JP2925005B2 - 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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JP2925005B2
JP2925005B2 JP8128050A JP12805096A JP2925005B2 JP 2925005 B2 JP2925005 B2 JP 2925005B2 JP 8128050 A JP8128050 A JP 8128050A JP 12805096 A JP12805096 A JP 12805096A JP 2925005 B2 JP2925005 B2 JP 2925005B2
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gate
insulating film
conductive film
groove
memory device
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健一郎 中川
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Nippon Electric 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]

【発明の属する技術分野】本発明は不揮発性半導体記憶
装置およびその製造方法に関し、特に電気的に消去が可
能な不揮発性半導体記憶装置に関する。
The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an electrically erasable nonvolatile semiconductor memory device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、不揮発性で特に一括消去が可能な
いわゆるフラッシュメモリと呼ばれる半導体記憶装置が
広い分野で採用されるようになってきているが、これに
関して現在、高速化、高集積化、低電圧化を目指した開
発が活発に行われている。このフラッシュメモリの書換
速度は、フローティングゲートの下のトンネルゲート絶
縁膜にかかる電圧に依存し、書換速度を上げるには、ト
ンネルゲート絶縁膜にかかる電圧を高くする必要があ
る。しかし、トンネルゲート絶縁膜に高電圧がかかるよ
うにするために、書き換え時に大きな電圧を印加するこ
とは、高速化の点でこの好ましいとしても、低電圧化の
趨勢には逆行することになってしまう。そこで、容量比
(コントロールゲートとフローティングゲートの結合容
量CCG-FG と、フローティングゲートとソース・ドレイ
ン、チャネルおよびコントロールゲートとの全結合容量
FGとの比CCG-FG /CFG)を大きくして、書き換え時
に使用する電圧を大きくせずに、トンネルゲート絶縁膜
にかかる電圧を高くすることが求められている。
2. Description of the Related Art In recent years, a semiconductor memory device called a flash memory, which is non-volatile and capable of batch erasing, in particular, has been adopted in a wide range of fields. Development for low voltage is being actively conducted. The rewriting speed of this flash memory depends on the voltage applied to the tunnel gate insulating film below the floating gate. To increase the rewriting speed, it is necessary to increase the voltage applied to the tunnel gate insulating film. However, applying a large voltage at the time of rewriting in order to apply a high voltage to the tunnel gate insulating film, even if this is preferable in terms of speeding up, is against the trend of lowering the voltage. I will. Therefore, the capacitance ratio (the ratio C CG-FG / C FG of the coupling capacitance C CG-FG between the control gate and the floating gate and the total coupling capacitance C FG of the floating gate and the source / drain, channel and control gate) is increased. Therefore, it is required to increase the voltage applied to the tunnel gate insulating film without increasing the voltage used at the time of rewriting.

【0003】また、ドレインおよびソースと例えばアル
ミニウムからなる配線とを電気的に接触させるためのコ
ンタクトホールは、それ自体小さくすることが難くかつ
目合わせずれのマージンを取る必要があるため、高集積
化を目指す上で、一つの障害となっている。このコンタ
クトホールによる障害を低減する方式として、コンタク
トレス方式と呼ばれるセルアレイ構造が提案されてい
る。図7は、特開昭61−222159号公報にて提案
された、コンタクトレス方式のフラッシュメモリセルア
レイの例を示す平面図である。図7に示すように、ワー
ド線を兼ねるコントロールゲート9と直交するように長
尺のソース・ドレイン拡散層3形成されており、ソース
・ドレイン拡散層3上にはメモリセルの複数個おきにコ
ンタクトが形成されておりこれを介してソース・ドレイ
ン拡散層はビット線(図示なし)と接続されている(以
下、これを第1の従来例という)。この方式のメモリで
は、このように複数のメモリセルにソース・ドレイン拡
散層を共有させ、ビット線とソース・ドレイン拡散層と
のコンタクトを、メモリセル複数個おきに1ケ所だけ取
るようにすることにより、単位メモリセルのサイズを小
さくして高集積化を図っている。
In addition, a contact hole for electrically contacting a drain and a source with a wiring made of, for example, aluminum is difficult to reduce in size and needs to have a margin for misalignment. It is one obstacle in aiming at. As a method of reducing the trouble due to the contact hole, a cell array structure called a contactless method has been proposed. FIG. 7 is a plan view showing an example of a contactless flash memory cell array proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-222159. As shown in FIG. 7, a long source / drain diffusion layer 3 is formed so as to be orthogonal to the control gate 9 also serving as a word line. Are formed, and the source / drain diffusion layer is connected to a bit line (not shown) via this (hereinafter, this is referred to as a first conventional example). In this type of memory, the source / drain diffusion layers are shared by a plurality of memory cells in this way, and the bit line and the source / drain diffusion layers are contacted only at one location for every plural memory cells. Thus, the size of the unit memory cell is reduced to achieve high integration.

【0004】図8は、図7のX−X線での断面図であ
る。n型シリコン基板1上にp型不純物領域2が設けら
れており、p型不純物領域2の表面領域内にはn型のソ
ース・ドレイン拡散層3が形成されている。半導体基板
上には第1ゲート絶縁膜6と厚膜シリコン酸化膜12が
形成されており、第1ゲート絶縁膜上にはフローティン
グゲート7が形成され、その上には第2ゲート絶縁膜8
を介してコントロールゲート9が形成されている。
FIG. 8 is a sectional view taken along line XX of FIG. A p-type impurity region 2 is provided on an n-type silicon substrate 1, and an n-type source / drain diffusion layer 3 is formed in a surface region of the p-type impurity region 2. A first gate insulating film 6 and a thick silicon oxide film 12 are formed on a semiconductor substrate, a floating gate 7 is formed on the first gate insulating film, and a second gate insulating film 8 is formed thereon.
, A control gate 9 is formed.

【0005】図9〜図11は、第1の従来例の製造方法
を説明するための工程順断面図である。まず、図9に示
すように、n型シリコン基板1の表面にp型不純物領域
2を形成し、既知の方法により素子分離領域(図示な
し)を形成した後、p型不純物領域2上にトンネルゲー
ト絶縁膜となる第1ゲート絶縁膜6を形成し、さらにそ
の上に例えばポリシリコンで、フローティングゲートを
形成するための第1導電膜層7aを形成する。
FIGS. 9 to 11 are cross-sectional views in the order of steps for explaining a first conventional manufacturing method. First, as shown in FIG. 9, a p-type impurity region 2 is formed on the surface of an n-type silicon substrate 1, an element isolation region (not shown) is formed by a known method, and a tunnel is formed on the p-type impurity region 2. A first gate insulating film 6 serving as a gate insulating film is formed, and a first conductive film layer 7a for forming a floating gate is formed thereon using, for example, polysilicon.

【0006】次に、図10に示すように、フォトリソグ
ラフィ法によりレジスト膜10を形成し、これをマスク
に第1導電膜層7aをパターニングして長尺の導電膜層
に加工する。次に、レジスト膜10をマスクにn型の不
純物をイオン注入して、ソース・ドレイン拡散層3を形
成する。次に、図11に示すように、レジスト膜10を
除去し、熱酸化によって第1導電膜層7a上に第2ゲー
ト絶縁膜8を形成し、同時にソース・ドレイン拡散層3
上に厚膜シリコン酸化膜12を形成する。ソース・ドレ
イン拡散層3では、注入された不純物により、第1導電
膜層7aより例えば5倍の速度で酸化される。そのた
め、例えば第2ゲート絶縁膜8を20nmの膜厚に形成
すると、厚膜シリコン酸化膜12は約100nmの厚さ
に形成される。この酸化の際に、第1導電膜層7a(フ
ローティングゲート7)の下にバーズビークが入る。
Next, as shown in FIG. 10, a resist film 10 is formed by photolithography, and the first conductive film layer 7a is patterned using the resist film 10 as a mask to be processed into a long conductive film layer. Next, an n-type impurity is ion-implanted using the resist film 10 as a mask to form the source / drain diffusion layers 3. Next, as shown in FIG. 11, the resist film 10 is removed, a second gate insulating film 8 is formed on the first conductive film layer 7a by thermal oxidation, and at the same time, the source / drain diffusion layers 3 are formed.
A thick silicon oxide film 12 is formed thereon. The source / drain diffusion layer 3 is oxidized by the implanted impurity at a speed, for example, five times that of the first conductive film layer 7a. Therefore, for example, when the second gate insulating film 8 is formed to a thickness of 20 nm, the thick silicon oxide film 12 is formed to a thickness of about 100 nm. During this oxidation, a bird's beak enters below the first conductive film layer 7a (floating gate 7).

【0007】この後コントロールゲートを形成するため
の第2導電膜層を形成し、フォトリソグラフィ法により
レジスト膜(図示なし)を形成し、これをマスクに、第
2導電膜層および短冊状の第1導電膜層7aをエッチン
グしてコントロールゲート9およびフローティングゲー
ト7を形成すれば、図8に示す第1の従来例の不揮発性
半導体記憶装置が得られる。
Thereafter, a second conductive film layer for forming a control gate is formed, a resist film (not shown) is formed by photolithography, and the second conductive film layer and a strip-shaped If the control gate 9 and the floating gate 7 are formed by etching the one conductive film layer 7a, the first conventional nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 8 is obtained.

【0008】ここで、ソース・ドレイン拡散層3上に厚
膜シリコン酸化膜12を形成する必要がある理由につい
て説明する。コンタクトレスセルは各メモリセルにおい
てコンタクトを取る代わりに、隣接する複数のセルでソ
ース・ドレイン拡散層を共有し、複数のセル毎に一箇所
でコンタクトを取っている。このため、隣接するセルの
間においてソース・ドレイン拡散層3が連続して形成さ
れていなければならない。而して、コントロールゲート
9とフローティングゲート7とを形成するエッチング工
程においては、ソース・ドレイン拡散層3上の導電膜層
はコントロールゲートを形成するための第2導電膜層が
存在しているだけであるので、ソース・ドレイン拡散層
3上に厚膜のシリコン酸化膜が存在していない場合に
は、第2の導電膜層がエッチングされた時点で、ソース
・ドレイン拡散層3が剥き出しになり、次の第1導電膜
層のエッチングの際に基板がエッチングされ、ソース・
ドレイン拡散層が断線してしまう可能性がある。この厚
膜シリコン酸化膜12はこのエッチング時にエッチング
ストッパー膜として機能し、ソース・ドレイン拡散層の
断線を防止している。
Here, the reason why the thick silicon oxide film 12 needs to be formed on the source / drain diffusion layer 3 will be described. In the contactless cell, instead of taking a contact in each memory cell, a source / drain diffusion layer is shared by a plurality of adjacent cells, and a contact is taken at one place for each of a plurality of cells. Therefore, the source / drain diffusion layers 3 must be formed continuously between adjacent cells. Thus, in the etching step for forming the control gate 9 and the floating gate 7, the conductive film layer on the source / drain diffusion layer 3 only has the second conductive film layer for forming the control gate. Therefore, if the thick silicon oxide film does not exist on the source / drain diffusion layer 3, the source / drain diffusion layer 3 is exposed when the second conductive film layer is etched. When the next first conductive film layer is etched, the substrate is etched,
There is a possibility that the drain diffusion layer is disconnected. This thick silicon oxide film 12 functions as an etching stopper film at the time of this etching and prevents disconnection of the source / drain diffusion layers.

【0009】この第1の従来例では、フローティングゲ
ート7の側面をもコントロールゲートで覆っているため
フローティングゲートとコントロールゲート9との結合
容量を大きくすることができる。しかし、この構造で
は、フローティングゲート7の下に、厚膜シリコン酸化
膜12のバーズビークが入ってしまう。このようにフロ
ーティングゲート下にバーズビークが食い込んだ構造で
は、書き込み消去動作の繰り返しによる特性変動が大き
くなることが、信学技報エスディーエム(SDM)94
−169,41頁から46頁に報告されている。
In the first conventional example, since the side surface of the floating gate 7 is also covered with the control gate, the coupling capacitance between the floating gate and the control gate 9 can be increased. However, in this structure, a bird's beak of the thick silicon oxide film 12 enters below the floating gate 7. In such a structure in which bird's beaks bite under the floating gate, the characteristic fluctuation due to the repetition of the write / erase operation becomes large.
-169, pp. 41-46.

【0010】図12は、特開平5−15251号公報に
て提案された不揮発性半導体記憶装置の断面図である
(以下、この従来例を第2の従来例という)。この第2
の従来例の平面図は、図7に示す第1の従来例の平面図
と同様であり、図12は図7のX−X線に相当する断面
での断面図である。この従来例では、第1の従来例にお
いて熱酸化により形成していた厚膜シリコン酸化膜12
に代え、CVD法により堆積したシリコン酸化膜をエッ
チバックして表面が平坦な厚膜シリコン酸化膜12aを
形成している。この従来例によれば、コントロールゲー
トおよびフローティングゲートを形成する際のエッチン
グ時に問題となるソース・ドレイン拡散層3の断線をよ
り確実に防止できる。また、第1の従来例で問題となる
フローティングゲート下へのバーズビークの食い込みの
問題も解決される。
FIG. 12 is a cross-sectional view of a nonvolatile semiconductor memory device proposed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. HEI 5-15251 (hereinafter, this conventional example is referred to as a second conventional example). This second
The plan view of the conventional example is the same as the plan view of the first conventional example shown in FIG. 7, and FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line XX in FIG. In this conventional example, a thick silicon oxide film 12 formed by thermal oxidation in the first conventional example is used.
Instead, the silicon oxide film deposited by the CVD method is etched back to form a thick silicon oxide film 12a having a flat surface. According to this conventional example, disconnection of the source / drain diffusion layer 3 which is a problem at the time of etching when forming the control gate and the floating gate can be more reliably prevented. Also, the problem of bird's beak biting under the floating gate, which is a problem in the first conventional example, is solved.

【0011】また、コンタクトレス方式ではないが、図
13、図14に示される構造をもつ不揮発性メモリも提
案されている。図14は、そのメモリセルアレイの平面
図であり、図13はそのI−I方向に沿った断面図であ
る。図13、図14において、図7、図8の部分に対応
する部分には同一の参照番号が付せられている。この従
来例では、フローティングゲート7に自己整合させて基
板をエッチングして溝を形成し、その溝内を素子分離酸
化膜13をその表面が基板表面より低くなるように埋め
込むことにより、コントロールゲート9が第2ゲート絶
縁膜8を介してフローティングゲートの側面とも接する
ように形成する。このようにすることによって、容量比
を増加させつつ、セルサイズの縮小を図ることができ
る。しかし、コンタクトレスではないため、セルサイズ
の縮小化の面では十分ではない。
Although not of the contactless type, a nonvolatile memory having the structure shown in FIGS. 13 and 14 has also been proposed. FIG. 14 is a plan view of the memory cell array, and FIG. 13 is a cross-sectional view along the II direction. 13 and 14, parts corresponding to parts in FIGS. 7 and 8 are denoted by the same reference numerals. In this conventional example, the substrate is etched by being self-aligned with the floating gate 7 to form a groove, and an element isolation oxide film 13 is buried in the groove so that the surface thereof is lower than the substrate surface. Is formed so as to be in contact with the side surface of the floating gate via the second gate insulating film 8. By doing so, it is possible to reduce the cell size while increasing the capacity ratio. However, since it is not contactless, the reduction in cell size is not sufficient.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上述した第1の従来例
では、フローティングゲート下にバーズビークが食い込
むことにより特性が不安定になるという問題があり、一
方、第2の従来例では、コントロールゲート9がフロー
ティングゲート7の側面には存在しないため、その分コ
ントロールゲート9とフローティングゲート7の結合容
量が小さくなり、低電圧駆動には不利になる。したがっ
て、本発明の解決すべき課題は、コンタクトレスセル方
式を採用することによりセルサイズの縮小化を図りつ
つ、バーズビークの発生を防止するとともにフローティ
ングゲートとコントロールゲートの結合容量を増加させ
ることである。
In the above-mentioned first conventional example, there is a problem that the characteristics become unstable due to bird's beaks penetrating under the floating gate. On the other hand, in the second conventional example, the control gate 9 has a problem. Does not exist on the side surface of the floating gate 7, the coupling capacitance between the control gate 9 and the floating gate 7 is reduced accordingly, which is disadvantageous for low voltage driving. Therefore, the problem to be solved by the present invention is to reduce the cell size by adopting a contactless cell system, prevent bird's beaks, and increase the coupling capacitance between the floating gate and the control gate. .

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上述した本発明の課題
は、フローティングゲートの一方の側面に自己整合され
た溝を形成し溝の底面および側面にソース・ドレイン拡
散層を形成した後、溝内絶縁膜をその表面高さがフロ
ーティングゲートの下面より低くなるように埋め込み、
溝に直交するようにコントロールゲートを形成するとに
よって、解決することができる。
SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to form a self-aligned groove on one side of a floating gate and form source / drain diffusion layers on the bottom and side of the groove. The insulation film is
Embedded below the bottom of the operating gate ,
This can be solved by forming the control gate so as to be orthogonal to the groove.

【0014】[作用]本発明の不揮発性半導体記憶装置
では、基板をエッチングして形成した溝の底面および側
面にソース・ドレイン拡散層が形成され、溝内がエッチ
ングストッパーとなる絶縁膜により埋め込まれている。
この構成により、フローティングゲート下にバーズビー
クが食い込むことがなくなるとともに、コントロールゲ
ートはフローティングゲートの上面および側面でゲート
絶縁膜を介して接するように配置される。したがって、
本発明によれば、動作が安定でコントロールゲートに係
る容量比の大きい不揮発性半導体記憶装置を提供するこ
とが可能になる。
[Operation] In the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, a source / drain diffusion layer is formed on the bottom and side surfaces of a groove formed by etching a substrate, and the inside of the groove is filled with an insulating film serving as an etching stopper. ing.
With this configuration, the bird's beak does not go under the floating gate, and the control gate is arranged so as to be in contact with the upper surface and the side surface of the floating gate via the gate insulating film. Therefore,
According to the present invention, it is possible to provide a nonvolatile semiconductor memory device that operates stably and has a large capacitance ratio related to the control gate.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明による不揮発性半導体記憶
装置は、第1導電型の半導体層の表面上に平行に形成さ
れた複数の溝と、前記溝の底面および側面に形成された
第2導電型の不純物領域と、前記溝内に埋め込まれた埋
め込み絶縁膜と、前記溝に直交するように前記半導体基
板上に形成された複数のコントロールゲートと、前記半
導体層のメサ部と前記コントロールゲートとの交差部に
おいて、前記半導体層と前記コントロールゲートとの間
にそれぞれ第1のゲート絶縁膜と第2のゲート絶縁膜を
介して形成されたフローティングゲートと、を有してい
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention comprises a plurality of grooves formed in parallel on the surface of a semiconductor layer of a first conductivity type, and second grooves formed on the bottom and side surfaces of the grooves. A conductive impurity region, a buried insulating film buried in the trench, a plurality of control gates formed on the semiconductor substrate so as to be orthogonal to the trench, a mesa portion of the semiconductor layer, and the control gate A floating gate formed between the semiconductor layer and the control gate via a first gate insulating film and a second gate insulating film, respectively.

【0016】また、本発明による不揮発性半導体記憶装
置の製造方法は、(1)半導体基板上に設けられた第1
導電型の半導体層上に第1のゲート絶縁膜を介して第1
の導電膜層を形成する工程と、(2)前記第1の導電膜
層上に第1のレジスト膜を形成しこれをマスクとして前
記半導体層内に達するようにエッチングを行い、前記第
1の導電膜層を短冊状に加工するとともに前記半導体層
の平行に複数の溝を形成する工程と、(3)前記半導体
層の表面に第2導電型の不純物を導入して、前記溝の底
面および側面に第2導電型の不純物領域を形成する工程
と、(4)前記溝内を絶縁膜によって埋め込む工程と、
(5)前記第1の導電膜層上の表面に第2ゲート絶縁膜
を形成し全面に第2の導電膜層を形成する工程と、
(6)前記第2の導電膜層上に第2のレジスト膜を形成
しこれをマスクとして前記2および第1の導電膜層を選
択的にエッチングして、前記溝に直交する複数の長尺の
コントロールゲートと複数のフローティングゲートとを
形成する工程と、を有している。
Further, a method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention includes:
A first gate insulating film on the conductive type semiconductor layer,
(2) forming a first resist film on the first conductive film layer and performing etching using the first resist film as a mask to reach the inside of the semiconductor layer; Processing the conductive film layer into a strip shape and forming a plurality of grooves in parallel with the semiconductor layer; and (3) introducing a second conductivity type impurity into the surface of the semiconductor layer to form a bottom surface of the groove and Forming a second conductivity type impurity region on the side surface; and (4) filling the trench with an insulating film.
(5) forming a second gate insulating film on the surface of the first conductive film layer and forming a second conductive film layer on the entire surface;
(6) A second resist film is formed on the second conductive film layer, and the second and first conductive film layers are selectively etched using the second resist film as a mask to form a plurality of elongated films orthogonal to the grooves. Forming a plurality of control gates and a plurality of floating gates.

【0017】[0017]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。図1は、本発明の一実施例を示す平
面図であり、図2は、図1のA−A線での断面図であ
る。図2に示すように、n型シリコン基板1の主表面上
にp型不純物領域2が形成されており、そのp型不純物
領域2上に、例えば二酸化シリコンからなる第1ゲート
絶縁膜6を介して、例えばポリシリコンからなるフロー
ティングゲート7が形成されている。このフローティン
グゲート7に自己整合されてp型不純物領域2に溝4が
形成されており、この溝4の底面および側面に、ソース
・ドレイン拡散層3が形成されている。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. As shown in FIG. 2, p-type impurity region 2 is formed on the main surface of n-type silicon substrate 1, and a first gate insulating film 6 made of, for example, silicon dioxide is formed on p-type impurity region 2 via the same. Thus, a floating gate 7 made of, for example, polysilicon is formed. A groove 4 is formed in the p-type impurity region 2 so as to be self-aligned with the floating gate 7, and a source / drain diffusion layer 3 is formed on the bottom and side surfaces of the groove 4.

【0018】この溝4は、後の工程で形成するエッチン
グストッパーの絶縁膜厚と、同じ深さにすることが望ま
しく、このエッチングストッパーは、コントロールゲー
トと第2ゲート絶縁膜とフローティングゲートのパター
ニング時に、隣接するセル間のソース・ドレイン拡散層
がエッチングされない程度の厚さを必要とする。このエ
ッチングストッパーとなる埋め込み絶縁膜は、例えば二
酸化シリコンからなり、この埋め込み絶縁膜上と、フロ
ーティングゲート7の上面および側面上に、例えば二酸
化シリコンで窒化シリコンを挟んだ3層の膜からなる第
2ゲート絶縁膜8を介して、コントロールゲート9が形
成されている。
It is desirable that the groove 4 has the same depth as the insulating film thickness of an etching stopper formed in a later step. This etching stopper is used for patterning the control gate, the second gate insulating film and the floating gate. In addition, the thickness needs to be such that the source / drain diffusion layers between adjacent cells are not etched. The buried insulating film serving as the etching stopper is made of, for example, silicon dioxide. On the buried insulating film and on the upper surface and the side surface of the floating gate 7, for example, a second film made of three layers sandwiching silicon nitride with silicon dioxide is used. A control gate 9 is formed via a gate insulating film 8.

【0019】次に、本実施例の半導体記憶装置の製造方
法を図3〜図6を参照して、詳細に説明する。まず、n
型シリコン基板1の主表面にp型不純物領域2を形成
し、既知の方法により素子分離領域(図示なし)を形成
した後、図3に示すように、前記p型不純物領域2上に
第1ゲート絶縁膜6を形成し、さらにその上に例えばポ
リシリコンからなる第1導電膜層7aを形成した後、フ
ォトリソグラフィ法により所定のパターンのレジスト膜
10を形成する。この第1ゲート絶縁膜6の厚さは例え
ば10nm、第1導電膜層7aの厚さは例えば150n
mである。
Next, a method of manufacturing the semiconductor memory device according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. First, n
After a p-type impurity region 2 is formed on the main surface of the silicon substrate 1 and an element isolation region (not shown) is formed by a known method, a first region is formed on the p-type impurity region 2 as shown in FIG. After a gate insulating film 6 is formed and a first conductive film layer 7a made of, for example, polysilicon is formed thereon, a resist film 10 having a predetermined pattern is formed by photolithography. The thickness of the first gate insulating film 6 is, for example, 10 nm, and the thickness of the first conductive film layer 7a is, for example, 150 n.
m.

【0020】次に、図4に示すように、レジスト膜10
をマスクにして、第1導電膜層7a、第1ゲート絶縁膜
6および、p型不純物領域2をエッチングし、フローテ
ィングゲートに自己整合された溝4を形成する。溝4の
深さは例えば150nmである。次に、レジスト膜10
を除去し、例えば砒素などのイオンを、第1導電膜層7
をマスクにして注入する。この際、半導体基板に対する
注入の角度が、例えば30度になるように半導体基板全
体を傾け、さらに半導体基板を回転させながら注入す
る。これにより、溝4の両側の側面にもイオンを注入で
き、溝4の側面および底面に、ソース・ドレイン拡散層
3が形成される。レジスト膜10をイオン注入前に除去
するのは、斜めイオン注入を行うためレジスト膜10が
あると陰になって所望の領域にイオンが注入されないか
らである。
Next, as shown in FIG.
Is used as a mask, the first conductive film layer 7a, the first gate insulating film 6, and the p-type impurity region 2 are etched to form the trench 4 self-aligned with the floating gate. The depth of the groove 4 is, for example, 150 nm. Next, the resist film 10
Is removed, and ions such as arsenic are removed from the first conductive film layer 7.
Is used as a mask for implantation. At this time, the entire semiconductor substrate is tilted so that the angle of implantation with respect to the semiconductor substrate is, for example, 30 degrees, and the implantation is further performed while rotating the semiconductor substrate. As a result, ions can be implanted into the side surfaces on both sides of the groove 4, and the source / drain diffusion layers 3 are formed on the side surfaces and the bottom surface of the groove 4. The reason that the resist film 10 is removed before the ion implantation is that the oblique ion implantation is performed, so that if the resist film 10 is present, the resist film 10 is shaded and ions are not implanted into a desired region.

【0021】次に、図5に示すように、例えばCVD法
によってこの溝を完全に埋め込むシリコン酸化膜5aを
形成する。その後、図6に示すように、異方性エッチン
グによりエツチバックして、溝の中に埋め込み酸化膜5
が残るようにする。この時、埋め込み酸化膜5の表面が
第1導電膜層7aの下面よりも幾分低くなるようにエッ
チングする。次に、第2ゲート絶縁膜8を形成し、その
上にコントロールゲートを形成するための第2導電膜層
を形成する。この第2ゲート絶縁膜は、例えば、二酸化
シリコン、窒化シリコン、二酸化シリコンの3層構造の
膜であり、全体の膜厚が例えば酸化膜換算にして15n
mの厚さになるようにする。第2導電膜層は、例えば、
厚さ150nmのポリシリコンと厚さ150nmのタン
グステンシリサイドの2層になっている。この第2導電
膜層と、第2ゲート絶縁膜8および第1導電膜層7a
を、溝4に直交する方向に延在するレジスト膜をマスク
にエッチングすることにより、コントロールゲート9、
フローティングゲート7を形成して、図2に示す構造の
メモリセルが得られる。この後、層間絶縁膜を堆積し、
コンタクトホールを開設してから、Al等を用いて配線
を形成することにより不揮発性半導体記憶装置が製作さ
れる。
Next, as shown in FIG. 5, a silicon oxide film 5a that completely fills the trench is formed by, eg, CVD. Thereafter, as shown in FIG. 6, the oxide film 5 is etched back by anisotropic etching to bury the oxide film 5 in the groove.
So that it remains. At this time, the etching is performed so that the surface of the buried oxide film 5 is slightly lower than the lower surface of the first conductive film layer 7a. Next, a second gate insulating film 8 is formed, and a second conductive film layer for forming a control gate is formed thereon. The second gate insulating film is a film having a three-layer structure of, for example, silicon dioxide, silicon nitride, and silicon dioxide.
m thickness. The second conductive film layer is, for example,
It is composed of two layers of polysilicon having a thickness of 150 nm and tungsten silicide having a thickness of 150 nm. The second conductive film layer, the second gate insulating film 8 and the first conductive film layer 7a
Are etched using a resist film extending in a direction orthogonal to the groove 4 as a mask, so that the control gate 9
By forming the floating gate 7, a memory cell having the structure shown in FIG. 2 is obtained. After that, an interlayer insulating film is deposited,
After opening a contact hole, a wiring is formed using Al or the like, whereby a nonvolatile semiconductor memory device is manufactured.

【0022】このようにして形成された不揮発性半導体
記憶装置では、フローティングゲート7とコントロール
ゲート9とが第2ゲート絶縁膜8を介して対向する領域
が、フローティングゲート7の上面だけでなく側面にも
存在するため、その分だけフローティングゲート7とコ
ントロールゲート9の結合容量が増加する。例として、
チャネル長を0.3μm、チャネルの幅(フローティン
グゲートの図2の紙面に垂直方向の長さ)を0.3μ
m、フローティングゲートの膜厚を150nm、第1ゲ
ート絶縁膜の酸化膜換算膜厚を7nm、第2ゲート絶縁
膜の酸化膜換算膜厚を14nmであるものとして、不揮
発性半導体記憶装置の容量比を、第2の従来例と本発明
の実施例で比較する。
In the nonvolatile semiconductor memory device thus formed, the region where the floating gate 7 and the control gate 9 oppose each other with the second gate insulating film 8 interposed therebetween is formed not only on the upper surface but also on the side surface of the floating gate 7. Therefore, the coupling capacitance between the floating gate 7 and the control gate 9 increases accordingly. As an example,
The channel length is 0.3 μm, and the channel width (the length of the floating gate in the direction perpendicular to the plane of FIG. 2) is 0.3 μm.
m, the thickness of the floating gate is 150 nm, the equivalent oxide thickness of the first gate insulating film is 7 nm, and the equivalent oxide thickness of the second gate insulating film is 14 nm. Is compared between the second conventional example and the embodiment of the present invention.

【0023】フローティングゲートの上面の面積は、A
=0.3×0.3=0.09μm2となり、フローティ
ングゲートの側面の面積は、B=0.3×0.15=
0.045μm2 となる。 第2の従来例の容量比=(A/0.014)/(A/
0.014+A/0.007)=0.33 本発明の実施例のセルの容量比=(A/0.014+2
B/0.014)/(A/0.014+A/0.007
+2B/0.014)=0.5 となり、本発明により第2の従来例に比較して1.5倍
の容量比が得られる。ここで、フローティングゲートの
側面の第2ゲート絶縁膜の酸化膜換算膜厚を、フローテ
ィングゲートの上面の第2ゲート絶縁膜の酸化膜換算膜
厚と等しいとした。
The area of the upper surface of the floating gate is A
= 0.3 × 0.3 = 0.09 μm 2 , and the area of the side surface of the floating gate is B = 0.3 × 0.15 =
0.045 μm 2 . Capacity ratio of the second conventional example = (A / 0.014) / (A /
0.014 + A / 0.007) = 0.33 The capacity ratio of the cell of the embodiment of the present invention = (A / 0.014 + 2)
B / 0.014) / (A / 0.014 + A / 0.007
+ 2B / 0.014) = 0.5, and a capacity ratio 1.5 times higher than that of the second conventional example can be obtained by the present invention. Here, the equivalent oxide film thickness of the second gate insulating film on the side surface of the floating gate was assumed to be equal to the equivalent oxide film thickness of the second gate insulating film on the upper surface of the floating gate.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の不揮発性
半導体記憶装置は、フローティングゲートの両サイドに
溝を掘り、その底面および側面にソース・ドレイン拡散
層を形成し、エッチングストッパーとなる絶縁膜をその
溝に埋め込むようにしたものであるので、コンタクトレ
ス方式による利点を活かしてセルアレイの縮小化を図り
つつ、バーズビークのフローティングゲート下への食い
込みを防止するとともにフローティングゲートの結合容
量を増加させることができる。したがって、本発明によ
れば、動作の安定性が高く、書き込み速度が高く、かつ
高密度に集積化された不揮発性半導体記憶装置を提供す
ることが可能になる。
As described above, in the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, trenches are dug on both sides of the floating gate, source / drain diffusion layers are formed on the bottom and side surfaces thereof, and an insulating stopper serving as an etching stopper is formed. Since the film is buried in the groove, the advantage of the contactless method is utilized to reduce the size of the cell array, prevent bird's beaks from digging under the floating gate, and increase the coupling capacitance of the floating gate. be able to. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a nonvolatile semiconductor memory device having high operation stability, high writing speed, and high density integration.

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

【図1】本発明の一実施例のセルアレイを示す平面図。FIG. 1 is a plan view showing a cell array according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−A線での断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.

【図3】本発明の一実施例の製造方法を説明するための
工程途中段階での断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing method according to an embodiment of the present invention at an intermediate stage of the process.

【図4】本発明の一実施例の製造方法を説明するための
工程途中段階での断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing method according to an embodiment of the present invention at an intermediate stage of the process.

【図5】本発明の一実施例の製造方法を説明するための
工程途中段階での断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing method according to an embodiment of the present invention at an intermediate stage of the process.

【図6】本発明の一実施例の製造方法を説明するための
工程途中段階での断面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing method according to an embodiment of the present invention at an intermediate stage of the process.

【図7】第1の従来例のセルアレイの平面図。FIG. 7 is a plan view of a first conventional cell array.

【図8】図7のX−X線での断面図。FIG. 8 is a sectional view taken along line XX of FIG. 7;

【図9】第1の従来例の製造方法を説明するための工程
途中段階での断面図。
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing method of the first conventional example at an intermediate stage of a process.

【図10】第1の従来例の製造方法を説明するための工
程途中段階での断面図。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing method of the first conventional example at an intermediate stage of the process.

【図11】第1の従来例の製造方法を説明するための工
程途中段階での断面図。
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing method of the first conventional example at an intermediate stage of the process.

【図12】第2の従来例の断面図。FIG. 12 is a sectional view of a second conventional example.

【図13】他の従来例の断面図。FIG. 13 is a sectional view of another conventional example.

【図14】他の従来例の平面図。FIG. 14 is a plan view of another conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 n型シリコン基板 2 p型不純物領域 3 ソース・ドレイン拡散層 4 溝 5 埋め込み酸化膜 5a シリコン酸化膜 6 第1ゲート絶縁膜 7 フローティングゲート 7a 第1導電膜層 8 第2ゲート絶縁膜 9 コントロールゲート 10 レジスト膜 11 コンタクト 12、12a 厚膜シリコン酸化膜 13 素子分離酸化膜 Reference Signs List 1 n-type silicon substrate 2 p-type impurity region 3 source / drain diffusion layer 4 trench 5 buried oxide film 5 a silicon oxide film 6 first gate insulating film 7 floating gate 7 a first conductive film layer 8 second gate insulating film 9 control gate Reference Signs List 10 resist film 11 contact 12, 12a thick silicon oxide film 13 element isolation oxide film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/8247 H01L 27/115 H01L 29/788 H01L 29/792 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/8247 H01L 27/115 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1導電型の半導体領域の表面上に平行
に形成された複数の溝と、前記溝の底面および側面に形
成された第2導電型の不純物領域と、前記溝内に埋め込
まれた埋め込み絶縁膜と、前記溝に直交するように前記
半導体領域上に形成された複数のコントロールゲート
と、前記半導体領域のメサ部と前記コントロールゲート
との交差部において、前記半導体領域と前記コントロー
ルゲートとの間にそれぞれ第1のゲート絶縁膜と第2の
ゲート絶縁膜を介して形成されたフローティングゲート
と、を有する不揮発性半導体記憶装置において、前記フ
ローティングゲートの前記溝と平行な側面は溝の側面
と、その前記コントロールゲートと平行な側面はコント
ロールゲートの側面とそれぞれ一致しており、かつ、前
記埋め込み絶縁膜の上面は前記フローティングゲートの
下面より低いことを特徴とする不揮発性半導体記憶装
置。
1. A plurality of grooves formed in parallel on the surface of a semiconductor region of a first conductivity type, an impurity region of a second conductivity type formed on the bottom and side surfaces of the groove, and embedded in the groove. a buried insulating film, a plurality of control gates formed on said semiconductor region so as to be perpendicular to the grooves, the intersection of the mesa portion and the control gate of said semiconductor region, said control and said semiconductor region A non-volatile semiconductor memory device having a floating gate formed between a first gate insulating film and a second gate insulating film between the gate and the gate;
The side of the loading gate parallel to the groove is the side of the groove
And the side parallel to the control gate
In front of the roll gate
The upper surface of the buried insulating film is
A nonvolatile semiconductor memory device characterized by being lower than a lower surface .
【請求項2】 前記コントロールゲートは、前記フロー
ティングゲートの前記溝と平行な側面をも覆うように形
成されていることを特徴とする請求項1記載の不揮発性
半導体記憶装置。
2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein said control gate is formed so as to cover a side surface of said floating gate parallel to said groove .
【請求項3】 (1)第1導電型の半導体領域上に第1
のゲート絶縁膜を介して第1の導電膜層を形成する工程
と、 (2)前記第1の導電膜層および前記半導体領域に対し
て連続してエッチングを行い、前記第1の導電膜層を短
冊状に加工するとともに前記半導体領域に、平行に複数
の溝を形成する工程と、 (3)前記半導体領域の表面に第2導電型の不純物を導
入して、前記溝の底面および側面に第2導電型の不純物
領域を形成する工程と、 (4)前記溝内絶縁膜をその表面高さが前記第1の導
電膜層の下面より低くなるように埋め込む工程と、 (5)前記第1の導電膜層上の表面に第2ゲート絶縁膜
を形成し全面に第2の導電膜層を形成する工程と、 (6)前記第2および第1の導電膜層を連続して選択的
にエッチングして、前記溝に直交する複数本のコントロ
ールゲートおよび複数のフローティングゲートを形成す
る工程と、 を有することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製
造方法。
3. The method according to claim 1, wherein: (1) forming a first conductive type semiconductor region on the semiconductor region ;
Forming a first conductive film layer with the gate insulating film interposed therebetween; and (2) forming a first conductive film layer and the semiconductor region with respect to the first conductive film layer and the semiconductor region.
Etching is carried out continuously Te, the semiconductor regions with processing the first conductive film layer into strips, and forming a plurality of grooves in parallel, (3) a second conductive on the surface of the semiconductor region by introducing the type of impurity, and forming an impurity region of a second conductivity type on the bottom and side surfaces of the groove, (4) the surface height of the insulating film in the trench is the first guide
Burying to be lower than the lower surface of the conductive layer, and forming a (5) a second conductive film layer on the entire surface to form a second gate insulating film on the surface on the first conductive film layer, (6) continuously and selectively etching the second and first conductive film layers to form a plurality of control gates and a plurality of floating gates orthogonal to the groove. Manufacturing method of a nonvolatile semiconductor memory device.
【請求項4】 前記第(3)の工程においては、基板を
回転しつつ基板に対し斜め方向から不純物イオンを注入
することを特徴とする請求項3記載の不揮発性半導体記
憶装置の製造方法。
4. The method according to claim 3, wherein, in the step (3), impurity ions are implanted into the substrate obliquely while rotating the substrate.
【請求項5】 前記第(4)の工程においては、全面に
絶縁膜を堆積し、これをその表面が前記第1の導電膜層
の下面より低くなるようにエッチバックすることを特徴
とする請求項3記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方
法。
5. The method according to claim 4, wherein in the step (4), an insulating film is deposited on the entire surface and etched back so that the surface thereof is lower than the lower surface of the first conductive film layer. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 3.
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