JP2876974B2 - Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same

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JP2876974B2
JP2876974B2 JP6010247A JP1024794A JP2876974B2 JP 2876974 B2 JP2876974 B2 JP 2876974B2 JP 6010247 A JP6010247 A JP 6010247A JP 1024794 A JP1024794 A JP 1024794A JP 2876974 B2 JP2876974 B2 JP 2876974B2
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gate electrode
insulating layer
semiconductor substrate
gate insulating
forming
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寧 奥田
義則 小竹
一郎 中尾
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B69/00Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は不揮発性半導体記憶装置
及びその製造方法に関し、特に、電気的に書き込み/消
去可能な不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly to an electrically writable / erasable nonvolatile semiconductor memory device and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】不揮発性半導体記憶装置として、EPR
OM及びEEPROMが広く使用されている。図11
は、従来のフラッシュ型EEPROMの一部断面を示し
ている。このEEPROMは、チャネル領域(p型拡散
層)2、n型ドレイン領域3及びソース領域4が形成さ
れたp型シリコン基板1と、シリコン基板1上に形成さ
れた制御ゲート電極8及び浮遊ゲート電極9と、を備え
ている。浮遊ゲート電極9とシリコン基板1との間には
第1ゲート絶縁層5が設けられ、浮遊ゲート電極9と制
御ゲート電極8との間には第2ゲート絶縁層6が設けら
れている。これらの電極8及び9は、シリコン酸化膜1
0により覆われている。ビットライン12は、シリコン
酸化膜10に設けられたコンタクトホールを介してドレ
イン領域3に接続するようしてシリコン酸化膜10上を
走っている。
2. Description of the Related Art As a nonvolatile semiconductor memory device, EPR is used.
OM and EEPROM are widely used. FIG.
2 shows a partial cross section of a conventional flash EEPROM. This EEPROM includes a p-type silicon substrate 1 on which a channel region (p-type diffusion layer) 2, an n-type drain region 3 and a source region 4 are formed, a control gate electrode 8 and a floating gate electrode formed on the silicon substrate 1. 9 is provided. A first gate insulating layer 5 is provided between the floating gate electrode 9 and the silicon substrate 1, and a second gate insulating layer 6 is provided between the floating gate electrode 9 and the control gate electrode 8. These electrodes 8 and 9 correspond to the silicon oxide film 1
Covered by 0. The bit line 12 runs on the silicon oxide film 10 so as to connect to the drain region 3 through a contact hole provided in the silicon oxide film 10.

【0003】図11には、不揮発性半導体記憶装置の一
つの不揮発性のメモリセル(又はメモリセルトランジス
タ)が示されているが、現実には、多数のメモリセルが
シリコン基板1上に存在する。各メモリセルは、シリコ
ン基板1の所定領域に形成されたLOCOS等の素子分
離膜15により電気的に分離されている。
FIG. 11 shows one non-volatile memory cell (or memory cell transistor) of a non-volatile semiconductor memory device. In reality, a large number of memory cells exist on the silicon substrate 1. . Each memory cell is electrically isolated by an element isolation film 15 such as LOCOS formed in a predetermined region of the silicon substrate 1.

【0004】不揮発性半導体記憶装置への情報の記憶
は、浮遊ゲート電極9の電荷の蓄積/非蓄積によって達
成される。浮遊ゲート電極9の電荷の蓄積/非蓄積はト
ランジスタの反転閾値の大きさに影響を与えるため、記
憶情報はドレイン電流の大小によって読み出される。
[0004] Storage of information in the nonvolatile semiconductor memory device is achieved by accumulation / non-accumulation of charges in the floating gate electrode 9. Since the accumulation / non-accumulation of the charge in the floating gate electrode 9 affects the magnitude of the inversion threshold of the transistor, the stored information is read depending on the magnitude of the drain current.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術は、次のような問題を有している。
However, the above-mentioned prior art has the following problems.

【0006】浮遊ゲート電極9への電荷の注入または放
出動作を行うとき、制御ゲート電極8やビットライン1
2には比較的高い電位が与えられる。このため、隣接す
るメモリセルの間において、ワードライン(制御ゲート
電極8)/素子分離膜15/シリコン基板1という寄生
MOS構造が形成される結果、シリコン基板1の表面に
伝導チャネルが形成されることがある。そのような伝導
チャネルは、隣接するメモリトランジスタの分離を破壊
する。素子分離を維持するためには、素子分離膜15を
厚く、しかも、広くする必要がある。このようなこと
は、メモリトランジスタの高集積化に反することであ
る。
When an operation of injecting or releasing charges into or from the floating gate electrode 9 is performed, the control gate electrode 8 or the bit line 1
2 is given a relatively high potential. Therefore, a parasitic MOS structure of word line (control gate electrode 8) / element isolation film 15 / silicon substrate 1 is formed between adjacent memory cells, and as a result, a conduction channel is formed on the surface of silicon substrate 1. Sometimes. Such a conduction channel destroys the isolation of adjacent memory transistors. In order to maintain element isolation, the element isolation film 15 needs to be thick and wide. This is against high integration of memory transistors.

【0007】また、一般に、読み出し速度の向上のため
にはトランジスタの動作電流(例えばドレイン電流)を
増加する必要がある。しかし、従来の不揮発性半導体記
憶装置において、さらなる微細化のためにトランジスタ
のチャネル幅を縮小すると、動作電流が低下してしま
う。
In general, it is necessary to increase the operating current (eg, drain current) of a transistor in order to improve the reading speed. However, in the conventional nonvolatile semiconductor memory device, when the channel width of the transistor is reduced for further miniaturization, the operating current is reduced.

【0008】更に、上述の構成によれば、メモリセルト
ランジスタ間の反転閾値電圧(Vt)に大きさのバラツ
キが発生しやすい。そのため、消去動作前に一括書き込
みを行ったり、消去動作(あるいは書き込み動作)と閾
値電圧の検証を繰り返す(ベリファイ動作)必要があ
る。このことは、消去(あるいは書き込み)に要する時
間を長くする。
Further, according to the above-described configuration, the inversion threshold voltage (Vt) between the memory cell transistors is likely to vary in magnitude. Therefore, it is necessary to perform batch writing before the erasing operation or to repeat the erasing operation (or the writing operation) and the verification of the threshold voltage (the verifying operation). This increases the time required for erasing (or writing).

【0009】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、隣接メモリ
セルトランジスタ間の電気的分離が確保され、しかも、
メモリセルを微細化/高集積化することのできる不揮発
性半導体記憶装置、及びその製造方法を提供することに
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to secure electrical isolation between adjacent memory cell transistors.
An object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device capable of miniaturizing and highly integrating a memory cell, and a method of manufacturing the same.

【0010】本発明の他の目的は、読み出し速度が向上
し、消去時間の短縮された不揮発性半導体記憶装置、及
びその製造方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device in which the reading speed is improved and the erasing time is reduced, and a method of manufacturing the same.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明による不揮発性半
導体メモリセルは、上面を有する第1導電型半導体基板
と、該半導体基板の該上面に形成された第1導電型環状
チャネル領域と、該半導体基板の該上面のうち該環状チ
ャネル領域に囲まれた領域内に形成された第2導電型ド
レイン領域と、該半導体基板の該上面のうち該環状チャ
ネル領域の外側に形成された第2導電型ソース領域と、
該環状チャネル領域と該ドレイン領域との境界を覆うよ
うにして該半導体基板の上面に形成された第1ゲート絶
縁層と、該第1ゲート絶縁層上に形成された環状浮遊ゲ
ート電極と、該環状浮遊ゲート電極の表面に形成された
第2ゲート絶縁層と、該第2ゲート絶縁層を介して該環
状浮遊ゲート電極に容量結合された制御ゲート電極であ
って、該半導体基板から電気的に絶縁分離された制御ゲ
ート電極と、を備えており、そのことにより上記目的が
達成される。
According to the present invention, there is provided a nonvolatile semiconductor memory cell comprising: a first conductivity type semiconductor substrate having an upper surface; a first conductivity type annular channel region formed on the upper surface of the semiconductor substrate; A second conductive type drain region formed in a region of the upper surface of the semiconductor substrate surrounded by the annular channel region; and a second conductive type drain region formed in the upper surface of the semiconductor substrate outside the annular channel region. A type source region;
A first gate insulating layer formed on the upper surface of the semiconductor substrate so as to cover a boundary between the annular channel region and the drain region; an annular floating gate electrode formed on the first gate insulating layer; A second gate insulating layer formed on the surface of the annular floating gate electrode; and a control gate electrode capacitively coupled to the annular floating gate electrode via the second gate insulating layer, wherein the control gate electrode is electrically connected to the semiconductor substrate. And a control gate electrode that is insulated and separated, thereby achieving the above object.

【0012】ある実施例では、前記制御ゲート電極は、
前記環状浮遊ゲート電極の上面を覆っている。
In one embodiment, the control gate electrode comprises:
The upper surface of the annular floating gate electrode is covered.

【0013】ある実施例では、前記環状浮遊ゲート電極
は、前記制御ゲート電極の上面の少なくとも一部と開口
部の内側面とを覆っている。
In one embodiment, the annular floating gate electrode covers at least a part of the upper surface of the control gate electrode and the inner side surface of the opening.

【0014】ある実施例では、前記環状浮遊ゲート電極
は、前記制御ゲート電極開口部の内側面上に設けられた
サイドウォールである。
In one embodiment, the annular floating gate electrode is a sidewall provided on an inner surface of the control gate electrode opening.

【0015】好ましい実施例では、前記環状チャネル領
域と前記ソース領域との境界を覆うようにして前記半導
体基板の上面に形成された第3ゲート絶縁層であって、
該半導体基板と前記制御ゲート電極とを絶縁分離するた
めの第3ゲート絶縁層を更に備えており、該制御ゲート
電極は、該第3ゲート絶縁層を介して、該境界と対向し
ている。
In a preferred embodiment, there is provided a third gate insulating layer formed on an upper surface of the semiconductor substrate so as to cover a boundary between the annular channel region and the source region,
The semiconductor device further includes a third gate insulating layer for insulating and separating the semiconductor substrate and the control gate electrode, and the control gate electrode faces the boundary via the third gate insulating layer.

【0016】好ましい実施例では、前記第1ゲート絶縁
層が前記第3ゲート絶縁層よりも薄い。
In a preferred embodiment, the first gate insulating layer is thinner than the third gate insulating layer.

【0017】本発明による不揮発性半導体記憶装置は、
上面を有する第1導電型半導体基板と、該半導体基板の
該上面に設けられたメモリセルアレイ領域と、該メモリ
セルアレイ領域に配列された複数の不揮発性メモリセル
と、該複数の不揮発性メモリセルを相互接続するための
ワードライン及びビットラインと、を備えた不揮発性半
導体記憶装置であって、該複数の不揮発性メモリセイの
各々は、該半導体基板の該上面に形成された第1導電型
環状チャネル領域と、該半導体基板の該上面のうち該環
状チャネル領域に囲まれた領域内に形成された第2導電
型ドレイン領域と、該半導体基板の該上面のうち該環状
チャネル領域の外側に形成された第2導電型ソース領域
と、該環状チャネル領域と該ドレイン領域との境界を覆
うようにして該半導体基板の上面に形成された環状第1
ゲート絶縁層と、該環状第1ゲート絶縁層上に形成され
た環状浮遊ゲート電極と、該環状浮遊ゲート電極の表面
に形成された第2ゲート絶縁層と、該第2ゲート絶縁層
を介して該環状浮遊ゲート電極に容量結合された制御ゲ
ート電極であって、該半導体基板から電気的に絶縁分離
された制御ゲート電極と、を備えており、該複数の不揮
発性メモリセルの少なくとも一部は、該ソース領域を共
有しており、該複数のワードラインの各々は、その一部
に該制御ゲート電極を含んでおり、そのことにより上記
目的が達成される。
According to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention,
A first conductivity type semiconductor substrate having an upper surface, a memory cell array region provided on the upper surface of the semiconductor substrate, a plurality of nonvolatile memory cells arranged in the memory cell array region, and a plurality of nonvolatile memory cells. A non-volatile semiconductor memory device comprising a word line and a bit line for interconnection, wherein each of the plurality of non-volatile memory cells includes a first conductive type annular channel formed on the top surface of the semiconductor substrate. A region, a second conductivity type drain region formed in a region surrounded by the annular channel region on the top surface of the semiconductor substrate, and a second conductivity type drain region formed outside the annular channel region on the top surface of the semiconductor substrate. A first conductive type source region formed on the upper surface of the semiconductor substrate so as to cover a boundary between the circular channel region and the drain region.
A gate insulating layer, an annular floating gate electrode formed on the annular first gate insulating layer, a second gate insulating layer formed on the surface of the annular floating gate electrode, and the second gate insulating layer. A control gate electrode capacitively coupled to the annular floating gate electrode, and a control gate electrode electrically insulated and separated from the semiconductor substrate; at least a part of the plurality of nonvolatile memory cells , The source region is shared, and each of the plurality of word lines partially includes the control gate electrode, thereby achieving the above object.

【0018】ある実施例では、前記制御ゲート電極は、
前記環状浮遊ゲート電極の上面を覆っている。
In one embodiment, the control gate electrode comprises:
The upper surface of the annular floating gate electrode is covered.

【0019】ある実施例では、前記環状浮遊ゲート電極
が、前記制御ゲート電極の上面の少なくとも一部と開口
部の内側面とを覆っている。
In one embodiment, the annular floating gate electrode covers at least a part of the upper surface of the control gate electrode and the inner side surface of the opening.

【0020】ある実施例では、前記環状浮遊ゲート電極
が、前記制御ゲート電極開口部の内側面上に設けられた
サイドウォールである。
In one embodiment, the annular floating gate electrode is a sidewall provided on an inner surface of the control gate electrode opening.

【0021】好ましい実施例では、前記環状チャネル領
域と前記ソース領域との境界を覆うようにして前記半導
体基板の上面に形成された第3ゲート絶縁層であって、
該半導体基板と前記制御ゲート電極とを絶縁分離するた
めの第3ゲート絶縁層を更に備えており、該制御ゲート
電極は、該第3ゲート絶縁層を介して、該境界と対向し
ている。
In a preferred embodiment, a third gate insulating layer formed on the upper surface of the semiconductor substrate so as to cover a boundary between the annular channel region and the source region,
The semiconductor device further includes a third gate insulating layer for insulating and separating the semiconductor substrate and the control gate electrode, and the control gate electrode faces the boundary via the third gate insulating layer.

【0022】好ましい実施例では、前記メモリセルを分
離するための素子分離領域が前記メモリセルアレイ領域
内に設けられていない。
In a preferred embodiment, an element isolation region for isolating the memory cell is not provided in the memory cell array region.

【0023】好ましい実施例では、前記複数ワードライ
ンの各々のうち前記制御ゲート電極以外の部分と、前記
半導体基板との間に、絶縁膜が設けられており、該絶縁
膜は、前記第3ゲート絶縁層よりも厚い。
In a preferred embodiment, an insulating film is provided between the semiconductor substrate and a portion other than the control gate electrode in each of the plurality of word lines, and the insulating film is formed on the third gate line. Thicker than the insulating layer.

【0024】本発明による不揮発性半導体記憶装置の製
造方法であって、該製造方法は、第1導電型半導体基板
の上面にソース領域となるべき第2導電型拡散層を形成
する工程と、第3ゲート絶縁層となるべき第1絶縁層を
該半導体基板上に形成する工程と、制御ゲート電極とな
る第1導電膜を該第1絶縁層上に堆積する工程と、該第
1導電膜及び該第1絶縁層をパターニングし、それによ
って該制御ゲート電極の外側形状を得る工程と、該パタ
ーニングされた第1導電膜を覆うように、第2絶縁層を
該半導体基板上に堆積する工程と、該パターニングされ
第1導電膜と該第1及び第2絶縁層とに開口部を設
け、それによって、該半導体基板の一部を露出するとと
もに、該第1絶縁層から該第3ゲート絶縁層を形成する
工程と、該半導体基板のうち該開口部を介して露出する
部分に、チャネル領域となる第1導電型拡散層を形成す
る工程と、第1ゲート絶縁層を開口部内の該半導体基板
上に形成し、第2ゲート絶縁層を該第1導電膜上に形成
する工程と、該第1ゲート絶縁層上に環状浮遊ゲート電
極を形成する工程と、該チャネル領域となる第1導電型
拡散層の一部に該浮遊ゲート電極の開口部を介して第2
導電型不純物をドープし、それによってドレイン領域と
なる第2導電型拡散層を形成する工程と、を包含し、そ
のことにより上記目的が達成される。
A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, comprising the steps of: forming a second conductivity type diffusion layer to be a source region on an upper surface of a first conductivity type semiconductor substrate; (3) a step of forming a first insulating layer to be a gate insulating layer on the semiconductor substrate; a step of depositing a first conductive film to be a control gate electrode on the first insulating layer; Patterning the first insulating layer, thereby obtaining an outer shape of the control gate electrode; and depositing a second insulating layer on the semiconductor substrate so as to cover the patterned first conductive film. Providing openings in the patterned first conductive film and the first and second insulating layers, thereby exposing a portion of the semiconductor substrate and removing the third gate insulating layer from the first insulating layer; Forming a layer and the semiconductor substrate Forming a first conductivity type diffusion layer serving as a channel region in a portion exposed through the opening; forming a first gate insulating layer on the semiconductor substrate in the opening; forming a layer on the first over the conductive film, forming a cyclic floating gate electrode on the first gate insulating layer, the floating gate portion of the first conductivity type diffusion layer serving as the channel region Second through the electrode opening
Forming a second conductivity type diffusion layer that becomes a drain region by doping with a conductivity type impurity, thereby achieving the above object.

【0025】ある実施例では、前記環状浮遊ゲート電極
を形成する工程は、該環状遊ゲート電極となる第2導電
膜を前記半導体基板上堆積する工程と、該第2導電膜を
異方性エッチング法によりエッチバックすることによ
り、前記第1導電膜の前記開口部の内壁面上に該第2導
電膜の一部を残置させ、それによって環状浮遊ゲート電
極を形成する工程と、を包含している。
In one embodiment, the step of forming the annular floating gate electrode includes a step of depositing a second conductive film to be the annular floating gate electrode on the semiconductor substrate and an anisotropic etching of the second conductive film. by etching back by law, the second electrically to the inner wall surface of the opening portion of the first conductive film
Leaving a portion of the electrofilm and thereby forming an annular floating gate electrode.

【0026】ある実施例では、ドレイン領域となる前記
第2導電型拡散層を形成した後、前記環状遊ゲート電極
の内側面上にサイドウォール絶縁層を形成する工程をさ
らに包含している。
In one embodiment, the method further includes a step of forming a sidewall insulating layer on the inner side surface of the ring-shaped free gate electrode after forming the second conductivity type diffusion layer serving as a drain region.

【0027】好ましい実施例では、前記第1ゲート絶縁
層及び前記第2ゲート絶縁層が同時に形成される。
In a preferred embodiment, the first gate insulating layer and the second gate insulating layer are formed simultaneously.

【0028】本発明による不揮発性半導体記憶装置の他
の製造方法は、第1導電型半導体基板の上面にチャネル
領域となるべき第1導電型拡散層を形成する工程と、第
1ゲート絶縁層となる第1絶縁層を該半導体基板上に形
成する工程と、浮遊ゲート電極となる第1導電膜を該第
1絶縁層上に堆積する工程と、該第1導電膜及び該第1
絶縁層をパターニングし、それによって、該浮遊ゲート
電極の外側形状を得る工程と、該パターニングされた
1導電膜上に第2ゲート絶縁層を形成し、該半導体基板
上に第3ゲート絶縁層を形成する工程と、該パターニン
グされた第1導電膜を覆うように、第2導電層を該半導
体基板上に堆積する工程と、該パターニングされた第1
導電膜を覆うように、第2絶縁層を該半導体基板上に堆
積する工程と、該第2絶縁層、該第2導電層、該第1導
電膜及び該第1絶縁層をパターニングし、それによっ
て、開口部を有する環状浮遊ゲート電極と制御ゲート電
極とを得る工程と、該制御ゲート電極をマスクとして第
2導電型不純物を該半導体基板中にドープし、それによ
ってソース領域及びドレイン領域を形成する工程と、を
包含し、そのことにより上記目的が達成される。
Another method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention includes a step of forming a first conductivity type diffusion layer to be a channel region on an upper surface of a first conductivity type semiconductor substrate; Forming a first insulating layer on the semiconductor substrate, depositing a first conductive film to be a floating gate electrode on the first insulating layer, and forming the first conductive film and the first conductive film on the first insulating layer.
Patterning the insulating layer, the thereby obtaining a outer shape of the floating gate electrode, which is the patterning
Forming a second gate insulating layer on the first conductive film , forming a third gate insulating layer on the semiconductor substrate, and forming the second conductive layer on the semiconductor substrate so as to cover the patterned first conductive film ; Depositing on the substrate, the patterned first
So as to cover the conductive film, depositing a second insulating layer on said semiconductor substrate, said second insulating layer, the second conductive layer, said first electrically
Patterning the conductive film and the first insulating layer, thereby obtaining an annular floating gate electrode having an opening and a control gate electrode; and using the control gate electrode as a mask to deposit a second conductivity type impurity in the semiconductor substrate. And thereby forming a source region and a drain region, whereby the above object is achieved.

【0029】ある実施例では、前記ソース領域及びドレ
イン領域を形成する工程の後、前記環状浮遊ゲート電極
及び制御ゲート電極の開口部の内側面上にサイドウォー
ル絶縁層を形成する工程をさらに包含している。
In one embodiment, after the step of forming the source region and the drain region, the method further includes the step of forming a sidewall insulating layer on the inner side surface of the opening of the annular floating gate electrode and the control gate electrode. ing.

【0030】好ましい実施例では、前記第2ゲート絶縁
層及び前記第3ゲート絶縁層が同時に形成される。
In a preferred embodiment, the second gate insulating layer and the third gate insulating layer are formed simultaneously.

【0031】[0031]

【作用】本発明による不揮発性半導体メモリセルは、半
導体基板の上面に形成された環状チャネル領域と、環状
チャネル領域に囲まれた領域内に形成されたドレイン領
域と、環状チャネル領域の外側に形成されたソース領域
とを備えている。チャネル領域の形状として、このよう
な環状構造を採用したことにより、各メモリセルにおけ
る実効的なチャネル幅を増加させ、それによってソース
領域とドレイン領域との間を流れる電流(ドレイン電
流)を増加させることができる。不揮発性メモリセル内
の記憶情報は、ドレイン電流によって検出されることと
なるため、ドレイン電流の増加は、読み出し速度を向上
させる。
The nonvolatile semiconductor memory cell according to the present invention has an annular channel region formed on the upper surface of a semiconductor substrate, a drain region formed in a region surrounded by the annular channel region, and an outer region formed outside the annular channel region. Source region. By adopting such an annular structure as the shape of the channel region, the effective channel width in each memory cell is increased, thereby increasing the current (drain current) flowing between the source region and the drain region. be able to. Since the information stored in the nonvolatile memory cell is detected by the drain current, the increase in the drain current increases the read speed.

【0032】本発明では、浮遊ゲート電極も環状構造を
有しており、かつ、この浮遊ゲート電極は、第1ゲート
絶縁層を介して、環状チャネル領域とドレイン領域との
境界(ドレイン接合)に対向している。この結果、浮遊
ゲート電極はドレイン接合に対して効果的に電界を及ぼ
すことができる。
According to the present invention, the floating gate electrode also has an annular structure, and this floating gate electrode is provided at the boundary (drain junction) between the annular channel region and the drain region via the first gate insulating layer. Are facing each other. As a result, the floating gate electrode can effectively apply an electric field to the drain junction.

【0033】環状浮遊ゲート電極の表面には第2ゲート
絶縁層が形成され、この第2ゲート絶縁層を介して浮遊
ゲート電極に容量結合されるように制御ゲート電極が設
けられている。各メモリセルの制御ゲート電極は、各メ
モリセルを相互接続するワードラインの一部としてワー
ドラインと一体的形成され得る。
A second gate insulating layer is formed on the surface of the annular floating gate electrode, and a control gate electrode is provided so as to be capacitively coupled to the floating gate electrode via the second gate insulating layer. The control gate electrode of each memory cell may be formed integrally with the word line as part of the word line interconnecting each memory cell.

【0034】本発明によれば、上述の構成を採用したこ
とにより、隣接する不揮発性メモリセル間に素子分離領
域を設けることが不要となる。また、隣接するメモリセ
ル間で寄生MOSトランジスタを介した電気的干渉が生
じない。
According to the present invention, the above structure eliminates the need for providing an element isolation region between adjacent nonvolatile memory cells. Further, electric interference does not occur between adjacent memory cells via the parasitic MOS transistor.

【0035】環状浮遊ゲート電極と制御ゲート電極との
配置関係として種々の構成が採用され得、容量結合の程
度が調整され得る。また、環状浮遊ゲート電極を制御ゲ
ート電極に設けた開口部の内側面上にサイドウォールと
して設ければ、自己整合的に環状浮遊ゲート電極を形成
することが可能となり、製造工程が簡略化され、かつ、
微細なメモリセルを歩留りよく得ることができる。
Various configurations can be adopted as the arrangement relationship between the annular floating gate electrode and the control gate electrode, and the degree of capacitive coupling can be adjusted. Also, if the annular floating gate electrode is provided as a sidewall on the inner side surface of the opening provided in the control gate electrode, the annular floating gate electrode can be formed in a self-aligned manner, and the manufacturing process is simplified, And,
Fine memory cells can be obtained with good yield.

【0036】また、制御ゲート電極を環状チャネル領域
とソース領域との境界(ソース接合)に第3ゲート絶縁
層を介して対向するように設けることにより、制御ゲー
ト電極からソース接合に対して電界を効率的に及ぼし、
メモリセルトランジスタの反転閾値電圧(Vt)を制御
することができるので、消去動作(あるいは書き込み動
作)におけるVtのバラツキを抑制することが可能にな
り、ベリファイ動作が不要になる。
Further, by providing the control gate electrode at the boundary (source junction) between the annular channel region and the source region via the third gate insulating layer, an electric field is applied from the control gate electrode to the source junction. Effect efficiently,
Since the inversion threshold voltage (Vt) of the memory cell transistor can be controlled, it is possible to suppress the variation of Vt in the erase operation (or the write operation), and the verify operation becomes unnecessary.

【0037】[0037]

【実施例】以下に、本発明を実施例について説明する。The present invention will be described below with reference to examples.

【0038】(実施例1)図1(a)及び(b)並びに
図2及び図3を参照しながら、以下に、本発明による不
揮発性半導体記憶装置の第1の実施例を説明する。これ
らの図は、本不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレ
イ領域の一部を示している。
Embodiment 1 A first embodiment of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1A and 1B and FIGS. 2 and 3. These figures show a part of the memory cell array region of the present nonvolatile semiconductor memory device.

【0039】本実施例では、半導体基板として、p型の
シリコン基板1を使用している。p型のシリコン基板1
の上面には、図3に最も明瞭に示されるように、複数の
p型の環状チャネル領域2と、各々が環状チャネル領域
2に囲まれた複数のn型のドレイン領域(直径:約0.
9μm)3と、環状チャネル領域2の外側に形成された
共通のn型のソース領域4と、が形成されている。本実
施例では、チャネル長を0.3μmに、チャネル幅を
3.14μm(=0.5μm×2π)に設定している。
In this embodiment, a p-type silicon substrate 1 is used as a semiconductor substrate. p-type silicon substrate 1
As shown most clearly in FIG. 3, a plurality of p-type annular channel regions 2 and a plurality of n-type drain regions (each having a diameter of about 0.
9 μm) 3 and a common n-type source region 4 formed outside the annular channel region 2. In this embodiment, the channel length is set to 0.3 μm and the channel width is set to 3.14 μm (= 0.5 μm × 2π).

【0040】本実施例の不揮発性半導体記憶装置は、メ
モリセルアレイ領域において、ドレイン領域3の数に対
応する数の不揮発性メモリセル(メモリセルトランジス
タ)を含んでおり、また、図示されていない領域におい
て、これらの不揮発性メモリセルを駆動するための駆動
回路等の周辺回路を含んでいる。
The nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment includes a number of nonvolatile memory cells (memory cell transistors) corresponding to the number of the drain regions 3 in the memory cell array region. Includes peripheral circuits such as a drive circuit for driving these nonvolatile memory cells.

【0041】図1(b)に示されるように、シリコン基
板1の上面には、環状チャネル領域2とドレイン領域3
との境界(pn接合)を覆うようにして、環状第1ゲー
ト絶縁層(厚さ:10nm)5が形成されている。この
環状第1ゲート絶縁層5上には、環状浮遊ゲート電極
(基板1の上面に平行に測った厚さ:約200nm)9
が形成されている。環状浮遊ゲート電極9の外側面に
は、第2ゲート絶縁層(厚さ:20nm)6が形成され
ている。
As shown in FIG. 1B, an annular channel region 2 and a drain region 3 are formed on the upper surface of a silicon substrate 1.
An annular first gate insulating layer (thickness: 10 nm) 5 is formed so as to cover the boundary (pn junction) between the first gate insulating layer and the gate insulating layer. On this annular first gate insulating layer 5, an annular floating gate electrode (thickness measured in parallel with the upper surface of the substrate 1: about 200 nm) 9
Are formed. A second gate insulating layer (thickness: 20 nm) 6 is formed on the outer surface of the annular floating gate electrode 9.

【0042】シリコン基板1上に形成された第3ゲート
絶縁層(厚さ:30nm)7上には、制御ゲート電極8
が設けられている。制御ゲート電極8は、第2ゲート絶
縁層6によって、環状浮遊ゲート電極9から絶縁されて
いる。言い替えると、制御ゲート電極8は、第2ゲート
絶縁層6を介して、環状浮遊ゲート電極9に容量結合さ
れている。
On the third gate insulating layer (thickness: 30 nm) 7 formed on the silicon substrate 1, a control gate electrode 8
Is provided. The control gate electrode 8 is insulated from the annular floating gate electrode 9 by the second gate insulating layer 6. In other words, the control gate electrode 8 is capacitively coupled to the annular floating gate electrode 9 via the second gate insulating layer 6.

【0043】図2は、制御ゲート電極8及び浮遊ゲート
電極9等の平面レイアウトを示している。図2からわか
るように、各不揮発性メモリセルの制御ゲート電極8
は、ワードラインの一部としてワードラインと一体化し
ており、環状浮遊ゲート電極9の外側面を囲んでいる。
各環状浮遊ゲート電極9と、それを囲む制御ゲート電極
8との間には、前述したように、絶縁分離のための第2
ゲート絶縁層6(図2において不図示)が設けられてい
る。
FIG. 2 shows a plan layout of the control gate electrode 8, the floating gate electrode 9, and the like. As can be seen from FIG. 2, the control gate electrode 8 of each nonvolatile memory cell
Are integrated with the word line as a part of the word line, and surround the outer surface of the annular floating gate electrode 9.
As described above, between each annular floating gate electrode 9 and the control gate electrode 8 surrounding it, the second
A gate insulating layer 6 (not shown in FIG. 2) is provided.

【0044】隣接する一対のワードラインは、図2に示
されていない領域(メモリセルアレイ領域外)におい
て、電気的に相互接続されていてもよい。その場合、メ
モリセルアレイ領域において、一対のワードラインとの
間にスペースを設ける必要はなくなる。そのため、各対
のワードラインを1本のワードラインとするような平面
レイアウトを採用し、それによって集積度をより向上さ
せてもよい。
A pair of adjacent word lines may be electrically interconnected in a region not shown in FIG. 2 (outside the memory cell array region). In that case, it is not necessary to provide a space between the pair of word lines in the memory cell array region. Therefore, a planar layout in which each pair of word lines is one word line may be adopted, thereby further improving the degree of integration.

【0045】図1(b)に示されるように、制御ゲート
電極8上にはシリコン酸化膜(厚さ:350nm)10
が設けられており、環状浮遊ゲート電極9の内側面はサ
イドウォール絶縁膜(厚さ:250nm)11に覆われ
ている。シリコン酸化膜10及びサイドウォール絶縁膜
11は、制御ゲート電極8及び環状浮遊ゲート電極9
を、ビットライン12から電気的に分離する(図1
(a)及び(b)参照)。
As shown in FIG. 1B, a silicon oxide film (thickness: 350 nm) 10 is formed on the control gate electrode 8.
Is provided, and the inner side surface of the annular floating gate electrode 9 is covered with a sidewall insulating film (thickness: 250 nm) 11. The silicon oxide film 10 and the side wall insulating film 11 are composed of a control gate electrode 8 and an annular floating gate electrode 9.
Is electrically separated from the bit line 12 (FIG. 1).
(See (a) and (b)).

【0046】なお、制御ゲート電極8は、図3における
環状チャネル領域2とソース領域4との境界部分(シリ
コン基板1の上面におけるpn接合部分)に、第3ゲー
ト絶縁層7を介して、対向している。
The control gate electrode 8 is opposed to the boundary between the annular channel region 2 and the source region 4 (pn junction on the upper surface of the silicon substrate 1) via the third gate insulating layer 7 in FIG. doing.

【0047】以下に、本実施例の動作方法を説明する。
メモリセルに情報を書き込むとき、ビットライン12、
ワードライン(制御ゲート電極8)、及びシリコン基板
1に対して、それぞれ、5ボルト、−8ボルト、0ボル
トの電圧を印加する。メモリセルの情報を消去するとき
は、ビットライン12、ワードライン(制御ゲート電極
8)、及びシリコン基板1に対して、それぞれ、−8ボ
ルト、8ボルト、−8ボルトの電圧を印加する。書き込
み/消去動作時に、ソース領域4は浮遊状態に置かれ
る。メモリセルから情報を読み出すときは、ビットライ
ン12、ワードライン(制御ゲート電極8)、ソース領
域4及びシリコン基板1に対して、それぞれ、1ボル
ト、3ボルト、0ボルト及び0ボルトの電圧を印加す
る。情報の読み出し動作時、ソース領域4とドレイン領
域3との間流れるドレイン電流が検出される。
Hereinafter, the operation method of this embodiment will be described.
When writing information to a memory cell, bit lines 12,
Voltages of 5 volts, -8 volts, and 0 volts are applied to the word line (control gate electrode 8) and the silicon substrate 1, respectively. When erasing information from the memory cell, voltages of -8 volts, 8 volts, and -8 volts are applied to the bit line 12, the word line (control gate electrode 8), and the silicon substrate 1, respectively. During the write / erase operation, the source region 4 is put in a floating state. When reading information from the memory cell, voltages of 1 volt, 3 volts, 0 volt and 0 volt are applied to the bit line 12, the word line (control gate electrode 8), the source region 4 and the silicon substrate 1, respectively. I do. During the information reading operation, a drain current flowing between the source region 4 and the drain region 3 is detected.

【0048】上述の構成から以下の効果が得られる。 (1) 各トランジスタを分離するための絶縁分離領域
(例えば、LOCOS領域)が不要である。このため、
限られた領域内に、多数のトランジスタを高い密度にて
集積することができる。
The following effects can be obtained from the above configuration. (1) An insulating isolation region (for example, a LOCOS region) for isolating each transistor is unnecessary. For this reason,
A large number of transistors can be integrated at a high density in a limited area.

【0049】(2) 各トランジスタのチャネル幅は、
環状チャネル領域2の平均円周の長さによって定まるた
め、ひとつのトランジスタの占有面積に対して相対的に
長いチャネル幅が得られる。
(2) The channel width of each transistor is
Since it is determined by the average circumference length of the annular channel region 2, a channel width relatively long with respect to the area occupied by one transistor can be obtained.

【0050】(3) 第3ゲート絶縁層7の厚さを調整
することにより、制御ゲート電極8から環状チャネル領
域2へ及ぼす電界効果を高精度にて制御することができ
るので、消去動作(あるいは書き込み動作)におけるV
tのバラツキを抑制することが可能になり、ベリファイ
動作が不要になる。
(3) By adjusting the thickness of the third gate insulating layer 7, the electric field effect exerted on the annular channel region 2 from the control gate electrode 8 can be controlled with high precision. V in write operation)
The variation in t can be suppressed, and the verify operation becomes unnecessary.

【0051】(4) 第1ゲート絶縁層5が第3ゲート
絶縁層7よりも薄いので、書き込み/消去時おいて電荷
移動が容易に行われるため、効率的な書き込み/消去が
実行される。一方、第3ゲート絶縁層7に作用する電界
は相対的に小さくなり、書き込み/消去動作による第3
ゲート絶縁層7の劣化が防止される。
(4) Since the first gate insulating layer 5 is thinner than the third gate insulating layer 7, charge transfer is easily performed during writing / erasing, so that efficient writing / erasing is performed. On the other hand, the electric field acting on the third gate insulating layer 7 becomes relatively small, and the third
The deterioration of the gate insulating layer 7 is prevented.

【0052】以下に、図4(a)から(e)を参照しな
がら、本実施例の製造方法を説明する。
Hereinafter, the manufacturing method of this embodiment will be described with reference to FIGS.

【0053】まず、p型不純物が低濃度にドープされた
シリコン基板1のメモリセルアレイ領域に対して、リン
(P)イオンを注入し、それによって、図4(a)に示
されるように、n型ソース領域4となるべきn+型拡散
層4’を形成する。注入条件の一例は、加速エネルギ4
0keV、ドーズ量2×1014cm-2である。
First, phosphorus (P) ions are implanted into the memory cell array region of the silicon substrate 1 in which the p-type impurity is lightly doped, and as shown in FIG. An n + type diffusion layer 4 ′ to be the type source region 4 is formed. An example of the injection condition is acceleration energy 4
The dose is 0 keV and the dose is 2 × 10 14 cm −2 .

【0054】次に、シリコン基板1の上面を熱酸化(例
えば、900℃でパイロ酸化)することによって、シリ
コン基板1の上面に第3ゲート絶縁層7となるべき酸化
膜(厚さ:30nm)7’を形成する。その酸化膜7’
上にCVD法により多結晶シリコン膜(厚さ:350n
m)8’を堆積した後、その多結晶シリコン膜8’に不
純物(例えばリン)をドープし、それによって、多結晶
シリコン膜8’に高い導電性を与える。
Next, an oxide film (thickness: 30 nm) to be the third gate insulating layer 7 is formed on the upper surface of the silicon substrate 1 by subjecting the upper surface of the silicon substrate 1 to thermal oxidation (for example, pyro oxidation at 900 ° C.). 7 'is formed. The oxide film 7 '
A polycrystalline silicon film (thickness: 350 n)
m) After depositing 8 ', the polysilicon film 8' is doped with an impurity (for example, phosphorus), thereby giving the polysilicon film 8 'high conductivity.

【0055】次に、制御ゲート電極8の外側面の形状及
び位置を規定するためのパターンを有するレジスト層1
3を、フォトリソグラフィ技術によって、多結晶シリコ
ン膜8’上に形成する。このレジスト層13をマスクと
して、異方性エッチング(例えば、RIE)法によっ
て、多結晶シリコン膜8’及び酸化膜7’の露出部分を
選択的にエッチング除去する。こうして、図4(b)に
示されるように、制御ゲート電極(ワードライン)8及
び第3ゲート絶縁層7の外形が形成される。ただし、こ
の段階では、制御ゲート電極8の中に開口部はまだ形成
されてない。
Next, the resist layer 1 having a pattern for defining the shape and position of the outer surface of the control gate electrode 8
3 is formed on the polycrystalline silicon film 8 'by photolithography. Using the resist layer 13 as a mask, the exposed portions of the polycrystalline silicon film 8 'and the oxide film 7' are selectively etched away by anisotropic etching (for example, RIE). Thus, as shown in FIG. 4B, the outer shapes of the control gate electrode (word line) 8 and the third gate insulating layer 7 are formed. However, at this stage, an opening has not yet been formed in the control gate electrode 8.

【0056】レジスト13を除去したあと、シリコン酸
化膜(厚さ:350nm)10を多結晶シリコン膜8’
を覆うようにシリコン基板1上の全面に堆積する。
After removing the resist 13, a silicon oxide film (thickness: 350 nm) 10 is formed on the polycrystalline silicon film 8 ′.
Is deposited on the entire surface of the silicon substrate 1 so as to cover.

【0057】この後、多結晶シリコン膜8’の開口部
(ドレイン領域3に対応)を規定するパターンを有する
レジスト層14を、フォトリソグラフィ技術によって、
シリコン酸化膜10上に形成する。レジスト層14をマ
スクとして、異方性エッチングによって、シリコン酸化
膜10及び多結晶シリコン膜8’の露出部分を選択的に
エツチング除去し、多結晶シリコン膜8’中に開口部を
形成し、シリコン基板1のドレイン領域3となるべき領
域を露出させる。
Thereafter, a resist layer 14 having a pattern defining an opening (corresponding to the drain region 3) of the polycrystalline silicon film 8 'is formed by photolithography.
It is formed on the silicon oxide film 10. Using the resist layer 14 as a mask, the exposed portions of the silicon oxide film 10 and the polycrystalline silicon film 8 'are selectively etched and removed by anisotropic etching to form openings in the polycrystalline silicon film 8'. A region to be the drain region 3 of the substrate 1 is exposed.

【0058】こうして、図4(c)に示されるように、
上面がシリコン酸化膜10に覆われ、かつ、開口部を有
する制御ゲート電極8が得られる。
Thus, as shown in FIG.
The control gate electrode 8 whose upper surface is covered with the silicon oxide film 10 and has an opening is obtained.

【0059】この後、シリコン基板1の上面において露
出する部分(複数の円盤状部分)に、p型イオンを注入
し、それによって、まず、チャネル領域(p型拡散層)
2を形成する。このとき、ソース領域4となるn+型拡
散層の層厚よりもチャネル領域2の層厚が厚くなるよう
に、ボロンイオンの注入条件を調整する。チャネル領域
2は、p型のシリコン基板1と電気的に接続されるよう
に形成される。チャネル領域2の形成のためには、例え
ば、1×1015cm-2のボロンイオンを50keVで注
入した後、1×1015cm-2のBF2イオンを40ke
Vで注入すれば良い。
Thereafter, p-type ions are implanted into portions (a plurality of disk-shaped portions) exposed on the upper surface of the silicon substrate 1, thereby first forming a channel region (p-type diffusion layer).
Form 2 At this time, the conditions for implanting boron ions are adjusted so that the layer thickness of the channel region 2 is larger than the layer thickness of the n + -type diffusion layer serving as the source region 4. The channel region 2 is formed so as to be electrically connected to the p-type silicon substrate 1. In order to form the channel region 2, for example, boron ions of 1 × 10 15 cm −2 are implanted at 50 keV and then BF 2 ions of 1 × 10 15 cm −2 are implanted at 40 keV.
V may be implanted.

【0060】この後、シリコン基板1及びゲート電極8
の露出表面を同時に熱酸化(800℃でパイロ酸化)す
ることにより、第1ゲート絶縁層(厚さ:10nm)5
と第2ゲート絶縁層(厚さ:20nm)6とを形成す
る。次に、浮遊ゲート電極9となる導電性多結晶シリコ
ン膜をCVD法によりシリコン基板1上の全面に堆積し
た後、この多結晶シリコン膜及び第1ゲート絶縁層5を
RIE法によりエッチバックし、それによって、環状の
浮遊ゲート電極9を(マスク工程なしに)形成する。図
4(d)に示されるように、このエッチバックによっ
て、上記多結晶シリコン膜はシリコン酸化膜10上から
完全に取り除かれ、その結果、各環状浮遊ゲート電極9
は相互に電気的に分離されることとなる。また、制御ゲ
ート電極8の開口部の内部においては、開口部の内壁部
近傍を除いて、p型拡散層2の表面が露出されることと
なる。
Thereafter, the silicon substrate 1 and the gate electrode 8
Of the first gate insulating layer (thickness: 10 nm) by simultaneously thermally oxidizing (pyro-oxidizing at 800 ° C.)
And a second gate insulating layer (thickness: 20 nm) 6. Next, after a conductive polycrystalline silicon film serving as the floating gate electrode 9 is deposited on the entire surface of the silicon substrate 1 by the CVD method, the polycrystalline silicon film and the first gate insulating layer 5 are etched back by the RIE method. Thereby, an annular floating gate electrode 9 is formed (without a mask process). As shown in FIG. 4D, the polycrystalline silicon film is completely removed from the silicon oxide film 10 by this etch back, and as a result, each annular floating gate electrode 9 is formed.
Are electrically separated from each other. Further, inside the opening of the control gate electrode 8, the surface of the p-type diffusion layer 2 is exposed except for the vicinity of the inner wall of the opening.

【0061】次に、チャネル領域2の露出表面に対して
ヒ素(As)イオンを注入することにより、n+型のド
レイン領域3を開口部に対して自己整合的に形成する。
このとき、ドレイン領域3の層厚が、チャネル領域の厚
さよりも薄くなるように、注入条件が調整される。例え
ば、1×1016cm-2のヒ素が30keVで注入され
る。
Next, by implanting arsenic (As) ions into the exposed surface of the channel region 2, an n + -type drain region 3 is formed in a self-aligned manner with respect to the opening.
At this time, the implantation conditions are adjusted so that the layer thickness of the drain region 3 is smaller than the thickness of the channel region. For example, arsenic of 1 × 10 16 cm −2 is implanted at 30 keV.

【0062】次に、側壁酸化膜11になるべきシリコン
酸化膜(厚さ:250nm)をシリコン基板1上の全面
にCVD法によって堆積した後、このシリコン酸化膜を
異方性エッチング法を用いてエッチバックし、それによ
って、図4(e)に示されるような側壁酸化膜11を形
成する。この側壁酸化膜11は、環状浮遊ゲート電極9
の内側面を完全に覆い、かつ、ドレイン領域3とビット
ライン12(図4(e)において不図示)との安定なコ
ンタクトを確保する構造を有している。
Next, after a silicon oxide film (thickness: 250 nm) to be the side wall oxide film 11 is deposited on the entire surface of the silicon substrate 1 by the CVD method, the silicon oxide film is formed by the anisotropic etching method. Etchback is performed, thereby forming a sidewall oxide film 11 as shown in FIG. This side wall oxide film 11 is
Has a structure that completely covers the inner side surface of the substrate and secures stable contact between the drain region 3 and the bit line 12 (not shown in FIG. 4E).

【0063】この後、メタライゼーション工程によっ
て、図1(a)及び(b)に示されるビットライン12
が形成される。各ビットライン12は、図1(a)の横
方向に沿って配列されたトランジスタの複数のドレイン
領域を、不図示の周辺回路に接続する。ビットライン1
2としては、TiN/Al構造を有するものが好まし
い。また、ドレイン領域3上にビットライン12を直接
コンタクトさせる前に、例えば、W/TiN/Ti構造
の高融点構造を用いて開口部を埋め込んでもよい。
Thereafter, a bit line 12 shown in FIGS. 1A and 1B is formed by a metallization process.
Is formed. Each bit line 12 connects a plurality of drain regions of transistors arranged along the horizontal direction in FIG. 1A to a peripheral circuit (not shown). Bit line 1
As 2, those having a TiN / Al structure are preferable. Before the bit line 12 is brought into direct contact with the drain region 3, the opening may be buried using, for example, a high melting point structure of a W / TiN / Ti structure.

【0064】図4(a)から(e)に示されるよう方法
は、下記の効果を達成する。 (1) 浮遊ゲート電極9及び側壁酸化膜11が、膜堆
積及びマスク無しのエッチバックにより、制御ゲート電
極8の開口部に対して自己整合的に形成される。その結
果、浮遊ゲート電極9及び側壁酸化膜11を形成するた
めの、フォトリソグラフィ工程におけるマスク合わせが
不要となる。
The method shown in FIGS. 4A to 4E achieves the following effects. (1) The floating gate electrode 9 and the sidewall oxide film 11 are formed in a self-aligned manner with respect to the opening of the control gate electrode 8 by film deposition and etchback without a mask. As a result, mask alignment in the photolithography step for forming the floating gate electrode 9 and the side wall oxide film 11 becomes unnecessary.

【0065】(2) 環状浮遊ゲート電極9となる多結
晶シリコン膜の厚さを調整することにより、チャネル長
さ(ソース領域4とドレイン領域3との間隔)が制御さ
れる。その結果、上記方法によれば、フォトリソグラフ
ィの解像限界を越えてチャネル長を微細化することがで
きる。
(2) The channel length (the distance between the source region 4 and the drain region 3) is controlled by adjusting the thickness of the polycrystalline silicon film serving as the annular floating gate electrode 9. As a result, according to the above method, the channel length can be reduced beyond the resolution limit of photolithography.

【0066】(3) 側壁酸化膜11となるシリコン酸
化膜の厚さを調整することにより、ドレインコンタクト
領域(各ドレイン領域3と対応するビットライン12と
がコンタクトする領域)のサイズが制御される。その結
果、上記方法によれば、フォトリソグラフィの解像限界
を越えてドレインコンタクト領域を微細化することがで
きる。
(3) The size of the drain contact region (the region where each drain region 3 is in contact with the corresponding bit line 12) is controlled by adjusting the thickness of the silicon oxide film serving as the sidewall oxide film 11. . As a result, according to the above method, the drain contact region can be miniaturized beyond the resolution limit of photolithography.

【0067】(実施例2)図5、図6及び図7を参照し
ながら、以下に、本発明による不揮発性半導体記憶装置
の第2の実施例を説明する。これらの図は、本不揮発性
半導体記憶装置のメモリセルアレイ領域の一部を示して
いる。第1の実施例の構成要素に対応する第2の実施例
の構成要素には、第1の実施例の参照番号と共通の参照
番号が付されている。
(Embodiment 2) A non-volatile semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. These figures show a part of the memory cell array region of the present nonvolatile semiconductor memory device. The components of the second embodiment corresponding to the components of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment.

【0068】本実施例でも、半導体基板として、p型の
シリコン基板1を使用している。p型のシリコン基板1
の上面には、図7に最も明瞭に示されるように、複数の
開口部を有するp型のチャネル領域2と、チャネル領域
2の開口部内に形成された複数のn型のドレイン領域
(直径:0.6μm)3と、チャネル領域2の外側に形
成されたn型ソース領域4とが形成されている。図5に
おいて、複数個のソース領域4は分離されて示されてい
るが、これらのソース領域4は、共通の電位を持つよう
に、図示されていない領域において連続していてもよ
い。
Also in this embodiment, a p-type silicon substrate 1 is used as a semiconductor substrate. p-type silicon substrate 1
As shown most clearly in FIG. 7, a p-type channel region 2 having a plurality of openings and a plurality of n-type drain regions formed in the openings of the channel region 2 (diameter: 0.6 μm) 3 and an n-type source region 4 formed outside the channel region 2. Although the plurality of source regions 4 are shown separately in FIG. 5, these source regions 4 may be continuous in a region not shown so as to have a common potential.

【0069】本実施例の不揮発性半導体記憶装置は、第
1の実施例と同様に、メモリセルアレイ領域において、
ドレイン領域3の数に対応する数の不揮発性メモリセル
を含んでおり、また、図示されていない領域において、
これらの不揮発性メモリセルを駆動するための駆動回路
等の周辺回路を含んでいる。
The nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment is similar to the first embodiment in that the memory cell array region has
It includes a number of nonvolatile memory cells corresponding to the number of the drain regions 3, and in a region not shown,
A peripheral circuit such as a drive circuit for driving these nonvolatile memory cells is included.

【0070】図5に示されるように、シリコン基板1の
上面には、チャネル領域2とドレイン領域3との境界
(pn接合)を覆うようにして、環状の第1ゲート絶縁
層(厚さ:10nm)5が形成されている。この環状第
1ゲート絶縁層5上には、環状浮遊ゲート電極(厚さ:
200nm)9が形成されている。環状浮遊ゲート電極
9の表面には、第2ゲート絶縁層6が形成されている。
As shown in FIG. 5, on the upper surface of the silicon substrate 1, an annular first gate insulating layer (having a thickness: 100 nm) is formed so as to cover the boundary (pn junction) between the channel region 2 and the drain region 3. 10 nm) 5. On this annular first gate insulating layer 5, an annular floating gate electrode (thickness:
(200 nm) 9 is formed. On the surface of the annular floating gate electrode 9, a second gate insulating layer 6 is formed.

【0071】図5に示されるように、シリコン基板1上
に形成された第3ゲート絶縁層7及び第2ゲート絶縁層
6上には、制御ゲート電極8が設けられている。このよ
うに、制御ゲート電極8は、第2ゲート絶縁層6を介し
て、環状浮遊ゲート電極9の外側面及び上面を覆ってい
る。すなわち、制御ゲート電極8は、第2ゲート絶縁層
6を介して、環状浮遊ゲート電極9に容量結合されてい
る。
As shown in FIG. 5, a control gate electrode 8 is provided on the third gate insulating layer 7 and the second gate insulating layer 6 formed on the silicon substrate 1. Thus, the control gate electrode 8 covers the outer surface and the upper surface of the annular floating gate electrode 9 via the second gate insulating layer 6. That is, the control gate electrode 8 is capacitively coupled to the annular floating gate electrode 9 via the second gate insulating layer 6.

【0072】図6は、制御ゲート電極8及び浮遊ゲート
電極9等の平面レイアウトを示している。各制御ゲート
電極8は、ワードラインの一部としてワードラインと一
体化しており、環状浮遊ゲート電極9を完全に覆ってい
る。各環状浮遊ゲート電極9と、それを覆う制御ゲート
電極8との間には、前述したように、絶縁分離のための
第2ゲート絶縁層6(図6において不図示)が設けられ
ている。
FIG. 6 shows a plan layout of the control gate electrode 8, the floating gate electrode 9, and the like. Each control gate electrode 8 is integrated with the word line as a part of the word line, and completely covers the annular floating gate electrode 9. As described above, the second gate insulating layer 6 (not shown in FIG. 6) for insulating separation is provided between each annular floating gate electrode 9 and the control gate electrode 8 covering the ring floating gate electrode 9.

【0073】図5に示されるように、制御ゲート電極8
上にはシリコン酸化膜(厚さ:350nm)10が設け
られており、シリコン酸化膜10、制御ゲート電極8及
び環状浮遊ゲート電極9の内側面には、サイドウォール
絶縁膜(厚さ:250nm)11が設けられている。
As shown in FIG. 5, the control gate electrode 8
A silicon oxide film (thickness: 350 nm) 10 is provided thereon, and a sidewall insulating film (thickness: 250 nm) is provided on the inner side surfaces of the silicon oxide film 10, the control gate electrode 8, and the annular floating gate electrode 9. 11 are provided.

【0074】なお、制御ゲート電極8は、図7における
チャネル領域2とソース領域4との境界部分を、第3ゲ
ート絶縁層7を介して、覆っている。
The control gate electrode 8 covers the boundary between the channel region 2 and the source region 4 in FIG. 7 via the third gate insulating layer 7.

【0075】以下に、図8(a)から(d)を参照しな
がら、本実施例の製造方法を説明する。
Hereinafter, the manufacturing method of this embodiment will be described with reference to FIGS. 8 (a) to 8 (d).

【0076】まず、p型不純物が低濃度にドープされた
シリコン基板1のメモリセルアレイ領域の全面に対し
て、ボロン(B)イオンを注入し、それによって、図8
(a)に示されるように、チャネル領域2となるp型拡
散層2’を形成する。このp型拡散層2’の表面におけ
る不純物濃度を調整することにより、トランジスタの閾
値が調整される。また、このp型拡散層2’の一部は、
のちに、パンチスルーストップとしても機能する。閾値
電圧制御のためとして、2×1013cm-2のボロンを4
0keVで注入し、パンチスルーストップ形成のためと
して、1×1013cm-2のボロンを80keVで注入し
た。
First, boron (B) ions are implanted into the entire surface of the memory cell array region of the silicon substrate 1 lightly doped with p-type impurities.
As shown in FIG. 1A, a p-type diffusion layer 2 'serving as a channel region 2 is formed. The threshold value of the transistor is adjusted by adjusting the impurity concentration on the surface of the p-type diffusion layer 2 '. A part of the p-type diffusion layer 2 ′
Later, it also functions as a punch-through stop. For controlling the threshold voltage, 4 × 10 13 cm −2 boron is used.
At 0 keV, boron of 1 × 10 13 cm −2 was implanted at 80 keV to form a punch-through stop.

【0077】次に、シリコン基板1の上面を熱酸化(9
00℃でパイロ酸化)することによって、シリコン基板
1の上面に第1ゲート絶縁層5となるべき酸化膜(厚
さ:10nm)5’を形成する。その酸化膜上にCVD
法により多結晶シリコン膜(厚さ:200nm)9’を
堆積した後、その多結晶シリコン膜9’に不純物(例え
ばリン)をドープし、それによって、多結晶シリコン膜
9’に高い導電性を与える。
Next, the upper surface of the silicon substrate 1 is thermally oxidized (9
By performing pyro-oxidation at 00 ° C., an oxide film (thickness: 10 nm) 5 ′ to be the first gate insulating layer 5 is formed on the upper surface of the silicon substrate 1. CVD on the oxide film
After depositing a polycrystalline silicon film (thickness: 200 nm) 9 'by the method, the polycrystalline silicon film 9' is doped with an impurity (for example, phosphorus), thereby giving the polycrystalline silicon film 9 'high conductivity. give.

【0078】次に、浮遊ゲート電極9の外側面の形状及
び位置を規定するためのパターンを有するレジスト層1
3を、フォトリソグラフィ技術によって、多結晶シリコ
ン膜9’上に形成する。このレジスト層13をマスクと
して、異方性エッチング(例えば、RIE)法によっ
て、多結晶シリコン膜9’及び酸化膜5’の露出部分を
選択的にエッチング除去する。こうして、図8(b)に
示されるように、浮遊ゲート電極9と第1ゲート絶縁層
5とが形成される。
Next, the resist layer 1 having a pattern for defining the shape and position of the outer surface of the floating gate electrode 9
3 is formed on the polycrystalline silicon film 9 'by a photolithography technique. Using the resist layer 13 as a mask, the exposed portions of the polycrystalline silicon film 9 'and the oxide film 5' are selectively removed by anisotropic etching (for example, RIE). Thus, as shown in FIG. 8B, the floating gate electrode 9 and the first gate insulating layer 5 are formed.

【0079】レジスト13を除去したあと、熱酸化によ
り第2ゲート絶縁層6及び第3ゲート絶縁層7を同時形
成する。これらの絶縁膜は、酸化膜/窒化膜/酸化膜
(ONO)構造(酸化膜換算厚さ:25nm)を有して
いても良い。
After removing the resist 13, the second gate insulating layer 6 and the third gate insulating layer 7 are simultaneously formed by thermal oxidation. These insulating films may have an oxide film / nitride film / oxide film (ONO) structure (equivalent oxide film thickness: 25 nm).

【0080】次に、制御ゲート電極8となるべき多結晶
シリコン膜(厚さ:250nm)とシリコン酸化膜10
となるべきシリコン酸化膜(厚さ:350nm)とを浮
遊ゲート電極9を覆うようにシリコン基板1上の全面に
堆積する。
Next, a polycrystalline silicon film (thickness: 250 nm) to be a control gate electrode 8 and a silicon oxide film 10
A silicon oxide film (thickness: 350 nm) to be formed is deposited on the entire surface of the silicon substrate 1 so as to cover the floating gate electrode 9.

【0081】この後、制御ゲート電極8の形状を規定す
るパターンを有するレジスト層14を、フォトリソグラ
フィ技術によって、酸化シリコン膜上に形成する。レジ
スト層14をマスクとして、RIE法によって、シリコ
ン酸化膜及び多結晶シリコン膜の露出部分を選択的にエ
ツチング除去することによって、図8(c)に示される
ように、制御ゲート電極8及びシリコン酸化膜10が形
成される(図6参照)。このエッチングにより、シリコ
ン基板1のドレイン領域3及びソース領域4となるべき
領域とが露出する。
Thereafter, a resist layer 14 having a pattern defining the shape of control gate electrode 8 is formed on the silicon oxide film by photolithography. Using the resist layer 14 as a mask, the exposed portions of the silicon oxide film and the polycrystalline silicon film are selectively etched and removed by RIE, thereby forming the control gate electrode 8 and the silicon oxide film as shown in FIG. The film 10 is formed (see FIG. 6). By this etching, the regions to be the drain region 3 and the source region 4 of the silicon substrate 1 are exposed.

【0082】この後、シリコン基板1の上面において露
出する部分に、ヒ素(As)イオンを注入し、それによ
って、ドレイン領域3及びソース領域4を制御ゲート電
極8に対して自己整合的に形成する。このとき、ドレイ
ン領域3及びソース領域4の層厚がp型拡散領域2’の
層厚よりも厚くなるように、ヒ素イオンの注入条件を調
整する。例えば、4×1015cm-2のヒ素を30keV
で注入する。形成されたドレイン領域3及びソース領域
4の形状は、図7に示されるものとなる。
Thereafter, arsenic (As) ions are implanted into portions exposed on the upper surface of silicon substrate 1, thereby forming drain region 3 and source region 4 in a self-aligned manner with control gate electrode 8. . At this time, arsenic ion implantation conditions are adjusted such that the layer thickness of the drain region 3 and the source region 4 is larger than the layer thickness of the p-type diffusion region 2 '. For example, arsenic of 4 × 10 15 cm −2 is supplied at 30 keV.
Inject with. The shapes of the formed drain region 3 and source region 4 are as shown in FIG.

【0083】この後、酸化膜をCVD法によりシリコン
基板1上の全面に堆積した後、この酸化膜をRIE法に
よりエッチバックし、それによって、制御ゲート電極8
及び浮遊ゲート電極9に設けた開口部の内壁内にサイド
ウォール絶縁膜11を形成し、併せて、各制御ゲート電
極8間を絶縁膜により埋め込む。こうして、図8(d)
に示される構造が得られる。
Thereafter, an oxide film is deposited on the entire surface of the silicon substrate 1 by the CVD method, and then the oxide film is etched back by the RIE method.
Then, a sidewall insulating film 11 is formed in the inner wall of the opening provided in the floating gate electrode 9, and the space between the control gate electrodes 8 is buried with the insulating film. Thus, FIG.
Is obtained.

【0084】この後、図5に示されるように、n型多結
晶シリコン膜からなるビットライン引出し電極11をド
レイン領域3上に形成した後、BPSG膜(厚さ:60
0nm)を堆積し、850℃で30分の間、リフローを
行う。その後、メタライゼーション工程によって、図5
に示されるビットライン12が形成される。各ビットラ
イン12は、図6及び図7の横方向に沿って配列された
トランジスタの複数のドレイン領域3を、不図示の周辺
回路に接続する。
Thereafter, as shown in FIG. 5, a bit line lead electrode 11 made of an n-type polycrystalline silicon film is formed on the drain region 3, and then a BPSG film (thickness: 60
0 nm) and reflow at 850 ° C. for 30 minutes. After that, the metallization process is used to
Is formed. Each bit line 12 connects a plurality of drain regions 3 of transistors arranged along the horizontal direction in FIGS. 6 and 7 to a peripheral circuit (not shown).

【0085】図8(a)から(d)に示されるよう方法
は、下記の効果を提供する。 (1) ドレイン領域3とソース領域4とが同時に、制
御ゲート電極8に対して自己整合的に形成される。
The method shown in FIGS. 8A to 8D provides the following effects. (1) The drain region 3 and the source region 4 are formed simultaneously and self-aligned with the control gate electrode 8.

【0086】(2) 横方向拡散により、ドレイン領域
3とチャネル領域2との間接合(ドレイン接合)は、第
1ゲート絶縁層5の真下に移動し、その結果、第1ゲー
ト絶縁層5を介して浮遊ゲート電極9に対向する。
(2) Due to the lateral diffusion, the junction (drain junction) between the drain region 3 and the channel region 2 moves directly below the first gate insulating layer 5, and as a result, the first gate insulating layer 5 Opposes the floating gate electrode 9 through the gate electrode.

【0087】(3) 同様に、横方向拡散により、ソー
ス領域4とチャネル領域2との間接合(ソース接合)
は、第3ゲート絶縁層7の真下に移動し、その結果、第
3ゲート絶縁層7を介して制御ゲート電極8に対向す
る。
(3) Similarly, a junction between the source region 4 and the channel region 2 (source junction) is formed by lateral diffusion.
Moves to a position directly below the third gate insulating layer 7 and consequently faces the control gate electrode 8 via the third gate insulating layer 7.

【0088】(実施例3)図9を参照しながら、以下
に、本発明による不揮発性半導体記憶装置の第3の実施
例を説明する。図9は、本不揮発性半導体記憶装置のメ
モリセルアレイ領域の一部を示している。本実施例の構
成は、後述する点を除いて、第1の実施例の構成と実質
的に同じである。第2の実施例の構成要素に対応する第
4の実施例の構成要素には、第1の実施例の参照番号と
共通の参照番号が付されている。
(Embodiment 3) A third embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 9 shows a part of the memory cell array region of the nonvolatile semiconductor memory device. The configuration of the present embodiment is substantially the same as the configuration of the first embodiment except for the points described below. The components of the fourth embodiment corresponding to the components of the second embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment.

【0089】以下、第1の実施例と異なる部分について
のみ説明する。本実施例の不揮発性半導体記憶装置にお
いては、浮遊ゲート電極9が環状制御ゲート電極8の側
壁上だけではなく、その上面上にも形成されている。す
なわち、制御ゲート電極8は、環状浮遊ゲート電極9に
より覆われ、その結果、制御ゲート電極8と浮遊ゲート
電極9との間の対向面積が増加し、両者間の容量結合の
程度が強くなっている。このため、制御ゲート電極8に
与えるべき書き込み/消去電圧をより低下させることが
可能となる。
Hereinafter, only the portions different from the first embodiment will be described. In the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment, the floating gate electrode 9 is formed not only on the side wall of the annular control gate electrode 8 but also on the upper surface thereof. That is, the control gate electrode 8 is covered with the annular floating gate electrode 9, and as a result, the facing area between the control gate electrode 8 and the floating gate electrode 9 increases, and the degree of capacitive coupling between them increases. I have. For this reason, it is possible to further reduce the write / erase voltage to be applied to the control gate electrode 8.

【0090】(実施例4)図10を参照しながら、以下
に、本発明による不揮発性半導体記憶装置の第4の実施
例を説明する。図10は、本不揮発性半導体記憶装置の
メモリセルアレイ領域の一部を示している。本実施例の
構成は、後述する点を除いて、第2の実施例の構成と実
質的に同じである。第2の実施例の構成要素に対応する
第3の実施例の構成要素には、第2の実施例の参照番号
と共通の参照番号が付されている。
(Embodiment 4) Referring to FIG. 10, a fourth embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention will be described below. FIG. 10 shows a part of the memory cell array region of the nonvolatile semiconductor memory device. The configuration of the present embodiment is substantially the same as the configuration of the second embodiment except for the points described below. The components of the third embodiment corresponding to the components of the second embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the second embodiment.

【0091】以下、第2の実施例と異なる部分について
のみ説明する。本実施例の不揮発性半導体記憶装置にお
いては、ワードラインのうち、制御ゲート電極8として
機能しない部分(すなわち、制御ゲート電極8を相互接
続する配線部分)の下に、シリコン酸化膜15が選択的
に設けられている。このシリコン酸化膜15の厚さは、
第1ゲート絶縁層5の厚さよりも充分に厚く(例えば、
100nm以上)設定される。その結果、シリコン基板
1とワードラインとの間の寄生容量が低減される。寄生
容量の低減は、動作速度の向上を招く。シリコン酸膜1
5は、不図示の周辺回路領域に素子分離(例えば、LO
COS)を形成する際に、同時に形成され得る。そのよ
うにすれば、製造工程数を増加する必要はない。
Hereinafter, only the portions different from the second embodiment will be described. In the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment, the silicon oxide film 15 is selectively provided under a portion of the word line that does not function as the control gate electrode 8 (that is, a wiring portion interconnecting the control gate electrode 8). It is provided in. The thickness of the silicon oxide film 15 is
It is sufficiently thicker than the thickness of the first gate insulating layer 5 (for example,
100 nm or more). As a result, the parasitic capacitance between the silicon substrate 1 and the word line is reduced. Reducing the parasitic capacitance leads to an increase in operation speed. Silicon acid film 1
5 is a device isolation (for example, LO
When forming COS), it can be formed simultaneously. In this case, there is no need to increase the number of manufacturing steps.

【0092】[0092]

【発明の効果】本発明によれば、隣接する不揮発性メモ
リセル間で寄生MOSトランジスタを介した電気的干渉
が生じない。このため、不揮発性メモリセルの高集積化
を進めながらも、電気的干渉に起因する誤動作を回避す
ることができる。また、不揮発性メモリセル間に素子分
離領域を設けないため、高い密度で不揮発性メモリセル
を集積化することができる。また、環状構造を採用する
ことにより、不揮発性メモリセルの占有面積を縮小しな
がら、実効的なチャネル幅を十分に大きさに確保するこ
とができる。このため、メモリセルトランジスタの動作
電流を高く維持することができる。このため、不揮発性
メモリセルからの情報の読み出し速度を低下させずに、
不揮発性メモリセルの占有面積を縮小することができ
る。
According to the present invention, electrical interference does not occur between adjacent nonvolatile memory cells via a parasitic MOS transistor. For this reason, it is possible to avoid malfunction due to electrical interference while promoting the integration of the nonvolatile memory cell. Further, since no element isolation region is provided between the nonvolatile memory cells, the nonvolatile memory cells can be integrated at a high density. Further, by adopting the annular structure, the effective channel width can be sufficiently secured while reducing the area occupied by the nonvolatile memory cells. Therefore, the operating current of the memory cell transistor can be kept high. For this reason, without lowering the reading speed of information from the nonvolatile memory cells,
The area occupied by the nonvolatile memory cells can be reduced.

【0093】本発明の製造方法によれば、微細な不揮発
性メモリセルを有する不揮発性半導体記憶装置を、高い
精度で製造することができる。マスク工程をできる限り
省略し、自己整合的なプロセスを採用することにより、
製造工程の簡略化がはかられた結果、高い歩留りにて高
集積不揮発性半導体記憶装置を提供することができる。
According to the manufacturing method of the present invention, a nonvolatile semiconductor memory device having fine nonvolatile memory cells can be manufactured with high accuracy. By omitting the masking process as much as possible and adopting a self-aligned process,
As a result of simplifying the manufacturing process, a highly integrated nonvolatile semiconductor memory device can be provided with a high yield.

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

【図1】(a)は、本発明による不揮発性半導体記憶装
置を示す平面図、(b)は、(a)のB−B線断面図
FIG. 1A is a plan view showing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, and FIG. 1B is a sectional view taken along line BB of FIG.

【図2】図1の不揮発性半導体記憶装置のゲート電極の
レイアウトを示すための平面図
FIG. 2 is a plan view showing a layout of a gate electrode of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 1;

【図3】図1の不揮発性半導体記憶装置のソース、チャ
ネル及びドレイン領域のレイアウトを示すための平面図
FIG. 3 is a plan view showing a layout of source, channel, and drain regions of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 1;

【図4】図1の不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示
す工程断面図
FIG. 4 is a process cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 1;

【図5】本発明による他の不揮発性半導体記憶装置の断
面図
FIG. 5 is a sectional view of another nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention;

【図6】図5の不揮発性半導体記憶装置のゲート電極レ
イアウトを示す平面図
FIG. 6 is a plan view showing a gate electrode layout of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 5;

【図7】図5の不揮発性半導体記憶装置のソース、チャ
ネル及びドレイン領域のレイアウトを示すための平面図
FIG. 7 is a plan view showing a layout of source, channel, and drain regions of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 5;

【図8】図5の不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示
す工程断面図
8 is a process cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 5;

【図9】本発明による更に他の不揮発性半導体記憶装置
の断面図
FIG. 9 is a sectional view of still another nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention.

【図10】本発明による更に他の不揮発性半導体記憶装
置の断面図
FIG. 10 is a sectional view of still another nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention;

【図11】従来の不揮発性半導体記憶装置(フラッシュ
EEPROM)の断面図
FIG. 11 is a sectional view of a conventional nonvolatile semiconductor memory device (flash EEPROM).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p型シリコン基板 2 p型拡散層 3 n型ドレイン領域 4 n型ソース領域 5 第1ゲート絶縁層 6 第2ゲート絶縁層 7 第3ゲート絶縁層 8 制御ゲート電極 9 浮遊ゲート電極 10 シリコン酸化膜 11 側壁酸化膜 12 ビットライン 13 レジスト層 14 レジスト層 15 素子分離膜 Reference Signs List 1 p-type silicon substrate 2 p-type diffusion layer 3 n-type drain region 4 n-type source region 5 first gate insulating layer 6 second gate insulating layer 7 third gate insulating layer 8 control gate electrode 9 floating gate electrode 10 silicon oxide film DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Side wall oxide film 12 Bit line 13 Resist layer 14 Resist layer 15 Element isolation film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市川 洋平 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−132079(JP,A) 特開 平4−79369(JP,A) 特開 平4−192565(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 27/115 H01L 21/8247 H01L 29/788 H01L 29/792 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yohei Ichikawa 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP-A-3-132079 (JP, A) 79369 (JP, A) JP-A-4-192565 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 27/115 H01L 21/8247 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】上面を有する第1導電型半導体基板と、 該半導体基板の該上面に形成された第1導電型環状チャ
ネル領域と、 該半導体基板の該上面のうち該環状チャネル領域に囲ま
れた領域内に形成された第2導電型ドレイン領域と、 該半導体基板の該上面のうち該環状チャネル領域の外側
に形成された第2導電型ソース領域と、 該環状チャネル領域と該ドレイン領域との境界を覆うよ
うにして該半導体基板の上面に形成された第1ゲート絶
縁層と、 該第1ゲート絶縁層上に形成された環状浮遊ゲート電極
と、 該環状浮遊ゲート電極の表面に形成された第2ゲート絶
縁層と、 該第2ゲート絶縁層を介して該環状浮遊ゲート電極に容
量結合された制御ゲート電極であって、該半導体基板か
ら電気的に絶縁分離された制御ゲート電極と、を備えた
不揮発性半導体メモリセル。
A first conductive type semiconductor substrate having an upper surface; a first conductive type annular channel region formed on the upper surface of the semiconductor substrate; and a first conductive type annular channel region surrounded by the annular channel region on the upper surface of the semiconductor substrate. A second conductivity type drain region formed in the region formed, a second conductivity type source region formed outside the annular channel region on the upper surface of the semiconductor substrate, the annular channel region and the drain region, A first gate insulating layer formed on the upper surface of the semiconductor substrate so as to cover the boundary of the semiconductor substrate; an annular floating gate electrode formed on the first gate insulating layer; and a surface formed on the surface of the annular floating gate electrode. A second gate insulating layer, a control gate electrode capacitively coupled to the annular floating gate electrode via the second gate insulating layer, the control gate electrode being electrically insulated and separated from the semiconductor substrate; Equipped Nonvolatile semiconductor memory cell.
【請求項2】前記制御ゲート電極が、前記環状浮遊ゲー
ト電極の上面を覆っている、請求項1に記載の不揮発性
半導体メモリセル。
2. The nonvolatile semiconductor memory cell according to claim 1, wherein said control gate electrode covers an upper surface of said annular floating gate electrode.
【請求項3】前記環状浮遊ゲート電極が、前記制御ゲー
ト電極の上面の少なくとも一部と開口部の内側面とを覆
っている、請求項1に記載の不揮発性半導体メモリセ
ル。
3. The nonvolatile semiconductor memory cell according to claim 1, wherein said annular floating gate electrode covers at least a part of an upper surface of said control gate electrode and an inner surface of an opening.
【請求項4】前記環状浮遊ゲート電極が、前記制御ゲー
ト電極開口部の内側面上に設けられたサイドウォールで
ある、請求項1に記載の不揮発性半導体メモリセル。
4. The nonvolatile semiconductor memory cell according to claim 1, wherein said annular floating gate electrode is a side wall provided on an inner side surface of said control gate electrode opening.
【請求項5】前記環状チャネル領域と前記ソース領域と
の境界を覆うようにして前記半導体基板の上面に形成さ
れた第3ゲート絶縁層であって、該半導体基板と前記制
御ゲート電極とを絶縁分離するための第3ゲート絶縁層
を更に備えており、 該制御ゲート電極は、該第3ゲート絶縁層を介して、該
境界と対向している、請求項1に記載の不揮発性半導体
メモリセル。
5. A third gate insulating layer formed on an upper surface of the semiconductor substrate so as to cover a boundary between the annular channel region and the source region, wherein the third gate insulating layer insulates the semiconductor substrate from the control gate electrode. 2. The non-volatile semiconductor memory cell according to claim 1, further comprising a third gate insulating layer for isolation, wherein said control gate electrode faces said boundary via said third gate insulating layer. .
【請求項6】前記第1ゲート絶縁層が前記第3ゲート絶
縁層よりも薄い、請求項5に記載の不揮発性半導体メモ
リセル。
6. The nonvolatile semiconductor memory cell according to claim 5, wherein said first gate insulating layer is thinner than said third gate insulating layer.
【請求項7】上面を有する第1導電型半導体基板と、 該半導体基板の該上面に設けられたメモリセルアレイ領
域と、 該メモリセルアレイ領域に配列された複数の不揮発性メ
モリセルと、 該複数の不揮発性メモリセルを相互接続するためのワー
ドライン及びビットラインと、を備えた不揮発性半導体
記憶装置であって、 該複数の不揮発性メモリセルの各々は、 該半導体基板の該上面に形成された第1導電型環状チャ
ネル領域と、 該半導体基板の該上面のうち該環状チャネル領域に囲ま
れた領域内に形成された第2導電型ドレイン領域と、 該半導体基板の該上面のうち該環状チャネル領域の外側
に形成された第2導電型ソース領域と、 該環状チャネル領域と該ドレイン領域との境界を覆うよ
うにして該半導体基板の上面に形成された環状第1ゲー
ト絶縁層と、 該環状第1ゲート絶縁層上に形成された環状浮遊ゲート
電極と、該環状浮遊ゲート電極の表面に形成された第2
ゲート絶縁層と、 該第2ゲート絶縁層を介して該環状浮遊ゲート電極に容
量結合された制御ゲート電極であって、該半導体基板か
ら電気的に絶縁分離された制御ゲート電極と、を備えて
おり、 該複数の不揮発性メモリセルの少なくとも一部は、該ソ
ース領域を共有しており、 該複数のワードラインの各々は、その一部に該制御ゲー
ト電極を含んでいる、不揮発性半導体記憶装置。
7. A first conductivity type semiconductor substrate having an upper surface, a memory cell array region provided on the upper surface of the semiconductor substrate, a plurality of nonvolatile memory cells arranged in the memory cell array region, and the plurality of nonvolatile memory cells. A nonvolatile semiconductor memory device comprising: a word line and a bit line for interconnecting nonvolatile memory cells, wherein each of the plurality of nonvolatile memory cells is formed on the upper surface of the semiconductor substrate. A first conductivity type annular channel region; a second conductivity type drain region formed in a region of the upper surface of the semiconductor substrate surrounded by the annular channel region; and an annular channel of the upper surface of the semiconductor substrate A second conductivity type source region formed outside the region, and an annular first region formed on the upper surface of the semiconductor substrate so as to cover a boundary between the annular channel region and the drain region. A gate insulating layer, and an annular floating gate electrode formed on the annular first gate insulating layer, a second formed on the surface of the annular floating gate electrode
A gate insulating layer; and a control gate electrode capacitively coupled to the annular floating gate electrode via the second gate insulating layer, the control gate electrode being electrically insulated and separated from the semiconductor substrate. A nonvolatile semiconductor memory, wherein at least a part of the plurality of nonvolatile memory cells share the source region, and each of the plurality of word lines includes the control gate electrode in a part thereof; apparatus.
【請求項8】前記制御ゲート電極が、前記環状浮遊ゲー
ト電極の上面を覆っている、請求項7に記載の不揮発性
半導体記憶装置。
8. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 7, wherein said control gate electrode covers an upper surface of said annular floating gate electrode.
【請求項9】前記環状浮遊ゲート電極が、前記制御ゲー
ト電極の上面の少なくとも一部と開口部の内側面とを覆
っている、請求項7に記載の不揮発性半導体記憶装置。
9. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 7, wherein said annular floating gate electrode covers at least a part of an upper surface of said control gate electrode and an inner surface of an opening.
【請求項10】前記環状浮遊ゲート電極が、前記制御ゲ
ート電極開口部の内側面上に設けられたサイドウォール
である、請求項7に記載の不揮発性半導体記憶装置。
10. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 7, wherein said annular floating gate electrode is a sidewall provided on an inner side surface of said control gate electrode opening.
【請求項11】前記環状チャネル領域と前記ソース領域
との境界を覆うようにして前記半導体基板の上面に形成
された第3ゲート絶縁層であって、該半導体基板と前記
制御ゲート電極とを絶縁分離するための第3ゲート絶縁
層を更に備えており、 該制御ゲート電極は、該第3ゲート絶縁層を介して、該
境界と対向している、請求項7に記載の不揮発性半導体
記憶装置。
11. A third gate insulating layer formed on an upper surface of the semiconductor substrate so as to cover a boundary between the annular channel region and the source region, wherein the third gate insulating layer insulates the semiconductor substrate from the control gate electrode. 8. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 7, further comprising a third gate insulating layer for separating, wherein said control gate electrode is opposed to said boundary via said third gate insulating layer. .
【請求項12】前記メモリセルを分離するための素子分
離領域が前記メモリセルアレイ領域内に設けられていな
い、請求項7に記載の不揮発性半導体記憶装置。
12. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 7, wherein an element isolation region for isolating said memory cell is not provided in said memory cell array region.
【請求項13】前記複数ワードラインの各々のうち前記
制御ゲート電極以外の部分と、前記半導体基板との間
に、絶縁膜が設けられており、 該絶縁膜は、前記第3ゲート絶縁層よりも厚い、請求項
11に記載の不揮発性半導体記憶装置。
13. An insulating film is provided between a portion of each of the plurality of word lines other than the control gate electrode and the semiconductor substrate, wherein the insulating film is formed of a material other than the third gate insulating layer. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 11, wherein the thickness is also large.
【請求項14】 第1導電型半導体基板の上面にソース
領域となるべき第2導電型拡散層を形成する工程と、 第3ゲート絶縁層となるべき第1絶縁層を該半導体基板
上に形成する工程と、 制御ゲート電極となる第1導電膜を該第1絶縁層上に堆
積する工程と、 該第1導電膜及び該第1絶縁層をパターニングし、それ
によって該制御ゲート電極の外側形状を得る工程と、 該パターニングされた第1導電膜を覆うように、第2絶
縁層を該半導体基板上に堆積する工程と、 該パターニングされた第1導電膜と該第1及び第2絶縁
層とに開口部を設け、それによって、該半導体基板の一
部を露出するとともに、該第1絶縁層から該第3ゲート
絶縁層を形成する工程と、 該半導体基板のうち該開口部を介して露出する部分に、
チャネル領域となる第1導電型拡散層を形成する工程
と、 第1ゲート絶縁層を開口部内の該半導体基板上に形成
し、第2ゲート絶縁層を該第1導電膜上に形成する工程
と、 該第1ゲート絶縁層上に環状浮遊ゲート電極を形成する
工程と、 該チャネル領域となる第1導電型拡散層の一部に該浮遊
ゲート電極の開口部を介して第2導電型不純物をドープ
し、それによってドレイン領域となる第2導電型拡散層
を形成する工程と、 を包含する、不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
14. A step of forming a second conductivity type diffusion layer to be a source region on an upper surface of a first conductivity type semiconductor substrate, and forming a first insulating layer to be a third gate insulating layer on the semiconductor substrate. Forming a first conductive film to be a control gate electrode on the first insulating layer; and patterning the first conductive film and the first insulating layer, thereby forming an outer shape of the control gate electrode. obtaining a, so as to cover the first conductive film which is the patterning, depositing a second insulating layer on the semiconductor substrate, the first conductive film and the first and second insulating layer which is the patterned Forming an opening in the semiconductor substrate, thereby exposing a part of the semiconductor substrate, and forming the third gate insulating layer from the first insulating layer; and forming the third gate insulating layer through the opening in the semiconductor substrate. In the exposed part,
Forming a first conductivity type diffusion layer serving as a channel region, a step of the first gate insulating layer formed on the semiconductor substrate in the opening, forming a second gate insulating layer on the first over the conductive film Forming an annular floating gate electrode on the first gate insulating layer; and implanting a second conductivity type impurity into a part of the first conductivity type diffusion layer serving as the channel region through an opening of the floating gate electrode. Doping, thereby forming a second conductivity type diffusion layer that becomes a drain region, thereby manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device.
【請求項15】 前記環状浮遊ゲート電極を形成する工
程は、 該環状浮遊ゲート電極となる第2導電膜を前記半導体基
板上に堆積する工程と、 該第2導電膜を異方性エッチング法によりエッチバック
することにより、前記第1導電膜の前記開口部の内壁面
上に該第2導電膜の一部を残置させ、それによって環状
浮遊ゲート電極を形成する工程と、 を包含している、請求項14に記載の不揮発性半導体記
憶装置の製造方法。
15. The step of forming the annular floating gate electrode comprises: depositing a second conductive film to be the annular floating gate electrode on the semiconductor substrate; and forming the second conductive film by an anisotropic etching method. by etching back said to leaving a portion of the second conductive film on the first inner wall surface of the opening of the conductive film, thereby encompasses forming an annular floating gate electrode, A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 14.
【請求項16】ドレイン領域となる前記第2導電型拡散
層を形成した後、 前記環状浮遊ゲート電極の内側面上にサイドウォール絶
縁層を形成する工程をさらに包含している、請求項14
に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
16. The method according to claim 14, further comprising the step of forming a sidewall insulating layer on an inner side surface of said annular floating gate electrode after forming said second conductivity type diffusion layer to be a drain region.
3. The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to 1.
【請求項17】前記第1ゲート絶縁層及び前記第2ゲー
ト絶縁層が同時に形成される、請求項14に記載の不揮
発性半導体記憶装置の製造方法。
17. The method according to claim 14, wherein the first gate insulating layer and the second gate insulating layer are simultaneously formed.
【請求項18】 第1導電型半導体基板の上面にチャネ
ル領域となるべき第1導電型拡散層を形成する工程と、 第1ゲート絶縁層となる第1絶縁層を該半導体基板上に
形成する工程と、 浮遊ゲート電極となる第1導電膜を該第1絶縁層上に堆
積する工程と、 該第1導電膜及び該第1絶縁層をパターニングし、それ
によって、該浮遊ゲート電極の外側形状を得る工程と、 該パターニングされた第1導電膜上に第2ゲート絶縁層
を形成し、該半導体基板上に第3ゲート絶縁層を形成す
る工程と、 該パターニングされた第1導電膜を覆うように、第2導
電層を該半導体基板上に堆積する工程と、 該パターニングされた第1導電膜を覆うように、第2絶
縁層を該半導体基板上に堆積する工程と、 該第2絶縁層、該第2導電層、該第1導電膜及び該第1
絶縁層をパターニングし、それによって、開口部を有す
る環状浮遊ゲート電極と制御ゲート電極とを得る工程
と、 該制御ゲート電極をマスクとして第2導電型不純物を該
半導体基板中にドープし、それによってソース領域及び
ドレイン領域を形成する工程と、 を包含する、不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
18. A step of forming a first conductivity type diffusion layer to be a channel region on an upper surface of a first conductivity type semiconductor substrate, and forming a first insulating layer to be a first gate insulating layer on the semiconductor substrate. Depositing a first conductive film to be a floating gate electrode on the first insulating layer; patterning the first conductive film and the first insulating layer, thereby forming an outer shape of the floating gate electrode And forming a second gate insulating layer on the patterned first conductive film , forming a third gate insulating layer on the semiconductor substrate, and covering the patterned first conductive film . Depositing a second conductive layer on the semiconductor substrate, covering the patterned first conductive film , and depositing a second insulating layer on the semiconductor substrate so as to cover the patterned first conductive film . layer, the second conductive layer, the first conductive film and the 1
Patterning an insulating layer, thereby obtaining an annular floating gate electrode having an opening and a control gate electrode; and doping a second conductivity type impurity into the semiconductor substrate using the control gate electrode as a mask, A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising: forming a source region and a drain region.
【請求項19】前記ソース領域及びドレイン領域を形成
する工程の後、 前記環状浮遊ゲート電極及び制御ゲート電極の開口部の
内側面上にサイドウォール絶縁層を形成する工程をさら
に包含している、請求項18に記載の不揮発性半導体記
憶装置の製造方法。
19. The method according to claim 19, further comprising, after the step of forming the source region and the drain region, a step of forming a sidewall insulating layer on an inner surface of an opening of the annular floating gate electrode and the control gate electrode. A method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to claim 18.
【請求項20】前記第2ゲート絶縁層及び前記第3ゲー
ト絶縁層が同時に形成される、請求項18に記載の不揮
発性半導体記憶装置の製造方法。
20. The method according to claim 18, wherein said second gate insulating layer and said third gate insulating layer are simultaneously formed.
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