JP2002158299A - Semiconductor storage device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor storage device and manufacturing method thereof

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JP2002158299A
JP2002158299A JP2000351613A JP2000351613A JP2002158299A JP 2002158299 A JP2002158299 A JP 2002158299A JP 2000351613 A JP2000351613 A JP 2000351613A JP 2000351613 A JP2000351613 A JP 2000351613A JP 2002158299 A JP2002158299 A JP 2002158299A
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JP
Japan
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gate
insulating film
floating gate
substrate
memory device
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Application number
JP2000351613A
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Japanese (ja)
Inventor
Takamitsu Ishihara
貴光 石原
Kazuya Matsuzawa
一也 松澤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress drop in a current drive power which follows drop in the diffusion layer concentration in a micro flush memory for improved breakdown strength and driving power while preventing writing error. SOLUTION: A floating gate 22 is formed on a p-type silicon substrate 10 through a first gate insulating film 21, on which a control gate 24 is formed through a second gate insulating film 23. An n-type source region 15 and a drain region 16 are formed on the substrate 10 with a gate part in between. The formation parts of the floating gate 22 and control fate 24 are lower than the substrate surface.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、フローティングゲ
ート(浮遊ゲート)とコントロールゲート(制御ゲー
ト)を積層した二層ゲート構造を有し、電気的に書き換
え及び消去が可能な不揮発性の半導体記憶装置及びその
製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device having a two-layer gate structure in which a floating gate (floating gate) and a control gate (control gate) are stacked, and which can be electrically rewritten and erased. And its manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、デジタルカメラを初めとする記録
媒体や携帯電話を初めとする携帯オーディオ機器市場の
急激な拡大に伴い、フラッシュメモリの需要は急激に拡
大しつつある。現在、これら機器の小型化,軽量化,高
機能化の要求が益々厳しくなっており、それに伴いフラ
ッシュメモリの微細化,高集積化,低電源電圧化,信頼
性の向上が益々要求されるようになっている。なかで
も、NAND型フラッシュメモリは、その高速性,高集
積化の容易性のために、需要が急激に伸びている。
2. Description of the Related Art In recent years, demand for flash memories has been rapidly expanding with the rapid expansion of the market for recording media such as digital cameras and portable audio equipment such as mobile phones. At present, the demands for smaller, lighter, and more sophisticated devices are becoming more and more strict, and accordingly, the finerness, higher integration, lower power supply voltage, and higher reliability of flash memories are increasingly required. It has become. Above all, the demand for the NAND flash memory is rapidly increasing due to its high speed and easy integration.

【0003】NAND型フラッシュメモリにおいては、
通常のMOSトランジスタの場合に比べて電源電圧が高
いので、信頼性の向上が不可欠である。例えば、待機時
における誤書き込みの抑制や選択ゲートトランジスタに
おける耐圧の向上がフラッシュメモリの信頼性の観点か
ら重要である。
In a NAND flash memory,
Since the power supply voltage is higher than that of a normal MOS transistor, improvement in reliability is indispensable. For example, it is important from the viewpoint of the reliability of the flash memory to suppress erroneous writing during standby and to improve the breakdown voltage of the select gate transistor.

【0004】信頼性向上のための方策として、ソース・
ドレイン拡散層濃度を低くすることが行われている。ソ
ース・ドレイン拡散層濃度を低下させることは、拡散層
抵抗の増大のため、ドレイン電流駆動力の低下をもたら
す。しかし、微細フラッシュメモリにおいては、多少の
ドレイン電流駆動力の低下があっても、耐圧向上,誤書
き込み抑制の方が全般的なデバイス特性の向上をもたら
す。このため、ソース・ドレイン拡散層濃度を低下させ
ることが現在のところ最も有効な手段の一つである。
As a measure for improving reliability, a source
It has been practiced to lower the concentration of the drain diffusion layer. Decreasing the source / drain diffusion layer concentration causes a decrease in drain current driving force due to an increase in diffusion layer resistance. However, in the fine flash memory, even if the drain current driving force is slightly reduced, the improvement in the withstand voltage and the suppression of the erroneous writing result in the improvement of the overall device characteristics. For this reason, reducing the source / drain diffusion layer concentration is one of the most effective means at present.

【0005】ところで、拡散層濃度の著しい低下は、別
の問題を引き起こす。NAND型フラッシュメモリで
は、コントロールゲートに正の高電圧を印加することに
より、FN(Fow1er-Nordheim)トンネルを利用してフ
ローティングゲートに電子を書き込む。この場合、注入
された電子により、フローティングゲートは実効的に負
の電圧が印加された状態にある。
[0005] A remarkable decrease in the concentration of the diffusion layer causes another problem. In a NAND flash memory, by applying a positive high voltage to a control gate, electrons are written to a floating gate using a FN (Fower-Nordheim) tunnel. In this case, a negative voltage is effectively applied to the floating gate by the injected electrons.

【0006】フローティングゲートとソース・ドレイン
拡散層表面との間には、オーバーラップ容量が存在する
ため、容量結合によりFGの負電圧が拡散層表面にも伝
達されることになる。拡散層はドナーで形成されている
ため、拡散層表面は空乏化する。通常のソース・ドレイ
ン拡散層濃度は非常に高いため、このような空乏層の効
果は殆ど無視できるが、上述したような理由でフラッシ
ュメモリでは拡散層濃度が薄いため、このような空乏層
の伸びが大きくなる。
Since an overlap capacitance exists between the floating gate and the surface of the source / drain diffusion layer, the negative voltage of the FG is transmitted to the surface of the diffusion layer by capacitive coupling. Since the diffusion layer is formed of the donor, the surface of the diffusion layer is depleted. The effect of such a depletion layer is almost negligible because the concentration of a normal source / drain diffusion layer is very high. However, since the concentration of the diffusion layer is low in a flash memory for the above-described reason, the extension of such a depletion layer is Becomes larger.

【0007】ゲート長が長い場合は、チャネル抵抗の方
が遙かに大きいため、拡散層表面の空乏化による寄生抵
抗の効果は相対的に小さくなるが、微細フラッシュメモ
リでは、ゲート長が短いためチャネル抵抗は小さくな
り、相対的に拡散層表面空乏化による寄生抵抗が大きく
影響する。このため、ソース・ドレイン拡散層濃度の低
下はドレイン電流低下をもたらことになる。
When the gate length is long, the effect of the parasitic resistance due to the depletion of the diffusion layer surface is relatively small because the channel resistance is much larger. However, in the case of a fine flash memory, the gate length is short. The channel resistance is reduced, and the parasitic resistance due to the depletion of the diffusion layer surface is relatively large. For this reason, a decrease in the source / drain diffusion layer concentration results in a decrease in the drain current.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このように従来、NA
ND型フラッシュメモリにおいては、耐圧向上,誤書き
込み防止の観点から拡散層濃度の低下が必要とされてい
る。しかしながら、拡散層濃度の低下は、拡散層表面の
空乏化による寄生抵抗の増大をもたらす問題がある。
As described above, conventionally, the NA
In the ND type flash memory, it is necessary to lower the concentration of the diffusion layer from the viewpoint of improving the breakdown voltage and preventing erroneous writing. However, there is a problem that a decrease in the concentration of the diffusion layer causes an increase in parasitic resistance due to depletion of the surface of the diffusion layer.

【0009】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、微細フラッシュメモリ
などにおいて益々顕著となる拡散層濃度の低下に伴う電
流駆動力の低下を抑制することができ、耐圧向上,誤書
き込み防止と共に駆動力の向上をはかり得る半導体記憶
装置及びその製造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to suppress a reduction in current driving force due to a reduction in diffusion layer concentration which becomes more and more remarkable in a fine flash memory and the like. It is an object of the present invention to provide a semiconductor memory device capable of improving the breakdown voltage, preventing erroneous writing, and improving the driving force, and a method of manufacturing the same.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】(構成)上記課題を解決
するために本発明は次のような構成を採用している。
(Structure) In order to solve the above problem, the present invention employs the following structure.

【0011】即ち本発明は、第1導電型の半導体基板上
にゲート絶縁膜を介してフローティングゲートとコント
ロールゲートが順に積層形成され、フローティングゲー
トを挟んで半導体基板の表面部に第2導電型の不純物拡
散層からなるソース及びドレイン領域が形成された不揮
発性の半導体記憶装置であって、前記フローティングゲ
ート及びコントロールゲートの形成部分は、前記フロー
ティングゲートの下面が前記基板の表面よりも基板内部
側に位置するように設けられていることを特徴とする。
That is, according to the present invention, a floating gate and a control gate are sequentially formed on a semiconductor substrate of a first conductivity type via a gate insulating film, and a second conductivity type is formed on a surface portion of the semiconductor substrate with the floating gate interposed therebetween. In a nonvolatile semiconductor memory device in which a source and a drain region made of an impurity diffusion layer are formed, a portion where the floating gate and the control gate are formed is such that the lower surface of the floating gate is closer to the inside of the substrate than the surface of the substrate. It is provided so that it may be located.

【0012】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものが挙げられる。 (1) 基板に溝が形成され、この溝内にフローティングゲ
ートの下部が埋め込み形成されていること。 (2) フローティングゲートの形状が直方体であること。 (3) ソース及びドレイン領域が、ゲート絶縁膜と重なり
合う領域を有すること。 (4) ソース及びドレイン領域のフローティングゲートの
側部に隣接した領域に、第1導電型の不純物拡散領域を
有すること。
Here, preferred embodiments of the present invention include the following. (1) A groove is formed in the substrate, and the lower part of the floating gate is buried in the groove. (2) The shape of the floating gate is a rectangular parallelepiped. (3) The source and drain regions have a region overlapping with the gate insulating film. (4) A first conductivity type impurity diffusion region is provided in a region of the source and drain regions adjacent to the side of the floating gate.

【0013】また本発明は、二層ゲート構造を有する不
揮発性の半導体記憶装置の製造方法において、第1導電
型の半導体基板上にダミーのゲート電極を形成し、これ
をマスクにして第2導電型のソース及びドレイン領域を
形成する工程と、前記基板及びダミーゲート電極上に層
間絶縁膜を堆積した後、該層間絶縁膜をエッチバックし
て表面平坦化すると共にダミーゲート電極を露出させる
工程と、前記ダミーゲート電極を除去した後、前記層間
絶縁膜をマスクに前記基板をエッチングすることにより
溝を形成する工程と、前記溝内に第1のゲート絶縁膜を
介してフローティングゲートを形成する工程と、前記フ
ローティングゲート上に第2のゲート絶縁膜を介してコ
ントロールゲートを形成する工程と、前記層間絶縁膜を
除去する工程とを含むことを特徴とする。
According to the present invention, in a method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device having a two-layer gate structure, a dummy gate electrode is formed on a semiconductor substrate of a first conductivity type, and the second gate electrode is formed using the dummy gate electrode as a mask. Forming source and drain regions of a mold, and, after depositing an interlayer insulating film on the substrate and the dummy gate electrode, etching back the interlayer insulating film to planarize the surface and expose the dummy gate electrode. Forming a groove by etching the substrate using the interlayer insulating film as a mask after removing the dummy gate electrode, and forming a floating gate in the groove via a first gate insulating film. Forming a control gate on the floating gate via a second gate insulating film; and removing the interlayer insulating film. And wherein the Mukoto.

【0014】(作用)本発明によれば、フローティング
ゲートの下面を基板の表面よりも下に位置するように設
けているので、チャネルが基板表面から離れた位置に形
成されることになる。このため、微細フラッシュメモリ
のようにソース・ドレイン拡散層の濃度が低く、ドレイ
ン領域の表面に空乏層が発生するような場合には、空乏
層を回避して電流がドレイン領域に注入されることにな
り、拡散層の空乏化による寄生抵抗に起因するドレイン
電流低下を抑制することができる。従って、微細フラッ
シュメモリなどにおいて益々顕著となる拡散層濃度の低
下に伴う電流駆動力の低下を抑制することができ、耐圧
向上,誤書き込み防止と共に駆動力の向上をはかること
が可能となる。
(Operation) According to the present invention, since the lower surface of the floating gate is provided below the surface of the substrate, the channel is formed at a position distant from the substrate surface. For this reason, when the concentration of the source / drain diffusion layers is low and a depletion layer is generated on the surface of the drain region as in a fine flash memory, a current is injected into the drain region avoiding the depletion layer. Thus, it is possible to suppress a decrease in drain current due to parasitic resistance due to depletion of the diffusion layer. Therefore, it is possible to suppress a decrease in current driving force due to a decrease in the concentration of the diffusion layer, which becomes more and more remarkable in a fine flash memory and the like, and it is possible to improve the withstand voltage, prevent erroneous writing, and improve the driving force.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.

【0016】(第1の実施形態)図1は、本発明の第1
の実施形態に係わる不揮発性半導体記憶装置の素子構造
を示す断面図である。図では1セル部分の構成を示す
が、このセル構造はNAND,NOR,OR,AND型
の各種のメモリセルユニットに適用できるものである。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing an element structure of the nonvolatile semiconductor memory device according to the embodiment. FIG. 1 shows the configuration of one cell portion, but this cell structure can be applied to various types of NAND, NOR, OR, and AND type memory cell units.

【0017】p型のシリコン基板10の表面に溝が形成
され、この溝の底部に第1のゲート絶縁膜21が埋め込
まれ、このゲート絶縁膜21上にはフローティングゲー
ト22が形成されている。フローティングゲート22上
には、第2のゲート絶縁膜23を介してコントロールゲ
ート24が形成されている。フローティングゲート22
及びコントロールゲート24は、被覆用の絶縁膜25に
よって覆われている。
A groove is formed on the surface of the p-type silicon substrate 10, a first gate insulating film 21 is buried in the bottom of the groove, and a floating gate 22 is formed on the gate insulating film 21. On the floating gate 22, a control gate 24 is formed via a second gate insulating film 23. Floating gate 22
The control gate 24 is covered with an insulating film 25 for covering.

【0018】また、シリコン基板10中に埋め込まれた
フローティングゲート22の底面に位置するゲート絶縁
膜21と一部重なる領域を有するように、n型のソース
領域15及びn型のドレイン領域16が形成されてい
る。なお、図中の11はソース領域15及びドレイン領
域16上に形成された絶縁膜、27はゲート部の両側部
に形成された側壁絶縁膜を示している。
Further, an n-type source region 15 and an n-type drain region 16 are formed so as to have a region partially overlapping with the gate insulating film 21 located on the bottom surface of the floating gate 22 embedded in the silicon substrate 10. Have been. In the figure, reference numeral 11 denotes an insulating film formed on the source region 15 and the drain region 16, and reference numeral 27 denotes a side wall insulating film formed on both sides of the gate portion.

【0019】このように構成された半導体記憶装置にお
いては、フローティングゲート22及びゲート絶縁膜2
1がシリコン基板10中に埋め込まれたことにより、チ
ャネルが基板表面から離れた位置に形成されることにな
る。従って、ドレイン領域16の表面に空乏層が発生す
るような場合には、その空乏層を回避して電流がドレイ
ン領域に注入されるので、空乏層による寄生抵抗に起因
するドレイン電流低下を抑制することが可能になる。
In the semiconductor memory device thus configured, the floating gate 22 and the gate insulating film 2
By embedding 1 in silicon substrate 10, a channel is formed at a position away from the substrate surface. Therefore, when a depletion layer is generated on the surface of the drain region 16, a current is injected into the drain region avoiding the depletion layer, so that a decrease in drain current due to parasitic resistance due to the depletion layer is suppressed. It becomes possible.

【0020】実際にどの程度基板表面から離れた位置ま
でフローティングゲート22を埋め込ませるべきかは、
ドレイン領域表面の空乏化の度合いによって決まる。即
ち、ドレイン領域表面の空乏層幅よりも深い位置までフ
ローティングゲート22を埋め込ませればよい。例え
ば、何らかの原因によって発生した負電圧が、フローテ
ィングゲート22とドレイン領域16との間の容量結合
により、絶縁膜11にV oxの大きさの電圧降下を発生さ
せているとする。
How far from the substrate surface actually is
Whether the floating gate 22 should be buried in
It is determined by the degree of depletion on the surface of the drain region. Immediately
That is, the drain is deeper than the depletion layer width on the drain region surface.
The loading gate 22 may be embedded. example
If the negative voltage generated for some reason
Coupling between the floating gate 22 and the drain region 16
As a result, V oxProduces a voltage drop of magnitude
Let's say

【0021】以下では、単位素電荷をq、ドレイン拡散
層濃度をNA 、絶縁膜11の厚さをtox、シリコンの誘
電率をεs 、絶縁膜11の誘電率をεox、絶縁膜11の
単位面積あたりの容量をCox、Voxによって発生するド
レイン領域表面の空乏層幅をxd とする。すると、次の
式で表される関係がある。
In the following, the unit elementary charge is q, the drain diffusion layer concentration is N A , the thickness of the insulating film 11 is t ox , the dielectric constant of silicon is ε s , the dielectric constant of the insulating film 11 is ε ox , It is assumed that the capacitance per unit area of No. 11 is C ox , and the width of a depletion layer on the drain region surface generated by V ox is x d . Then, there is a relationship represented by the following equation.

【0022】 Vox=qNAd/Cox+qNAd 2/2εs… (1) ここで、 Cox=εox/tox … (2) である。典型的な電圧降下Voxから空乏層幅を見積もる
と、約60nmとなる。
[0022] V ox = qN A x d / C ox + qN A x d 2 / 2ε s ... (1) here, it is a C ox = ε ox / t ox ... (2). Estimating the depletion layer width from a typical voltage drop Vox results in about 60 nm.

【0023】しかし、どの程度基板表面から離れた位置
までフローティングゲート22を埋め込ませるべきか、
ということは実際には設計事項であり、ドレイン領域表
面の寄生抵抗の大きさが設計上どれだけ許されるか、に
よる。現実的には、最大でもフローティングゲート22
の長さ程度まで埋め込ませればよい。
However, to what extent the floating gate 22 should be embedded away from the substrate surface,
This is actually a design matter, and depends on how much the parasitic resistance on the surface of the drain region is allowed in the design. In reality, at most the floating gate 22
It may be embedded up to the length of about.

【0024】次に、本実施形態の半導体記憶装置の製造
方法の一例を図2を参照して説明する。
Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor memory device of the present embodiment will be described with reference to FIG.

【0025】まず、図2(a)に示すように、p型シリ
コン基板10上に薄い絶縁膜11を形成し、ゲート電極
形成予定領域に、後で除去するダミーのゲート電極12
を形成する。具体的には、絶縁膜11上に全面にポリシ
リコン膜を堆積した後に、リソグラフィによりレジスト
パターンを形成し、このレジストパターンをマスクにポ
リシリコン膜を選択エッチングすることにより、ダミー
ゲート電極12を形成する。このダミーゲート電極12
の形状は直方体である。
First, as shown in FIG. 2A, a thin insulating film 11 is formed on a p-type silicon substrate 10, and a dummy gate electrode 12 to be removed later is formed in a region where a gate electrode is to be formed.
To form Specifically, after depositing a polysilicon film on the entire surface of the insulating film 11, a resist pattern is formed by lithography, and the polysilicon film is selectively etched using the resist pattern as a mask to form the dummy gate electrode 12. I do. This dummy gate electrode 12
Is a rectangular parallelepiped.

【0026】次いで、図2(b)に示すように、周知の
側壁残しの技術により窒化膜で側壁絶縁膜14を形成し
た後、ダミーゲート12及び側壁絶縁膜14をマスクに
してn型のソース領域15とドレイン領域16をイオン
注入と高温熱処理によって形成する。続いて、図2
(c)に示すように、全面に層間絶縁膜17を堆積した
後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)を用い
て層間絶縁膜17をエッチバックし、ダミーゲート12
の表面を露出させる。
Next, as shown in FIG. 2B, after a sidewall insulating film 14 is formed of a nitride film by a well-known technique of leaving a sidewall, an n-type source is formed using the dummy gate 12 and the sidewall insulating film 14 as a mask. The region 15 and the drain region 16 are formed by ion implantation and high-temperature heat treatment. Subsequently, FIG.
As shown in FIG. 1C, after an interlayer insulating film 17 is deposited on the entire surface, the interlayer insulating film 17 is etched back using CMP (Chemical Mechanical Polishing), and the dummy gate 12 is etched.
Expose the surface.

【0027】次いで、図2(d)に示すように、ダミー
ゲート12をエッチングにより除去した後、RIE(Re
active Ion Etching)により絶縁膜11及びシリコン基
板10をエッチングし、基板表面部に溝を形成する。続
いて、図2(e)に示すように、溝内にゲート絶縁膜2
1を形成する。
Next, as shown in FIG. 2D, after the dummy gate 12 is removed by etching, the RIE (Re
The insulating film 11 and the silicon substrate 10 are etched by active ion etching to form a groove on the substrate surface. Subsequently, as shown in FIG. 2E, the gate insulating film 2 is formed in the trench.
Form one.

【0028】次いで、図2(f)に示すように、第1の
ゲート絶縁膜21上にポリシリコン層を堆積することに
よりフローティングゲート22を形成し、続いて第2の
ゲート絶縁膜23を形成した後に更にポリシリコン層を
堆積することにより、コントロールゲート24を形成す
る。ここで、先に形成したダミーゲート電極12の形状
が直方体であることから、フローティングゲート22の
形状も直方体となる。
Next, as shown in FIG. 2F, a floating gate 22 is formed by depositing a polysilicon layer on the first gate insulating film 21, and then a second gate insulating film 23 is formed. After that, a polysilicon layer is further deposited to form the control gate 24. Here, since the shape of the dummy gate electrode 12 formed earlier is a rectangular parallelepiped, the shape of the floating gate 22 is also a rectangular parallelepiped.

【0029】次いで、層間絶縁膜17及び側壁絶縁膜1
4を除去した後、フローティングゲート22及びコント
ロールゲート24を酸化して酸化膜25を形成し、更に
新たに側壁窒化膜27を形成することによって、図2
(g)に示した構造を得る。
Next, the interlayer insulating film 17 and the side wall insulating film 1
4 is removed, the floating gate 22 and the control gate 24 are oxidized to form an oxide film 25, and a new sidewall nitride film 27 is formed.
The structure shown in (g) is obtained.

【0030】上述した構造と似た構造は、幾つかの公知
例においても提案されている。ここでは、3つの公知例
について本発明の第1の実施形態で提案された構造との
差異を説明する。なお、図3〜図5中の30は基板、3
1は第1のゲート絶縁膜、32はフローティングゲー
ト、33は第2のゲート絶縁膜、34はコントロールゲ
ート、35はソース領域、36はドレイン領域を示して
いる。
A structure similar to the structure described above has been proposed in some known examples. Here, the differences between the three known examples and the structure proposed in the first embodiment of the present invention will be described. In addition, 30 in FIGS.
1 denotes a first gate insulating film, 32 denotes a floating gate, 33 denotes a second gate insulating film, 34 denotes a control gate, 35 denotes a source region, and 36 denotes a drain region.

【0031】特開2000−77632号公報において
は、図3に示したような構造が提案されている。この構
造では、電子のフローティングゲート32への注入をコ
ーナー(2)(3)での電界集中を利用して行い、電子
のフローティングゲートからの引き抜きをコーナー
(1)における電界集中を利用して行う。コーナーでの
電界集中を利用することにより、書き込み,消去電圧を
低減することが可能になることがこの構造の利点であ
る。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-77632 proposes a structure as shown in FIG. In this structure, electrons are injected into the floating gate 32 using the electric field concentration at the corners (2) and (3), and electrons are extracted from the floating gate using the electric field concentration at the corner (1). . It is an advantage of this structure that writing and erasing voltages can be reduced by utilizing the electric field concentration at the corner.

【0032】しかし、この構造は、本発明の第1の実施
形態と以下の点で異なる。まず、上記の構造において
は、トレンチにフローティングゲート32を形成するた
め、基板表面においてフローティングゲート32がソー
ス・ドレイン領域35,36と重なり合う領域を有す
る。しかし、本発明の第1の実施形態の製造方法によれ
ば、基板表面においてフローティングゲート22がソー
ス・ドレイン領域15,16と重なり合う領域を有する
ことはない。
However, this structure is different from the first embodiment of the present invention in the following points. First, in the above structure, since the floating gate 32 is formed in the trench, the floating gate 32 has a region overlapping the source / drain regions 35 and 36 on the substrate surface. However, according to the manufacturing method of the first embodiment of the present invention, the floating gate 22 does not have a region overlapping the source / drain regions 15 and 16 on the substrate surface.

【0033】また、図3の構造においては、ソース領域
35がゲート絶縁膜31の底面と重ならないが、本発明
の第1の実施形態においては、ソース・ドレイン領域1
5,16共にゲート絶縁膜21の底面と一部重なる構造
を有する。従って、図3の構造では、ゲート絶縁膜31
直下にチャネルが形成されず、本発明で解決しようとす
る課題に対して殆ど効果がない。
Although the source region 35 does not overlap with the bottom surface of the gate insulating film 31 in the structure of FIG. 3, the source / drain region 1 in the first embodiment of the present invention.
Both 5 and 16 have a structure that partially overlaps the bottom surface of the gate insulating film 21. Therefore, in the structure of FIG.
Since no channel is formed immediately below, there is almost no effect on the problem to be solved by the present invention.

【0034】次に、特開平6−85274号公報におい
ては、図4に示したような構造が提案されている。この
構造では、フローティングゲート32とコントロールゲ
ート34の形状を凹型にすることにより、高い容量結合
度でプログラム及び消去するために要する時間の短縮を
実現することを目指している。
Next, Japanese Patent Laying-Open No. 6-85274 proposes a structure as shown in FIG. In this structure, the floating gate 32 and the control gate 34 are made concave so that the time required for programming and erasing with a high degree of capacitive coupling is reduced.

【0035】図4から分かるように、この構造は明らか
に本発明の第1の実施形態と異なっているだけでなく、
微細化したときにその効果が期待されない、という問題
を有している。即ち、微細化した場合に、リソグラフィ
ーの加工精度から考えて、図4のようにフローティング
ゲートとコントロールゲートを精度良く加工することは
殆ど不可能である。従って、本発明の目的を達成するた
めの構造として、図4に示した構造は殆ど効果がない。
As can be seen from FIG. 4, this structure is not only clearly different from the first embodiment of the present invention, but also
There is a problem that the effect is not expected when miniaturized. That is, when miniaturized, it is almost impossible to precisely process the floating gate and the control gate as shown in FIG. Therefore, the structure shown in FIG. 4 has little effect as a structure for achieving the object of the present invention.

【0036】次に、特開平9−321154号公報にお
いては、図5に示したような構造が提案されている。図
5から分かるように、この構造では、ソース領域35が
フローティングゲート32と重なることはない。また、
コントロールゲート34上に絶縁膜を介して選択ゲート
が形成されている。このように、図5に示した構造は本
発明の第1の実施形態とは明らかに構造が異なる。ま
た、横方向の寸法が大きくなるので、微細化には適さな
い構造である。従って、本発明の目的を達成するための
構造として、図5に示した構造は殆ど効果がない。
Next, Japanese Patent Laying-Open No. 9-32154 proposes a structure as shown in FIG. As can be seen from FIG. 5, in this structure, the source region 35 does not overlap with the floating gate 32. Also,
A selection gate is formed on the control gate 34 via an insulating film. As described above, the structure shown in FIG. 5 is clearly different from the first embodiment of the present invention. In addition, the structure is not suitable for miniaturization because the size in the lateral direction increases. Therefore, the structure shown in FIG. 5 has little effect as a structure for achieving the object of the present invention.

【0037】(第2の実施形態)図6は、本発明の第2
の実施形態に係わる不揮発性半導体記憶装置の素子構造
を示す断面図である。なお、図1と同一部分には同一符
号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Second Embodiment) FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing an element structure of the nonvolatile semiconductor memory device according to the embodiment. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0038】基本的な構成は前記図1と同様であるが、
本実施形態ではこれに加え、ソース領域15及びドレイ
ン領域16の内部において、絶縁膜11直下の領域でフ
ローティングゲート22の側部に隣接した位置に、p型
不純物領域65,66が設けられている。
The basic structure is the same as that of FIG.
In the present embodiment, in addition to this, p-type impurity regions 65 and 66 are provided inside the source region 15 and the drain region 16 at positions immediately below the insulating film 11 and adjacent to the sides of the floating gate 22. .

【0039】この第2の実施形態の半導体記憶装置は、
第1の実施形態の半導体記憶装置以上の効果を有する。
即ち、第2の実施形態においては、フローティングゲー
ト22及びゲート絶縁膜21がシリコン基板10中に埋
め込まれた構造において、更にp型不純物領域65及び
66が設けられていることにより、基板表面から離れた
位置に形成されたチャネルが基板表面に接近することを
更に妨げている。このため、空乏層による寄生抵抗に起
因するドレイン電流低下をより有効に抑制することがで
きる。
The semiconductor memory device according to the second embodiment includes:
The present embodiment has the same effects as those of the semiconductor memory device of the first embodiment.
That is, in the second embodiment, in the structure in which the floating gate 22 and the gate insulating film 21 are embedded in the silicon substrate 10, the p-type impurity regions 65 and 66 are further provided, so that the distance from the substrate surface is increased. The channel formed at the position is further prevented from approaching the substrate surface. For this reason, it is possible to more effectively suppress a decrease in drain current due to the parasitic resistance due to the depletion layer.

【0040】次に、第2の実施形態の半導体記憶装置の
製造方法の一例を、図7を参照して説明する。なお、図
2と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は
省略する。
Next, an example of a method of manufacturing the semiconductor memory device according to the second embodiment will be described with reference to FIG. The same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0041】まず、図7(a)に示すように、p型シリ
コン基板10の表面部のゲート電極形成予定領域よりも
広い範囲に、p型不純物領域60を形成する。続いて、
第1の実施形態と同様に、絶縁膜11を形成し、さらに
ゲート電極形成予定領域に、後で除去するダミーのゲー
ト電極12を形成する。
First, as shown in FIG. 7A, a p-type impurity region 60 is formed on the surface of the p-type silicon substrate 10 in a range wider than a region where a gate electrode is to be formed. continue,
As in the first embodiment, an insulating film 11 is formed, and a dummy gate electrode 12 to be removed later is formed in a region where a gate electrode is to be formed.

【0042】次いで、第1の実施形態と同様にして、図
7(b)に示すように、側壁絶縁膜14とソース領域1
5及びドレイン領域16を形成し、続いて図7(c)に
示すように、層間絶縁膜17を堆積して表面平坦化を行
い、ダミーゲート12の表面を露出させる。
Then, similarly to the first embodiment, as shown in FIG. 7B, the side wall insulating film 14 and the source region 1 are formed.
5 and the drain region 16 are formed, and then, as shown in FIG. 7C, an interlayer insulating film 17 is deposited to planarize the surface, exposing the surface of the dummy gate 12.

【0043】次いで、第1の実施形態と同様にして、図
7(d)に示すように、ダミーゲート12を除去した
後、絶縁膜11及びシリコン基板10をエッチングして
溝を形成し、続いて図7(e)に示すように、溝内に第
1のゲート絶縁膜21を形成する。
Next, in the same manner as in the first embodiment, as shown in FIG. 7D, after removing the dummy gate 12, the insulating film 11 and the silicon substrate 10 are etched to form a groove. As shown in FIG. 7E, a first gate insulating film 21 is formed in the trench.

【0044】次いで、第1の実施形態と同様にして、図
7(f)に示すように、第1のゲート絶縁膜21上にフ
ローティングゲート22を形成し、さらに第2のゲート
絶縁膜23を介してコントロールゲート24を形成し、
続いて層間絶縁膜17及び側壁絶縁膜14を除去した
後、フローティングゲート22及びコントロールゲート
24を酸化して酸化膜25を形成し、更に側壁窒化膜2
7を形成することによって、図7(g)に示した構造を
得る。
Next, as shown in FIG. 7F, a floating gate 22 is formed on the first gate insulating film 21 and a second gate insulating film 23 is formed in the same manner as in the first embodiment. Forming a control gate 24 via
Subsequently, after removing the interlayer insulating film 17 and the side wall insulating film 14, the floating gate 22 and the control gate 24 are oxidized to form an oxide film 25, and further, the side wall nitride film 2 is formed.
By forming the structure 7, the structure shown in FIG.

【0045】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。実施形態では、溝内においてソー
ス・ドレイン領域共に第1のゲート絶縁膜の底面と一部
重なる構造を有するが、必ずしも重なる必要はなく、ソ
ース・ドレイン領域をゲート部より僅かに外側に設ける
ようにしてもよい。また、各部の材料,膜厚は仕様に応
じて適宜変更可能である。その他、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で、種々変形して実施することができる。
The present invention is not limited to the above embodiments. In the embodiment, both the source and drain regions have a structure in which both the source and drain regions partially overlap the bottom surface of the first gate insulating film. However, the source and drain regions do not necessarily have to overlap, and the source and drain regions are provided slightly outside the gate portion. You may. Further, the material and film thickness of each part can be appropriately changed according to the specifications. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、フ
ローティングゲートとコントロールゲートを積層した二
層ゲート構成の不揮発性半導体記憶装置において、フロ
ーティングゲート及びコントロールゲートの形成部分を
半導体基板表面よりも低い位置(基板内側)に形成する
ことにより、拡散層濃度の低下に伴う電流駆動力の低下
を抑制することができ、耐圧向上,誤書き込み防止と共
に駆動力の向上をはかることができる。
As described above in detail, according to the present invention, in a nonvolatile semiconductor memory device having a two-layer gate structure in which a floating gate and a control gate are stacked, the floating gate and the control gate are formed from the surface of the semiconductor substrate. By forming it at a lower position (inside the substrate), it is possible to suppress a decrease in the current driving force due to a decrease in the concentration of the diffusion layer, thereby improving the withstand voltage, preventing erroneous writing, and improving the driving force.

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

【図1】第1の実施形態に係わる半導体記憶装置を示す
素子構造断面図。
FIG. 1 is an element structure sectional view showing a semiconductor memory device according to a first embodiment.

【図2】第1の実施形態の半導体記憶装置の製造工程を
示す断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the first embodiment;

【図3】特開2000−77632号公報に記載の半導
体記憶装置を示す素子構造断面図。
FIG. 3 is a sectional view of an element structure showing a semiconductor memory device described in JP-A-2000-77632.

【図4】特開平6−85274号公報記載の半導体記憶
装置を示す素子構造断面図。
FIG. 4 is a sectional view of an element structure showing a semiconductor memory device described in JP-A-6-85274.

【図5】特開平9−321154号公報記載の半導体記
憶装置を示す素子構造断面図。
FIG. 5 is a sectional view of an element structure showing a semiconductor memory device described in JP-A-9-32154.

【図6】第2の実施形態に係わる不揮発性半導体記憶装
置を示す素子構造断面図。
FIG. 6 is an element structure sectional view showing a nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment.

【図7】第2の実施形態の半導体記憶装置の製造工程を
示す断面図。
FIG. 7 is a sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor memory device according to the second embodiment;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…シリコン基板 11,25…絶縁膜 12…ダミーゲート 14,27…側壁絶縁膜 15…ソース領域 16…ドレイン領域 17…層間絶縁膜 21…第1のゲート絶縁膜 22…フローティングゲート 23…第2のゲート絶縁膜 24…コントロールゲート DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Silicon substrate 11, 25 ... Insulating film 12 ... Dummy gate 14, 27 ... Side wall insulating film 15 ... Source region 16 ... Drain region 17 ... Interlayer insulating film 21 ... First gate insulating film 22 ... Floating gate 23 ... Second Gate insulating film 24 ... Control gate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F001 AA21 AA31 AB08 AD15 AD21 AD52 AD53 AE08 5F083 EP13 EP14 EP15 EP23 EP61 EP76 EP77 EP78 EP79 ER22 GA15 PR40 5F101 BA03 BA13 BB05 BD05 BD13 BD33 BD34 BE07  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F001 AA21 AA31 AB08 AD15 AD21 AD52 AD53 AE08 5F083 EP13 EP14 EP15 EP23 EP61 EP76 EP77 EP78 EP79 ER22 GA15 PR40 5F101 BA03 BA13 BB05 BD05 BD13 BD33 BD34 BE07

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1導電型の半導体基板上にゲート絶縁膜
を介してフローティングゲートとコントロールゲートが
順に積層形成され、フローティングゲートを挟んで半導
体基板の表面部に第2導電型の不純物拡散層からなるソ
ース及びドレイン領域が形成された不揮発性の半導体記
憶装置であって、 前記フローティングゲート及びコントロールゲートの形
成部分は、前記フローティングゲートの下面が前記基板
の表面よりも基板内部側に位置するように設けられてい
ることを特徴とする半導体記憶装置。
A floating gate and a control gate are sequentially formed on a semiconductor substrate of a first conductivity type via a gate insulating film, and an impurity diffusion layer of a second conductivity type is formed on a surface portion of the semiconductor substrate with the floating gate interposed therebetween. A non-volatile semiconductor memory device having a source and a drain region formed of a floating gate and a control gate, wherein a lower surface of the floating gate is located closer to the inside of the substrate than a surface of the substrate. A semiconductor memory device provided in a semiconductor device.
【請求項2】前記基板に溝が形成され、この溝内に前記
フローティングゲートの下部が埋め込み形成されている
ことを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。
2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein a groove is formed in said substrate, and a lower portion of said floating gate is buried in said groove.
【請求項3】前記フローティングゲートの形状が直方体
であることを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装
置。
3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein said floating gate has a rectangular parallelepiped shape.
【請求項4】前記ソース及びドレイン領域が、前記ゲー
ト絶縁膜と重なり合う領域を有することを特徴とする請
求項3記載の半導体記憶装置。
4. The semiconductor memory device according to claim 3, wherein said source and drain regions have a region overlapping with said gate insulating film.
【請求項5】前記ソース及びドレイン領域の前記フロー
ティングゲートの側部に隣接した領域に、第1導電型の
不純物拡散領域を有することを特徴とする請求項4記載
の半導体記憶装置。
5. The semiconductor memory device according to claim 4, further comprising an impurity diffusion region of a first conductivity type in a region of said source and drain regions adjacent to a side of said floating gate.
【請求項6】第1導電型の半導体基板上にダミーのゲー
ト電極を形成し、これをマスクにして第2導電型のソー
ス及びドレイン領域を形成する工程と、前記基板及びダ
ミーゲート電極上に層間絶縁膜を堆積した後、該層間絶
縁膜をエッチバックして表面平坦化すると共にダミーゲ
ート電極を露出させる工程と、前記ダミーゲート電極を
除去した後、前記層間絶縁膜をマスクに前記基板をエッ
チングすることにより溝を形成する工程と、前記溝内に
第1のゲート絶縁膜を介してフローティングゲートを形
成する工程と、前記フローティングゲート上に第2のゲ
ート絶縁膜を介してコントロールゲートを形成する工程
と、前記層間絶縁膜を除去する工程とを含むことを特徴
とする半導体記憶装置の製造方法。
6. A step of forming a dummy gate electrode on a semiconductor substrate of a first conductivity type and forming source and drain regions of a second conductivity type by using the dummy gate electrode as a mask; After depositing the interlayer insulating film, etching back the interlayer insulating film to flatten the surface and expose the dummy gate electrode, and after removing the dummy gate electrode, removing the substrate using the interlayer insulating film as a mask. Forming a groove by etching, forming a floating gate in the groove via a first gate insulating film, and forming a control gate on the floating gate via a second gate insulating film And a step of removing the interlayer insulating film.
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