】 前記複数のメモリセルに対しては、少
なくとも選択された1つのメモリセルのチャネル電位を
ブーストして、その選択された1つのメモリセルに対す
る書き込みを禁止するセルフブースト書き込み方式が適
用されることを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導
体メモリ。
19. A self-boost writing method for boosting a channel potential of at least one selected memory cell and prohibiting writing to the selected one memory cell is applied to the plurality of memory cells. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1, wherein:
【請求項20】 第1導電型の半導体基板の表面領域に
配置され、直列接続される複数のメモリセルから構成さ
れるNANDセルと、 前記半導体基板の表面領域に配置され、前記NANDセ
ルに接続されるセレクトゲートトランジスタとを具備
し、 前記複数のメモリセル及び前記セレクトゲートトランジ
スタのソース/ドレイン拡散層は、前記半導体基板の内
部に埋め込まれ、前記ソース/ドレイン拡散層上の前記
半導体基板の表面部には、第1導電型の拡散層が配置さ
れることを特徴とする不揮発性半導体メモリ。
20. A NAND cell comprising a plurality of memory cells arranged in series on a surface region of a semiconductor substrate of a first conductivity type and connected in series, and connected to the NAND cell arranged on a surface region of the semiconductor substrate. A plurality of memory cells and a source / drain diffusion layer of the select gate transistor are embedded in the semiconductor substrate, and a surface of the semiconductor substrate on the source / drain diffusion layer is provided. A non-volatile semiconductor memory, wherein a diffusion layer of the first conductivity type is disposed in the portion.
【請求項21】 第1導電型の半導体基板内に配置され
る第2導電型のソース/ドレイン拡散層と、前記ソース
/ドレイン拡散層の間の前記半導体基板内に配置される
第2導電型の埋め込み層と、前記埋め込み層上に配置さ
れる電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に配置されるコン
トロールゲート電極とを具備する埋め込みチャネル構造
のメモリセルを有する不揮発性半導体メモリ。
21. A source / drain diffusion layer of a second conductivity type disposed in a semiconductor substrate of a first conductivity type, and a second conductivity type disposed in the semiconductor substrate between the source / drain diffusion layers. A non-volatile semiconductor memory comprising a buried channel structure, a charge storage layer disposed on the buried layer, and a control cell electrode disposed on the charge storage layer.
【請求項22】 前記電荷蓄積層は、フローティングゲ
ート電極であり、前記半導体基板と前記フローティング
ゲート電極の間には、トンネル絶縁膜の機能を有するゲ
ート絶縁膜が配置されることを特徴とする請求項21記
載の不揮発性半導体メモリ。
22. The charge storage layer is a floating gate electrode, and a gate insulating film having a function of a tunnel insulating film is disposed between the semiconductor substrate and the floating gate electrode. Item 22. The nonvolatile semiconductor memory according to item 21.
【請求項23】 前記フローティングゲート電極は、第
1導電型の不純物を含むことを特徴とする請求項22記
載の不揮発性半導体メモリ。
23. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 22, wherein said floating gate electrode contains a first conductivity type impurity.
【請求項24】 前記フローティングゲート電極は、第
2導電型の不純物を含むことを特徴とする請求項22記
載の不揮発性半導体メモリ。
24. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 22, wherein said floating gate electrode contains an impurity of a second conductivity type.
【請求項25】 前記第1導電型がP型であり、前記第
2導電型がN型である場合に、前記フローティングゲー
ト電極の電位が負となる電位関係で読み出し動作を行う
ことを特徴とする請求項24記載の不揮発性半導体メモ
リ。
25. When the first conductivity type is P-type and the second conductivity type is N-type, the read operation is performed in a potential relationship where the potential of the floating gate electrode is negative. 25. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 24, wherein:
【請求項26】 前記第1導電型がN型であり、前記第
2導電型がP型である場合に、前記フローティングゲー
ト電極の電位が正となる電位関係で読み出し動作を行う
ことを特徴とする請求項24記載の不揮発性半導体メモ
リ。
26. When the first conductivity type is N-type and the second conductivity type is P-type, the read operation is performed with a potential relationship in which the potential of the floating gate electrode is positive. 25. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 24, wherein:
【請求項27】 前記コントロールゲート電極は、第1
導電型であることを特徴とする請求項21記載の不揮発
性半導体メモリ。
27. The control gate electrode according to claim 1,
22. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 21, which is of a conductivity type.
【請求項28】 前記コントロールゲート電極は、第2
導電型であることを特徴とする請求項21記載の不揮発
性半導体メモリ。
28. The control gate electrode comprising:
22. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 21, which is of a conductivity type.
【請求項29】 読み出し動作時に、前記埋め込み層の
内部に流れる電流を検出することにより前記メモリセル
に記憶されたデータを読み出すことを特徴とする請求項
21記載の不揮発性半導体メモリ。
29. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 21, wherein at the time of a read operation, data stored in said memory cell is read by detecting a current flowing inside said buried layer.
【請求項30】 前記メモリセルは、NAND型フラッ
シュメモリのメモリセルに適用されることを特徴とする
請求項21記載の不揮発性半導体メモリ。
30. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 21, wherein said memory cell is applied to a memory cell of a NAND flash memory.
【請求項31】 請求項1又は20記載の不揮発性半導
体メモリにおいて、前記NANDセルを構成する前記複
数のメモリセルの各々を、請求項21記載の埋め込みチ
ャネル構造を有するメモリセルに置き換えたことを特徴
とする不揮発性半導体メモリ。
31. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1, wherein each of said plurality of memory cells constituting said NAND cell is replaced with a memory cell having a buried channel structure according to claim 21. A nonvolatile semiconductor memory characterized by the above-mentioned.
【請求項32】 前記電荷蓄積層は、前記半導体基板上
に配置されるフローティングゲート電極又は窒化膜であ
ることを特徴とする請求項1、20又は21記載の不揮
発性半導体メモリ。
32. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1, wherein the charge storage layer is a floating gate electrode or a nitride film disposed on the semiconductor substrate.
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