JP3152749B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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- Non-Volatile Memory (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、浮遊ゲート及び制御ゲ
ートからなる2層ゲート構造を有する不揮発性半導体記
憶装置の構造及びその製造方法、消去方法に関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a nonvolatile semiconductor memory device having a two-layer gate structure including a floating gate and a control gate, a method of manufacturing the same, and an erasing method.
【0002】[0002]
【従来の技術】浮遊ゲート及び制御ゲートからなる2層
ゲート構造のMOSトランジスタをメモリセルとして備
えた電気的消去型不揮発性半導体記憶装置、例えば、フ
ラッシュ型EEPROM(Electrically Erasable and P
rogrammable ROM)では、メモリセルの浮遊ゲートに選択
的に電荷、例えば電子を注入することによってデータの
プログラム(書込み)が行われ、メモリセルの浮遊ゲー
トから選択的に電荷、例えば電子を引き抜くことによっ
てデータの消去が行われる。2. Description of the Related Art An electrically erasable nonvolatile semiconductor memory device having as a memory cell a MOS transistor having a two-layer gate structure including a floating gate and a control gate, for example, a flash type EEPROM (Electrically Erasable and PRAM).
In the program (programmable ROM), data is programmed (written) by selectively injecting charges, for example, electrons, into the floating gate of the memory cell, and by selectively extracting charges, for example, electrons from the floating gate of the memory cell. Data is erased.
【0003】このような2層ゲート構造のMOSトラン
ジスタからなるメモリセルにおけるデータの書き込み
は、制御ゲートとドレイン領域とに高電圧を加え、ソー
ス領域とドレイン領域との間のチャネル領域のドレイン
領域近傍で電子、正孔対を発生させ、このうちの電子を
浮遊ゲートに注入することにより行われる。データの読
み出しは、制御ゲートとドレイン領域とに読みだし電圧
を加えることによって行われる。このデータの読みだし
時には、予め浮遊ゲートに電子が注入されているメモリ
セルの場合には、閾値電圧が上昇しており、制御ゲート
に読みだし電圧を加えても、そのメモリセルはオンしな
い。他方、浮遊ゲートに電子が注入されていないメモリ
セルの場合には閾値電圧が元の低い状態になっており、
制御ゲートに読みだし電圧を加えるとそのメモリセルは
オンする。したがって、データ読みだし時には、メモリ
セルに電流が流れるか否かで記憶データが判定される。
さらに、データの消去は、ソース領域に高電圧を加える
ことによって、浮遊ゲートからソース領域にF−N(Fo
wler-Nordheim)トンネル電流(以下、F−N電流とい
う)が生じ、浮遊ゲートに蓄えられていた電子がソース
に放出されることにより行われる。In writing data in such a memory cell comprising a MOS transistor having a two-layer gate structure, a high voltage is applied to a control gate and a drain region, and a channel region between a source region and a drain region is formed near a drain region. This generates an electron-hole pair, and injects the electrons into the floating gate. Data reading is performed by applying a reading voltage to the control gate and the drain region. At the time of reading this data, in the case of a memory cell in which electrons have been injected into the floating gate in advance, the threshold voltage has risen, and even if a reading voltage is applied to the control gate, the memory cell does not turn on. On the other hand, in the case of a memory cell in which electrons are not injected into the floating gate, the threshold voltage is in the original low state,
When a read voltage is applied to the control gate, the memory cell turns on. Therefore, at the time of data reading, the stored data is determined by whether or not a current flows through the memory cell.
Further, in erasing data, a high voltage is applied to the source region, so that FN (Fo) is applied from the floating gate to the source region.
This is performed by generating a wler-Nordheim tunnel current (hereinafter, referred to as FN current) and discharging electrons stored in the floating gate to the source.
【0004】図13は、従来のフラッシュ型EEPRO
Mのメモリセルの断面図である。P型シリコン半導体基
板1の表面領域には、N+不純物拡散領域が形成され、
これをソ−ス領域7およびドレイン領域8とする。これ
らソ−ス/ドレイン領域7、8の外側を囲むようにN−
低濃度不純物拡散領域71、81が形成されており、こ
の半導体基板1に形成されるMOSトランジスタの耐圧
を高めている。半導体基板1のソ−ス/ドレイン領域
7、8間の領域の上にシリコン酸化膜からなる厚さが1
00オングストロ−ム程度の第1のゲ−ト絶縁膜2が熱
酸化などにより形成され、その上に浮遊ゲ−ト3が1層
目のポリシリコンにより形成される。この浮遊ゲ−ト3
の上に、例えば、シリコン酸化膜/シリコン窒化膜/シ
リコン酸化膜の積層体からなる第2のゲ−ト絶縁膜4が
形成され、その上に制御ゲ−ト5が形成されている。制
御ゲ−ト5は、2層目のポリシリコンからなるが、ポリ
シリコン膜の上に高融点金属やそのシリサイド膜を堆積
させてゲ−トの抵抗を下げることも行われている。ソ−
ス/ドレイン領域7、8は、部分的にゲ−トの下にまで
延在しているので、ゲ−トの両端はそれぞれ両領域上に
配置されている。FIG. 13 shows a conventional flash type EEPROM.
It is sectional drawing of M memory cell. In the surface region of the P-type silicon semiconductor substrate 1, an N + impurity diffusion region is formed,
These are referred to as a source region 7 and a drain region 8. These source - so as to surround the outside of the scan / drain regions 7, 8 N -
The low concentration impurity diffusion regions 71 and 81 are formed, and the withstand voltage of the MOS transistor formed on the semiconductor substrate 1 is increased. On the region between the source / drain regions 7 and 8 of the semiconductor substrate 1, a silicon oxide film having a thickness of 1
A first gate insulating film 2 of about 00 angstroms is formed by thermal oxidation or the like, and a floating gate 3 is formed thereon by a first layer of polysilicon. This floating gate 3
On top of this, a second gate insulating film 4 made of, for example, a laminate of a silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film is formed, and a control gate 5 is formed thereon. The control gate 5 is made of a second layer of polysilicon, but a high melting point metal or a silicide film thereof is deposited on the polysilicon film to lower the resistance of the gate. Saw
Since the source / drain regions 7 and 8 partially extend below the gate, both ends of the gate are respectively disposed on both regions.
【0005】ところで、このメモリセルのデータ消去
は、ソース領域に高電圧を加えることによって行われる
ことは前述の通りである。この消去時に、浮遊ゲートの
ソース側下端部(図中、Aで示した部分)で電界集中が
生じ、そこにF−N電流が流れると、その時の電流量
は、各セルトランジスタのゲート下端部(Aの部分)形
状に大きく依存する。通常は、かなり凹凸があり、とく
に角がとがり易いので、このセルトランジスタの消去特
性は大きくばらついてしまう。そこで、図14に示すよ
うなゲート下端部での電界集中を回避するためにゲート
下端部にバーズピーク(図14のBで示した部分)を入
れ、角を丸めたEEPROMのメモリセルも知られてい
る。このメモリセルのソースN+拡散領域表面の不純物
濃度プロファイルを図15に示す。浮遊ゲート3のソー
ス7側端部延長線上を原点として、ソ−ス/ドレイン領
域間のチャネル方向に+xをとっている。一般に、ソー
ス領域7は、ゲート5をマスクにして不純物をイオン注
入法などにより半導体基板1中へ導入し、これを熱拡散
させることにより形成している。As described above, the data erasure of the memory cell is performed by applying a high voltage to the source region. At the time of this erasing, electric field concentration occurs at the lower end of the floating gate on the source side (indicated by A in the figure), and when the FN current flows there, the amount of current at that time is reduced by the lower end of the gate of each cell transistor. (Part A) It largely depends on the shape. Normally, the cell transistor has considerable irregularities, and particularly has a sharp corner, so that the erasing characteristics of the cell transistor greatly vary. To avoid electric field concentration at the lower end of the gate as shown in FIG. 14, a bird's peak (portion indicated by B in FIG. 14) is inserted at the lower end of the gate, and an EEPROM memory cell having a rounded corner is also known. ing. FIG. 15 shows an impurity concentration profile of the surface of the source N + diffusion region of the memory cell. With the origin on the extension of the end of the floating gate 3 on the source 7 side, + x is set in the channel direction between the source / drain regions. Generally, the source region 7 is formed by introducing impurities into the semiconductor substrate 1 by ion implantation or the like using the gate 5 as a mask, and thermally diffusing the impurities.
【0006】従って、不純物導入時マスキングされてい
るゲート下部では横から拡散されてくる不純物しかない
ため、図15に示すように浮遊ゲ−ト3の奥へ入る程、
不純物濃度は単調に下がる傾向を持っている。すなわ
ち、ソ−ス/ドレイン領域7、8は、その端部が浮遊ゲ
−ト3の下にまで延在しているので、浮遊ゲ−ト3直下
の部分と浮遊ゲ−ト3から離れた部分に分けられる。浮
遊ゲ−ト直下の部分は、図15の不純物濃度分布図の原
点から+xのチャネル方向の領域に相当し、浮遊ゲ−ト
から離れた部分は、前記原点から−x方向の領域に相当
する。この図は、ソ−ス領域の表面不純物濃度の分布を
示し、浮遊ゲ−ト直下の部分は、先に説明した通りであ
り、浮遊ゲ−トから離れた部分の表面不純物濃度は、ほ
とんどの部分が前記浮遊ゲ−ト直下の部分の原点の濃度
と同じである。一般に、消去時に浮遊ゲ−トからソ−ス
領域に電子が引抜かれる場合には、ソ−ス領域の高濃度
領域へ引抜かれる。したがって、図13や図14に示す
従来のメモリセルでは、浮遊ゲ−ト直下の部分の中でも
図15の原点、すなわち、浮遊ゲ−トのソ−ス側下端部
の直下にソ−ス領域の高濃度領域があるので、図13の
メモリセルでは、図のAの部分に電子の通り道が形成さ
れる。Therefore, there is only an impurity diffused from the side below the gate which is masked at the time of impurity introduction. Therefore, as shown in FIG.
The impurity concentration tends to decrease monotonically. In other words, the source / drain regions 7 and 8 have their ends extending below the floating gate 3, and thus are separated from the portion immediately below the floating gate 3 and from the floating gate 3. Divided into parts. The portion immediately below the floating gate corresponds to a region in the channel direction + x from the origin of the impurity concentration distribution diagram in FIG. 15, and the portion away from the floating gate corresponds to a region in the -x direction from the origin. . This figure shows the distribution of the surface impurity concentration in the source region. The portion immediately below the floating gate is as described above, and the surface impurity concentration in the portion away from the floating gate is almost the same. The portion has the same density as the origin at the portion immediately below the floating gate. In general, when electrons are extracted from the floating gate to the source region at the time of erasing, the electrons are extracted to the high concentration region of the source region. Therefore, in the conventional memory cell shown in FIGS. 13 and 14, the source region of the source region is located at the origin of FIG. 15, that is, immediately below the lower end of the floating gate on the source side, even among the portions immediately below the floating gate. Since there is a high concentration region, in the memory cell of FIG. 13, a passage for electrons is formed at a portion A in FIG.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】図14のメモリセルに
おいて、消去動作を行うと、F−N電流は、矢印で示し
たようにバーズビークの入っていない領域を経由して流
れる。その結果、形状にばらつきのあるゲート端で電界
集中するという第一の場合のような問題を回避できる。
しかしながら半導体装置の微細化が進むにつれてゲート
長が短くなり、その結果、バーズビーク幅を確保して端
部を十分に丸めることが困難になって来ている。また、
この角を丸めることは、通常後酸化などの酸化工程によ
り行われているが、この微細化に伴ない、熱工程の短時
間化、低温化が要求されるようになると、ゲート端を十
分に丸めることは困難となる。本発明は、この様な事情
によってなされたもので、浮遊ゲートのソース側下端部
を充分に丸めなくても消去ばらつきを抑制して消去特性
を向上させる二層ゲート型不揮発性半導体記憶装置を提
供することを目的としている。When an erasing operation is performed in the memory cell of FIG. 14, the FN current flows through a region where no bird's beak is present as indicated by an arrow. As a result, it is possible to avoid the problem as in the first case where the electric field is concentrated at the gate end having a variation in shape.
However, as the miniaturization of the semiconductor device progresses, the gate length becomes shorter, and as a result, it becomes difficult to secure a bird's beak width and sufficiently round the end portion. Also,
This rounding is usually performed by an oxidation process such as post-oxidation. However, with the miniaturization, if the heat process requires a shorter time and a lower temperature, the gate end can be sufficiently formed. It is difficult to round. The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a two-layer gate nonvolatile semiconductor memory device that suppresses erase variation and improves erase characteristics without sufficiently rounding the lower end of the floating gate on the source side. It is intended to be.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、ソ−ス
/ドレイン領域の端部が浮遊ゲ−トの下に延在している
二層ゲ−ト型不揮発性半導体記憶装置において、浮遊ゲ
−トのソ−ス側下端部に接する第1のゲ−ト絶縁膜の部
分は直接ソ−ス領域と接していないか、又は、このソ−
ス領域の低濃度不純物領域と接触していることを特徴と
している。すなわち、本発明の半導体記憶装置の製造方
法は、半導体基板に、表面が露出しているソ−ス領域を
形成する工程と、前記半導体基板に、表面が露出してい
るドレイン領域を形成する工程と、前記半導体基板の前
記ソ−ス/ドレイン領域の一部とこの領域間のチャネル
領域上に第1のゲ−ト絶縁膜を形成する工程と、前記第
1のゲ−ト絶縁膜上に浮遊ゲートを形成する工程と、前
記浮遊ゲート上に第2のゲ−ト絶縁膜を形成する工程
と、前記第2のゲ−ト絶縁膜上に制御ゲートを形成する
工程と、前記ソ−ス領域の露出している所定の領域をエ
ッチングして溝を形成し、この溝は、前記浮遊ゲ−トの
少なくともソ−ス側下端部の下に配置する工程と、前記
溝の内表面に絶縁膜を被覆する工程とを備えていること
を特徴としている。A feature of the present invention is a double-layer gate type nonvolatile semiconductor memory device in which an end of a source / drain region extends below a floating gate. The portion of the first gate insulating film that is in contact with the lower end of the floating gate on the source side is not directly in contact with the source region, or is not in contact with this source region.
In contact with the low-concentration impurity region of the semiconductor region. That is, in the method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention, a step of forming a source region having an exposed surface on a semiconductor substrate and a step of forming a drain region having an exposed surface on the semiconductor substrate Forming a first gate insulating film on a portion of the source / drain region of the semiconductor substrate and a channel region between the source / drain regions; and forming a first gate insulating film on the first gate insulating film. A step of forming a floating gate, a step of forming a second gate insulating film on the floating gate, a step of forming a control gate on the second gate insulating film, Forming a groove by etching a predetermined area where the area is exposed, arranging the groove at least below the lower end on the source side of the floating gate; And a step of coating the film.
【0009】[0009]
【0010】[0010]
【0011】[0011]
【0012】[0012]
【0013】[0013]
【0014】[0014]
【作用】電気的消去を行う二層ゲ−ト型不揮発性半導体
記憶装置において、浮遊ゲ−トのソ−ス側下端部に接す
る第1のゲ−ト絶縁膜の部分を、直接ソ−ス領域と接触
させないか、もしくは、このソ−ス領域の低濃度不純物
領域と接触するようにしているので、浮遊ゲートのソー
ス側下端部直下よりもチャネルに寄った所にソース領域
の浮遊ゲ−ト直下の部分の表面不純物濃度ピーク領域を
形成する。それによって、消去動作時の酸化膜通過電流
(例えば、F−N電流)をゲート端よりチャネル寄りの
表面不純物濃度ピーク領域で流す事になるので、ゲート
端の尖り形状に依存することなく消去特性のばらつきを
抑制することができる。In a two-layer gate type nonvolatile semiconductor memory device for electrically erasing, a portion of the first gate insulating film which is in contact with the lower end of the floating gate on the source side is directly connected to the source. The floating gate of the source region is located closer to the channel than directly below the lower end on the source side of the floating gate because it is not in contact with the region or is in contact with the low concentration impurity region of the source region. A surface impurity concentration peak region immediately below is formed. As a result, an oxide film passing current (for example, FN current) at the time of the erase operation is caused to flow in the surface impurity concentration peak region closer to the channel than the gate end, so that the erase characteristic does not depend on the sharp shape of the gate end. Can be suppressed.
【0015】[0015]
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例を説
明する。まず、第1の参考例を図1〜図4を参照して説
明する。図1は、例えば、16Mビットのフラッシュ型
EEPROMのような二層ゲ−ト型不揮発性メモリの断
面図、図2〜図3は、その製造工程断面図、図4は、こ
の不揮発性メモリの浮遊ゲ−ト下にあるソ−ス領域の表
面不純物濃度分布図である。P型シリコン半導体基板1
の表面領域には、N+不純物拡散領域(以下、N+領域
という)が形成され、これをソ−ス領域7およびドレイ
ン領域8とする。これらソ−ス/ドレイン領域7、8の
外側を囲むようにN−低濃度不純物拡散領域(以下、N
−領域という)71、81が形成されており、この半導
体基板1に形成されるMOSトランジスタの耐圧を高め
ている。半導体基板1のソ−ス/ドレイン領域7、8間
の領域の上にシリコン酸化膜からなる厚さが100A程
度の第1のゲ−ト絶縁膜2が熱酸化などにより形成さ
れ、その上に浮遊ゲ−ト3が1層目のポリシリコンによ
り形成される。この浮遊ゲ−トのゲ−ト長は、0.6〜
0.8μmである。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, a first reference example will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a sectional view of a two-layer gate type nonvolatile memory such as a 16 Mbit flash EEPROM, FIGS. 2 to 3 are sectional views of the manufacturing process, and FIG. FIG. 9 is a surface impurity concentration distribution diagram of a source region below a floating gate. P-type silicon semiconductor substrate 1
An N + impurity diffusion region (hereinafter, referred to as N + region) is formed in the surface region of FIG. N - low-concentration impurity diffusion regions (hereinafter referred to as N-type
( Referred to as “regions”) 71 and 81 are formed, and the withstand voltage of the MOS transistor formed on the semiconductor substrate 1 is increased. A first gate insulating film 2 made of a silicon oxide film and having a thickness of about 100 A is formed on the region between the source / drain regions 7 and 8 of the semiconductor substrate 1 by thermal oxidation or the like. The floating gate 3 is formed of the first layer of polysilicon. The gate length of the floating gate is 0.6 to
0.8 μm.
【0016】この浮遊ゲ−ト3の上に、例えば、シリコ
ン酸化膜/シリコン窒化膜/シリコン酸化膜の積層体か
らなる第2のゲ−ト絶縁膜4が形成され、その上に制御
ゲ−ト5が形成されている。制御ゲ−ト5は、2層目の
ポリシリコンからなるが、ここでは、ポリシリコン膜の
上にシリサイド膜を堆積させてゲ−トの抵抗を下げてい
る。ソ−ス/ドレイン領域7、8は、部分的にゲ−トの
下にまで延在しているので、ゲ−トの両端は、それぞれ
両領域上に配置されている。このソ−ス領域7の表面領
域の一部にソ−ス領域より不純物濃度の低いN型低濃度
不純物拡散領域(N−領域)10を設け、この領域の上
に浮遊ゲ−ト3のソ−ス側下端部が配置されるようにす
る。したがって、ソ−ス領域7の浮遊ゲ−ト3の下にあ
る基板の表面に露出している部分は、前記ソ−ス側下端
部の直下には配置されず、ソ−ス/ドレイン領域間のチ
ャネル領域によっている。制御ゲ−ト5及び浮遊ゲ−ト
3は、シリコン酸化膜などの絶縁膜6で被覆されてい
る。制御ゲ−ト5、ソ−ス領域7、ドレイン領域8に
は、それぞれゲ−ト電極G、ソ−ス電極S、ドレイン電
極Dが形成されている。図示はしないが、ゲ−ト電極G
及びドレイン電極は、それぞれメモリのワ−ド線及びビ
ット線に接続している。On the floating gate 3, a second gate insulating film 4 composed of a laminate of, for example, a silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film is formed, and a control gate is formed thereon. 5 is formed. The control gate 5 is made of a second layer of polysilicon. Here, a silicide film is deposited on the polysilicon film to reduce the resistance of the gate. Since the source / drain regions 7, 8 partially extend below the gate, both ends of the gate are arranged on both regions, respectively. An N-type low-concentration impurity diffusion region (N - region) 10 having a lower impurity concentration than the source region is provided in a part of the surface region of the source region 7, and the source of the floating gate 3 is provided on this region. -The lower end of the tooth side is arranged. Therefore, the portion of the source region 7 exposed on the surface of the substrate below the floating gate 3 is not disposed immediately below the lower end on the source side, and is not disposed between the source / drain regions. Channel region. The control gate 5 and the floating gate 3 are covered with an insulating film 6 such as a silicon oxide film. A gate electrode G, a source electrode S, and a drain electrode D are formed in the control gate 5, the source region 7, and the drain region 8, respectively. Although not shown, the gate electrode G
And the drain electrode are connected to a word line and a bit line of the memory, respectively.
【0017】このような構成のセルにおいて、ソース領
域、とくに、浮遊ゲ−ト3の直下の部分の不純物濃度プ
ロファイルは、図4に示すように表わされる。浮遊ゲー
ト3のソース側下端部延長線上を原点(0)として、チ
ャネル側に+xをとる(したがって、チャネルと反対側
の浮遊ゲ−ト3とは離れた方向は、−xになる)。図か
ら明らかなように、ソース側下端部直下(x=0付近)
よりもチャネルに寄った所にソース領域表面の不純物濃
度ピーク領域が形成されている。この不純物濃度のピ−
ク値は、1×1020〜3×1021cm-3程度にするのが
適当であるが、勿論、本発明においては、この範囲に限
定する必要はない。この領域は、他の領域に比べて不純
物濃度が高いので、N+領域と称している。ソ−ス領域
3の浮遊ゲ−トとは離れた−x方向の部分は、N−領域
10であり、x=0位置の低い表面不純物濃度をほぼ一
様に維持していく。このN−領域10の不純物濃度は、
1×1018cm-3程度よりは高く、前記不純物濃度のピ
−ク値より低ければよい。N−領域10と反対側のN−
領域71の不純物濃度も前記不純物濃度のピ−ク値より
低ければよく、基板との境界付近では、基板の不純物濃
度(例えば、1016cm-3のオ−ダ−)とほぼ等しくな
る。In the cell having such a configuration, the impurity concentration profile of the source region, particularly, the portion immediately below the floating gate 3 is represented as shown in FIG. The origin is defined as the origin (0) on the extension of the lower end portion of the floating gate 3 on the source side, and + x is taken on the channel side (therefore, the direction away from the floating gate 3 on the opposite side to the channel is -x). As is clear from the figure, just below the lower end on the source side (near x = 0)
The impurity concentration peak region on the surface of the source region is formed closer to the channel. This impurity concentration peak
It is appropriate that the peak value is approximately 1 × 10 20 to 3 × 10 21 cm −3 , but it is needless to say that the present invention is not limited to this range. This region has a higher impurity concentration than other regions, and is therefore referred to as an N + region. The portion of the source region 3 in the -x direction away from the floating gate is the N - region 10, which maintains the low surface impurity concentration at the position x = 0 almost uniformly. The impurity concentration of this N − region 10 is
What is necessary is just higher than about 1 × 10 18 cm −3 and lower than the peak value of the impurity concentration. N − on the opposite side of the region 10 from N −
The impurity concentration of the region 71 may be lower than the peak value of the impurity concentration, and becomes substantially equal to the impurity concentration of the substrate (for example, on the order of 10 16 cm −3 ) near the boundary with the substrate.
【0018】ソース電極Sを、例えば、11V〜13V
程度の正バイアスに、またゲート電極Gをゼロまたは負
バイアスに印加して消去動作を行うと、浮遊ゲ−ト3と
ソ−ス電極S間の電位差によって第1のゲ−ト絶縁膜2
にかかる電界が強まるとF−N電流によって電子は、ソ
−ス側に引抜かれる。このとき、N−領域10であるソ
ース側下端部の直下では空乏層が伸びて高抵抗になり、
F−N電流は、ゲート端ではなく、表面不純物濃度が高
濃度であるN+ソ−ス領域7の部分を矢印のように流れ
る。従って、このメモリの消去特性は、浮遊ゲート端部
の形状に依存しないので、ばらつきを抑制することがで
きる。このN−領域10がゲ−ト端Aの直下よりゲ−ト
下のチャネル方向へ入込み過ぎるとチャネル長Lc が短
くなるので好ましくない。不純物を半導体基板にイオン
注入し、熱拡散を行ってソ−ス領域7を形成する際に、
熱拡散は、横方向にも行われるので、ゲ−トをマスクに
してイオン注入しても拡散領域は、ゲ−トの下の部分に
まで広がる。この横方向の拡散は、半導体基板に対する
深さ方向の拡散の6割に相当する。The source electrode S is, for example, 11 V to 13 V
When an erasing operation is performed by applying a positive bias of a certain degree and a gate electrode G of zero or a negative bias, the potential difference between the floating gate 3 and the source electrode S causes the first gate insulating film 2
When the electric field is increased, electrons are extracted to the source side by the FN current. At this time, the depletion layer extends immediately below the lower end on the source side, which is the N − region 10, to have a high resistance.
The FN current flows not in the gate end but in the portion of the N + source region 7 where the surface impurity concentration is high as shown by the arrow. Therefore, the erasing characteristics of this memory do not depend on the shape of the end of the floating gate, so that variations can be suppressed. It is not preferable that the N - region 10 extends too far in the channel direction below the gate from immediately below the gate end A, since the channel length Lc becomes short. When a source region 7 is formed by ion-implanting impurities into a semiconductor substrate and performing thermal diffusion,
Since thermal diffusion is also performed in the lateral direction, even if ions are implanted using the gate as a mask, the diffusion region extends to a portion below the gate. This lateral diffusion corresponds to 60% of the diffusion in the depth direction with respect to the semiconductor substrate.
【0019】したがって、拡散領域用不純物を半導体基
板に垂直に、ゲ−ト端をマスクにして、イオン注入した
場合は、N−領域71を含んだソ−ス領域7の浮遊ゲ−
ト3の下にある部分の長さxs は、同じくソ−ス領域の
半導体基板1の表面から底部までの深さxj の0.6倍
に相当する。しかし、例えば、斜めにイオン注入する
と、xs はもっと大きくなる。このN−領域71を含む
ソ−ス領域7の深さxjは、0.2〜0.3μm程度に
しているが、ソ−ス領域のゲ−ト下の部分の長さxs を
適宜の長さに調整するために前記xj の値の範囲を越え
ることも可能である。また、N−領域10も当然浮遊ゲ
−ト3の下の部分まで入り込み、ゲ−ト端Aの形状の影
響を受けないようにする必要があるが、浮遊ゲ−ト下に
入り込んでいる部分の長さtは、浮遊ゲ−ト3のゲ−ト
長Lg の6〜20%程度にすれば、ゲ−ト端の影響は、
さほど受けず、チャネル長を小さくし過ぎることはな
い。Accordingly, when the impurity for the diffusion region is ion-implanted vertically to the semiconductor substrate using the gate end as a mask, the floating gate of the source region 7 including the N - region 71 is formed.
Length x s of the portion below the bets 3, like source - corresponding to 0.6 times the depth x j of the semiconductor substrate 1 of the surface of the source region to the bottom. However, for example, when ion implantation obliquely, x s is much larger. The N - source comprises a region 71 - depth x j of the source region 7, but in the order of 0.2 to 0.3 [mu] m, source - source region of the gate - part under preparative length x s as appropriate It is also possible to go beyond the range of the value of x j in order to adjust the length to In addition, it is necessary that the N - region 10 also goes under the floating gate 3 so as not to be affected by the shape of the gate end A. If the length t is set to about 6 to 20% of the gate length Lg of the floating gate 3, the influence of the gate end is as follows.
It is not so much affected and the channel length is not made too small.
【0020】次に、この不揮発性メモリの製造方法につ
いて説明する。前記P型シリコン半導体基板1上の所定
の位置に、下から、第1のゲート絶縁膜2となるシリコ
ン熱酸化膜、浮遊ゲ−ト3となる第1のポリシリコン
膜、第2のゲ−ト絶縁膜4となるシリコン酸化膜/シリ
コン窒化膜/シリコン酸化膜の積層体および制御ゲ−ト
5となる第2のポリシリコン膜とタングステンシリサイ
ド膜とからなるポリサイド膜を順次堆積した後、既知の
セルフアライン加工技術によって加工して二層ゲート構
造を有するスタックトゲートを形成する(図2)。つい
で、半導体基板全面に、例えば、Asを60KeV、1
×1016cm-2程度のド−ズ量でイオン注入する。つい
で、シリコン酸化(SiO2 )膜6を減圧CVDにより
を200A程度堆積し、この上から、例えば、Pを40
keV、2×1013cm-2程度イオン注入し、これを熱
拡散してソ−ス/ドレイン領域を形成する。拡散係数の
小さいAsのイオン注入により、N+ソ−ス領域7及び
N+ドレイン領域8が形成され、拡散係数の大きいPの
イオン注入により、それぞれのN−低濃度不純物拡散領
域71、81が形成される。Next, a method of manufacturing this nonvolatile memory will be described. A silicon thermal oxide film serving as a first gate insulating film 2, a first polysilicon film serving as a floating gate 3, and a second gate at predetermined positions on the P-type silicon semiconductor substrate 1. After sequentially depositing a silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film laminate serving as a gate insulating film 4 and a polycide film comprising a second polysilicon film serving as a control gate 5 and a tungsten silicide film, To form a stacked gate having a two-layer gate structure (FIG. 2). Then, As, for example, 60 KeV, 1
Ion implantation is performed at a dose of about × 10 16 cm −2 . Next, a silicon oxide (SiO 2 ) film 6 is deposited by low pressure CVD to about 200 A, and P
KeV ions are implanted at about 2 × 10 13 cm −2 , and the resultant is thermally diffused to form source / drain regions. The N + source region 7 and the N + drain region 8 are formed by As ion implantation with a small diffusion coefficient, and the N − low-concentration impurity diffusion regions 71 and 81 are formed by P ion implantation with a large diffusion coefficient. It is formed.
【0021】続いて、ソース領域7の浮遊ゲート3下端
部近傍のみを開孔したパターンのフォトレジスト9を形
成する(図3)。このレジストパターンをマスクとし
て、たとえばBF2 を20keV、2×1015cm-2程
度イオン注入し、熱拡散して浮遊ゲ−ト3のソ−ス側下
端部の直下を含むソ−ス領域7の表面領域にN−領域1
0を形成する。この領域は浮遊ゲート3のソース側下端
部直下を含み、ここよりチャネル寄りに広がっている。
この後通常の半導体装置の製造方法に従って、半導体基
板1に層間絶縁膜を堆積し、さらに、コンタクト孔を開
いて配線形成の後工程をおこなって、不揮発性メモリを
完成する。なお、この参考例では、注入したAsとPを
熱拡散してからBF2 をイオン注入しているが、図4に
示されるような所望のプロファイルが最終的に得られれ
ば、熱拡散工程の挿入位置や、熱拡散工程の導入の有
無、さらには不純物種のイオン注入順序等は限定されな
い。例えば、AsやPは30°の傾斜角で、BF2 は0
°でイオン注入すれば、拡散熱工程を適宜抑制すること
ができる。また、上記参考例においては、イオン注入法
を用いているが、固相拡散等のその他の既存の不純物導
入方法を限定無く用いることができる。Subsequently, a photoresist 9 having a pattern in which only the vicinity of the lower end of the floating gate 3 in the source region 7 is opened (FIG. 3). Using this resist pattern as a mask, for example, BF 2 is ion-implanted at about 20 keV and about 2 × 10 15 cm −2 , and is thermally diffused to form a source region 7 immediately below the lower end of the floating gate 3 on the source side. N - region 1 in the surface region of
0 is formed. This region includes just below the lower end of the floating gate 3 on the source side, and extends toward the channel from here.
Thereafter, an interlayer insulating film is deposited on the semiconductor substrate 1 according to a normal method of manufacturing a semiconductor device, and further, a contact hole is opened, and a post-process of wiring formation is performed to complete a nonvolatile memory. In this reference example, the implanted As and P are thermally diffused, and then BF 2 is ion-implanted. However, if a desired profile as shown in FIG. The insertion position, the presence / absence of introduction of the thermal diffusion step, and the ion implantation order of the impurity species are not limited. For example, As and P have a tilt angle of 30 ° and BF 2 has a tilt angle of 0 °.
If the ion implantation is performed at a degree, the diffusion heat process can be appropriately suppressed. Further, in the above reference example, the ion implantation method is used, but other existing impurity introduction methods such as solid phase diffusion can be used without limitation.
【0022】次ぎに、図5を参照して第2の参考例を説
明する。図は、二層ゲ−ト型の不揮発性メモリの断面図
である。この例では、高濃度のソ−ス/ドレイン領域の
外側にこの領域と同じ導電型の低濃度不純物拡散領域
(図1の71、81)が設けられていない。前実施例と
同様にP型シリコン半導体基板1の表面領域には、N+
不純物拡散領域が形成され、これをソ−ス領域7および
ドレイン領域8とする。このソ−ス/ドレイン領域7、
8間の領域の上に、シリコン酸化膜からなる厚さが10
0A程度の第1のゲ−ト絶縁膜2が熱酸化などにより形
成され、その上に浮遊ゲ−ト3が1層目のポリシリコン
により形成される。この浮遊ゲ−ト3の上に、例えば、
シリコン酸化膜/シリコン窒化膜/シリコン酸化膜の積
層体からなる第2のゲ−ト絶縁膜4が形成され、その上
に制御ゲ−ト5が形成されている。制御ゲ−ト5は、2
層目のポリシリコンからなるが、ここでは、ポリシリコ
ン膜の上にシリサイド膜を堆積させてゲ−トの抵抗を下
げている。ソ−ス/ドレイン領域7、8は、部分的にゲ
−トの下にまで延在しているので、ゲ−トの両端は、そ
れぞれ両領域上に配置されている。このソ−ス領域7の
表面領域の一部にソ−ス領域より不純物濃度の低いN−
領域10を設け、この領域の上に浮遊ゲ−ト3のソ−ス
側下端部が配置されるようにする。Next, a second reference example will be described with reference to FIG. The figure is a sectional view of a two-layer gate type nonvolatile memory. In this example, the same conductivity type low-concentration impurity diffusion regions (71 and 81 in FIG. 1) are not provided outside the high-concentration source / drain region. As in the previous embodiment, N + is added to the surface region of the P-type silicon semiconductor substrate 1.
An impurity diffusion region is formed, which is referred to as a source region 7 and a drain region 8. This source / drain region 7,
On the region between 8 and 10, a silicon oxide film having a thickness of 10
A first gate insulating film 2 of about 0A is formed by thermal oxidation or the like, and a floating gate 3 is formed thereon by a first layer of polysilicon. On this floating gate 3, for example,
A second gate insulating film 4 composed of a laminate of a silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film is formed, and a control gate 5 is formed thereon. The control gate 5 is 2
In this case, the gate resistance is lowered by depositing a silicide film on the polysilicon film. Since the source / drain regions 7, 8 partially extend below the gate, both ends of the gate are arranged on both regions, respectively. A part of the surface region of the source region 7 has an N − impurity concentration lower than that of the source region.
An area 10 is provided on which the lower end of the floating gate 3 on the source side is arranged.
【0023】したがって、ソ−ス領域7の浮遊ゲ−ト3
の下にある基板表面に露出している部分は、前記ソ−ス
側下端部の直下には配置されず、ソ−ス/ドレイン領域
間のチャネルの方向によっている。制御ゲ−ト5及び浮
遊ゲ−ト3は、CVDシリコン酸化膜などの絶縁膜6で
被覆されている。この参考例の不揮発性メモリを用いて
消去動作を行うと、浮遊ゲ−ト3とソ−ス電極間の電位
差によって第1のゲ−ト絶縁膜2にかかる電界が強まる
とF−N電流が流れて電子は、ソ−ス7側に引抜かれ
る。このとき、N−領域10が存在する浮遊ゲ−トのソ
ース側下端部の直下では空乏層が伸びて高抵抗になり、
F−N電流は、ゲート端ではなく、表面不純物濃度が高
濃度であるソ−ス領域7の部分を矢印のように流れる。
従って、このメモリの消去特性は、浮遊ゲート端部の形
状に依存しない。Therefore, the floating gate 3 of the source region 7
The portion exposed to the substrate surface below is not located immediately below the lower end on the source side, but depends on the direction of the channel between the source / drain regions. The control gate 5 and the floating gate 3 are covered with an insulating film 6 such as a CVD silicon oxide film. When an erasing operation is performed using the nonvolatile memory of this reference example, when the electric field applied to the first gate insulating film 2 is increased by the potential difference between the floating gate 3 and the source electrode, the FN current is increased. The electrons flow and are drawn to the source 7 side. At this time, the depletion layer extends just below the lower end of the floating gate where the N − region 10 exists on the source side, and the resistance becomes high,
The FN current flows not in the gate end but in the source region 7 where the surface impurity concentration is high, as indicated by the arrow.
Therefore, the erase characteristics of this memory do not depend on the shape of the floating gate end.
【0024】第1の参考例においては、ソース領域7を
形成するために、始めにAsとPをイオン注入し、ソ−
ス領域7の外側に低濃度不純物拡散領域71を形成して
いわゆるLDD構造にしているが、これは十分な接合耐
圧を確保するなどの要求に適うために設けたものであ
り、必ずしも必要なわけではない。例えば、第2の実施
例のようにAsのみによるN+単層であっても良い。こ
の際の表面不純物プロファイルは、チャネルとの境界部
で急峻になるが、基本的には図4と類似の形状を示す。
さらに、前述の説明において、不純物拡散領域をN+、
N−と表記しているが、これは、限定的なものではな
く、不純物の濃度が、図4に示されるような傾向のプロ
ファイルを有していることが本発明を実現するための本
質的な要求であり、N+やN−という表記には必ずしも
こだわる必要はない。これは、以下の実施例においても
同様である。In the first embodiment, in order to form the source region 7, ions of As and P are first implanted, and
A low-concentration impurity diffusion region 71 is formed outside the semiconductor region 7 to form a so-called LDD structure. However, this is provided to meet requirements such as securing a sufficient junction breakdown voltage, and is not always necessary. is not. For example, as in the second embodiment, an N + single layer made of only As may be used. At this time, the surface impurity profile becomes steep at the boundary with the channel, but basically shows a shape similar to FIG.
Further, in the above description, the impurity diffusion region is defined as N + ,
Although it is described as N − , this is not a limitation, and it is essential that the impurity concentration has a tendency profile as shown in FIG. 4 to realize the present invention. a do not request, N + and N - does not necessarily have to stick to the notation. This is the same in the following embodiments.
【0025】次に、図6を参照して第3の参考例を説明
する。図は、二層ゲ−ト型の不揮発性メモリの断面図で
ある。この例ではドレイン領域の表面にもN−領域を形
成することに特徴がある。P型シリコン半導体基板1の
表面領域には、N+不純物拡散領域であるソ−ス領域7
およびドレイン領域8が形成され、このソ−ス/ドレイ
ン領域7、8間の領域の上にシリコン酸化膜からなる厚
さが100A程度の第1のゲ−ト絶縁膜2が形成され、
その上に浮遊ゲ−ト3が1層目のポリシリコンにより形
成される。この浮遊ゲ−ト3の上に、シリコン酸化膜/
シリコン窒化膜/シリコン酸化膜の積層体からなる第2
のゲ−ト絶縁膜4が形成され、その上に制御ゲ−ト5が
形成されている。制御ゲ−ト5は、2層目のポリシリコ
ンからなり、この上にシリサイド膜を堆積させている。
ソ−ス/ドレイン領域7、8は、部分的にゲ−トの下に
まで延在しているので、ゲ−トの両端は、それぞれ両領
域上に配置されている。制御ゲ−ト5及び浮遊ゲ−ト3
は、CVDシリコン酸化膜などの絶縁膜6で被覆されて
いる。第1の参考例と同じく高濃度のソ−ス/ドレイン
領域の外側にこの領域と同じ導電型の低濃度不純物拡散
領域71、81が設けられている。ソ−ス領域7の表面
領域の一部にソ−ス領域より不純物濃度の低いN−領域
10を設けこの領域の上に浮遊ゲ−ト3のソ−ス側下端
部が配置されるようにする。Next, a third reference example will be described with reference to FIG. The figure is a sectional view of a two-layer gate type nonvolatile memory. This example is characterized in that an N − region is also formed on the surface of the drain region. In the surface region of the P-type silicon semiconductor substrate 1, a source region 7 which is an N + impurity diffusion region is provided.
And a drain region 8, a first gate insulating film 2 made of a silicon oxide film and having a thickness of about 100A is formed on the region between the source / drain regions 7 and 8,
A floating gate 3 is formed thereon by a first layer of polysilicon. On this floating gate 3, a silicon oxide film /
A second silicon nitride / silicon oxide film stack
The gate insulating film 4 is formed, and the control gate 5 is formed thereon. The control gate 5 is made of a second polysilicon layer, on which a silicide film is deposited.
Since the source / drain regions 7, 8 partially extend below the gate, both ends of the gate are arranged on both regions, respectively. Control gate 5 and floating gate 3
Is covered with an insulating film 6 such as a CVD silicon oxide film. As in the first embodiment, outside the high-concentration source / drain region, low-concentration impurity diffusion regions 71 and 81 of the same conductivity type as this region are provided. An N - region 10 having a lower impurity concentration than that of the source region is provided in a part of the surface region of the source region 7 so that the lower end of the floating gate 3 on the source side is arranged above this region. I do.
【0026】したがって、ソ−ス領域7の浮遊ゲ−ト3
の下にある基板表面に露出している部分は、前記ソ−ス
側下端部の直下には配置されず、ソ−ス/ドレイン領域
間のチャネルの方向によっている。また、ドレイン領域
8の表面領域の一部にドレイン領域より不純物濃度の低
いN−領域10を設け、この領域の上に浮遊ゲ−ト3の
ドレイン側下端部が配置されるようにする。したがっ
て、ドレイン領域8の、浮遊ゲ−ト3の下にあって基板
表面に露出している部分は、前記ドレイン側下端部の直
下には配置されないで、ソ−ス/ドレイン領域間のチャ
ネルの方向によっている。この様に、ソ−ス/ドレイン
領域7、8の両方にN−領域10を形成するので、浮遊
ゲ−ト3の下にあるドレイン領域表面も図4に示すよう
な(N−〜N+〜N−)という濃度プロファイルになっ
ている。この場合、ソ−ス/ドレイン領域7、8に形成
されている両N−領域10は、1つのレジストパターン
を利用して同時に形成される。この参考例によりドレイ
ン領域でも良好に消去動作ができる。Therefore, the floating gate 3 of the source region 7
The portion exposed to the substrate surface below is not located immediately below the lower end on the source side, but depends on the direction of the channel between the source / drain regions. Further, an impurity concentration lower than the drain region in a part of the surface region of the drain region 8 N - region 10 is provided, the floating gate over this area - so that the drain-side lower end of the bets 3 is arranged. Therefore, the portion of the drain region 8 which is below the floating gate 3 and is exposed on the substrate surface is not disposed immediately below the lower end on the drain side, but is formed in the channel between the source / drain regions. It depends on the direction. As described above, since the N − region 10 is formed in both the source / drain regions 7 and 8, the surface of the drain region below the floating gate 3 is also formed as shown in FIG. 4 (N − to N + To N − ). In this case, the N - regions 10 formed in the source / drain regions 7 and 8 are formed simultaneously using one resist pattern. According to this reference example, the erasing operation can be performed well even in the drain region.
【0027】ところで、前述の参考例は、いずれも熱酸
化によるポスト酸化膜の代わりに減圧下で形成されるL
P−CVDシリコン酸化膜6を堆積した例である。半導
体装置の微細化に伴う熱工程の低温化や熱工程削減の要
求に答えるために、例えば、CVD酸化膜を用いる。こ
の場合浮遊ゲートの下端部(図13のAの部分)は、殆
ど酸化されないので、図14に示すBのような丸め形状
にはならない。By the way, in each of the above-mentioned reference examples, the L formed under reduced pressure is used instead of the post oxide film formed by thermal oxidation.
This is an example in which a P-CVD silicon oxide film 6 is deposited. For example, a CVD oxide film is used in order to meet the demand for lowering the temperature of the heat process and reducing the number of heat processes accompanying the miniaturization of semiconductor devices. In this case, the lower end portion of the floating gate (portion A in FIG. 13) is hardly oxidized, so that it does not have a rounded shape like B shown in FIG.
【0028】次ぎに、図7及び図8を参照して第4の参
考例を説明する。これら図は、不揮発性メモリの製造工
程の断面図を示すものである。いままでの参考例では、
浮遊ゲ−ト端直下のソ−ス/ドレイン領域の表面不純物
濃度を低く設定することにより、消去時に、この浮遊ゲ
ート端直下部に空乏層を形成して、チャネルよりの濃度
の濃い部分で電子を引き抜いている。この例ではチャネ
ルよりの部分で電子を引き抜く動作を行う手段として、
浮遊ゲート端直下部に空乏層を形成する方法は用いな
い。第1の参考例と同様に、P型シリコン半導体基板1
の表面領域には、ソ−ス領域7およびドレイン領域8が
形成され、このソ−ス/ドレイン領域間の領域の上に第
1のゲ−ト絶縁膜2が形成され、その上に、ポリシリコ
ンの浮遊ゲ−ト3が形成されている。この浮遊ゲ−ト3
の上に、第2のゲ−ト絶縁膜4が形成され、その上に、
ポリシリコンの制御ゲ−ト5が形成されている。制御ゲ
−ト5は、ポリシリコンの上にシリサイド膜を堆積させ
ている。ソ−ス/ドレイン領域7、8は、部分的にゲ−
トの下にまで延在しているので、ゲ−トの両端は、それ
ぞれ両領域上に配置されている。制御ゲ−ト5及び浮遊
ゲ−ト3は、LD−CVDシリコン酸化膜などの絶縁膜
6で被覆されている。第1の参考例と同じく高濃度のソ
−ス/ドレイン領域の外側にこの領域と同じ導電型の低
濃度不純物拡散領域71、81が設けられている。Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIGS. These drawings show cross-sectional views of the manufacturing process of the nonvolatile memory. In the reference examples so far,
By setting the surface impurity concentration of the source / drain region immediately below the floating gate end low, a depletion layer is formed immediately below the floating gate end at the time of erasing, and electrons are formed at a portion where the concentration is higher than the channel. Has been pulled out. In this example, as a means to perform the operation of extracting electrons from the part beyond the channel,
A method of forming a depletion layer immediately below the end of the floating gate is not used. As in the first reference example, the P-type silicon semiconductor substrate 1
A source region 7 and a drain region 8 are formed in the surface region of FIG. 1. A first gate insulating film 2 is formed on the region between the source / drain regions, and a poly gate insulating film 2 is formed thereon. A floating gate 3 of silicon is formed. This floating gate 3
A second gate insulating film 4 is formed thereon.
A control gate 5 of polysilicon is formed. The control gate 5 has a silicide film deposited on polysilicon. The source / drain regions 7, 8 are partially gated.
Since both ends extend below the gate, both ends of the gate are respectively disposed on both regions. The control gate 5 and the floating gate 3 are covered with an insulating film 6 such as an LD-CVD silicon oxide film. As in the first embodiment, outside the high-concentration source / drain region, low-concentration impurity diffusion regions 71 and 81 of the same conductivity type as this region are provided.
【0029】つぎに、ソ−ス領域7の一部とその上のゲ
−ト端部を露出させるレジストパターン9をマスクとし
て、例えば、O2 を20keV、2×1018cm-2程度
イオン注入する(図7)。この後、半導体基板1を熱処
理してこの領域のシリコンをシリコン酸化膜11にする
(図8)。酸素イオンは、熱処理によりゲ−トの下の部
分にまで、拡散するので、シリコン半導体基板の浮遊ゲ
ート3のソ−ス側下端部の下には前記シリコン酸化膜1
1が形成されている。そこで、消去動作時にはF−N電
流は、浮遊ゲ−ト3のソ−ス側下端部ではなく、ここよ
りチャネルよりを矢印の様に流れる。Next, using a resist pattern 9 exposing a part of the source region 7 and a gate end portion thereon as a mask, for example, ion implantation of O 2 at 20 keV and about 2 × 10 18 cm −2 is performed. (FIG. 7). Thereafter, the semiconductor substrate 1 is heat-treated to convert the silicon in this region into a silicon oxide film 11 (FIG. 8). Oxygen ions are diffused to a portion below the gate by heat treatment, so that the silicon oxide film 1 is formed under the lower end on the source side of the floating gate 3 of the silicon semiconductor substrate.
1 is formed. Therefore, at the time of the erase operation, the FN current flows from the channel instead of the lower end of the floating gate 3 on the source side as shown by an arrow.
【0030】次に、実施例を図9〜図11を参照して説
明する。図は、不揮発性メモリの製造工程断面図であ
る。P型シリコン半導体基板1の上には、第1のゲ−ト
絶縁膜2が形成され、その上にポリシリコンの浮遊ゲ−
ト3が形成されている。この浮遊ゲ−ト3の上に、第2
のゲ−ト絶縁膜4が形成され、その上に、ポリシリコン
の制御ゲ−ト5が形成されている。制御ゲ−ト5は、ポ
リシリコンの上にシリサイド膜を堆積させている。つい
で、制御ゲ−ト5及び浮遊ゲ−ト3を含む半導体基板1
上に、例えば、LP−CVD酸化膜などからなる絶縁膜
6を200A程度堆積する(図9)。次に、レジストパ
ターンをマスク9として、RIEなどの異方性エッチン
グ法により、制御ゲ−ト5の一部とソ−ス領域形成予定
領域の絶縁膜6のエッチング除去して制御ゲ−ト5の一
部とソ−ス領域形成予定領域とを露出させる。ついで、
等方性エッチング法により露呈したシリコン基板1のソ
−ス領域形成予定領域に溝12形成する(図10)。つ
いで、マスク9を除去してから新たにマスク(図示せ
ず)を用いて、例えば、Asを35keV、1×1016
cm-2程度のド−ズ量でイオン注入する。Next, an embodiment will be described with reference to FIGS. The figure is a cross-sectional view of the manufacturing process of the nonvolatile memory. A first gate insulating film 2 is formed on a P-type silicon semiconductor substrate 1 and a polysilicon floating gate is formed thereon.
3 is formed. On this floating gate 3, the second
A gate insulating film 4 is formed, and a polysilicon control gate 5 is formed thereon. The control gate 5 has a silicide film deposited on polysilicon. Next, the semiconductor substrate 1 including the control gate 5 and the floating gate 3
An insulating film 6 made of, for example, an LP-CVD oxide film or the like is deposited thereon at about 200 A (FIG. 9). Next, a part of the control gate 5 and the insulating film 6 in the region where the source region is to be formed are removed by etching using the resist pattern as a mask 9 by an anisotropic etching method such as RIE. And a region where the source region is to be formed is exposed. Then
A groove 12 is formed in a region where a source region is to be formed on the silicon substrate 1 exposed by the isotropic etching method (FIG. 10). Then, after removing the mask 9, using a new mask (not shown), for example, As is 35 keV, 1 × 10 16
Ions are implanted at a dose of about cm -2 .
【0031】続いて、露出している溝12や制御ゲ−ト
5の表面を酸化雰囲気中で加熱し、シリコン酸化膜13
を溝12内部に形成する。この上から、例えば、Pを3
0keV、2×1013cm-2程度のド−ズ量でイオン注
入する。AsによりN+ソ−ス領域7が形成され、Pに
よりその外側のN−領域71が形成される。これらのイ
オン注入によってドレイン側も同様にN+ドレイン領域
8およびその外側のN−領域81を形成する。この後、
溝12も含めて半導体基板1上にシリコン酸化膜などの
絶縁膜14を、例えば、減圧のCVDなどにより堆積す
る(図11)。本実施例において、シリコン半導体基板
1の浮遊ゲート3のソ−ス側下端部の直下には、このよ
うにシリコン酸化膜13が形成されている。そこで、消
去動作時にはF−N電流は、このソ−ス側下端部ではな
く、チャネルよりのN+領域7の部分を流れる。従っ
て、本実施例においても消去特性はゲート端部の形状に
依存されず、ばらつきを抑制することもできる。溝12
内のシリコン酸化膜13は、実施例では、熱酸化法を用
いたが、減圧のCVDによることもできる。この方法に
より半導体基板1の表面に堆積される絶縁膜14と一体
的に形成することが可能になって、工程が短縮される。
また、熱工程が増えるとゲ−ト端部が丸みを持つように
なってデバイスの微細化傾向の障害になるので、この意
味でもこの方法は有利である。Subsequently, the exposed surfaces of the grooves 12 and the control gate 5 are heated in an oxidizing atmosphere to form a silicon oxide film 13.
Is formed inside the groove 12. From above, for example, P is 3
Ion implantation is performed at a dose of about 0 keV and about 2 × 10 13 cm −2 . As the N + source - source region 7 is formed, the outside of N by P - region 71 is formed. The N + drain region 8 and the N − region 81 outside the N + drain region 8 are similarly formed on the drain side by these ion implantations. After this,
An insulating film 14 such as a silicon oxide film is deposited on the semiconductor substrate 1 including the groove 12 by, for example, low-pressure CVD (FIG. 11). In the present embodiment, the silicon oxide film 13 is formed just below the source-side lower end of the floating gate 3 of the silicon semiconductor substrate 1 as described above. Therefore, at the time of the erase operation, the FN current flows not in the lower end on the source side but in the N + region 7 from the channel. Therefore, also in the present embodiment, the erasing characteristic does not depend on the shape of the gate end, and the variation can be suppressed. Groove 12
The silicon oxide film 13 is formed by a thermal oxidation method in this embodiment, but may be formed by a low pressure CVD. According to this method, it is possible to integrally form the insulating film 14 deposited on the surface of the semiconductor substrate 1, and the process is shortened.
Also, if the number of heating steps increases, the end of the gate becomes rounded and obstructs the tendency to miniaturize the device. Therefore, this method is also advantageous in this sense.
【0032】前記実施例では、溝12を形成してからイ
オン注入および熱拡散により不純物を拡散してソ−ス領
域7、N−領域71等を形成している。この場合、溝1
2がすでに形成されていて基板表面が変形しているの
で、イオンを所定の位置に打ち込むことが難しく、ゲ−
ト下への拡散制御はかなり困難を伴う。しかし、予め溝
12を形成してからソ−ス領域7等を形成する場合は、
固相拡散法を用いれば、ソ−ス領域などがゲ−トの下に
潜り込む長さを比較的正確に制御する事ができるので、
有利になる。また、ソ−ス領域7やN−領域71を形成
してから溝12を形成する場合は、予めイオン注入法や
固相拡散法等を用いてゲ−ト下を拡散する長さを正確に
決めておく事ができるので、いたずらにチャネル長を短
くする事がなくなり、半導体記憶装置の微細化に役立つ
ものである。なお、本実施例は、ソースから引き抜く場
合を示しているが、ドレインより引き抜く場合には、ド
レインに同様の構造を適用しても良いことはもちろんで
ある。また、図8では半導体基板に酸素をイオン注入し
て、その部分にシリコン酸化膜を形成しているが、酸素
に代えて水素を利用することもできる。この場合は、イ
オン注入した部分に電荷をトラップするダメ−ジ領域を
形成することになるが、この領域には前述の酸化膜通過
電流は、流れることはない。In the above embodiment, the source region 7, the N - region 71 and the like are formed by forming the groove 12 and then diffusing impurities by ion implantation and thermal diffusion. In this case, groove 1
2 is already formed and the surface of the substrate is deformed, so that it is difficult to implant ions into a predetermined position.
Diffusion control down the surface is quite difficult. However, when forming the source region 7 and the like after forming the groove 12 in advance,
If the solid-phase diffusion method is used, it is possible to relatively accurately control the length of the source region and the like sunk under the gate.
It will be advantageous. When the groove 12 is formed after the source region 7 or the N - region 71 is formed, the length of diffusion under the gate must be accurately determined in advance using an ion implantation method, a solid phase diffusion method, or the like. Since it can be determined, the channel length is not shortened unnecessarily, which is useful for miniaturization of the semiconductor memory device. Although the present embodiment shows a case of extracting from the source, it is needless to say that a similar structure may be applied to the drain when extracting from the drain. In FIG. 8, oxygen is ion-implanted into the semiconductor substrate and a silicon oxide film is formed in that portion. However, hydrogen can be used instead of oxygen. In this case, a damage region for trapping charges is formed in the ion-implanted portion, but the above-described oxide film passing current does not flow in this region.
【0033】以上の実施例においては、P型半導体基板
を用い、この基板内にはN型のソ−ス/ドレイン領域を
形成している。しかし、これは1例であって、本発明で
は、これ以外の構造の半導体基板を用いることができ
る。例えば、N型半導体基板を用い、基板内にP型ソ−
ス/ドレイン領域を形成したもの、N型もしくはP型半
導体基板を用い、その基板内にPウエルもしくはNウエ
ルを形成したものを利用できる。ただし、Pウエルには
N型ソ−ス/ドレイン領域を設け、NウエルにはP型ソ
−ス/ドレイン領域を設ける。In the above embodiment, a P-type semiconductor substrate is used, and an N-type source / drain region is formed in this substrate. However, this is only an example, and a semiconductor substrate having another structure can be used in the present invention. For example, an N-type semiconductor substrate is used, and a P-type
An N-type or P-type semiconductor substrate formed with a P / S drain region and a P-well or N-well formed in the substrate can be used. However, an N-type source / drain region is provided in the P well, and a P-type source / drain region is provided in the N well.
【0034】[0034]
【発明の効果】以上の構成により、本発明は、浮遊ゲー
トのソース側下端部の形状に依存することなく、消去ば
らつきを抑制し、安定した消去特性を有する二層ゲート
型不揮発性メモリを提供することができる。As described above, according to the present invention, there is provided a two-layer gate type non-volatile memory which suppresses erasing variation and has stable erasing characteristics without depending on the shape of the lower end of the floating gate on the source side. can do.
【図1】第1の参考例の半導体記憶装置の断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor memory device according to a first reference example.
【図2】第1の参考例の半導体記憶装置の製造工程の断
面図。FIG. 2 is a sectional view of a manufacturing process of the semiconductor memory device of the first reference example;
【図3】第1の参考例の半導体記憶装置の製造工程の断
面図。FIG. 3 is a sectional view of a manufacturing step of the semiconductor memory device of the first reference example;
【図4】本発明の半導体記憶装置のソ−ス領域の表面不
純物濃度分布を示す特性図。FIG. 4 is a characteristic diagram showing a surface impurity concentration distribution of a source region of the semiconductor memory device of the present invention.
【図5】第2の参考例の半導体記憶装置の断面図。FIG. 5 is a sectional view of a semiconductor memory device according to a second reference example;
【図6】第3の参考例の半導体記憶装置の断面図。FIG. 6 is a sectional view of a semiconductor memory device according to a third reference example;
【図7】第4の参考例の半導体記憶装置の製造工程の断
面図。FIG. 7 is a sectional view of a manufacturing step of a semiconductor memory device according to a fourth reference example;
【図8】第4の参考例の半導体記憶装置の製造工程の断
面図。FIG. 8 is a sectional view of a manufacturing step of a semiconductor memory device according to a fourth reference example;
【図9】本発明の実施例の半導体記憶装置の製造工程の
断面図。FIG. 9 is a sectional view of the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention;
【図10】本発明の実施例の半導体記憶装置の製造工程
の断面図。FIG. 10 is a sectional view of the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention;
【図11】本発明の実施例の半導体記憶装置の製造工程
の断面図。FIG. 11 is a sectional view of the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention;
【図12】本発明の半導体記憶装置の拡散領域の拡大断
面図。FIG. 12 is an enlarged sectional view of a diffusion region of the semiconductor memory device of the present invention.
【図13】従来の半導体記憶装置の断面図。FIG. 13 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor memory device.
【図14】従来の半導体記憶装置の断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor memory device.
【図15】従来の半導体記憶装置のソ−ス領域の表面不
純物濃度分布を示す特性図。FIG. 15 is a characteristic diagram showing a surface impurity concentration distribution in a source region of a conventional semiconductor memory device.
1 半導体基板 2 第1のゲート絶縁膜 3 浮遊ゲート 4 第2のゲート絶縁膜 5 制御ゲート 6、14 シリコン酸化膜などの絶縁膜 7 N+ソ−ス領域 8 N+ドレイン領域 9 フォトレジスト 10、71、81 低濃度不純物拡散領域(N−領域) 11、13 シリコン酸化膜 12 溝Reference Signs List 1 semiconductor substrate 2 first gate insulating film 3 floating gate 4 second gate insulating film 5 control gate 6, 14 insulating film such as silicon oxide film 7 N + source region 8 N + drain region 9 photoresist 10, 71, 81 Low-concentration impurity diffusion region (N − region) 11, 13 Silicon oxide film 12 Groove
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,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. 7 , DB name) H01L 21/8247 H01L 27/115 H01L 29/788 H01L 29/792
Claims (1)
ス領域を形成する工程と、 前記半導体基板に、表面が露出しているドレイン領域を
形成する工程と、 前記半導体基板の前記ソ−ス/ドレイン領域の一部とこ
の領域間のチャネル領域上に第1のゲ−ト絶縁膜を形成
する工程と、 前記第1のゲ−ト絶縁膜上に浮遊ゲートを形成する工程
と、 前記浮遊ゲート上に第2のゲ−ト絶縁膜を形成する工程
と、 前記第2のゲ−ト絶縁膜上に制御ゲートを形成する工程
と、 前記ソ−ス領域の露出している所定の領域をエッチング
して溝を形成し、この溝は、前記浮遊ゲ−トの少なくと
もソ−ス側下端部の下に配置する工程と、 前記溝の内表面に絶縁膜を被覆する工程とを備えている
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。1. A semiconductor substrate having a surface exposed on a semiconductor substrate.
Forming a drain region having an exposed surface on the semiconductor substrate; and forming a part of the source / drain region of the semiconductor substrate on a channel region between the source / drain regions. Forming a first gate insulating film; forming a floating gate on the first gate insulating film; and forming a second gate insulating film on the floating gate. Forming a control gate on the second gate insulating film; etching a predetermined region of the source region exposed to form a groove; A step of disposing at least a lower portion of the bottom of the groove on the source side, and a step of coating an inner surface of the groove with an insulating film.
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