JP2006310564A - Nonvolatile semiconductor memory and its manufacturing method - Google Patents

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Takeshi Arikane
有金  剛
Takashi Kobayashi
小林  孝
Yoshitaka Sasako
佳孝 笹子
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique which can improve the read-out characteristic of a memory cell, while controlling the drive capability deterioration of a gate electrode (word line), and to provide a technique which can improve the read-out characteristic of a memory cell, by reducing the leak current of the space region between word lines. <P>SOLUTION: Two or more floating gate electrodes 13 and gate electrodes 14 are formed on a semiconductor substrate 1. Further, a shield electrode 18 is formed in a space region between the word lines between floating gate electrodes 13. 0 V or negative voltage is applied to this shield electrode 18. An interface of shield insulation film 16 and semiconductor substrate 1 is made lower than an interface of a gate insulation film 8 and the semiconductor substrate 1. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、不揮発性半導体記憶装置およびその製造技術に関し、特に、メモリセルの読出しに適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device and a manufacturing technique thereof, and more particularly to a technique effective when applied to reading of a memory cell.

不揮発性半導体記憶装置の1つであるフラッシュメモリは携帯性、衝撃性に優れ、電気的に一括消去が可能なことから、近年、携帯型パーソナルコンピュータや携帯電話機等の小型携帯情報機器の記憶装置として急速に需要が拡大している。その市場の拡大にはビットコスト低減が重要な要素であり、メモリセルの微細化に加え、1セルに2ビット以上を記憶させる多値記憶技術により、このビットコスト低減が推進されている。   2. Description of the Related Art In recent years, a flash memory, which is one of nonvolatile semiconductor memory devices, is excellent in portability and impact property, and can be erased collectively in an electrical manner. Therefore, in recent years, a memory device for small portable information devices such as portable personal computers and cellular phones. As demand grows rapidly. Bit cost reduction is an important factor for the expansion of the market, and in addition to miniaturization of memory cells, this bit cost reduction is being promoted by a multi-value storage technology that stores two or more bits in one cell.

しかしながら、微細化が進むと、読み出すメモリセルの浮遊ゲート電極と隣接する浮遊ゲート電極の間隔が狭くなり、両者の容量結合比が無視できなくなる。その結果、隣接する浮遊ゲート電極の書込み状態或いは消去状態に応じて、読出すメモリセルのしきい値が、(読出しセルしきい値変化)=(隣接セルの書込み状態の変化)×(隣接浮遊ゲート電極間の容量結合比)だけ変化するという問題が顕在化する。   However, as the miniaturization progresses, the interval between the floating gate electrode of the memory cell to be read and the adjacent floating gate electrode becomes narrow, and the capacitive coupling ratio between the two cannot be ignored. As a result, the threshold value of the memory cell to be read is (read cell threshold value change) = (change in write state of adjacent cell) × (adjacent floating state) in accordance with the write state or erase state of the adjacent floating gate electrode. The problem of changing only by the capacitive coupling ratio between the gate electrodes becomes obvious.

このしきい値変化により、メモリセルが誤って読み出される可能性がある。特に、しきい値の分布を狭帯化し、夫々のしきい値分布間を狭く設定している多値メモリには重要な問題となる。   This threshold value change may cause the memory cell to be read erroneously. In particular, this is an important problem for a multi-value memory in which the threshold distribution is narrowed and each threshold distribution is narrowly set.

このしきい値の変化に対する技術は、例えば特開2003−188287号公報(特許文献1)に記載されているように、メモリセルトランジスタの浮遊ゲート電極間に例えば不純物が添加されたポリシリコンなどの導電材料を埋めこみ、ソース領域またはドレイン領域の電位に固定することが挙げられる。
特開2003−188287号公報
For example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-188287 (Patent Document 1), a technique for the change in the threshold value is, for example, polysilicon having an impurity added between floating gate electrodes of a memory cell transistor. For example, a conductive material is embedded and fixed to the potential of the source region or the drain region.
JP 2003-188287 A

しかしながら、前述した特許文献1に記載されているメモリセルにおいては、メモリセルの微細化が進むにつれて、以下の問題が顕在化する。   However, in the memory cell described in Patent Document 1 described above, the following problems become apparent as the memory cell becomes finer.

例えば,特許文献1において、ワード線スペース領域のシールドゲート電極の高さが浮遊ゲート電極の高さより高く、さらにゲート電極(ワード線)を覆うように形成されている場合には、ワード線とシールドゲート電極との間の容量が大きくなる。このため、ワード線の駆動能力が劣化してメモリセルの読出し性能が劣化する問題点がある。すなわち、ワード線の周囲にシールドゲート電極を形成することにより、ワード線の周囲の寄生容量が増加するので、ワード線の時定数(電圧立ち上がり時間)が増え、駆動能力が低下する。   For example, in Patent Document 1, when the height of the shield gate electrode in the word line space region is higher than the height of the floating gate electrode and further covers the gate electrode (word line), the word line and the shield The capacitance between the gate electrode is increased. For this reason, there is a problem that the driving performance of the word line is deteriorated and the reading performance of the memory cell is deteriorated. That is, by forming the shield gate electrode around the word line, the parasitic capacitance around the word line is increased, so that the time constant (voltage rise time) of the word line is increased and the driving capability is lowered.

また、メモリセルの微細化に伴い、読出し特性を劣化させる要因としてワード線スペース領域でのリーク電流の増加が挙げられる。リーク電流は読出し判定電流より十分に低い必要があり、判定電流以上となるとメモリセルを読み出せなくなる。メモリセル配列が並列接続であるAND型メモリセルでは、メモリセルの微細化が進み浮遊ゲート電極幅が狭くなるとソース/ドレイン拡散層の間隔が狭くなるため、ワード線スペース領域でのリーク電流が顕在化する可能性がある。   As the memory cell is miniaturized, an increase in leakage current in the word line space region can be cited as a factor that degrades read characteristics. The leakage current needs to be sufficiently lower than the read determination current, and when it exceeds the determination current, the memory cell cannot be read. In an AND type memory cell in which the memory cell array is connected in parallel, since the space between the source / drain diffusion layers becomes narrower as the size of the memory cell advances and the floating gate electrode width becomes narrower, leakage current in the word line space region becomes apparent. There is a possibility of becoming.

ワード線スペース領域のリーク電流に関しては、同領域に高濃度不純物領域を形成しても、メモリセルの微細化に伴いドレイン空乏層の広がりを無視できなくなり、リーク電流が流れてしまいメモリセルの読出し特性が劣化する。   Regarding the leakage current in the word line space region, even if a high concentration impurity region is formed in the same region, the spread of the drain depletion layer cannot be ignored as the memory cell is miniaturized, and the leakage current flows and the memory cell is read. Characteristics deteriorate.

本発明の目的は、ゲート電極(ワード線)の駆動能力低下を抑制しながら、メモリセルの読出し特性を向上できる技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the read characteristics of a memory cell while suppressing a decrease in driving capability of a gate electrode (word line).

また、本発明の他の目的は、ワード線スペース領域のリーク電流を低減させて、メモリセルの読出し特性を向上できる技術を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a technique capable of reducing the leakage current in the word line space region and improving the read characteristics of the memory cell.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

本発明による不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板上に複数のメモリセルを有する不揮発性半導体記憶装置であって、前記メモリセルは、(a)前記半導体基板に形成されたソース領域およびドレイン領域と、(b)前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、(c)前記ゲート絶縁膜上に形成された浮遊ゲート電極と、(d)前記浮遊ゲート電極上に形成された絶縁膜と、(e)前記絶縁膜上に形成されたゲート電極とを備え、さらに、複数の前記メモリセル間には、側壁絶縁膜を介して前記浮遊ゲート電極に隣接するシールド電極が形成され、前記シールド電極の高さは、前記ゲート電極の高さよりも低いことを特徴とするものである。   A nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is a nonvolatile semiconductor memory device having a plurality of memory cells on a semiconductor substrate, the memory cell comprising: (a) a source region and a drain region formed on the semiconductor substrate; (B) a gate insulating film formed on the semiconductor substrate; (c) a floating gate electrode formed on the gate insulating film; and (d) an insulating film formed on the floating gate electrode; (E) a gate electrode formed on the insulating film, and a shield electrode adjacent to the floating gate electrode is formed between the memory cells via a sidewall insulating film, and the shield electrode The height of is lower than the height of the gate electrode.

また、本発明による不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板上に複数のメモリセルを形成する不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、(a)前記半導体基板上に補助ゲート絶縁膜を形成する工程と、(b)前記補助ゲート絶縁膜上に導電膜を形成する工程と、(c)前記導電膜上に第1絶縁膜を形成する工程と、(d)前記導電膜をパターニングして補助ゲート電極を形成する工程と、(e)前記補助ゲート電極の側壁に第1側壁絶縁膜を形成する工程と、(f)露出した前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、(g)前記ゲート絶縁膜上に第1導電膜を形成する工程と、(h)前記第1導電膜および前記第1絶縁膜上に絶縁膜を形成する工程と、(i)前記絶縁膜上に第2導電膜を形成する工程と、(j)前記第2導電膜上に第2絶縁膜を形成する工程と、(k)前記第2導電膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、(l)前記第1導電膜をパターニングして浮遊ゲート電極を形成する工程と、(m)前記ゲート電極および前記浮遊ゲート電極の側面に第2側壁絶縁膜を形成する工程と、(n)露出した前記半導体基板上にシールド絶縁膜を形成する工程と、(o)前記シールド絶縁膜および前記第2絶縁膜上に第3導電膜を形成する工程と、(p)前記第3導電膜をパターニングして前記浮遊ゲート電極に隣接するシールド電極を形成する工程とを備え、前記シールド電極の高さを前記ゲート電極の高さより低く形成することを特徴とするものである。   A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device in which a plurality of memory cells are formed on a semiconductor substrate, and (a) an auxiliary gate insulating film is formed on the semiconductor substrate. (B) forming a conductive film on the auxiliary gate insulating film, (c) forming a first insulating film on the conductive film, and (d) patterning the conductive film. Forming an auxiliary gate electrode; (e) forming a first sidewall insulating film on the sidewall of the auxiliary gate electrode; and (f) forming a gate insulating film on the exposed semiconductor substrate. (G) forming a first conductive film on the gate insulating film; (h) forming an insulating film on the first conductive film and the first insulating film; and (i) the insulating film. Forming a second conductive film thereon; (j) before Forming a second insulating film on the second conductive film; (k) patterning the second conductive film to form a gate electrode; and (l) patterning the first conductive film to form a floating gate. Forming an electrode; (m) forming a second sidewall insulating film on side surfaces of the gate electrode and the floating gate electrode; and (n) forming a shield insulating film on the exposed semiconductor substrate; (O) forming a third conductive film on the shield insulating film and the second insulating film; and (p) patterning the third conductive film to form a shield electrode adjacent to the floating gate electrode. A step of forming the shield electrode with a height lower than that of the gate electrode.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

シールド電極の高さをゲート電極の高さより低くしたので、ゲート電極の駆動能力低下を抑制しながら、メモリセルの読出し特性を向上できる。   Since the height of the shield electrode is made lower than the height of the gate electrode, it is possible to improve the read characteristics of the memory cell while suppressing a decrease in the driving capability of the gate electrode.

また、シールド電極下に形成されているシールド絶縁膜と半導体基板の界面を、浮遊ゲート電極下に形成されているゲート絶縁膜と半導体基板の界面より低くしたので、メモリセル間に形成されるオープンフィールドでのリーク電流を低減することができる。このため、メモリセルの読出し特性を向上できる。   In addition, since the interface between the shield insulating film formed under the shield electrode and the semiconductor substrate is lower than the interface between the gate insulating film formed under the floating gate electrode and the semiconductor substrate, the open between the memory cells is formed. Leakage current in the field can be reduced. For this reason, the read characteristics of the memory cell can be improved.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.

また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。   Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。   Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.

同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   Similarly, in the following embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc., of components, etc., unless otherwise specified, and in principle, it is considered that this is not clearly the case, it is substantially the same. Including those that are approximate or similar to the shape. The same applies to the above numerical values and ranges.

本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面を見やすくするため、平面図であってもハッチングを付す場合がある。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted. In order to make the drawing easier to see, even a plan view may be hatched.

(実施の形態1)
図1は、本実施の形態1における不揮発性半導体記憶装置の一例を示した一部上面図であり、図2〜図5は、それぞれ、図1におけるA−A線、B−B線、C−C線、D−D線で切断した断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a partial top view showing an example of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment. FIGS. 2 to 5 are AA line, BB line, and C line in FIG. 1, respectively. It is sectional drawing cut | disconnected by the -C line | wire and DD line | wire.

図1において、本実施の形態1における不揮発性半導体記憶装置は、Y軸方向に延在する複数の補助ゲート電極6が形成されている。この補助ゲート電極6に例えば正電圧を印加することにより、補助ゲート電極6の直下の半導体領域にチャネルが形成されるようになっている。チャネル領域は、補助ゲート電極6に沿って形成され、ソース領域あるいはドレイン領域となる拡散層19に接続される。したがって、補助ゲート電極6下のチャネル領域はソース領域あるいはドレイン領域となる。すなわち、補助ゲート電極6は、Y軸方向に延在するチャネル領域よりなるソース領域およびドレイン領域を形成するために設けられている。   1, the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment has a plurality of auxiliary gate electrodes 6 extending in the Y-axis direction. By applying, for example, a positive voltage to the auxiliary gate electrode 6, a channel is formed in the semiconductor region immediately below the auxiliary gate electrode 6. The channel region is formed along the auxiliary gate electrode 6 and connected to the diffusion layer 19 serving as a source region or a drain region. Therefore, the channel region under the auxiliary gate electrode 6 becomes a source region or a drain region. That is, the auxiliary gate electrode 6 is provided in order to form a source region and a drain region composed of a channel region extending in the Y-axis direction.

補助ゲート電極6に交差する方向、すなわちX軸方向に延在する方向には、複数のゲート電極(ワード線)14が形成されている。そして、補助ゲート電極6間のゲート電極14下には、不揮発性メモリセルC1、C2が形成されている。すなわち、不揮発性メモリセルC1、C2は、同じソース領域およびドレイン領域間に並列に接続するように形成されている(AND型メモリセル)。各不揮発性メモリセルC1、C2には、それぞれ情報が記憶できるようになっている。また、複数のゲート電極14の間(ワード線スペース領域、オープンフィールド)には、ゲート電極14に並行するようにシールド電極18が形成されている。   A plurality of gate electrodes (word lines) 14 are formed in a direction crossing the auxiliary gate electrode 6, that is, a direction extending in the X-axis direction. Then, under the gate electrode 14 between the auxiliary gate electrodes 6, nonvolatile memory cells C1 and C2 are formed. That is, the nonvolatile memory cells C1 and C2 are formed so as to be connected in parallel between the same source region and drain region (AND type memory cell). Information can be stored in each of the nonvolatile memory cells C1 and C2. A shield electrode 18 is formed between the plurality of gate electrodes 14 (word line space region, open field) so as to be parallel to the gate electrodes 14.

次に、図2(図1のA−A線で切断した断面図)において、半導体基板1上にはp型ウェル2が形成され、このp型ウェル2上には、補助ゲート絶縁膜3を介して補助ゲート電極6が形成されている。この補助ゲート電極6下には駆動時にチャネル領域(図示せず)が形成され、このチャネル領域がソース領域あるいはドレイン領域となる。補助ゲート電極6の間には、ゲート絶縁膜8を介して浮遊ゲート電極13が形成されている。この浮遊ゲート電極13と補助ゲート電極6とは、補助ゲート電極6の側壁に形成された側壁絶縁膜(第1側壁絶縁膜)7によって互いに絶縁されている。補助ゲート電極6上には絶縁膜5が形成され、この絶縁膜5および浮遊ゲート電極13上には、絶縁膜10が形成されている。そして、絶縁膜10上には、ゲート電極14が形成されている。   Next, in FIG. 2 (a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1), a p-type well 2 is formed on the semiconductor substrate 1, and an auxiliary gate insulating film 3 is formed on the p-type well 2. An auxiliary gate electrode 6 is formed therethrough. A channel region (not shown) is formed under the auxiliary gate electrode 6 during driving, and this channel region becomes a source region or a drain region. A floating gate electrode 13 is formed between the auxiliary gate electrodes 6 via a gate insulating film 8. The floating gate electrode 13 and the auxiliary gate electrode 6 are insulated from each other by a side wall insulating film (first side wall insulating film) 7 formed on the side wall of the auxiliary gate electrode 6. An insulating film 5 is formed on the auxiliary gate electrode 6, and an insulating film 10 is formed on the insulating film 5 and the floating gate electrode 13. A gate electrode 14 is formed on the insulating film 10.

浮遊ゲート電極13は、電荷を蓄積する電荷蓄積膜として機能する。すなわち、浮遊ゲート電極13に電子が蓄積されると、チャネルが形成されるしきい値(電圧)が高くなる。このため、ゲート電極14に読出し電圧を印加した場合、浮遊ゲート電極13下にはチャネルが形成されず、補助ゲート電極6間に形成されているソース領域とドレイン領域は導通せず電流が流れない。これに対し、浮遊ゲート電極13に電子が蓄積されていないと、チャネルが形成されるしきい値が低くなる。このため、ゲート電極14に読出し電圧を印加した場合、浮遊ゲート電極下にチャネルが形成され、ソース領域とドレイン領域との間に電流が流れる。このように浮遊ゲート電極13に蓄積される電荷の有無に応じて、不揮発性メモリセルに情報を記憶させることができる。   The floating gate electrode 13 functions as a charge storage film that stores charges. That is, when electrons are accumulated in the floating gate electrode 13, the threshold value (voltage) at which a channel is formed increases. For this reason, when a read voltage is applied to the gate electrode 14, a channel is not formed under the floating gate electrode 13, and the source region and the drain region formed between the auxiliary gate electrodes 6 are not conductive and no current flows. . On the other hand, if electrons are not accumulated in the floating gate electrode 13, the threshold value for forming a channel is lowered. Therefore, when a read voltage is applied to the gate electrode 14, a channel is formed under the floating gate electrode, and a current flows between the source region and the drain region. Thus, information can be stored in the nonvolatile memory cell in accordance with the presence / absence of charge accumulated in the floating gate electrode 13.

図3(図1のB−B線で切断した断面図)において、半導体基板1上には、複数の不揮発性メモリセルに対応した浮遊ゲート電極13およびゲート電極14が形成されている。そして、隣接する浮遊ゲート電極13の間には、シールド電極18が形成されている。浮遊ゲート電極13とシールド電極18とは、側壁絶縁膜(側壁絶縁膜、第2側壁絶縁膜)15で絶縁されている。また、シールド電極18は、シールド絶縁膜16によって半導体基板1(p型ウェル2)と絶縁されている。   In FIG. 3 (a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 1), a floating gate electrode 13 and a gate electrode 14 corresponding to a plurality of nonvolatile memory cells are formed on the semiconductor substrate 1. A shield electrode 18 is formed between the adjacent floating gate electrodes 13. The floating gate electrode 13 and the shield electrode 18 are insulated by a side wall insulating film (side wall insulating film, second side wall insulating film) 15. The shield electrode 18 is insulated from the semiconductor substrate 1 (p-type well 2) by the shield insulating film 16.

シールド電極18の機能について以下に説明する。不揮発性メモリセルの高集積化に伴い、隣接する浮遊ゲート電極13間の距離は狭くなってきている。浮遊ゲート電極13間の距離が狭くなると、いわゆるVthぼけと呼ばれる現象が生じる。つまり、浮遊ゲート電極13には、電荷が蓄積されるが、隣接する浮遊ゲート電極13の電荷の蓄積状況に応じて、読出し対象としている不揮発性メモリセルのしきい値が変化してしまう現象が生じるのである。読出し対象としているしきい値の変化は、(隣接セルの書込み状態の変化)×(隣接浮遊ゲート電極間の容量結合比)だけ変化する。このようにしきい値が隣接する浮遊ゲート電極13の影響を受けると、例えば、読出し対象としている不揮発性メモリセルのゲート電極14に読出し電圧を印加した場合、ソース領域とドレイン領域との間に電流が流れないはずなのにしきい値が低下して電流が流れてしまう問題が発生する。あるいは、逆に、ソース領域とドレイン領域との間に電流が流れるはずなのにしきい値が上昇して電流が流れない問題が発生する。すると、読出し対象としている不揮発性メモリセルの情報を正常に読み出すことができず、不揮発性半導体記憶装置の読出し特性の信頼性が低下する。   The function of the shield electrode 18 will be described below. As the non-volatile memory cells are highly integrated, the distance between adjacent floating gate electrodes 13 is becoming narrower. When the distance between the floating gate electrodes 13 becomes narrow, a phenomenon called so-called Vth blur occurs. That is, the charge is accumulated in the floating gate electrode 13, but the threshold value of the nonvolatile memory cell to be read changes depending on the charge accumulation state of the adjacent floating gate electrode 13. It happens. The change of the threshold value to be read changes by (change of write state of adjacent cell) × (capacitive coupling ratio between adjacent floating gate electrodes). When the threshold value is affected by the adjacent floating gate electrode 13 as described above, for example, when a read voltage is applied to the gate electrode 14 of the nonvolatile memory cell to be read, a current flows between the source region and the drain region. Although the current should not flow, the threshold value drops and a current flows. Or, conversely, there is a problem that the current rises between the source region and the drain region, but the threshold value rises and no current flows. As a result, the information of the nonvolatile memory cell to be read cannot be normally read, and the reliability of the read characteristics of the nonvolatile semiconductor memory device is lowered.

そこで、隣接する浮遊ゲート電極13間にシールド電極18を設けることが行われる。シールド電極18は導電性材料から形成されており、このシールド電極18を0V(接地)にすることにより、シールド効果を得ている。すなわち、シールド電極18のシールド効果により、隣接する浮遊ゲート電極13からの影響を低減することができるので、いわゆるVthぼけを低減することができる。   Therefore, the shield electrode 18 is provided between the adjacent floating gate electrodes 13. The shield electrode 18 is made of a conductive material, and the shield effect is obtained by setting the shield electrode 18 to 0 V (ground). In other words, the shield effect of the shield electrode 18 can reduce the influence from the adjacent floating gate electrode 13, so that so-called Vth blur can be reduced.

しかし、シールド電極18は通常、浮遊ゲート電極13の高さより高く形成し、さらにゲート電極14を覆うように形成されている。したがって、ゲート電極14の周囲の寄生容量が大きくなるという新たな問題が発生する。寄生容量が大きくなるとゲート電極14、すなわち、ワード線の時定数(寄生容量×抵抗)が増加して、駆動能力が劣化してしまう。   However, the shield electrode 18 is usually formed to be higher than the floating gate electrode 13 and to cover the gate electrode 14. Therefore, there arises a new problem that the parasitic capacitance around the gate electrode 14 is increased. When the parasitic capacitance is increased, the time constant (parasitic capacitance × resistance) of the gate electrode 14, that is, the word line is increased, and the driving capability is deteriorated.

このため、本実施の形態1では、図3に示すように、隣接する浮遊ゲート電極13間にシールド電極18を形成し、かつ、シールド電極18の高さを浮遊ゲート電極13の高さよりも低くしている。そして、シールド電極18に0Vあるいは負電圧を印加する。このようにシールド電極18を形成することで、いわゆるVthぼけを抑制しながら、ゲート電極(ワード線)14の駆動能力を維持できる。すなわち、シールド電極18は、ゲート電極14の周囲を覆うように形成されていないので、寄生容量の増加を抑制できる。シールド電極18の高さをゲート電極14の高さより低くすることで、寄生容量を低減する効果が得られるが、さらに、シールド電極18の高さをゲート電極14の下に形成されている浮遊ゲート電極13の高さより低くすることが、寄生容量を低減する観点から、望ましい。なお、図3には示されていないが、ゲート電極14間に形成されているシールド電極18は、すべて、その端部で電気的に結線されている。すなわち、すべてのシールド電極18には、0Vあるいは負電圧が同時に印加される。   For this reason, in the first embodiment, as shown in FIG. 3, the shield electrode 18 is formed between the adjacent floating gate electrodes 13, and the height of the shield electrode 18 is lower than the height of the floating gate electrode 13. is doing. Then, 0 V or a negative voltage is applied to the shield electrode 18. By forming the shield electrode 18 in this way, the drive capability of the gate electrode (word line) 14 can be maintained while suppressing so-called Vth blur. That is, since the shield electrode 18 is not formed so as to cover the periphery of the gate electrode 14, an increase in parasitic capacitance can be suppressed. The effect of reducing the parasitic capacitance can be obtained by making the height of the shield electrode 18 lower than the height of the gate electrode 14, but further, the floating gate formed below the gate electrode 14 has the height of the shield electrode 18. It is desirable to make it lower than the height of the electrode 13 from the viewpoint of reducing the parasitic capacitance. Although not shown in FIG. 3, all the shield electrodes 18 formed between the gate electrodes 14 are electrically connected at the end portions. That is, 0 V or a negative voltage is simultaneously applied to all the shield electrodes 18.

次に、図4(図1のC−C線で切断した断面図)において、半導体基板1上には、横方向(Y方向)に延在する補助ゲート電極6が形成されており、絶縁膜5を介した補助ゲート電極6上には絶縁膜10およびゲート電極14が形成されている。ゲート電極14は、紙面に垂直な方向(X方向)に延在している。   Next, in FIG. 4 (cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 1), an auxiliary gate electrode 6 extending in the lateral direction (Y direction) is formed on the semiconductor substrate 1, and an insulating film An insulating film 10 and a gate electrode 14 are formed on the auxiliary gate electrode 6 via 5. The gate electrode 14 extends in a direction (X direction) perpendicular to the paper surface.

図5(図1のD−D線で切断した断面図)は、不揮発性メモリセルが形成されていないオープンフィールドでの断面を示している。図5において、一対の補助ゲート電極6間には、シールド絶縁膜16を介してシールド電極18が形成されている。一対の補助ゲート電極6下には、チャネルによってソース領域およびドレイン領域が形成されるが、オープンフィールドでは、このソース領域とドレイン領域の間でリーク電流が流れないことが望ましい。   FIG. 5 (a cross-sectional view taken along the line DD in FIG. 1) shows a cross section in an open field in which a nonvolatile memory cell is not formed. In FIG. 5, a shield electrode 18 is formed between the pair of auxiliary gate electrodes 6 via a shield insulating film 16. A source region and a drain region are formed under the pair of auxiliary gate electrodes 6 by a channel. In an open field, it is desirable that no leakage current flows between the source region and the drain region.

しかし、不揮発性メモリセルの高集積化に伴い、オープンフィールドにおけるソース領域とドレイン領域との距離が短くなってきている。このため、リーク電流が増大する問題が発生する。   However, with the high integration of nonvolatile memory cells, the distance between the source region and the drain region in the open field has become shorter. For this reason, the problem that leakage current increases occurs.

そこで、本実施の形態1では、半導体基板1(p型ウェル2)とシールド絶縁膜16の界面を、半導体基板1(p型ウェル2)とゲート絶縁膜8との界面よりも低くしている(図3参照)。これにより、不揮発性メモリセルが形成されていないオープンフィールドにおいて、ソース領域とドレイン領域との間の実質距離を遠ざけることができ、リーク電流を低減することができる。すなわち、シールド絶縁膜16が半導体基板1に食い込んでいるので、リーク電流の経路は、シールド絶縁膜16を避けるように形成される。つまり、ソース領域とドレイン領域との直線距離よりも、シールド絶縁膜16を避ける分だけリーク電流の経路が長くなるので、リーク電流を低減することができる。   Therefore, in the first embodiment, the interface between the semiconductor substrate 1 (p-type well 2) and the shield insulating film 16 is set lower than the interface between the semiconductor substrate 1 (p-type well 2) and the gate insulating film 8. (See FIG. 3). Thereby, in an open field in which a nonvolatile memory cell is not formed, a substantial distance between the source region and the drain region can be increased, and a leakage current can be reduced. That is, since the shield insulating film 16 bites into the semiconductor substrate 1, the leakage current path is formed so as to avoid the shield insulating film 16. In other words, the leakage current path becomes longer than the linear distance between the source region and the drain region by the amount that avoids the shield insulating film 16, so that the leakage current can be reduced.

次に、本実施の形態1における不揮発性メモリセルの書込み動作、消去動作、読出し動作に対して図6〜図8を用いて説明する。   Next, a write operation, an erase operation, and a read operation of the nonvolatile memory cell in the first embodiment will be described with reference to FIGS.

不揮発性メモリセルの書込み動作は、ソース領域/ドレイン領域となる半導体領域、ゲート電極、補助ゲート電極に、それぞれ所定の電圧を印加することにより行う。   The writing operation of the nonvolatile memory cell is performed by applying a predetermined voltage to the semiconductor region serving as the source region / drain region, the gate electrode, and the auxiliary gate electrode.

具体的には、図6に示すように、半導体領域20aに5V、半導体領域20bをオープン、半導体領域20cに0V、書込み選択メモリセルのゲート電極14aに15V、補助ゲート電極6aに8V、補助ゲート電極6bに1V、補助ゲート電極6cに5Vを印加する。   Specifically, as shown in FIG. 6, the semiconductor region 20a is 5V, the semiconductor region 20b is open, the semiconductor region 20c is 0V, the gate electrode 14a of the write selection memory cell is 15V, the auxiliary gate electrode 6a is 8V, and the auxiliary gate. 1V is applied to the electrode 6b, and 5V is applied to the auxiliary gate electrode 6c.

この電圧条件では、補助ゲート電極6a下および選択メモリセル下の領域が強反転してチャネルが形成されるため、ドレイン領域となる半導体領域20aの電位が選択メモリセル下まで到達する。   Under this voltage condition, the region under the auxiliary gate electrode 6a and the region under the selected memory cell is strongly inverted to form a channel, so that the potential of the semiconductor region 20a serving as the drain region reaches below the selected memory cell.

また、ソース領域の電位(半導体領域20cの電位)に関しても、強反転状態の補助ゲート電極6c下のチャネルと弱反転状態の補助ゲート電極6b下のチャネルを通じて、補助ゲート電極6b下まで到達する。   Further, the potential of the source region (the potential of the semiconductor region 20c) also reaches below the auxiliary gate electrode 6b through the channel below the strongly inverted auxiliary gate electrode 6c and the channel below the weakly inverted auxiliary gate electrode 6b.

このとき、書込み選択メモリセルと、このセルに隣接する補助ゲート電極6b間の絶縁膜下のチャネルに強い電界が発生し、ホットエレクトロンが発生する。発生したホットエレクトロンは、書込み選択メモリセルの浮遊ゲート電極に注入され、書込み選択メモリセルのしきい値は上昇する(ソース サイド ホットエレクトロン インジェクション書込み方式)。このようにして書込み選択メモリセルに対して書込み動作を行うことができる。   At this time, a strong electric field is generated in the channel under the insulating film between the write selection memory cell and the auxiliary gate electrode 6b adjacent to the cell, and hot electrons are generated. The generated hot electrons are injected into the floating gate electrode of the write selection memory cell, and the threshold value of the write selection memory cell rises (source side hot electron injection write method). In this way, a write operation can be performed on the write selected memory cell.

このとき、書込み非選択メモリセル下およびワード線(ゲート電極)間のスペース領域(オープンフィールド)におけるリーク電流を抑制し、書込み選択メモリセルのチャネル電流を大きくして書込み効率を向上するために、書込み非選択メモリセルのゲート電極14b、シールド電極18には、それぞれ、−2V、0Vを印加する。   At this time, in order to suppress the leakage current in the space region (open field) between the write unselected memory cells and between the word lines (gate electrodes), and to increase the channel current of the write selected memory cells to improve the write efficiency, -2V and 0V are applied to the gate electrode 14b and the shield electrode 18 of the non-programmed memory cell, respectively.

また、選択したワード線上のメモリセル間の素子分離は、補助ゲート電極6dに−2Vを印加することにより行う。   Further, element isolation between memory cells on the selected word line is performed by applying −2 V to the auxiliary gate electrode 6d.

選択メモリセルを消去する場合には、図7に示すように、半導体領域20aに0V、半導体領域20bに0V、半導体領域20cに0V、選択ワード線(ゲート電極14a)に−18V、補助ゲート電極6aに0V、補助ゲート電極6bに0V、補助ゲート電極6cに0Vを印加する。   When erasing the selected memory cell, as shown in FIG. 7, the semiconductor region 20a is 0V, the semiconductor region 20b is 0V, the semiconductor region 20c is 0V, the selected word line (gate electrode 14a) is −18V, and the auxiliary gate electrode 0V is applied to 6a, 0V is applied to the auxiliary gate electrode 6b, and 0V is applied to the auxiliary gate electrode 6c.

また、非選択メモリセルのゲート電極14b、シールド電極18、補助ゲート電極6dには、それぞれ、−2V、0V、0Vを印加する。   Further, −2V, 0V, and 0V are applied to the gate electrode 14b, the shield electrode 18, and the auxiliary gate electrode 6d of the non-selected memory cell, respectively.

これにより、選択メモリセルの浮遊ゲート電極から半導体基板に電子が放出され、しきい値が低下する。このようにして選択メモリセルに対して消去動作を行うことができる。   As a result, electrons are emitted from the floating gate electrode of the selected memory cell to the semiconductor substrate, and the threshold value is lowered. In this way, the erase operation can be performed on the selected memory cell.

選択メモリセルの読出し動作を行う場合には、図8に示すように、半導体領域20aに0V、半導体領域20bに1V、半導体領域20cに0V、補助ゲート電極6aに4V、補助ゲート電極6bに4V、補助ゲート電極6cに−2Vを印加する。このとき、素子分離は2系統の補助ゲート電極6cと6dに−2Vを印加することにより行う。   When the read operation of the selected memory cell is performed, as shown in FIG. 8, the semiconductor region 20a is 0V, the semiconductor region 20b is 1V, the semiconductor region 20c is 0V, the auxiliary gate electrode 6a is 4V, and the auxiliary gate electrode 6b is 4V. Then, −2 V is applied to the auxiliary gate electrode 6c. At this time, element isolation is performed by applying −2 V to the two systems of auxiliary gate electrodes 6c and 6d.

また、非選択メモリセルのゲート電極14b、シールド電極18には、それぞれ、−2V、0Vを印加する。このように、選択メモリセルの読出し動作の際、シールド電極18に0Vを印加することにより、選択メモリセルの周囲をシールドすることで、非選択メモリセルの書込み状態に起因したVthぼけを抑制することができる。   Further, −2 V and 0 V are applied to the gate electrode 14 b and the shield electrode 18 of the non-selected memory cell, respectively. As described above, during the read operation of the selected memory cell, 0 V is applied to the shield electrode 18 to shield the periphery of the selected memory cell, thereby suppressing Vth blur caused by the write state of the unselected memory cell. be able to.

ここで、本実施の形態1ではシールド電極18に印加する電圧を常に0Vとしているが、リーク電流抑制効果を高める観点から負電圧を印加しても良い。   Here, in the first embodiment, the voltage applied to the shield electrode 18 is always 0 V, but a negative voltage may be applied from the viewpoint of enhancing the leakage current suppressing effect.

次に、本実施の形態1である不揮発性半導体記憶装置の製造方法を図9〜図17を用いて説明する。図9〜図16では、それぞれ図1に示したX軸方向に平行な断面(図1のA−A断面に対応)とY軸方向に平行な断面(図1のB−B断面に対応)が記載されている。   Next, a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 9 to 16, the cross section parallel to the X-axis direction shown in FIG. 1 (corresponding to the AA cross section in FIG. 1) and the cross section parallel to the Y axis direction (corresponding to the BB cross section in FIG. 1). Is described.

まず、半導体基板1上に第1導電型(例えばp型)の半導体領域(p型ウェル)2を形成した後、熱酸化法により補助ゲート電極と半導体基板1とを絶縁する補助ゲート絶縁膜3を形成する(図9)。   First, after forming a first conductivity type (for example, p-type) semiconductor region (p-type well) 2 on a semiconductor substrate 1, an auxiliary gate insulating film 3 for insulating the auxiliary gate electrode and the semiconductor substrate 1 by thermal oxidation. (FIG. 9).

次に、補助ゲート電極となるポリシリコン膜(導電膜)4および絶縁膜である窒化シリコン膜/酸化シリコン膜(第1絶縁膜)5を、例えばCVD(Chemical Vapor Depositon)法により順に堆積する(図9)。そして、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いてパターニングすることにより、補助ゲート電極6を形成する(図10)。   Next, a polysilicon film (conductive film) 4 as an auxiliary gate electrode and a silicon nitride film / silicon oxide film (first insulating film) 5 as an insulating film are sequentially deposited by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method ( FIG. 9). Then, the auxiliary gate electrode 6 is formed by patterning using a photolithography technique and a dry etching technique (FIG. 10).

続いて、補助ゲート電極と浮遊ゲート電極を絶縁するための酸化シリコン膜をCVD法により堆積し、エッチング技術により補助ゲート電極6の側面に側壁絶縁膜(サイドウォール、第1側壁酸化膜)7を形成する(図11)。   Subsequently, a silicon oxide film for insulating the auxiliary gate electrode and the floating gate electrode is deposited by the CVD method, and a sidewall insulating film (side wall, first sidewall oxide film) 7 is formed on the side surface of the auxiliary gate electrode 6 by an etching technique. Form (FIG. 11).

次に、浮遊ゲート電極と半導体基板1を絶縁するゲート絶縁膜8を熱酸化法にて形成し、その後、浮遊ゲート電極となるポリシリコン膜(第1導電膜)9を堆積する。そして、堆積したポリシリコン膜9の一部をエッチバックして浮遊ゲート電極となるポリシリコン膜9の高さを窒化シリコン膜/酸化シリコン膜5より低くする(図12)。   Next, a gate insulating film 8 that insulates the floating gate electrode from the semiconductor substrate 1 is formed by a thermal oxidation method, and then a polysilicon film (first conductive film) 9 to be a floating gate electrode is deposited. Then, a part of the deposited polysilicon film 9 is etched back to make the height of the polysilicon film 9 to be a floating gate electrode lower than that of the silicon nitride film / silicon oxide film 5 (FIG. 12).

次に、窒化シリコン膜/酸化シリコン膜5のうち、上部に形成された酸化シリコン膜をエッチングし、その後、浮遊ゲート電極とゲート電極を絶縁する酸化シリコン膜/窒化シリコン膜/酸化シリコン膜からなる絶縁膜(絶縁膜)10を堆積する。さらに、ゲート電極となるポリシリコン膜(第2導電膜)11、酸化シリコン膜(第2絶縁膜)12を堆積する(図13)。   Next, the silicon oxide film formed on the silicon nitride film / silicon oxide film 5 is etched, and thereafter, the silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film is formed to insulate the floating gate electrode from the gate electrode. An insulating film (insulating film) 10 is deposited. Further, a polysilicon film (second conductive film) 11 and a silicon oxide film (second insulating film) 12 to be gate electrodes are deposited (FIG. 13).

その後、フォトリソグラフィ技術を使用してポリシリコン膜11をパターニングすることにより、ゲート電極14を形成する。そして、ゲート電極14をマスクとしたパターニングにより浮遊ゲート電極13を形成する(図14)。   Then, the gate electrode 14 is formed by patterning the polysilicon film 11 using a photolithography technique. Then, the floating gate electrode 13 is formed by patterning using the gate electrode 14 as a mask (FIG. 14).

続いて、酸化シリコン膜を堆積しエッチングすることで、浮遊ゲート電極13およびゲート電極14の側面に側壁絶縁膜(第2側壁絶縁膜)15を形成する。   Subsequently, a side wall insulating film (second side wall insulating film) 15 is formed on the side surfaces of the floating gate electrode 13 and the gate electrode 14 by depositing and etching a silicon oxide film.

この際に、シールド絶縁膜16と半導体基板1の界面を、ゲート絶縁膜8と半導体基板1の界面より低い位置に形成するために、露出した半導体基板1の表面をエッチングする。ここで、半導体基板1は、半導体領域2も含めて半導体基板1としている。   At this time, in order to form the interface between the shield insulating film 16 and the semiconductor substrate 1 at a position lower than the interface between the gate insulating film 8 and the semiconductor substrate 1, the exposed surface of the semiconductor substrate 1 is etched. Here, the semiconductor substrate 1 is the semiconductor substrate 1 including the semiconductor region 2.

続いて、シールド電極のシールド絶縁膜16を熱酸化法により形成し、シールド電極(ワードスペース部のシールド電極、オープンフィールド上のシールド電極)となるポリシリコン膜(第3導電膜)17を堆積する(図15)。   Subsequently, a shield insulating film 16 of the shield electrode is formed by a thermal oxidation method, and a polysilicon film (third conductive film) 17 to be a shield electrode (a shield electrode in the word space portion, a shield electrode on the open field) is deposited. (FIG. 15).

その後、ポリシリコン膜17の一部をエッチバックすることにより、シールド電極18を形成し、このシールド電極18の高さを浮遊ゲート電極13の高さより低くする(図16)。このとき、シールド電極18に一括して電圧を印加するために、シールド電極18の高さを、窒化シリコン膜/酸化シリコン膜5のうち残存する窒化シリコン膜より高くする。   Thereafter, a part of the polysilicon film 17 is etched back to form a shield electrode 18, and the height of the shield electrode 18 is made lower than the height of the floating gate electrode 13 (FIG. 16). At this time, the height of the shield electrode 18 is set higher than the remaining silicon nitride film of the silicon nitride film / silicon oxide film 5 in order to apply a voltage to the shield electrode 18 at once.

続いて、図には示してはいないが、メモリセル、周辺回路と配線との層間絶縁膜を形成した後、ゲート電極14、補助ゲート電極6、ソース領域/ドレイン領域となる拡散層や周辺回路と導通をとるためのコンタクト孔を形成する。そして、金属膜を堆積した後、パターニングすることにより配線を形成する。このようにして、不揮発性半導体記憶装置を形成することができる。   Subsequently, although not shown in the drawing, after forming an interlayer insulating film between the memory cell, the peripheral circuit and the wiring, the gate electrode 14, the auxiliary gate electrode 6, a diffusion layer to be the source region / drain region, and the peripheral circuit A contact hole is formed for electrical connection. Then, after depositing a metal film, wiring is formed by patterning. In this way, a nonvolatile semiconductor memory device can be formed.

図17は、本実施の形態1における不揮発性半導体記憶装置の略平面図である。図17において、Y方向に延在するように一定間隔を空けてゲート電極30が形成されている。
このゲート電極30は、コンタクト孔31を介して配線32に接続されている。
FIG. 17 is a schematic plan view of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment. In FIG. 17, gate electrodes 30 are formed at regular intervals so as to extend in the Y direction.
The gate electrode 30 is connected to the wiring 32 through the contact hole 31.

また、ゲート電極30の間の領域には、シールド電極33が形成されている。このシールド電極33は、ゲート電極30の外周で結束され、一括して給電可能となっている。そして、シールド電極33の両端にコンタクト孔34を複数個配置することにより、シールド電極33の抵抗を低くして、駆動能力を高くしている。このシールド電極33は、コンタクト孔34を介して配線35と接続されている。シールド電極33への電圧印加は、端部に形成されているダミーゲート電極30aから行う。ダミーゲート電極30aは、ゲート電極30の最外周に形成されており、ゲート電極30として機能しないものである。   A shield electrode 33 is formed in the region between the gate electrodes 30. The shield electrode 33 is bundled on the outer periphery of the gate electrode 30 and can be fed collectively. By arranging a plurality of contact holes 34 at both ends of the shield electrode 33, the resistance of the shield electrode 33 is lowered and the driving capability is increased. The shield electrode 33 is connected to the wiring 35 through the contact hole 34. The voltage is applied to the shield electrode 33 from the dummy gate electrode 30a formed at the end. The dummy gate electrode 30 a is formed on the outermost periphery of the gate electrode 30 and does not function as the gate electrode 30.

シールド電極33は、このダミーゲート電極30aにコンタクト孔を介して接続されており、ダミーゲート電極30aに0Vあるいは負電圧を印加することにより、シールド電極33に0Vあるいは負電圧が印加されるようになっている。   The shield electrode 33 is connected to the dummy gate electrode 30a via a contact hole. By applying 0V or a negative voltage to the dummy gate electrode 30a, 0V or a negative voltage is applied to the shield electrode 33. It has become.

図17において、ゲート電極30に交差する方向、すなわち、X軸方向に延在する方向には、補助ゲート電極36が形成されている。この補助ゲート電極36には、コンタクト孔37を介して上層配線と接続されており、所定の電圧が印加されるようになっている。補助ゲート電極36に所定の電圧が印加されてオンすると、補助ゲート電極36下の半導体領域にチャネルが形成される。このチャネルは、拡散層38に接続されており、チャネルがソース領域あるいはドレイン領域として機能する。すなわち、チャネルの電位は、拡散層38にコンタクト孔39を介して印加された電圧と同電位になる。   In FIG. 17, an auxiliary gate electrode 36 is formed in a direction crossing the gate electrode 30, that is, in a direction extending in the X-axis direction. The auxiliary gate electrode 36 is connected to an upper layer wiring through a contact hole 37 so that a predetermined voltage is applied. When a predetermined voltage is applied to the auxiliary gate electrode 36 and turned on, a channel is formed in the semiconductor region under the auxiliary gate electrode 36. This channel is connected to the diffusion layer 38, and the channel functions as a source region or a drain region. That is, the channel potential is the same as the voltage applied to the diffusion layer 38 via the contact hole 39.

上述した工程を経て製造された不揮発性半導体記憶装置のリーク電流の抑制効果を、本発明者らが検討した構造と比較しながら説明する。   The effect of suppressing the leakage current of the nonvolatile semiconductor memory device manufactured through the above-described steps will be described in comparison with the structure studied by the present inventors.

図18は、本実施の形態1における不揮発性半導体記憶装置の構造および本発明者らが検討した不揮発性半導体記憶装置の構造を示したものである。図18(a)は、シールド電極を設けない構造を示しており、図18(b)は、ゲート電極14間のスペース領域に高濃度不純物領域21を形成した構造を示している。高濃度不純物拡散領域21は、例えば、イオン種:BF、打ち込みエネルギー:50keV、ドーズ量:1×1013(cm−2)の条件で形成されている。図18(c)は、ゲート電極14間のスペース領域にシールド電極18を設けた構造を示しており、図18(d)は、ゲート絶縁膜8と半導体基板1の界面よりもシールド絶縁膜16と半導体基板1の界面を低くした構造を示している。 FIG. 18 shows the structure of the nonvolatile semiconductor memory device in the first embodiment and the structure of the nonvolatile semiconductor memory device examined by the present inventors. 18A shows a structure in which no shield electrode is provided, and FIG. 18B shows a structure in which a high concentration impurity region 21 is formed in a space region between the gate electrodes 14. The high concentration impurity diffusion region 21 is formed, for example, under the conditions of ion species: BF 2 , implantation energy: 50 keV, and dose amount: 1 × 10 13 (cm −2 ). FIG. 18C shows a structure in which a shield electrode 18 is provided in the space region between the gate electrodes 14, and FIG. 18D shows the shield insulating film 16 rather than the interface between the gate insulating film 8 and the semiconductor substrate 1. 2 shows a structure in which the interface between the semiconductor substrate 1 and the semiconductor substrate 1 is lowered.

図18に示した4通りの構造に対してゲート電圧とチャネル電流との関係を示した。図19は、4通りの構造に対してゲート電圧とチャネル電流との関係を示したグラフである。図19において、横軸はゲート電圧(V)を示しており、縦軸はチャネル電流(A)を示している。図19中の(a)〜(d)の曲線は、それぞれ、図18の(a)〜(d)の構造に対応している。   The relationship between the gate voltage and the channel current is shown for the four structures shown in FIG. FIG. 19 is a graph showing the relationship between the gate voltage and the channel current for the four structures. In FIG. 19, the horizontal axis represents the gate voltage (V), and the vertical axis represents the channel current (A). The curves (a) to (d) in FIG. 19 correspond to the structures (a) to (d) in FIG. 18, respectively.

例えば、図19中の(a)曲線を見てみると、ゲート電圧が所定値以上(オン状態)では、一定のチャネル電流が流れるが、ゲート電圧が所定値以下(オフ)になると、チャネル電流は減少する。しかし、チャネル電流は0にならずに一定値に落ち着く。この一定値に落ち着いた電流は、オフ状態でも流れるリーク電流を示している。図19中(a)〜(d)において、リーク電流は、(a)〜(d)の順に低くなっていることがわかる。すなわち、図19より、リーク電流の抑制効果は、(a)<(b)<(c)<(d)の順に高くなることがわかる。したがって、図18(d)に示したように、シールド電極18を設けるとともに、シールド絶縁膜16と半導体基板1の界面をゲート絶縁膜8と半導体基板1の界面よりも低くすることで、リーク電流を大幅に低減することができる。これは、ゲート電極14間のスペース領域にある半導体基板表面が補助ゲート電極から離れるので、補助ゲート電極からの電界が緩和されるためである。また、シールド絶縁膜16を半導体基板1に食い込ませることにより、リーク電流の経路を実質的に迂回させて長くできるためである。また、リーク電流の抑制効果はシールド絶縁膜16の膜厚が薄いほど顕著となるため、シールド絶縁膜16の膜厚をゲート絶縁膜8の膜厚よりも薄く形成することが望ましい。なお、図19中の(c)に示すように、シールド電極を設けることでも、図19中の(a)や(b)に比べてリーク電流を低減できる効果が得られる。   For example, looking at the curve (a) in FIG. 19, a constant channel current flows when the gate voltage is equal to or higher than a predetermined value (ON state), but when the gate voltage becomes equal to or lower than a predetermined value (OFF), Decrease. However, the channel current does not become zero but settles to a constant value. This current that has settled to a certain value indicates a leak current that flows even in the off state. 19A to 19D, it can be seen that the leakage current decreases in the order of (a) to (d). That is, FIG. 19 shows that the effect of suppressing the leakage current increases in the order of (a) <(b) <(c) <(d). Therefore, as shown in FIG. 18D, the leakage current is provided by providing the shield electrode 18 and lowering the interface between the shield insulating film 16 and the semiconductor substrate 1 than the interface between the gate insulating film 8 and the semiconductor substrate 1. Can be greatly reduced. This is because the surface of the semiconductor substrate in the space region between the gate electrodes 14 is separated from the auxiliary gate electrode, so that the electric field from the auxiliary gate electrode is relaxed. Another reason is that the leakage current path can be substantially bypassed and lengthened by causing the shield insulating film 16 to penetrate into the semiconductor substrate 1. Further, since the effect of suppressing the leakage current becomes more pronounced as the shield insulating film 16 is thinner, it is desirable to form the shield insulating film 16 thinner than the gate insulating film 8. As shown in (c) of FIG. 19, the provision of a shield electrode can also provide an effect of reducing the leakage current as compared with (a) and (b) of FIG.

次に、シールド電極による読出し選択メモリセルのしきい値変化の抑制効果について述べる。ここでは、例として、メモリセルの構造を、半導体基板1から浮遊ゲート電極13までの高さが、半導体基板1から絶縁膜5までの高さの2倍、ゲート電極のゲート幅を90nm、側壁絶縁膜15の膜厚を30nm、シールド電極18の幅を30nmとする(図2、図3参照)。そして、シールド電極18には、常に0V若しくは一定の負電圧(負バイアス)が印加されており、隣接メモリセルのしきい値変化に伴う、読出し選択メモリセルの浮遊ゲート電極13の電位変化をシールドする場合を考える。   Next, the effect of suppressing the threshold change of the read selected memory cell by the shield electrode will be described. Here, as an example, the structure of the memory cell is such that the height from the semiconductor substrate 1 to the floating gate electrode 13 is twice the height from the semiconductor substrate 1 to the insulating film 5, the gate width of the gate electrode is 90 nm, and the side wall. The film thickness of the insulating film 15 is 30 nm, and the width of the shield electrode 18 is 30 nm (see FIGS. 2 and 3). The shield electrode 18 is always applied with 0 V or a constant negative voltage (negative bias), and shields the potential change of the floating gate electrode 13 of the read selected memory cell due to the change of the threshold value of the adjacent memory cell. Consider the case.

図20は、シールド電極18の高さの浮遊ゲート電極13の高さに対する比率(シールド電極の高さ/浮遊ゲート電極の高さ)と読出し選択メモリセルの容量結合によるしきい値変化の関係を、メモリセルが多値メモリと2値メモリの場合について示した図である。多値メモリとは、一つのメモリセルに2ビット以上の情報を記憶できるものであり、2値メモリは、一つのメモリセルに2ビットの情報を記憶できるものである。また、図21は、多値メモリおよび2値メモリのしきい値ウィンドウの一例を示した図である。   FIG. 20 shows the relationship between the ratio of the height of the shield electrode 18 to the height of the floating gate electrode 13 (the height of the shield electrode / the height of the floating gate electrode) and the threshold change due to capacitive coupling of the read selected memory cell. FIG. 3 is a diagram showing a case where a memory cell is a multi-value memory and a binary memory. A multi-level memory can store information of 2 bits or more in one memory cell, and a binary memory can store 2-bit information in one memory cell. FIG. 21 is a diagram showing an example of threshold windows of the multi-level memory and the binary memory.

図21に示すように、2値メモリと比較して多値メモリの場合には、しきい値ウィンドウが広く、しきい値の分布を狭帯化してそれぞれのしきい値分布間を狭く設定していることがわかる。   As shown in FIG. 21, in the case of a multi-level memory as compared to a binary memory, the threshold value window is wide, and the threshold value distribution is narrowed so that the interval between the threshold value distributions is set narrower. You can see that

上述したように、読出し選択メモリセルしきい値変化は、(隣接メモリセルのしきい値変化)×(隣接浮遊ゲート電極間の容量結合比)で表される。このため、しきい値ウィンドウの大きい多値メモリの方が、隣接セルのしきい値変化に伴う読出し選択メモリセルのしきい値変化が大きくなる。例えば、図21に示すように、2値メモリでは、しきい値の変化幅が最大3Vであるのに対し、多値メモリでは、しきい値の変化幅が最大5Vである。したがって、本実施の形態1は、特に多値メモリに適用すると効果が大きい。   As described above, the threshold value change of the read selected memory cell is represented by (threshold value change of adjacent memory cell) × (capacitive coupling ratio between adjacent floating gate electrodes). For this reason, in the multi-value memory having a large threshold window, the threshold value change of the read selected memory cell accompanying the change in the threshold value of the adjacent cell becomes larger. For example, as shown in FIG. 21, in the binary memory, the threshold change width is 3 V at the maximum, whereas in the multi-value memory, the threshold change width is 5 V at the maximum. Therefore, the first embodiment is particularly effective when applied to a multilevel memory.

図20に示すように、多値メモリおよび2値メモリの両方で、シールド電極の高さ/浮遊ゲート電極の高さを大きくしていくと、読出し選択メモリセルのしきい値変化は小さくなる。これは、シールド電極の高さを高くすればするほど、シールド効果を向上することができるからである。しかし、シールド電極の高さを高くすると、ゲート電極(ワード線)の寄生容量が増加して駆動能力が低下するので、シールド電極の高さを高くしすぎることは、ゲート電極の駆動能力の観点から望ましくない。ここで、例えば、多値メモリにおいて、隣接メモリセルのしきい値変化(5Vの変化)に対して読出し選択メモリセルのしきい値変化0.1Vを許容すると、(シールド電極の高さ/浮遊ゲート電極の高さ)を0.7にすれば良いことがわかる。   As shown in FIG. 20, when the height of the shield electrode / the height of the floating gate electrode is increased in both the multilevel memory and the binary memory, the threshold value change of the read selected memory cell is reduced. This is because the shield effect can be improved as the height of the shield electrode is increased. However, when the height of the shield electrode is increased, the parasitic capacitance of the gate electrode (word line) is increased and the driving capability is lowered, so that the height of the shield electrode is excessively increased in view of the driving capability of the gate electrode. Not desirable. Here, for example, in a multi-level memory, if a threshold value change of 0.1 V of a read selected memory cell is allowed with respect to a threshold value change (change of 5 V) of an adjacent memory cell, (height of shield electrode / floating It can be seen that the height of the gate electrode should be 0.7.

次に、シールド電極の高さを浮遊ゲート電極の高さより低くした構造が、ゲート電極(ワード線)の時定数に与える効果について述べる。時定数は(ゲート電極の抵抗)×(ゲート電極に対する周りの容量の総和)で表される。時定数が大きくなると、ゲート電極における印加電圧の立ち上がり時間が長くなるため、ゲート電極の駆動能力が劣化し、読出し特性が劣化する。   Next, the effect of the structure in which the height of the shield electrode is lower than that of the floating gate electrode on the time constant of the gate electrode (word line) will be described. The time constant is expressed by (resistance of the gate electrode) × (total sum of capacitance around the gate electrode). When the time constant increases, the rising time of the applied voltage at the gate electrode becomes longer, so that the driving ability of the gate electrode is deteriorated and the reading characteristics are deteriorated.

図22に、(シールド電極の高さ/浮遊ゲート電極の高さ)とゲート電極に対する周りの容量の総和(寄生容量)の関係を示す。図22において、横軸はシールド電極の高さ/浮遊ゲート電極の高さを示しており、縦軸はゲート電極に対する周りの容量の総和を示したものである。シールド電極を形成しない場合における寄生容量を1としている。図22を見てわかるように、シールド電極の高さを浮遊ゲート電極の高さより下げることで、ゲート電極に対する周りの容量の総和の増加を抑制することができる。   FIG. 22 shows the relationship between (height of the shield electrode / height of the floating gate electrode) and the sum of the surrounding capacitances with respect to the gate electrode (parasitic capacitance). In FIG. 22, the horizontal axis indicates the height of the shield electrode / the height of the floating gate electrode, and the vertical axis indicates the total sum of the surrounding capacitance with respect to the gate electrode. The parasitic capacitance when the shield electrode is not formed is 1. As can be seen from FIG. 22, by increasing the height of the shield electrode below the height of the floating gate electrode, it is possible to suppress an increase in the total capacitance around the gate electrode.

例えば、(シールド電極の高さ/浮遊ゲート電極の高さ)が0.7の場合、ゲート電極に対する周りの容量の総和は、シールド電極を形成しない場合と比較して4倍に抑えることができる。このとき、ゲート電極をポリメタル化するなどにより現状の0.25倍まで抵抗を下げれば、ゲート電極の駆動能力低下を防ぐことが可能となることがわかる。すなわち、シールド電極を浮遊ゲート電極の高さを超えてゲート電極を覆うように形成すると、ゲート電極に対する寄生容量は低抵抗化でカバーできないほど増加する。しかし、本実施の形態1による構造によれば、シールド電極を形成したことによる寄生容量の増加は、ゲート電極の低抵抗化でカバーできる範囲となるので、シールド電極を設けたことによるゲート電極の駆動能力低下を抑制することができる。例えば、ゲート電極の低抵抗化は、ゲート電極の構成材料であるタングステンシリサイド(WSi)膜をタングステン(W)膜に代えることで実現することができる。   For example, when (the height of the shield electrode / the height of the floating gate electrode) is 0.7, the total capacity around the gate electrode can be reduced to four times that in the case where the shield electrode is not formed. . At this time, it can be seen that if the resistance is lowered to 0.25 times the current level by, for example, polymetalizing the gate electrode, it is possible to prevent a reduction in the driving capability of the gate electrode. That is, if the shield electrode is formed so as to cover the gate electrode beyond the height of the floating gate electrode, the parasitic capacitance with respect to the gate electrode increases so as not to be covered by the low resistance. However, according to the structure according to the first embodiment, the increase in the parasitic capacitance due to the formation of the shield electrode is in a range that can be covered by the low resistance of the gate electrode. A decrease in driving capability can be suppressed. For example, the resistance of the gate electrode can be reduced by replacing the tungsten silicide (WSi) film, which is a constituent material of the gate electrode, with a tungsten (W) film.

また、シールド電極を形成すると、ゲート電極の寄生容量が増加するため、ゲート電極と浮遊ゲート電極との容量結合比(カップリング比)が低下して、書込み速度および消去速度が劣化する。この場合、浮遊ゲート電極の高さを高くすることで、ゲート電極と浮遊ゲート電極の結合面積を増大することにより、容量結合比を確保することができる。   In addition, when the shield electrode is formed, the parasitic capacitance of the gate electrode is increased, so that the capacitive coupling ratio (coupling ratio) between the gate electrode and the floating gate electrode is lowered, and the writing speed and the erasing speed are deteriorated. In this case, the capacitive coupling ratio can be secured by increasing the height of the floating gate electrode to increase the coupling area between the gate electrode and the floating gate electrode.

以上から、不揮発性半導体記憶装置を構成するメモリセルのゲート電極間にシールド電極を設け、このシールド電極に常に0V若しくは負電圧を印加することにより、隣接浮遊ゲートの書込み・消去に伴う注目メモリセルのしきい値変化を抑制することができる。   As described above, the memory cell of interest accompanying writing / erasing of the adjacent floating gate is provided by providing a shield electrode between the gate electrodes of the memory cell constituting the nonvolatile semiconductor memory device and constantly applying 0 V or a negative voltage to the shield electrode. Can be suppressed.

また、シールド電極の高さを浮遊ゲート電極より低くすることにより、ゲート電極の時定数の劣化を抑えることができる。   Further, by making the height of the shield electrode lower than that of the floating gate electrode, it is possible to suppress deterioration of the time constant of the gate electrode.

さらに、シールド電極を形成したことにより、ゲート電極間のスペース領域におけるリーク電流を抑制することができる。このリーク電流の抑制効果は、ゲート絶縁膜と比較して、シールド絶縁膜を低い位置に形成すると顕著となり、メモリセルの読出し特性を向上することができる。   Furthermore, the leakage current in the space region between the gate electrodes can be suppressed by forming the shield electrode. The effect of suppressing the leakage current becomes remarkable when the shield insulating film is formed at a lower position than the gate insulating film, and the read characteristics of the memory cell can be improved.

(実施の形態2)
本実施の形態2と前記実施の形態1との違いは、不揮発性半導体記憶装置を構成するメモリセルの配列が、前記実施の形態1では並列接続であるのに対し、本実施の形態2では直列接続であることである。すなわち、前記実施の形態1ではAND型構造をしているのに対し、本実施の形態2では、NAND型構造をしている。
(Embodiment 2)
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the arrangement of the memory cells constituting the nonvolatile semiconductor memory device is parallel connection in the first embodiment, whereas the second embodiment is different in the second embodiment. It is a series connection. That is, while the first embodiment has an AND type structure, the second embodiment has a NAND type structure.

図23は、本実施の形態2における不揮発性半導体記憶装置の一例を示した一部上面図である。図23において、X軸方向には、複数のゲート電極(ワード線)50が延在しており、ゲート電極50の間には、X軸方向に延在するシールド電極54が形成されている。また、ゲート電極50と交差する方向、すなわちY軸方向には、拡散層52が形成されている。この拡散層52は、ソース領域/ドレイン領域となる。前記実施の形態1では、ソース領域とドレイン領域は、補助ゲート電極下に形成されるチャネルによって形成されていた。これに対し、本実施の形態2では、拡散層52により形成される。そして、ゲート電極50と拡散層52の交差する領域にメモリセルC1〜C4が形成されている。メモリセルC1とメモリセルC2とは、一つの拡散層52に対して直列接続されている。また、拡散層52間には素子分離領域45が形成されている。   FIG. 23 is a partial top view showing an example of the nonvolatile semiconductor memory device in the second embodiment. In FIG. 23, a plurality of gate electrodes (word lines) 50 extend in the X-axis direction, and a shield electrode 54 extending in the X-axis direction is formed between the gate electrodes 50. A diffusion layer 52 is formed in the direction intersecting the gate electrode 50, that is, in the Y-axis direction. This diffusion layer 52 becomes a source region / drain region. In the first embodiment, the source region and the drain region are formed by the channel formed under the auxiliary gate electrode. On the other hand, in the second embodiment, the diffusion layer 52 is used. Memory cells C1 to C4 are formed in regions where the gate electrode 50 and the diffusion layer 52 intersect. The memory cell C1 and the memory cell C2 are connected in series to one diffusion layer 52. An element isolation region 45 is formed between the diffusion layers 52.

前記実施の形態1では、二つの補助ゲート電極下に形成される二つのチャネルのうち、一方がソース領域となり、他方がドレイン領域となっている。そして、これらのソース領域とドレイン領域の間に複数のメモリセルが並列接続されている。この構造では、メモリセルの形成されていないオープンフィールドにおいて、ソース領域とドレイン領域の間をリーク電流が流れる問題が発生する。   In the first embodiment, one of the two channels formed under the two auxiliary gate electrodes is a source region and the other is a drain region. A plurality of memory cells are connected in parallel between the source region and the drain region. With this structure, there arises a problem that a leak current flows between the source region and the drain region in an open field in which no memory cell is formed.

これに対し、本実施の形態2では、一つの拡散層52の一端をソース領域とし、他端をドレイン領域としている。そして、この拡散層52に直列に不揮発性メモリセルを配置して動作させる。拡散層52同士は、素子分離領域45で分離されているため、リーク電流が発生する問題点は発生しない。しかし、本実施の形態2でも、隣接するメモリセルの書込み・消去に伴う注目メモリセルのしきい値変動が生じる、いわゆるVthぼけが発生する点は前記実施の形態1と同様である。したがって、本実施の形態2でも以下に述べる構造をとることにより、Vthぼけを防止することができる。   On the other hand, in the second embodiment, one diffusion layer 52 has one end as a source region and the other end as a drain region. Then, a nonvolatile memory cell is arranged in series with the diffusion layer 52 and operated. Since the diffusion layers 52 are separated from each other by the element isolation region 45, there is no problem that a leakage current occurs. However, the second embodiment is also similar to the first embodiment in that so-called Vth blur occurs in which the threshold value of the memory cell of interest changes due to writing / erasing of adjacent memory cells. Therefore, the second embodiment can prevent Vth blur by adopting the structure described below.

図24〜図26は、それぞれ、図23におけるA−A線、B−B線、C−C線で切断した断面図である。   24 to 26 are cross-sectional views taken along lines AA, BB, and CC in FIG. 23, respectively.

図24において、メモリセルは半導体基板40に形成されたウェル41、ゲート絶縁膜42、素子分離領域45、絶縁膜(絶縁膜)46、絶縁膜(第2絶縁膜)48、浮遊ゲート電極49、ゲート電極(制御ゲート)50を有している。   24, the memory cell includes a well 41 formed on the semiconductor substrate 40, a gate insulating film 42, an element isolation region 45, an insulating film (insulating film) 46, an insulating film (second insulating film) 48, a floating gate electrode 49, A gate electrode (control gate) 50 is provided.

ウェル41と浮遊ゲート電極49は、ゲート絶縁膜42(トンネル絶縁膜)により、浮遊ゲート電極49とゲート電極50は、絶縁膜46により絶縁されている。また、ウェル41は、酸化シリコン膜を素子分離溝に埋め込んだ素子分離領域45によって分離されている。   The well 41 and the floating gate electrode 49 are insulated by a gate insulating film 42 (tunnel insulating film), and the floating gate electrode 49 and the gate electrode 50 are insulated by an insulating film 46. The well 41 is isolated by an element isolation region 45 in which a silicon oxide film is embedded in an element isolation trench.

図25において、浮遊ゲート電極49とゲート電極50の側壁には側壁絶縁膜(側壁絶縁膜)51が形成されている。そして、浮遊ゲート電極49間には、側壁絶縁膜51を介してシールド電極54が形成されており、このシールド電極54の下部には、シールド絶縁膜53が形成されている。また、シールド絶縁膜53の下部の半導体基板40内には、拡散層52が形成されている。この拡散層52は、例えばn型不純物拡散領域から形成されている。このように本実施の形態2においても、前記実施の形態1と同様にシールド電極54を設け、このシールド電極54に0Vあるいは負電圧を印加することにより、隣接メモリセルの電荷蓄積状態の変化に伴う、注目メモリセルのしきい値の変動を抑制することができる。そして、前記実施の形態1と同様に、シールド電極54の高さをゲート電極50の高さ、さらに望ましくは浮遊ゲート電極49の高さより低くすることにより、ゲート電極50の周囲の寄生容量を低減することができる。すなわち、本実施の形態2によれば、シールド電極54を設けることで、いわゆるVthぼけを低減できるとともに、シールド電極54の高さを浮遊ゲート電極49の高さより低くすることで、ゲート電極の寄生容量を減らし、ゲート電極の駆動能力低下を抑制できる。なお、図面には示されていないが、ゲート電極50間に形成されているシールド電極54は、すべて、その端部で電気的に結束されている。   In FIG. 25, side wall insulating films (side wall insulating films) 51 are formed on the side walls of the floating gate electrode 49 and the gate electrode 50. A shield electrode 54 is formed between the floating gate electrodes 49 via a sidewall insulating film 51, and a shield insulating film 53 is formed below the shield electrode 54. A diffusion layer 52 is formed in the semiconductor substrate 40 below the shield insulating film 53. This diffusion layer 52 is formed from, for example, an n-type impurity diffusion region. Thus, also in the second embodiment, the shield electrode 54 is provided in the same manner as in the first embodiment, and by applying 0V or a negative voltage to the shield electrode 54, the charge accumulation state of the adjacent memory cell is changed. This can suppress fluctuations in the threshold value of the memory cell of interest. As in the first embodiment, the parasitic capacitance around the gate electrode 50 is reduced by making the height of the shield electrode 54 lower than the height of the gate electrode 50, more desirably, the height of the floating gate electrode 49. can do. That is, according to the second embodiment, by providing the shield electrode 54, so-called Vth blur can be reduced, and the height of the shield electrode 54 is made lower than the height of the floating gate electrode 49, thereby making the gate electrode parasitic. Capacitance can be reduced and a reduction in gate electrode driving capability can be suppressed. Although not shown in the drawings, all the shield electrodes 54 formed between the gate electrodes 50 are electrically bound at the end portions.

図26において、半導体基板40には、ウェル41および拡散層52が形成されているとともに、素子分離領域45が形成されている。素子分離領域45で分離された個々の拡散層52上に図26に現われないがメモリセルが直列接続されている。また、拡散層52上には、シールド絶縁膜53が形成されており、このシールド絶縁膜53上にシールド電極54が形成されている。   In FIG. 26, a well 41 and a diffusion layer 52 are formed in a semiconductor substrate 40, and an element isolation region 45 is formed. Although not shown in FIG. 26, memory cells are connected in series on the individual diffusion layers 52 separated by the element isolation region 45. A shield insulating film 53 is formed on the diffusion layer 52, and a shield electrode 54 is formed on the shield insulating film 53.

次に、本実施の形態2における不揮発性半導体記憶装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。   Next, a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment will be described with reference to the drawings.

図27〜図32は、本実施の形態2における不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示した断面図であり、図33は、本実施の形態2における不揮発性半導体記憶装置の略平面図である。図27〜図32においては、それぞれ図23に示したX軸方向に平行な断面(図23のA−A断面に対応)とY軸方向に平行な断面(図23のB−B断面に対応)が記載されている。   27 to 32 are cross-sectional views showing a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment, and FIG. 33 is a schematic plan view of the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment. . 27 to 32, a cross section parallel to the X axis direction shown in FIG. 23 (corresponding to the AA cross section in FIG. 23) and a cross section parallel to the Y axis direction (corresponding to the BB cross section in FIG. 23). ) Is described.

まず、半導体基板40上にイオン注入法によってウェル41を形成した後、熱酸化法により例えば、酸化シリコン膜よりなるゲート絶縁膜42を形成する。その後、浮遊ゲート電極となるポリシリコン膜(第1導電膜)43、酸化シリコン膜44を化学堆積法(Chemical Vapor Deposition(CVD)法)により順に堆積させる(図27)。   First, after a well 41 is formed on the semiconductor substrate 40 by ion implantation, a gate insulating film 42 made of, for example, a silicon oxide film is formed by thermal oxidation. Thereafter, a polysilicon film (first conductive film) 43 and a silicon oxide film 44 to be a floating gate electrode are sequentially deposited by a chemical vapor deposition (CVD) method (FIG. 27).

次に、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術により、ポリシリコン膜43をパターニングする(図28)。   Next, the polysilicon film 43 is patterned by a photolithography technique and a dry etching technique (FIG. 28).

続いて、パターニングしたポリシリコン膜43上の酸化シリコン膜44をマスクにして、半導体基板40をエッチングすることにより素子分離溝を形成した後、形成した素子分離溝に埋め込むように酸化シリコン膜を堆積してエッチバックすることにより、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)と呼ばれる素子分離領域45を形成する(図29)。   Subsequently, an element isolation groove is formed by etching the semiconductor substrate 40 using the silicon oxide film 44 on the patterned polysilicon film 43 as a mask, and then a silicon oxide film is deposited so as to be embedded in the formed element isolation groove. Then, an element isolation region 45 called, for example, STI (Shallow Trench Isolation) is formed by etching back (FIG. 29).

次に、酸化シリコン膜/窒化シリコン膜/酸化シリコン膜よりなる絶縁膜(絶縁膜)46を順に堆積させた後、ゲート電極となるポリシリコン膜(第2導電膜)47、例えば酸化シリコン膜よりなる絶縁膜(第2絶縁膜)48を堆積し(図30)、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術によりパターニングして、ゲート電極50および浮遊ゲート電極49を形成する(図31)。   Next, after an insulating film (insulating film) 46 made of silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film is sequentially deposited, a polysilicon film (second conductive film) 47 to be a gate electrode, for example, a silicon oxide film is used. An insulating film (second insulating film) 48 to be formed is deposited (FIG. 30) and patterned by photolithography technique and dry etching technique to form the gate electrode 50 and the floating gate electrode 49 (FIG. 31).

続いて、酸化シリコン膜を堆積しエッチングすることで、ゲート電極50および浮遊ゲート電極49の側面に側壁絶縁膜を形成した後、露出した半導体基板1内にメモリセルのソース領域/ドレイン領域となる拡散層52をイオン注入法により形成する。   Subsequently, a silicon oxide film is deposited and etched to form a sidewall insulating film on the side surfaces of the gate electrode 50 and the floating gate electrode 49, and then become a source region / drain region of a memory cell in the exposed semiconductor substrate 1. The diffusion layer 52 is formed by ion implantation.

その後、シールド絶縁膜53を熱酸化法により形成し、シールド電極(ワード線間スペース領域に形成される電極)となるポリシリコン膜(第3導電膜)を堆積して一部をエッチバックする。これにより、シールド電極54を形成するとともに、シールド電極54の高さを浮遊ゲート電極49の高さより低くする(図32)。   Thereafter, a shield insulating film 53 is formed by a thermal oxidation method, and a polysilicon film (third conductive film) to be a shield electrode (electrode formed in a space region between word lines) is deposited and a part thereof is etched back. Thereby, the shield electrode 54 is formed, and the height of the shield electrode 54 is made lower than the height of the floating gate electrode 49 (FIG. 32).

続いて、図には示してはいないが、メモリセル、周辺回路と配線との層間絶縁膜を形成した後、ゲート電極50、ソース領域/ドレイン領域となる拡散層や周辺回路と導通をとるためのコンタクト孔を形成する。そして、金属膜を堆積した後、パターニングすることにより配線を形成する。このようにして、不揮発性半導体記憶装置を形成することができる。   Subsequently, although not shown in the drawing, after the formation of an interlayer insulating film between the memory cell and the peripheral circuit and the wiring, the gate electrode 50, the diffusion layer serving as the source region / drain region, and the peripheral circuit are made conductive. The contact hole is formed. Then, after depositing a metal film, wiring is formed by patterning. In this way, a nonvolatile semiconductor memory device can be formed.

図33は、本実施の形態2における不揮発性半導体記憶装置の略平面図である。図33において、Y方向に延在するように一定間隔を空けてゲート電極60が形成されている。
このゲート電極60は、コンタクト孔61を介して配線62に接続されている。
FIG. 33 is a schematic plan view of the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment. In FIG. 33, gate electrodes 60 are formed at regular intervals so as to extend in the Y direction.
The gate electrode 60 is connected to the wiring 62 through the contact hole 61.

また、ゲート電極60の間の領域には、シールド電極63が形成されている。このシールド電極63は、ゲート電極60の外周で結束され、一括して給電可能となっている。そして、シールド電極63の両端にコンタクト孔64を複数個配置することにより、シールド電極63の抵抗を低くして、駆動能力を高くしている。このシールド電極63はコンタクト孔64を介して配線65に接続している。シールド電極63への電圧印加は、端部に形成されているダミーゲート電極60aから行う。ダミーゲート電極60aは、ゲート電極60の最外周に形成されており、ゲート電極60として機能しないものである。   A shield electrode 63 is formed in a region between the gate electrodes 60. The shield electrode 63 is bound on the outer periphery of the gate electrode 60 and can be fed in a batch. By arranging a plurality of contact holes 64 at both ends of the shield electrode 63, the resistance of the shield electrode 63 is lowered and the driving capability is increased. The shield electrode 63 is connected to the wiring 65 through the contact hole 64. The voltage is applied to the shield electrode 63 from the dummy gate electrode 60a formed at the end. The dummy gate electrode 60 a is formed on the outermost periphery of the gate electrode 60 and does not function as the gate electrode 60.

シールド電極63は、このダミーゲート電極60aにコンタクト孔を介して接続されており、ダミーゲート電極60aに0Vあるいは負電圧を印加することにより、シールド電極63に0Vあるいは負電圧が印加されるようになっている。   The shield electrode 63 is connected to the dummy gate electrode 60a via a contact hole. By applying 0V or a negative voltage to the dummy gate electrode 60a, 0V or a negative voltage is applied to the shield electrode 63. It has become.

本実施の形態2においても前記実施の形態1と同様に、メモリセルのワード間スペース領域にシールド電極を形成し、このシールド電極に常に0V若しくは負電圧を印加することにより、隣接浮遊ゲート電極の書込み・消去に伴う注目メモリセルのしきい値変化を抑制することができる。   Also in the second embodiment, as in the first embodiment, a shield electrode is formed in the inter-word space region of the memory cell, and 0V or a negative voltage is always applied to the shield electrode, so that the adjacent floating gate electrode Changes in the threshold value of the memory cell of interest accompanying writing / erasing can be suppressed.

また、シールド電極の高さを浮遊ゲート電極より低くすることにより、ゲート電極(ワード線)の時定数の劣化を抑えることができるので、ゲート電極の駆動能力低下を抑制することができる。   In addition, by making the height of the shield electrode lower than that of the floating gate electrode, it is possible to suppress the deterioration of the time constant of the gate electrode (word line), so that it is possible to suppress a decrease in the driving capability of the gate electrode.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

前記実施の形態1と前記実施の形態2で奏する効果を説明すると以下のようになる。   The effects of the first embodiment and the second embodiment will be described as follows.

フラッシュメモリにおいて、ワード線間スペース領域にシールド電極を形成することにより、隣接浮遊ゲート電極の干渉による注目メモリセルのしきい値変化を抑制することができる。   In a flash memory, by forming a shield electrode in a space region between word lines, it is possible to suppress a change in threshold value of a memory cell of interest due to interference between adjacent floating gate electrodes.

また、シールド電極の高さを浮遊ゲート電極より低くすることにより、ゲート電極の時定数の劣化を抑えることができる。   Further, by making the height of the shield electrode lower than that of the floating gate electrode, it is possible to suppress deterioration of the time constant of the gate electrode.

また、シールド電極を形成したことにより、ワード線間スペース領域でのリーク電流を抑制することができる。リーク電流の抑制効果は、浮遊ゲート電極下に形成されるゲート絶縁膜と比較して、シールド絶縁膜を低い位置に形成すると顕著な効果が得られる。   Further, since the shield electrode is formed, the leakage current in the space region between the word lines can be suppressed. The effect of suppressing the leakage current is significant when the shield insulating film is formed at a lower position than the gate insulating film formed under the floating gate electrode.

本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。   The present invention can be widely used in the manufacturing industry for manufacturing semiconductor devices.

本発明の実施の形態1における不揮発性半導体記憶装置を示した一部上面図である。1 is a partial top view showing a nonvolatile semiconductor memory device in a first embodiment of the present invention. 図1のA−A線で切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected by the AA line of FIG. 図1のB−B線で切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected by the BB line of FIG. 図1のC−C線で切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected by CC line of FIG. 図1のD−D線で切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected by the DD line | wire of FIG. 不揮発性半導体記憶装置の書込み動作を説明した図である。It is a figure explaining write-in operation of a nonvolatile semiconductor memory device. 不揮発性半導体記憶装置の消去動作を説明した図である。It is a diagram illustrating an erasing operation of the nonvolatile semiconductor memory device. 不揮発性半導体記憶装置の読出し動作を説明した図である。It is a figure explaining read-out operation of a nonvolatile semiconductor memory device. 実施の形態1における不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示した断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device in the first embodiment. 図9に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示した断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 9. 図10に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示した断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 10. 図11に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示した断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 11. 図12に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示した断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 12. 図13に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示した断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 13. 図14に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示した断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 14. 図15に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示した断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 15. 実施の形態1における不揮発性半導体記憶装置を示した略平面図である。1 is a schematic plan view showing a nonvolatile semiconductor memory device in a first embodiment. (a)、(b)は本発明者らが検討した不揮発性半導体記憶装置の構造を示した断面図であり、(c)、(d)は実施の形態1における不揮発性半導体記憶装置の構造を示した断面図である。(A), (b) is sectional drawing which showed the structure of the non-volatile semiconductor memory device which the present inventors examined, (c), (d) is the structure of the non-volatile semiconductor memory device in Embodiment 1. It is sectional drawing which showed. ゲート電圧とチャネル電流との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between a gate voltage and a channel current. (シールド電極の高さ/浮遊ゲート電極の高さ)と容量結合によるしきい値の変化の関係を示したグラフである。5 is a graph showing the relationship between (height of shield electrode / height of floating gate electrode) and threshold change due to capacitive coupling. 多値メモリのしきい値分布と2値メモリのしきい値分布を示した図である。It is the figure which showed the threshold value distribution of a multi-value memory, and the threshold value distribution of a binary memory. ゲート電極に対する周りの容量の総和と(シールド電極の高さ/浮遊ゲート電極の高さ)との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the sum total of the surrounding capacity | capacitance with respect to a gate electrode, and (height of a shield electrode / height of a floating gate electrode). 実施の形態2における不揮発性半導体記憶装置を示した一部上面図である。FIG. 6 is a partial top view showing the nonvolatile semiconductor memory device in the second embodiment. 図23のA−A線で切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected by the AA line of FIG. 図23のB−B線で切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected by the BB line of FIG. 図23のC−C線で切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected by CC line of FIG. 実施の形態2における不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示した断面図である。11 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device in the second embodiment. FIG. 図27に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示した断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 27; 図28に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示した断面図である。FIG. 29 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 28. 図29に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示した断面図である。FIG. 30 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device subsequent to FIG. 29. 図30に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示した断面図である。FIG. 31 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 30. 図31に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示した断面図である。FIG. 32 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 31. 実施の形態2における不揮発性半導体記憶装置を示した略平面図である。FIG. 6 is a schematic plan view showing a nonvolatile semiconductor memory device in a second embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体基板
2 半導体領域
3 補助ゲート絶縁膜
4 ポリシリコン膜
5 窒化シリコン膜/酸化シリコン膜
6 補助ゲート電極
7 側壁絶縁膜
8 ゲート絶縁膜
9 ポリシリコン膜
10 絶縁膜
11 ポリシリコン膜
12 酸化シリコン膜
13 浮遊ゲート電極
14 ゲート電極
15 側壁絶縁膜
16 シールド絶縁膜
17 ポリシリコン膜
18 シールド電極
19 拡散層
30 ゲート電極
30a ダミーゲート電極
31 コンタクト孔
32 配線
33 シールド電極
34 コンタクト孔
35 配線
36 補助ゲート電極
37 コンタクト孔
38 拡散層
39 コンタクト孔
40 半導体基板
41 ウェル
42 ゲート絶縁膜
43 ポリシリコン膜
44 酸化シリコン膜
45 素子分離領域
46 絶縁膜
47 ポリシリコン膜
48 絶縁膜
49 浮遊ゲート電極
50 ゲート電極
51 側壁絶縁膜
52 拡散層
53 シールド絶縁膜
54 シールド電極
60 ゲート電極
60a ダミーゲート電極
61 コンタクト孔
62 配線
63 シールド電極
64 コンタクト孔
65 配線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Semiconductor region 3 Auxiliary gate insulating film 4 Polysilicon film 5 Silicon nitride film / silicon oxide film 6 Auxiliary gate electrode 7 Side wall insulating film 8 Gate insulating film 9 Polysilicon film 10 Insulating film 11 Polysilicon film 12 Silicon oxide film DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Floating gate electrode 14 Gate electrode 15 Side wall insulating film 16 Shield insulating film 17 Polysilicon film 18 Shield electrode 19 Diffusion layer 30 Gate electrode 30a Dummy gate electrode 31 Contact hole 32 Wiring 33 Shield electrode 34 Contact hole 35 Wiring 36 Auxiliary gate electrode 37 Contact hole 38 Diffusion layer 39 Contact hole 40 Semiconductor substrate 41 Well 42 Gate insulating film 43 Polysilicon film 44 Silicon oxide film 45 Element isolation region 46 Insulating film 47 Polysilicon film 48 Insulating film 49 Floating gate electrode 5 The gate electrode 51 side wall insulating film 52 diffusion layer 53 shielding insulating film 54 shield electrode 60 gate electrode 60a dummy gate electrode
61 Contact hole 62 Wiring 63 Shield electrode 64 Contact hole 65 Wiring

Claims (20)

半導体基板上に複数のメモリセルを有する不揮発性半導体記憶装置であって、
前記メモリセルは、
(a)前記半導体基板に形成されたソース領域およびドレイン領域と、
(b)前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、
(c)前記ゲート絶縁膜上に形成された浮遊ゲート電極と、
(d)前記浮遊ゲート電極上に形成された絶縁膜と、
(e)前記絶縁膜上に形成されたゲート電極とを備え、
さらに、複数の前記メモリセル間には、側壁絶縁膜を介して前記浮遊ゲート電極に隣接するシールド電極が形成され、
前記シールド電極の高さは、前記ゲート電極の高さよりも低いことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A nonvolatile semiconductor memory device having a plurality of memory cells on a semiconductor substrate,
The memory cell is
(A) a source region and a drain region formed in the semiconductor substrate;
(B) a gate insulating film formed on the semiconductor substrate;
(C) a floating gate electrode formed on the gate insulating film;
(D) an insulating film formed on the floating gate electrode;
(E) a gate electrode formed on the insulating film,
Further, a shield electrode adjacent to the floating gate electrode is formed between the plurality of memory cells via a sidewall insulating film,
A non-volatile semiconductor memory device, wherein the height of the shield electrode is lower than the height of the gate electrode.
前記シールド電極の高さは、前記浮遊ゲート電極の高さ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記憶装置。   2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the height of the shield electrode is lower than the height of the floating gate electrode. 前記シールド電極と前記半導体基板の間にはシールド絶縁膜が形成されており、
前記シールド絶縁膜と前記半導体基板との界面は、前記ゲート絶縁膜と前記半導体基板との界面より低い位置に形成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記憶装置。
A shield insulating film is formed between the shield electrode and the semiconductor substrate,
2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein an interface between the shield insulating film and the semiconductor substrate is formed at a position lower than an interface between the gate insulating film and the semiconductor substrate.
前記シールド絶縁膜の膜厚は、前記ゲート絶縁膜の膜厚よりも薄いことを特徴とする請求項3記載の不揮発性半導体記憶装置。   4. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 3, wherein the thickness of the shield insulating film is smaller than the thickness of the gate insulating film. 前記メモリセルは、2ビット以上の情報を記憶することを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。   2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the memory cell stores information of 2 bits or more. 前記シールド電極には、0Vまたは負電圧を印加することを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。   The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein 0 V or a negative voltage is applied to the shield electrode. 前記ソース領域および前記ドレイン領域を共有する複数の前記メモリセルは、並列接続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記憶装置。   The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the plurality of memory cells sharing the source region and the drain region are connected in parallel. 前記ソース領域および前記ドレイン領域は、前記半導体基板上に補助ゲート絶縁膜を介して形成された補助ゲート電極下に形成されるチャネル領域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記憶装置。   2. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1, wherein the source region and the drain region are channel regions formed under an auxiliary gate electrode formed on the semiconductor substrate via an auxiliary gate insulating film. apparatus. 前記ソース領域および前記ドレイン領域を共有する複数の前記メモリセルは、直列接続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記憶装置。   The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the plurality of memory cells sharing the source region and the drain region are connected in series. 前記ゲート電極は、タングステン膜から形成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記憶装置。   The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the gate electrode is made of a tungsten film. 半導体基板上に複数のメモリセルを形成する不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、
(a)前記半導体基板上に補助ゲート絶縁膜を形成する工程と、
(b)前記補助ゲート絶縁膜上に導電膜を形成する工程と、
(c)前記導電膜上に第1絶縁膜を形成する工程と、
(d)前記導電膜をパターニングして補助ゲート電極を形成する工程と、
(e)前記補助ゲート電極の側壁に第1側壁絶縁膜を形成する工程と、
(f)露出した前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
(g)前記ゲート絶縁膜上に第1導電膜を形成する工程と、
(h)前記第1導電膜および前記第1絶縁膜上に絶縁膜を形成する工程と、
(i)前記絶縁膜上に第2導電膜を形成する工程と、
(j)前記第2導電膜上に第2絶縁膜を形成する工程と、
(k)前記第2導電膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
(l)前記第1導電膜をパターニングして浮遊ゲート電極を形成する工程と、
(m)前記ゲート電極および前記浮遊ゲート電極の側面に第2側壁絶縁膜を形成する工程と、
(n)露出した前記半導体基板上にシールド絶縁膜を形成する工程と、
(o)前記シールド絶縁膜および前記第2絶縁膜上に第3導電膜を形成する工程と、
(p)前記第3導電膜をパターニングして前記浮遊ゲート電極に隣接するシールド電極を形成する工程とを備え、
前記シールド電極の高さを前記ゲート電極の高さより低く形成することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, wherein a plurality of memory cells are formed on a semiconductor substrate,
(A) forming an auxiliary gate insulating film on the semiconductor substrate;
(B) forming a conductive film on the auxiliary gate insulating film;
(C) forming a first insulating film on the conductive film;
(D) patterning the conductive film to form an auxiliary gate electrode;
(E) forming a first sidewall insulating film on the sidewall of the auxiliary gate electrode;
(F) forming a gate insulating film on the exposed semiconductor substrate;
(G) forming a first conductive film on the gate insulating film;
(H) forming an insulating film on the first conductive film and the first insulating film;
(I) forming a second conductive film on the insulating film;
(J) forming a second insulating film on the second conductive film;
(K) patterning the second conductive film to form a gate electrode;
(L) patterning the first conductive film to form a floating gate electrode;
(M) forming a second sidewall insulating film on side surfaces of the gate electrode and the floating gate electrode;
(N) forming a shield insulating film on the exposed semiconductor substrate;
(O) forming a third conductive film on the shield insulating film and the second insulating film;
(P) patterning the third conductive film to form a shield electrode adjacent to the floating gate electrode,
A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, wherein the height of the shield electrode is lower than the height of the gate electrode.
前記シールド電極の高さを前記浮遊ゲート電極の高さより低く形成することを特徴とする請求項11記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。   12. The method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 11, wherein the height of the shield electrode is lower than the height of the floating gate electrode. 前記(n)工程は、前記半導体基板のシールド絶縁膜形成領域を所定の厚さだけエッチングした後、前記シールド絶縁膜を形成することにより、前記半導体基板と前記シールド絶縁膜の界面を前記半導体基板と前記ゲート絶縁膜の界面より低くすることを特徴とする請求項11記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。   In the step (n), the shield insulating film formation region of the semiconductor substrate is etched by a predetermined thickness, and then the shield insulating film is formed, whereby the interface between the semiconductor substrate and the shield insulating film is formed on the semiconductor substrate. 12. The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 11, wherein the method is lower than an interface between the gate insulating film and the gate insulating film. 前記シールド絶縁膜の膜厚を前記ゲート絶縁膜の膜厚よりも薄く形成することを特徴とする請求項13記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。   14. The method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 13, wherein the shield insulating film is formed thinner than the gate insulating film. 前記メモリセルは、2ビット以上の情報を記憶することを特徴とする請求項11記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。   12. The method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 11, wherein the memory cell stores information of 2 bits or more. 前記シールド電極は、ポリシリコン膜から形成されていることを特徴とする請求項11記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。   12. The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 11, wherein the shield electrode is formed of a polysilicon film. 半導体基板上に複数のメモリセルを形成する不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、
(a)前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
(b)前記ゲート絶縁膜上に第1導電膜を形成する工程と、
(c)前記第1導電膜をパターニングする工程と、
(d)前記第1導電膜間に素子分離領域を形成する工程と、
(e)前記第1導電膜および前記素子分離領域上に絶縁膜を形成する工程と、
(f)前記絶縁膜上に第2導電膜を形成する工程と、
(g)前記第2導電膜上に第2絶縁膜を形成する工程と、
(h)前記第2導電膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
(i)前記第1導電膜をパターニングして浮遊ゲート電極を形成する工程と、
(j)前記浮遊ゲート電極および前記ゲート電極の側面に側壁絶縁膜を形成する工程と、
(k)前記ゲート電極に整合して不純物拡散領域を形成することにより、ソース領域およびドレイン領域を形成する工程と、
(l)露出した前記半導体基板上にシールド絶縁膜を形成する工程と、
(m)前記シールド絶縁膜および前記第2絶縁膜上に第3導電膜を形成する工程と、
(n)前記第3導電膜をパターニングして前記浮遊ゲート電極に隣接するシールド電極を形成する工程とを備え、
前記シールド電極の高さを前記ゲート電極の高さより低く形成することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, wherein a plurality of memory cells are formed on a semiconductor substrate,
(A) forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
(B) forming a first conductive film on the gate insulating film;
(C) patterning the first conductive film;
(D) forming an element isolation region between the first conductive films;
(E) forming an insulating film on the first conductive film and the element isolation region;
(F) forming a second conductive film on the insulating film;
(G) forming a second insulating film on the second conductive film;
(H) patterning the second conductive film to form a gate electrode;
(I) patterning the first conductive film to form a floating gate electrode;
(J) forming a sidewall insulating film on a side surface of the floating gate electrode and the gate electrode;
(K) forming a source region and a drain region by forming an impurity diffusion region in alignment with the gate electrode;
(L) forming a shield insulating film on the exposed semiconductor substrate;
(M) forming a third conductive film on the shield insulating film and the second insulating film;
(N) patterning the third conductive film to form a shield electrode adjacent to the floating gate electrode,
A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, wherein the height of the shield electrode is lower than the height of the gate electrode.
前記シールド電極の高さを前記浮遊ゲート電極の高さより低く形成することを特徴とする請求項17記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。   18. The method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 17, wherein the height of the shield electrode is lower than the height of the floating gate electrode. 前記メモリセルは、2ビット以上の情報を記憶することを特徴とする請求項17記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。   The method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 17, wherein the memory cell stores information of 2 bits or more. 前記シールド電極は、ポリシリコン膜から形成されていることを特徴とする請求項17記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。   18. The method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 17, wherein the shield electrode is formed of a polysilicon film.
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