JP2001291784A - Non-volatile semiconductor memory and method for manufacturing the same - Google Patents

Non-volatile semiconductor memory and method for manufacturing the same

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JP2001291784A
JP2001291784A JP2000104380A JP2000104380A JP2001291784A JP 2001291784 A JP2001291784 A JP 2001291784A JP 2000104380 A JP2000104380 A JP 2000104380A JP 2000104380 A JP2000104380 A JP 2000104380A JP 2001291784 A JP2001291784 A JP 2001291784A
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JP
Japan
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gate electrode
insulating film
diffusion layer
region
floating gate
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JP2000104380A
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Yasushi Okuda
寧 奥田
Hiroyuki Doi
博之 土井
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve writing gate disturb characteristics in an FN writing/FN deletion flash memory. SOLUTION: A tunnel insulating film 4, a floating gate electrode 5, an inter- layer insulating film 6, and a control electrode 7 are successively formed on a channel area interposed between a drain area and a source area on the surface of a semiconductor substrate in a non-volatile semiconductor memory. A drain diffusion area 10 is formed with high concentration impurity so as to be faced through the tunnel insulating film 4 to the floating gate electrode 5. On the other hand, a source diffusion area 12 is formed with low concentration impurity so as to be faced through the tunnel insulating film 4 to the floating gate electrode 5. At the time of the writing operation of the memory cell, a depletion layer is spread in the source diffusion layer 12 so that any high electric field can be prevented from being generated in the tunnel insulating film 4. Thus, it is possible to reduce the leakage of electrons to the source diffusion layer 12 in a non-selective memory cell, and to improve writing gate disturb characteristics.

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、不揮発性半導体メ
モリ装置の製造方法に係り、特にFN(Fowler-Nordhei
m)電流による書き込み・消去動作を特徴とするフラッ
シュメモリの書き込みゲートディスターブ特性の改善に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly to a FN (Fowler-Nordheid).
m) Improvement of write gate disturb characteristics of a flash memory characterized by current write / erase operations.

【0002】[0002]

【従来の技術】図14は、従来の代表的なFN書き込み
/FN消去フラッシュメモリの断面構造図を示す。同図
において、1はp型シリコン基板、2は素子分離領域、
3はp型ウェル、4はトンネル酸化膜、5は浮遊ゲート
電極、6はONO膜、7は制御ゲート電極、8はスタッ
ク型ゲート、13はサイドウォール、15はBPSG
膜、16はビット線、19はn+型ソース・ドレイン拡
散層である。
2. Description of the Related Art FIG. 14 is a sectional view showing the structure of a conventional typical FN writing / erasing flash memory. In the figure, 1 is a p-type silicon substrate, 2 is an element isolation region,
3 is a p-type well, 4 is a tunnel oxide film, 5 is a floating gate electrode, 6 is an ONO film, 7 is a control gate electrode, 8 is a stacked gate, 13 is a side wall, and 15 is BPSG.
A film, 16 is a bit line, and 19 is an n + type source / drain diffusion layer.

【0003】メモリセルの書き込み動作は、制御ゲート
電極7(ワード線)とドレイン領域(ビット線16)と
に各々所定の電圧を印加し、トンネル酸化膜4を流れる
FN電流によって浮遊ゲート電極5内の電子をドレイン
領域に引き抜くことにより、行われる。
In a write operation of the memory cell, a predetermined voltage is applied to each of the control gate electrode 7 (word line) and the drain region (bit line 16), and the floating gate electrode 5 This is performed by drawing out the electrons into the drain region.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の構成では、メモリセルの書き込み動作(FN電流に
よる浮遊ゲート電極5内の電子の引き抜き)において、
選択ワード線に接続された全てのメモリセルの制御ゲー
ト電極7に書き込み電圧が印加されるために、書き込み
を行わない(つまり、ビット線に書き込み電圧を印加し
ない)メモリセルのトンネル酸化膜4にも比較的大きな
(8MV/cm以上の)電界が発生し、これにより、浮遊ゲー
ト電極5内の電子が半導体基板へ引き抜かれる、いわゆ
る書き込みゲートディスターブが発生する。書き込みゲ
ートディスターブによる電子の引き抜きは、トンネル酸
化膜4を介して浮遊ゲート電極5と対向する高濃度のソ
ース・ドレイン拡散層19において支配的であり、特に
ソース・ドレイン拡散層19形成時のイオン注入によっ
て発生したトンネル酸化膜4中の欠陥によって助長され
る。
However, in the above-mentioned conventional configuration, in the write operation of the memory cell (the extraction of the electrons in the floating gate electrode 5 by the FN current),
Since the write voltage is applied to the control gate electrodes 7 of all the memory cells connected to the selected word line, the write operation is not performed (that is, the write voltage is not applied to the bit line). A relatively large (8 MV / cm or more) electric field is generated, thereby causing a so-called write gate disturbance in which electrons in the floating gate electrode 5 are extracted to the semiconductor substrate. Extraction of electrons by the write gate disturb is dominant in the high-concentration source / drain diffusion layer 19 facing the floating gate electrode 5 via the tunnel oxide film 4, and particularly, ion implantation during the formation of the source / drain diffusion layer 19. Is promoted by defects in the tunnel oxide film 4 caused by the above.

【0005】本発明は前記問題点に鑑み、その目的は、
FN書き込み/FN消去フラッシュメモリにおいて、書
き込みゲートディスターブ特性を改善した不揮発性半導
体メモリ装置及びその製造方法を提供することにある。
[0005] In view of the above problems, the present invention has as its object:
It is an object of the present invention to provide a nonvolatile semiconductor memory device with improved write gate disturb characteristics in a FN write / FN erase flash memory and a method of manufacturing the same.

【0006】更に、本発明は、FN書き込み/FN消去
フラッシュメモリにおいて、書き込みゲートディスター
ブ特性の改善に加えて、トンネル酸化膜のドレイン近傍
及びソース近傍の欠陥を低減して、メモリトランジスタ
の高信頼性を実現する不揮発性半導体メモリ装置及びそ
の製造方法を提供することをも目的とする。
Further, according to the present invention, in a FN write / FN erase flash memory, in addition to the improvement of the write gate disturb characteristic, the defect near the drain and the source of the tunnel oxide film is reduced, thereby improving the reliability of the memory transistor. It is also an object of the present invention to provide a nonvolatile semiconductor memory device realizing the above and a method for manufacturing the same.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明では、メモリセルの書き込み動作において、
浮遊ゲート電極からドレイン領域への電子の流れを確保
して、その書き込みを良好に行いながら、非選択メモリ
セルにおける浮遊ゲート電極からソース領域への電子の
流れを抑制して、書き込みディスターブ特性を改善す
る。
In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, in a write operation of a memory cell,
Ensuring the flow of electrons from the floating gate electrode to the drain region and improving the write disturb characteristics by suppressing the flow of electrons from the floating gate electrode to the source region in unselected memory cells while performing good writing. I do.

【0008】更に、本発明では、前記書き込みディスタ
ーブ特性の改善に際して、トンネル酸化膜中の欠陥の発
生を抑制又はその欠陥が発生してもその欠陥を消滅させ
て、メモリトランジスタの信頼性を高める。
Further, according to the present invention, in improving the write disturb characteristic, the generation of defects in the tunnel oxide film is suppressed or even if the defects occur, the defects are eliminated, thereby improving the reliability of the memory transistor.

【0009】すなわち、本発明の不揮発性半導体メモリ
装置は、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板の
表面に形成された第2導電型のドレイン領域及びソース
領域と、前記半導体基板の表面において前記ドレイン領
域と前記ソース領域とに挟まれたチャネル領域と、前記
チャネル領域上に形成されたトンネル絶縁膜と、前記ト
ンネル絶縁膜を介して前記チャネル領域と対向する浮遊
ゲート電極と、前記浮遊ゲート電極の一部を被覆する層
間絶縁膜と、前記層間絶縁膜を介して前記浮遊ゲート電
極と対向する制御ゲート電極とを有し、前記ドレイン領
域は、高濃度の第2導電型不純物のドレイン拡散層が前
記トンネル絶縁膜を介して前記浮遊ゲート電極と対向し
て成り、前記ソース領域は、前記ドレイン拡散層に比し
て低濃度の第2導電型不純物のソース拡散層が前記トン
ネル絶縁膜を介して前記浮遊ゲート電極と対向して成っ
ており、前記制御ゲート電極及び前記ドレイン領域に各
々所定の電圧を印加して、前記浮遊ゲート電極中の電子
を前記ドレイン領域に引き抜くことによって情報を記憶
することを特徴とする。
That is, a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention comprises a semiconductor substrate of a first conductivity type, a drain region and a source region of a second conductivity type formed on a surface of the semiconductor substrate, and a surface of the semiconductor substrate. A channel region sandwiched between the drain region and the source region; a tunnel insulating film formed on the channel region; a floating gate electrode facing the channel region via the tunnel insulating film; An interlayer insulating film covering a part of the gate electrode; and a control gate electrode facing the floating gate electrode with the interlayer insulating film interposed therebetween, wherein the drain region has a high concentration of a second conductive type impurity. A diffusion layer is opposed to the floating gate electrode via the tunnel insulating film, and the source region has a lower concentration of the second conductive layer than the drain diffusion layer. A source diffusion layer of a type impurity is opposed to the floating gate electrode via the tunnel insulating film, and applies a predetermined voltage to each of the control gate electrode and the drain region to form a source diffusion layer in the floating gate electrode. Information is stored by extracting electrons to the drain region.

【0010】また、請求項2記載の発明は、前記請求項
1記載の不揮発性半導体メモリ装置において、前記ドレ
イン拡散層では、第2導電型不純物の濃度が5.0E19/cm3
以上であり、前記ソース拡散層では、第2導電型不純物
の濃度が1.0E19/cm3以下であることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the first aspect, the concentration of the second conductivity type impurity is 5.0E19 / cm 3 in the drain diffusion layer.
As described above, in the source diffusion layer, the concentration of the second conductivity type impurity is 1.0E19 / cm 3 or less.

【0011】更に、請求項3記載の発明の不揮発性半導
体メモリ装置は、第1導電型の半導体基板と、前記半導
体基板の表面に形成された第2導電型のドレイン領域及
びソース領域と、前記半導体基板の表面において前記ド
レイン領域と前記ソース領域とに挟まれたチャネル領域
と、前記チャネル領域上に形成されたトンネル絶縁膜
と、前記トンネル絶縁膜を介して前記チャネル領域と対
向する浮遊ゲート電極と、前記浮遊ゲート電極の一部を
被覆する層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜を介して前記浮
遊ゲート電極と対向する制御ゲート電極とを有し、前記
ドレイン領域は、高濃度の第2導電型不純物のドレイン
拡散層が前記トンネル絶縁膜を介して前記浮遊ゲート電
極と対向して成り、前記ソース領域は、前記浮遊ゲート
電極と対向するソース拡散層より成り、前記トンネル絶
縁膜は、前記ソース拡散層の上方に位置する部位での膜
厚が、前記チャネル領域の上方に位置する部位での膜厚
よりも厚くなっており、前記制御ゲート電極及び前記ド
レイン領域に所定の電圧を印加して、前記浮遊ゲート電
極中の電子を前記ドレイン領域に引き抜くことによって
情報を記憶することを特徴とする。
Further, according to a third aspect of the present invention, in the nonvolatile semiconductor memory device, a semiconductor substrate of a first conductivity type; a drain region and a source region of a second conductivity type formed on a surface of the semiconductor substrate; A channel region sandwiched between the drain region and the source region on the surface of the semiconductor substrate; a tunnel insulating film formed on the channel region; and a floating gate electrode opposed to the channel region via the tunnel insulating film An interlayer insulating film that covers a part of the floating gate electrode; and a control gate electrode that faces the floating gate electrode with the interlayer insulating film interposed therebetween. A drain diffusion layer of a p-type impurity is opposed to the floating gate electrode via the tunnel insulating film, and the source region is a source opposed to the floating gate electrode. The tunnel insulating film has a film thickness at a portion located above the source diffusion layer is thicker than a film thickness at a portion located above the channel region; Information is stored by applying a predetermined voltage to the electrode and the drain region, and extracting electrons in the floating gate electrode to the drain region.

【0012】加えて、請求項4記載の発明の不揮発性半
導体メモリ装置の製造方法は、半導体基板上に、素子分
離領域と、第1導電型半導体層からなるメモリトランジ
スタ領域とを形成する工程と、前記メモリトランジスタ
のチャネル領域となる部位を覆うように、トンネル絶縁
膜、前記メモリトランジスタ毎に電気的に絶縁された浮
遊ゲート電極、層間絶縁膜、及び制御ゲート電極を積層
したスタック型ゲートを形成する工程と、前記メモリト
ランジスタのドレイン領域となる部位に、少なくとも1
種類の第2導電型不純物イオンを含む第1イオン注入を
行って、前記トンネル絶縁膜を介して前記浮遊ゲート電
極の一部と対向するように高濃度のドレイン拡散層を形
成する工程と、前記メモリトランジスタのソース領域と
なる部位に、少なくとも1種類の第2導電型不純物イオ
ンを含む第2イオン注入を行って、前記ドレイン拡散層
の濃度に比して低濃度のソース拡散層を形成する工程と
を含むことを特徴とする。
In addition, a method of manufacturing a non-volatile semiconductor memory device according to a fourth aspect of the present invention includes a step of forming an element isolation region and a memory transistor region comprising a first conductivity type semiconductor layer on a semiconductor substrate. Forming a stacked gate in which a tunnel insulating film, a floating gate electrode electrically insulated for each of the memory transistors, an interlayer insulating film, and a control gate electrode are stacked so as to cover a portion to be a channel region of the memory transistor; Performing at least one step in a portion to be a drain region of the memory transistor.
Performing a first ion implantation including a second type of impurity ions of a second conductivity type to form a high-concentration drain diffusion layer so as to face a part of the floating gate electrode via the tunnel insulating film; Forming a source diffusion layer having a concentration lower than that of the drain diffusion layer by performing a second ion implantation including at least one kind of second conductivity type impurity ions in a portion to be a source region of the memory transistor; And characterized in that:

【0013】また、請求項5記載の発明は、前記請求項
4記載の不揮発性半導体メモリ装置の製造方法におい
て、前記第1イオン注入は、注入量1.0E15/cm2以上の砒
素(As+)の注入と、注入量1.0E15/cm2以上の燐(P+)の注
入との2回注入であることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the fourth aspect, the first ion implantation is performed using an arsenic (As +) having an implantation amount of 1.0E15 / cm 2 or more. It is characterized by two injections of an injection and an injection of phosphorus (P +) at an injection amount of 1.0E15 / cm 2 or more.

【0014】更に、請求項6記載の発明は、前記請求項
4記載の不揮発性半導体メモリ装置の製造方法におい
て、前記第2イオン注入は、注入量1.0E15/cm2以下の燐
(P+)の注入であることを特徴とする。
Further, according to a sixth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the fourth aspect, the second ion implantation is performed by using a phosphorous having an implantation amount of 1.0E15 / cm 2 or less.
(P +) injection.

【0015】加えて、請求項7記載の発明の不揮発性半
導体メモリ装置の製造方法は、半導体基板上に、素子分
離領域と、第1導電型半導体層からなるメモリトランジ
スタ領域とを形成する工程と、前記メモリトランジスタ
のチャネル領域となる部位を覆うように、トンネル絶縁
膜、前記メモリトランジスタ毎に電気的に絶縁された浮
遊ゲート電極、層間絶縁膜、及び制御ゲート電極とを積
層した構造からなるスタック型ゲートを形成する工程
と、前記メモリトランジスタのドレイン領域となる部位
に、少なくとも1種類の第2導電型不純物イオンを含む
第1イオン注入を行って、前記トンネル絶縁膜を介して
前記浮遊ゲート電極の一部と対向するように高濃度のド
レイン拡散層を形成する工程と、前記メモリトランジス
タのソース領域となる部位に、少なくとも1種類の第2
導電型不純物イオンを含む第2イオン注入を行って、ソ
ース拡散層を形成する工程と、前記浮遊ゲート電極と前
記ソース拡散層が対向する領域において、前記トンネル
絶縁膜を厚くする工程とを含むことを特徴とする。
In addition, a method of manufacturing a non-volatile semiconductor memory device according to the present invention includes a step of forming an element isolation region and a memory transistor region comprising a first conductivity type semiconductor layer on a semiconductor substrate. A stack having a structure in which a tunnel insulating film, a floating gate electrode electrically insulated for each memory transistor, an interlayer insulating film, and a control gate electrode are stacked so as to cover a portion to be a channel region of the memory transistor. Forming a type gate, and performing a first ion implantation including at least one type of second conductivity type impurity ion in a portion to be a drain region of the memory transistor, and forming the floating gate electrode through the tunnel insulating film. Forming a high-concentration drain diffusion layer so as to face a part of the memory transistor; and forming a source region of the memory transistor. The site, at least one second
Forming a source diffusion layer by performing second ion implantation including conductive impurity ions; and increasing a thickness of the tunnel insulating film in a region where the floating gate electrode and the source diffusion layer face each other. It is characterized by.

【0016】また、請求項8記載の発明は、前記請求項
7記載の不揮発性半導体メモリ装置の製造方法におい
て、前記浮遊ゲート電極と前記ソース拡散層が対向する
領域において前記トンネル絶縁膜を厚くする工程は、80
0℃以上の熱酸化であることを特徴とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the seventh aspect, the tunnel insulating film is thickened in a region where the floating gate electrode and the source diffusion layer face each other. Process is 80
It is characterized by thermal oxidation at 0 ° C. or higher.

【0017】以上により、請求項1及び請求項4記載の
発明では、高濃度不純物のドレイン拡散層がトンネル絶
縁膜を介して浮遊ゲート電極と対向し、一方、低濃度不
純物のソース拡散層がトンネル絶縁膜を介して浮遊ゲー
ト電極と対向する。従って、メモリセルの書き込み動作
時には、FNトンネル電流によって浮遊ゲート電極中の
電子をドレイン領域に引き抜くために必要な電界が確保
される一方、ソース領域では低濃度不純物のソース拡散
層に空乏層が拡がることによってトンネル絶縁膜に高電
界が発生しないので、非選択メモリセルでは浮遊ゲート
電極からソース領域への電子の漏れが有効に抑制され
て、書き込みゲートディスターブ特性が効果的に改善さ
れる。
As described above, according to the first and fourth aspects of the present invention, the high concentration impurity drain diffusion layer is opposed to the floating gate electrode via the tunnel insulating film, while the low concentration impurity source diffusion layer is tunneling. It faces the floating gate electrode via the insulating film. Therefore, at the time of the write operation of the memory cell, an electric field necessary to extract electrons in the floating gate electrode to the drain region is secured by the FN tunnel current, while a depletion layer spreads in the source region of the low concentration impurity in the source region. As a result, a high electric field is not generated in the tunnel insulating film, so that in a non-selected memory cell, the leakage of electrons from the floating gate electrode to the source region is effectively suppressed, and the write gate disturb characteristic is effectively improved.

【0018】また、請求項2記載の発明では、ドレイン
拡散層の高不純物濃度が5.0E19/cm3以上であり、ソース
拡散層の低不純物濃度が1.0E19/cm3以下であるので、メ
モリセルの書き込み動作(FN電流による浮遊ゲート電
極5内の電子の引き抜き)に必要な高濃度のドレイン拡
散層が得られると共に、非選択メモリセルにおけるソー
ス領域への電子の漏れを抑制するに十分な低濃度のソー
ス拡散層が得られる。
According to the second aspect of the present invention, the high impurity concentration of the drain diffusion layer is 5.0E19 / cm 3 or more and the low impurity concentration of the source diffusion layer is 1.0E19 / cm 3 or less. , A high-concentration drain diffusion layer necessary for the writing operation (extraction of electrons in the floating gate electrode 5 by the FN current) is obtained, and the low-diffusion level is low enough to suppress the leakage of the electrons to the source region in the non-selected memory cells. A source diffusion layer having a high concentration is obtained.

【0019】更に、請求項3及び請求項7記載の発明で
は、高濃度不純物のドレイン拡散層がトンネル絶縁膜を
介して浮遊ゲート電極と対向し、一方、ソース領域は、
トンネル絶縁膜の膜厚が厚い部位を介して浮遊ゲート電
極と対向している。従って、メモリセルの書き込み動作
時には、FNトンネル電流によって浮遊ゲート電極中の
電子をドレイン領域に引き抜くために必要な電界が良好
に確保される。更に、ソース領域と浮遊ゲート電極とが
相対的に厚いトンネル絶縁膜で対向しているために、メ
モリセルの書き込み動作時には、ソース領域にはFNト
ンネル電流が流れるような高電界は発生しない。よっ
て、非選択メモリセルでは、ソース領域への電子の漏れ
が有効に抑制されて、書き込みゲートディスターブ特性
が改善される。また、ソース領域と浮遊ゲート電極との
間で十分な絶縁性が確保されるので、読み出しゲートデ
ィスターブやリテンションの点でメモリセルの信頼性が
向上する。
Further, according to the third and seventh aspects of the present invention, the high concentration impurity drain diffusion layer faces the floating gate electrode via the tunnel insulating film, while the source region is
The tunnel insulating film is opposed to the floating gate electrode through a thick portion. Therefore, at the time of the write operation of the memory cell, an electric field necessary for extracting electrons in the floating gate electrode to the drain region by the FN tunnel current is satisfactorily secured. Further, since the source region and the floating gate electrode are opposed to each other by the relatively thick tunnel insulating film, a high electric field such that an FN tunnel current flows in the source region does not occur in the write operation of the memory cell. Therefore, in the unselected memory cells, the leakage of electrons to the source region is effectively suppressed, and the write gate disturb characteristic is improved. In addition, since sufficient insulation between the source region and the floating gate electrode is ensured, the reliability of the memory cell is improved in terms of read gate disturbance and retention.

【0020】加えて、請求項5記載の発明では、第2導
電型不純物イオンを含む第1イオン注入によって高濃度
のドレイン拡散層を形成するに際して、前記第1イオン
注入を、注入量1.0E15/cm2以上の砒素(As+)の注入と、
注入量1.0E15/cm2以上の燐(P+)の注入との2回注入で構
成したので、メモリセルの書き込み動作に十分に高濃度
且つ高耐圧となるドレイン拡散層が得られる。
In addition, according to the fifth aspect of the present invention, when forming the high concentration drain diffusion layer by the first ion implantation including the second conductivity type impurity ions, the first ion implantation is performed at an implantation amount of 1.0E15 / implantation of arsenic (As +) over cm 2
Since the injection is performed twice with the implantation of phosphorus (P +) at an implantation amount of 1.0E15 / cm 2 or more, a drain diffusion layer having a sufficiently high concentration and a high withstand voltage for a memory cell write operation can be obtained.

【0021】また、請求項6記載の発明では、第2導電
型不純物イオンを含む第2イオン注入によって低濃度の
ソース拡散層を形成するに際して、前記第2イオン注入
を、注入量1.0E15/cm2以下の燐(P+)の注入で構成したの
で、注入量の低減によって、ソース近傍に発生するトン
ネル酸化膜中の注入欠陥が有効に低減される。
Further, in the invention according to claim 6, when the low concentration source diffusion layer is formed by the second ion implantation including the second conductivity type impurity ions, the second ion implantation is performed at an implantation amount of 1.0E15 / cm 2. Since the structure is formed by implantation of phosphorus (P +) of 2 or less, the implantation defect in the tunnel oxide film generated near the source can be effectively reduced by reducing the implantation amount.

【0022】更に、請求項8記載の発明では、浮遊ゲー
ト電極とソース拡散層とが対向する領域においてトンネ
ル絶縁膜を厚くする工程を、800℃以上の熱酸化によっ
て行ったので、ソース、ドレインのイオン注入等で発生
したトンネル酸化膜中の欠陥が前記800℃以上の熱酸化
によって効果的に消滅する。従って、読み出しゲートデ
ィスターブやリテンションの点でメモリセルの信頼性が
向上する。
Further, in the invention according to claim 8, the step of thickening the tunnel insulating film in the region where the floating gate electrode and the source diffusion layer face each other is performed by thermal oxidation at 800 ° C. or more. Defects in the tunnel oxide film generated by ion implantation or the like are effectively eliminated by the thermal oxidation at 800 ° C. or higher. Therefore, the reliability of the memory cell is improved in terms of read gate disturb and retention.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)以下、本発
明の第1の実施の形態について、図面を参照しながら説
明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0024】図1は本実施の形態の不揮発性半導体メモ
リ装置の断面構造図を示し、図2〜図6は本実施の形態
の不揮発性半導体メモリ装置の製造方法の工程断面図を
示す。図1〜図6において、1はp型シリコン基板(第
1導電型の半導体基板)、2は素子分離領域、3はp型
ウェル、10はn+型(第2導電型)のドレイン拡散層
であって、前記シリコン基板1の表面上にドレイン領域
として形成される。12はn-型(第2導電型)のソー
ス拡散層であって、前記シリコン基板1の表面上にソー
ス領域として形成される。
FIG. 1 is a sectional structural view of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment, and FIGS. 2 to 6 are sectional views showing steps in a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment. 1 to 6, reference numeral 1 denotes a p-type silicon substrate (a semiconductor substrate of the first conductivity type), 2 denotes an element isolation region, 3 denotes a p-type well, and 10 denotes an n + -type (second conductivity type) drain diffusion layer. And is formed as a drain region on the surface of the silicon substrate 1. Reference numeral 12 denotes an n − type (second conductivity type) source diffusion layer, which is formed as a source region on the surface of the silicon substrate 1.

【0025】また、4はトンネル酸化膜(トンネル絶縁
膜)であって、前記n+型ドレイン拡散層10とn-型の
ソース拡散層12とに挟まれたチャネル領域に形成され
る。5は前記トンネル酸化膜4の上に形成された浮遊ゲ
ート電極、6は前記浮遊ゲート電極5の上に形成された
ONO膜、7は前記ONO膜6の上に形成された制御ゲ
ート電極、8はスタック型ゲートであって、前記トンネ
ル酸化膜4、浮遊ゲート電極5、ONO膜6及び制御ゲ
ート電極7により構成される。9及び11はレジスト、
13はサイドウォール、14はn+型ソース・ドレイン
拡散層、15はBPSG膜、16はビット線である。
Reference numeral 4 denotes a tunnel oxide film (tunnel insulating film) which is formed in a channel region sandwiched between the n + type drain diffusion layer 10 and the n − type source diffusion layer 12. 5 is a floating gate electrode formed on the tunnel oxide film 4, 6 is an ONO film formed on the floating gate electrode 5, 7 is a control gate electrode formed on the ONO film 6, 8 Is a stack type gate, which comprises the tunnel oxide film 4, the floating gate electrode 5, the ONO film 6, and the control gate electrode 7. 9 and 11 are resists,
13 is a side wall, 14 is an n + type source / drain diffusion layer, 15 is a BPSG film, and 16 is a bit line.

【0026】次に、図1を参照しながら、本実施の形態
の不揮発性半導体メモリ装置を説明する。
Next, the nonvolatile semiconductor memory device of the present embodiment will be described with reference to FIG.

【0027】図1の不揮発性半導体メモリ装置は、n+
型ドレイン拡散層10とn-型ソース拡散層12とを有
する非対称な構造を有する。
The nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG.
It has an asymmetric structure having a drain diffusion layer 10 and an n − source diffusion layer 12.

【0028】書き込み動作は、選択メモリセルの制御ゲ
ート電極7(ワード線)に-8V、n+型ドレイン拡散層1
0(ビット線)に+6Vを印加して、トンネル酸化膜4に1
2MV/cm以上の高電界を発生させて浮遊ゲート電極5内の
電子をn+型ドレイン拡散層10に引き抜くことによっ
て行う。
The write operation is performed by applying the -8 V, n + -type drain diffusion layer 1 to the control gate electrode 7 (word line) of the selected memory cell.
When + 6V is applied to 0 (bit line), 1
This is performed by generating a high electric field of 2 MV / cm or more and extracting electrons in the floating gate electrode 5 to the n + -type drain diffusion layer 10.

【0029】同一ワード線に接続された非選択メモリセ
ルの場合には、制御ゲート電極7は-8V、n+型ドレイン
拡散層10及びn-型ソース拡散層12は0Vに設定され
る。n+型ドレイン拡散層10と浮遊ゲート電極5との
オーバーラップ領域では、トンネル酸化膜4に8MV/cm程
度の電界が発生して、FNトンネル電流が流れるが、n
-型ソース拡散層12と浮遊ゲート電極5とのオーバー
ラップ領域では、n-型ソース拡散層12表面が空乏化
するので、トンネル酸化膜4にはFNトンネル電流が流
れるような電界は発生しない。従って、非選択メモリセ
ルにおける浮遊ゲート電極5内の電子の引き抜き速度は
半減されるので、書き込みゲートディスターブを改善す
ることができる。
In the case of non-selected memory cells connected to the same word line, the control gate electrode 7 is set to -8V, and the n + type drain diffusion layer 10 and the n- type source diffusion layer 12 are set to 0V. In the overlap region between the n + type drain diffusion layer 10 and the floating gate electrode 5, an electric field of about 8 MV / cm is generated in the tunnel oxide film 4 and an FN tunnel current flows.
In the overlap region between the − type source diffusion layer 12 and the floating gate electrode 5, the surface of the n − type source diffusion layer 12 is depleted, so that no electric field is generated in the tunnel oxide film 4 such that an FN tunnel current flows. Therefore, the speed of extracting electrons from the floating gate electrode 5 in the unselected memory cell is reduced by half, so that the write gate disturb can be improved.

【0030】次に、図2〜図6を参照しながら、本実施
の形態の不揮発性半導体メモリ装置の製造方法を説明す
る。
Next, a method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

【0031】先ず、図2に示すように、p型シリコン基
板1上に素子分離領域2をLOCOS法(局所酸化法)
を用いて形成した後、ボロンイオン(B+、B++)を注入し
てp型ウェル3を形成する。
First, as shown in FIG. 2, an element isolation region 2 is formed on a p-type silicon substrate 1 by a LOCOS method (local oxidation method).
Then, boron ions (B +, B ++) are implanted to form a p-type well 3.

【0032】次に、p型ウェル3上面に、900℃の水蒸
気雰囲気中の熱酸化によるトンネル酸化膜4(膜厚9n
m)と、n型多結晶シリコン膜からなる浮遊ゲート電極
5(膜厚200nm)と、ONO膜6(シリコン酸化膜換算
で膜厚15nm)と、n型多結晶シリコン膜からなる制御ゲ
ート電極7(膜厚300nm)との積層構造であるスタック
型ゲート8を、フォトリソグラフィ工程とドライエッチ
ングを用いて、図3に示すようにパターニングする。こ
のとき、浮遊ゲート電極5は隣接するメモリセル間で電
気的に絶縁されるように予め分割されており、ONO膜
6は浮遊ゲート電極5を被覆するように形成され、制御
ゲート電極7はゲート方向に並んだメモリセルを直列接
続するワード線として配置されており、ONO膜6を介
してゲート方向に並んだ各浮遊ゲート電極5と容量結合
している(図示せず)。
Next, on the top surface of the p-type well 3, a tunnel oxide film 4 (thickness 9n) is formed by thermal oxidation in a steam atmosphere at 900 ° C.
m), a floating gate electrode 5 (200 nm thick) made of an n-type polycrystalline silicon film, an ONO film 6 (15 nm thick in terms of a silicon oxide film), and a control gate electrode 7 made of an n-type polycrystalline silicon film. The stack type gate 8 having a laminated structure (thickness: 300 nm) is patterned as shown in FIG. 3 by using a photolithography process and dry etching. At this time, the floating gate electrode 5 is divided in advance so as to be electrically insulated between adjacent memory cells, the ONO film 6 is formed so as to cover the floating gate electrode 5, and the control gate electrode 7 is It is arranged as a word line that connects memory cells arranged in the direction in series, and is capacitively coupled to each floating gate electrode 5 arranged in the gate direction via the ONO film 6 (not shown).

【0033】続いて、図4に示す通り、レジスト9をマ
スクに用いて、注入量2E15/cm2、注入エネルギー50keV
の砒素イオン(As+)と、注入量5E15/cm2、注入エネルギ
ー50keVの燐イオン(P+)との注入(第1イオン注入)を
順次施して、2回注入を行うことにより、トンネル酸化
膜4を介して浮遊ゲート電極5と対向するように、第2
導電型不純物濃度が5.0E19/cm3以上のn+型ドレイン拡
散層10を形成する。このとき、1E15/cm2以上の砒素イ
オンと燐イオンとを所定の注入エネルギーで注入するこ
とによって、メモリセルの書き込み動作(FN電流によ
る浮遊ゲート電極5内の電子の引き抜き)に必要な高濃
度且つ高耐圧なn+型ドレイン拡散層10が得られると
共に、十分なゲート・ドレインオーバーラップを確保す
ることができる。
Subsequently, as shown in FIG. 4, the resist 9 is used as a mask, the implantation amount is 2E15 / cm 2 , and the implantation energy is 50 keV.
Arsenic ions (As +) and phosphorus ions (P +) with an implantation amount of 5E15 / cm 2 and an implantation energy of 50 keV (first ion implantation) are sequentially performed, and the implantation is performed twice to thereby obtain the tunnel oxide film 4. The second gate is opposed to the floating gate electrode 5 via
An n + type drain diffusion layer 10 having a conductivity type impurity concentration of 5.0E19 / cm 3 or more is formed. At this time, arsenic ions and phosphorus ions of 1E15 / cm 2 or more are implanted at a predetermined implantation energy, so that a high concentration necessary for a memory cell write operation (extraction of electrons in the floating gate electrode 5 by FN current) is obtained. In addition, the n + -type drain diffusion layer 10 having a high breakdown voltage can be obtained, and a sufficient gate-drain overlap can be secured.

【0034】更に、図5に示す通り、レジスト11をマ
スクに用いて、注入量5E14/cm2、注入エネルギー20keV
の燐イオン(P+)を注入(第2イオン注入)して、前記n
+型ドレイン拡散層10に比してn型不純物が低濃度で
あってその不純物濃度が1.0E19/cm3以下のn-型ソース
拡散層12を形成する。このとき、ソース領域の燐イオ
ンの注入は、その注入量が比較的小さい(1E15/cm2
下)ので、トンネル酸化膜4に発生する注入欠陥は極め
て少なく、メモリセルの信頼性にほとんど影響しない。
Further, as shown in FIG. 5, using the resist 11 as a mask, the implantation amount is 5E14 / cm 2 and the implantation energy is 20 keV.
Of phosphorus ions (P +) (second ion implantation)
An n-type source diffusion layer 12 having an n-type impurity concentration lower than that of the + -type drain diffusion layer 10 and an impurity concentration of 1.0E19 / cm 3 or less is formed. At this time, since the implantation amount of phosphorus ions in the source region is relatively small (1E15 / cm 2 or less), the number of implantation defects generated in the tunnel oxide film 4 is extremely small, and does not substantially affect the reliability of the memory cell. .

【0035】続いて、サイドウォール13形成後に、寄
生抵抗低減のために砒素イオン(As+)注入によってn+型
ソース・ドレイン拡散層14を形成し、常圧CVD法を
用いてBPSG膜15を堆積し、図6に示すように、ビ
ット線16等の配線によって素子間の電気的接続を行
う。
Subsequently, after the formation of the sidewalls 13, an n + type source / drain diffusion layer 14 is formed by arsenic ion (As +) implantation to reduce parasitic resistance, and a BPSG film 15 is deposited by normal pressure CVD. Then, as shown in FIG. 6, electrical connection between elements is made by wiring such as the bit line 16.

【0036】(第2の実施の形態)以下、本発明の第2
の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment) Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described.
An embodiment will be described with reference to the drawings.

【0037】図7は本実施の形態の不揮発性半導体メモ
リ装置の断面構造図、図8〜図10は本実施の形態の不
揮発性半導体メモリ装置の製造方法の工程断面図を示
す。
FIG. 7 is a sectional structural view of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment, and FIGS. 8 to 10 are sectional views showing steps of a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment.

【0038】図7〜図13において、1はp型シリコン
基板、2は素子分離領域、3はp型ウェル、4はトンネ
ル酸化膜、5は浮遊ゲート電極、6はONO膜、7は制
御ゲート電極、8はスタック型ゲート、9はレジスト、
10はn+型ドレイン拡散層、11はレジスト、12は
n型ソース拡散層、13はサイドウォール、14はn+
型ソース・ドレイン拡散層、15はBPSG膜、16は
ビット線、17はゲートバーズビークである。
7 to 13, 1 is a p-type silicon substrate, 2 is an element isolation region, 3 is a p-type well, 4 is a tunnel oxide film, 5 is a floating gate electrode, 6 is an ONO film, 7 is a control gate. Electrode, 8 is a stacked gate, 9 is resist,
10 is an n + -type drain diffusion layer, 11 is a resist, 12 is an n-type source diffusion layer, 13 is a side wall, and 14 is n +
Reference numeral 15 denotes a BPSG film, 16 denotes a bit line, and 17 denotes a gate bird's beak.

【0039】次に、図7を参照しながら、本実施の形態
の不揮発性半導体メモリ装置を説明する。
Next, a nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

【0040】図7の不揮発性半導体メモリ装置は、n+
型ドレイン拡散層10とn型ソース拡散層12とを有す
る非対称な構造を有する。また、ゲートバーズビーク1
7によってトンネル酸化膜4の端部が厚膜化されてい
る。n+型ドレイン拡散層10と浮遊ゲート電極5との
オーバーラップ領域は、n+型ドレイン拡散層10がゲ
ートバーズビーク17よりも延びてトンネル酸化膜4と
オーバーラップしているが、n型ソース拡散層12と浮
遊ゲート電極5とのオーバーラップ領域は、ゲートバー
ズビーク17の延びている領域内に制限されている。
The nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG.
It has an asymmetric structure having a drain diffusion layer 10 and an n-type source diffusion layer 12. Also, Gate Birds Beak 1
7, the end of the tunnel oxide film 4 is made thicker. In the overlap region between the n + -type drain diffusion layer 10 and the floating gate electrode 5, the n + -type drain diffusion layer 10 extends beyond the gate bird's beak 17 and overlaps with the tunnel oxide film 4. The overlap region between the diffusion layer 12 and the floating gate electrode 5 is limited to the region where the gate bird's beak 17 extends.

【0041】書き込みメモリセルと同一ワード線に接続
された非選択メモリセルにおいて、n+型ドレイン拡散
層10と浮遊ゲート電極5とのオーバーラップ領域で
は、トンネル酸化膜4に8MV/cm程度の電界が発生して、
FNトンネル電流が流れるが、n型ソース拡散層12と
浮遊ゲート電極5とのオーバーラップ領域がゲートバー
ズビーク17によって厚膜化しているので、FNトンネ
ル電流が流れるような電界は発生しない。従って、非選
択メモリセルにおける浮遊ゲート電極5内の電子の引き
抜き速度は半減されるので、書き込みゲートディスター
ブを改善することができる。
In an unselected memory cell connected to the same word line as the write memory cell, an electric field of about 8 MV / cm is applied to the tunnel oxide film 4 in the overlap region between the n + type drain diffusion layer 10 and the floating gate electrode 5. Occurs,
Although the FN tunnel current flows, an electric field that causes the FN tunnel current to flow does not occur because the overlap region between the n-type source diffusion layer 12 and the floating gate electrode 5 is thickened by the gate bird's beak 17. Therefore, the speed of extracting electrons from the floating gate electrode 5 in the unselected memory cell is reduced by half, so that the write gate disturb can be improved.

【0042】次に、図8〜図13を参照しながら、本実
施の形態の不揮発性半導体メモリ装置の製造方法を説明
する。
Next, a method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

【0043】先ず、図8に示すように、p型シリコン基
板1上に素子分離領域2をLOCOS法(局所酸化法)
を用いて形成すると共に、この素子分離領域2によって
2つの素子分離領域2に挟まれるメモリトランジスタ領
域を形成した後、ボロンイオン(B+,B++)を注入してp型
ウェル3を形成する。
First, as shown in FIG. 8, an element isolation region 2 is formed on a p-type silicon substrate 1 by a LOCOS method (local oxidation method).
After forming a memory transistor region sandwiched between the two element isolation regions 2 by the element isolation region 2, boron ions (B +, B ++) are implanted to form a p-type well 3.

【0044】次に、p型ウェル3上面に、900℃の水蒸
気雰囲気中の熱酸化によるトンネル酸化膜4(膜厚9n
m)と、n型多結晶シリコン膜からなる浮遊ゲート電極
5(膜厚200nm)と、ONO膜6(シリコン酸化膜換算
で膜厚15nm)と、n型多結晶シリコン膜からなる制御ゲ
ート電極7(膜厚300nm)との積層構造であるスタック
型ゲート8を、フォトリソグラフィ工程とドライエッチ
ングを用いて図9のようにパターニングする。このと
き、浮遊ゲート電極5は隣接するメモリセル間で電気的
に絶縁されるように予め分割されており、ONO膜6は
浮遊ゲート電極5を被覆するように形成され、制御ゲー
ト電極7はゲート方向に並んだメモリセルを直列接続す
るワード線として配置されており、ONO膜6を介して
ゲート方向に並んだ各浮遊ゲート電極5と容量結合して
いる(図示せず)。
Next, a tunnel oxide film 4 (9 nm thick) is formed on the upper surface of the p-type well 3 by thermal oxidation in a steam atmosphere at 900 ° C.
m), a floating gate electrode 5 (200 nm thick) made of an n-type polycrystalline silicon film, an ONO film 6 (15 nm thick in terms of a silicon oxide film), and a control gate electrode 7 made of an n-type polycrystalline silicon film. The stack type gate 8 having a laminated structure (thickness: 300 nm) is patterned as shown in FIG. 9 by using a photolithography process and dry etching. At this time, the floating gate electrode 5 is divided in advance so as to be electrically insulated between adjacent memory cells, the ONO film 6 is formed so as to cover the floating gate electrode 5, and the control gate electrode 7 is It is arranged as a word line that connects memory cells arranged in the direction in series, and is capacitively coupled to each floating gate electrode 5 arranged in the gate direction via the ONO film 6 (not shown).

【0045】続いて、図10に示すように、レジスト9
をマスクに用いて、注入量2E15/cm2、注入エネルギー50
keVの砒素イオン(As+)と、注入量5E15/cm2、注入エネル
ギー50keVの燐イオン(P+)とを順次施して、トンネル酸
化膜4を介して浮遊ゲート電極5と対向するようにn+
型ドレイン拡散層10を形成する。このとき、1E15/cm 2
以上の砒素イオンと燐イオンとを所定の注入エネルギー
で注入することによって、メモリセルの書き込み動作
(FN電流による浮遊ゲート電極5内の電子の引き抜
き)に必要な高濃度且つ高耐圧なn+型ドレイン拡散層
が得られると共に、十分なゲート・ドレインオーバーラ
ップを確保することができる。
Subsequently, as shown in FIG.
Using as a mask, the injection amount 2E15 / cmTwo, Injection energy 50
Arsenic ion (As +) with keV and implantation dose 5E15 / cmTwo, Injection energy
50 keV phosphorus ions (P +)
N + so as to face floating gate electrode 5 with oxide film 4 interposed therebetween.
The drain diffusion layer 10 is formed. At this time, 1E15 / cm Two
The above arsenic ions and phosphorus ions are implanted at a predetermined implantation energy.
The write operation of the memory cell
(Extraction of electrons in floating gate electrode 5 by FN current
N + type drain diffusion layer with high concentration and high breakdown voltage required for
And sufficient gate-drain overlap
Can be secured.

【0046】更に、図11に示すように、レジスト11
をマスクに用いて、注入量1E15/cm2、注入エネルギー20
keVの燐イオン(P+)を施して、n型ソース拡散層12を
形成する。このとき、ソース領域の注入量は1E14/cm2
1E15/cm2程度が適当であるが、注入量が大きい方がソー
ス拡散層の寄生抵抗を低下させることができる。
Further, as shown in FIG.
Is used as a mask, the implantation amount is 1E15 / cm 2 , and the implantation energy is 20.
The n-type source diffusion layer 12 is formed by applying phosphorus ions (P +) of keV. At this time, the implantation amount of the source region is 1E14 / cm 2 ~
Although about 1E15 / cm 2 is appropriate, the larger the injection amount, the lower the parasitic resistance of the source diffusion layer.

【0047】続いて、800℃以上の温度例えば900℃、20
分の熱酸化(特に、ドライ酸化)を施すことによって、
図12に示すように、トンネル酸化膜4の端部にゲート
バーズビーク17を形成して、トンネル酸化膜4の端部
を厚くする。このとき、n+型ドレイン拡散層10と浮
遊ゲート電極5とのオーバーラップ領域は、ゲートバー
ズビーク17よりも延びてトンネル酸化膜4との容量結
合が確保される。また、n型ソース拡散層12は浅く形
成されているので、浮遊ゲート電極5とのオーバーラッ
プ領域はゲートバーズビーク17で占められる。更に、
900℃、20分のドライ酸化は、イオン注入等によって発
生したトンネル酸化膜4中の欠陥を消滅させるので、メ
モリセルの信頼性を向上させる効果を有する。その後、
サイドウォール13を形成する。
Subsequently, a temperature of 800 ° C. or more, for example, 900 ° C., 20 ° C.
Thermal oxidation (particularly dry oxidation)
As shown in FIG. 12, a gate bird's beak 17 is formed at the end of the tunnel oxide film 4 to make the end of the tunnel oxide film 4 thicker. At this time, the overlap region between the n + -type drain diffusion layer 10 and the floating gate electrode 5 extends beyond the gate bird's beak 17 to ensure capacitive coupling with the tunnel oxide film 4. Further, since the n-type source diffusion layer 12 is formed shallowly, an overlap region with the floating gate electrode 5 is occupied by the gate bird's beak 17. Furthermore,
Dry oxidation at 900 ° C. for 20 minutes eliminates defects in the tunnel oxide film 4 generated by ion implantation or the like, and thus has the effect of improving the reliability of the memory cell. afterwards,
The side wall 13 is formed.

【0048】そして、図13に示すように、寄生抵抗低
減のため砒素イオン(As+)注入によってn+型ソース・ド
レイン拡散層14を形成し、常圧CVD法を用いてBP
SG膜15を堆積し、ビット線16等の配線によって素
子間の電気的接続を行う。
Then, as shown in FIG. 13, an n + type source / drain diffusion layer 14 is formed by arsenic ion (As +) implantation to reduce parasitic resistance.
An SG film 15 is deposited, and electrical connection between elements is performed by wiring such as a bit line 16.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1、請求項
2、請求項4及び請求項5記載の発明によれば、ドレイ
ン拡散層を高濃度不純物で形成し、ソース拡散層を低濃
度不純物で形成したので、メモリセルの書き込み動作時
には、浮遊ゲート電極中の電子をドレイン領域に引き抜
くために必要な電界を良好に確保しながら、ソース領域
ではトンネル絶縁膜に高電界を発生させないようにし
て、非選択メモリセルでの浮遊ゲート電極からソース領
域への電子の漏れを有効に抑制でき、書き込みゲートデ
ィスターブ特性を効果的に改善できる効果を奏する。
As described above, according to the first, second, fourth and fifth aspects of the present invention, the drain diffusion layer is formed with high concentration impurities, and the source diffusion layer is formed with low concentration. Since it is formed with impurities, during the write operation of the memory cell, it is necessary to ensure that the electric field necessary to extract the electrons in the floating gate electrode to the drain region is good and that a high electric field is not generated in the tunnel insulating film in the source region. Therefore, it is possible to effectively suppress the leakage of electrons from the floating gate electrode to the source region in the unselected memory cells, and to effectively improve the write gate disturb characteristic.

【0050】また、請求項3及び請求項7記載の発明に
よれば、ドレイン拡散層を高濃度不純物で形成し、ソー
ス領域は、トンネル絶縁膜の膜厚が厚い部位を介して浮
遊ゲート電極と対向させたので、メモリセルの書き込み
動作時には、浮遊ゲート電極中の電子をドレイン領域に
引き抜くために必要な電界を良好に確保しながら、ソー
ス領域ではFNトンネル電流が流れるような高電界は発
生させないようにして、非選択メモリセルでのソース領
域への電子の漏れを有効に抑制でき、書き込みゲートデ
ィスターブ特性を改善できる。また、ソース領域と浮遊
ゲート電極との間をトンネル絶縁膜の厚い膜厚で十分に
絶縁したので、読み出しゲートディスターブやリテンシ
ョンの点でメモリセルの信頼性を向上させることができ
る。
According to the third and seventh aspects of the present invention, the drain diffusion layer is formed of high-concentration impurities, and the source region is connected to the floating gate electrode via a portion where the thickness of the tunnel insulating film is large. Since they are opposed to each other, at the time of a write operation of the memory cell, a high electric field such as an FN tunnel current flows in the source region is not generated in the source region, while ensuring an electric field necessary for extracting electrons in the floating gate electrode to the drain region. In this manner, the leakage of electrons to the source region in the unselected memory cells can be effectively suppressed, and the write gate disturb characteristics can be improved. Further, since the tunnel insulating film is sufficiently insulated between the source region and the floating gate electrode with a large thickness of the tunnel insulating film, the reliability of the memory cell can be improved in terms of read gate disturbance and retention.

【0051】更に、請求項6記載の発明によれば、低濃
度のソース拡散層を形成するについて、イオン注入量が
少ないので、ソース近傍に発生するトンネル酸化膜中の
注入による欠陥を有効に低減できる。
Further, according to the invention of claim 6, when forming a low concentration source diffusion layer, since the amount of ion implantation is small, defects due to implantation in the tunnel oxide film generated near the source are effectively reduced. it can.

【0052】加えて、請求項8記載の発明によれば、浮
遊ゲート電極とソース拡散層とが対向する領域において
トンネル絶縁膜を厚くする工程を、800℃以上の熱酸化
によって行ったので、ソース、ドレインのイオン注入等
で発生したトンネル酸化膜中の欠陥を前記800℃以上の
熱酸化によって効果的に消滅させることができる。従っ
て、読み出しゲートディスターブやリテンションの点で
メモリセルの信頼性を向上させることができる。
In addition, according to the present invention, the step of thickening the tunnel insulating film in the region where the floating gate electrode and the source diffusion layer face each other is performed by thermal oxidation at 800 ° C. or more. In addition, defects in the tunnel oxide film generated by ion implantation of the drain and the like can be effectively eliminated by the thermal oxidation at 800 ° C. or higher. Therefore, the reliability of the memory cell can be improved in terms of read gate disturb and retention.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態における不揮発性半
導体メモリ装置の断面構造図である。
FIG. 1 is a sectional structural view of a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】同不揮発性半導体メモリ装置の製造方法の工程
を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing steps of a method for manufacturing the same nonvolatile semiconductor memory device.

【図3】同不揮発性半導体メモリ装置の製造方法の工程
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing steps of a method for manufacturing the same nonvolatile semiconductor memory device.

【図4】同不揮発性半導体メモリ装置の製造方法の工程
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a step of a method for manufacturing the same nonvolatile semiconductor memory device.

【図5】同不揮発性半導体メモリ装置の製造方法の工程
を示す図である。
FIG. 5 is a view showing a step of a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device.

【図6】同不揮発性半導体メモリ装置の製造方法の工程
を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a step of a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device.

【図7】本発明の第2の実施の形態における不揮発性半
導体メモリ装置の断面構造図である。
FIG. 7 is a sectional structural view of a nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention.

【図8】同不揮発性半導体メモリ装置の製造方法の工程
を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a step of a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device.

【図9】同不揮発性半導体メモリ装置の製造方法の工程
を示す図である。
FIG. 9 is a view showing a step of a method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device.

【図10】同不揮発性半導体メモリ装置の製造方法の工
程を示す図である。
FIG. 10 is a view showing a step of a method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device.

【図11】同不揮発性半導体メモリ装置の製造方法の工
程を示す図である。
FIG. 11 is a view showing a step of a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device.

【図12】同不揮発性半導体メモリ装置の製造方法の工
程を示す図である。
FIG. 12 is a view showing a step of a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device.

【図13】同不揮発性半導体メモリ装置の製造方法の工
程を示す図である。
FIG. 13 is a view showing a step of a method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device.

【図14】従来のFN書き込み/FN消去フラッシュメ
モリの断面構造図である。
FIG. 14 is a sectional structural view of a conventional FN write / FN erase flash memory.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p型シリコン基板 2 素子分離領域 3 p型ウェル 4 トンネル酸化膜(トンネル絶縁膜) 5 浮遊ゲート電極 6 ONO膜 7 制御ゲート電極 8 スタック型ゲート 9 レジスト 10 n+型ドレイン拡散層 11 レジスト 12 n-型ソース拡散層 13 サイドウォール 14 n+型ソース・ドレイン拡散層 15 BPSG膜 16 ビット線 17 ゲートバーズビーグ 19 n+型ソース・ドレイン拡散層 REFERENCE SIGNS LIST 1 p-type silicon substrate 2 element isolation region 3 p-type well 4 tunnel oxide film (tunnel insulating film) 5 floating gate electrode 6 ONO film 7 control gate electrode 8 stacked gate 9 resist 10 n + -type drain diffusion layer 11 resist 12 n -Type source diffusion layer 13 sidewall 14 n + type source / drain diffusion layer 15 BPSG film 16 bit line 17 gate bird's beak 19 n + type source / drain diffusion layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F001 AA21 AA43 AB08 AD15 AD16 AD17 AD61 AE02 AG02 AG12 5F083 EP03 EP23 EP48 EP55 EP62 EP63 EP67 EP68 ER22 GA12 JA04 PR12 PR36 5F101 BA03 BB05 BD05 BD06 BD07 BD36 BE05 BH03 BH09  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F001 AA21 AA43 AB08 AD15 AD16 AD17 AD61 AE02 AG02 AG12 5F083 EP03 EP23 EP48 EP55 EP62 EP63 EP67 EP68 ER22 GA12 JA04 PR12 PR36 5F101 BA03 BB05 BD05 BD06 BD07 BD36 BE05 BH03 BH09

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型の半導体基板と、前記半導体
基板の表面に形成された第2導電型のドレイン領域及び
ソース領域と、前記半導体基板の表面において前記ドレ
イン領域と前記ソース領域とに挟まれたチャネル領域
と、前記チャネル領域上に形成されたトンネル絶縁膜
と、前記トンネル絶縁膜を介して前記チャネル領域と対
向する浮遊ゲート電極と、前記浮遊ゲート電極の一部を
被覆する層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜を介して前記浮
遊ゲート電極と対向する制御ゲート電極とを有し、 前記ドレイン領域は、高濃度の第2導電型不純物のドレ
イン拡散層が前記トンネル絶縁膜を介して前記浮遊ゲー
ト電極と対向して成り、 前記ソース領域は、前記ドレイン拡散層に比して低濃度
の第2導電型不純物のソース拡散層が前記トンネル絶縁
膜を介して前記浮遊ゲート電極と対向して成っており、 前記制御ゲート電極及び前記ドレイン領域に各々所定の
電圧を印加して、前記浮遊ゲート電極中の電子を前記ド
レイン領域に引き抜くことによって情報を記憶すること
を特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。
1. A semiconductor substrate of a first conductivity type, a drain region and a source region of a second conductivity type formed on a surface of the semiconductor substrate, and the drain region and the source region on a surface of the semiconductor substrate. A sandwiched channel region, a tunnel insulating film formed on the channel region, a floating gate electrode facing the channel region via the tunnel insulating film, and an interlayer insulating film covering a part of the floating gate electrode. And a control gate electrode opposed to the floating gate electrode with the interlayer insulating film interposed therebetween, wherein the drain region has a high-concentration second-conductivity-type impurity drain diffusion layer with the tunnel insulating film interposed therebetween. The source region includes a source diffusion layer of a second conductivity type impurity having a lower concentration than that of the drain diffusion layer. Information is stored by applying a predetermined voltage to each of the control gate electrode and the drain region to extract electrons in the floating gate electrode to the drain region. A non-volatile semiconductor memory device.
【請求項2】 前記ドレイン拡散層では、第2導電型不
純物の濃度が5.0E19/cm3以上であり、 前記ソース拡散層では、第2導電型不純物の濃度が1.0E
19/cm3以下であることを特徴とする請求項1記載の不揮
発性半導体メモリ装置。
2. In the drain diffusion layer, the concentration of the second conductivity type impurity is 5.0E19 / cm 3 or more, and in the source diffusion layer, the concentration of the second conductivity type impurity is 1.0E19 / cm 3.
2. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the density is 19 / cm 3 or less.
【請求項3】 第1導電型の半導体基板と、前記半導体
基板の表面に形成された第2導電型のドレイン領域及び
ソース領域と、前記半導体基板の表面において前記ドレ
イン領域と前記ソース領域とに挟まれたチャネル領域
と、前記チャネル領域上に形成されたトンネル絶縁膜
と、前記トンネル絶縁膜を介して前記チャネル領域と対
向する浮遊ゲート電極と、前記浮遊ゲート電極の一部を
被覆する層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜を介して前記浮
遊ゲート電極と対向する制御ゲート電極とを有し、 前記ドレイン領域は、高濃度の第2導電型不純物のドレ
イン拡散層が前記トンネル絶縁膜を介して前記浮遊ゲー
ト電極と対向して成り、 前記ソース領域は、前記浮遊ゲート電極と対向するソー
ス拡散層より成り、 前記トンネル絶縁膜は、前記ソース拡散層の上方に位置
する部位での膜厚が、前記チャネル領域の上方に位置す
る部位での膜厚よりも厚くなっており、 前記制御ゲート電極及び前記ドレイン領域に所定の電圧
を印加して、前記浮遊ゲート電極中の電子を前記ドレイ
ン領域に引き抜くことによって情報を記憶することを特
徴とする不揮発性半導体メモリ装置。
3. A semiconductor substrate of a first conductivity type, a drain region and a source region of a second conductivity type formed on a surface of the semiconductor substrate, and the drain region and the source region on a surface of the semiconductor substrate. A sandwiched channel region, a tunnel insulating film formed on the channel region, a floating gate electrode facing the channel region via the tunnel insulating film, and an interlayer insulating film covering a part of the floating gate electrode. And a control gate electrode opposed to the floating gate electrode with the interlayer insulating film interposed therebetween, wherein the drain region has a high-concentration second-conductivity-type impurity drain diffusion layer with the tunnel insulating film interposed therebetween. The source region includes a source diffusion layer facing the floating gate electrode; and the tunnel insulating film includes the source diffusion layer. A film thickness at a portion located above the diffusion layer is thicker than a film thickness at a portion located above the channel region, and a predetermined voltage is applied to the control gate electrode and the drain region. And storing information by extracting electrons in the floating gate electrode to the drain region.
【請求項4】 半導体基板上に、素子分離領域と、第1
導電型半導体層からなるメモリトランジスタ領域とを形
成する工程と、 前記メモリトランジスタのチャネル領域となる部位を覆
うように、トンネル絶縁膜、前記メモリトランジスタ毎
に電気的に絶縁された浮遊ゲート電極、層間絶縁膜、及
び制御ゲート電極を積層したスタック型ゲートを形成す
る工程と、 前記メモリトランジスタのドレイン領域となる部位に、
少なくとも1種類の第2導電型不純物イオンを含む第1
イオン注入を行って、前記トンネル絶縁膜を介して前記
浮遊ゲート電極の一部と対向するように高濃度のドレイ
ン拡散層を形成する工程と、 前記メモリトランジスタのソース領域となる部位に、少
なくとも1種類の第2導電型不純物イオンを含む第2イ
オン注入を行って、前記ドレイン拡散層の濃度に比して
低濃度のソース拡散層を形成する工程とを含むことを特
徴とする不揮発性半導体メモリ装置の製造方法。
4. An element isolation region on a semiconductor substrate;
Forming a memory transistor region made of a conductive semiconductor layer; and a tunnel insulating film, a floating gate electrode electrically insulated for each memory transistor, and an interlayer, so as to cover a portion to be a channel region of the memory transistor. Forming a stacked gate in which an insulating film and a control gate electrode are stacked; and
First containing at least one kind of second conductivity type impurity ions
Performing ion implantation to form a high-concentration drain diffusion layer so as to face a part of the floating gate electrode via the tunnel insulating film; and forming at least one part in a portion serving as a source region of the memory transistor. Forming a source diffusion layer having a concentration lower than that of the drain diffusion layer by performing a second ion implantation including a second type of impurity ions of the second conductivity type. Device manufacturing method.
【請求項5】 前記第1イオン注入は、 注入量1.0E15/cm2以上の砒素(As+)の注入と、注入量1.0
E15/cm2以上の燐(P+)の注入との2回注入であることを
特徴とする請求項4記載の不揮発性半導体メモリ装置の
製造方法。
5. The method according to claim 5, wherein the first ion implantation is performed by implanting arsenic (As +) at an implantation amount of 1.0E15 / cm 2 or more,
5. The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 4, wherein the implantation is performed twice with phosphorus (P +) implantation of E15 / cm 2 or more.
【請求項6】 前記第2イオン注入は、 注入量1.0E15/cm2以下の燐(P+)の注入であることを特徴
とする請求項4記載の不揮発性半導体メモリ装置の製造
方法。
6. The method according to claim 4, wherein the second ion implantation is an implantation of phosphorus (P +) at an implantation amount of 1.0E15 / cm 2 or less.
【請求項7】 半導体基板上に、素子分離領域と、第1
導電型半導体層からなるメモリトランジスタ領域とを形
成する工程と、 前記メモリトランジスタのチャネル領域となる部位を覆
うように、トンネル絶縁膜、前記メモリトランジスタ毎
に電気的に絶縁された浮遊ゲート電極、層間絶縁膜、及
び制御ゲート電極とを積層した構造からなるスタック型
ゲートを形成する工程と、 前記メモリトランジスタのドレイン領域となる部位に、
少なくとも1種類の第2導電型不純物イオンを含む第1
イオン注入を行って、前記トンネル絶縁膜を介して前記
浮遊ゲート電極の一部と対向するように高濃度のドレイ
ン拡散層を形成する工程と、 前記メモリトランジスタのソース領域となる部位に、少
なくとも1種類の第2導電型不純物イオンを含む第2イ
オン注入を行って、ソース拡散層を形成する工程と、 前記浮遊ゲート電極と前記ソース拡散層が対向する領域
において、前記トンネル絶縁膜を厚くする工程とを含む
ことを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置の製造方
法。
7. An element isolation region on a semiconductor substrate;
Forming a memory transistor region made of a conductive semiconductor layer; and a tunnel insulating film, a floating gate electrode electrically insulated for each memory transistor, and an interlayer, so as to cover a portion to be a channel region of the memory transistor. Forming a stacked gate having a structure in which an insulating film and a control gate electrode are stacked; and
First containing at least one kind of second conductivity type impurity ions
Performing ion implantation to form a high-concentration drain diffusion layer so as to face a part of the floating gate electrode via the tunnel insulating film; and forming at least one part in a portion serving as a source region of the memory transistor. A step of forming a source diffusion layer by performing a second ion implantation including a type of second conductivity type impurity ions; and a step of thickening the tunnel insulating film in a region where the floating gate electrode and the source diffusion layer face each other. And a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device.
【請求項8】 前記浮遊ゲート電極と前記ソース拡散層
が対向する領域において前記トンネル絶縁膜を厚くする
工程は、 800℃以上の熱酸化であ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装置の製造方法。
8. The non-volatile semiconductor device according to claim 7, wherein the step of thickening the tunnel insulating film in a region where the floating gate electrode and the source diffusion layer face each other is thermal oxidation at 800 ° C. or more. A method for manufacturing a memory device.
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JP2000150684A (en) * 1998-11-13 2000-05-30 Samsung Electronics Co Ltd Nonvolatile memory device and its manufacture
US7821057B2 (en) 2006-07-03 2010-10-26 Kabushiki Kaisha Toshiba Nonvolatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof

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