JP2006351829A - 2-bit memory type semiconductor memory device and manufacturing method thereof - Google Patents

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知彦 辰巳
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To allow a current value reading when a charging region is charged to be sufficiently small, with a small memory element area. <P>SOLUTION: Charge retainers 130 and 140 consisting of SiO films 131 and 141, SiN films 132 and 142, and SiO films 133 and 143 are provided on both sides at the lower part of a gate 160. On both side surfaces of the gate 160, a charge retainer consisting of SiO films 171 and 181 and SiN films 172 and 182 is provided. Since most electrons that move from the gate 160 to LDD regions 112 and 122 are accumulated in the SiN films 132, 142, 172, and 182 at electron accumulation operation, a current value reading when the charging region is charged can be reduced close to 0 ampere, resulting in improving a reading margin. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、2ビット情報を記憶する不揮発性メモリ素子を備えた半導体記憶装置と、その製造方法とに関する。   The present invention relates to a semiconductor memory device including a nonvolatile memory element that stores 2-bit information and a manufacturing method thereof.

従来より、2ビット情報を記憶する不揮発性半導体メモリ素子が知られている。このような半導体メモリ素子は、例えば、下記特許文献1、2に開示されている。   Conventionally, nonvolatile semiconductor memory elements that store 2-bit information are known. Such a semiconductor memory device is disclosed, for example, in Patent Documents 1 and 2 below.

特許文献1に開示されたメモリ素子は、半導体基板とポリシリコン・ゲート112との間に酸化物109−窒化物110−酸化物111の積層を有しており、さらに、窒化物110内に個別に帯電可能な領域106,108を有している(特許文献1の段落0003および図1参照)。   The memory element disclosed in Patent Document 1 has a stack of oxide 109-nitride 110-oxide 111 between a semiconductor substrate and a polysilicon gate 112. 3 have chargeable regions 106 and 108 (see paragraph 0003 of FIG. 1 and FIG. 1).

このような構成の半導体メモリ素子では、領域106のみが帯電した状態、領域108のみが帯電した状態、領域106,108の両方が帯電した状態および領域106,108の両方が帯電していない状態の四状態を得ることができ、これにより、4値情報すなわち2ビット情報を記憶することができる。   In the semiconductor memory device having such a configuration, only the region 106 is charged, only the region 108 is charged, both the regions 106 and 108 are charged, and both the regions 106 and 108 are not charged. Four states can be obtained, whereby quaternary information, ie 2-bit information, can be stored.

かかるメモリ素子では、領域106,108を帯電させることにより、ドレイン電流が低下する。ここで、ビットライン102をソースとする場合、かかるメモリ素子のドレイン電流は、領域106の帯電/非帯電に依存して変化する(帯電時の方が小さくなる)が、領域108の帯電/非帯電には依存しない。また、ビットライン104をソースとする場合、かかるメモリ素子に流れる電流は、領域108の帯電/非帯電に依存して変化するが、領域106の帯電/非帯電には依存しない。したがって、領域106,108に両方向の電流を流すことにより、2ビットの記憶情報を読み出すことができる。   In such a memory element, the drain current is reduced by charging the regions 106 and 108. Here, in the case where the bit line 102 is used as a source, the drain current of the memory element changes depending on the charging / uncharging of the region 106 (smaller during charging) but the charging / non-charging of the region 108. It does not depend on charging. When the bit line 104 is used as a source, the current flowing through the memory element changes depending on charging / uncharging of the region 108, but does not depend on charging / uncharging of the region 106. Therefore, 2-bit stored information can be read by flowing currents in both directions through the regions 106 and 108.

一方、特許文献2に開示されたメモリ素子は、ワードゲート21の両側面に、それぞれ、「L」型チッ化物素材20を有している(特許文献2の段落0019および図3A参照)。このような構成の半導体メモリ素子でも、一方の「L」型チッ化物素材20のみが帯電した状態、他方の「L」型チッ化物素材20のみが帯電した状態、両方の「L」型チッ化物素材20が帯電した状態、両方の「L」型チッ化物素材20が帯電していない状態の四状態を得ることができ、これにより、2ビット情報を記憶することができる。また、上述の特許文献1に係るメモリ素子と同様の原理により、メモリ素子から記憶情報を読み出すことができる。
特開2001−156189号公報 特開2003−163292号公報
On the other hand, the memory element disclosed in Patent Document 2 has “L” type nitride material 20 on both side surfaces of the word gate 21 (see Paragraph 0019 and FIG. 3A of Patent Document 2). Even in the semiconductor memory device having such a configuration, only one “L” type nitride material 20 is charged, only the other “L” type nitride material 20 is charged, and both “L” type nitrides are charged. It is possible to obtain four states in which the material 20 is charged and both the “L” type nitride materials 20 are not charged, thereby storing 2-bit information. Further, stored information can be read from the memory element based on the same principle as that of the memory element according to Patent Document 1 described above.
JP 2001-156189 A JP 2003-163292 A

2ビット記憶型のメモリ素子では、ソース側の帯電領域(特許文献1の個別に帯電可能な領域106,108、特許文献2の「L」型チッ化物素材20)が帯電しているときの電流値は、零アンペアに近いほど良い。かかる電流値が零アンペアに近いほど、読み出しマージンを大きくすることができ、読み出し電流値の製造ばらつきに起因する歩留まりの低下を抑えることができるからである。   In the 2-bit memory type memory element, the current when the source-side charging region (the individually chargeable regions 106 and 108 of Patent Document 1 and the “L” type nitride material 20 of Patent Document 2) is charged. The closer the value is to zero amperes, the better. This is because, as the current value is closer to zero ampere, the read margin can be increased, and a decrease in yield due to manufacturing variations in the read current value can be suppressed.

しかし、従来のメモリ素子では、帯電領域が帯電しているときの電流値を十分に低くすることができなかった。これは、帯電領域に蓄積される電荷量を十分に大きくすることができなかったためである。   However, in the conventional memory element, the current value when the charged region is charged cannot be sufficiently reduced. This is because the amount of charge accumulated in the charged region could not be increased sufficiently.

ここで、蓄積電荷量の増加を図るためには、帯電領域の面積を増大させればよい。しかしながら、特許文献1、2に開示されたようなメモリ素子において帯電領域の面積を増大させると、素子面積が増大して、半導体記憶装置の集積度を悪化させることになる。   Here, in order to increase the amount of accumulated charge, the area of the charging region may be increased. However, if the area of the charging region is increased in the memory elements as disclosed in Patent Documents 1 and 2, the area of the element is increased and the degree of integration of the semiconductor memory device is deteriorated.

この発明は、帯電領域が帯電しているときの読み出し電流値が十分に小さく且つメモリ素子面積が小さい2ビット記憶型半導体記憶装置、および、そのような2ビット記憶型半導体記憶装置を安価に製造することができる製造方法を提供することにある。   The present invention provides a 2-bit storage type semiconductor memory device having a sufficiently small read current value when the charged region is charged and a small memory element area, and such a 2-bit storage type semiconductor memory device manufactured at low cost. An object of the present invention is to provide a manufacturing method that can be used.

(1)第1の発明に係る2ビット記憶型半導体記憶装置は、半導体基板の表面領域にチャネル形成領域を挟んで形成された第1、第2不純物領域と、第1不純物領域とチャネル形成領域との境界領域上に形成された第1下部絶縁膜と、第1下部絶縁膜上に形成され且つ第1下部絶縁膜よりもエネルギーギャップが小さい第1電荷保持膜と、第1電荷保持膜の上面および内側面を覆うように形成され且つ第1電荷保持膜よりもエネルギーギャップが大きい第1上部絶縁膜とを有する第1電荷保持部と、第2不純物領域とチャネル形成領域との境界領域上に形成された第2下部絶縁膜と、第2下部絶縁膜上に形成され且つ第2下部絶縁膜よりもエネルギーギャップが小さい第2電荷保持膜と、第2電荷保持膜の上面および内側面を覆うように形成され且つ第2電荷保持膜よりもエネルギーギャップが大きい第2上部絶縁膜とを有する第2電荷保持部と、第1、第2電荷保持部で挟まれた領域上に形成されたゲート絶縁膜と、第1、第2電荷保持部上からゲート絶縁膜上に跨る領域に形成されたゲート部と、第1電荷保持部およびゲート部の第1不純物領域側の側面から第1不純物領域の表面に跨る領域を覆う第1側部絶縁膜と、第1側部絶縁膜の表面を覆うように形成され且つ第1側部絶縁膜よりもエネルギーギャップが小さい第3電荷保持膜とを有する第1サイドウォールと、第2電荷保持部およびゲート部の第2不純物領域側の側面から第2不純物領域の表面に跨る領域を覆う第2側部絶縁膜と、第2側部絶縁膜の表面を覆うように形成され且つ第2側部絶縁膜よりもエネルギーギャップが小さい第4電荷保持膜とを有する第2サイドウォールとを備える。   (1) A two-bit storage type semiconductor memory device according to a first aspect of the present invention includes a first impurity region, a first impurity region, and a channel formation region formed on a surface region of a semiconductor substrate with a channel formation region interposed therebetween. A first lower insulating film formed on a boundary region between the first lower insulating film, a first charge holding film formed on the first lower insulating film and having a smaller energy gap than the first lower insulating film, and a first charge holding film A first charge holding portion having a first upper insulating film formed to cover the upper surface and the inner side surface and having a larger energy gap than the first charge holding film; and on a boundary region between the second impurity region and the channel formation region A second lower insulating film formed on the second lower insulating film, a second charge holding film formed on the second lower insulating film and having an energy gap smaller than that of the second lower insulating film, and an upper surface and an inner side surface of the second charge holding film. Formed to cover A second charge holding portion having a second upper insulating film having an energy gap larger than that of the second charge holding film, and a gate insulating film formed on a region sandwiched between the first and second charge holding portions. The gate portion formed in the region extending from the first and second charge holding portions to the gate insulating film, and from the side surface of the first charge holding portion and the gate portion on the first impurity region side to the surface of the first impurity region A first side having a first side insulating film covering the straddling region and a third charge retention film formed to cover the surface of the first side insulating film and having an energy gap smaller than that of the first side insulating film A wall, a second charge insulating portion, a second side insulating film covering a region extending from a side surface on the second impurity region side of the gate portion to a surface of the second impurity region, and a surface of the second side insulating film Formed on the second side insulating film. Tsu and a second side wall and a flop smaller fourth charge holding film.

(2)第2の発明に係る2ビット記憶型半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板上に、第1絶縁膜と、第1絶縁膜よりもエネルギーギャップが小さい第2絶縁膜とを形成する第1工程と、第1、第2絶縁膜を貫通する開口を設けることにより半導体基板の表面を露出させる第2工程と、半導体基板の全域に、第2絶縁膜よりもエネルギーギャップが大きい第3絶縁膜を形成する第3工程と、半導体基板の全域にゲート部形成層を形成した後、開口が形成された領域およびその周辺領域以外の領域のゲート部形成層および第1〜第3絶縁膜を除去することにより、ゲート絶縁膜、第1、第2電荷保持部およびゲート部を形成する第4工程と、半導体基板の全域に第4絶縁膜を形成した後で、ゲート部をマスクとして半導体基板の全域に不純物を導入することにより、第1、第2不純物領域を形成する第5工程と、第4絶縁膜の表面に第4絶縁膜よりもエネルギーギャップが小さい第5絶縁膜を形成し、第5絶縁膜の表面に第5絶縁膜よりもエネルギーギャップが大きい第6絶縁膜を形成し、さらに、第4〜第6絶縁膜を加工することにより、第1、第2サイドウォールを形成する第6工程とを含む。   (2) In the method for manufacturing a 2-bit memory type semiconductor memory device according to the second invention, a first insulating film and a second insulating film having an energy gap smaller than that of the first insulating film are formed on the semiconductor substrate. A first step, a second step of exposing the surface of the semiconductor substrate by providing openings penetrating the first and second insulating films, and a third energy gap larger than that of the second insulating film over the entire area of the semiconductor substrate. Third step of forming an insulating film, and after forming a gate portion forming layer over the entire area of the semiconductor substrate, the gate portion forming layer and the first to third insulating films in the region other than the region where the opening is formed and its peripheral region The fourth step of forming the gate insulating film, the first and second charge holding portions, and the gate portion by removing the gate, and after forming the fourth insulating film over the entire area of the semiconductor substrate, the gate portion is used as a mask for the semiconductor. Impurities throughout the substrate By introducing the fifth insulating film, a fifth step of forming the first and second impurity regions and a fifth insulating film having an energy gap smaller than that of the fourth insulating film are formed on the surface of the fourth insulating film. Forming a sixth insulating film having a larger energy gap than the fifth insulating film on the surface, and further processing the fourth to sixth insulating films to form first and second sidewalls; Including.

(3)第3の発明に係る2ビット記憶型半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板上に、第1絶縁膜と、第1絶縁膜よりもエネルギーギャップが小さい第2絶縁膜と、第1被覆膜とを順次形成し、さらに、第1被覆膜を貫通する第1開口を設けることにより第2絶縁膜の表面を露出させる第1工程と、半導体基板の全域に第2被覆膜を形成する第2工程と、第1開口の中央部分に第2開口が形成されて半導体基板の表面が露出するまでエッチバックを行う第3工程と、半導体基板の表面に残存する第1、第2被覆膜を除去する第4工程と、半導体基板の全域に、第2絶縁膜よりもエネルギーギャップが大きい第3絶縁膜を形成する第5工程と、半導体基板の全域にゲート部形成層を形成した後、第2開口が形成された領域およびその周辺領域以外の領域のゲート部形成層および第1〜第3絶縁膜を除去することにより、ゲート絶縁膜、第1、第2電荷保持部およびゲート部を形成する第6工程と、半導体基板の全域に第4絶縁膜を形成した後で、ゲート部をマスクとして半導体基板の全域に不純物を導入することにより、第1、第2不純物領域を形成する第7工程と、第4絶縁膜の表面に第4絶縁膜よりもエネルギーギャップが小さい第5絶縁膜を形成し、第5絶縁膜の表面に第5絶縁膜よりもエネルギーギャップが大きい第6絶縁膜を形成し、さらに、第4〜第6絶縁膜を加工することにより、第1、第2サイドウォールを形成する第8工程とを含む。   (3) A method of manufacturing a 2-bit memory type semiconductor memory device according to a third aspect of the present invention includes a first insulating film, a second insulating film having a smaller energy gap than the first insulating film, and a first insulating film on the semiconductor substrate. A first step of sequentially forming a coating film, and further exposing a surface of the second insulating film by providing a first opening penetrating the first coating film; and a second coating film over the entire area of the semiconductor substrate A second step of forming an etch back, a third step of performing etch back until the surface of the semiconductor substrate is exposed by forming the second opening in the central portion of the first opening, and the first and second steps remaining on the surface of the semiconductor substrate. 2) a fourth step of removing the covering film; a fifth step of forming a third insulating film having an energy gap larger than that of the second insulating film over the entire area of the semiconductor substrate; and a gate forming layer over the entire area of the semiconductor substrate. After the formation, the region where the second opening is formed and its peripheral region A sixth step of forming the gate insulating film, the first and second charge holding portions, and the gate portion by removing the gate portion forming layer and the first to third insulating films in the outer region, and the entire region of the semiconductor substrate After the fourth insulating film is formed, impurities are introduced into the entire region of the semiconductor substrate using the gate portion as a mask, thereby forming a first step and a second impurity region, and a seventh step on the surface of the fourth insulating film. A fifth insulating film having an energy gap smaller than that of the fourth insulating film is formed; a sixth insulating film having an energy gap larger than that of the fifth insulating film is formed on a surface of the fifth insulating film; And an eighth step of forming the first and second sidewalls by processing the film.

(1)第1の発明に係る2ビット記憶型半導体記憶装置は、第1不純物領域に対応させてゲート部下の第1電荷保持膜および第1サイドウォール内の第3電荷保持膜とを有し、且つ、第2不純物領域に対応させてゲート部下の第2電荷保持膜および第2サイドウォール内の第4電荷保持膜とを有している。したがって、第1の発明によれば、メモリ素子面積を増大させることなしに、電荷保持膜に電荷が蓄積されているときの電流値を十分に小さくすることができる。   (1) A two-bit memory type semiconductor memory device according to the first invention has a first charge holding film under the gate portion and a third charge holding film in the first sidewall corresponding to the first impurity region. In addition, a second charge holding film below the gate portion and a fourth charge holding film in the second sidewall are provided corresponding to the second impurity region. Therefore, according to the first invention, the current value when charges are accumulated in the charge holding film can be made sufficiently small without increasing the memory element area.

(2)第2の発明に係る2ビット記憶型半導体記憶装置の製造方法によれば、メモリ素子面積が小さく且つ電荷保持部に電荷が蓄積されているときの電流値が十分に小さい2ビット記憶型半導体記憶装置を、少ない工程数で安価に製造することができる。   (2) According to the method of manufacturing a 2-bit memory type semiconductor memory device according to the second invention, 2-bit memory having a small memory element area and a sufficiently small current value when charge is accumulated in the charge holding portion. Type semiconductor memory devices can be manufactured inexpensively with a small number of processes.

(3)第3の発明に係る2ビット記憶型半導体記憶装置の製造方法によれば、電荷保持部に電荷が蓄積されているときの電流値が十分に小さい2ビット記憶型半導体記憶装置を少ない工程数で安価に製造することができ、且つ、第2の発明に係る製造方法よりもさらにメモリ素子の微細化が容易である。   (3) According to the method of manufacturing a 2-bit memory semiconductor memory device according to the third invention, the number of 2-bit memory semiconductor memory devices having a sufficiently small current value when charge is accumulated in the charge holding portion is small. It can be manufactured at a low cost by the number of steps, and further miniaturization of the memory element is easier than the manufacturing method according to the second invention.

以下、この発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、図中、各構成成分の大きさ、形状および配置関係は、この発明が理解できる程度に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明する数値的条件は単なる例示にすぎない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the size, shape, and arrangement relationship of each component are shown only schematically to the extent that the present invention can be understood, and the numerical conditions described below are merely examples. .

第1実施形態
この発明に係る2ビット記憶型半導体記憶装置およびその製造方法の第1実施形態について、図1〜図3を用いて説明する。
First Embodiment A first embodiment of a 2-bit memory type semiconductor memory device and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は、この実施形態に係る2ビット記憶型半導体記憶装置のメモリ素子構造を概略的に示す断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a memory element structure of a 2-bit memory type semiconductor memory device according to this embodiment.

図1に示したように、この実施形態に係るメモリ素子は、半導体基板100に形成された、第1、第2不純物領域110,120と、第1、第2電荷保持部130,140と、ゲート絶縁膜150と、ゲート部160と、電荷保持機能を有する第1、第2サイドウォール170,180と、SiO膜190とを備えている。   As shown in FIG. 1, the memory device according to this embodiment includes first and second impurity regions 110 and 120, first and second charge holding units 130 and 140 formed in a semiconductor substrate 100, A gate insulating film 150, a gate portion 160, first and second sidewalls 170 and 180 having a charge holding function, and an SiO film 190 are provided.

不純物領域110は、高濃度不純物領域111と、LDD(Lightly Doped Drain) 領域112とを備えている。不純物領域120は、高濃度不純物領域121と、LDD領域122とを備えている。不純物領域110,120で挟まれた領域が、チャネル形成領域101になる。   The impurity region 110 includes a high concentration impurity region 111 and an LDD (Lightly Doped Drain) region 112. The impurity region 120 includes a high concentration impurity region 121 and an LDD region 122. A region between the impurity regions 110 and 120 becomes a channel formation region 101.

電荷保持部130は、下部絶縁膜131と、電荷保持膜132と、上部絶縁膜133とを備えている。下部絶縁膜131は、不純物領域110とチャネル形成領域101との境界領域上に、例えばSiOで形成される。電荷保持膜132は、下部絶縁膜131上に、かかる下部絶縁膜131よりもエネルギーギャップが小さい絶縁材料(例えばSiN)により形成される。上部絶縁膜133は、電荷保持膜132の上面および内側面を覆うように、かかる電荷保持膜132よりもエネルギーギャップが大きい絶縁材料(例えばSiO)を用いて形成される。   The charge holding unit 130 includes a lower insulating film 131, a charge holding film 132, and an upper insulating film 133. The lower insulating film 131 is formed of, for example, SiO on the boundary region between the impurity region 110 and the channel formation region 101. The charge holding film 132 is formed on the lower insulating film 131 with an insulating material (for example, SiN) having an energy gap smaller than that of the lower insulating film 131. The upper insulating film 133 is formed using an insulating material (for example, SiO) having an energy gap larger than that of the charge holding film 132 so as to cover the upper surface and the inner surface of the charge holding film 132.

電荷保持部140は、下部絶縁膜141と、電荷保持膜142と、上部絶縁膜143とを備えている。下部絶縁膜141は、不純物領域120とチャネル形成領域101との境界領域上に、例えばSiOで形成される。電荷保持膜142は、下部絶縁膜141上に、かかる下部絶縁膜141よりもエネルギーギャップが小さい絶縁材料(例えばSiN)を用いて形成される。上部絶縁膜143は、電荷保持膜142の上面および内側面を覆うように、かかる電荷保持膜142よりもエネルギーギャップが大きい絶縁材料(例えばSiO)を用いて形成される。   The charge holding unit 140 includes a lower insulating film 141, a charge holding film 142, and an upper insulating film 143. The lower insulating film 141 is formed of, for example, SiO on the boundary region between the impurity region 120 and the channel formation region 101. The charge holding film 142 is formed on the lower insulating film 141 using an insulating material (for example, SiN) having a smaller energy gap than the lower insulating film 141. The upper insulating film 143 is formed using an insulating material (for example, SiO) having a larger energy gap than the charge holding film 142 so as to cover the upper surface and the inner surface of the charge holding film 142.

ゲート絶縁膜150は、半導体基板100の表面のうち、電荷保持部130,140で挟まれた領域上に形成される。   The gate insulating film 150 is formed on a region sandwiched between the charge holding portions 130 and 140 on the surface of the semiconductor substrate 100.

ゲート部160は、電荷保持部130,140からゲート絶縁膜150に跨る領域上に形成される。このゲート部160は、順次積層された多結晶Si膜161およびWSi膜162を有し、さらに、WSi膜162上に形成されたSiO膜163を有する。ゲート部160のうち、導電性の多結晶Si膜161およびWSi膜162が、ゲート電極として作用する。絶縁性のSiO膜163は、ゲート電極161,162の上面を覆う。   The gate portion 160 is formed on a region extending from the charge holding portions 130 and 140 to the gate insulating film 150. The gate portion 160 includes a polycrystalline Si film 161 and a WSi film 162 that are sequentially stacked, and further includes an SiO film 163 formed on the WSi film 162. Of the gate portion 160, the conductive polycrystalline Si film 161 and the WSi film 162 function as gate electrodes. The insulating SiO film 163 covers the upper surfaces of the gate electrodes 161 and 162.

サイドウォール170は、側部絶縁膜171と、電荷保持膜172と、絶縁膜173とを備えている。側部絶縁膜171は、電荷保持部130およびゲート部160の側面(不純物領域110側の側面)からLDD領域112の表面に跨る領域を覆うように、例えばSiOで形成される。電荷保持膜172は、側部絶縁膜171の表面を覆うように、側部絶縁膜171よりもエネルギーギャップが小さい絶縁材料(例えばSiN)を用いて形成される。絶縁膜173は、サイドウォール170の形状を整えるための膜であり、例えばSiOで形成される。   The sidewall 170 includes a side insulating film 171, a charge holding film 172, and an insulating film 173. The side insulating film 171 is formed of, for example, SiO so as to cover a region extending from the side surface (side surface on the impurity region 110 side) of the charge holding unit 130 and the gate unit 160 to the surface of the LDD region 112. The charge holding film 172 is formed using an insulating material (eg, SiN) having an energy gap smaller than that of the side insulating film 171 so as to cover the surface of the side insulating film 171. The insulating film 173 is a film for adjusting the shape of the sidewall 170, and is formed of, for example, SiO.

サイドウォール180は、側部絶縁膜181と、電荷保持膜182と、絶縁膜183とを備えている。側部絶縁膜181は、電荷保持部140およびゲート部160の側面(不純物領域120側の側面)からLDD領域122の表面に跨る領域を覆うように、例えばSiOで形成される。電荷保持膜182は、側部絶縁膜181の表面を覆うように、側部絶縁膜181よりもエネルギーギャップが小さい絶縁材料(例えばSiN)を用いて形成される。絶縁膜183は、サイドウォール180の形状を整えるための膜であり、例えばSiOで形成される。   The sidewall 180 includes a side insulating film 181, a charge holding film 182, and an insulating film 183. The side insulating film 181 is formed of, for example, SiO so as to cover a region extending from the side surface (side surface on the impurity region 120 side) of the charge holding unit 140 and the gate unit 160 to the surface of the LDD region 122. The charge holding film 182 is formed using an insulating material (eg, SiN) having an energy gap smaller than that of the side insulating film 181 so as to cover the surface of the side insulating film 181. The insulating film 183 is a film for adjusting the shape of the sidewall 180, and is formed of, for example, SiO.

絶縁膜190は、メモリ素子全体を覆う膜であり、例えばSiOで形成される。   The insulating film 190 is a film that covers the entire memory element, and is formed of, for example, SiO.

図1に示したメモリ素子では、電荷保持膜132,172に対する電子の蓄積/非蓄積によって、1ビットの情報が記憶される。さらに、電荷保持膜142,182に対する電子の蓄積/非蓄積によって、1ビットの情報が記憶される。以下、この実施形態に係るメモリ素子の動作について説明する。   In the memory element shown in FIG. 1, 1-bit information is stored by accumulating / not accumulating electrons in the charge holding films 132 and 172. Further, 1-bit information is stored by accumulating / not accumulating electrons in the charge holding films 142 and 182. The operation of the memory element according to this embodiment will be described below.

電荷保持膜132,172に電子を蓄積するためには、半導体基板100および第2不純物領域120の電位を0ボルトに設定した状態で、第1不純物領域110とゲート電極161,162との間に電位差を発生させればよい。例えば、第1不純物領域110に+5ボルトを印加し且つゲート電極161,162に+2ボルトを印加することにより、電荷保持膜132,172に電子を注入することができる。この実施形態に係るメモリ素子では、LDD領域112のほぼ全面を覆うように電荷保持膜172が設けられ、且つ、かかるLDD領域112の端部とゲート部160との間に電荷保持膜132が設けられている。したがって、ゲート電極161,162からLDD領域112方向に移動する電子の多くを電荷保持膜132,172に蓄積することができる。   In order to accumulate electrons in the charge holding films 132 and 172, the potential between the semiconductor substrate 100 and the second impurity region 120 is set to 0 volts, and the first impurity region 110 and the gate electrodes 161 and 162 are interposed between them. A potential difference may be generated. For example, by applying +5 volts to the first impurity region 110 and +2 volts to the gate electrodes 161 and 162, electrons can be injected into the charge holding films 132 and 172. In the memory element according to this embodiment, the charge holding film 172 is provided so as to cover almost the entire surface of the LDD region 112, and the charge holding film 132 is provided between the end portion of the LDD region 112 and the gate portion 160. It has been. Therefore, most of the electrons moving from the gate electrodes 161 and 162 toward the LDD region 112 can be stored in the charge holding films 132 and 172.

また、電荷保持膜132,172に蓄積された電子を放出するためには、半導体基板100および第2不純物領域120の電位を0ボルトに設定した状態で、第1不純物領域110とゲート電極161,162との間に逆方向の電位差を発生させればよい。   In addition, in order to release the electrons accumulated in the charge holding films 132 and 172, the first impurity region 110 and the gate electrode 161, while the potentials of the semiconductor substrate 100 and the second impurity region 120 are set to 0 volts. What is necessary is just to generate the electric potential difference of a reverse direction between 162.

電荷保持膜142,182の電子蓄積動作および電子放出動作も、電荷保持膜132,172の場合と同様である。すなわち、この実施形態に係るメモリ素子では、LDD領域122のほぼ全面を覆うように電荷保持膜182が設けられ且つかかるLDD領域122の端部とゲート部160との間に電荷保持膜142が設けられているので、ゲート電極161,162からLDD領域122方向に移動する電子の多くを電荷保持膜142,182に蓄積することができる。   The electron storage operation and the electron emission operation of the charge holding films 142 and 182 are the same as those of the charge holding films 132 and 172. That is, in the memory element according to this embodiment, the charge holding film 182 is provided so as to cover almost the entire surface of the LDD region 122, and the charge holding film 142 is provided between the end portion of the LDD region 122 and the gate portion 160. Therefore, most of the electrons moving from the gate electrodes 161 and 162 toward the LDD region 122 can be stored in the charge holding films 142 and 182.

この実施形態に係るメモリ素子の読み出し動作は、従来のメモリ素子と同様である。すなわち、半導体基板100を0ボルトに設定し且つゲート部160にゲート電圧(例えば+1ボルト)を印加した状態で、第1、第2不純物領域110,120間に電位差を発生させればよい。   The read operation of the memory element according to this embodiment is the same as that of the conventional memory element. That is, a potential difference may be generated between the first and second impurity regions 110 and 120 in a state where the semiconductor substrate 100 is set to 0 volt and a gate voltage (for example, +1 volt) is applied to the gate portion 160.

この読み出し動作において、第1不純物領域110をソース(例えば印加電位0ボルト)とし且つ第2不純物領域120をドレイン(例えば印加電圧+2ボルト)としたときは、チャネル形成領域101に形成されたチャネルを介して、第2不純物領域120から第1不純物領域110にドレイン電流が流れる。ここで、電荷保持膜132,172に電子が蓄積されていない場合、電荷保持膜142,182に電子が蓄積されているか否かに拘わらず、ドレイン電流値は大きくなる。一方、電荷保持膜132,172に電子が蓄積されている場合、ドレイン電流値は、電荷保持膜142,182に電子が蓄積されているか否かに拘わらず、非常に小さくなる。上述したように、読み出しマージンを大きくして歩留まりの向上を図るためには、電荷保持膜132,172に電子が蓄積されている場合のドレイン電流値は0アンペアに近いほど良い。この実施形態に係るメモリ素子は、上述のような理由により電荷保持膜132,172の電子蓄積量が非常に多いので、かかる場合のドレイン電流値を0アンペアに十分に近づけることができる。   In this read operation, when the first impurity region 110 is a source (for example, an applied potential of 0 volt) and the second impurity region 120 is a drain (for example, an applied voltage +2 volts), the channel formed in the channel formation region 101 is Accordingly, a drain current flows from the second impurity region 120 to the first impurity region 110. Here, when electrons are not accumulated in the charge retention films 132 and 172, the drain current value becomes large regardless of whether or not electrons are accumulated in the charge retention films 142 and 182. On the other hand, when electrons are stored in the charge holding films 132 and 172, the drain current value becomes very small regardless of whether electrons are stored in the charge holding films 142 and 182. As described above, in order to increase the read margin and improve the yield, the drain current value when electrons are accumulated in the charge holding films 132 and 172 is preferably close to 0 ampere. Since the memory element according to this embodiment has a very large amount of accumulated electrons in the charge holding films 132 and 172 for the reasons described above, the drain current value in this case can be made sufficiently close to 0 amperes.

一方、第2不純物領域120をソースとし且つ第1不純物領域110をドレインとしたとき、チャネル形成領域101に形成されたチャネルを介して、第1不純物領域110から第2不純物領域120にドレイン電流が流れる。上述の場合と同様、ドレイン電流値は、電荷保持膜142,182への電子の蓄積/非蓄積によって決定される。この実施形態に係るメモリ素子では、電荷保持膜132,172の場合と同じ理由により、電荷保持膜142,182に電子が蓄積されている場合のドレイン電流値を、0アンペアに十分に近づけることができる。   On the other hand, when the second impurity region 120 is used as a source and the first impurity region 110 is used as a drain, a drain current flows from the first impurity region 110 to the second impurity region 120 through a channel formed in the channel formation region 101. Flowing. As in the case described above, the drain current value is determined by the accumulation / non-accumulation of electrons in the charge retention films 142 and 182. In the memory element according to this embodiment, the drain current value when electrons are accumulated in the charge holding films 142 and 182 can be made sufficiently close to 0 amperes for the same reason as in the case of the charge holding films 132 and 172. it can.

続いて、図1に示したメモリ素子の製造方法について、図2および図3の工程断面図を用いて説明する。   Next, a method for manufacturing the memory element shown in FIG. 1 will be described with reference to process cross-sectional views in FIGS.

(1)まず、半導体基板100の表面に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition) 法等を用いて、第1絶縁膜201および第2絶縁膜202を順次堆積する(図2(A)参照)。第1絶縁膜201は、下部絶縁膜131,141(図1参照)を得るための膜であり、したがって、例えばSiOで形成される。第2絶縁膜202は、電荷保持膜132,142を得るための膜であり、したがって、第1絶縁膜よりもエネルギーギャップが小さい絶縁材料(例えばSiN)で形成される。   (1) First, a first insulating film 201 and a second insulating film 202 are sequentially deposited on the surface of the semiconductor substrate 100 by using, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like (see FIG. 2A). The first insulating film 201 is a film for obtaining the lower insulating films 131 and 141 (see FIG. 1), and is thus formed of, for example, SiO. The second insulating film 202 is a film for obtaining the charge holding films 132 and 142, and is therefore formed of an insulating material (for example, SiN) having an energy gap smaller than that of the first insulating film.

(2)半導体基板100の全域にフォトレジスト203のパターンを形成してエッチングを行うことにより、第1、第2絶縁膜201,202を貫通する開口204を設ける(図2(B)参照)。これにより、半導体基板100の表面205が露出する。   (2) A pattern of a photoresist 203 is formed over the entire area of the semiconductor substrate 100 and etching is performed to provide an opening 204 that penetrates the first and second insulating films 201 and 202 (see FIG. 2B). As a result, the surface 205 of the semiconductor substrate 100 is exposed.

(3)フォトレジスト203を除去し、さらに、半導体基板100の全域に例えばCVD法等を用いて第3絶縁膜206を堆積する(図2(C)参照)。第3絶縁膜206は、上部絶縁膜133,143およびゲート酸化膜150を得るための膜であり、したがって、第2絶縁膜202よりもエネルギーギャップが大きい絶縁材料(例えばSiO)で形成される。   (3) The photoresist 203 is removed, and a third insulating film 206 is deposited over the entire region of the semiconductor substrate 100 by using, for example, a CVD method (see FIG. 2C). The third insulating film 206 is a film for obtaining the upper insulating films 133 and 143 and the gate oxide film 150, and is therefore formed of an insulating material (for example, SiO) having an energy gap larger than that of the second insulating film 202.

(4)半導体基板100の全域に、例えばCVD法等を用いて多結晶Si膜、WSi膜およびSiO膜を順次堆積することにより、ゲート部形成層を形成する。そして、例えばフォトリソグラフィー法およびエッチング法等を用いて、このゲート部形成層のうち、開口204が形成された領域およびその周辺領域以外の領域を除去する。これにより、ゲート絶縁膜150、電荷保持部130,140およびゲート部160が同時に形成される(図2(D)参照)。   (4) A gate portion forming layer is formed by sequentially depositing a polycrystalline Si film, a WSi film, and a SiO film over the entire area of the semiconductor substrate 100 using, for example, a CVD method. Then, for example, by using a photolithography method, an etching method, or the like, the region other than the region where the opening 204 is formed and its peripheral region is removed from the gate portion formation layer. Accordingly, the gate insulating film 150, the charge holding portions 130 and 140, and the gate portion 160 are formed at the same time (see FIG. 2D).

(5)半導体基板100の全域に、第4絶縁膜207を形成する。第4絶縁膜207は、側部絶縁膜171,181を得るための膜であり、したがって、例えばSiOで形成される。続いて、ゲート部160をマスクとして、半導体基板100の全域に、例えばイオン注入法等による不純物注入を行う。これにより、LDD領域112,122が形成される(図3(A)参照)。ゲート部160の最上面にはSiO膜163が設けられているので、この不純物注入によってゲート電極161,162の特性が損なわれることはない。   (5) A fourth insulating film 207 is formed over the entire area of the semiconductor substrate 100. The fourth insulating film 207 is a film for obtaining the side insulating films 171 and 181 and is thus formed of, for example, SiO. Subsequently, using the gate portion 160 as a mask, impurity implantation by, for example, an ion implantation method or the like is performed on the entire area of the semiconductor substrate 100. Thus, LDD regions 112 and 122 are formed (see FIG. 3A). Since the SiO film 163 is provided on the uppermost surface of the gate portion 160, the characteristics of the gate electrodes 161 and 162 are not impaired by this impurity implantation.

(6)第4絶縁膜207の表面に、例えばCVD法等を用いて、第5、第6絶縁膜を堆積する。第5絶縁膜は、電荷保持膜172,182を得るための膜であり、したがって、第4絶縁膜207よりもエネルギーギャップが小さい絶縁材料(例えばSiN)で形成される。第6絶縁膜は、絶縁膜173,183を形成するための膜であり、例えばSiOが使用される。その後、例えばフォトリソグラフィー法およびエッチング法等を用いて第4〜第6絶縁膜を加工することにより、サイドウォール170,180を完成させる(図3(B)参照)。   (6) The fifth and sixth insulating films are deposited on the surface of the fourth insulating film 207 by using, for example, the CVD method. The fifth insulating film is a film for obtaining the charge holding films 172 and 182, and is therefore formed of an insulating material (for example, SiN) having an energy gap smaller than that of the fourth insulating film 207. The sixth insulating film is a film for forming the insulating films 173 and 183, and for example, SiO is used. Thereafter, the sidewalls 170 and 180 are completed by processing the fourth to sixth insulating films using, for example, a photolithography method and an etching method (see FIG. 3B).

(7)半導体基板100の全域に、例えばCVD法等を用いてSiOを堆積することにより、絶縁膜190を形成する。続いて、ゲート部160およびサイドウォール170,180をマスクとして、半導体基板100の全域に、例えばイオン注入法等による不純物注入を行う。これにより、高濃度不純物領域111,121が形成される(図3(C)参照)。ゲート部160の最上面にはSiO膜163が設けられているので、この不純物注入によってゲート電極161,162の特性が損なわれることはない。   (7) The insulating film 190 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100 by depositing SiO using, for example, the CVD method. Subsequently, using the gate portion 160 and the sidewalls 170 and 180 as masks, impurity implantation is performed on the entire area of the semiconductor substrate 100 by, for example, ion implantation. Thus, high-concentration impurity regions 111 and 121 are formed (see FIG. 3C). Since the SiO film 163 is provided on the uppermost surface of the gate portion 160, the characteristics of the gate electrodes 161 and 162 are not impaired by this impurity implantation.

その後、絶縁膜190に、高濃度不純物領域111,121を配線するためのコンタクトホールを形成する工程などを経て、図1に示したようなメモリ素子が完成する。   Thereafter, through a process of forming contact holes for wiring the high concentration impurity regions 111 and 121 in the insulating film 190, the memory element as shown in FIG. 1 is completed.

以上説明したように、この実施形態に係る2ビット記憶型半導体記憶装置によれば、ゲート部160の下部およびサイドウォール170,180に電荷保持膜132,142,172,182を設けたので、メモリ素子面積を増大させることなしに、電荷保持膜に蓄積できる電荷量を増大させることができ、これにより、これらの電荷保持膜に蓄積できる電流値を十分に小さく抑えることができる。   As described above, according to the 2-bit memory type semiconductor memory device according to this embodiment, the charge holding films 132, 142, 172, and 182 are provided on the lower portion of the gate portion 160 and the side walls 170 and 180. The amount of charge that can be stored in the charge holding film can be increased without increasing the element area, and thereby the current value that can be stored in these charge holding films can be sufficiently reduced.

加えて、この実施形態に係る2ビット記憶型半導体記憶装置の製造方法によれば、メモリ素子面積が小さく且つ電荷保持部に電荷が蓄積されているときの電流値が十分に小さい2ビット記憶型半導体記憶装置を、少ない工程数で安価に製造することができる。   In addition, according to the manufacturing method of the 2-bit memory type semiconductor memory device according to this embodiment, the current value when the memory element area is small and the charge is stored in the charge holding portion is sufficiently small. A semiconductor memory device can be manufactured inexpensively with a small number of steps.

第2実施形態
次に、この発明に係る製造方法の、他の実施形態について、図4を用いて説明する。
Second Embodiment Next, another embodiment of the manufacturing method according to the present invention will be described with reference to FIG.

この実施形態に係る2ビット記憶型半導体記憶装置のメモリ素子構造および動作は、上述の第1実施形態に係る装置(図1参照)と同様であるので、説明を省略する。   Since the memory element structure and operation of the 2-bit memory type semiconductor memory device according to this embodiment are the same as those of the device according to the first embodiment (see FIG. 1), description thereof will be omitted.

以下、この実施形態に係る製造方法について、図4の工程断面図を用いて説明する。   Hereinafter, the manufacturing method according to this embodiment will be described with reference to process cross-sectional views of FIGS.

(1)まず、半導体基板100の表面に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition) 法等を用いて、第1絶縁膜401、第2絶縁膜402および第1被覆膜403を順次堆積する。第1絶縁膜401は、下部絶縁膜131,141(図1参照)を得るための膜であり、したがって、例えばSiOで形成される。第2絶縁膜402は、電荷保持膜132,142を得るための膜であり、したがって、第1絶縁膜よりもエネルギーギャップが小さい絶縁材料(例えばSiN)で形成される。また、第1被覆膜403は、後述の工程(3)でエッチバックに使用する膜であり、例えばSiOで形成される。続いて、半導体基板100の全域に、フォトレジスト404のパターンを形成してエッチングを行う。これにより、第1被覆膜403を貫通する第1開口405(幅W1)が設けられて、第2絶縁膜402の表面406が露出する(図4(A)参照)。   (1) First, a first insulating film 401, a second insulating film 402, and a first coating film 403 are sequentially deposited on the surface of the semiconductor substrate 100 by using, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. The first insulating film 401 is a film for obtaining the lower insulating films 131 and 141 (see FIG. 1), and is thus formed of, for example, SiO. The second insulating film 402 is a film for obtaining the charge holding films 132 and 142, and is therefore formed of an insulating material (for example, SiN) having an energy gap smaller than that of the first insulating film. The first coating film 403 is a film used for etch back in the later-described step (3), and is formed of, for example, SiO. Subsequently, a pattern of a photoresist 404 is formed over the entire area of the semiconductor substrate 100 and etching is performed. Thus, the first opening 405 (width W1) penetrating the first coating film 403 is provided, and the surface 406 of the second insulating film 402 is exposed (see FIG. 4A).

(2)フォトレジスト404を除去し、さらに、半導体基板100の全域に例えばCVD法等を用いて第2被覆膜407を堆積する(図4(B)参照)。第2被覆膜407は、後述の工程(3)でエッチバックに使用する膜であり、例えばSiOで形成される。   (2) The photoresist 404 is removed, and a second coating film 407 is deposited over the entire area of the semiconductor substrate 100 using, for example, a CVD method (see FIG. 4B). The second coating film 407 is a film used for etch back in the later-described step (3), and is formed of, for example, SiO.

(3)第1開口405の中央部分に第2開口408(幅W2)が形成されて半導体基板100の表面が露出するまで、エッチバックを行う(図4(C)参照)。   (3) Etch back is performed until the second opening 408 (width W2) is formed at the center of the first opening 405 and the surface of the semiconductor substrate 100 is exposed (see FIG. 4C).

(4)その後、例えばウエットエッチング等により、半導体基板100の表面に残存する第1、第2被覆膜403,407を除去する(図4(D)参照)。   (4) Thereafter, the first and second coating films 403 and 407 remaining on the surface of the semiconductor substrate 100 are removed, for example, by wet etching or the like (see FIG. 4D).

その後の工程は、上述の第1実施形態における工程(3)〜(7)と同様であるので、説明を省略する。   Subsequent steps are the same as steps (3) to (7) in the first embodiment described above, and a description thereof will be omitted.

以上説明したように、この実施形態に係る製造方法によれば、フォトリソグラフィー法で形成した第1開口405よりも幅の狭い第2開口408を形成することができる。すなわち、この実施形態によれば、フォトリソグラフィー法で形成できる最小開口幅よりも小さい幅の第2開口408を得ることができる。ここで、第2開口408の幅W2は、ゲート絶縁膜150が形成される領域の寸法を規定する。したがって、この実施形態では、ゲート絶縁膜150が形成される領域の寸法をフォトリソグラフィー法による最小開口幅よりも小さくすることができ、これにより、ゲート部160の寸法を非常に小さくすることができる。   As described above, according to the manufacturing method according to this embodiment, the second opening 408 having a narrower width than the first opening 405 formed by the photolithography method can be formed. That is, according to this embodiment, the second opening 408 having a width smaller than the minimum opening width that can be formed by photolithography can be obtained. Here, the width W2 of the second opening 408 defines the size of the region where the gate insulating film 150 is formed. Therefore, in this embodiment, the size of the region where the gate insulating film 150 is formed can be made smaller than the minimum opening width by the photolithography method, and thereby the size of the gate portion 160 can be made very small. .

第1実施形態に係る2ビット記憶型半導体記憶装置のメモリ素子構造を概略的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a memory element structure of a 2-bit memory type semiconductor memory device according to a first embodiment. 第1実施形態に係る2ビット記憶型半導体記憶装置の製造方法を示す断面工程図である。FIG. 4 is a cross-sectional process diagram illustrating a method for manufacturing a 2-bit memory type semiconductor memory device according to the first embodiment. 第1実施形態に係る2ビット記憶型半導体記憶装置の製造方法を示す断面工程図である。FIG. 4 is a cross-sectional process diagram illustrating a method for manufacturing a 2-bit memory type semiconductor memory device according to the first embodiment. 第2実施形態に係る2ビット記憶型半導体記憶装置の製造方法を示す断面工程図である。It is sectional process drawing which shows the manufacturing method of the 2-bit memory | storage type semiconductor memory device which concerns on 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

100 半導体基板
110,120 不純物領域
111,121 高濃度不純物領域
112,122 LDD領域
130,140 電荷保持部
131,141 下部絶縁膜
132,142,172,182 電荷保持膜
133,143 上部絶縁膜
150 ゲート絶縁膜
160 ゲート部
161 多結晶Si膜
162 WSi膜
163 SiO膜
170,180 サイドウォール
171,181 側部絶縁膜
173,183,190 SiO膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Semiconductor substrate 110,120 Impurity area | region 111,121 High concentration impurity area | region 112,122 LDD area | region 130,140 Charge holding part 131,141 Lower insulating film 132,142,172,182 Charge holding film 133,143 Upper insulating film 150 Gate Insulating film 160 Gate portion 161 Polycrystalline Si film 162 WSi film 163 SiO film 170,180 Side wall 171,181 Side insulating film 173,183,190 SiO film

Claims (12)

半導体基板の表面領域にチャネル形成領域を挟んで形成された第1、第2不純物領域と、
前記第1不純物領域と前記チャネル形成領域との境界領域上に形成された第1下部絶縁膜と、該第1下部絶縁膜上に形成され且つ当該第1下部絶縁膜よりもエネルギーギャップが小さい第1電荷保持膜と、該第1電荷保持膜の上面および内側面を覆うように形成され且つ当該第1電荷保持膜よりもエネルギーギャップが大きい第1上部絶縁膜とを有する第1電荷保持部と、
前記第2不純物領域と前記チャネル形成領域との境界領域上に形成された第2下部絶縁膜と、該第2下部絶縁膜上に形成され且つ当該第2下部絶縁膜よりもエネルギーギャップが小さい第2電荷保持膜と、該第2電荷保持膜の上面および内側面を覆うように形成され且つ当該第2電荷保持膜よりもエネルギーギャップが大きい第2上部絶縁膜とを有する第2電荷保持部と、
前記第1、第2電荷保持部で挟まれた領域上に形成されたゲート絶縁膜と、
当該第1、第2電荷保持部上から前記ゲート絶縁膜上に跨る領域に形成されたゲート部と、
前記第1電荷保持部および前記ゲート部の前記第1不純物領域側の側面から該第1不純物領域の表面に跨る領域を覆う第1側部絶縁膜と、該第1側部絶縁膜の表面を覆うように形成され且つ当該第1側部絶縁膜よりもエネルギーギャップが小さい第3電荷保持膜とを有する第1サイドウォールと、
前記第2電荷保持部および前記ゲート部の前記第2不純物領域側の側面から該第2不純物領域の表面に跨る領域を覆う第2側部絶縁膜と、該第2側部絶縁膜の表面を覆うように形成され且つ当該第2側部絶縁膜よりもエネルギーギャップが小さい第4電荷保持膜とを有する第2サイドウォールと、
を備えることを特徴とする2ビット記憶型半導体記憶装置。
First and second impurity regions formed on a surface region of a semiconductor substrate with a channel formation region interposed therebetween;
A first lower insulating film formed on a boundary region between the first impurity region and the channel forming region; and an energy gap smaller than that of the first lower insulating film formed on the first lower insulating film. A first charge holding portion having one charge holding film and a first upper insulating film formed so as to cover an upper surface and an inner side surface of the first charge holding film and having an energy gap larger than that of the first charge holding film; ,
A second lower insulating film formed on a boundary region between the second impurity region and the channel forming region; and an energy gap smaller than that of the second lower insulating film formed on the second lower insulating film. A second charge holding portion having a two charge holding film and a second upper insulating film formed so as to cover the upper surface and the inner side surface of the second charge holding film and having an energy gap larger than that of the second charge holding film; ,
A gate insulating film formed on a region sandwiched between the first and second charge holding portions;
A gate portion formed in a region straddling the gate insulating film from the first and second charge holding portions;
A first side insulating film covering a region extending from a side surface on the first impurity region side of the first charge holding portion and the gate portion to a surface of the first impurity region; and a surface of the first side insulating film. A first sidewall having a third charge retention film formed to cover and having a smaller energy gap than the first side insulating film;
A second side insulating film that covers a region extending from a side surface on the second impurity region side of the second charge holding portion and the gate portion to a surface of the second impurity region; and a surface of the second side insulating film. A second sidewall having a fourth charge retention film formed to cover and having a smaller energy gap than the second side insulating film;
A two-bit storage type semiconductor memory device comprising:
前記第1、第2不純物領域の前記チャネル形成領域側にそれぞれ低濃度不純物領域が形成され、且つ、これらの低濃度不純物領域上に前記第1、第2サイドウォールが形成されたことを特徴とする請求項1に記載の2ビット記憶型半導体記憶装置。   Low concentration impurity regions are formed on the channel formation region side of the first and second impurity regions, respectively, and the first and second sidewalls are formed on these low concentration impurity regions. The 2-bit storage type semiconductor memory device according to claim 1. 前記第1、第2下部絶縁膜、前記第1、第2上部絶縁膜および前記第1、第2側部絶縁膜がSiO膜であり、且つ、前記第1〜第4電荷保持膜がSiN膜であることを特徴とする請求項1または2に記載の2ビット記憶型半導体記憶装置。   The first and second lower insulating films, the first and second upper insulating films, and the first and second side insulating films are SiO films, and the first to fourth charge retention films are SiN films. The 2-bit storage type semiconductor memory device according to claim 1, wherein 前記ゲート部が、順次積層された多結晶Si膜およびWSi膜を有するゲート電極を含み、さらに、該WSi膜上に形成されたSiO膜を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の2ビット記憶型半導体記憶装置。   The said gate part contains the gate electrode which has the polycrystal Si film | membrane and WSi film | membrane laminated | stacked one by one, and also contains the SiO film | membrane formed on this WSi film | membrane. 2. A 2-bit memory type semiconductor memory device according to item 1. 半導体基板上に、第1絶縁膜と、該第1絶縁膜よりもエネルギーギャップが小さい第2絶縁膜とを形成する第1工程と、
前記第1、第2絶縁膜を貫通する開口を設けることにより前記半導体基板の表面を露出させる第2工程と、
前記半導体基板の全域に、前記第2絶縁膜よりもエネルギーギャップが大きい第3絶縁膜を形成する第3工程と、
前記半導体基板の全域にゲート部形成層を形成した後、前記開口が形成された領域およびその周辺領域以外の領域の該ゲート部形成層および前記第1〜第3絶縁膜を除去することにより、ゲート絶縁膜、第1、第2電荷保持部およびゲート部を形成する第4工程と、
前記半導体基板の全域に第4絶縁膜を形成した後で、前記ゲート部をマスクとして該半導体基板の全域に不純物を導入することにより、第1、第2不純物領域を形成する第5工程と、
前記第4絶縁膜の表面に該第4絶縁膜よりもエネルギーギャップが小さい第5絶縁膜を形成し、該第5絶縁膜の表面に当該第5絶縁膜よりもエネルギーギャップが大きい第6絶縁膜を形成し、さらに、該第4〜第6絶縁膜を加工することにより、第1、第2サイドウォールを形成する第6工程と、
を含むことを特徴とする2ビット記憶型半導体記憶装置の製造方法。
Forming a first insulating film and a second insulating film having an energy gap smaller than that of the first insulating film on the semiconductor substrate;
A second step of exposing a surface of the semiconductor substrate by providing an opening penetrating the first and second insulating films;
Forming a third insulating film having an energy gap larger than that of the second insulating film over the entire area of the semiconductor substrate;
After forming the gate portion forming layer over the entire area of the semiconductor substrate, by removing the gate portion forming layer and the first to third insulating films in the region other than the region where the opening is formed and the peripheral region thereof, A fourth step of forming the gate insulating film, the first and second charge holding portions, and the gate portion;
A fifth step of forming first and second impurity regions by forming a fourth insulating film over the entire area of the semiconductor substrate and then introducing impurities into the entire area of the semiconductor substrate using the gate portion as a mask;
A fifth insulating film having an energy gap smaller than that of the fourth insulating film is formed on the surface of the fourth insulating film, and a sixth insulating film having an energy gap larger than that of the fifth insulating film is formed on the surface of the fifth insulating film. A sixth step of forming the first and second sidewalls by processing the fourth to sixth insulating films; and
A method of manufacturing a two-bit storage type semiconductor memory device.
前記第5工程が前記第1、第2不純物領域内の低濃度不純物領域を形成する工程であり、且つ、前記第6工程後に前記ゲート部および前記第1、第2サイドウォールをマスクとして該第1、第2不純物領域内の高濃度不純物領域を形成する第7工程をさらに含むことを特徴とする請求項5に記載の2ビット記憶型半導体記憶装置の製造方法。   The fifth step is a step of forming low-concentration impurity regions in the first and second impurity regions, and the gate portion and the first and second sidewalls are used as a mask after the sixth step. 6. The method of manufacturing a 2-bit storage type semiconductor memory device according to claim 5, further comprising a seventh step of forming a high-concentration impurity region in the first and second impurity regions. 前記第1、第3、第4および第6絶縁膜がSiO膜であり、且つ、前記第2および第5絶縁膜がSiN膜であることを特徴とする請求項5または6に記載の2ビット記憶型半導体記憶装置の製造方法。   7. The 2-bit according to claim 5, wherein the first, third, fourth, and sixth insulating films are SiO films, and the second and fifth insulating films are SiN films. A method for manufacturing a memory type semiconductor memory device. 前記ゲート部形成層が、順次積層された多結晶Si膜およびWSi膜を有するゲート電極を含み、さらに、該WSi膜上に形成されたSiO膜を含むことを特徴とする請求項5〜7のいずれかに記載の2ビット記憶型半導体記憶装置の製造方法。   The gate portion forming layer includes a gate electrode having a polycrystalline Si film and a WSi film sequentially stacked, and further includes a SiO film formed on the WSi film. A method of manufacturing a 2-bit storage type semiconductor memory device according to any one of the above. 半導体基板上に、第1絶縁膜と、該第1絶縁膜よりもエネルギーギャップが小さい第2絶縁膜と、第1被覆膜とを順次形成し、さらに、該第1被覆膜を貫通する第1開口を設けることにより前記第2絶縁膜の表面を露出させる第1工程と、
前記半導体基板の全域に第2被覆膜を形成する第2工程と、
前記第1開口の中央部分に第2開口が形成されて前記半導体基板の表面が露出するまでエッチバックを行う第3工程と、
前記半導体基板の表面に残存する前記第1、第2被覆膜を除去する第4工程と、
前記半導体基板の全域に、前記第2絶縁膜よりもエネルギーギャップが大きい第3絶縁膜を形成する第5工程と、
前記半導体基板の全域にゲート部形成層を形成した後、前記第2開口が形成された領域およびその周辺領域以外の領域の該ゲート部形成層および前記第1〜第3絶縁膜を除去することにより、ゲート絶縁膜、第1、第2電荷保持部およびゲート部を形成する第6工程と、
前記半導体基板の全域に第4絶縁膜を形成した後で、前記ゲート部をマスクとして該半導体基板の全域に不純物を導入することにより、第1、第2不純物領域を形成する第7工程と、
前記第4絶縁膜の表面に該第4絶縁膜よりもエネルギーギャップが小さい第5絶縁膜を形成し、該第5絶縁膜の表面に当該第5絶縁膜よりもエネルギーギャップが大きい第6絶縁膜を形成し、さらに、該第4〜第6絶縁膜を加工することにより、第1、第2サイドウォールを形成する第8工程と、
を含むことを特徴とする2ビット記憶型半導体記憶装置の製造方法。
A first insulating film, a second insulating film having an energy gap smaller than that of the first insulating film, and a first coating film are sequentially formed on the semiconductor substrate, and further penetrate the first coating film. A first step of exposing a surface of the second insulating film by providing a first opening;
A second step of forming a second coating film over the entire area of the semiconductor substrate;
A third step of performing etch back until a second opening is formed in a central portion of the first opening and the surface of the semiconductor substrate is exposed;
A fourth step of removing the first and second coating films remaining on the surface of the semiconductor substrate;
A fifth step of forming a third insulating film having a larger energy gap than the second insulating film over the entire area of the semiconductor substrate;
After forming a gate portion forming layer over the entire area of the semiconductor substrate, removing the gate portion forming layer and the first to third insulating films in a region other than the region where the second opening is formed and its peripheral region A sixth step of forming the gate insulating film, the first and second charge holding portions, and the gate portion,
A seventh step of forming first and second impurity regions by forming a fourth insulating film over the entire area of the semiconductor substrate and then introducing impurities into the entire area of the semiconductor substrate using the gate portion as a mask;
A fifth insulating film having an energy gap smaller than that of the fourth insulating film is formed on the surface of the fourth insulating film, and a sixth insulating film having an energy gap larger than that of the fifth insulating film is formed on the surface of the fifth insulating film. An eighth step of forming the first and second sidewalls by processing the fourth to sixth insulating films; and
A method of manufacturing a two-bit storage type semiconductor memory device.
前記第7工程が前記第1、第2不純物領域内の低濃度不純物領域を形成する工程であり、且つ、前記第8工程後に前記ゲート部および前記第1、第2サイドウォールをマスクとして該第1、第2不純物領域内の高濃度不純物領域を形成する第9工程をさらに含むことを特徴とする請求項9に記載の2ビット記憶型半導体記憶装置の製造方法。   The seventh step is a step of forming low-concentration impurity regions in the first and second impurity regions, and after the eighth step, the gate portion and the first and second sidewalls are used as masks. 10. The method for manufacturing a 2-bit storage type semiconductor memory device according to claim 9, further comprising a ninth step of forming a high concentration impurity region in the first and second impurity regions. 前記第1、第3、第4、第6絶縁膜および前記第1、第2被覆膜がSiO膜であり、且つ、前記第2および第5絶縁膜がSiN膜であることを特徴とする請求項9または10に記載の2ビット記憶型半導体記憶装置の製造方法。   The first, third, fourth, and sixth insulating films and the first and second coating films are SiO films, and the second and fifth insulating films are SiN films. 11. A method of manufacturing a 2-bit storage type semiconductor memory device according to claim 9 or 10. 前記ゲート部形成層が、順次積層された多結晶Si膜およびWSi膜を有するゲート電極を含み、さらに、該WSi膜上に形成されたSiO膜を含むことを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載の2ビット記憶型半導体記憶装置の製造方法。   The gate portion forming layer includes a gate electrode having a polycrystalline Si film and a WSi film sequentially stacked, and further includes a SiO film formed on the WSi film. A method of manufacturing a 2-bit storage type semiconductor memory device according to any one of the above.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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