JP2877463B2 - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory device

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JP2877463B2
JP2877463B2 JP19315490A JP19315490A JP2877463B2 JP 2877463 B2 JP2877463 B2 JP 2877463B2 JP 19315490 A JP19315490 A JP 19315490A JP 19315490 A JP19315490 A JP 19315490A JP 2877463 B2 JP2877463 B2 JP 2877463B2
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    • 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

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  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Read Only Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、浮遊ゲートと制御ゲートを有する電気的書
替え可能なメモリトランジスタを用いた不揮発性半導体
記憶装置(EEPROM)に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device (EEPROM) using an electrically rewritable memory transistor having a floating gate and a control gate.

(従来の技術) 浮遊ゲートと制御ゲートを有する電気的書替え可能な
メモリトランジスタを用いたEEPROMが知られている。な
かでも、複数のメモリトランジスタをそれらのソース,
ドレイン拡散層を隣接するもの同士で共用する形で直列
接続してNANDセルを構成するNAND型EEPROMは高集積化で
きるものとして注目されている。
(Prior Art) An EEPROM using an electrically rewritable memory transistor having a floating gate and a control gate is known. In particular, multiple memory transistors are connected to their sources,
A NAND-type EEPROM in which a drain diffusion layer is connected in series so as to be shared by adjacent ones to form a NAND cell has attracted attention as a device that can be highly integrated.

第9図はその様なEEPROMの一例のメモリセル構造を示
す平面図であり、第10図および第11図はそれぞれ第9図
のA−A′およびB−B′断面図である。p型シリコン
基板1上に、第1層多結晶シリコン膜による浮遊ゲート
4(41,42,…)と第2層多結晶シリコン膜による制御ゲ
ート6(61,62,…)が積層された複数のメモリトランジ
スタM(M1,M2,…)と、そのドレイン側およびソース側
にそれぞれ設けられた選択トランジスタS(S1,S2)と
からNANDセルが構成されている。選択トランジスタSの
ゲート構造は基本的にメモリトランジスタMと同様に、
第1層多結晶シリコン膜によるゲート電極9と第2層多
結晶シリコン膜によるゲート電極11の積層構造となって
いる。ただし、メモリトランジスタMにおいては第1ゲ
ート絶縁膜3がトンネル電流が流れ得る薄いものである
のに対し、選択トランジスタSでの第1ゲート絶縁膜8
はこれより厚く形成されている。各部のゲート電極形成
後、これをマスクとしてイオン注入を行うことにより、
ソース,ドレイン拡散層となる高濃度n型層12が形成さ
れている。その後全面はCVD酸化膜等の層間絶縁膜で覆
われ、メモリセルの共通ソース拡散層であるn型層にコ
ンタクトする共通ソース線16、および各メモリセルのド
レイン拡散層であるn型層にコンタクトするビット線14
が配設されている。第9図ではビット線と直交する方向
に隣接する2組のNANDセルを示したが、各メモリセルM
の浮遊ゲート4はそれぞれ独立であり、制御ゲート6は
ビット線と直交する方向に共通に配設されてワード線と
なる。選択トランジスタSのゲート電極も同様に連続的
に配設されて選択ゲート線となる。
FIG. 9 is a plan view showing a memory cell structure of an example of such an EEPROM, and FIGS. 10 and 11 are sectional views taken along lines AA 'and BB' of FIG. 9, respectively. A plurality of floating gates 4 (41, 42,...) made of a first-layer polycrystalline silicon film and control gates 6 (61, 62,...) made of a second-layer polycrystalline silicon film are stacked on a p-type silicon substrate 1. , And the select transistors S (S1, S2) provided on the drain side and the source side, respectively, of the memory transistor M (M1, M2,...) Constitute a NAND cell. The gate structure of the selection transistor S is basically the same as that of the memory transistor M,
The gate electrode 9 is formed of a first-layer polycrystalline silicon film and the gate electrode 11 is formed of a second-layer polycrystalline silicon film. However, in the memory transistor M, the first gate insulating film 3 is thin enough to allow a tunnel current to flow, whereas the first gate insulating film 8 in the select transistor S is thin.
Is formed thicker than this. After forming the gate electrode of each part, ion implantation is performed using this as a mask,
A high concentration n-type layer 12 serving as a source / drain diffusion layer is formed. Thereafter, the entire surface is covered with an interlayer insulating film such as a CVD oxide film, and contacts the common source line 16 which contacts the n-type layer which is a common source diffusion layer of the memory cell, and the n-type layer which is a drain diffusion layer of each memory cell. Bit line 14
Are arranged. FIG. 9 shows two sets of NAND cells adjacent to each other in the direction orthogonal to the bit lines.
The floating gates 4 are independent of each other, and the control gates 6 are commonly arranged in a direction orthogonal to the bit lines to become word lines. Similarly, the gate electrode of the selection transistor S is also continuously arranged to form a selection gate line.

このNANDセル型EEPROMの動作は次の通りである。デー
タ書込みの動作は、ビット線から最も離れた位置のメモ
リトランジスタM4から順に行う。選択されたメモリトラ
ンジスタM4の制御ゲートには高電圧Vpp(=20V程度)を
印加し、それよりビット線側にあるメモリトランジスタ
M1〜M3の制御ゲートおよび選択トランジスタS1のゲート
電極には中間電位VppM(=10V程度)を印加し、ビット
線にはデータに応じて0Vまたは中間電位を与える。ビッ
ト線に0Vが与えられた時、その電位は選択メモリトラン
ジスタM4のドレインまで伝達されて、ドレインから浮遊
ゲートに電位注入が生じる。これによりその選択された
メモリトランジスタM4のしきい値は正方向にシフトす
る。この状態をたとえば“1"とする。ビット線に中間電
位が与えられたときは電子注入が起こらず、従ってしき
い値は変化せず、負に止まる。この状態は“0"である。
The operation of this NAND cell type EEPROM is as follows. The data write operation is performed in order from the memory transistor M4 farthest from the bit line. A high voltage Vpp (= about 20 V) is applied to the control gate of the selected memory transistor M4, and the memory transistor located on the bit line side from the high voltage Vpp
An intermediate potential VppM (= about 10 V) is applied to the control gates of M1 to M3 and the gate electrode of the selection transistor S1, and 0 V or the intermediate potential is applied to the bit lines according to data. When 0 V is applied to the bit line, the potential is transmitted to the drain of the selected memory transistor M4, and the potential is injected from the drain to the floating gate. As a result, the threshold value of the selected memory transistor M4 shifts in the positive direction. This state is, for example, “1”. When an intermediate potential is applied to the bit line, electron injection does not occur, so that the threshold value does not change and remains negative. This state is "0".

データ消去は、メモリトランジスタM4について説明す
れば、その制御ゲートを接地電位とし、これよりビット
線側にあるメモリトランジスタM1〜M3の制御ゲートおよ
び選択トランジスタS1のゲート電極に正の高電位、ビッ
ト線に正の高電位を与える。このときビット線の高電位
メモリトランジスタM4のドレインまで伝達され、書き込
み時と逆の電界が浮遊ゲート下の絶縁膜にかかり、浮遊
ゲートの電子が放出される。これにより、メモリトラン
ジスタM4のしきい値は負方向に移動する。
For data erasing, if the memory transistor M4 is described, the control gate of the memory transistor M4 is set to the ground potential, and the control gates of the memory transistors M1 to M3 on the bit line side and the gate electrode of the selection transistor S1 are connected to a positive high potential. To a positive high potential. At this time, the data is transmitted to the drain of the high-potential memory transistor M4 of the bit line, an electric field opposite to that at the time of writing is applied to the insulating film below the floating gate, and electrons in the floating gate are emitted. As a result, the threshold value of the memory transistor M4 moves in the negative direction.

データ読出し動作は、選択されたメモリトランジスタ
の制御ゲートを0Vとし、それ以外のメモリトランジスタ
の制御ゲートおよび選択トランジスタのゲート電極を電
源電位Vcc(=5V)として、選択されたメモリトランジ
スタで電流が流れるか否かを検出することにより行われ
る。選択されたメモリトランジスタのしきい値電圧が負
の時はビット線から共通ソース線に電流が流れ、“0"が
出力される。メモリセルのしきい値電圧が正の時は電流
が流れず、これにより“1"が検出される。
In the data read operation, a current flows through the selected memory transistor with the control gate of the selected memory transistor set to 0 V and the control gates of the other memory transistors and the gate electrode of the selected transistor set to the power supply potential Vcc (= 5 V). This is performed by detecting whether or not. When the threshold voltage of the selected memory transistor is negative, current flows from the bit line to the common source line, and "0" is output. When the threshold voltage of the memory cell is positive, no current flows, thereby detecting "1".

なお電圧のかけ方によっては、一括消去も可能であ
る。
Note that, depending on how the voltage is applied, batch erasing is also possible.

この様なEEPROMにおいて、NANDセルの両端部に設けら
れる選択トランジスタS1,S2の部分がメモリセルの高集
積化を妨げる大きい要因となっている。すなわちビット
線側の第1の選択トランジスタS1は、ビット線につなが
る複数のNANDセルの一つを選択する働きをする。したが
って例えば、データ消去時、ビット線に印加される高電
位は、非選択NANDセルではその中のメモリトランジスタ
まで伝達されないように、その非選択NANDセルの第1の
選択トランジスタS1のゲート電極は接地される。したが
ってこの非選択NANDセルの選択トランジスタS1では、ド
レイン・ソース間のパンチスルーが生じないようにする
ことが必要であり、このため第1の選択トランジスタS1
のゲート長は通常メモリトランジスタのそれより大きく
設定される。また、ビット線側の第1の選択トランジス
タS1は、ゲート電極にメモリトランジスタのそれと同様
の積層ゲート構造を用いているため、ビット線コンタク
トでの段差が大きくなり、その結果コンタクト部近くの
ビット線14とゲート電極11の間の距離(第10図に示した
d)が小さくなり、短絡が生じやすい。この短絡を防止
するためには、ビット線コンタクト部とゲート電極の間
を十分に離すことが必要であり、これもメモリセルの高
集積化を阻害する要因となっている。
In such an EEPROM, the portions of the select transistors S1 and S2 provided at both ends of the NAND cell are a major factor that hinders high integration of the memory cell. That is, the first selection transistor S1 on the bit line side functions to select one of the plurality of NAND cells connected to the bit line. Therefore, for example, when erasing data, the gate electrode of the first selection transistor S1 of the unselected NAND cell is grounded so that the high potential applied to the bit line is not transmitted to the memory transistor in the unselected NAND cell. Is done. Therefore, in the selection transistor S1 of this non-selected NAND cell, it is necessary to prevent the punch-through between the drain and the source from occurring, so that the first selection transistor S1
Is usually set longer than that of the memory transistor. In addition, since the first selection transistor S1 on the bit line side uses a stacked gate structure similar to that of the memory transistor for the gate electrode, a step at the bit line contact becomes large, and as a result, the bit line near the contact portion becomes large. The distance between d and the gate electrode 11 (d shown in FIG. 10) is reduced, and a short circuit is likely to occur. In order to prevent this short circuit, it is necessary to sufficiently separate the bit line contact portion and the gate electrode, which also hinders the high integration of the memory cell.

一方、共通ソース線側の第2の選択トランジスタS2
は、データ書き込み時にビット線に印加される中間電位
が共通ソース側に伝達されるのを防止する働きをするの
で、これも十分なゲート長が必要である。さらに共通の
ソースの低抵抗化のため、Al等からなる共通ソース線16
をソース拡散層にコンタクトさせて配設すると、そのコ
ンタクト部とこれに隣接する制御ゲートの間の余裕が必
要であるため、共通ソース線と制御ゲート間の距離を小
さくすることが難しい。
On the other hand, the second selection transistor S2 on the common source line side
Has a function of preventing the intermediate potential applied to the bit line from being transmitted to the common source side at the time of data writing, and therefore requires a sufficient gate length. Further, to reduce the resistance of the common source, a common source line 16 made of Al or the like is used.
Is arranged in contact with the source diffusion layer, a margin is required between the contact portion and the control gate adjacent thereto, and it is difficult to reduce the distance between the common source line and the control gate.

なお、NOR型のEEPROMにおいても、選択トランジスタ
は同様に高電位の無用な伝達を阻止する働きをするの
で、そのゲート長はある程度以上長いことが必要であ
り、これがメモリセルの高集積化を阻害している。
In the case of NOR-type EEPROMs, the select transistor also functions to prevent unnecessary transmission of high potential, so its gate length must be longer than a certain level, which hinders high integration of memory cells. doing.

(発明が解決しようとする課題) 以上のように従来のEEPROMでは、高電位の無用な伝達
を阻止する働きをする選択トランジスタの部分が、メモ
リセルの高集積化を阻害しているという問題があった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the conventional EEPROM, there is a problem that the portion of the selection transistor that functions to prevent unnecessary transmission of high potential hinders high integration of memory cells. there were.

本発明は、この様な問題を解決して高集積化を可能と
したEEPROMを提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide an EEPROM that solves such a problem and enables high integration.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明にかかるEEPROMは、電荷蓄積層と制御ゲートが
積層された構造を有するメモリトランジスタと、これと
直列接続される選択トランジスタを有するメモリセル構
成において、選択トランジスタを、基板に形成された凹
部の底面及び対向する内壁側面に沿って連続的にチャネ
ル領域が形成された構造としたことを特徴とする。
[Configuration of the Invention] (Means for Solving the Problems) An EEPROM according to the present invention is a memory cell having a memory transistor having a structure in which a charge storage layer and a control gate are stacked, and a selection transistor connected in series with the memory transistor. The structure is characterized in that the select transistor has a structure in which a channel region is continuously formed along the bottom surface of the concave portion formed in the substrate and the side surface of the opposing inner wall.

(作用) 本発明によれば、選択トランジスタが埋込みゲート構
造になるため、パンチスル−耐圧が向上する。また選択
トランジスタ部の占有面積を小さくしてしかも、その実
効的ゲート長を従来より大きくする事もできる。また、
選択トランジスタの凹部をビット線がコンタクトされる
ドレイン側に設ければ、ゲート電極がドレイン側で凹部
に埋め込まれた形になり、したがってビット線コンタク
ト部と選択トランジスタ間の距離を従来より小さくして
も、ゲート電極とビット線間の短絡事故が確実に防止さ
れる。以上により、パンチスルー等を確実に防止しなが
ら、メモリセルの十分な高集積化が図られる。
(Operation) According to the present invention, since the selection transistor has a buried gate structure, punch-through breakdown voltage is improved. Further, the area occupied by the select transistor portion can be reduced, and the effective gate length can be increased as compared with the conventional case. Also,
If the concave portion of the select transistor is provided on the drain side to which the bit line is contacted, the gate electrode is buried in the concave portion on the drain side. Therefore, the distance between the bit line contact portion and the select transistor is made smaller than before. Also, a short circuit accident between the gate electrode and the bit line is reliably prevented. As described above, sufficiently high integration of memory cells can be achieved while reliably preventing punch-through and the like.

(実施例) 以下、本発明の実施例を説明する。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described.

第1図は第1の実施例のNANDセル型EEPROMを示す平面
図である。第2図および第3図はそれぞれ第1図のA−
A′およびB−B′断面図である。従来例である第9図
〜第11図と対応する部分にはそれらと同一符号を付して
ある。図から明らかなようにこの実施例においては、NA
NDセルのビット線側の第1の選択トランジスタS1のドレ
イン側に凹部7が形成され、この凹部7の内壁に沿って
チャネル領域が形成されている。凹部7は、ワード線方
向には分離されて、すなわち各メモリセル毎に分離され
て形成されている。
FIG. 1 is a plan view showing a NAND cell type EEPROM of the first embodiment. FIG. 2 and FIG. 3 are A-
It is A 'and BB' sectional drawing. Parts corresponding to FIGS. 9 to 11 which are conventional examples are denoted by the same reference numerals. As is clear from the figure, in this embodiment, the NA
A recess 7 is formed on the drain side of the first select transistor S1 on the bit line side of the ND cell, and a channel region is formed along the inner wall of the recess 7. The concave portions 7 are formed separately in the word line direction, that is, separated for each memory cell.

第4図(a)〜(d)は、第3図の断面に対応する製
造工程断面図である。これを参照して、具体的な製造工
程を説明する。p型シリコン基板(またはn型シリコン
基板にp型ウェルを形成したもの)1を用い、通常のLO
COS工程によりフィールド酸化膜2を形成した後、NAND
セルのドレイン側選択トランジスタ部分に選択エッチン
グにより凹部7を形成する(第4図(a))。凹部7の
深さは例えば0.5μm程度とする。その後、900℃のドラ
イ酸化により選択トランジスタのゲート絶縁膜8を400
Å形成する。ついでメモリトランジスタ領域の酸化膜を
エッチング除去して、改めて900℃のドライ酸化を行
い、100Å程度のトンネル酸化膜であるメモリトランジ
スタの第1ゲート絶縁膜3を形成する。その後メモリト
ランジスタの浮遊ゲート(電荷蓄積層)となる第1層多
結晶シリコン膜を堆積してこれに燐をドーピングした
後、浮遊ゲートをワード線方向について分離するための
分離溝(図示せず)を加工する。そして第2ゲート絶縁
膜5,10を形成した後、第2層多結晶シリコン膜を堆積
し、これに燐をドーピングする。ついで第2層多結晶シ
リコン膜から第1層多結晶シリコン膜までを連続的に選
択エッチングして、NANDセル内のメモリトランジスタM
の制御ゲート6,浮遊ゲート4を分離形成し、同時に選択
トランジスタSのゲート電極11,9を分離形成する(第4
図(b))。第2ゲート絶縁膜5,10は、熱酸化膜でも良
いし、CVDよるシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜
またはこれらの複合膜でも良い。選択トランジスタS1の
ゲート電極9,11およびメモリトランジスタMの制御ゲー
ト6は、ワード線方向に隣接するメモリセルと連続的に
線状にパターン形成される。選択トランジスタS1のゲー
ト電極9,11は、図示のように凹部7に一部埋め込まれた
状態で形成される。すなわちチャネル領域が凹部7の内
壁に沿って形成される。
4 (a) to 4 (d) are cross-sectional views showing a manufacturing process corresponding to the cross section of FIG. With reference to this, a specific manufacturing process will be described. Using a p-type silicon substrate (or an n-type silicon substrate with a p-type well formed) 1 and a normal LO
After forming the field oxide film 2 by the COS process, the NAND
A recess 7 is formed in the drain-side select transistor portion of the cell by selective etching (FIG. 4A). The depth of the recess 7 is, for example, about 0.5 μm. Then, the gate insulating film 8 of the select transistor is dried by
Å Form. Then, the oxide film in the memory transistor region is removed by etching, and dry oxidation is performed again at 900 ° C. to form the first gate insulating film 3 of the memory transistor which is a tunnel oxide film of about 100 °. After that, a first-layer polycrystalline silicon film serving as a floating gate (charge storage layer) of the memory transistor is deposited and doped with phosphorus, and then a separation groove (not shown) for separating the floating gate in the word line direction. To process. Then, after forming the second gate insulating films 5 and 10, a second-layer polycrystalline silicon film is deposited and doped with phosphorus. Next, the second layer polycrystalline silicon film to the first layer polycrystalline silicon film are successively selectively etched to form the memory transistor M in the NAND cell.
Control gate 6 and floating gate 4 are formed separately, and at the same time, gate electrodes 11 and 9 of the select transistor S are formed separately (fourth).
Figure (b). The second gate insulating films 5 and 10 may be a thermal oxide film, a silicon oxide film or a silicon nitride film by CVD, or a composite film thereof. The gate electrodes 9 and 11 of the selection transistor S1 and the control gate 6 of the memory transistor M are linearly and continuously patterned with memory cells adjacent in the word line direction. The gate electrodes 9 and 11 of the select transistor S1 are formed in a state of being partially buried in the concave portion 7 as shown. That is, a channel region is formed along the inner wall of the recess 7.

その後、砒素をイオン注入して、ソース,ドレインと
なるn型層12を形成する(第4図(c))。このイオン
注入は例えば、加速電圧40keV、ドーズ量1015/cm2で行
う。その後、層間絶縁膜13としてCVD酸化膜を堆積し、
これにコンタクト孔を開けて、このコンタクト孔に例え
ば砒素を追加イオン注入した後、Al膜の蒸着,パターニ
ングによりビット線14を配設する(第4図(d))。な
お共通ソース拡散層はワード線方向に連続的に形成され
てこれがそのまま共通ソース線となっているが、これに
例えばAl配線を重ねてもよい。
Thereafter, arsenic is ion-implanted to form an n-type layer 12 serving as a source and a drain (FIG. 4C). This ion implantation is performed, for example, at an acceleration voltage of 40 keV and a dose of 10 15 / cm 2 . After that, a CVD oxide film is deposited as the interlayer insulating film 13,
A contact hole is formed in the hole, and, for example, additional ions of arsenic are implanted into the contact hole. Then, a bit line 14 is provided by vapor deposition and patterning of an Al film (FIG. 4D). Although the common source diffusion layer is formed continuously in the word line direction and serves as a common source line as it is, for example, an Al wiring may be overlaid thereon.

この実施例によれば、第3図から明らかなようにビッ
ト線側の第1の選択トランジスタS1が埋込みゲート構造
になるため、ゲート長を従来と同じとしてもそのパンチ
スルー耐圧が高いものとなる。また凹部側壁もチャネル
として利用しているため、従来より小さい占有面積で従
来より長いゲート長が得られる。またゲート電極が埋め
込まれる結果、ビット線コンタクト部の段差が従来に比
べて小さくなる。したがって、ビット線コンタクト部と
メモリトランジスタ間のレイアウト上の距離が従来と同
じであっても、層間絶縁膜13の被覆性の改善によってビ
ット線14とゲート電極11間の実質的な距離は大きくな
り、これらの間の短絡事故が確実に防止される。ビット
線コンタクト部で高い段差なくなる結果、ビット線の信
頼性も向上する。以上によりこの実施例によれば、信頼
性を確保してメモリセルの高集積化を図ることができ
る。
According to this embodiment, as apparent from FIG. 3, the first select transistor S1 on the bit line side has a buried gate structure, so that the punch-through breakdown voltage is high even if the gate length is the same as that of the prior art. . Further, since the recess side wall is also used as a channel, a longer gate length can be obtained with a smaller occupied area. Further, as a result of the burying of the gate electrode, the step in the bit line contact portion is smaller than in the conventional case. Therefore, even if the layout distance between the bit line contact portion and the memory transistor is the same as the conventional one, the substantial distance between the bit line 14 and the gate electrode 11 increases due to the improvement in the coverage of the interlayer insulating film 13. , A short circuit accident between them is reliably prevented. As a result of eliminating a high step at the bit line contact portion, the reliability of the bit line is also improved. As described above, according to this embodiment, it is possible to secure the reliability and achieve high integration of the memory cells.

第5図は本発明の第2の実施例のNANDセル型EEPROMの
平面図である。第6図はそのA−A′断面図である。こ
の実施例では、NANDセルの共通ソース側の第2の選択ト
ランジスタを、ワード線方向に連続する溝15を構成する
凹部の側壁に形成している。ここで溝15は、共通ソース
線を挟んで隣接する二つのNANDセルに共通に設けられ、
これらのNANDセルのソース側の第2の選択トランジスタ
S2とS3がこの溝15の対向する側壁に形成されている。
FIG. 5 is a plan view of a NAND cell type EEPROM according to a second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a sectional view taken along the line AA '. In this embodiment, the second selection transistor on the common source side of the NAND cell is formed on the side wall of the concave portion forming the groove 15 that is continuous in the word line direction. Here, the groove 15 is provided commonly to two adjacent NAND cells with the common source line interposed therebetween,
Second select transistor on the source side of these NAND cells
S2 and S3 are formed on opposing side walls of the groove 15.

この実施例のEEPROMの具体的な製造工程を、第7図
(a)〜(d)を参照して説明する。第7図(a)〜
(d)は、第6図の断面に対応する工程断面図である。
先の実施例と同様にフィールド酸化膜2を形成した後、
共通ソース線が形成される領域に反応性イオンエッチン
グにより溝15を形成する(第7図(a))。溝15の深さ
は例えば、1.5μm程度とする。その後、選択トランジ
スタのゲート絶縁膜8として、900℃のドライ酸化によ
り400Åの酸化膜を形成し、メモリセル領域でその酸化
膜をエッチングして改めて900℃のドライ酸化により第
1ゲート絶縁膜3として100Åのトンネル酸化膜を形成
する。その後第1層多結晶シリコン膜を堆積し、第2ゲ
ート絶縁膜を介して第2層多結晶シリコン膜を堆積する
(第7図(b))。第2層多結晶シリコン膜の堆積前
に、第1層多結晶シリコン膜に、メモリセルの浮遊ゲー
トをワード線方向に分離するための分離溝を形成するこ
とは先の実施例と同様である。また第1層多結晶シリコ
ン膜および第2層多結晶シリコン膜には、不純物として
例えば燐をドープする。その後これらの積層多結晶シリ
コン膜をパターニングして、選択トランジスタのゲート
電極9,10、メモリトランジスタの浮遊ゲート4,制御ゲー
ト6をそれぞれ分離形成する(第7図(c))。このと
き選択トランジスタのゲート電極9,10は、図示のように
溝15の側壁部にのみ形成される。その後、不純物イオン
注入によりソース,ドレインとなるn型拡散層12を形成
した後、層間絶縁膜13を介してビット線15を配設する
(第7図(d))。共通ソース拡散層は溝15の底部にワ
ード線方向に連続的に形成されてそのまま共通ソース線
となっている。
The specific manufacturing process of the EEPROM of this embodiment will be described with reference to FIGS. 7 (a) to 7 (d). Fig. 7 (a)-
(D) is a process sectional view corresponding to the section of FIG. 6.
After forming the field oxide film 2 as in the previous embodiment,
A groove 15 is formed in a region where the common source line is formed by reactive ion etching (FIG. 7A). The depth of the groove 15 is, for example, about 1.5 μm. Thereafter, as a gate insulating film 8 of the select transistor, an oxide film of 400 ° is formed by dry oxidation at 900 ° C., the oxide film is etched in the memory cell region, and the first gate insulating film 3 is formed again by dry oxidation at 900 ° C. A 100Å tunnel oxide film is formed. Thereafter, a first layer polycrystalline silicon film is deposited, and a second layer polycrystalline silicon film is deposited via a second gate insulating film (FIG. 7B). Before the deposition of the second-layer polycrystalline silicon film, a separation groove for separating the floating gate of the memory cell in the word line direction is formed in the first-layer polycrystalline silicon film as in the previous embodiment. . The first layer polycrystalline silicon film and the second layer polycrystalline silicon film are doped with, for example, phosphorus as an impurity. Thereafter, these laminated polycrystalline silicon films are patterned to separately form the gate electrodes 9 and 10 of the select transistor, the floating gate 4 and the control gate 6 of the memory transistor (FIG. 7 (c)). At this time, the gate electrodes 9 and 10 of the select transistor are formed only on the side wall of the groove 15 as shown in the figure. Thereafter, an n-type diffusion layer 12 serving as a source and a drain is formed by impurity ion implantation, and then a bit line 15 is provided via an interlayer insulating film 13 (FIG. 7 (d)). The common source diffusion layer is formed continuously at the bottom of the groove 15 in the word line direction and serves as a common source line as it is.

この実施例によれば、共通ソース側の第2の選択トラ
ンジスタが溝側壁を利用して形成されるため、この選択
トランジスタでのパンチスルー耐圧が高いものとなり、
また実効ゲート長が従来と同じであってもその占有面積
は小さいものとなる。したがってこの実施例によって
も、信頼性向上と高集積化が図られる。
According to this embodiment, since the second selection transistor on the common source side is formed using the groove side wall, the punch-through breakdown voltage of this selection transistor is high,
Even if the effective gate length is the same as the conventional one, the occupied area is small. Therefore, also in this embodiment, improvement in reliability and high integration can be achieved.

第8図は、上述した第1,第2の実施例を組み合わせた
第3の実施例のNANDセル型EEPROMを示す平面図である。
すなわちこの実施例では、ドレイン側の第1の選択トラ
ンジスタS1のチャネル領域に第1の実施例と同様に凹部
7が形成され、共通ソース線側の第2の選択トランジス
タS2は第2の実施例と同様に溝15の側壁に形成されてい
る。
FIG. 8 is a plan view showing a NAND cell type EEPROM of a third embodiment in which the first and second embodiments are combined.
That is, in this embodiment, the recess 7 is formed in the channel region of the first selection transistor S1 on the drain side in the same manner as in the first embodiment, and the second selection transistor S2 on the common source line side is formed in the second embodiment. Similarly to the above, it is formed on the side wall of the groove 15.

したがってこの実施例によれば、更にEEPROMの高集積
化が図られる。
Therefore, according to this embodiment, higher integration of the EEPROM is achieved.

以上においては、専らNANDセル型EEPROMの実施例を説
明したが、本発明は1個のメモリトランジスタと1個の
選択トランジスタで単位メモリセルが構成されるNOR型E
EPROMについても同様に適用することが可能である。ま
た第1,第3の実施例において、ドレイン側の選択トラン
ジスタはチャネル領域が凹部の内壁から外部平坦面にま
で延在するようにゲート電極をパターン形成している
が、ゲート電極が完全に凹部に埋め込まれる構造であっ
てもよい。
In the above, the embodiment of the NAND cell type EEPROM has been exclusively described. However, the present invention relates to a NOR type EEPROM in which a unit memory cell is constituted by one memory transistor and one select transistor.
The same can be applied to EPROM. In the first and third embodiments, the drain-side select transistor has its gate electrode patterned so that the channel region extends from the inner wall of the recess to the outer flat surface. It may be a structure embedded in.

その他本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変
形して実施することができる。
In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the spirit thereof.

[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、選択トランジスタ
を凹部ないし溝に埋め込む状態で形成することにより、
パンチスルー耐圧を確保しながらEEPROMの高集積化を図
ることができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, by forming a selection transistor in a state of being embedded in a concave portion or a groove,
High integration of EEPROM can be achieved while ensuring punch-through withstand voltage.

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

第1図は本発明の第1の実施例のNANDセル型EEPROMを示
す平面図、 第2図は第1図のA−A′断面図、 第3図は同じくB−B′断面図、 第4図(a)〜(d)は製造工程を示す断面図、 第5図は第2の実施例のNANDセル型EEPROMを示す平面
図、 第6図は第5図のA−A′断面図、 第7図(a)〜(d)は製造工程を示す断面図、 第8図は第3の実施例のNANDセル型EEPROMを示す平面
図、 第9図は従来のNANDセル型EEPROMを示す平面図、 第10図は第9図のA−A′断面図、 第11図は同じくB−B′断面図である。 1……p型シリコン基板、2……フィールド酸化膜、3
……第1ゲート絶縁膜、4……浮遊ゲート、5……第2
ゲート絶縁膜、6……制御ゲート、7……凹部、8,10…
…ゲート絶縁膜、9,11……ゲート電極、12……n型拡散
層、13……層間絶縁膜、14……ビット線、15……溝。
FIG. 1 is a plan view showing a NAND cell type EEPROM according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line AA 'of FIG. 1, FIG. 4 (a) to 4 (d) are cross-sectional views showing a manufacturing process, FIG. 5 is a plan view showing a NAND cell type EEPROM of the second embodiment, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line AA 'of FIG. 7 (a) to 7 (d) are cross-sectional views showing a manufacturing process, FIG. 8 is a plan view showing a NAND cell type EEPROM of a third embodiment, and FIG. 9 shows a conventional NAND cell type EEPROM. FIG. 10 is a sectional view taken along the line AA 'of FIG. 9, and FIG. 11 is a sectional view taken along the line BB' of FIG. 1 ... p-type silicon substrate, 2 ... field oxide film, 3
... First gate insulating film, 4... Floating gate, 5.
Gate insulating film, 6 Control gate, 7 Recess, 8, 10
... Gate insulating film, 9 and 11, gate electrode, 12 n-type diffusion layer, 13 interlayer insulating film, 14 bit line, 15 groove.

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板と、 この基板上にゲート絶縁膜を介して電荷蓄積層と制御ゲ
ートが積層形成された少くとも一つのメモリトランジス
タと、 前記基板に形成された凹部の底面及び対向する内壁側面
に沿って連続的にチャネル領域が形成されて前記メモリ
トランジスタと直列接続された少くとも一つの選択トラ
ンジスタと、 を備えたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
1. A semiconductor substrate, at least one memory transistor in which a charge storage layer and a control gate are formed on the substrate via a gate insulating film, and a bottom surface of a concave portion formed in the substrate and opposed to each other. A non-volatile semiconductor memory device comprising: at least one select transistor having a channel region formed continuously along an inner wall side surface and connected in series with the memory transistor.
【請求項2】半導体基板と、 この基板上にそれぞれゲート絶縁膜を介して電荷蓄積層
と制御ゲートが積層形成され、隣接するもの同士でソー
ス、ドレイン拡散層を共用する形で直列接続されてNAND
型メモリセルを構成する複数個のメモリトランジスタ
と、 前記基板に形成された凹部の底部及び対向する内壁側面
に沿って連続的にチャネル領域が形成されて前記複数の
メモリトランジスタの一端部のドレイン拡散層とビット
線の間に設けられた選択トランジスタと、 を備えたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
2. A semiconductor substrate, and a charge storage layer and a control gate are formed on the substrate via a gate insulating film, respectively, and are connected in series so that adjacent ones share a source / drain diffusion layer. NAND
A plurality of memory transistors constituting a memory cell, and a channel region is formed continuously along the bottom of the recess formed in the substrate and the side surface of the inner wall facing the drain, and the drain diffusion at one end of the plurality of memory transistors is performed. And a select transistor provided between the layer and the bit line.
【請求項3】半導体基板と、 この基板上にそれぞれゲート絶縁膜を介して電荷蓄積層
と制御ゲートが積層形成され、隣接するもの同士でソー
ス、ドレイン拡散層を共用する形で直列接続されてNAND
型メモリセルを構成する複数個のメモリトランジスタ
と、 前記基板上に形成されて、前記メモリセルの一端側のド
レイン拡散層とビット線の間に設けられた第1の選択ト
ランジスタと、 前記基板上に形成された少くとも凹部の内壁にチャネル
領域が形成されて、前記メモリセルの他端側のソース拡
散層と前記凹部の底部下に形成された不純物拡散層から
なる共通ソース線の間に設けられた第2の選択トランジ
スタとを備え、 前記共通ソース線を挟んで隣接する二つのメモリセルに
それぞれ接続される第2の選択トランジスタは、前記二
つのメモリセル間に形成された凹部の互いに対向する内
壁部にそれぞれ形成されていることを特徴とする不揮発
性半導体記憶装置。
3. A semiconductor substrate, and a charge storage layer and a control gate are formed on the substrate via a gate insulating film, and are connected in series so that adjacent ones share a source and drain diffusion layer. NAND
A plurality of memory transistors forming a type memory cell; a first select transistor formed on the substrate and provided between a bit line and a drain diffusion layer at one end of the memory cell; A channel region is formed on at least the inner wall of the recess formed in the memory cell, and is provided between a source diffusion layer on the other end side of the memory cell and a common source line including an impurity diffusion layer formed below the bottom of the recess. A second selection transistor connected to two memory cells adjacent to each other with the common source line interposed therebetween, wherein the second selection transistors are opposed to each other in the recess formed between the two memory cells. A non-volatile semiconductor memory device formed on each of the inner wall portions.
【請求項4】前記第1の選択トランジスタは、前記基板
上に形成された凹部の底面及び対向する内壁側面に沿っ
て連続的にチャネル領域が形成されていることを特徴と
する請求項3記載の不揮発性半導体記憶装置。
4. The first selection transistor according to claim 3, wherein a channel region is continuously formed along a bottom surface of the concave portion formed on the substrate and a side surface of the opposing inner wall. Nonvolatile semiconductor memory device.
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