JP3303789B2 - フラッシュメモリ、その書き込み・消去方法 - Google Patents

フラッシュメモリ、その書き込み・消去方法

Info

Publication number
JP3303789B2
JP3303789B2 JP24741698A JP24741698A JP3303789B2 JP 3303789 B2 JP3303789 B2 JP 3303789B2 JP 24741698 A JP24741698 A JP 24741698A JP 24741698 A JP24741698 A JP 24741698A JP 3303789 B2 JP3303789 B2 JP 3303789B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
trench
floating gate
gate
corner
semiconductor substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP24741698A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2000077632A (ja
Inventor
宏治 金森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP24741698A priority Critical patent/JP3303789B2/ja
Priority to CNB991183975A priority patent/CN1213481C/zh
Priority to US09/387,722 priority patent/US6317360B1/en
Priority to KR10-1999-0036975A priority patent/KR100369876B1/ko
Publication of JP2000077632A publication Critical patent/JP2000077632A/ja
Priority to US09/953,267 priority patent/US20020012745A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3303789B2 publication Critical patent/JP3303789B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B41/00Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
    • H10B41/30Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the memory core region
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/401Multistep manufacturing processes
    • H01L29/4011Multistep manufacturing processes for data storage electrodes
    • H01L29/40114Multistep manufacturing processes for data storage electrodes the electrodes comprising a conductor-insulator-conductor-insulator-semiconductor structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42324Gate electrodes for transistors with a floating gate
    • H01L29/42332Gate electrodes for transistors with a floating gate with the floating gate formed by two or more non connected parts, e.g. multi-particles flating gate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42324Gate electrodes for transistors with a floating gate
    • H01L29/42336Gate electrodes for transistors with a floating gate with one gate at least partly formed in a trench
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66825Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET with a floating gate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/788Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with floating gate
    • H01L29/7881Programmable transistors with only two possible levels of programmation
    • H01L29/7884Programmable transistors with only two possible levels of programmation charging by hot carrier injection
    • H01L29/7885Hot carrier injection from the channel
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B41/00Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
    • H10B41/30Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the memory core region
    • H10B41/35Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the memory core region with a cell select transistor, e.g. NAND
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Read Only Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、不揮発性半導体記
憶装置であるフラッシュメモリに関し、特にその新規な
構造、その製造方法、およびデータの書き込み・消去方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、不揮発性半導体記憶装置の1つと
して、電気的に情報の書き込みおよび消去が可能なフラ
ッシュメモリが知られている。
【0003】図47は、従来のフラッシュメモリの構造
を示す断面図である。p型シリコン基板101の表面
に、n型不純物拡散層であるソース領域105とドレイ
ン領域106が形成され、その上にゲート酸化膜102
を介してフローティングゲート103、コントロールゲ
ート104が積層されている。
【0004】このフラッシュメモリに対して、データの
書き込み/消去は、例えば次のように行うことができ
る。
【0005】即ち、消去動作の際には、例えばドレイン
領域106をフローティング状態にし、コントロールゲ
ート103を接地状態にする。ソース領域105には例
えば12V程度の高電圧を印加する。これにより、ソー
ス領域105とフローティングゲート103の端の重な
り部分で、ゲート酸化膜102を介して、F−N(Fo
wler−Nordheim)トンネル電流が流れる。
このF−Nトンネル電流によりフローティングゲート1
03の電子を引き抜くことにより消去を行うことができ
る。
【0006】次に、書き込み動作では、ソース領域10
5を接地状態にし、ドレイン領域106に例えば7V、
コントロールゲートに例えば12V程度の電圧をそれぞ
れ印加する。そうすると、フローティングゲートの端下
のドレイン領域106近傍でアバランシェ現象が起こ
り、発生したホットエレクトロンを、ドレイン側のゲー
ト酸化膜102を介して、シリコン基板1からフローテ
ィングゲート103に注入することにより、データの書
き込みが行なわれる。
【0007】読み出し動作では、ソース領域105を接
地状態にし、ドレイン領域106に例えば1V、コント
ロールゲートに例えば3V程度の電圧を各々印加する。
この状態で、ドレイン領域106からソース領域105
へ、所定の値以上の電流が流れるか否かによって
“1”、“0”の状態を判断して、データの読み出しを
行う。即ち、フローティングゲートに電子注入されてい
る場合には、ドレイン−ソース間でが流れないので書き
込み状態、つまり“1”が読み出される。一方、フロー
ティングゲートに電子が引き抜かれている場合には、ド
レイン−ソース間で所定の値以上の電流が流れ、消去状
態、つまり“0”が読み出される。
【0008】上記の例では、フローティングゲートから
電子が引き抜かれた状態を消去状態とし、電子が注入さ
れた状態を書き込み状態として説明したが、通常ビット
選択性のある動作を書き込み動作とし、ビット選択性の
ない動作を消去動作とするので、フラッシュメモリの構
造により、電子引き抜きを書き込み動作とする場合もあ
る。
【0009】例えばAND型のセルでは、図47(但
し、平面構造は異なる。)で、書き込み動作の際には、
ソース領域105を接地またはフローティング状態にし
て、ドレイン領域106に5V、コントロールゲート1
04に−9Vの電圧を印加する。F−Nトンネル電流に
よるフローティングゲートからの電子引き抜きが起こる
ので、これを書き込み動作とする。
【0010】また、消去動作の際には、ソース領域10
5およびドレイン領域106の両方を接地状態にして、
コントロールゲート104に18Vの電圧を印加する。
そうすると、ソース−ドレイン間のチャネル領域108
とフローティングゲート103の間でゲート酸化膜10
2を介してF−Nトンネル電流が流れ、フローティング
ゲートに電子が注入されるので、これをデータの消去動
作とする。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】このような従来のフラ
ッシュメモリでは、消去、書き込みに高電圧が必要であ
った。低電圧化を図るために、ゲート酸化膜を薄膜化す
ることが考えられる。しかし、ゲート酸化膜を薄くした
場合に書き込み消去を繰り返すと、ゲート酸化膜が劣化
しSILC(stress induced leak
age current)といわれる漏れ電流が流れる
ようになる。そのため、フローティングゲート中の電荷
の保持が難しくなり、読み出し動作時等においてゲート
酸化膜に低電界がかかっただけでも、データが消去され
たり書き込まれたりするディスターブ現象が生じ、信頼
性が保てなくなる問題がある。
【0012】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、ゲート絶縁膜膜厚薄くしなく
とも、低電圧動作が可能で、信頼性の高いフラッシュメ
モリを提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明のフラッシュメモ
リは、半導体基板上に、前記半導体基板表面に設けら
れ、コーナーを有するトレンチと、前記トレンチ内の表
面に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介
してトレンチ内に埋め込まれたフローティングゲート
と、前記フローティングゲートと絶縁されて設けられた
コントロールゲートとを備え、前記トレンチの底のコー
ナーにおいて前記フローティングゲートの角と半導体基
板の隅とが前記ゲート絶縁膜を介して対面しており、前
記トレンチの上部縁の半導体基板表面に、トレンチ上部
縁の半導体基板の角からフローティングゲートへの電子
注入を妨げる厚さの絶縁膜が設けられていることを特徴
とする。
【0014】
【0015】
【0016】また本発明の異なる態様のフラッシュメモ
リは、半導体基板上に、前記半導体基板表面に設けら
れ、コーナーを有するトレンチと、前記トレンチ内の表
面に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介
してトレンチ内に埋め込まれ、前記半導体基板表面でト
レンチ幅より広い部分を有するT字形状であるフローテ
ィングゲートと、前記フローティングゲートと絶縁され
て設けられたコントロールゲートとを備え、前記トレン
チの底のコーナーにおいて前記フローティングゲートの
角と前記半導体基板の隅とが前記ゲート絶縁膜を介して
対面し、前記トレンチ上部縁において前記半導体基板の
角と前記フローティングゲートの隅が前記ゲート絶縁膜
を介して対面し、前記トレンチを挟んだ一方側の前記半
導体基板表面の、前記トレンチの上部縁の角を含み、か
つトレンチの底のコーナーまで達しない領域にソース領
域が設けられ、前記トレンチを挟んだ反対側の前記半導
体基板表面の、前記トレンチの上部縁の角と、トレンチ
の底のコーナーの隅を含む領域にドレイン領域が設けら
れていることを特徴とする。
【0017】
【0018】そして、本発明のフラッシュメモリのデー
タの書き込みまたは消去方法は、書き込み動作または消
去動作の少なくとも一方を、前記半導体基板を高電位に
設定し、前記コントロールゲートの電位を低電位に設定
してフローティングゲートから電子を引き抜くことによ
って行うことを特徴とする。
【0019】また、上記のトレンチ上部の縁において半
導体基板の角とフローティングゲートの隅においても前
記ゲート絶縁膜を介して対面する構造になっている形態
のフラッシュメモリの書き込みまたは消去動作につい
て、書き込み動作または消去動作の一方を、前記半導体
基板を高電位に設定し、前記コントロールゲートの電位
を低電位に設定してフローティングゲートから電子を引
き抜くことによって行い、書き込み動作または消去動作
の残る一方を、前記半導体基板を低電位に設定し、前記
コントロールゲートを高電位に設定してフローティング
ゲートに電子を注入することで書き込みまたは消去する
ことができる。
【0020】さらに、上記のセレクトゲートを設ける形
態においては、書き込み動作を、前記ドレイン領域を高
電位に設定し、前記コントロールゲートの電位を低電位
に設定してフローティングゲートから電子を引き抜くこ
とによって行い、消去動作を、前記ドレイン領域を低電
位に設定し、前記コントロールゲートを高電位に設定し
てフローティングゲートに電子を注入して行い、読み出
し動作を、前記セレクトゲートに所定の電位を与えて、
このセレクトゲート下部の半導体基板表面にチャネルを
形成させ、この状態で前記ソース領域とドレイン領域間
の電流値を検出することで行うことを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】本発明では、図2、図9、図1
2、図16に示すように、半導体基板1の表面にトレン
チが形成されており、このトレンチ内の表面にはゲート
絶縁膜が設けられている。そして、フローティングゲー
ト4が、トレンチ内に埋め込まれている。さらに、この
フローティングゲート4の上方に絶縁膜を隔ててコント
ロールゲート5が設けられている。
【0022】本発明では、トレンチの底のコーナー(図
中(2)で示した破線の円内)においてフローティング
ゲートの角と半導体基板の隅とが前記ゲート絶縁膜を介
して対面しており、フローティングゲートを低電位、半
導体基板を高電位にしたときに、フローティングゲート
のコーナーの角からF−Nトンネル電流により電子の引
き抜きが行われる。
【0023】トレンチ形状は、F−Nトンネル電流によ
る電子の引き抜きが可能なコーナーを有する断面形状で
あればよいが、コーナーの角度の調整や製造工程上の理
由により、方形状が最も好ましい。
【0024】また、トレンチの深さは、イオン注入によ
り形成されるソース領域またはドレイン領域の深さを考
慮して形態ごとに適宜変えることができる。
【0025】また、トレンチは以下の実施形態で説明す
るように、メモリセル複数個にわたるストライプ状であ
っても、また、個々のメモリセル内で独立していてもど
ちらでもよく、メモリの構造にあわせて製造工程上簡単
な方を採用すればよい。
【0026】また、図中(3)で示した破線円内におい
て、半導体基板も角を有している。しかし、図2および
図9に示した形態では、トレンチの上部縁の半導体基板
の表面に厚い絶縁膜が形成されており、この部分の半導
体基板の角からフローティングゲートへの電子注入は行
われない。
【0027】一方、図12および図16に示す形態で
は、フローティングゲートは、半導体基板表面でトレン
チ幅より広い部分を有するT字形状であって、図中
(3)で示した破線円内のトレンチ上部の縁において半
導体基板の角とフローティングゲートの隅がゲート絶縁
膜を介して対面している構造である。従って、フローテ
ィングゲートを高電位、半導体基板を低電位にしたとき
に、半導体基板からフローティングゲートへ電子の注入
が行われる。
【0028】また、図12および図16の形態は、フロ
ーティングゲートからの電子の引き抜き位置、および電
子の注入位置を固定するために、基板内のソース領域、
ドレイン領域が(2)、(3)の位置に当たるように形
成された形態である。
【0029】以下に、これらの形態のメモリセル構造を
詳細に説明する。また、製造方法、材料等については、
後の方で説明する形態については、特に断らない限り初
めに説明する実施形態に準じた製造方法、材料等を採用
することができる。
【0030】[実施形態1−1]図1((a)平面図、
(b)B−B’断面図、(c)C−C’断面図)に示し
たフラッシュメモリのセル構造では、半導体基板1の表
面に、断面が方形状のトレンチ2が図1(a)の横方向
にストライプ状に形成されており、このトレンチの所定
個所にゲート絶縁膜3を隔ててフローティングゲート4
が設けられている。さらにその上に絶縁膜を介してワー
ド線であるコントロールゲート5が図1(a)の横方向
に、トレンチの上方に設けられている。また、図1
(a)の縦方向に、ビット線であるソース領域8sとド
レイン領域8dが設けられている。
【0031】図2は、図1(b)に対応する断面のフロ
ーティングゲート部分を拡大して示したものであり、図
3は、図2の破線の丸印部分をさらに拡大した図であ
る。また、図2では、図1では図示を省略したコントロ
ールゲートの側面に設けた側壁絶縁膜、およびコントロ
ールゲートの上面に設けた絶縁膜も合わせて示してい
る。図2、図3に示すように、トレンチは、破線の丸印
で示したように隅(凹状コーナー)10を有しており、
これに対向するフローティングゲートは、角(凸状コー
ナー)9を有している。そして、トレンチの中において
は、半導体基板1とコントロールゲート4の間にゲート
絶縁膜3が均一な膜厚で形成されている。
【0032】このフラッシュメモリの消去・書き込み動
作を説明しながら、さらに構造についても説明する。
【0033】このフラッシュメモリでは、消去動作はフ
ローティングゲートから電子の引き抜きである。図4
(a)に示すように、例えばコントロールゲートに−6
Vを印加し、半導体基板を接地することによりフローテ
ィングゲートの電位を半導体基板の電位に対して下げる
ようにする。そうすると、図5に示すように、フローテ
ィングゲートと半導体基板との間の絶縁膜3の中に電気
力線11で示す電界が生ずる。絶縁膜が平行であるとこ
ろに比べ、フローティングゲート4の角9には、図のよ
うに電界が集中するので、実効的な絶縁膜膜厚が減少し
角9を通してトンネル現象により、フローティングゲー
ト4から半導体基板1へ電子が移動する。図2、図4
(a)の(1)、(2)、(3)の各位置におけるエネ
ルギー準位を図4(b)に示す。(1)のトレンチ底の
位置においては、絶縁膜中におけるエネルギー準位は、
フローティングゲート(FG)から半導体基板(su
b)にかけて、互いのエネルギー差に応じて直線的に変
化しているが、(2)のトレンチのコーナー部分では、
フローティングゲート側でエネルギー準位の低下が急激
であるために実効的なエネルギー障壁の厚さが薄くなっ
ている。
【0034】従って、消去時の電子の引き抜きは、トレ
ンチの底のコーナー部分で起こり、ゲート絶縁膜が平行
である部分では電子の引き抜きが起こらない。
【0035】つまり、本発明のようにフローティングゲ
ートに角を設け、ゲート絶縁膜を介して半導体基板と対
向させることにより低電圧で電子の引き抜きを行うこと
ができる。
【0036】次に、書き込み動作のときには、図6
(a)に示すように、例えばコントロールゲートに10
Vを印加し、半導体基板を接地し、ドレイン領域に5
V、ソース領域に0Vを印加することにより、ソース−
ドレイン間のチャネル領域からゲート絶縁膜を介してホ
ットエレクトロンをフローティングゲートに注入する。
【0037】このときの図2(a)の(1)〜(3)の
各位置に対応するエネルギー準位は、図6(b)に示す
ように、トレンチの底の位置である(1)では、半導体
基板からフローティングゲートにかけて直線的に下がっ
ているのに対し、トレンチ底のコーナー部分である
(2)では、半導体基板(Sub)側でエネルギー準位
の低下が緩やかで、実効的なエネルギー障壁の厚さが厚
くなっている。つまり、コーナー部分ではむしろ電界が
緩和されているので、書き込み動作のときにコーナー部
分で電子の注入が起こることがないことがわかる。
【0038】また、読み出し動作のときは、図7(a)
に示すように、例えばコントロールゲーに3Vを印加
し、半導体基板を接地し、ソース−ドレイン間に1V程
度の電圧を印加したときのソース−ドレイン間の電流値
が所定の値以上を示すか否かによって、書き込み状態で
あるか消去状態であるかを判断する。
【0039】また、図2の(3)の位置では、半導体装
置1の表面に角が存在するが、表面には絶縁膜9が厚く
設けられているので、対向するフローティングゲート側
は隅(凹状コーナー)になっていないので、図6で示す
ようにフローティングゲート側の電位を半導体装置基板
側より上げた場合であっても電界が集中することがない
ので、フローティングゲートに電子が注入されることが
ない。即ち、厚い絶縁膜は、この絶縁膜を通して電子の
移動が生じない程度に十分な厚さを持っている。
【0040】このように、SILCが問題となるほどゲ
ート絶縁膜を薄くしなくとも、低電圧でフローティング
ゲートから電子を引き抜くことができるので、データ読
み出し時にデータがディスターブされることなく信頼性
を保ちながら、消去電圧を低下させることができる。
【0041】ここで、ゲート絶縁膜3は、SILCが生
じない程度に厚い必要があるが、より低電圧化するため
には薄い方が好ましく、通常80〜300Å程度、好ま
しくは90〜200Å、最も好ましくは100〜150
Åである。80Å未満ではSILCが観測される。
【0042】また、図3では、フローティングゲート4
の角9を鋭い直角で示したが、多少丸くなっていても電
界集中が起こるのであれば特に問題はなく、通常はその
曲率半径がゲート絶縁膜の厚さ(平坦部)の30%以下
程度であれば電界集中は十分に起こり、好ましくは20
%以下、さらに好ましくは10%以下である。例えばゲ
ート絶縁膜が100Åであれば、フローティングゲート
の角の曲率が10Å〜30Å程度であっても、十分に電
界集中が起きる。
【0043】トレンチの半導体基板側の隅10は、角9
から均一な距離にあること、即ちゲート絶縁膜の膜厚
が、コーナー部においても平行部と等しく均一になって
いることが好ましい。最も好ましい形態は、隅10が角
9を中心とする1/4円となっていることであるが、厚
さの変動が1/4円から±10%以内、好ましくは±5
%以内であれば通常の使用条件下では本発明の目的を達
成しうる。
【0044】コーナー部分でゲート絶縁膜の膜厚が薄く
なり過ぎるとディスターブ現象が起こりやすくなるので
好ましくないが、一方、厚くなりすぎるのもF−Nトン
ネル現象により電子を引き抜くことが困難になり低電圧
化することができなくなる場合があるからである。
【0045】また、トレンチ2の断面形状は、この図2
のように一般的には方形状であって、角9での角度は9
0°であるが、角9が90°以下の鋭角であればさらに
電界の集中が容易である。但し、製造の容易さから90
°が好ましい。また、鈍角の場合は電界集中が緩和され
る方向であるので、方向としては好ましくはない。どち
らの場合も90°から、例えば10%以内(好ましくは
5%以内)であれば、製造上も容易であり、また鈍角に
ずれた場合も電界集中が極端に緩和されることもない。
【0046】本発明において使用する半導体基板として
は、シリコン基板が好ましく、フローティングゲートを
構成する材料としてはポリシリコンが好ましい。また、
ゲート絶縁膜は、酸化シリコン膜または酸化窒化シリコ
ン膜が好ましい。現状の技術では、このような材料を用
いたときに最も良い特性が得られるからである。
【0047】本発明において、半導体基板にトレンチを
形成するには異方性エッチング等の通常のエッチング技
術を用いることができる。ゲート絶縁膜は、CVD法等
により均一に絶縁膜を成膜して形成することができる。
【0048】半導体基板がシリコン基板であるときは、
トレンチが形成された基板を熱酸化して所定の厚さの熱
酸化膜を形成することで行うこともできる。また、CV
D法を用いるときは、酸化シリコン膜で最初から所望の
厚さにゲート絶縁膜を形成してもよいが、CVD法によ
る酸化シリコン膜を所望の厚さより薄く形成しておき、
その後、追加酸化等により酸化膜を形成して所望の厚さ
にしてもよい。また、必要に応じて膜質を改善する処理
を行ってもよい。次の(イ)〜(ニ)に、ゲート絶縁膜
の代表的な形成方法を挙げる。
【0049】(イ)CVD法を用いて酸化シリコン膜を
最初から所定の厚さに形成する。使用できるCVD法
は、緻密な膜が形成できるものが好ましく、通常の減圧
CVD(LPCVD)を用いてもよいが、800℃程度
で原料ガスとしてSiH4とO2の混合ガス等を用いるH
TO(High Temperature CVD O
xidation;高温CVD)が好ましい。
【0050】(ロ)CVD法(どのような方法でも良
い。)を用いて酸化シリコン膜を最初から所定の厚さに
形成した後、950℃±100℃程度でアニールを行う
と膜が緻密化するので好ましい。アニールの方法は、電
気炉等で多数の基板を一括して処理する方法で行っても
良いし、また、このような通常のアニール法に代えてR
TA(Rapid Thermal Annealin
g;急速熱アニール)法を用いてもよい。
【0051】(ハ)CVD法(どのような方法でも良
い。)を用いて酸化シリコン膜を所定の70%程度以上
100%未満の厚さ(好ましくは80〜98%の厚さ)
に形成した後、酸化雰囲気中で950℃±100℃程度
に加熱して所定の厚さまで熱酸化膜を形成する。この場
合、ドライ酸化でもウェット酸化でもどちらを用いても
よい。また、通常の熱酸化法に代えてRTO(Rapi
d Thermal Oxidation;急速熱酸
化)法を用いてもよい。
【0052】(ニ)CVD法(どのような方法でも良
い。)を用いて酸化シリコン膜を所定の70%程度以上
100%未満の厚さ(好ましくは80〜98%の厚さ)
に形成した後、NH3またはN2O等の窒素化合物ガスと
酸素を含む酸化雰囲気中で950℃±100℃程度に加
熱して所定の厚さまで窒化酸化膜を形成する。また、N
3またはN2O等の窒素化合物ガスと酸素を含む酸化雰
囲気中でのRTO法であるRTN(Rapid The
rmal Nitridation;急速熱窒化)法を
用いてもよい。
【0053】以上のゲート絶縁膜の成膜方法で、基板の
シリコンの反応を伴うような成膜方法の場合、シリコン
基板のトレンチの隅(凹部コーナー)が、鋭い直角であ
っても反応により図3の隅10のように丸くなり易く、
対向するフローティングゲートの角9からの距離が均一
になりやすい。基板材料の反応を伴わない成膜方法の場
合は、トレンチを形成する際に隅10が丸くなるように
形成すればよい。
【0054】ゲート絶縁膜を成膜した後、例えばポリシ
リコンを堆積し、パターニングすることでフローティン
グゲートを形成することができる。
【0055】この実施形態では、半導体基板からフロー
ティングゲートに対して電子を注入することはないの
で、適当な時期に半導体基板表面に厚い絶縁膜を形成す
る。
【0056】この実施形態では、半導体基板表面のスタ
ック構造が厚くならない利点もある。
【0057】[実施形態1−2]図8((a)平面図、
(b)B−B’断面図、(c)A−A’断面図)に、本
発明のフラッシュメモリの異なる形態を示す。このフラ
ッシュメモリでは、半導体基板1の表面に、断面が方形
状のトレンチ2が図8(a)の縦方向に形成されてお
り、このトレンチの所定個所にゲート絶縁膜3を隔てて
フローティングゲート4が設けられている。さらにその
上に絶縁膜を介してワード線であるコントロールゲート
5が図8(a)の横方向に設けられており、実施形態1
とは異なりトレンチとコントロールゲートが直交してい
る。また、図1(a)の横方向に、ソース領域8sが連
続して設けられ、ドレイン領域8dは独立して設けられ
ている。通常、ソース領域は接地線として使用され、ド
レイン領域はビット線に接続される。
【0058】図9は、図8(c)に対応する断面のフロ
ーティングゲート部分を拡大して示した図である。トレ
ンチ2、ゲート絶縁膜3およびフローティングゲート4
の形状および位置関係は実施形態1と全く同様であり、
トレンチの中においては半導体基板1とコントロールゲ
ート4の間にゲート絶縁膜3が均一な膜厚で形成されて
いる。
【0059】このフラッシュメモリの消去、書き込みお
よび読み出し動作は実施形態1と同様である。図10
に、図9の(1)〜(3)に各位置におけるエネルギー
準位を示す。即ち、消去動作では、図10(a)に示す
ように例えばコントロールゲートに−6Vを印加し、一
方半導体基板を接地することにより、フローティングゲ
ートの角から電子を引き抜く。図10(b)に示す書き
込み動作時では同様な電圧を印加することで、ソース−
ドレイン間のチャネル領域からゲート絶縁膜を介してホ
ットエレクトロンをフローティングゲートに注入する。
さらに図10(c)に示す読み出し動作時に印加する電
圧も実施形態1の場合と同様に設定して、データを読み
出すことができる。
【0060】[実施形態2]この形態のフラッシュメモ
リでは、フローティングゲートの形状がT字形状であ
り、フローティングゲートからの電子の引き抜きをトレ
ンチの隅(凹部コーナー)で行うと共に、フローティン
グゲートへの電子の注入をトレンチ上部(縁)の角(凸
部コーナー)で行うことが特徴である。
【0061】図11((a)平面図、(b)B−B’断
面図)にその一例を示す。この例では、半導体基板1の
表面が素子分離膜12により平面が方形状の素子形成領
域7に分離されて、個々のメモリセルを構成している。
【0062】図11(a)、(b)に示すように、断面
が方形状のトレンチが、素子形成領域7の中央付近に素
子形成領域を分断するように形成されている。この例で
はトレンチは、他のメモリセルのトレンチから独立して
いる。このトレンチないの表面にゲート絶縁膜3が形成
され、これを隔ててフローティングゲート4が設けられ
ている。さらにその上に絶縁膜を介してワード線である
コントロールゲート5が図11(a)の縦方向に設けら
れている。
【0063】ドレイン8dとソース8sは、分離された
素子領域表面のトレンチの両側に形成され、コンタクト
によりそれぞれメモリセルとは別個に設けられる選択M
OSFETを通してビット線、ソース線に接続されてA
ND型フラッシュメモリを構成している。
【0064】図12は、図11(b)に対応する断面の
フローティングゲート部分を拡大したものである。
【0065】即ち、この形態では、(2)の部分で実施
形態1と同様に均一なゲート絶縁膜を介してトレンチの
隅(凹状コーナー)とフローティングゲートの角が対向
していることに加え、(3)の部分においても、均一な
ゲート絶縁膜を介してトレンチ2の上部(縁)の角(凸
状コーナー)に対向するように、フローティングゲート
4に隅(凹状コーナー)が設けられている。
【0066】図13は(3)の部分の拡大図であり、半
導体基板1の角14、フローティングゲート4の隅1
5、およびその間のゲート絶縁膜の形状、膜厚等は実施
形態1で説明したフローティングゲートの角、半導体基
板の隅およびその間のゲート絶縁膜の関係とまったく同
一である。
【0067】この例では、ドレイン領域8dの拡散層を
深く形成しておくことで、ドレイン領域側に電子を引き
抜くようにし、フローティングゲートへの電子の注入は
ソース領域8sとドレイン領域8dの両方から行う構成
になっている。
【0068】このフラッシュメモリの消去・書き込み動
作を図14を用いて説明する。このフラッシュメモリで
は、フローティングゲートからの電子の引き抜きを書き
込み動作とする。図14(a)に示すように、例えばコ
ントロールゲートに−3V、ドレイン領域に3Vを印加
し、ソース領域を接地するかフローティングにしておく
ことで、F−N電流により(2)の位置のトレンチの隅
でフローティングゲートからドレイン領域への電子の移
動が起こる。エネルギー準位図に示したように、(2)
の位置で実効的な絶縁膜膜厚が薄くなっている。
【0069】消去動作では、図14(b)に示したよう
にソース領域、ドレイン領域の両方を接地状態にし、コ
ントロールゲートに6Vを印加すると、今度は(3)の
位置、即ちトレンチの上部(縁)の角においてF−Nト
ンネル電流によりソース領域およびドレイン領域からフ
ローティングゲートに電子が注入される。このとき、エ
ネルギー準位図で示したように、(3)の位置で実効的
な絶縁膜膜厚が薄くなっている。
【0070】読み出し動作は、ソース領域とドレイン領
域に所定の電流が流れるかによって判断する。
【0071】この形態では、書き込み動作および消去動
作の両方をF−Nトンネル電流を用いるので、消費電流
が小さく、また信頼性を損なうことなく低電圧化が可能
である。また、半導体基板表面のスタック構造が厚くな
らない利点もある。
【0072】また、この形態の製造方法で、トレンチ上
部(縁)部分のゲート絶縁膜は、トレンチ内のゲート絶
縁膜を形成するときに同時に形成すると、トレンチ内の
ゲート絶縁膜と同一の均一な膜が得られやすいので好ま
しい。トレンチ上部(縁)部分のゲート絶縁膜およびト
レンチ内のゲート絶縁膜を形成した後に、フローティン
グゲート材料を堆積し、トレンチの縁に残るようにパタ
ーニングすることでT字形状のフローティングゲートが
得られる。
【0073】[実施形態3]この形態は、図15
((a)平面図、(b)B−B’断面図)および図16
(図15(b)の拡大図)に示すように、実施形態2に
おいてソース領域8sがフローティングゲートから離し
て設けられており、さらにセレクトゲート16がソース
領域8sとフローティングゲート4の間の半導体基板表
面に設けられている。即ち、セレクトゲート16によ
り、このゲート下部のソース領域−フローティングゲー
ト間のチャネル領域のキャリアを制御するのである。
【0074】図17を用いてこのフラッシュメモリの消
去・書き込み動作を説明する。
【0075】まず、図17(a)に示すように、書き込
み動作では実施形態2と同様に、F−Nトンネル電流に
より(2)で示したトレンチの隅において、フローティ
ングゲートからドレイン領域8dへ電子を引き抜く。こ
のときセレクトゲートの電圧は例えば接地状態にしてお
く。
【0076】消去動作では、(3)の位置、即ちトレン
チの上部(縁)の角においてF−Nトンネル電流により
ドレイン領域からフローティングゲートに電子を注入す
る。このときのソース電圧は、接地状態でもフローティ
ング状態でもどちらでも良い。また、セレクトゲートは
例えば0Vか6Vに印加する。
【0077】読み出し動作では、コントロールゲートと
ドレイン電圧を接地状態にして、ソース電圧を1Vに設
定する。そして、セレクトゲートに例えば3Vの電圧を
印加することでセレクトゲート下部にチャネルを形成す
るようにする。この状態で、ソース領域とドレイン領域
に所定の電流が流れるかによって、書き込み状態にある
か消去状態にあるかを判断する。
【0078】この形態では、読み出し時に、セレクトゲ
ートに正電圧を印加することで、コントロールゲートを
0Vにすることができる。そこでゲート絶縁膜に印加さ
れる電界は自己電界だけになり、読み出し時に誤消去
(電子注入)を確実に防止することが可能になり、さら
に信頼性が向上する利点がある。
【0079】
【実施例】[実施例1]実施形態1−1のフラッシュメ
モリの製造方法についてさらに詳細に説明する。まず、
p型シリコン基板21の表面に、CVD法により酸化シ
リコン膜29を例えば500〜2000Åの厚さに成膜
した後、所定個所をドライエッチングにより断面形状が
方形状でシリコン基板表面からの深さ0.05〜0.2
μmのトレンチ2を形成する(図18(a)平面図、
(b)断面図)。
【0080】次に、トレンチ内の底および壁に露出した
シリコン基板面に、ゲート絶縁膜として熱酸化によりゲ
ート酸化膜23を厚さ100Åに形成する。CVD法に
より、全面にポリシリコン24を1000〜2500Å
厚に堆積した後、図19(a)の平面図に示すように、
トレンチ2に直交する方向(図面では縦方向)のストラ
イプ形状にパターニングする。図19(a)平面図のA
−A’断面、B−B’断面、C−C’断面、D−D’断
面、E−E’断面を、それぞれ(b)〜(e)に示した
(以下の図面でも同じ。)。
【0081】次に、CVD法により酸化シリコン膜を堆
積した後エッチバックして図20に示すように側壁酸化
膜26を形成する。
【0082】その後、図21に示すように、表面を犠牲
酸化膜27で覆った後、ヒ素をシリコン基板にイオン注
入して、ソース領域8s、ドレイン領域8dを形成す
る。
【0083】次に、CVD法により酸化シリコン膜を堆
積し続いてエッチバックすることにより、図22に示す
ようにポリシリコン24のストライプとストライプの間
を酸化シリコン膜30で埋め込み、ストライプ間の段差
を緩和する。
【0084】次に、図23に示すように、全面にCVD
法により酸化シリコン膜(30〜60Å厚)、窒化シリ
コン膜(80〜100Å厚)、酸化シリコン膜(30〜
60Å厚)を順次堆積し、フローティングゲート−コン
トロールゲート間絶縁膜となるONO膜31を140〜
220Å厚に形成し、さらに全面に後でコントロールゲ
ートになるポリシリコン25を1500〜2500Å厚
に堆積し、さらに酸化シリコン膜32を500〜200
0Å厚に堆積する。
【0085】次に、酸化シリコン膜32をエッチング
し、引き続きポリシリコン25をエッチングして、図2
4に示すようにトレンチ2の上方に沿うストライプ形状
(図面では横方向)にパターニングしコントロールゲー
ト5の形状に形成する。この段階では、図24(a)に
示すようにポリシリコン24とコントロールゲート5
(ポリシリコン25)が直交している。
【0086】次に、図25に示すように、CVD法によ
り酸化シリコン膜を堆積した後、エッチバックしてコン
トロールゲート5の側壁に側壁酸化膜33を形成する。
このときコントロールゲート5および側壁酸化膜33で
覆われていない部分のONO膜31まで除去される。
【0087】このコントロールゲート5と側壁酸化膜3
3をマスクにしてポリシリコン24をエッチングするこ
とで、図26に示すように互いに分離されたフローティ
ングゲート4を形成し、フラッシュメモリのメモリセル
構造を完成する。
【0088】[実施例2]この例では、前述の実施形態
1−2で示した構造のフラッシュメモリについて説明す
る。
【0089】まず図27に示すように、実施例1と同様
にして、酸化シリコン膜29を成膜した後、ドライエッ
チングにより断面形状が方形状のトレンチ2を形成する
(図27(a)平面図、(a’)断面図)。
【0090】実施例1と同様にトレンチ内に露出したシ
リコン基板表面に、ゲート酸化膜23を形成し、全面に
ポリシリコン24を堆積した後、実施例1とは異なり図
28(a)の平面図に示すように、トレンチ2内をすべ
てポリシリコンで埋めたままトレンチと同方向(図面で
は縦方向)のストライプ形状にパターニングする。
【0091】次に、図29に示すように、実施例1と同
様の材料でONO膜31(フローティングゲート−コン
トロールゲート間絶縁膜)を成膜した後、さらにポリシ
リコン25を堆積し、トレンチの方向と直交するストラ
イプ形状にパターニングしてコントロールゲート5を形
成する。
【0092】次に、図30に示すように、ONO膜31
をエッチングし、引き続きポリシリコン24をエッチン
グして、互いに分離されたフローティングゲート4を形
成する。尚、図30(a)では、コントロールゲート5
のハッチングは省略し、その下部のフローティングゲー
ト4にハッチングを施してある。
【0093】次に、図31に示すように、コントロール
ゲート5に沿って半分をレジスト34で覆い、レジスト
で覆われていない基板表面の酸化シリコン膜29および
ゲート酸化膜23を除去し、基板面を露出させる。
【0094】レジスト34を除去した後、図32に示す
ように犠牲酸化膜27を表面に形成した後、コントロー
ルゲートをマスクとして用いてヒ素をシリコン基板にイ
オン注入し、ソース領域8sとドレイン領域8dを形成
し、フラッシュメモリのメモリセル構造を完成する。こ
の例では、図32(a)の横方向で、ソース領域が複数
のメモリセルに共通になっており、埋め込み配線として
用いることができる。一方ドレイン領域は独立してお
り、コンタクトによりビット線に接続される。
【0095】[実施例3]この例では、前述の実施形態
2の構造のフラッシュメモリについて説明する。図33
に示すように、まずn型シリコン基板21の所定領域に
素子分離膜としてLOCOS膜35を形成し、メモリセ
ルを形成する領域である素子形成領域7を分離する。
【0096】次に、図34に示すように、素子形成領域
内にドライエッチングにより断面形状が方形状のトレン
チ2を形成する。このトレンチの深さは、後の工程で形
成されるソース領域およびドレイン領域の深さを考慮し
て、0.3〜0.6μmに設定する。
【0097】次に、シリコン基板21の表面を熱酸化し
てゲート酸化膜23を全面に形成し、さらにCVD法に
よりポリシリコン24を全面に堆積した後、図35
(a)の平面図に示すように、トレンチの縦方向の長さ
より少し長い幅の、横方向のストライプ形状にパターニ
ングする。つまりフローティングゲートの縦方向の長さ
がこれにより決まる。
【0098】次に、全面にONO膜31を形成し、さら
にポリシリコン25を堆積した後、例えばレジストを用
いてポリシリコン25を図36(a)の平面図では、ト
レンチの横方向の長さより少し長い幅の、縦方向のスト
ライプ形状にパターニングしてコントロールゲート5を
形成する。引き続いて露出しているONO膜31をエッ
チングした後、さらにポリシリコン24をエッチングし
て横方向の幅を整え、図36(b)および(c)のどち
らの断面図でもわかるように、互いに分離されたフロー
ティングゲート4を形成し、図36までの工程を終了す
る。尚、図36(c)でコントロールゲート5は、図面
の上下方向に連続しているストライプである。
【0099】次に、図37に示すように、素子形成領域
に露出している酸化シリコン膜を除去し、コントロール
ゲート5の両側に、図37(b)に示すように基板表面
を露出させる。
【0100】次に、図38に示すように、表面に犠牲酸
化膜27(イオン注入保護膜)を形成した後、コントロ
ールゲートをマスクにしてヒ素をイオン注入し、浅いイ
オン注入層18を形成する。このときの注入条件は、加
速エネルギー10〜40keV、好ましくは20〜30
keVとして、後で活性化熱処理しても拡散層がトレン
チ2の底のコーナーまで達しないようにする。またドー
ズ量1×1015〜5×1015cm-2程度である。
【0101】次に図39に示すように、浅いイオン注入
層18のソース領域8sの方を覆いドレイン領域側に開
口を有するレジスト36を形成し、ヒ素をイオン注入し
て深いイオン拡散層19を形成してドレイン領域8dと
する。このときの注入条件は、加速エネルギー40〜1
00keV、好ましくは70〜100keVとして、後
で活性化熱処理したときに拡散層がトレンチ2の底のコ
ーナーに達するように十分に深くイオン注入する。また
ドーズ量1×1015〜5×1015cm-2程度である。
【0102】次に、図40に示すように、レジストを除
去した後、フラッシュメモリのメモリセル構造を完成す
る(尚、図11は、同一形状を表したものであるので図
11(a)も参照されたい。)。
【0103】[実施例4]この例では、前述の実施形態
3の構造のフラッシュメモリについて説明する。
【0104】この例では、図41〜図45までは実施例
3と同様の工程を繰り返す。即ち、まず、n型シリコン
基板21にLOCOS膜35を形成し(図41)、ドラ
イエッチングにより断面形状が方形状のトレンチ2を形
成する(図42)。但し、図42に示すように、トレン
チ2の形成位置をLOCOS膜35の間の中央より右側
に寄せて、ソース領域形成側(左側)に後にセレクトゲ
ートを設けるスペースを確保する。
【0105】次に、横方向のストライプ状にポリシリコ
ン24をパターニングして、フローティングゲートの縦
の幅を決める(図43)。次に、ONO膜31を形成し
た後、ポリシリコン25を堆積し、さらにパターニング
して縦方向のストライプ形状のコントロールゲート5を
形成し、さらにポリシリコン24をエッチングして、縦
横に互いに分離されたフローティングゲート4を形成す
る(図44)。次に、図45に示すように、露出してい
る酸化シリコン膜を除去し、コントロールゲート5の両
側に、図45(b)に示すように基板表面を露出させ
る。
【0106】次にこの実施例では、表面に犠牲酸化膜2
7(これは、イオン注入保護膜であると共に、セレクト
ゲートを半導体基板およびコントロールゲートから絶縁
する絶縁膜を兼ねる)を形成した後、さらにポリシリコ
ンを1500〜2500Å厚に堆積した後パターニング
して、図46に示すようにソース側基板表面の所定個所
を覆うセレクトゲート16を形成する。この図のよう
に、セレクトゲートが、コントロールゲート5の一部に
も重なるようにした方がパターニングが容易である。次
に、この基板の深い位置にヒ素をイオン注入して、ソー
ス領域8sとドレイン領域8dを形成する。このときの
イオン注入条件は、実施例3で深いイオン注入層を形成
するときと同様の条件を採用することができる(尚、図
15は、同一形状を表したものであるので図15(a)
も参照されたい。)。
【0107】このようにしてフラッシュメモリのメモリ
セル構造を完成する。
【0108】
【発明の効果】本発明によれば、ゲート絶縁膜膜厚を薄
くしなくとも、低電圧動作が可能で、信頼性の高いフラ
ッシュメモリを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のフラッシュメモリの1形態を示す図で
ある。
【図2】本発明のフラッシュメモリの1形態の拡大図で
ある。
【図3】本発明のフラッシュメモリにおいて、トレンチ
の底のコーナー部分を拡大した図である。
【図4】本発明のフラッシュメモリの1形態において、
消去時にフローティングゲートからの電子の引き抜きを
説明する図である。
【図5】本発明のフラッシュメモリにおいて、半導体基
板を高電位、フローティングゲート側を低電位にしたと
きに、トレンチの底のコーナー部分でF−Nトンネル電
流が流れることを説明する図である。
【図6】本発明のフラッシュメモリの1形態において、
書き込み動作を説明する図である。
【図7】本発明のフラッシュメモリの1形態において、
読み出し動作を説明する図である。
【図8】本発明のフラッシュメモリの1形態を示す図で
ある。
【図9】本発明のフラッシュメモリの1形態の拡大図で
ある。
【図10】本発明のフラッシュメモリの1形態におい
て、(a)消去、(b)書き込み、(c)読み出しの各
動作を説明する図である。
【図11】本発明のフラッシュメモリの1形態を示す図
である。
【図12】本発明のフラッシュメモリの1形態の拡大図
である。
【図13】本発明のフラッシュメモリの1形態のトレン
チ上部縁を拡大した図である。
【図14】本発明のフラッシュメモリの1形態におい
て、(a)消去、(b)書き込みの各動作を説明する図
である。
【図15】本発明のフラッシュメモリの1形態を示す図
である。
【図16】本発明のフラッシュメモリの1形態の拡大図
である。
【図17】本発明のフラッシュメモリの1形態におい
て、(a)消去、(b)書き込み、(c)読み出しの各
動作を説明する図である。
【図18】実施例1の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(b)A−A’断面図
【図19】実施例1の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(b)B−B’断面図、(c)C−C’
断面図、(d)D−D’断面図、(e)E−E’断面図
【図20】実施例1の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(b)B−B’断面図、(c)C−C’
断面図、(d)D−D’断面図、(e)E−E’断面図
【図21】実施例1の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(b)B−B’断面図、(b2)B2−
B2’断面図、(c)C−C’断面図、(d)D−D’
断面図、(e)E−E’断面図
【図22】実施例1の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(b)B−B’断面図、(c)C−C’
断面図、(d)D−D’断面図、(e)E−E’断面図
【図23】実施例1の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(b)B−B’断面図、(c)C−C’
断面図、(d)D−D’断面図、(e)E−E’断面図
【図24】実施例1の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(b)B−B’断面図、(c)C−C’
断面図、(d)D−D’断面図、(e)E−E’断面図
【図25】実施例1の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(b)B−B’断面図、(c)C−C’
断面図、(d)D−D’断面図
【図26】実施例1の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(b)B−B’断面図、(c)C−C’
断面図、(d)D−D’断面図、(e)E−E’断面図
【図27】実施例2の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(a’)A−A’断面図
【図28】実施例2の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(a’)A−A’断面図
【図29】実施例2の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(a’)A−A’断面図、(b)B−
B’断面図
【図30】実施例2の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(a’)A−A’断面図、(b)B−
B’断面図
【図31】実施例2の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(b)B−B’断面図、(c)C−C’
断面図
【図32】実施例2の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(b)B−B’断面図、(c)C−C’
断面図
【図33】実施例3の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(a’)A−A’断面図
【図34】実施例3の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(a’)A−A’断面図、(c)C−
C’断面図
【図35】実施例3の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(b)B−B’断面図
【図36】実施例3の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(b)B−B’断面図、(c)C−C’
断面図
【図37】実施例3の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(b)B−B’断面図
【図38】実施例3の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(b)B−B’断面図
【図39】実施例3の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(b)B−B’断面図
【図40】実施例3の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(b)B−B’断面図
【図41】実施例4の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(a’)A−A’断面図
【図42】実施例4の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(a’)A−A’断面図、(c)C−
C’断面図
【図43】実施例4の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(b)B−B’断面図
【図44】実施例4の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(b)B−B’断面図、(c)C−C’
断面図
【図45】実施例4の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(b)B−B’断面図
【図46】実施例4の製造方法を説明する図である。 (a)平面図、(b)B−B’断面図
【図47】従来のフラッシュメモリを説明するための図
である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 トレンチ 3 ゲート絶縁膜 4 フローティングゲート 5 コントロールゲート 7 素子形成領域 8s ソース領域 8d ドレイン領域 9 絶縁膜 10 角 11 隅 12 素子分離膜 14 角 15 隅 16 セレクトゲート 18 浅いイオン注入層 19 深いイオン注入層 21 p型シリコン基板 22 トレンチ 23 ゲート酸化膜 24 ポリシリコン 25 ポリシリコン 26 側壁酸化膜 27 犠牲酸化膜 29 酸化シリコン膜 30 酸化シリコン膜 31 ONO膜 32 酸化シリコン膜 33 側壁酸化膜 34 レジスト 35 LOCOS酸化膜 36 レジスト
───────────────────────────────────────────────────── 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 G11C 16/04 H01L 27/115 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に、 前記半導体基板表面に設けられ、コーナーを有するトレ
    ンチと、 前記トレンチ内の表面に設けられたゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜を介してトレンチ内に埋め込まれたフ
    ローティングゲートと、 前記フローティングゲートと絶縁されて設けられたコン
    トロールゲートとを備え、 前記トレンチの底のコーナーにおいて前記フローティン
    グゲートの角と半導体基板の隅とが前記ゲート絶縁膜を
    介して対面しており、 前記トレンチの上部縁の半導体基板表面に、トレンチ上
    部縁の半導体基板の角からフローティングゲートへの電
    子注入を妨げる厚さの絶縁膜が設けられていることを特
    徴とするフラッシュメモリ。
  2. 【請求項2】 前記フローティングゲートは、前記半導
    体基板表面でトレンチ幅より広い部分を有するT字形状
    であることを特徴とする請求項1記載のフラッシュメモ
    リ。
  3. 【請求項3】 半導体基板上に、 前記半導体基板表面に設けられ、コーナーを有するトレ
    ンチと、 前記トレンチ内の表面に設けられたゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜を介してトレンチ内に埋め込まれ、前
    記半導体基板表面でトレンチ幅より広い部分を有するT
    字形状であるフローティングゲートと、 前記フローティングゲートと絶縁されて設けられたコン
    トロールゲートとを備え、 前記トレンチの底のコーナーにおいて前記フローティン
    グゲートの角と前記半導体基板の隅とが前記ゲート絶縁
    膜を介して対面し、 前記トレンチ上部縁において前記半導体基板の角と前記
    フローティングゲートの隅が前記ゲート絶縁膜を介して
    対面し、 前記トレンチを挟んだ一方側の前記半導体基板表面の、
    前記トレンチの上部縁の角を含み、かつトレンチの底の
    コーナーまで達しない領域にソース領域が設けられ、 前記トレンチを挟んだ反対側の前記半導体基板表面の、
    前記トレンチの上部縁の角と、トレンチの底のコーナー
    の隅を含む領域にドレイン領域が設けられていることを
    特徴とするフラッシュメモリ。
  4. 【請求項4】 前記トレンチが、半導体基板表面の一方
    向にストライプ状に設けられ、 前記コントロールゲートが前記トレンチの上方に同一方
    向に設けられ、 ソース領域およびドレイン領域が、前記トレンチと直交
    する方向に半導体基板の表面に、複数のメモリセルに共
    通するように設けられ、 前記フローティングゲートが、前記コントロールゲート
    下部であって、前記ソース領域とドレイン領域の間に設
    けられていることを特徴とする請求項1記載のフラッシ
    ュメモリ。
  5. 【請求項5】 前記トレンチが、半導体基板表面の一方
    向にストライプ状に設けられ、 前記コントロールゲートが前記トレンチと直交する方向
    に設けられ、 前記フローティングゲートが、前記コントロールゲート
    下部であって、前記トレンチと交差する個所に設けら
    れ、 前記フローティングゲートを挟んで半導体基板にソース
    領域とドレイン領域が設けられ、このソース領域が複数
    のメモリセルに共通するように、前記コントロールゲー
    トに沿って延在していることを特徴とする請求項1記載
    のフラッシュメモリ。
  6. 【請求項6】 前記半導体基板の表面が素子分離膜によ
    ってメモリセルが形成されている素子形成領域に分離さ
    れており、 前記トレンチが、この素子形成領域内の中央付近に平面
    的に素子形成領域を分断するように設けられ、その両側
    に前記ソース領域と前記ドレイン領域が設けられ、 前記フローティングゲートがこのトレンチ内を埋め、さ
    らに平面形状ではトレンチ形状より大きい形状で設けら
    れ、 前記コントロールゲートが前記トレンチの上方に、前記
    ソース領域と前記ドレイン領域を分断する方向と同一方
    向に設けられていることを特徴とする請求項3記載のフ
    ラッシュメモリ。
  7. 【請求項7】 トレンチの断面形状が方形状であること
    を特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のフラッシ
    ュメモリ。
  8. 【請求項8】 データ書き込み・消去のために、請求項
    1または2のフラッシュメモリのフローティングゲート
    の電子引き抜き・注入方法であって、 フローティングゲートからの電子引き抜きが、コントロ
    ールゲートを低電位、半導体基板を高電位にしたとき
    に、前記フローティングゲートの角からの電子引き抜き
    によって行われ、 フローティングゲートへの電子注入が、ソース領域−ド
    レイン領域間のチャネル領域からフローティングゲート
    へのホットエレクトロン注入によって行われることを特
    徴とするフラッシュメモリのフローティングゲートの電
    子引き抜き・注入方法。
  9. 【請求項9】 データ書き込み・消去のために、請求項
    3のフラッシュメモリのフローティングゲートの電子引
    き抜き・注入方法であって、 フローティングゲートからの電子引き抜きが、コントロ
    ールゲートを低電位、半導体基板を高電位にしたとき
    に、トレンチの底のコーナーにおいて前記フローティン
    グゲートの角からドレイン領域への電子引き抜きによっ
    て行われ、 フローティングゲートへの電子注入が、コントロールゲ
    ートを高電位にして、ソース領域およびドレイン領域の
    少なくとも一方を低電位にしたときに、フローティング
    ゲートへの電子注入によって行われることを特徴とする
    フラッシュメモリのフローティングゲートの電子引き抜
    き・注入方法。
  10. 【請求項10】 請求項1、2、または記載のフラ
    ッシュメモリのデータ書き込み・消去方法であって、消
    去動作を、前記半導体基板を高電位に設定し、前記コン
    トロールゲートの電位を低電位に設定してフローティン
    グゲートから電子を引き抜くことによって行い、書き込
    み動作を、ソース領域−ドレイン領域間のチャネル領域
    からフローティングゲートへのホットエレクトロン注入
    によって行うことを特徴とするフラッシュメモリのデー
    タ書き込み・消去方法。
  11. 【請求項11】 請求項3または記載のフラッシュメ
    モリのデータ書き込み・消去方法であって、書き込み動
    作を、前記ドレイン領域を高電位に設定し、前記コント
    ロールゲートの電位を低電位に設定してフローティング
    ゲートから電子を引き抜くことによって行い、消去動作
    を、前記ドレイン領域およびソース領域の両方を低電位
    に設定し、前記コントロールゲートを高電位に設定して
    フローティングゲートに電子を注入して行うことを特徴
    とするフラッシュメモリのデータ書き込み・消去方法。
JP24741698A 1998-09-01 1998-09-01 フラッシュメモリ、その書き込み・消去方法 Expired - Fee Related JP3303789B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24741698A JP3303789B2 (ja) 1998-09-01 1998-09-01 フラッシュメモリ、その書き込み・消去方法
CNB991183975A CN1213481C (zh) 1998-09-01 1999-09-01 闪烁存储器、其写入和删除方法及其制造方法
US09/387,722 US6317360B1 (en) 1998-09-01 1999-09-01 Flash memory and methods of writing and erasing the same as well as a method of forming the same
KR10-1999-0036975A KR100369876B1 (ko) 1998-09-01 1999-09-01 플래시 메모리의 입력/소거 방법 및 그 제조방법
US09/953,267 US20020012745A1 (en) 1998-09-01 2001-09-17 Flash memory and methods of writing and erasing the same as well as a method of forming the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24741698A JP3303789B2 (ja) 1998-09-01 1998-09-01 フラッシュメモリ、その書き込み・消去方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000077632A JP2000077632A (ja) 2000-03-14
JP3303789B2 true JP3303789B2 (ja) 2002-07-22

Family

ID=17163120

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP24741698A Expired - Fee Related JP3303789B2 (ja) 1998-09-01 1998-09-01 フラッシュメモリ、その書き込み・消去方法

Country Status (4)

Country Link
US (2) US6317360B1 (ja)
JP (1) JP3303789B2 (ja)
KR (1) KR100369876B1 (ja)
CN (1) CN1213481C (ja)

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7005338B2 (en) 2002-09-19 2006-02-28 Promos Technologies Inc. Nonvolatile memory cell with a floating gate at least partially located in a trench in a semiconductor substrate
CN100437829C (zh) * 2003-04-03 2008-11-26 旺宏电子股份有限公司 非易失性存储单元阵列的操作方法
US7183600B2 (en) * 2003-06-03 2007-02-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor device with trench gate type transistor and method of manufacturing the same
US6977412B2 (en) * 2003-09-05 2005-12-20 Micron Technology, Inc. Trench corner effect bidirectional flash memory cell
US7307309B2 (en) * 2004-03-04 2007-12-11 Texas Instruments Incorporated EEPROM with etched tunneling window
TWI246166B (en) * 2004-07-08 2005-12-21 Powerchip Semiconductor Corp Flash memory cell and fabricating method thereof
CN100339979C (zh) * 2004-11-02 2007-09-26 力晶半导体股份有限公司 快闪存储单元及其制造方法
CN100373625C (zh) * 2004-12-03 2008-03-05 马维尔世界贸易股份有限公司 可擦除与可编程的只读存储器元件和制造及操作方法
KR100675516B1 (ko) * 2005-02-14 2007-01-30 주식회사 엑셀반도체 매립된 플로팅 게이트 구조를 갖는 플래쉬 메모리 셀 및 그제조 방법
JP2006253547A (ja) * 2005-03-14 2006-09-21 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体記憶装置及びその製造方法
US7342272B2 (en) * 2005-08-31 2008-03-11 Micron Technology, Inc. Flash memory with recessed floating gate
JP4773182B2 (ja) * 2005-10-28 2011-09-14 エルピーダメモリ株式会社 半導体装置の製造方法
KR100723767B1 (ko) * 2005-11-10 2007-05-30 주식회사 하이닉스반도체 플래쉬 메모리 소자 및 그 제조방법
KR100649974B1 (ko) * 2005-11-30 2006-11-27 주식회사 하이닉스반도체 리세스드 플로팅게이트를 구비한 플래시메모리소자 및 그의제조 방법
JP4592575B2 (ja) * 2005-12-08 2010-12-01 株式会社東芝 不揮発性半導体メモリとその製造方法
US7282406B2 (en) * 2006-03-06 2007-10-16 Semiconductor Companents Industries, L.L.C. Method of forming an MOS transistor and structure therefor
JP5087864B2 (ja) * 2006-06-21 2012-12-05 富士通株式会社 膜厚予測プログラム、記録媒体、膜厚予測装置および膜厚予測方法
KR100791342B1 (ko) 2006-08-09 2008-01-03 삼성전자주식회사 반도체 소자 및 그 제조 방법
US7662698B2 (en) * 2006-11-07 2010-02-16 Raytheon Company Transistor having field plate
US8803217B2 (en) * 2007-03-13 2014-08-12 Freescale Semiconductor, Inc. Process of forming an electronic device including a control gate electrode, a semiconductor layer, and a select gate electrode
KR100877098B1 (ko) * 2007-03-23 2009-01-09 주식회사 하이닉스반도체 셀간 간섭을 억제하는 비휘발성 메모리 소자 및 제조 방법
JP5149539B2 (ja) 2007-05-21 2013-02-20 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
TWI419266B (zh) * 2007-07-03 2013-12-11 Nanya Technology Corp 半導體裝置之製造方法
JP2009032808A (ja) * 2007-07-25 2009-02-12 Toshiba Corp 半導体装置
KR100889923B1 (ko) * 2007-11-23 2009-03-24 주식회사 동부하이텍 플래쉬 메모리 소자 및 그 제조 방법
JP2009146497A (ja) * 2007-12-13 2009-07-02 Renesas Technology Corp 半導体装置
US8114468B2 (en) 2008-06-18 2012-02-14 Boise Technology, Inc. Methods of forming a non-volatile resistive oxide memory array
JP5376976B2 (ja) * 2009-02-06 2013-12-25 株式会社東芝 不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法
US8750037B2 (en) * 2009-06-16 2014-06-10 Globalfoundries Singapore Pte. Ltd. Non-volatile memory utilizing impact ionization and tunnelling and method of manufacturing thereof
FR2953643B1 (fr) * 2009-12-08 2012-07-27 Soitec Silicon On Insulator Cellule memoire flash sur seoi disposant d'une seconde grille de controle enterree sous la couche isolante
JP2011040782A (ja) * 2010-10-18 2011-02-24 Renesas Electronics Corp 半導体装置の製造方法
CN102456403B (zh) * 2010-10-22 2014-11-12 北京大学 利用分裂槽栅快闪存储器实现四位存储的方法
CN102593061B (zh) * 2011-01-07 2015-12-02 上海华虹宏力半导体制造有限公司 分立栅快闪存储器及其制造方法
US20120261739A1 (en) * 2011-04-15 2012-10-18 Macronix International Co., Ltd. Semiconductor device and fabrication method thereof
JP2014143377A (ja) * 2013-01-25 2014-08-07 Seiko Instruments Inc 半導体不揮発性メモリ
KR20140099728A (ko) * 2013-02-04 2014-08-13 삼성전자주식회사 비휘발성 메모리 소자 및 이의 제조 방법
CN104600032B (zh) * 2014-12-31 2017-10-03 北京兆易创新科技股份有限公司 一种或非门闪存存储器的制作方法
CN105990358B (zh) * 2015-02-04 2019-02-12 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 分离栅式闪存器件及制备方法
JP2017045947A (ja) * 2015-08-28 2017-03-02 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
CN107919359B (zh) * 2016-10-09 2021-06-01 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 一种半导体器件及其制造方法和电子装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60200573A (ja) 1984-03-26 1985-10-11 Toshiba Corp 半導体装置
US4975384A (en) * 1986-06-02 1990-12-04 Texas Instruments Incorporated Erasable electrically programmable read only memory cell using trench edge tunnelling
JPH01115164A (ja) 1987-10-28 1989-05-08 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体装置
US5146426A (en) 1990-11-08 1992-09-08 North American Philips Corp. Electrically erasable and programmable read only memory with trench structure
JPH04221857A (ja) 1990-12-21 1992-08-12 Kawasaki Steel Corp 不揮発性メモリ
JPH0582798A (ja) 1991-09-20 1993-04-02 Fujitsu Ltd 半導体記憶装置及びその製造方法
US5315142A (en) 1992-03-23 1994-05-24 International Business Machines Corporation High performance trench EEPROM cell
JPH05299663A (ja) 1992-04-16 1993-11-12 Kobe Steel Ltd 半導体記憶装置
JP3075192B2 (ja) 1996-09-30 2000-08-07 日本電気株式会社 半導体装置の製造方法
JPH10116925A (ja) 1996-10-09 1998-05-06 Ricoh Co Ltd 不揮発性半導体メモリ装置とその製造方法
US6002151A (en) * 1997-12-18 1999-12-14 Advanced Micro Devices, Inc. Non-volatile trench semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
US20020012745A1 (en) 2002-01-31
CN1246732A (zh) 2000-03-08
CN1213481C (zh) 2005-08-03
JP2000077632A (ja) 2000-03-14
KR20000022845A (ko) 2000-04-25
US6317360B1 (en) 2001-11-13
KR100369876B1 (ko) 2003-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3303789B2 (ja) フラッシュメモリ、その書き込み・消去方法
TWI244200B (en) Flash memory with trench select gate and fabrication process
US5786612A (en) Semiconductor device comprising trench EEPROM
US6949788B2 (en) Nonvolatile semiconductor memory device and method for operating the same
JP3000116B2 (ja) 一体のセレクトトランジスタを有する三次元メモリセル
JP5503843B2 (ja) 不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法
JP3966707B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
KR100385041B1 (ko) Eeprom 메모리 셀 및 그 제조 방법
US5859459A (en) Semiconductor memory device and method of manufacturing the same
JP3397903B2 (ja) 不揮発性半導体記憶装置の製造方法
JP5190985B2 (ja) 不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法
JP2009188293A (ja) 不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法
JP2009194106A (ja) 不揮発性半導体記憶装置及び不揮発性半導体記憶装置の製造方法
JPH08181233A (ja) Eeprom及びその製造方法
TW564552B (en) A trench type stacked gate flash memory and the method to fabricate the same
JP5106022B2 (ja) 不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法
JPH0897309A (ja) 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法
JP2001217329A (ja) フラッシュeepromセルの製造方法
JP2008529298A (ja) 埋め込まれたフローティングゲート構造を持つフラッシュメモリセル及びその製造方法
JP2001230330A (ja) 不揮発性半導体記憶装置とその製造方法
JPH04307974A (ja) 電気的消去可能不揮発性半導体記憶装置
JP2003188290A (ja) 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法
JP2001257328A (ja) 不揮発性半導体記憶装置を含む半導体装置
JP5190986B2 (ja) 不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法
JPH09186256A (ja) 半導体不揮発性メモリの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees