JP3459062B2 - Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same

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JP3459062B2 JP2001151928A JP2001151928A JP3459062B2 JP 3459062 B2 JP3459062 B2 JP 3459062B2 JP 2001151928 A JP2001151928 A JP 2001151928A JP 2001151928 A JP2001151928 A JP 2001151928A JP 3459062 B2 JP3459062 B2 JP 3459062B2
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紳二 小田中
信代 ▲杉▼山
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、不揮発性半導体記
憶装置及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、フラッシュ型EEPROM(Flas
h Electrically Erasable Programmable ROM)装置は、
電気的な書き込み及び消去が可能な不揮発性半導体記憶
装置として電子機器に広く用いられている。不揮発性半
導体記憶装置におけるメモリセルの構造は、大きく2種
類に分けられる。第1は、半導体基板上に浮遊ゲート電
極と制御ゲート電極とが順次積層された電極構造を持つ
スタックゲート型であり、第2は、浮遊ゲート電極と制
御ゲート電極とが互いに隣接して半導体基板のチャネル
領域と対向する電極構造を持つスプリットゲート型であ
る。
2. Description of the Related Art Currently, flash type EEPROM (Flass
h Electrically Erasable Programmable ROM)
It is widely used in electronic devices as a nonvolatile semiconductor memory device that can be electrically written and erased. The structure of the memory cell in the non-volatile semiconductor memory device is roughly classified into two types. The first is a stack gate type having an electrode structure in which a floating gate electrode and a control gate electrode are sequentially stacked on a semiconductor substrate, and the second is a semiconductor substrate in which the floating gate electrode and the control gate electrode are adjacent to each other. It is a split gate type having an electrode structure facing the channel region of.

【0003】以下、従来のスプリットゲート型構造の不
揮発性半導体記憶装置について図面を参照しながら説明
する。
A conventional split gate type non-volatile semiconductor memory device will be described below with reference to the drawings.

【0004】図42は、米国特許第5,780,341
号に開示されている、半導体基板における浮遊ゲート電
極の下側部分に段差部を設けたスプリットゲート型の不
揮発性半導体記憶装置の断面構成を示している。図42
に示すように、例えば、p型シリコンからなる半導体基
板201の主面には、上段となる第1表面領域202、
下段となる第2表面領域203及び上段と下段とをつな
ぐ段差側面領域204からなる段差部205が設けられ
ている。
FIG. 42 shows US Pat. No. 5,780,341.
2 shows a cross-sectional structure of a split gate type nonvolatile semiconductor memory device in which a step portion is provided in a lower portion of a floating gate electrode in a semiconductor substrate. FIG. 42
As shown in FIG. 1, for example, on the main surface of the semiconductor substrate 201 made of p-type silicon, the first surface region 202 in the upper stage,
A step portion 205 is provided which includes a second surface area 203 which is a lower step and a step side surface area 204 which connects the upper step and the lower step.

【0005】第1表面領域202上における段差部20
5には、制御ゲート電極210がゲート絶縁膜211を
介して形成されている。また、段差部205を跨ぐよう
に形成された浮遊ゲート電極212は、制御ゲート電極
210の段差部205側の側面とはシリコン酸化膜21
3を介して容量結合すると共に、第2表面領域203と
はトンネル膜となるシリコン酸化膜213を介して対向
している。
The step portion 20 on the first surface region 202
5, a control gate electrode 210 is formed via a gate insulating film 211. In addition, the floating gate electrode 212 formed so as to straddle the step portion 205 has a silicon oxide film 21 on the side surface of the control gate electrode 210 on the step portion 205 side.
3 and capacitively couples with each other, and faces the second surface region 203 with a silicon oxide film 213 serving as a tunnel film.

【0006】半導体基板201の第1表面領域202に
は、n型の高濃度ソース領域221が形成されており、
第2表面領域203には、浮遊ゲート電極212の下側
の領域にn型の低濃度ドレイン領域222aが形成さ
れ、該低濃度ドレイン領域222aの外側には高濃度ド
レイン領域222bが形成されている。
An n-type high-concentration source region 221 is formed in the first surface region 202 of the semiconductor substrate 201,
In the second surface region 203, an n-type low-concentration drain region 222a is formed in a region below the floating gate electrode 212, and a high-concentration drain region 222b is formed outside the low-concentration drain region 222a. .

【0007】また、第1表面領域202における浮遊ゲ
ート電極212の下側の領域には、p型不純物濃度が半
導体基板201よりも高いp型不純物領域223が形成
されている。このような構成を採ることにより、高濃度
ソース領域221に注入された電子がチャネル領域を走
行する方向に浮遊ゲート電極212が位置しているた
め、チャネル電子の注入効率が向上する。
A p-type impurity region 223 having a p-type impurity concentration higher than that of the semiconductor substrate 201 is formed in a region of the first surface region 202 below the floating gate electrode 212. By adopting such a configuration, since the floating gate electrode 212 is located in the direction in which the electrons injected into the high-concentration source region 221 travel in the channel region, the injection efficiency of the channel electrons is improved.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本願発明者らは、シミ
ュレーション等を含め、種々の検討を重ねた結果、前記
従来のスプリットゲート型の不揮発性半導体記憶装置
は、半導体基板201に設けた段差部205が電子の注
入効率を上げるという効果が不十分であるという結論を
得ている。
As a result of various studies including simulations and the like, the inventors of the present application have found that the conventional split gate nonvolatile semiconductor memory device has a stepped portion provided on a semiconductor substrate 201. It is concluded that 205 has an insufficient effect of increasing the electron injection efficiency.

【0009】すなわち、書き込み動作時の電界の印加時
には、低濃度ドレイン領域222aのソース側の端部に
おいて段差部205の下側の角部から上方へは高電界が
伝搬しにくいため、段差部250の下側の角部の近傍で
のみ電界の集中が起こりやすくなり、その結果、電界が
最も高い領域が、浮遊ゲート電極212のチャネル電子
を実際に注入したい段差側面領域204の下方にずれて
しまい、チャネル電子が段差側面領域204から離れた
領域を通って直接に低濃度ドレイン領域222aに流れ
てしまう。このため、チャネル電子の浮遊ゲート電極2
12への注入の高効率化が十分に達成されていないとい
うものである。
That is, when an electric field is applied during the write operation, the high electric field is unlikely to propagate upward from the lower corner of the step 205 at the source-side end of the low-concentration drain region 222a. The electric field is likely to be concentrated only in the vicinity of the lower corners, and as a result, the region having the highest electric field is displaced below the step side surface region 204 where the channel electrons of the floating gate electrode 212 are to be actually injected. , Channel electrons flow directly to the low-concentration drain region 222a through a region away from the step side surface region 204. Therefore, the floating gate electrode 2 for channel electrons
That is, the high efficiency of injection into 12 has not been sufficiently achieved.

【0010】一方、消去動作時においては、浮遊ゲート
電極212に蓄積されている電子を、シリコン酸化膜2
13の浮遊ゲート電極212と対向する部分からなるト
ンネル膜から、FNトンネル電流として高濃度ドレイン
領域222bに引き抜く。しかしながら、素子の微細化
に伴ってトンネル膜における電子の通過部分の面積が減
少して、消去動作が困難になるという問題がある。
On the other hand, during the erase operation, the electrons accumulated in the floating gate electrode 212 are transferred to the silicon oxide film 2
An FN tunnel current is extracted from the tunnel film formed of a portion of the tunnel electrode 13 facing the floating gate electrode 212 to the high concentration drain region 222b. However, there is a problem that the area of the electron passage portion in the tunnel film is reduced with the miniaturization of the element, and the erase operation becomes difficult.

【0011】また、消去動作を容易にするために、ドレ
イン電圧を高くしてトンネル膜に掛かる電界を増大する
方法があるが、高濃度ドレイン領域222bにおいて発
生する高いエネルギーを持つ正孔(ホットホール)も同
時に発生してしまう。ホットホールは、トンネル膜の信
頼性を低下させたり、トンネル膜中にホットホールが捕
獲されて素子の特性を劣化させるという問題を生じる。
In order to facilitate the erase operation, there is a method of increasing the drain voltage to increase the electric field applied to the tunnel film. However, holes having high energy (hot holes) generated in the high concentration drain region 222b are available. ) Also occurs at the same time. The hot hole causes a problem that the reliability of the tunnel film is lowered, or the hot hole is trapped in the tunnel film to deteriorate the characteristics of the device.

【0012】また、素子の微細化、特に制御ゲート電極
210のゲート長の短縮化に伴って、従来のスプリット
ゲート型のフラッシュEEPROM装置では顕在化しな
かったショートチャネル効果も顕在化するという問題が
ある。
Further, with the miniaturization of the element, especially with the reduction of the gate length of the control gate electrode 210, there is a problem that the short channel effect, which has not been realized in the conventional split gate type flash EEPROM device, is also realized. .

【0013】本発明は前記従来の問題を解決し、段差部
を持つ不揮発性半導体記憶装置における電子の注入効率
の向上を確実に達成できるようにし、低電圧で高速書き
込みを実現できるようにすることを第1の目的とする。
The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, ensures improvement of electron injection efficiency in a nonvolatile semiconductor memory device having a step portion, and realizes high-speed writing at a low voltage. Is the first purpose.

【0014】また、消去動作時に、ホットホールの発生
を抑制しながら消去速度の向上を図ることを第2の目的
とし、ショートチャネル効果を抑制して素子の微細化を
可能とすることを第3の目的とする。
A second object is to improve the erasing speed while suppressing the generation of hot holes during the erasing operation, and the third object is to suppress the short channel effect and enable miniaturization of the device. The purpose of.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】前記第1の目的を達成す
るため、本発明は、ドレイン側に段差部を有する不揮発
性半導体記憶装置に、ドレイン領域の導電型と反対側の
導電型の高濃度不純物領域を段差部の上側の角部から第
1表面領域及び段差側面領域に達しないように間隔をお
くと共に該角部と対向する位置に形成するか、又は書き
込み動作時に適当な基板電圧を印加する方法を採る構成
とする。
In order to achieve the first object, the present invention provides a nonvolatile semiconductor memory device having a step portion on the drain side, which has a high conductivity type on the side opposite to the conductivity type of the drain region. The concentration impurity region is formed so as not to reach the first surface region and the step side surface region from the upper corner of the step portion and is formed at a position facing the corner portion, or an appropriate substrate voltage is applied during the writing operation. The method of applying is adopted.

【0016】また、前記第2の目的を達成するため、本
発明は、ドレイン領域の不純物濃度をソース領域から離
れるにつれて高くする構成とし、前記第3の目的を達成
するため、ソース領域の周囲に該ソース領域と反対の導
電型の不純物領域を設ける構成とする。
In order to achieve the second object, the present invention has a structure in which the impurity concentration of the drain region is increased as the distance from the source region increases. An impurity region having a conductivity type opposite to that of the source region is provided.

【0017】具体的に、本発明に係る第1の不揮発性半
導体記憶装置は、前記第1の目的を達成し、半導体基板
に形成され、上段となる第1表面領域、下段となる第2
表面領域及び上段と下段とをつなぐ段差側面領域からな
る段差部と、第1表面領域上に形成された第1絶縁膜
と、第1表面領域上における段差部の近傍に第1絶縁膜
を介して形成された制御ゲート電極と、半導体基板上に
段差部を跨ぐように形成され、制御ゲート電極の段差部
側の側面と第2絶縁膜を介して容量結合すると共に第2
表面領域と第3絶縁膜を介して対向する浮遊ゲート電極
と、第1表面領域における制御ゲート電極に対して浮遊
ゲート電極と反対側の領域に形成されたソース領域と、
第2表面領域における浮遊ゲート電極の下側の領域に形
成されたドレイン領域と、半導体基板に、第1表面領域
の下方における段差部の上側の角部と間隔をおいた位置
から段差部の下側の角部に向けて延びると共に段差側面
領域に達することなくドレイン領域と隣接するように形
成され、ドレイン領域と反対の導電型の高濃度不純物領
域からなる空乏化規制層とを備えている。
Specifically, the first non-volatile semiconductor memory device according to the present invention achieves the first object and is formed on a semiconductor substrate and has a first surface region as an upper stage and a second surface region as a lower stage.
A step portion formed of a surface area and a step side surface area connecting the upper step and the lower step, a first insulating film formed on the first surface area, and a first insulating film interposed in the vicinity of the step portion on the first surface area. And a control gate electrode formed on the semiconductor substrate so as to straddle the step portion, and is capacitively coupled to the side surface of the control gate electrode on the step portion side via the second insulating film.
A floating gate electrode facing the surface region through the third insulating film; a source region formed in a region of the first surface region opposite to the floating gate electrode with respect to the control gate electrode;
The drain region formed in the region below the floating gate electrode in the second surface region and the semiconductor substrate below the step portion from a position spaced from the upper corner of the step portion below the first surface region. A depletion control layer formed of a high-concentration impurity region of a conductivity type opposite to the drain region, the depletion control layer being formed to extend toward the corner portion on the side and adjoin the drain region without reaching the step side surface region.

【0018】第1の不揮発性半導体記憶装置はスプリッ
トゲート型であって、これによると、半導体基板の内部
に、第1表面領域の下方における段差部の上側の角部と
間隔をおいた位置から段差部の下側の角部に向けて延び
ると共に段差側面領域に達することなくドレイン領域と
隣接するように形成され、ドレイン領域と反対の導電型
の高濃度不純物領域からなる空乏化規制層を備えている
ため、書き込み動作時には、ドレイン領域が段差部の下
段である第2表面領域に設けられていても、空乏層が段
差部から離れた領域にまで延びることがなくなる。その
上、ドレイン領域による高電界がこの空乏化規制層との
pn接合による逆バイアス状態となり、pn接合間の電
位差も大きくなって、段差部の下側の角部付近に発生す
る高電子温度域に向かって流れるキャリアのパスが生じ
るので、段差側面領域の近傍でホットエレクトロンとな
った電子の段差側面領域から浮遊ゲート電極への注入効
率が確実に向上する。
The first non-volatile semiconductor memory device is of a split gate type, and according to this, from the position spaced from the upper corner of the step portion below the first surface region inside the semiconductor substrate. A depletion control layer is formed which extends toward the lower corner of the step portion and is formed so as to be adjacent to the drain region without reaching the step side surface region and which is composed of a high-concentration impurity region of a conductivity type opposite to the drain region. Therefore, during the write operation, even if the drain region is provided in the second surface region below the step, the depletion layer does not extend to a region away from the step. In addition, the high electric field due to the drain region is in a reverse bias state due to the pn junction with the depletion control layer, the potential difference between the pn junctions also increases, and the high electron temperature region generated near the lower corner of the step portion. Since a path of carriers flowing toward the side surface is generated, the efficiency of injection of electrons, which have become hot electrons in the vicinity of the step side surface region, from the step side surface region to the floating gate electrode is surely improved.

【0019】第1の不揮発性半導体記憶装置は、段差部
の上側の角部と空乏化規制層との間に形成され、空乏化
規制層と同一導電型の不純物領域からなる高電界形成層
をさらに備えていることが好ましい。このようにする
と、段差側面領域において、高電界形成層とドレイン領
域との界面からなるpn接合部のエネルギー準位の勾配
がより急峻となるため、高電界形成層とドレイン領域と
の界面で高電界が発生し、発生した高電界が、段差構造
による高電界及び空乏化規制層とドレイン領域との境界
に発生する高電界と重なり合って、段差側面領域の下側
の角部付近の電子温度がより一層上昇する。その結果、
チャネル電子のホットエレクトロンの発生量が増加し
て、浮遊ゲート電極に対する電子注入効率がさらに向上
する。
The first non-volatile semiconductor memory device includes a high electric field forming layer formed between the upper corner of the step and the depletion limiting layer and formed of an impurity region of the same conductivity type as the depletion limiting layer. Further, it is preferable to further include. With this configuration, in the step side surface region, the gradient of the energy level of the pn junction formed by the interface between the high electric field forming layer and the drain region becomes steeper, so that the high electric field forming layer and the drain region have a higher gradient. An electric field is generated, and the generated high electric field overlaps the high electric field due to the step structure and the high electric field generated at the boundary between the depletion control layer and the drain region, so that the electron temperature near the lower corner of the step side surface region is increased. Rise even more. as a result,
The generation amount of hot electrons of channel electrons is increased, and the electron injection efficiency to the floating gate electrode is further improved.

【0020】第1の不揮発性半導体記憶装置において、
高電界形成層の不純物濃度が、空乏化規制層の不純物濃
度よりも低く且つ半導体基板の不純物濃度よりも高いこ
とが好ましい。このようにすると、段差部から間隔をお
いた空乏化規制層と段差部との間に形成された高電界形
成層が、書き込み動作時に空乏化して段差側面領域の近
傍にチャネル領域が確実に生成される。
In the first nonvolatile semiconductor memory device,
The impurity concentration of the high electric field forming layer is preferably lower than that of the depletion control layer and higher than that of the semiconductor substrate. By doing so, the high electric field forming layer formed between the stepped portion and the depletion control layer spaced from the stepped portion is depleted during the write operation, and the channel region is surely generated in the vicinity of the step side surface region. To be done.

【0021】本発明に係る第2の不揮発性半導体記憶装
置は、半導体基板に形成され、上段となる第1表面領
域、下段となる第2表面領域及び上段と下段とをつなぐ
段差側面領域からなる段差部と、半導体基板上に段差部
を跨ぐように形成された第1絶縁膜と、第1絶縁膜上に
段差部を跨ぐように形成された浮遊ゲート電極と、浮遊
ゲート電極上に第2絶縁膜を介して形成され、浮遊ゲー
ト電極と容量結合する制御ゲート電極と、第1表面領域
における浮遊ゲート電極に対して段差部と反対側の領域
に形成されたソース領域と、第2表面領域における浮遊
ゲート電極の下側の領域に形成されたドレイン領域と、
半導体基板に、第1表面領域の下方における段差部の上
側の角部と間隔をおいた位置から段差部の下側の角部に
向けて延びると共に段差側面領域に達することなくドレ
イン領域と隣接するように形成され、ドレイン領域と反
対の導電型の高濃度不純物領域からなる空乏化規制層と
を備えている。
A second nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is formed on a semiconductor substrate and comprises a first surface region which is an upper stage, a second surface region which is a lower stage, and a step side surface region which connects the upper stage and the lower stage. A step portion, a first insulating film formed on the semiconductor substrate so as to extend over the step portion, a floating gate electrode formed on the first insulating film so as to extend over the step portion, and a second insulating film formed on the floating gate electrode. A control gate electrode formed via an insulating film and capacitively coupled to the floating gate electrode, a source region formed in a region of the first surface region opposite to the step portion with respect to the floating gate electrode, and a second surface region. A drain region formed in a region below the floating gate electrode in
The semiconductor substrate extends from a position spaced from the upper corner of the step below the first surface region toward the lower corner of the step and is adjacent to the drain region without reaching the step side region. And a depletion control layer formed of a high-concentration impurity region of a conductivity type opposite to the drain region.

【0022】第2の不揮発性半導体記憶装置はスタック
ゲート型であって、これによると、半導体基板の内部
に、第1表面領域の下方における段差部の上側の角部と
間隔をおいた位置から段差部の下側の角部に向けて延び
ると共に段差側面領域に達することなくドレイン領域と
隣接するように形成され、ドレイン領域と反対の導電型
の高濃度不純物領域からなる空乏化規制層を備えている
ため、書き込み動作時には、ドレイン領域が段差部の下
段である第2表面領域に設けられていても、空乏層が段
差部から離れた領域にまで延びることがなくなる。ま
た、ドレイン領域による高電界がこの空乏化規制層との
pn接合による高電界が生じるので、段差部の下側の角
部付近に発生する高電子温度域に向かって流れるキャリ
アのパスが生成され、段差側面領域の近傍でホットエレ
クトロンとなった電子の段差側面領域から浮遊ゲート電
極への注入効率が確実に向上する。
The second non-volatile semiconductor memory device is of a stack gate type, and according to this, from the position inside the semiconductor substrate, spaced from the upper corner of the step below the first surface region. A depletion control layer is formed which extends toward the lower corner of the step portion and is formed so as to be adjacent to the drain region without reaching the step side surface region and which is composed of a high-concentration impurity region of a conductivity type opposite to the drain region. Therefore, during the write operation, even if the drain region is provided in the second surface region below the step, the depletion layer does not extend to a region away from the step. In addition, since a high electric field due to the drain region causes a high electric field due to the pn junction with the depletion control layer, a carrier path that flows toward a high electron temperature region generated near the corner below the step is generated. Thus, the efficiency of injection of electrons, which have become hot electrons in the vicinity of the step side surface region, into the floating gate electrode from the step side surface region is surely improved.

【0023】第2の不揮発性半導体記憶装置は、段差部
の上側の角部と空乏化規制層との間に形成され、空乏化
規制層と同一導電型の不純物領域からなる高電界形成層
をさらに備えていることが好ましい。
The second non-volatile semiconductor memory device includes a high electric field forming layer formed between the upper corner of the step and the depletion limiting layer and formed of an impurity region of the same conductivity type as the depletion limiting layer. Further, it is preferable to further include.

【0024】この場合に、高電界形成層の不純物濃度
が、空乏化規制層の不純物濃度よりも低く且つ半導体基
板の不純物濃度よりも高いことが好ましい。
In this case, the impurity concentration of the high electric field forming layer is preferably lower than that of the depletion control layer and higher than that of the semiconductor substrate.

【0025】第1又は第2の不揮発性半導体記憶装置に
おいて、ドレイン領域におけるソース領域側の端部は、
第1表面領域に達することなく段差側面領域に位置して
いることが好ましい。このようにすると、段差側面領域
にドレイン領域の導電型と反対の導電型の領域が形成さ
れるため、該領域を空乏層及び反転層としてチャネル領
域を確実に形成できる。
In the first or second nonvolatile semiconductor memory device, the source region side end of the drain region is
It is preferably located in the step side surface region without reaching the first surface region. By doing so, a region having a conductivity type opposite to the conductivity type of the drain region is formed in the step side surface region, so that the channel region can be reliably formed using the region as a depletion layer and an inversion layer.

【0026】第1又は第2の不揮発性半導体記憶装置に
おいて、ドレイン領域が、第2表面領域の面方向で且つ
ソース領域側から不純物濃度が順次高くなるように形成
された少なくとも3つの不純物領域を有していることが
好ましい。このようにすると、ドレイン領域におけるチ
ャネル領域と反対側の不純物濃度が高いため、チャネル
領域側の電界強度が相対的に小さくなるので、消去動作
時にドレイン領域の周辺部においてホットホールの発生
が抑制される。その結果、トンネル膜の信頼性劣化を防
止することができる。さらに、ショートチャネル効果を
も抑制されるため、前記第2及び第3の目的が達成され
る。
In the first or second non-volatile semiconductor memory device, the drain region includes at least three impurity regions formed so that the impurity concentration increases in the plane direction of the second surface region and from the source region side. It is preferable to have. In this case, since the impurity concentration on the side opposite to the channel region in the drain region is high, the electric field strength on the channel region side becomes relatively small, so that the generation of hot holes is suppressed in the peripheral portion of the drain region during the erase operation. It As a result, the reliability deterioration of the tunnel film can be prevented. Furthermore, since the short channel effect is also suppressed, the second and third objects can be achieved.

【0027】また、第1又は第2の不揮発性半導体記憶
装置は、第1表面領域にソース領域の接合面を覆うよう
に形成され、ソース領域と反対の導電型を持ちショート
チャネル効果を抑制する不純物領域をさらに備えている
ことことが好ましい。このようにすると、チャネル領域
において空乏層の広がりが抑制されるため、ショートチ
ャネル効果、さらにはパンチスルー効果をも抑制するこ
とができ、前記の第3の目的が達成される。
The first or second nonvolatile semiconductor memory device is formed in the first surface region so as to cover the junction surface of the source region, has the conductivity type opposite to that of the source region, and suppresses the short channel effect. It is preferable to further include an impurity region. By doing so, the expansion of the depletion layer in the channel region is suppressed, so that the short channel effect and the punch through effect can be suppressed, and the third object described above is achieved.

【0028】本発明に係る第3の不揮発性半導体記憶装
置は、前記第2及び第3の目的を達成し、半導体基板に
形成され、上段となる第1表面領域、下段となる第2表
面領域及び上段と下段とをつなぐ段差側面領域からなる
段差部と、第1表面領域上に形成された第1絶縁膜と、
第1表面領域上における段差部の近傍に第1絶縁膜を介
して形成された制御ゲート電極と、半導体基板上に段差
部を跨ぐように形成され、制御ゲート電極の段差部側の
側面と第2絶縁膜を介して容量結合すると共に第2表面
領域と第3絶縁膜を介して対向する浮遊ゲート電極と、
第1表面領域における制御ゲート電極に対して浮遊ゲー
ト電極と反対側の領域に形成されたソース領域と、第2
表面領域における浮遊ゲート電極の下側の領域に形成さ
れたドレイン領域と、半導体基板における第1表面領域
と段差側面領域との間の角部近傍に形成され、半導体基
板の不純物濃度よりも高く且つドレイン領域と反対の導
電型を有する不純物領域とを備え、ドレイン領域は、第
2表面領域の面方向で且つソース領域側から不純物濃度
が順次高くなるように形成された少なくとも3つの不純
物拡散領域を有している。
A third nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention achieves the second and third objects, and is formed on a semiconductor substrate and has a first surface region as an upper stage and a second surface region as a lower stage. And a step portion formed of a step side surface region connecting the upper step and the lower step, and a first insulating film formed on the first surface area,
A control gate electrode formed on the first surface region in the vicinity of the step portion via a first insulating film, and a side surface of the control gate electrode on the step portion side and formed on the semiconductor substrate so as to straddle the step portion. A floating gate electrode that is capacitively coupled through the second insulating film and faces the second surface region through the third insulating film;
A source region formed in a region of the first surface region opposite to the floating gate electrode with respect to the control gate electrode;
The drain region is formed in a region below the floating gate electrode in the surface region, and is formed near a corner between the first surface region and the step side surface region in the semiconductor substrate, and has a higher impurity concentration than the semiconductor substrate. An impurity region having a conductivity type opposite to that of the drain region, and the drain region includes at least three impurity diffusion regions formed in the plane direction of the second surface region so that the impurity concentration increases from the source region side. Have

【0029】第3の不揮発性半導体記憶装置はスプリッ
トゲート型であって、これによると、半導体基板におけ
る第1表面領域と段差側面領域との間の角部近傍に形成
され、半導体基板の不純物濃度よりも高く且つドレイン
領域と反対の導電型を有する不純物領域を備えているた
め、該不純物領域とドレイン領域とのpn接合面に高電
界が発生し、チャネル中の電子のホットエレクトロンの
発生量が増加することにより、浮遊ゲート電極への電子
の注入効率が向上する。その上、ドレイン領域が第2表
面領域の面方向で且つソース領域側から不純物濃度が順
次高くなるように形成された少なくとも3つの不純物拡
散領域を有しているため、ドレイン領域におけるチャネ
ル領域側の電界強度が相対的に小さくなるので、消去動
作時にドレイン領域のチャネル周辺部におけるホットホ
ールの発生が抑制される。さらに、ショートチャネル効
果をも抑制される。
The third non-volatile semiconductor memory device is of a split gate type. According to this, the third non-volatile semiconductor memory device is formed in the vicinity of a corner between the first surface region and the step side surface region of the semiconductor substrate, and has an impurity concentration of the semiconductor substrate. Since the impurity region having a conductivity type higher than that of the drain region and the drain region is provided, a high electric field is generated at the pn junction surface between the impurity region and the drain region, and the generation amount of hot electrons of electrons in the channel is increased. By increasing the number, the efficiency of injecting electrons into the floating gate electrode is improved. In addition, since the drain region has at least three impurity diffusion regions formed in the plane direction of the second surface region so that the impurity concentration increases from the source region side, the drain region on the channel region side Since the electric field strength is relatively small, the generation of hot holes in the peripheral portion of the channel of the drain region is suppressed during the erase operation. Furthermore, the short channel effect is also suppressed.

【0030】本発明に係る第4の不揮発性半導体記憶装
置は、前記第3の目的を達成し、半導体基板に形成さ
れ、上段となる第1表面領域、下段となる第2表面領域
及び上段と下段とをつなぐ段差側面領域からなる段差部
と、第1表面領域上に形成された第1絶縁膜と、第1表
面領域上における段差部の近傍に第1絶縁膜を介して形
成された制御ゲート電極と、半導体基板上に段差部を跨
ぐように形成され、制御ゲート電極の段差部側の側面と
第2絶縁膜を介して容量結合すると共に第2表面領域と
第3絶縁膜を介して対向する浮遊ゲート電極と、第1表
面領域における制御ゲート電極に対して浮遊ゲート電極
と反対側の領域に形成されたソース領域と、第2表面領
域における浮遊ゲート電極の下側の領域に形成されたド
レイン領域と、半導体基板における第1表面領域と段差
側面領域との間の角部近傍に形成され、半導体基板の不
純物濃度よりも高く且つドレイン領域と反対の導電型を
有する第1の不純物領域と、第1表面領域にソース領域
の接合面を覆うように形成され、ソース領域と反対の導
電型を持ちショートチャネル効果を抑制する第2の不純
物領域とを備えている。
A fourth nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention achieves the third object and is formed on a semiconductor substrate, and has a first surface region as an upper stage, a second surface region as a lower stage and an upper stage. A step formed of a step side surface region connecting the lower step, a first insulating film formed on the first surface region, and a control formed via the first insulating film in the vicinity of the step on the first surface region The gate electrode is formed on the semiconductor substrate so as to straddle the step portion, and capacitively couples to the side surface of the control gate electrode on the step portion side via the second insulating film and via the second surface region and the third insulating film. A floating gate electrode facing each other, a source region formed in a region opposite to the control gate electrode in the first surface region, and a region below the floating gate electrode in the second surface region. With drain region and semi-conducting A first impurity region formed in the vicinity of a corner between the first surface region and the step side surface region of the substrate and having a conductivity type higher than the impurity concentration of the semiconductor substrate and opposite to the drain region; And a second impurity region formed to cover the junction surface of the source region and having a conductivity type opposite to that of the source region and suppressing a short channel effect.

【0031】第4の不揮発性半導体記憶装置はスプリッ
トゲート型であって、これによると、半導体基板におけ
る第1表面領域と段差側面領域との間の角部近傍に形成
され、半導体基板の不純物濃度よりも高く且つドレイン
領域と反対の導電型を有する第1の不純物領域を備えて
いるため、該第1の不純物領域とドレイン領域とのpn
接合面に高電界が発生し、チャネル中の電子のホットエ
レクトロンの発生量が増加することにより、浮遊ゲート
電極への電子の注入効率が向上する。その上、ソース領
域の接合面を覆うように形成され且つソース領域と反対
の導電型を持つ第2の不純物領域を備えているため、チ
ャネル領域において空乏層の広がりが抑制されるので、
ショートチャネル効果、さらにはパンチスルー効果をも
抑制することができる。
The fourth non-volatile semiconductor memory device is of a split gate type. According to this, the fourth non-volatile semiconductor memory device is formed in the vicinity of a corner between the first surface region and the step side surface region of the semiconductor substrate, and has an impurity concentration of the semiconductor substrate. Since the first impurity region having a conductivity type higher than that of the drain region and the drain region is provided, the pn of the first impurity region and the drain region is formed.
A high electric field is generated at the junction surface, and the amount of hot electrons generated in the channel is increased, so that the efficiency of injecting electrons into the floating gate electrode is improved. In addition, since the second impurity region having a conductivity type opposite to that of the source region is formed so as to cover the junction surface of the source region, the depletion layer is suppressed from spreading in the channel region.
It is possible to suppress the short channel effect and the punch through effect.

【0032】本発明に係る第5の不揮発性半導体記憶装
置は、前記第2及び第3の目的を達成し、半導体基板に
形成され、上段となる第1表面領域、下段となる第2表
面領域及び上段と下段とをつなぐ段差側面領域からなる
段差部と、半導体基板上に段差部を跨ぐように形成され
た第1絶縁膜と、第1絶縁膜上に段差部を跨ぐように形
成された浮遊ゲート電極と、浮遊ゲート電極上に第2絶
縁膜を介して形成され、浮遊ゲート電極と容量結合する
制御ゲート電極と、第1表面領域における浮遊ゲート電
極に対して段差部と反対側の領域に形成されたソース領
域と、第2表面領域における浮遊ゲート電極の下側の領
域に形成されたドレイン領域と、半導体基板における第
1表面領域と段差側面領域との間の角部近傍に形成さ
れ、半導体基板の不純物濃度よりも高く且つドレイン領
域と反対の導電型を有する不純物領域とを備え、ドレイ
ン領域は、第2表面領域の面方向で且つソース領域側か
ら不純物濃度が順次高くなるように形成された少なくと
も3つの不純物拡散領域を有している。
A fifth nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention achieves the second and third objects, and is formed on a semiconductor substrate and has a first surface region as an upper stage and a second surface region as a lower stage. A step portion formed of a step side surface region connecting the upper step and the lower step, a first insulating film formed on the semiconductor substrate so as to straddle the step portion, and formed on the first insulating film so as to straddle the step portion. A floating gate electrode, a control gate electrode formed on the floating gate electrode via a second insulating film and capacitively coupled to the floating gate electrode, and a region of the first surface region opposite to the step portion with respect to the floating gate electrode. And a drain region formed in a region below the floating gate electrode in the second surface region, and a corner region between the first surface region and the step side surface region in the semiconductor substrate. , Semiconductor substrate An impurity region having a conductivity type higher than that of the drain region and having a conductivity type opposite to that of the drain region, and the drain region is formed at least in the surface direction of the second surface region and from the source region side to have a higher impurity concentration. It has three impurity diffusion regions.

【0033】第5の不揮発性半導体記憶装置はスタック
ゲート型であって、これによると、半導体基板における
第1表面領域と段差側面領域との間の角部近傍に形成さ
れ、半導体基板の不純物濃度よりも高く且つドレイン領
域と反対の導電型を有する不純物領域を備えているた
め、該不純物領域とドレイン領域とのpn接合面に高電
界が発生し、チャネル中の電子のホットエレクトロンの
発生量が増加することにより、浮遊ゲート電極への電子
の注入効率が向上する。その上、ドレイン領域が第2表
面領域の面方向で且つソース領域側から不純物濃度が順
次高くなるように形成された少なくとも3つの不純物拡
散領域を有しているため、ドレイン領域におけるチャネ
ル領域側の電界強度が相対的に小さくなるので、消去動
作時にドレイン領域のチャネル周辺部におけるホットホ
ールの発生が抑制される。さらに、ショートチャネル効
果をも抑制される。
The fifth non-volatile semiconductor memory device is a stack gate type device. According to this, the fifth non-volatile semiconductor memory device is formed in the vicinity of a corner between the first surface region and the step side surface region of the semiconductor substrate, and has an impurity concentration of the semiconductor substrate. Since the impurity region having a conductivity type higher than that of the drain region and the drain region is provided, a high electric field is generated at the pn junction surface between the impurity region and the drain region, and the generation amount of hot electrons of electrons in the channel is increased. By increasing the number, the efficiency of injecting electrons into the floating gate electrode is improved. In addition, since the drain region has at least three impurity diffusion regions formed in the plane direction of the second surface region so that the impurity concentration increases from the source region side, the drain region on the channel region side Since the electric field strength is relatively small, the generation of hot holes in the peripheral portion of the channel of the drain region is suppressed during the erase operation. Furthermore, the short channel effect is also suppressed.

【0034】本発明に係る第6の不揮発性半導体記憶装
置は、前記第3の目的を達成し、半導体基板に形成さ
れ、上段となる第1表面領域、下段となる第2表面領域
及び上段と下段とをつなぐ段差側面領域からなる段差部
と、半導体基板上に段差部を跨ぐように形成された第1
絶縁膜と、第1絶縁膜上に段差部を跨ぐように形成され
た浮遊ゲート電極と、浮遊ゲート電極上に第2絶縁膜を
介して形成され、浮遊ゲート電極と容量結合する制御ゲ
ート電極と、第1表面領域における浮遊ゲート電極に対
して段差部と反対側の領域に形成されたソース領域と、
第2表面領域における浮遊ゲート電極の下側の領域に形
成されたドレイン領域と、半導体基板における第1表面
領域と段差側面領域との間の角部近傍に形成され、半導
体基板の不純物濃度よりも高く且つドレイン領域と反対
の導電型を有する第1の不純物領域と、第1表面領域に
ソース領域の接合面を覆うように形成され、ソース領域
と反対の導電型を持ちショートチャネル効果を抑制する
第2の不純物領域とを備えている。
A sixth nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention achieves the third object, and is formed on a semiconductor substrate and has a first surface region as an upper stage, a second surface region as a lower stage and an upper stage. A step portion formed of a step side surface region connecting the lower step and a first step formed on the semiconductor substrate so as to straddle the step portion.
An insulating film, a floating gate electrode formed on the first insulating film so as to straddle the step portion, and a control gate electrode formed on the floating gate electrode via the second insulating film and capacitively coupled to the floating gate electrode. A source region formed in a region of the first surface region opposite to the step portion with respect to the floating gate electrode,
The drain region is formed in the region below the floating gate electrode in the second surface region, and is formed in the vicinity of the corner between the first surface region and the step side surface region in the semiconductor substrate, and is higher than the impurity concentration of the semiconductor substrate. A first impurity region having a high conductivity type opposite to that of the drain region and a first surface region are formed to cover the junction surface of the source region, have a conductivity type opposite to that of the source region, and suppress a short channel effect. And a second impurity region.

【0035】第6の不揮発性半導体記憶装置はスタック
ゲート型であって、これによると、半導体基板における
第1表面領域と段差側面領域との間の角部近傍に形成さ
れ、半導体基板の不純物濃度よりも高く且つドレイン領
域と反対の導電型を有する第1の不純物領域を備えてい
るため、該第1の不純物領域とドレイン領域とのpn接
合面に高電界が発生し、チャネル中の電子のホットエレ
クトロンの発生量が増加することにより、浮遊ゲート電
極への電子の注入効率が向上する。その上、ソース領域
の接合面を覆うように形成され且つソース領域と反対の
導電型を持つ第2の不純物領域を備えているため、チャ
ネル領域において空乏層の広がりが抑制されるので、シ
ョートチャネル効果、さらにはパンチスルー効果をも抑
制することができる。
The sixth non-volatile semiconductor memory device is of a stack gate type. According to this, the sixth non-volatile semiconductor memory device is formed in the vicinity of a corner between the first surface region and the step side surface region in the semiconductor substrate, and has an impurity concentration of the semiconductor substrate. Since the first impurity region having a conductivity type higher than that of the drain region and opposite to the drain region is provided, a high electric field is generated at the pn junction surface between the first impurity region and the drain region, and electrons in the channel are The increase in the amount of hot electrons generated improves the efficiency of injecting electrons into the floating gate electrode. In addition, since the second impurity region formed so as to cover the junction surface of the source region and having the conductivity type opposite to that of the source region is provided, the depletion layer is suppressed from spreading in the channel region, so that the short channel is formed. It is possible to suppress the effect, and further the punch-through effect.

【0036】第1〜第6の不揮発性半導体記憶装置にお
いて、半導体基板に対して基板電圧を印加することによ
り、第1表面領域における浮遊ゲート電極の下側部分か
ら段差側面領域に向かってキャリアが流れるチャネル領
域を形成することが好ましい。このようにすると、第1
表面領域及び段差側面領域に囲まれる半導体基板におい
て、浮遊ゲートの電位が相対的に高くなるため、キャリ
アが半導体基板の表面により強くへ引きつけられるよう
になる。その上、基板電圧を印加している場合にのみ電
流密度が高くなるので、書込み動作を行なっていないと
きの消費電力を大幅に低減できる。
In the first to sixth nonvolatile semiconductor memory devices, when a substrate voltage is applied to the semiconductor substrate, carriers are transferred from the lower part of the floating gate electrode in the first surface region toward the step side surface region. It is preferred to form a flowing channel region. By doing this, the first
In the semiconductor substrate surrounded by the surface region and the step side surface region, the potential of the floating gate becomes relatively high, so that the carriers are more strongly attracted to the surface of the semiconductor substrate. In addition, since the current density increases only when the substrate voltage is applied, the power consumption when the write operation is not performed can be significantly reduced.

【0037】第1〜第6の不揮発性半導体記憶装置にお
いて、ドレイン領域及び制御ゲート電極に対して、所定
のドレイン電圧及び所定の制御ゲート電圧を印加するこ
とにより、第1表面領域における浮遊ゲート電極の下側
部分から段差側面領域に向かってキャリアが流れるチャ
ネル領域を形成することが好ましい。
In the first to sixth nonvolatile semiconductor memory devices, the floating gate electrode in the first surface region is formed by applying a predetermined drain voltage and a predetermined control gate voltage to the drain region and the control gate electrode. It is preferable to form a channel region in which carriers flow from the lower side portion toward the step side surface region.

【0038】本発明の第7の不揮発性半導体記憶装置
は、前記第1の目的を達成し、半導体基板に形成され、
上段となる第1表面領域、下段となる第2表面領域及び
上段と下段とをつなぐ段差側面領域からなる段差部と、
第1表面領域上に形成された第1絶縁膜と、第1表面領
域上における段差部の近傍に第1絶縁膜を介して形成さ
れた制御ゲート電極と、半導体基板上に段差部を跨ぐよ
うに形成され、制御ゲート電極の段差部側の側面と第2
絶縁膜を介して容量結合すると共に第2表面領域と第3
絶縁膜を介して対向する浮遊ゲート電極と、第1表面領
域における制御ゲート電極に対して浮遊ゲート電極と反
対側の領域に形成されたソース領域と、第2表面領域に
おける浮遊ゲート電極の下側の領域に形成されたドレイ
ン領域と、半導体基板における第1表面領域及び段差側
面領域に形成され、半導体基板の不純物濃度よりも高く
且つドレイン領域と反対の導電型を有する不純物領域と
を備えた不揮発性半導体記憶装置を前提とし、半導体基
板に対して基板電圧を印加することにより、第1表面領
域における浮遊ゲート電極の下側部分から段差側面領域
に向かってキャリアが流れるチャネル領域が形成され
る。
A seventh nonvolatile semiconductor memory device of the present invention achieves the first object and is formed on a semiconductor substrate,
A step portion formed of a first surface area that is an upper step, a second surface area that is a lower step, and a step side surface area that connects the upper step and the lower step;
A first insulating film formed on the first surface region, a control gate electrode formed on the first surface region in the vicinity of the step portion via the first insulating film, and so as to straddle the step portion on the semiconductor substrate. The side surface of the control gate electrode on the step side and the second side.
The second surface region and the third surface are capacitively coupled through the insulating film.
A floating gate electrode facing through the insulating film, a source region formed in a region of the first surface region opposite to the control gate electrode, and a lower side of the floating gate electrode in the second surface region. A non-volatile region including a drain region formed in a region of the semiconductor substrate and an impurity region formed in the first surface region and the step side surface region of the semiconductor substrate and having a conductivity type higher than that of the semiconductor substrate and having a conductivity type opposite to that of the drain region. Assuming that the semiconductor memory device is a semiconductor memory device, applying a substrate voltage to the semiconductor substrate forms a channel region in which carriers flow from the lower side portion of the floating gate electrode in the first surface region toward the step side surface region.

【0039】第7の不揮発性半導体記憶装置は、スプリ
ットゲート型であって、これによると、半導体基板にお
ける段差部の段差側面領域から離れた内部に空乏化規制
層を設けない構成であっても、例えば書き込み動作時に
ドレイン電圧と極性が反対の基板電圧を印加することに
よって、すなわちn型チャネルの場合は負の基板電圧を
印加し、p型チャネルの場合は正の基板電圧を印加する
ことによって、第1表面領域及び段差側面領域に囲まれ
る半導体基板において浮遊ゲートの電位が相対的に高く
なるため、キャリアが半導体基板の表面により強くへ引
きつけられるようになり、キャリアの浮遊ゲート電極へ
の注入効率を向上できる。
The seventh non-volatile semiconductor memory device is a split gate type, and according to this, even if the depletion control layer is not provided inside the step portion of the semiconductor substrate away from the step side surface region. , For example, by applying a substrate voltage having a polarity opposite to that of the drain voltage during a write operation, that is, by applying a negative substrate voltage for an n-type channel and a positive substrate voltage for a p-type channel Since the potential of the floating gate is relatively high in the semiconductor substrate surrounded by the first surface region and the step side surface region, carriers are more strongly attracted to the surface of the semiconductor substrate, and carriers are injected into the floating gate electrode. The efficiency can be improved.

【0040】本発明の第8の不揮発性半導体記憶装置
は、前記第1の目的を達成し、半導体基板に形成され、
上段となる第1表面領域、下段となる第2表面領域及び
上段と下段とをつなぐ段差側面領域からなる段差部と、
半導体基板上に段差部を跨ぐように形成された第1絶縁
膜と、第1絶縁膜上に段差部を跨ぐように形成された浮
遊ゲート電極と、浮遊ゲート電極上に第2絶縁膜を介し
て形成され、浮遊ゲート電極と容量結合する制御ゲート
電極と、第1表面領域における浮遊ゲート電極に対して
段差部と反対側の領域に形成されたソース領域と、第2
表面領域における浮遊ゲート電極の下側の領域に形成さ
れたドレイン領域と、半導体基板における第1表面領域
及び段差側面領域に形成され、半導体基板の不純物濃度
よりも高く且つドレイン領域と反対の導電型を有する不
純物領域とを備えた不揮発性半導体記憶装置を前提と
し、半導体基板に対して基板電圧を印加することによ
り、第1表面領域における浮遊ゲート電極の下側部分か
ら段差側面領域に向かってキャリアが流れるチャネル領
域が形成される。
An eighth non-volatile semiconductor memory device of the present invention achieves the first object and is formed on a semiconductor substrate,
A step portion formed of a first surface area that is an upper step, a second surface area that is a lower step, and a step side surface area that connects the upper step and the lower step;
A first insulating film formed on the semiconductor substrate so as to straddle the step portion; a floating gate electrode formed on the first insulating film so as to straddle the step portion; and a second insulating film on the floating gate electrode. A control gate electrode that is formed by capacitive coupling with the floating gate electrode, a source region that is formed in a region of the first surface region opposite to the step portion with respect to the floating gate electrode, and a second region.
The drain region formed in the region below the floating gate electrode in the surface region, and the conductivity type higher than the impurity concentration of the semiconductor substrate and opposite to the drain region, formed in the first surface region and the step side surface region of the semiconductor substrate. Assuming a non-volatile semiconductor memory device including an impurity region having an impurity region, a carrier voltage is applied to the semiconductor substrate to cause carriers from the lower side portion of the floating gate electrode in the first surface region toward the step side face region. A channel region through which the current flows is formed.

【0041】第8の不揮発性半導体記憶装置はスタック
ゲート型であって、これによると、半導体基板における
段差部の段差側面領域から離れた内部に空乏化規制層を
設けない構成であっても、例えば書き込み動作時に、n
型チャネルの場合は負の基板電圧を印加し、p型チャネ
ルの場合は正の基板電圧を印加することによって、第1
表面領域及び段差側面領域に囲まれる半導体基板におい
て浮遊ゲートの電位が相対的に高くなるため、キャリア
が半導体基板の表面により強くへ引きつけられるように
なり、キャリアの浮遊ゲート電極への注入効率を向上で
きる。
The eighth non-volatile semiconductor memory device is a stack gate type, and according to this, even if the depletion control layer is not provided inside the step portion of the semiconductor substrate away from the step side surface region, For example, during a write operation, n
By applying a negative substrate voltage for the p-type channel and a positive substrate voltage for the p-type channel,
In the semiconductor substrate surrounded by the surface region and the step side surface region, the potential of the floating gate becomes relatively high, so that the carriers are more strongly attracted to the surface of the semiconductor substrate, and the carrier injection efficiency to the floating gate electrode is improved. it can.

【0042】本発明に係る第1の不揮発性半導体記憶装
置の製造方法は、半導体基板の上に第1絶縁膜を介して
制御ゲート電極を形成する第1の工程と、半導体基板の
ソース形成領域をマスクすると共に、制御ゲート電極を
マスクとして半導体基板に第1導電型の高濃度不純物を
イオン注入することにより、高濃度不純物領域を形成す
る第2の工程と、ゲート電極の側面に絶縁膜からなるサ
イドウォールを形成し、形成したサイドウォール、制御
ゲート電極をマスクとし且つソース形成領域をマスクし
て半導体基板に対してエッチングを行なうことにより、
半導体基板に凹部を形成すると共に、半導体基板に、サ
イドウォールの下側が上段となる第1表面領域、凹部の
底面が下段となる第2表面領域及び上段と下段とをつな
ぐ段差側面領域からなる段差部を形成する第3の工程
と、半導体基板の第2表面領域に対して第2導電型の低
濃度不純物を選択的にイオン注入を行なって、第2表面
領域に第2導電型の低濃度ドレイン領域を形成すると共
に、高濃度不純物領域における第1表面領域の近傍、段
差部の上側の角部及び段差側面領域の近傍の導電型を反
転することにより、高濃度不純物領域からなり、第1表
面領域及び段差側面領域から間隔をおいて局在し且つ低
濃度ドレイン領域と隣接する空乏化規制層を形成する第
4の工程と、サイドウォールを除去した後、制御ゲート
電極の段差部側の側面、第1表面領域、段差側面領域及
び第2表面領域の上に第2絶縁膜を形成する第5の工程
と、第2絶縁膜上に全面にわたって導体膜を堆積し、堆
積した導体膜に対してエッチングを行なうことにより、
段差部を跨ぐと共に、制御ゲート電極の段差部側の側面
と第2絶縁膜を介して容量結合し且つ第2表面領域と第
2絶縁膜を介して対向する浮遊ゲート電極を自己整合的
に形成する第6の工程と、制御ゲート電極及び浮遊ゲー
ト電極をマスクとして、半導体基板に対して第2導電型
の不純物をイオン注入することにより、第1表面領域に
第2導電型のソース領域を形成すると共に、第2表面領
域に第2導電型のドレイン領域を形成する第7の工程と
を備えている。
A first method for manufacturing a non-volatile semiconductor memory device according to the present invention comprises a first step of forming a control gate electrode on a semiconductor substrate via a first insulating film, and a source formation region of the semiconductor substrate. And a second step of forming a high-concentration impurity region by ion-implanting a first-conductivity-type high-concentration impurity into the semiconductor substrate using the control gate electrode as a mask. Is formed, and the side wall and the control gate electrode are used as a mask and the source formation region is masked to perform etching on the semiconductor substrate.
A step is formed on the semiconductor substrate by forming a recess in the semiconductor substrate, and including a first surface region in which the lower side of the sidewall is an upper level, a second surface region in which the bottom of the recess is a lower level, and a step side surface region connecting the upper level and the lower level. A third step of forming a portion, and a second conductivity type low concentration impurity is selectively ion-implanted into the second surface region of the semiconductor substrate to form a second conductivity type low concentration impurity in the second surface region. By forming the drain region and inverting the conductivity type in the vicinity of the first surface region in the high-concentration impurity region, in the upper corner of the step and in the vicinity of the step side surface region, the high-concentration impurity region is formed. A fourth step of forming a depletion control layer that is localized at a distance from the surface region and the step side surface region and is adjacent to the low-concentration drain region; and after removing the sidewalls, ~ side A fifth step of forming a second insulating film on the first surface region, the step side surface region and the second surface region, and depositing a conductor film on the entire surface of the second insulating film, By etching,
A floating gate electrode is formed in a self-aligned manner while straddling the step portion and capacitively coupled to the side surface of the control gate electrode on the step portion side via the second insulating film and facing the second surface region via the second insulating film. And a second conductive type source region is formed in the first surface region by ion-implanting a second conductive type impurity into the semiconductor substrate using the control gate electrode and the floating gate electrode as a mask. And a seventh step of forming a drain region of the second conductivity type in the second surface region.

【0043】第1の不揮発性半導体記憶装置の製造方法
によると、半導体基板の凹部の底面からなる第2表面領
域に対して第2導電型の低濃度不純物を選択的にイオン
注入を行なって、第2表面領域に第2導電型の低濃度ド
レイン領域を形成すると共に、高濃度不純物領域におけ
る第1表面領域の近傍、段差部の上側の角部及び段差側
面領域の近傍の導電型を反転することにより、第1導電
型の高濃度不純物領域からなり、第1表面領域及び段差
側面領域から間隔をおいて局在し且つ低濃度ドレイン領
域と隣接する空乏化規制層を形成する工程を備えている
ため、本発明の第1の不揮発性半導体記憶装置を確実に
作製することができる。
According to the first method for manufacturing a non-volatile semiconductor memory device, the second conductivity type low concentration impurity is selectively ion-implanted into the second surface region formed of the bottom surface of the recess of the semiconductor substrate, A second conductivity type low-concentration drain region is formed in the second surface region, and the conductivity type in the vicinity of the first surface region of the high-concentration impurity region, the upper corner of the step portion and the step side surface region is inverted. Accordingly, the method includes a step of forming a depletion control layer which is composed of a high-concentration impurity region of the first conductivity type, is localized at a distance from the first surface region and the step side surface region, and is adjacent to the low-concentration drain region. Therefore, the first nonvolatile semiconductor memory device of the present invention can be reliably manufactured.

【0044】第1の不揮発性半導体記憶装置の製造方法
において、第2の工程が、高濃度不純物領域を形成した
後に、高濃度不純物領域に対して第1導電型の不純物を
再度イオン注入することにより、高濃度不純物領域より
も拡散の深さが浅い第1導電型の他の不純物領域を形成
する工程を含み、第4の工程が、段差部の上側の角部と
空乏化規制層との間に、他の不純物領域からなる高電界
形成層を形成する工程を含むことが好ましい。
In the first method of manufacturing a non-volatile semiconductor memory device, the second step is that after the high concentration impurity region is formed, the first conductivity type impurity is ion-implanted again into the high concentration impurity region. Accordingly, the fourth step includes the step of forming another impurity region of the first conductivity type whose diffusion depth is shallower than that of the high-concentration impurity region. It is preferable to include a step of forming a high electric field forming layer made of another impurity region in between.

【0045】第1の不揮発性半導体記憶装置の製造方法
は、第7の工程よりも後に、浮遊ゲート電極の上に第3
絶縁膜を堆積し、堆積した第3絶縁膜及び浮遊ゲート電
極をマスクとして、半導体基板に対して第2導電型の不
純物をイオン注入することにより、第2表面領域にドレ
イン領域よりも不純物濃度が大きい第2導電型の高濃度
ドレイン領域を形成する第8の工程をさらに備えている
ことが好ましい。このようにすると、本発明の第3の不
揮発性半導体記憶装置を確実に作製することができる。
According to the first method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, after the seventh step, the third non-volatile semiconductor memory device is formed on the floating gate electrode.
By depositing an insulating film and using the deposited third insulating film and floating gate electrode as a mask, ion-implanting impurities of the second conductivity type into the semiconductor substrate, so that the impurity concentration in the second surface region is higher than that in the drain region. It is preferable to further include an eighth step of forming a large second-conductivity-type high-concentration drain region. By doing so, the third nonvolatile semiconductor memory device of the present invention can be reliably manufactured.

【0046】第1の不揮発性半導体記憶装置の製造方法
は、第4の工程の後に、制御ゲート電極から第2表面領
域に至る領域をマスクして、ソース形成領域に拡散深さ
がソース領域よりも深い第1導電型の不純物領域を形成
する工程をさらに備えていることが好ましい。このよう
にすると、本発明の第4の不揮発性半導体記憶装置を確
実に作製することができる。
In the first method for manufacturing a non-volatile semiconductor memory device, after the fourth step, the region from the control gate electrode to the second surface region is masked so that the diffusion depth in the source formation region is greater than that in the source region. It is preferable that the method further includes a step of forming a deep first conductivity type impurity region. By doing so, the fourth nonvolatile semiconductor memory device of the present invention can be reliably manufactured.

【0047】本発明に係る第2の不揮発性半導体記憶装
置の製造方法は、半導体基板のドレイン形成領域に対し
て第1導電型の高濃度不純物を選択的にイオン注入する
ことにより、第1導電型の高濃度不純物領域を形成する
第1の工程と、高濃度不純物領域におけるソース形成領
域側の端部を除く領域に対して選択的にエッチングを行
なうことにより、半導体基板に凹部を形成すると共に、
半導体基板に、高濃度不純物領域の端部が上段となる第
1表面領域、凹部の底面が下段となる第2表面領域及び
上段と下段とをつなぐ段差側面領域からなる段差部を形
成する第2の工程と、半導体基板の第2表面領域に対し
て第2導電型の低濃度不純物を選択的にイオン注入を行
なって、第2表面領域に第2導電型の低濃度ドレイン領
域を形成すると共に、高濃度不純物領域における第1表
面領域の近傍、段差部の上側の角部及び段差側面領域の
近傍の導電型を反転することにより、高濃度不純物領域
からなり、第1表面領域及び段差側面領域から間隔をお
いて局在し且つ低濃度ドレイン領域と隣接する空乏化規
制層を形成する第3の工程と、半導体基板上に段差部を
跨ぐように、第1絶縁膜、浮遊ゲート電極、第2絶縁膜
及び制御ゲート電極を順次形成する第4の工程と、制御
ゲート電極をマスクとして、半導体基板に対して第2導
電型の不純物をイオン注入することにより、ソース形成
領域に第2導電型のソース領域を形成すると共に、ドレ
イン形成領域に第2導電型のドレイン領域を形成する第
5の工程とを備えている。
In the second method for manufacturing a non-volatile semiconductor memory device according to the present invention, the first conductive type high-concentration impurity is selectively ion-implanted into the drain formation region of the semiconductor substrate to thereby obtain the first conductive type. A first step of forming a high-concentration impurity region of the mold, and a region of the high-concentration impurity region other than the end on the source formation region side are selectively etched to form a recess in the semiconductor substrate. ,
A second step is formed on the semiconductor substrate. The step section includes a first surface area having an end portion of the high-concentration impurity region in an upper step, a second surface area having a bottom surface of the recess in a lower step, and a step side surface area connecting the upper step and the lower step. And the step of selectively implanting a second conductivity type low concentration impurity into the second surface region of the semiconductor substrate to form a second conductivity type low concentration drain region in the second surface region. A high-concentration impurity region is formed by inverting the conductivity type in the high-concentration impurity region in the vicinity of the first surface region, in the upper corner of the step portion and in the vicinity of the step side-surface region. A third step of forming a depletion control layer which is localized at a distance from and adjacent to the low-concentration drain region, and a first insulating film, a floating gate electrode, 2 Insulating film and control gate And a second step of sequentially forming the second conductive type source region in the source forming region by ion-implanting a second conductive type impurity into the semiconductor substrate using the control gate electrode as a mask. And a fifth step of forming a drain region of the second conductivity type in the drain formation region.

【0048】第2の不揮発性半導体記憶装置の製造方法
によると、半導体基板の凹部の第2表面領域に対して第
2導電型の低濃度不純物を選択的にイオン注入を行なっ
て、第2表面領域に第2導電型の低濃度ドレイン領域を
形成すると共に、第1導電型の高濃度不純物領域におけ
る第1表面領域の近傍、段差部の上側の角部及び段差側
面領域の近傍の導電型を反転することにより、高濃度不
純物領域からなり、第1表面領域及び段差側面領域から
間隔をおいて局在し且つ低濃度ドレイン領域と隣接する
空乏化規制層を形成する工程を備えているため、本発明
の第2の不揮発性半導体記憶装置を確実に作製すること
ができる。
According to the second method for manufacturing a non-volatile semiconductor memory device, the second conductivity type low concentration impurity is selectively ion-implanted into the second surface region of the recess of the semiconductor substrate to form the second surface. A low-concentration drain region of the second conductivity type is formed in the region, and a conductivity type near the first surface region of the high-concentration impurity region of the first conductivity type, an upper corner of the step portion, and a step side surface region. By inverting, the method includes a step of forming a depletion control layer which is composed of a high-concentration impurity region, is localized at a distance from the first surface region and the step side surface region, and is adjacent to the low-concentration drain region. The second non-volatile semiconductor memory device of the present invention can be reliably manufactured.

【0049】第2の不揮発性半導体記憶装置の製造方法
において、第1の工程が、高濃度不純物領域を形成した
後に、高濃度不純物領域に対して第1導電型の不純物を
再度イオン注入することにより、高濃度不純物領域より
も拡散の深さが浅い第1導電型の他の不純物領域を形成
する工程を含み、第3の工程が、段差部の上側の角部と
空乏化規制層との間に、他の不純物領域からなる高電界
形成層を形成する工程を含むことが好ましい。
In the second method of manufacturing a non-volatile semiconductor memory device, the first step is that after the high concentration impurity region is formed, the first conductivity type impurity is ion-implanted again into the high concentration impurity region. Thus, the third step includes the step of forming another impurity region of the first conductivity type having a diffusion depth shallower than that of the high-concentration impurity region. It is preferable to include a step of forming a high electric field forming layer made of another impurity region in between.

【0050】第2の不揮発性半導体記憶装置は、第5の
工程よりも後に、制御ゲート電極の上に第3絶縁膜を堆
積し、堆積した第3絶縁膜絶縁膜をエッチングして、浮
遊ゲート電極及び制御ゲート電極の側面にサイドウォー
ルを形成する第6の工程と、制御ゲート電極及びサイド
ウォールをマスクとして、半導体基板に対して第2導電
型の不純物をイオン注入することにより、第2表面領域
にドレイン領域よろも不純物濃度が大きい第2導電型の
高濃度ドレイン領域を形成する第7の工程とをさらに備
えていることが好ましい。このようにすると、本発明の
第5の不揮発性半導体記憶装置を確実に作製することが
できる。
In the second non-volatile semiconductor memory device, after the fifth step, the third insulating film is deposited on the control gate electrode, the deposited third insulating film insulating film is etched, and the floating gate is formed. A sixth step of forming a sidewall on the side surface of the electrode and the control gate electrode, and ion implantation of an impurity of the second conductivity type into the semiconductor substrate using the control gate electrode and the sidewall as a mask to form a second surface. It is preferable to further include a seventh step of forming a second-conductivity-type high-concentration drain region having a higher impurity concentration than the drain region in the region. By doing so, the fifth nonvolatile semiconductor memory device of the present invention can be reliably manufactured.

【0051】第2の不揮発性半導体記憶装置は、第3の
工程の後に、制御ゲート電極から第2表面領域に至る領
域をマスクして、ソース形成領域に拡散深さがソース領
域よりも深い第1導電型の不純物領域を形成する工程を
さらに備えていることが好ましい。このようにすると、
本発明の第6の不揮発性半導体記憶装置を確実に作製す
ることができる。
In the second nonvolatile semiconductor memory device, after the third step, the region from the control gate electrode to the second surface region is masked, and the diffusion depth in the source formation region is deeper than that in the source region. It is preferable to further include a step of forming an impurity region of one conductivity type. This way,
The sixth nonvolatile semiconductor memory device of the present invention can be manufactured with certainty.

【0052】[0052]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態)本発明の第1
の実施形態について図面を参照しながら説明する。
(First Embodiment) First Embodiment of the Present Invention
Embodiments will be described with reference to the drawings.

【0053】図1は第1の実施形態に係るスプリットゲ
ート型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶素子の断面構
成を示している。図1に示すように、例えば、p型シリ
コンからなる半導体基板11の主面上には、LOCOS
又はトレンチ分離等からなる素子分離層12に囲まれた
活性領域に、上段となる第1表面領域13、下段となる
第2表面領域14及び上段と下段とをつなぐ段差側面領
域15からなる段差部16が設けられている。
FIG. 1 shows a sectional structure of one memory element of the split gate type non-volatile semiconductor memory device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, for example, LOCOS is formed on the main surface of the semiconductor substrate 11 made of p-type silicon.
Alternatively, in the active region surrounded by the element isolation layer 12 formed by trench isolation or the like, a step portion including an upper first surface region 13, a lower second surface region 14, and a step side surface region 15 connecting the upper and lower steps is formed. 16 are provided.

【0054】第1表面領域13上には、制御ゲート電極
21が第1絶縁膜22を介して形成されている。また、
段差部16を跨ぐように形成された浮遊ゲート電極23
は、制御ゲート電極21の段差部16側の側面とは第2
絶縁膜24を介して容量結合すると共に、第2表面領域
14とはトンネル膜となる第3絶縁膜25を介して対向
している。なお、第1絶縁膜22と第3絶縁膜25とは
1つの膜から構成されていてもよく、第2絶縁膜24と
第3絶縁膜25とは1つの膜から構成されていてもよ
い。
A control gate electrode 21 is formed on the first surface region 13 via a first insulating film 22. Also,
Floating gate electrode 23 formed so as to straddle the step portion 16
Is the second side surface of the control gate electrode 21 on the side of the step portion 16.
The capacitor is capacitively coupled via the insulating film 24 and faces the second surface region 14 via the third insulating film 25 serving as a tunnel film. The first insulating film 22 and the third insulating film 25 may be composed of one film, and the second insulating film 24 and the third insulating film 25 may be composed of one film.

【0055】半導体基板11の第1表面領域13には、
n型のソース領域31が形成されており、第2表面領域
14には、浮遊ゲート電極23の下側の領域にn型のド
レイン領域32が形成されている。
In the first surface region 13 of the semiconductor substrate 11,
An n-type source region 31 is formed, and an n-type drain region 32 is formed in the second surface region 14 below the floating gate electrode 23.

【0056】第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶
装置は、半導体基板11の内部における段差部16の近
傍に、浮遊ゲート電極23の下方における段差部16の
上側の角部と間隔をおいた位置から該段差部16の下側
の角部に向けて延びると共に段差側面領域15に達する
ことなくドレイン領域32の端部と隣接するように形成
された、p型の高濃度不純物領域からなる空乏化規制層
33を備えていることを特徴としている。
In the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment, a space is provided in the vicinity of the step portion 16 inside the semiconductor substrate 11 with a corner above the step portion 16 below the floating gate electrode 23. A depletion formed of a p-type high-concentration impurity region formed so as to extend from the position toward the lower corner of the step portion 16 and to be adjacent to the end of the drain region 32 without reaching the step side surface region 15. It is characterized in that it is provided with a chemical regulation layer 33.

【0057】以下、本実施形態に係る不揮発性半導体記
憶装置におけるデータの書き込み、消去及び読み出しの
各動作の一例を説明する。
An example of each operation of writing, erasing and reading of data in the nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment will be described below.

【0058】まず、データの書き込み時には、制御ゲー
ト電極21に4.0V〜7.0V程度のゲート電圧を印
加し、ソース領域31を接地し、且つドレイン領域32
に4.0V〜6.0V程度のドレイン電圧を印加する。
この電圧の印加により、段差部16の下側の角部の周辺
でホットエレクトロンが発生し、発生したホットエレク
トロンが第3絶縁膜25を通って浮遊ゲート電極23に
注入される。
First, at the time of writing data, a gate voltage of about 4.0 V to 7.0 V is applied to the control gate electrode 21, the source region 31 is grounded, and the drain region 32.
A drain voltage of about 4.0 V to 6.0 V is applied to the.
By applying this voltage, hot electrons are generated around the lower corner of the step portion 16, and the generated hot electrons are injected into the floating gate electrode 23 through the third insulating film 25.

【0059】データの消去時には、制御ゲート電極21
に−5.0V〜−7.0V程度のゲート電圧を印加し、
ドレイン領域23に4.0V〜6.0V程度のドレイン
電圧を印加し且つソース領域13を接地する。これによ
り、浮遊ゲート電極23に蓄積されていた電子がFN
(Fowler−Nordheim)型トンネル現象に
より第3絶縁膜25を介してドレイン領域32に引き抜
かれる。
At the time of erasing data, the control gate electrode 21
To the gate voltage of -5.0V to -7.0V,
A drain voltage of about 4.0 V to 6.0 V is applied to the drain region 23 and the source region 13 is grounded. As a result, the electrons accumulated in the floating gate electrode 23 are
By the (Fowler-Nordheim) type tunnel phenomenon, it is extracted to the drain region 32 through the third insulating film 25.

【0060】また、データの読み出し時には、ソース領
域31に1.0V〜3.0V程度のソース電圧を印加
し、ドレイン領域32を接地し且つ制御ゲート電極21
に2.0V〜4.0V程度のゲート電圧を印加するか、
又はドレイン領域32に1.0V〜3.0V程度のドレ
イン電圧を印加し、ソース領域31を接地し且つ制御ゲ
ート電極21に2.0V〜4.0V程度のゲート電圧を
印加する。このとき、浮遊ゲート電極23に蓄積された
電子の有無によって制御ゲート電21のしきい値電圧値
が異なり、ソースドレイン間を流れる電流量に差が生じ
るため、その電流量を検出することによりデータの有無
が判定される。
When reading data, a source voltage of about 1.0 V to 3.0 V is applied to the source region 31, the drain region 32 is grounded, and the control gate electrode 21.
A gate voltage of about 2.0V to 4.0V is applied to
Alternatively, a drain voltage of about 1.0 V to 3.0 V is applied to the drain region 32, the source region 31 is grounded, and a gate voltage of about 2.0 V to 4.0 V is applied to the control gate electrode 21. At this time, the threshold voltage value of the control gate voltage 21 differs depending on the presence / absence of electrons accumulated in the floating gate electrode 23, and the amount of current flowing between the source and drain differs. Therefore, the amount of current is detected to detect the data. The presence or absence of is determined.

【0061】本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置
は、p型の高濃度不純物領域からなる空乏化規制層33
が段差部16の第1表面領域13及び段差側面領域15
に達しない位置に形成され、さらに空乏化規制層33の
ドレイン領域32側の端部がドレイン領域32と隣接す
るように形成されている。これにより、図2の模式図に
示すように、書き込み動作時には、キャリアである電子
が段差部16の下側の角部付近に発生する電子温度高温
域1及び電子温度最大領域2に向かって流れるキャリア
のパス(=チャネル)が形成される。その結果、段差側
面領域15の近傍でホットエレクトロンとなったチャネ
ル電子は、段差側面領域15から浮遊ゲート電極23に
効率良く注入されるようになる。
In the nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment, the depletion control layer 33 including the p-type high concentration impurity region is formed.
Is the first surface region 13 and the step side surface region 15 of the step portion 16.
Is formed so as not to reach the drain region 32, and the end portion of the depletion control layer 33 on the drain region 32 side is formed adjacent to the drain region 32. As a result, as shown in the schematic diagram of FIG. 2, during the write operation, electrons that are carriers flow toward the high electron temperature region 1 and the high electron temperature region 2 generated near the lower corner of the step portion 16. A carrier path (= channel) is formed. As a result, the channel electrons that have become hot electrons near the step side surface region 15 are efficiently injected from the step side surface region 15 into the floating gate electrode 23.

【0062】図3(a)は本実施形態に係る不揮発性半
導体記憶装置の段差部16近傍の書き込み動作時の電流
密度を計算機によるシミュレーションによって求めた結
果を示し、図3(b)は比較用であって、空乏化規制層
33を設けない従来の不揮発性半導体記憶装置のシミュ
レーション結果を示している。
FIG. 3A shows a result obtained by a computer simulation of the current density during the write operation in the vicinity of the step portion 16 of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment, and FIG. 3B is for comparison. In addition, the simulation result of the conventional nonvolatile semiconductor memory device in which the depletion control layer 33 is not provided is shown.

【0063】本実施形態に係る半導体記憶装置は、図3
(a)に示すように、空乏化規制層33がp型不純物濃
度が高いため空乏化せず、半導体基板11における第1
表面領域13、段差側面領域15及び空乏化規制層33
に囲まれる部分が空乏化して、チャネル領域として機能
する。その結果、チャネル中の電子が段差側面領域15
に向かって広がりを持って流れることが分かる。
The semiconductor memory device according to the present embodiment is shown in FIG.
As shown in (a), since the depletion control layer 33 has a high p-type impurity concentration, it is not depleted.
Surface region 13, step side surface region 15, and depletion control layer 33
The portion surrounded by is depleted and functions as a channel region. As a result, the electrons in the channel are transferred to the step side surface region 15
You can see that it flows with a spread toward.

【0064】その上、空乏化規制層33によってキャリ
アのパスが規制されるため、浮遊ゲート電極23に電荷
が蓄積されて浮遊ゲート電極23の電位が低下し、電子
がドレイン領域32に強く引き寄せられても、チャネル
領域における制御ゲート電極21の下側部分を通過した
電子がドレイン領域32に直接に流れ込むことがなく、
段差部の下側の角部に向かって流れるキャリアのパスが
維持される。これにより、浮遊ゲート電極23の電位に
よらず一定のキャリアパスを実現でき、浮遊ゲート電極
23に対するキャリアの注入効率を向上させることがで
きる。
Furthermore, since the carrier path is restricted by the depletion restriction layer 33, charges are accumulated in the floating gate electrode 23, the potential of the floating gate electrode 23 is lowered, and electrons are strongly attracted to the drain region 32. However, the electrons that have passed through the lower portion of the control gate electrode 21 in the channel region do not flow directly into the drain region 32,
The path of carriers flowing toward the lower corner of the step is maintained. As a result, a constant carrier path can be realized regardless of the potential of the floating gate electrode 23, and the carrier injection efficiency into the floating gate electrode 23 can be improved.

【0065】これに対して、図3(b)に示す従来の不
揮発性半導体記憶装置の場合は、段差部16の第1表面
領域13及び段差側面領域15から間隔をおいた領域の
p型不純物濃度が低いため、書き込み動作時にはこの領
域までもが空乏化してしまい、チャネルとして機能す
る。このため、チャネル中の電子は、段差部16の下側
の角部付近に発生する電子温度最大領域を通過すること
なく、ドレイン領域32に直接に流れてしまい、その結
果、浮遊ゲート電極23に注入される確率が低くなるこ
とが分かる。
On the other hand, in the case of the conventional nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 3B, the p-type impurity in the region spaced from the first surface region 13 and the step side face region 15 of the step portion 16. Since the concentration is low, even this region is depleted during the writing operation and functions as a channel. Therefore, the electrons in the channel flow directly to the drain region 32 without passing through the maximum electron temperature region generated near the lower corner of the step portion 16, and as a result, to the floating gate electrode 23. It can be seen that the probability of injection is low.

【0066】次に、空乏化規制層33には以下のような
効果をも有している。すなわち、p型の高濃度不純物領
域からなる空乏化規制層33はn型のドレイン領域32
側の端部と隣接するように形成されているため、空乏化
規制層33とドレイン領域32の界面には、急激な濃度
勾配を持つpn接合が形成されるので、該界面には高電
界が発生する。両者の界面に発生した高電界が、段差部
16の下側の角部付近に位置するように、空乏化規制層
33を設けることによって、段差部16の下側の角部近
傍に発生する電子温度高温域の電子温度が飛躍的に上昇
し、その結果、書き込み速度が大幅に向上する。
Next, the depletion control layer 33 also has the following effects. That is, the depletion control layer 33 formed of the p-type high-concentration impurity region is the n-type drain region 32.
Since it is formed so as to be adjacent to the end portion on the side, since a pn junction having a sharp concentration gradient is formed at the interface between the depletion control layer 33 and the drain region 32, a high electric field is generated at the interface. Occur. By providing the depletion control layer 33 so that the high electric field generated at the interface between the two is located near the lower corner of the step 16, electrons generated near the lower corner of the step 16 are provided. Temperature The electron temperature in the high temperature range rises dramatically, and as a result, the writing speed is greatly improved.

【0067】また、ドレイン領域32が、段差部16の
下側の角部を完全に覆っている場合には、書き込み動作
時に、該角部の電位がドレイン電位によって高電位に保
たれるため、段差側面領域15のポテンシャルの勾配が
急峻となって、段差部16の下側の角部付近に発生する
電子温度高温域が段差側面13へ広がるので、書き込み速
度が向上する。
If the drain region 32 completely covers the lower corner of the step 16, the potential of the corner is kept at a high potential by the drain potential during the write operation. Since the potential gradient of the step side surface region 15 becomes steep and the high temperature region of the electron temperature generated near the lower corner of the step portion 16 spreads to the step side surface 13, the writing speed is improved.

【0068】なお、本実施形態においては、段差部16
の段差側面領域15は第2表面領域14に対してほぼ垂
直に形成されているが、段差側面領域15と第2表面領
域14とのなす角度は鈍角であってもよい。
In this embodiment, the step portion 16
Although the step side surface region 15 is formed substantially perpendicular to the second surface region 14, the angle formed between the step side surface region 15 and the second surface region 14 may be an obtuse angle.

【0069】以下、前記のように構成された不揮発性半
導体記憶装置の製造方法について図面を参照しながら説
明する。
Hereinafter, a method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device configured as described above will be described with reference to the drawings.

【0070】図4〜図6は本発明の第1の実施形態に係
る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の工程順の断面構
成を示している。
4 to 6 show sectional structures in the order of steps of the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.

【0071】まず、図4(a)に示すように、p型シリ
コンからなる半導体基板51上に、例えばトレンチ分離
構造を持つ素子分離層52を形成する。続いて、素子分
離層52に囲まれてなる活性領域10の上に、熱酸化法
又はCVD法により、膜厚が約20nmの保護酸化膜5
3を形成し、その後、半導体基板51上に、活性領域1
0のp型ウェル領域形成用パターンを持つ第1のレジス
トパターン91を形成する。続いて、第1のレジストパ
ターン91をマスクとして、ホウ素(B)イオンを、例
えば注入ドーズ量が0.5×1013cm-2〜1×1014
cm-2程度で、注入エネルギーが約300keVの注入
条件で半導体基板51に保護酸化膜53を介してイオン
注入し、これにより、活性領域10の表面近傍の不純物
濃度が5×1013cm-3〜1×1014cm-3程度のp型
ウェル領域を形成する。さらに、活性領域10の全面
に、注入ドーズ量が0.5×1013cm-2〜1×1013
cm -2程度で、注入エネルギーが約30keVのしきい
値電圧制御用のホウ素(B)イオンを保護酸化膜53を
介してイオン注入する。
First, as shown in FIG. 4A, p-type silicon is used.
For example, trench isolation is performed on the semiconductor substrate 51 made of silicon.
An element isolation layer 52 having a structure is formed. Next, the element
A thermal oxidation method is formed on the active region 10 surrounded by the release layer 52.
Alternatively, a protective oxide film 5 having a thickness of about 20 nm is formed by the CVD method.
3 is formed, and then the active region 1 is formed on the semiconductor substrate 51.
First register having a p-type well region forming pattern of 0
Pattern 91 is formed. Then, the first resist pattern
Using the turn 91 as a mask, boron (B) ions are used as an example.
For example, the implantation dose is 0.5 x 1013cm-2~ 1 x 1014
cm-2Implantation energy of about 300 keV
Under the conditions, ions are formed on the semiconductor substrate 51 through the protective oxide film 53.
Implanting the impurities to cause impurities near the surface of the active region 10.
Concentration is 5 × 1013cm-3~ 1 x 1014cm-3Degree p type
A well region is formed. Furthermore, the entire surface of the active region 10
And the implantation dose is 0.5 × 1013cm-2~ 1 x 1013
cm -2Threshold of injection energy is about 30 keV
Protects the boron (B) ion for controlling the value voltage from the oxide film 53.
Ion implantation through.

【0072】次に、図4(b)に示すように、第1のレ
ジストパターン91及び保護酸化膜53を除去した後、
再度、活性領域10上にCVD法又は熱酸化法により第
1絶縁膜としてのゲート酸化膜54を形成する。その
後、例えば、CVD法により、半導体基板51上の全面
に第1のポリシリコン膜を堆積し、堆積した第1のポリ
シリコン膜に対してフォトリソグラフィ法によりパター
ニングを行なって、ポリシリコンからなる制御ゲート電
極55を形成する。続いて、半導体基板51上に、活性
領域10のドレイン形成領域に開口部を持つ第2のレジ
ストパターン92を形成し、形成した第2のレジストパ
ターン92及びゲート電極55をマスクとして、例えば
注入ドーズ量が0.5×1013cm-2〜1×1014cm
-2程度で、注入エネルギーが約15keVのホウ素
(B)イオンを半導体基板51にゲート酸化膜54を介
してイオン注入し、これにより、ドレイン形成領域にp
型の高濃度不純物層56を形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, after removing the first resist pattern 91 and the protective oxide film 53,
Again, the gate oxide film 54 as the first insulating film is formed on the active region 10 by the CVD method or the thermal oxidation method. After that, for example, a first polysilicon film is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 51 by the CVD method, and the deposited first polysilicon film is patterned by the photolithography method to control the polysilicon. The gate electrode 55 is formed. Then, a second resist pattern 92 having an opening in the drain formation region of the active region 10 is formed on the semiconductor substrate 51, and the formed second resist pattern 92 and the gate electrode 55 are used as a mask, for example, implantation dose. The amount is 0.5 × 10 13 cm -2 to 1 × 10 14 cm
Boron (B) ions having an implantation energy of about −2 keV and about 15 keV are ion-implanted into the semiconductor substrate 51 through the gate oxide film 54.
A mold high concentration impurity layer 56 is formed.

【0073】次に、図4(c)に示すように、第2のレ
ジストパターン92を除去した後、例えば、CVD法を
用いて、半導体基板51上に全面にわたってBPSG膜
を堆積する。続いて、堆積したBPSG膜に対して異方
性エッチングを行なうことにより、制御ゲート電極55
の側面にBPSG膜からなるサイドウォール57を形成
する。ここで、BPSGの堆積膜厚を調節することによ
り、制御ゲート電極55の側面と後工程で半導体基板5
1に形成する段差部との間の間隔を自己整合的に決定す
ることができる。
Next, as shown in FIG. 4C, after removing the second resist pattern 92, a BPSG film is deposited over the entire surface of the semiconductor substrate 51 by using, for example, the CVD method. Subsequently, anisotropic etching is performed on the deposited BPSG film, whereby the control gate electrode 55 is formed.
A side wall 57 made of a BPSG film is formed on the side surface of the. Here, by adjusting the deposited film thickness of BPSG, the semiconductor substrate 5 is formed on the side surface of the control gate electrode 55 and in the subsequent process.
It is possible to determine the distance between the step portion formed at 1 and the step portion in a self-aligned manner.

【0074】次に、図4(d)に示すように、半導体基
板51上にドレイン形成領域に開口部を持つ第3のレジ
ストパターン93を形成し、形成した第3のレジストパ
ターン93、ゲート電極55及びサイドウォール57を
マスクとして、半導体基板51に対してドライエッチン
グを行なって、半導体基板51のドレイン形成領域に凹
部51aを形成する。
Next, as shown in FIG. 4D, a third resist pattern 93 having an opening in the drain formation region is formed on the semiconductor substrate 51, and the formed third resist pattern 93 and gate electrode. The semiconductor substrate 51 is dry-etched using 55 and the sidewalls 57 as a mask to form a recess 51a in the drain formation region of the semiconductor substrate 51.

【0075】次に、図5(a)に示すように、第3のレ
ジストパターン93、ゲート電極55及びサイドウォー
ル57をマスクとして、例えば注入ドーズ量が0.5×
10 14cm-2〜5×1014cm-2程度で、注入エネルギ
ーが約10keVのヒ素(As)イオンを半導体基板5
1にイオン注入することにより、ドレイン形成領域にn
型の低濃度ドレイン領域58を形成する。
Next, as shown in FIG.
Gist pattern 93, gate electrode 55 and side war
With the mask 57 as a mask, for example, the implantation dose is 0.5 ×
10 14cm-2~ 5 x 1014cm-2Inject energy at a degree
Arsenic (As) ion of about 10 keV is applied to the semiconductor substrate 5
By ion-implanting 1 into the
A low concentration drain region 58 of the mold is formed.

【0076】このとき、p型の高濃度不純物層56にお
けるサイドウォール57の下側部分は、低濃度ドレイン
領域58を形成する際のn型不純物の注入による補償効
果によってp型不純物濃度が低減する。これにより、半
導体基板51における凹部51aの制御ゲート電極55
側の段差部51bに、制御ゲート電極55の下方におけ
る段差部51bの上側の角部と間隔をおいた位置から段
差部51bの下側の角部に向けて延びると共に、段差側
面領域に達することなく低濃度ドレイン領域58と隣接
するように形成された、p型の高濃度不純物層56から
なる空乏化規制層56aを形成できる。
At this time, the p-type impurity concentration in the lower part of the sidewall 57 of the p-type high-concentration impurity layer 56 is reduced by the compensation effect of the n-type impurity implantation when forming the low-concentration drain region 58. . As a result, the control gate electrode 55 of the recess 51 a in the semiconductor substrate 51 is formed.
The side step portion 51b extends from a position spaced apart from the upper corner portion of the step portion 51b below the control gate electrode 55 toward the lower corner portion of the step portion 51b and reaches the step side surface region. Instead, it is possible to form the depletion control layer 56a formed of the p-type high concentration impurity layer 56 so as to be adjacent to the low concentration drain region 58.

【0077】次に、図5(b)に示すように、第3のレ
ジストパターン93を除去した後、サイドウォール57
及びゲート酸化膜54の露出部分をウエットエッチング
により除去することにより、上段となる第1表面領域5
9、下段となる第2表面領域60及び上段と下段とをつ
なぐ段差側面領域61からなる段差部51bと、制御ゲ
ート電極55の側面とを露出させる。
Next, as shown in FIG. 5B, after removing the third resist pattern 93, the sidewall 57 is formed.
By removing the exposed portions of the gate oxide film 54 and the gate oxide film 54 by wet etching, the upper surface of the first surface region 5 is removed.
9. The step portion 51b including the second surface region 60 which is the lower step and the step side surface region 61 which connects the upper step and the lower step and the side surface of the control gate electrode 55 are exposed.

【0078】次に、図5(c)に示すように、熱酸化法
により、半導体基板51の段差部51bを含む露出面及
び制御ゲート電極55の表面に第2絶縁膜及び第3絶縁
膜としての熱酸化膜62を形成する。なお、熱酸化膜6
2は、CVD法等によるシリコン酸化膜であってもよ
い。
Next, as shown in FIG. 5C, a second insulating film and a third insulating film are formed on the exposed surface including the step portion 51b of the semiconductor substrate 51 and the surface of the control gate electrode 55 by the thermal oxidation method. Forming a thermal oxide film 62. The thermal oxide film 6
2 may be a silicon oxide film formed by a CVD method or the like.

【0079】次に、図5(d)に示すように、例えばC
VD法を用いて、半導体基板51上に制御ゲート電極5
5を含む全面にわたって第2のポリシリコン膜を堆積
し、堆積した第2のポリシリコン膜に対して異方性エッ
チングを行なうことにより、段差部51bを跨ぐと共
に、制御ゲート電極55の段差部51b側の側面と熱酸
化膜62を介して容量結合し、さらに第2表面領域60
と熱酸化膜62を介して対向する、ポリシリコンからな
る浮遊ゲート電極63を自己整合的に形成する。ここ
で、熱酸化膜62の浮遊ゲート電極63と半導体基板5
1との間に挟まれた領域はトンネル膜として機能する。
Next, as shown in FIG. 5D, for example, C
The control gate electrode 5 is formed on the semiconductor substrate 51 by using the VD method.
By depositing a second polysilicon film over the entire surface including 5 and anisotropically etching the deposited second polysilicon film, the step portion 51b is straddled and the step portion 51b of the control gate electrode 55 is formed. Side surface and the second side surface region 60 through capacitive coupling through the thermal oxide film 62.
A floating gate electrode 63 made of polysilicon is formed in a self-aligned manner so as to oppose to the thermal oxide film 62. Here, the floating gate electrode 63 of the thermal oxide film 62 and the semiconductor substrate 5 are
The region sandwiched between 1 and 1 functions as a tunnel film.

【0080】次に、図6(a)に示すように、半導体基
板51上に酸化シリコン等の絶縁膜膜64を全面に形成
し、その後、形成した絶縁膜64をエッチングして半導
体基板51を露出する。
Next, as shown in FIG. 6A, an insulating film 64 of silicon oxide or the like is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 51, and then the formed insulating film 64 is etched to form the semiconductor substrate 51. Exposed.

【0081】次に、図6(b)に示すように、制御ゲー
ト電極55、浮遊ゲート電極63及び絶縁膜64をマス
クとして、半導体基板51にヒ素(As)イオンを注入
することにより、半導体基板51の制御ゲート電極55
に対して浮遊ゲート電極63と反対側の領域に高濃度ソ
ース領域65を形成し、半導体基板51の制御ゲート電
極55に対して浮遊ゲート電極63側の領域で且つ低濃
度ドレイン領域58と接続する高濃度ドレイン領域66
を形成して、不揮発性半導体記憶装置の一記憶素子が完
成する。
Next, as shown in FIG. 6B, arsenic (As) ions are implanted into the semiconductor substrate 51 by using the control gate electrode 55, the floating gate electrode 63 and the insulating film 64 as a mask, and the semiconductor substrate 51 control gate electrode 55
A high-concentration source region 65 is formed in a region opposite to the floating gate electrode 63, and is connected to a low-concentration drain region 58 in a region on the floating gate electrode 63 side of the control gate electrode 55 of the semiconductor substrate 51. High concentration drain region 66
Are formed to complete one memory element of the nonvolatile semiconductor memory device.

【0082】以上説明したように、第1の実施形態に係
る不揮発性半導体記憶装置の製造方法によると、半導体
基板51におけるドレイン形成領域にp型の高濃度不純
物層56を形成しておく。その後、制御ゲート電極55
のサイドウォール57をマスクとして、半導体基板51
に凹部51bを形成することにより、半導体基板51に
おけるサイドウォール57の下側部分を第1表面領域
(上段)とし、凹部51bの底面を第2表面領域60
(下段)とする段差部51bを形成する。続いて、第2
表面領域60にn型の低濃度ドレイン領域58を注入に
より形成する際に、高濃度不純物層56に対する補償効
果により、段差部51bの上側の角部から間隔をおき、
該角部と対向すると共に低濃度ドレイン領域58と隣接
して局在する所望の不純物プロファイルを持つ空乏化規
制層56aを確実に形成できる。
As described above, according to the method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device in the first embodiment, the p-type high concentration impurity layer 56 is formed in the drain forming region of the semiconductor substrate 51. Then, the control gate electrode 55
Of the semiconductor substrate 51 using the side walls 57 of
By forming the recess 51b in the semiconductor substrate 51, the lower portion of the sidewall 57 of the semiconductor substrate 51 is used as the first surface region (upper stage), and the bottom surface of the recess 51b is used as the second surface region 60.
A stepped portion 51b to be (lower) is formed. Then, the second
When the n-type low-concentration drain region 58 is formed in the surface region 60 by implantation, a compensation effect for the high-concentration impurity layer 56 causes a gap from the upper corner of the step portion 51b.
It is possible to reliably form the depletion control layer 56a having a desired impurity profile that faces the corner portion and is adjacent to the low-concentration drain region 58.

【0083】(第2の実施形態)以下、本発明の第2の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0084】図7は第2の実施形態に係るスプリットゲ
ート型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶素子の断面構
成を示している。図7において、図1に示す第1の実施
形態の構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付す
ことにより説明を省略する。
FIG. 7 shows a sectional structure of one memory element of the split gate type nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment. In FIG. 7, the same components as those of the first embodiment shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0085】図7に示すように、第2の実施形態に係る
不揮発性半導体記憶装置は、段差部16の上側の角部と
空乏化規制層33との間に形成され、空乏化規制層33
と同一の導電型であるp型の不純物領域からなる高電界
形成層34を有していることを特徴とする。
As shown in FIG. 7, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment, the depletion limiting layer 33 is formed between the upper corner of the step portion 16 and the depletion limiting layer 33.
It has a high electric field forming layer 34 made of a p-type impurity region having the same conductivity type as the above.

【0086】ここで、高電界形成層34のp型不純物濃
度は、空乏化規制層33のp型不純物濃度よりも低く且
つ半導体基板11のp型不純物濃度よりも高くなるよう
に設定されている。
Here, the p-type impurity concentration of the high electric field forming layer 34 is set to be lower than the p-type impurity concentration of the depletion control layer 33 and higher than the p-type impurity concentration of the semiconductor substrate 11. .

【0087】第2の実施形態によると、p型の高電界形
成層34を段差部16の上側の角部と空乏化規制層33
との間に設けることにより、段差側面領域15におい
て、高電界形成層34とドレイン領域32との界面から
なるpn接合部によるエネルギー準位の勾配はより急峻
となる。その結果、高電界形成層34とドレイン領域3
2との界面で高電界が発生し、発生した高電界が、段差
部16の下側の角部によって発生する高電界、及び空乏
化規制層33とドレイン領域32との界面に発生する高
電界と重なり合って、段差部16の下側の角部の近傍の
電子温度がより一層上昇する。これにより、チャネル中
の電子のホットエレクトロンの発生量が増加して、浮遊
ゲート電極23に対する電子の注入効率が格段に向上す
る。
According to the second embodiment, the p-type high electric field forming layer 34 is formed on the upper corner of the step portion 16 and the depletion regulating layer 33.
In the step side surface region 15, the gradient of the energy level due to the pn junction formed by the interface between the high electric field forming layer 34 and the drain region 32 becomes steeper by providing the gap between the and. As a result, the high electric field forming layer 34 and the drain region 3
A high electric field is generated at the interface between the depletion control layer 33 and the drain region 32, and a high electric field generated at the interface between the depletion control layer 33 and the drain region 32. And the electron temperature in the vicinity of the lower corner of the step 16 is further increased. As a result, the amount of hot electrons generated in the channel is increased, and the efficiency of injecting electrons into the floating gate electrode 23 is significantly improved.

【0088】また、高濃度形成層34を空乏化規制層3
3と独立に形成することにより、記憶素子のしきい値電
圧の制御性を向上させる効果もある。
Further, the high concentration forming layer 34 is replaced with the depletion control layer 3
When formed independently of No. 3, it also has the effect of improving the controllability of the threshold voltage of the memory element.

【0089】なお、第1の実施形態で説明したように、
半導体基板11における空乏化規制層33、第1表面領
域13及び段差側面領域15によって囲まれる部分をチ
ャネルとして機能させ、チャネル電子が段差側面領域1
5に向かって広がりを持って流れるようなキャリアのパ
スを維持するためには、高電界形成層34を書き込み動
作時に空乏化する程度の不純物濃度とすることが好まし
い。
As described in the first embodiment,
A portion of the semiconductor substrate 11 surrounded by the depletion control layer 33, the first surface region 13 and the step side surface region 15 functions as a channel, and channel electrons are generated in the step side surface region 1.
In order to maintain a carrier path that flows with a spread toward 5, the high electric field forming layer 34 is preferably made to have an impurity concentration such that it is depleted during a write operation.

【0090】なお、本実施形態においても、段差側面領
域15と第2表面領域14とのなす角度を鈍角としても
よい。
Also in this embodiment, the angle formed between the step side surface region 15 and the second surface region 14 may be an obtuse angle.

【0091】以下、前記のように構成された不揮発性半
導体記憶装置の製造方法について図面を参照しながら説
明する。
Hereinafter, a method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device having the above structure will be described with reference to the drawings.

【0092】図8〜図10は本発明の第1の実施形態に
係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の工程順の断面
構成を示している。
8 to 10 show sectional structures in the order of steps of the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.

【0093】まず、図8(a)に示すように、p型シリ
コンからなる半導体基板51上に、例えばトレンチ分離
構造を持つ素子分離層52を形成する。続いて、素子分
離層52に囲まれてなる活性領域10の上に、熱酸化法
又はCVD法により、膜厚が約20nmの保護酸化膜5
3を形成し、その後、半導体基板51上に、活性領域1
0のp型ウェル領域形成用パターンを持つ第1のレジス
トパターン91を形成する。続いて、第1のレジストパ
ターン91をマスクとして、ホウ素(B)イオンを、例
えば注入ドーズ量が0.5×1013cm-2〜1×1014
cm-2程度で、注入エネルギーが約300keVの注入
条件で半導体基板51に保護酸化膜53を介してイオン
注入し、これにより、活性領域10の表面近傍の不純物
濃度が5×1013cm-3〜1×1014cm-3程度のp型
ウェル領域を形成する。さらに、活性領域10の全面
に、注入ドーズ量が0.5×1013cm-2〜1×1013
cm -2程度で、注入エネルギーが約30keVのしきい
値電圧制御用のホウ素(B)イオンを保護酸化膜53を
介してイオン注入する。
First, as shown in FIG. 8A, p-type silicon
For example, trench isolation is performed on the semiconductor substrate 51 made of silicon.
An element isolation layer 52 having a structure is formed. Next, the element
A thermal oxidation method is formed on the active region 10 surrounded by the release layer 52.
Alternatively, a protective oxide film 5 having a thickness of about 20 nm is formed by the CVD method.
3 is formed, and then the active region 1 is formed on the semiconductor substrate 51.
First register having a p-type well region forming pattern of 0
Pattern 91 is formed. Then, the first resist pattern
Using the turn 91 as a mask, boron (B) ions are used as an example.
For example, the implantation dose is 0.5 x 1013cm-2~ 1 x 1014
cm-2Implantation energy of about 300 keV
Under the conditions, ions are formed on the semiconductor substrate 51 through the protective oxide film 53.
Implanting the impurities to cause impurities near the surface of the active region 10.
Concentration is 5 × 1013cm-3~ 1 x 1014cm-3Degree p type
A well region is formed. Furthermore, the entire surface of the active region 10
And the implantation dose is 0.5 × 1013cm-2~ 1 x 1013
cm -2Threshold of injection energy is about 30 keV
Protects the boron (B) ion for controlling the value voltage from the oxide film 53.
Ion implantation through.

【0094】次に、図8(b)に示すように、第1のレ
ジストパターン91及び保護酸化膜53を除去した後、
再度、活性領域10上にCVD法又は熱酸化法により第
1絶縁膜としてのゲート酸化膜54を形成する。その
後、例えば、CVD法により、半導体基板51上の全面
に第1のポリシリコン膜を堆積し、堆積した第1のポリ
シリコン膜に対してフォトリソグラフィ法によりパター
ニングを行なって、ポリシリコンからなる制御ゲート電
極55を形成する。続いて、半導体基板51上に、活性
領域10のドレイン形成領域に開口部を持つ第2のレジ
ストパターン92を形成し、形成した第2のレジストパ
ターン92及びゲート電極55をマスクとして、ホウ素
(B)イオンをそれぞれ異なる加速電圧で2回のイオン
注入を行なう。1回目は、例えば注入ドーズ量が0.5
×1013cm-2〜1×1014cm-2程度で、注入エネル
ギーが約30keVの注入条件でゲート酸化膜54を介
して半導体基板51にイオン注入して、ドレイン形成領
域にp型の第1の高濃度不純物層56を形成する。2回
目は、第1の高濃度不純物層56よりも接合深さが浅く
なるように、注入ドーズ量が0.5×1013cm-2〜1
×1014cm-2程度で、注入エネルギーが約15keV
の注入条件でイオン注入して、ドレイン形成領域にp型
の第2の高濃度不純物層71を形成する。
Next, as shown in FIG. 8B, after removing the first resist pattern 91 and the protective oxide film 53,
Again, the gate oxide film 54 as the first insulating film is formed on the active region 10 by the CVD method or the thermal oxidation method. After that, for example, a first polysilicon film is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 51 by the CVD method, and the deposited first polysilicon film is patterned by the photolithography method to control the polysilicon. The gate electrode 55 is formed. Subsequently, a second resist pattern 92 having an opening in the drain formation region of the active region 10 is formed on the semiconductor substrate 51, and the formed second resist pattern 92 and the gate electrode 55 are used as a mask to form a boron (B ) Ions are implanted twice at different acceleration voltages. For the first time, for example, the implantation dose is 0.5
Ions are implanted into the semiconductor substrate 51 through the gate oxide film 54 under the implantation conditions of about 10 13 cm -2 to 1 x 10 14 cm -2 and the implantation energy is about 30 keV, and the p-type first region is formed in the drain formation region. The high concentration impurity layer 56 of No. 1 is formed. In the second time, the implantation dose is 0.5 × 10 13 cm −2 to 1 so that the junction depth is shallower than that of the first high concentration impurity layer 56.
Injection energy of about 15 keV at about 10 14 cm -2
Ion implantation is performed under the implantation conditions of 1 to form a p-type second high-concentration impurity layer 71 in the drain formation region.

【0095】次に、図8(c)に示すように、第2のレ
ジストパターン92を除去した後、例えば、CVD法を
用いて、半導体基板51上に全面にわたってBPSG膜
を堆積する。続いて、堆積したBPSG膜に対して異方
性エッチングを行なうことにより、制御ゲート電極55
の側面にBPSG膜からなるサイドウォール57を形成
する。ここで、BPSGの堆積膜厚を調節することによ
り、制御ゲート電極55の側面と後工程で半導体基板5
1に形成する段差部との間の間隔を自己整合的に決定す
ることができる。
Next, as shown in FIG. 8C, after removing the second resist pattern 92, a BPSG film is deposited over the entire surface of the semiconductor substrate 51 by using, for example, the CVD method. Subsequently, anisotropic etching is performed on the deposited BPSG film, whereby the control gate electrode 55 is formed.
A side wall 57 made of a BPSG film is formed on the side surface of the. Here, by adjusting the deposited film thickness of BPSG, the semiconductor substrate 5 is formed on the side surface of the control gate electrode 55 and in the subsequent process.
It is possible to determine the distance between the step portion formed at 1 and the step portion in a self-aligned manner.

【0096】次に、図8(d)に示すように、半導体基
板51上にドレイン形成領域に開口部を持つ第3のレジ
ストパターン93を形成し、形成した第3のレジストパ
ターン93、ゲート電極55及びサイドウォール57を
マスクとして、半導体基板51に対してドライエッチン
グを行なって、半導体基板51のドレイン形成領域に凹
部51aを形成する。
Next, as shown in FIG. 8D, a third resist pattern 93 having an opening in the drain formation region is formed on the semiconductor substrate 51, and the formed third resist pattern 93 and gate electrode. The semiconductor substrate 51 is dry-etched using 55 and the sidewalls 57 as a mask to form a recess 51a in the drain formation region of the semiconductor substrate 51.

【0097】次に、図9(a)に示すように、第3のレ
ジストパターン93、ゲート電極55及びサイドウォー
ル57をマスクとして、例えば注入ドーズ量が0.5×
10 14cm-2〜5×1014cm-2程度で、注入エネルギ
ーが約10keVのヒ素(As)イオンを半導体基板5
1にイオン注入することにより、ドレイン形成領域にn
型の低濃度ドレイン領域58を形成する。
Then, as shown in FIG.
Gist pattern 93, gate electrode 55 and side war
With the mask 57 as a mask, for example, the implantation dose is 0.5 ×
10 14cm-2~ 5 x 1014cm-2Inject energy at a degree
Arsenic (As) ion of about 10 keV is applied to the semiconductor substrate 5
By ion-implanting 1 into the
A low concentration drain region 58 of the mold is formed.

【0098】このとき、p型の第1の高濃度不純物層5
6におけるサイドウォール57の下側部分は、低濃度ド
レイン領域58を形成する際のn型不純物の注入による
補償効果によってp型不純物濃度が低減する。これによ
り、半導体基板51における凹部51aの制御ゲート電
極55側の段差部51bに、制御ゲート電極55の下方
における段差部51bの上側の角部と間隔をおいた位置
から段差部51bの下側の角部に向けて延びると共に、
段差側面領域に達することなく低濃度ドレイン領域58
と隣接するように形成された、p型の第1の高濃度不純
物層56からなる空乏化規制層56aを形成できる。
At this time, the p-type first high-concentration impurity layer 5 is formed.
In the lower part of the side wall 57 in 6, the p-type impurity concentration is reduced by the compensation effect of the n-type impurity implantation when forming the low-concentration drain region 58. As a result, in the step portion 51b on the control gate electrode 55 side of the recess 51a in the semiconductor substrate 51, the step portion 51b below the control gate electrode 55 is spaced apart from the upper corner portion of the step portion 51b. While extending toward the corner,
Low-concentration drain region 58 without reaching the step side surface region
It is possible to form the depletion control layer 56a formed of the p-type first high-concentration impurity layer 56 so as to be adjacent thereto.

【0099】また、このとき同時に、p型の第2の高濃
度不純物層71から、低濃度ドレイン領域58の形成時
の補償効果により第1の高濃度不純物層56よりも低濃
度となる高電界形成層71aを、段差部51bの上側の
角部と空乏化規制層56aとの間に形成できる。
At the same time, a high electric field from the p-type second high-concentration impurity layer 71 to a concentration lower than that of the first high-concentration impurity layer 56 due to the compensation effect when the low-concentration drain region 58 is formed. The formation layer 71a can be formed between the upper corner of the step portion 51b and the depletion control layer 56a.

【0100】次に、図9(b)に示すように、第3のレ
ジストパターン93を除去した後、サイドウォール57
及びゲート酸化膜54の露出部分をウエットエッチング
により除去することにより、上段となる第1表面領域5
9、下段となる第2表面領域60及び上段と下段とをつ
なぐ段差側面領域61からなる段差部51bと、制御ゲ
ート電極55の側面とを露出させる。
Next, as shown in FIG. 9B, after removing the third resist pattern 93, the sidewall 57 is formed.
By removing the exposed portions of the gate oxide film 54 and the gate oxide film 54 by wet etching, the upper surface of the first surface region 5 is removed.
9. The step portion 51b including the second surface region 60 which is the lower step and the step side surface region 61 which connects the upper step and the lower step and the side surface of the control gate electrode 55 are exposed.

【0101】次に、図9(c)に示すように、熱酸化法
により、半導体基板51の段差部51bを含む露出面及
び制御ゲート電極55の表面に第2絶縁膜及び第3絶縁
膜としての熱酸化膜62を形成する。なお、熱酸化膜6
2は、CVD法等によるシリコン酸化膜であってもよ
い。
Next, as shown in FIG. 9C, a second insulating film and a third insulating film are formed on the exposed surface including the step portion 51b of the semiconductor substrate 51 and the surface of the control gate electrode 55 by the thermal oxidation method. Forming a thermal oxide film 62. The thermal oxide film 6
2 may be a silicon oxide film formed by a CVD method or the like.

【0102】次に、図9(d)に示すように、例えばC
VD法を用いて、半導体基板51上に制御ゲート電極5
5を含む全面にわたって第2のポリシリコン膜を堆積
し、堆積した第2のポリシリコン膜に対して異方性エッ
チングを行なうことにより、段差部51bを跨ぐと共
に、制御ゲート電極55の段差部51b側の側面と熱酸
化膜62を介して容量結合し、さらに第2表面領域60
と熱酸化膜62を介して対向する、ポリシリコンからな
る浮遊ゲート電極63を自己整合的に形成する。ここ
で、熱酸化膜62の浮遊ゲート電極63と半導体基板5
1との間に挟まれた領域はトンネル膜として機能する。
Next, as shown in FIG. 9D, for example, C
The control gate electrode 5 is formed on the semiconductor substrate 51 by using the VD method.
By depositing a second polysilicon film over the entire surface including 5 and anisotropically etching the deposited second polysilicon film, the step portion 51b is straddled and the step portion 51b of the control gate electrode 55 is formed. Side surface and the second side surface region 60 through capacitive coupling through the thermal oxide film 62.
A floating gate electrode 63 made of polysilicon is formed in a self-aligned manner so as to oppose to the thermal oxide film 62. Here, the floating gate electrode 63 of the thermal oxide film 62 and the semiconductor substrate 5 are
The region sandwiched between 1 and 1 functions as a tunnel film.

【0103】次に、図10(a)に示すように、半導体
基板51上に酸化シリコン等の絶縁膜64を全面に形成
し、その後、形成した絶縁膜64をエッチングして半導
体基板51を露出する。
Next, as shown in FIG. 10A, an insulating film 64 of silicon oxide or the like is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 51, and then the formed insulating film 64 is etched to expose the semiconductor substrate 51. To do.

【0104】次に、図10(b)に示すように、制御ゲ
ート電極55、浮遊ゲート電極63及び絶縁膜64をマ
スクとして、半導体基板51にヒ素(As)イオンを注
入することにより、半導体基板51の制御ゲート電極5
5に対して浮遊ゲート電極63と反対側の領域に高濃度
ソース領域65を形成し、半導体基板51の制御ゲート
電極55に対して浮遊ゲート電極63側の領域で且つ低
濃度ドレイン領域58と接続する高濃度ドレイン領域6
6を形成して、不揮発性半導体記憶装置の一記憶素子が
完成する。
Next, as shown in FIG. 10B, arsenic (As) ions are implanted into the semiconductor substrate 51 by using the control gate electrode 55, the floating gate electrode 63 and the insulating film 64 as a mask. 51 control gate electrode 5
5, a high-concentration source region 65 is formed in a region opposite to the floating gate electrode 63, and is connected to a low-concentration drain region 58 in a region on the floating gate electrode 63 side with respect to the control gate electrode 55 of the semiconductor substrate 51. High-concentration drain region 6
6 is formed, and one memory element of the nonvolatile semiconductor memory device is completed.

【0105】以上説明したように、第2の実施形態に係
る不揮発性半導体記憶装置の製造方法によると、半導体
基板51におけるドレイン形成領域にp型の第1の高濃
度不純物層56及び該第1の高濃度不純物層56よりも
浅い接合を持つ第2の高濃度不純物層71を形成してお
く。その後、制御ゲート電極55のサイドウォール57
をマスクとして、半導体基板51に凹部51bを形成す
ることにより、半導体基板51におけるサイドウォール
57の下側部分を第1表面領域(上段)とし、凹部51
bの底面を第2表面領域60(下段)とする段差部51
bを形成する。続いて、第2表面領域60にn型の低濃
度ドレイン領域58を注入により形成する際に、第1の
高濃度不純物層56に対する補償効果により、段差部5
1bの上側の角部から間隔をおき、該角部と対向すると
共に低濃度ドレイン領域58と隣接して局在する所望の
不純物プロファイルを持つ空乏化規制層56aを確実に
形成できる。その上、段差部51bの上側の角部と空乏
化規制層56aとの間に、第2の高濃度不純物層71か
らなる所望の不純物プロファイルを持つ高電界形成層7
1aを形成できる。
As described above, according to the method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device in the second embodiment, the p-type first high-concentration impurity layer 56 and the first high-concentration impurity layer 56 are formed in the drain formation region of the semiconductor substrate 51. The second high-concentration impurity layer 71 having a junction shallower than the high-concentration impurity layer 56 is formed in advance. After that, the sidewall 57 of the control gate electrode 55 is formed.
By using the mask as a mask to form the recess 51b in the semiconductor substrate 51, the lower portion of the sidewall 57 of the semiconductor substrate 51 is used as the first surface region (upper stage), and the recess 51 is formed.
Step portion 51 having the bottom surface of b as the second surface region 60 (lower stage)
b is formed. Subsequently, when the n-type low-concentration drain region 58 is formed by implantation in the second surface region 60, the step portion 5 is formed due to the compensation effect on the first high-concentration impurity layer 56.
It is possible to reliably form the depletion control layer 56a having a desired impurity profile that is spaced from the upper corner of 1b and faces the corner and is localized adjacent to the low-concentration drain region 58. In addition, the high electric field forming layer 7 having the desired impurity profile of the second high concentration impurity layer 71 is formed between the upper corner of the step portion 51b and the depletion control layer 56a.
1a can be formed.

【0106】なお、第2の実施形態においては、第1の
高濃度不純物層56と第2の高濃度不純物層71とを同
一の第3のレジストパターン93を用いて、連続してイ
オン注入を行なうことにより、それぞれ所望の不純物プ
ロファイルを形成したが、これに代えて、例えば1回目
と2回目のイオン注入を、それぞれ別のマスクパターン
でイオン注入を行なっても、第1の高濃度不純物層56
及び第2の高濃度不純物層71に所望の不純物プロファ
イルを得られることはいうまでもない。
In the second embodiment, the first high concentration impurity layer 56 and the second high concentration impurity layer 71 are continuously ion-implanted using the same third resist pattern 93. Although the desired impurity profiles were respectively formed by performing the same, the first high-concentration impurity layer can be obtained even if, for example, the first and second ion implantations are performed with different mask patterns instead. 56
It goes without saying that a desired impurity profile can be obtained in the second high-concentration impurity layer 71.

【0107】(第3の実施形態)以下、本発明の第3の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
(Third Embodiment) A third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0108】図11は第3の実施形態に係るスタックゲ
ート型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶素子の断面構
成を示している。図11において、図1に示す構成部材
と同一の構成部材には同一の符号を付している。
FIG. 11 shows a cross-sectional structure of one memory element of the stack gate type nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment. 11, the same components as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

【0109】第3の実施形態に係る不揮発性半導体記憶
装置は、半導体基板11上の活性領域に設けられた段差
部16を、トンネル絶縁膜となる第1絶縁膜22を介し
て跨ぐように形成された浮遊ゲート電極23Aと、該浮
遊ゲート電極の上に第2絶縁膜24を介して形成され、
該浮遊ゲート電極23Aと容量結合する制御ゲート電極
21Aとを備えている。
In the nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment, the step portion 16 provided in the active region on the semiconductor substrate 11 is formed so as to straddle the first insulating film 22 serving as a tunnel insulating film. And the floating gate electrode 23A formed on the floating gate electrode via the second insulating film 24,
The floating gate electrode 23A is provided with a control gate electrode 21A that is capacitively coupled.

【0110】このように、第3の実施形態に係る不揮発
性半導体記憶装置は、段差部16の下段である第2表面
領域14にドレイン領域32を有し、該段差部を跨ぐよ
うに基板上に順次積層された浮遊ゲート電極23A及び
制御ゲート電極21Aを有するスタックゲート型であっ
て、半導体基板11の内部に、第1表面領域13の下方
における段差部16の上側の角部と間隔をおいた位置か
ら段差部16の下側の角部に向けて延びると共に段差側
面領域15に達することなくドレイン領域32と隣接す
るように形成され、ドレイン領域32と反対の導電型の
高濃度不純物領域からなる空乏化規制層33を有してい
る。
As described above, the nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment has the drain region 32 in the second surface region 14 which is the lower step of the step portion 16, and the drain region 32 is formed on the substrate so as to straddle the step portion. It is a stack gate type having a floating gate electrode 23A and a control gate electrode 21A, which are sequentially stacked on top of each other, and is spaced inside the semiconductor substrate 11 from the upper corner of the step 16 below the first surface region 13. From the open position toward the lower corner of the step portion 16 and is formed so as to be adjacent to the drain region 32 without reaching the step side surface region 15 and from the high-concentration impurity region of the conductivity type opposite to the drain region 32. Has a depletion control layer 33.

【0111】第1の実施形態と同様に、段差部16の上
側の角部から間隔をおいた位置に、ドレイン領域32と
隣接して該ドレイン領域と反対の導電型の空乏化規制層
33が設けられているため、書き込み動作時に、空乏化
規制層33はp型不純物濃度が高いため空乏化せず、半
導体基板11における第1表面領域13、段差側面領域
15及び空乏化規制層33に囲まれる部分が空乏化し
て、チャネルとして機能する。その結果、チャネル中の
電子が段差側面領域15に向かって広がりを持って流れ
るようになり、浮遊ゲート電極23Aに対するキャリア
の注入効率を向上させることができる。
Similar to the first embodiment, a depletion control layer 33 of a conductivity type which is adjacent to the drain region 32 and opposite to the drain region is provided at a position spaced from the upper corner of the step portion 16. Since the p-type impurity concentration is high, the depletion control layer 33 is not depleted during the write operation because it is provided and is surrounded by the first surface region 13, the step side surface region 15 and the depletion control layer 33 in the semiconductor substrate 11. The portion to be depleted functions as a channel. As a result, the electrons in the channel spread and flow toward the step side surface region 15, and the efficiency of carrier injection into the floating gate electrode 23A can be improved.

【0112】また、p型の高濃度不純物領域からなる空
乏化規制層33はn型のドレイン領域32側の端部と隣
接するように形成されているため、空乏化規制層33と
ドレイン領域32の界面には、急激な濃度勾配を持つp
n接合が形成されるので、該界面には高電界が発生す
る。両者の界面に発生した高電界が、段差部16の下側
の角部付近に位置するように空乏化規制層33を設ける
ことによって、段差部16の下側の角部近傍に発生する
電子温度高温域の電子温度が飛躍的に上昇し、その結
果、書き込み速度が大幅に向上する。
Since the depletion control layer 33 made of the p-type high-concentration impurity region is formed so as to be adjacent to the end portion on the n-type drain region 32 side, the depletion control layer 33 and the drain region 32 are formed. Has a sharp concentration gradient at the interface
Since an n-junction is formed, a high electric field is generated at the interface. By providing the depletion control layer 33 so that the high electric field generated at the interface between the two is located near the lower corner of the step 16, the electron temperature generated near the lower corner of the step 16 is provided. The electron temperature in the high temperature range is dramatically increased, and as a result, the writing speed is significantly improved.

【0113】また、ドレイン領域32が、段差部16の
下側の角部を完全に覆っている場合には、書き込み動作
時に、該角部の電位がドレイン電位によって高電位に保
たれるため、段差側面領域15のポテンシャルの勾配が
急峻となって、段差部16の下側の角部付近に発生する
電子温度高温域が段差側面13へ広がるので、書き込み速
度が向上する。
When the drain region 32 completely covers the lower corner of the step 16, the potential of the corner is maintained at a high potential by the drain potential during the write operation. Since the potential gradient of the step side surface region 15 becomes steep and the high temperature region of the electron temperature generated near the lower corner of the step portion 16 spreads to the step side surface 13, the writing speed is improved.

【0114】なお、本実施形態においても、段差側面領
域15と第2表面領域14とのなす角度を鈍角に設定し
てもよい。
Also in this embodiment, the angle formed by the step side surface region 15 and the second surface region 14 may be set to an obtuse angle.

【0115】以下、前記のように構成された不揮発性半
導体記憶装置の製造方法について図面を参照しながら説
明する。
Hereinafter, a method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device configured as described above will be described with reference to the drawings.

【0116】図12〜図14は本発明の第3の実施形態
に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の工程順の断
面構成を示している。
12 to 14 show sectional structures in the order of steps of the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention.

【0117】まず、図12(a)に示すように、p型シ
リコンからなる半導体基板51上に、例えばトレンチ分
離構造を持つ素子分離層52を形成する。続いて、素子
分離層52に囲まれてなる活性領域10の上に、熱酸化
法又はCVD法により、膜厚が約20nmの保護酸化膜
53を形成し、その後、半導体基板51上に、活性領域
10のp型ウェル領域形成用パターンを持つ第1のレジ
ストパターン91を形成する。続いて、第1のレジスト
パターン91をマスクとして、ホウ素(B)イオンを、
例えば注入ドーズ量が0.5×1013cm-2〜1×10
14cm-2程度で、注入エネルギーが約300keVの注
入条件で半導体基板51に保護酸化膜53を介してイオ
ン注入し、これにより、活性領域10の表面近傍の不純
物濃度が5×1013cm-3〜1×1014cm-3程度のp
型ウェル領域を形成する。さらに、活性領域10の全面
に、注入ドーズ量が0.5×1013cm-2〜1×1013
cm-2程度で、注入エネルギーが約30keVのしきい
値電圧制御用のホウ素(B)イオンを保護酸化膜53を
介してイオン注入する。
First, as shown in FIG. 12A, an element isolation layer 52 having, for example, a trench isolation structure is formed on a semiconductor substrate 51 made of p-type silicon. Subsequently, a protective oxide film 53 having a film thickness of about 20 nm is formed on the active region 10 surrounded by the element isolation layer 52 by a thermal oxidation method or a CVD method, and thereafter, the active oxide film 53 is formed on the semiconductor substrate 51. A first resist pattern 91 having a p-type well region forming pattern in the region 10 is formed. Then, using the first resist pattern 91 as a mask, boron (B) ions are
For example, the implantation dose amount is 0.5 × 10 13 cm −2 to 1 × 10
Ions are implanted into the semiconductor substrate 51 through the protective oxide film 53 under an implantation condition of about 14 cm −2 and an implantation energy of about 300 keV, whereby the impurity concentration in the vicinity of the surface of the active region 10 is 5 × 10 13 cm −. P of about 3 to 1 × 10 14 cm -3
Form a mold well region. Further, the implantation dose is 0.5 × 10 13 cm −2 to 1 × 10 13 on the entire surface of the active region 10.
Boron (B) ions for controlling the threshold voltage having an implantation energy of about 30 cm −2 at about cm −2 are ion-implanted through the protective oxide film 53.

【0118】次に、図12(b)に示すように、第1の
レジストパターン91を除去した後、半導体基板51上
に、活性領域10のドレイン形成領域に開口部を持つ第
2のレジストパターン92を形成し、形成した第2のレ
ジストパターン92をマスクとして、例えば注入ドーズ
量が0.5×1013cm-2〜1×1014cm-2程度で、
注入エネルギーが約15keVのホウ素(B)イオンを
半導体基板51に保護絶縁膜53を介してイオン注入
し、これにより、ドレイン形成領域にp型の高濃度不純
物層56を形成する。
Next, as shown in FIG. 12B, after removing the first resist pattern 91, a second resist pattern having an opening in the drain formation region of the active region 10 is formed on the semiconductor substrate 51. 92 is formed, and using the formed second resist pattern 92 as a mask, for example, the implantation dose is about 0.5 × 10 13 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 ,
Boron (B) ions having an implantation energy of about 15 keV are ion-implanted into the semiconductor substrate 51 through the protective insulating film 53, thereby forming the p-type high-concentration impurity layer 56 in the drain formation region.

【0119】次に、図12(c)に示すように、第2の
レジストパターン92を除去した後、半導体基板51上
に、ソース形成領域及び高濃度不純物層56のソース形
成領域側の端部をマスクする第3のレジストパターン9
3を形成し、形成した第3のレジストパターン93をマ
スクとして、半導体基板51に対してドライエッチング
を行なって、半導体基板51のドレイン形成領域に凹部
51aを形成する。このとき、高濃度不純物層56のソ
ース形成領域側の端部のマスク量(重なり量)を調節す
ることにより、後工程で高濃度不純物層56から形成さ
れる空乏化規制層56aのゲート長方向の寸法を最適化
できる。
Next, as shown in FIG. 12C, after the second resist pattern 92 is removed, the source formation region and the end portion of the high concentration impurity layer 56 on the source formation region side are formed on the semiconductor substrate 51. Resist pattern 9 for masking
3 is formed, and the semiconductor substrate 51 is dry-etched using the formed third resist pattern 93 as a mask to form a recess 51a in the drain formation region of the semiconductor substrate 51. At this time, by adjusting the mask amount (overlap amount) of the end portion of the high concentration impurity layer 56 on the source formation region side, the depletion control layer 56a formed from the high concentration impurity layer 56 in the gate length direction in the gate length direction. The size of can be optimized.

【0120】次に、図12(d)に示すように、第3の
レジストパターン93をマスクとして、例えば注入ドー
ズ量が0.5×1014cm-2〜5×1014cm-2程度
で、注入エネルギーが約10keVのヒ素(As)イオ
ンを半導体基板51にイオン注入することにより、ドレ
イン形成領域にn型の低濃度ドレイン領域58を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 12D, using the third resist pattern 93 as a mask, for example, with an implantation dose of about 0.5 × 10 14 cm −2 to 5 × 10 14 cm −2 . By implanting arsenic (As) ions having an implantation energy of about 10 keV into the semiconductor substrate 51, an n-type low concentration drain region 58 is formed in the drain formation region.

【0121】このとき、p型の高濃度不純物層56にお
けるサイドウォール57の下側部分は、低濃度ドレイン
領域58を形成する際のn型不純物の注入による補償効
果によってp型不純物濃度が低減する。これにより、半
導体基板51における凹部51aの制御ゲート電極55
側の段差部51bに、制御ゲート電極55の下方におけ
る段差部51bの上側の角部と間隔をおいた位置から段
差部51bの下側の角部に向けて延びると共に、段差側
面領域に達することなく低濃度ドレイン領域58と隣接
するように形成された、p型の高濃度不純物層56から
なる空乏化規制層56aを形成できる。
At this time, the p-type impurity concentration in the lower part of the side wall 57 of the p-type high-concentration impurity layer 56 is reduced by the compensation effect of the n-type impurity implantation when forming the low-concentration drain region 58. . As a result, the control gate electrode 55 of the recess 51 a in the semiconductor substrate 51 is formed.
The side step portion 51b extends from a position spaced apart from the upper corner portion of the step portion 51b below the control gate electrode 55 toward the lower corner portion of the step portion 51b and reaches the step side surface region. Instead, it is possible to form the depletion control layer 56a formed of the p-type high concentration impurity layer 56 so as to be adjacent to the low concentration drain region 58.

【0122】次に、図13(a)に示すように、第3の
レジストパターン93及び保護酸化膜53を除去するこ
とにより、半導体基板51の上面、すなわち、上段とな
る第1表面領域59、下段となる第2表面領域60及び
上段と下段とをつなぐ段差側面領域61からなる段差部
51bを露出させる。
Next, as shown in FIG. 13A, by removing the third resist pattern 93 and the protective oxide film 53, the upper surface of the semiconductor substrate 51, that is, the first surface region 59 in the upper step, The step portion 51b including the second surface region 60 that is the lower step and the step side surface region 61 that connects the upper step and the lower step is exposed.

【0123】次に、図13(b)に示すように、熱酸化
法により、半導体基板51の段差部51bを含む露出面
に第1絶縁膜としてのゲート酸化膜54を形成する。そ
の後、例えばCVD法を用いて、ゲート酸化膜54上に
全面にわたって、第1のポリシリコン膜63A、第2絶
縁膜としてのシリコン酸化膜67A及び第2のポリシリ
コン膜55Aを堆積する。なお、シリコン酸化膜67A
は熱酸化膜として形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 13B, a gate oxide film 54 as a first insulating film is formed on the exposed surface of the semiconductor substrate 51 including the step portion 51b by a thermal oxidation method. After that, the first polysilicon film 63A, the silicon oxide film 67A as the second insulating film, and the second polysilicon film 55A are deposited over the entire surface of the gate oxide film 54 by using, for example, the CVD method. The silicon oxide film 67A
May be formed as a thermal oxide film.

【0124】次に、図13(c)に示すように、第2の
ポリシリコン55A上に、段差部51bを跨ぐゲート電
極パターンを持つ第4のレジストパターン94を形成
し、形成した第4のレジストパターン94をマスクとし
て、第2のポリシリコン膜55A、シリコン酸化膜67
A及び第1のポリシリコン膜63Aに対して異方性エッ
チングを行なって、第1のポリシリコン膜63Aからな
る浮遊ゲート電極電極63Bと、シリコン酸化膜67A
からなる容量絶縁膜67Bと、第2のポリシリコン膜5
5Aからなる浮遊ゲート電極電極55Bとを形成する。
ここで、半導体基板51浮遊ゲート電極63Bとの間の
ゲート酸化膜54はトンネル膜として機能する。
Next, as shown in FIG. 13C, a fourth resist pattern 94 having a gate electrode pattern straddling the step portion 51b is formed on the second polysilicon 55A, and the formed fourth resist pattern 94 is formed. Using the resist pattern 94 as a mask, the second polysilicon film 55A and the silicon oxide film 67 are formed.
A and the first polysilicon film 63A are anisotropically etched to form a floating gate electrode electrode 63B made of the first polysilicon film 63A and a silicon oxide film 67A.
And the second polysilicon film 5 and the capacitive insulating film 67B made of
The floating gate electrode 55B made of 5A is formed.
Here, the gate oxide film 54 between the semiconductor substrate 51 and the floating gate electrode 63B functions as a tunnel film.

【0125】次に、図13(d)に示すように、第4の
レジストパターン94を除去し、その後、図14に示す
ように、ソース形成領域及びドレイン形成領域の開口パ
ターンを持つ第5のレジストパターン95を形成し、形
成した第5のレジストパターン95及び制御ゲート電極
55Bをマスクとして、半導体基板51にヒ素(As)
イオンを注入することにより、半導体基板51の第1表
面領域59に高濃度ソース領域65を形成し、半導体基
板51の第2表面領域60で且つ低濃度ドレイン領域5
8と接続する高濃度ドレイン領域66を形成して、スタ
ックゲート型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶素子が
完成する。
Next, as shown in FIG. 13D, the fourth resist pattern 94 is removed, and thereafter, as shown in FIG. 14, a fifth resist pattern having an opening pattern of the source formation region and the drain formation region is formed. Arsenic (As) is formed on the semiconductor substrate 51 by forming the resist pattern 95 and using the formed fifth resist pattern 95 and the control gate electrode 55B as a mask.
By implanting ions, the high-concentration source region 65 is formed in the first surface region 59 of the semiconductor substrate 51, and the second surface region 60 of the semiconductor substrate 51 and the low-concentration drain region 5 are formed.
A high-concentration drain region 66 connected to 8 is formed to complete one memory element of the stack gate type nonvolatile semiconductor memory device.

【0126】以上説明したように、第3の実施形態に係
る不揮発性半導体記憶装置の製造方法によると、半導体
基板51におけるドレイン形成領域にp型の高濃度不純
物層56を形成しておく。その後、該高濃度不純物層5
6のソース領域側の端部をマスクして、半導体基板51
に凹部51bを形成することにより、半導体基板51に
おけるサイドウォール57の下側部分を第1表面領域
(上段)とし、凹部51bの底面を第2表面領域60
(下段)とする段差部51bを形成する。続いて、第2
表面領域60にn型の低濃度ドレイン領域58を注入に
より形成する際に、p型の高濃度不純物層56に対する
補償効果により、段差部51bの上側の角部から間隔を
おき、該角部と対向すると共に低濃度ドレイン領域58
と隣接して局在する所望の不純物プロファイルを持つ空
乏化規制層56aを確実に形成できる。
As described above, according to the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device in the third embodiment, the p-type high concentration impurity layer 56 is formed in the drain forming region of the semiconductor substrate 51. Then, the high-concentration impurity layer 5
6 is masked at the end of the semiconductor substrate 51 on the source region side.
By forming the recess 51b in the semiconductor substrate 51, the lower portion of the sidewall 57 of the semiconductor substrate 51 is used as the first surface region (upper stage), and the bottom surface of the recess 51b is used as the second surface region 60.
A stepped portion 51b to be (lower) is formed. Then, the second
When the n-type low-concentration drain region 58 is formed in the surface region 60 by implantation, a compensation effect with respect to the p-type high-concentration impurity layer 56 causes a gap from the upper corner of the step portion 51b to form the corner. Opposing and low-concentration drain region 58
It is possible to reliably form the depletion control layer 56a having a desired impurity profile that is located adjacent to.

【0127】(第4の実施形態)以下、本発明の第4の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
(Fourth Embodiment) A fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0128】図15は第4の実施形態に係るスタックゲ
ート型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶素子の断面構
成を示している。図15において、図11に示す第3の
実施形態の構成部材と同一の構成部材には同一の符号を
付すことにより説明を省略する。
FIG. 15 shows a sectional structure of one memory element of the stack gate type nonvolatile semiconductor memory device according to the fourth embodiment. In FIG. 15, the same components as those of the third embodiment shown in FIG. 11 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0129】図15に示すように、第4の実施形態に係
る不揮発性半導体記憶装置は、段差部16の上側の角部
と空乏化規制層33との間に形成され、空乏化規制層3
3と同一の導電型であるp型の不純物領域からなる高電
界形成層34を有していることを特徴とする。ここで、
高電界形成層34のp型不純物濃度は、空乏化規制層3
3のp型不純物濃度よりも低く且つ半導体基板11のp
型不純物濃度よりも高くなるように設定されている。
As shown in FIG. 15, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the fourth embodiment, the depletion control layer 3 is formed between the upper corner of the step portion 16 and the depletion control layer 33.
3 is characterized by having a high electric field forming layer 34 made of a p-type impurity region having the same conductivity type as that of No. 3. here,
The p-type impurity concentration of the high electric field formation layer 34 is determined by the depletion control layer 3
3 is lower than the p-type impurity concentration of p.
It is set to be higher than the type impurity concentration.

【0130】第4の実施形態によると、p型の高電界形
成層34を段差部16の上側の角部と空乏化規制層33
との間に設けることにより、段差側面領域15におい
て、高電界形成層34とドレイン領域32との界面から
なるpn接合部によるエネルギー準位の勾配はより急峻
となる。その結果、高電界形成層34とドレイン領域3
2との界面で高電界が発生し、発生した高電界が、段差
部16の下側の角部によって発生する高電界、及び空乏
化規制層33とドレイン領域32との界面に発生する高
電界と重なり合って、段差部16の下側の角部の近傍の
電子温度がより一層上昇する。これにより、チャネル中
の電子のホットエレクトロンの発生量が増加して、浮遊
ゲート電極23Aに対する電子の注入効率が格段に向上
する。
According to the fourth embodiment, the p-type high electric field forming layer 34 is formed on the upper corner of the step portion 16 and the depletion control layer 33.
In the step side surface region 15, the gradient of the energy level due to the pn junction formed by the interface between the high electric field forming layer 34 and the drain region 32 becomes steeper by providing the gap between the and. As a result, the high electric field forming layer 34 and the drain region 3
A high electric field is generated at the interface between the depletion control layer 33 and the drain region 32, and a high electric field generated at the interface between the depletion control layer 33 and the drain region 32. And the electron temperature in the vicinity of the lower corner of the step 16 is further increased. As a result, the amount of hot electrons generated in the channel is increased, and the efficiency of electron injection into the floating gate electrode 23A is significantly improved.

【0131】また、高濃度形成層34を空乏化規制層3
3と独立に形成することにより、記憶素子のしきい値電
圧の制御性を向上させる効果もある。
Further, the high concentration forming layer 34 is replaced with the depletion control layer 3
When formed independently of No. 3, it also has the effect of improving the controllability of the threshold voltage of the memory element.

【0132】なお、第1の実施形態で説明したように、
半導体基板11における空乏化規制層33、第1表面領
域13及び段差側面領域15によって囲まれる部分をチ
ャネルとして機能させ、チャネル電子が段差側面領域1
5に向かって広がりを持って流れるようなキャリアのパ
スを維持するためには、高電界形成層34を書き込み動
作時に空乏化する程度の不純物濃度とすることが好まし
い。
As described in the first embodiment,
A portion of the semiconductor substrate 11 surrounded by the depletion control layer 33, the first surface region 13 and the step side surface region 15 functions as a channel, and channel electrons are generated in the step side surface region 1.
In order to maintain a carrier path that flows with a spread toward 5, the high electric field forming layer 34 is preferably made to have an impurity concentration such that it is depleted during a write operation.

【0133】なお、本実施形態においても、段差側面領
域15と第2表面領域14とのなす角度を鈍角に設定し
てもよい。
Also in this embodiment, the angle formed between the step side surface region 15 and the second surface region 14 may be set to an obtuse angle.

【0134】以下、前記のように構成された不揮発性半
導体記憶装置の製造方法について図面を参照しながら説
明する。
Hereinafter, a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device configured as described above will be described with reference to the drawings.

【0135】図16〜図18は本発明の第4の実施形態
に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の工程順の断
面構成を示している。
16 to 18 show sectional structures in the order of steps of the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the fourth embodiment of the present invention.

【0136】まず、図16(a)に示すように、p型シ
リコンからなる半導体基板51上に、例えばトレンチ分
離構造を持つ素子分離層52を形成する。続いて、素子
分離層52に囲まれてなる活性領域10の上に、熱酸化
法又はCVD法により、膜厚が約20nmの保護酸化膜
53を形成し、その後、半導体基板51上に、活性領域
10のp型ウェル領域形成用パターンを持つ第1のレジ
ストパターン91を形成する。続いて、第1のレジスト
パターン91をマスクとして、ホウ素(B)イオンを、
例えば注入ドーズ量が0.5×1013cm-2〜1×10
14cm-2程度で、注入エネルギーが約300keVの注
入条件で半導体基板51に保護酸化膜53を介してイオ
ン注入し、これにより、活性領域10の表面近傍の不純
物濃度が5×1013cm-3〜1×1014cm-3程度のp
型ウェル領域を形成する。さらに、活性領域10の全面
に、注入ドーズ量が0.5×1013cm-2〜1×1013
cm-2程度で、注入エネルギーが約30keVのしきい
値電圧制御用のホウ素(B)イオンを保護酸化膜53を
介してイオン注入する。
First, as shown in FIG. 16A, an element isolation layer 52 having, for example, a trench isolation structure is formed on a semiconductor substrate 51 made of p-type silicon. Subsequently, a protective oxide film 53 having a film thickness of about 20 nm is formed on the active region 10 surrounded by the element isolation layer 52 by a thermal oxidation method or a CVD method, and thereafter, the active oxide film 53 is formed on the semiconductor substrate 51. A first resist pattern 91 having a p-type well region forming pattern in the region 10 is formed. Then, using the first resist pattern 91 as a mask, boron (B) ions are
For example, the implantation dose amount is 0.5 × 10 13 cm −2 to 1 × 10
Ions are implanted into the semiconductor substrate 51 through the protective oxide film 53 under an implantation condition of about 14 cm −2 and an implantation energy of about 300 keV, whereby the impurity concentration in the vicinity of the surface of the active region 10 is 5 × 10 13 cm −. P of about 3 to 1 × 10 14 cm -3
Form a mold well region. Further, the implantation dose is 0.5 × 10 13 cm −2 to 1 × 10 13 on the entire surface of the active region 10.
Boron (B) ions for controlling the threshold voltage having an implantation energy of about 30 cm −2 at about cm −2 are ion-implanted through the protective oxide film 53.

【0137】次に、図16(b)に示すように、第1の
レジストパターン91を除去した後、半導体基板51上
に、活性領域10のドレイン形成領域に開口部を持つ第
2のレジストパターン92を形成し、形成した第2のレ
ジストパターン92をマスクとして、ホウ素(B)イオ
ンをそれぞれ異なる加速電圧で2回のイオン注入を行な
う。1回目は、例えば注入ドーズ量が0.5×1013
-2〜1×1014cm -2程度で、注入エネルギーが約3
0keVの注入条件でゲート酸化膜54を介して半導体
基板51にイオン注入して、ドレイン形成領域にp型の
第1の高濃度不純物層56を形成する。2回目は、第1
の高濃度不純物層56よりも接合深さが浅くなるよう
に、注入ドーズ量が0.5×1013cm-2〜1×1014
cm-2程度で、注入エネルギーが約15keVの注入条
件でイオン注入して、ドレイン形成領域にp型の第2の
高濃度不純物層71を形成する。
Next, as shown in FIG. 16B, the first
After removing the resist pattern 91, on the semiconductor substrate 51
First, the opening having an opening is formed in the drain formation region of the active region 10.
Second resist pattern 92 is formed, and the formed second resist pattern is formed.
Boron (B) io
Ion implantation with different acceleration voltages.
U For the first time, for example, the implantation dose is 0.5 × 1013c
m-2~ 1 x 1014cm -2The injection energy is about 3
A semiconductor via the gate oxide film 54 under the implantation condition of 0 keV
Ions are implanted into the substrate 51 to p-type the drain formation region.
The first high concentration impurity layer 56 is formed. The second time is the first
So that the junction depth is shallower than the high-concentration impurity layer 56 of
And the implantation dose is 0.5 × 1013cm-2~ 1 x 1014
cm-2The injection energy is about 15 keV.
Depending on the conditions, a p-type second
The high concentration impurity layer 71 is formed.

【0138】次に、図16(c)に示すように、第2の
レジストパターン92を除去した後、半導体基板51上
に、ソース形成領域及び高濃度不純物層56のソース形
成領域側の端部をマスクする第3のレジストパターン9
3を形成し、形成した第3のレジストパターン93をマ
スクとして、半導体基板51に対してドライエッチング
を行なって、半導体基板51のドレイン形成領域に凹部
51aを形成する。このとき、第1の高濃度不純物層5
6のソース形成領域側の端部のマスク量を調節すること
により、後工程で高濃度不純物層56から形成される空
乏化規制層56aのゲート長方向の寸法を最適化でき
る。
Next, as shown in FIG. 16C, after the second resist pattern 92 is removed, the source formation region and the end portion of the high concentration impurity layer 56 on the source formation region side are formed on the semiconductor substrate 51. Resist pattern 9 for masking
3 is formed, and the semiconductor substrate 51 is dry-etched using the formed third resist pattern 93 as a mask to form a recess 51a in the drain formation region of the semiconductor substrate 51. At this time, the first high-concentration impurity layer 5
By adjusting the mask amount of the end portion on the source formation region side of 6, the dimension of the depletion control layer 56a formed from the high concentration impurity layer 56 in the gate length direction can be optimized.

【0139】次に、図16(d)に示すように、第3の
レジストパターン93をマスクとして、例えば注入ドー
ズ量が0.5×1014cm-2〜5×1014cm-2程度
で、注入エネルギーが約10keVのヒ素(As)イオ
ンを半導体基板51にイオン注入することにより、ドレ
イン形成領域にn型の低濃度ドレイン領域58を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 16D, using the third resist pattern 93 as a mask, for example, with an implantation dose of about 0.5 × 10 14 cm −2 to 5 × 10 14 cm −2 . By implanting arsenic (As) ions having an implantation energy of about 10 keV into the semiconductor substrate 51, an n-type low concentration drain region 58 is formed in the drain formation region.

【0140】このとき、p型の第1の高濃度不純物層5
6におけるサイドウォール57の下側部分は、低濃度ド
レイン領域58を形成する際のn型不純物の注入による
補償効果によってp型不純物濃度が低減する。これによ
り、半導体基板51における凹部51aの制御ゲート電
極55側の段差部51bに、制御ゲート電極55の下方
における段差部51bの上側の角部と間隔をおいた位置
から段差部51bの下側の角部に向けて延びると共に、
段差側面領域に達することなく低濃度ドレイン領域58
と隣接するように形成された、p型の第1の高濃度不純
物層56からなる空乏化規制層56aを形成できる。
At this time, the p-type first high-concentration impurity layer 5 is formed.
In the lower part of the side wall 57 in 6, the p-type impurity concentration is reduced by the compensation effect of the n-type impurity implantation when forming the low-concentration drain region 58. As a result, in the step portion 51b on the control gate electrode 55 side of the recess 51a in the semiconductor substrate 51, the step portion 51b below the control gate electrode 55 is spaced apart from the upper corner portion of the step portion 51b. While extending toward the corner,
Low-concentration drain region 58 without reaching the step side surface region
It is possible to form the depletion control layer 56a formed of the p-type first high-concentration impurity layer 56 so as to be adjacent thereto.

【0141】また、このとき同時に、p型の第2の高濃
度不純物層71から、低濃度ドレイン領域58の形成時
の補償効果により第1の高濃度不純物層56よりも低濃
度となる高電界形成層71aを、段差部51bの上側の
角部と空乏化規制層56aとの間に形成できる。
At the same time, the high electric field from the p-type second high-concentration impurity layer 71 to a concentration lower than that of the first high-concentration impurity layer 56 by the compensation effect when the low-concentration drain region 58 is formed. The formation layer 71a can be formed between the upper corner of the step portion 51b and the depletion control layer 56a.

【0142】次に、図17(a)に示すように、第3の
レジストパターン93及び保護酸化膜53を除去するこ
とにより、半導体基板51の上面、すなわち、上段とな
る第1表面領域59、下段となる第2表面領域60及び
上段と下段とをつなぐ段差側面領域61からなる段差部
51bを露出させる。
Next, as shown in FIG. 17A, by removing the third resist pattern 93 and the protective oxide film 53, the upper surface of the semiconductor substrate 51, that is, the first surface region 59 in the upper step, The step portion 51b including the second surface region 60 that is the lower step and the step side surface region 61 that connects the upper step and the lower step is exposed.

【0143】次に、図17(b)に示すように、熱酸化
法により、半導体基板51の段差部51bを含む露出面
に第1絶縁膜としてのゲート酸化膜54を形成する。そ
の後、例えばCVD法を用いて、ゲート酸化膜54上に
全面にわたって、第1のポリシリコン膜63A、第2絶
縁膜としてのシリコン酸化膜67A及び第2のポリシリ
コン膜55Aを堆積する。なお、シリコン酸化膜67A
は熱酸化膜として形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 17B, a gate oxide film 54 as a first insulating film is formed on the exposed surface of the semiconductor substrate 51 including the step portion 51b by a thermal oxidation method. After that, the first polysilicon film 63A, the silicon oxide film 67A as the second insulating film, and the second polysilicon film 55A are deposited over the entire surface of the gate oxide film 54 by using, for example, the CVD method. The silicon oxide film 67A
May be formed as a thermal oxide film.

【0144】次に、図17(c)に示すように、第2の
ポリシリコン55A上に、段差部51bを跨ぐゲート電
極パターンを持つ第4のレジストパターン94を形成
し、形成した第4のレジストパターン94をマスクとし
て、第2のポリシリコン膜55A、シリコン酸化膜67
A及び第1のポリシリコン膜63Aに対して異方性エッ
チングを行なって、第1のポリシリコン膜63Aからな
る浮遊ゲート電極電極63Bと、シリコン酸化膜67A
からなる容量絶縁膜67Bと、第2のポリシリコン膜5
5Aからなる浮遊ゲート電極電極55Bとを形成する。
ここで、半導体基板51浮遊ゲート電極63Bとの間の
ゲート酸化膜54はトンネル膜として機能する。
Next, as shown in FIG. 17C, a fourth resist pattern 94 having a gate electrode pattern straddling the step portion 51b is formed on the second polysilicon 55A, and the formed fourth resist pattern 94 is formed. Using the resist pattern 94 as a mask, the second polysilicon film 55A and the silicon oxide film 67 are formed.
A and the first polysilicon film 63A are anisotropically etched to form a floating gate electrode electrode 63B made of the first polysilicon film 63A and a silicon oxide film 67A.
And the second polysilicon film 5 and the capacitive insulating film 67B made of
The floating gate electrode 55B made of 5A is formed.
Here, the gate oxide film 54 between the semiconductor substrate 51 and the floating gate electrode 63B functions as a tunnel film.

【0145】次に、図17(d)に示すように、第4の
レジストパターン94を除去し、その後、図18に示す
ように、ソース形成領域及びドレイン形成領域の開口パ
ターンを持つ第5のレジストパターン95及び制御ゲー
ト電極55Bをマスクとして、半導体基板51にヒ素
(As)イオンを注入することにより、半導体基板51
の第1表面領域59に高濃度ソース領域65を形成し、
半導体基板51の第2表面領域60で且つ低濃度ドレイ
ン領域58と接続する高濃度ドレイン領域66を形成し
て、スタックゲート型の不揮発性半導体記憶装置の一記
憶素子が完成する。
Next, as shown in FIG. 17D, the fourth resist pattern 94 is removed, and thereafter, as shown in FIG. 18, a fifth resist pattern 94 having an opening pattern of a source formation region and a drain formation region is formed. By implanting arsenic (As) ions into the semiconductor substrate 51 using the resist pattern 95 and the control gate electrode 55B as a mask, the semiconductor substrate 51
Forming a high-concentration source region 65 on the first surface region 59 of
A high-concentration drain region 66 that is connected to the low-concentration drain region 58 in the second surface region 60 of the semiconductor substrate 51 is formed to complete one memory element of the stack gate type nonvolatile semiconductor memory device.

【0146】以上説明したように、第4の実施形態に係
る不揮発性半導体記憶装置の製造方法によると、半導体
基板51におけるドレイン形成領域にp型の第1の高濃
度不純物層56及び該第1の高濃度不純物層56よりも
浅い接合を持つ第2の高濃度不純物層71を形成してお
く。その後、第1及び第2の高濃度不純物層56、71
のソース領域側の端部をマスクして、半導体基板51に
凹部51bを形成することにより、半導体基板51にお
けるサイドウォール57の下側部分を第1表面領域(上
段)とし、凹部51bの底面を第2表面領域60(下
段)とする段差部51bを形成する。続いて、第2表面
領域60にn型の低濃度ドレイン領域58を注入により
形成する際に、第1の高濃度不純物層56に対する補償
効果により、段差部51bの上側の角部から間隔をお
き、該角部と対向すると共に低濃度ドレイン領域58と
隣接して局在する所望の不純物プロファイルを持つ空乏
化規制層56aを確実に形成できる。その上、段差部5
1bの上側の角部と空乏化規制層56aとの間に、第2
の高濃度不純物層71からなる所望の不純物プロファイ
ルを持つ高電界形成層71aを形成できる。
As described above, according to the method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device in the fourth embodiment, the p-type first high-concentration impurity layer 56 and the first high-concentration impurity layer 56 are formed in the drain formation region of the semiconductor substrate 51. The second high-concentration impurity layer 71 having a junction shallower than the high-concentration impurity layer 56 is formed in advance. After that, the first and second high-concentration impurity layers 56 and 71
The end portion of the semiconductor substrate 51 on the source region side is masked to form the concave portion 51b in the semiconductor substrate 51, so that the lower portion of the sidewall 57 of the semiconductor substrate 51 serves as the first surface region (upper stage) and the bottom surface of the concave portion 51b is formed. The step portion 51b which is the second surface region 60 (lower stage) is formed. Subsequently, when the n-type low-concentration drain region 58 is formed by implantation in the second surface region 60, a gap is provided from the upper corner of the step portion 51b due to the compensation effect on the first high-concentration impurity layer 56. Thus, it is possible to reliably form the depletion control layer 56a having a desired impurity profile that faces the corner portion and is adjacent to the low-concentration drain region 58. Besides, the step portion 5
2b between the upper corner of 1b and the depletion control layer 56a.
The high electric field forming layer 71a having the desired impurity profile can be formed of the high concentration impurity layer 71.

【0147】なお、第4の実施形態においては、第1の
高濃度不純物層56と第2の高濃度不純物層71とを同
一の第2のレジストパターン92を用いて、連続してイ
オン注入を行なうことにより、それぞれ所望の不純物プ
ロファイルを形成したが、これに代えて、例えば1回目
と2回目のイオン注入を、それぞれ別のマスクパターン
でイオン注入を行なっても、第1の高濃度不純物層56
及び第2の高濃度不純物層71に所望の不純物プロファ
イルを得られることはいうまでもない。
In the fourth embodiment, the first high concentration impurity layer 56 and the second high concentration impurity layer 71 are continuously ion-implanted using the same second resist pattern 92. Although the desired impurity profiles were respectively formed by performing the same, the first high-concentration impurity layer can be obtained even if, for example, the first and second ion implantations are performed with different mask patterns instead. 56
It goes without saying that a desired impurity profile can be obtained in the second high-concentration impurity layer 71.

【0148】(第5の実施形態)以下、本発明の第5の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
(Fifth Embodiment) Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0149】前述した第1〜第4の実施形態において
は、半導体基板11の段差部16に、該段差部16から
間隔をおき且つ段差部16と対向する空乏化規制層33
を設けることにより、例えば書き込み動作時に浮遊ゲー
ト電極23の下側に形成されるチャネル領域のキャリア
パスを段差側面領域15に沿うように形成して、段差部
16の下側に生じる電子温度高温域をキャリアが通過す
る構成とすることにより、キャリアの浮遊ゲート電極2
3への注入効率の向上を図っている。
In the above-described first to fourth embodiments, the depletion control layer 33 is provided on the step portion 16 of the semiconductor substrate 11 so as to be spaced from the step portion 16 and face the step portion 16.
By providing, for example, the carrier path of the channel region formed below the floating gate electrode 23 during the write operation is formed along the step side surface region 15, and the electron temperature high temperature region generated below the step portion 16 is formed. The carrier floating gate electrode 2
We are trying to improve the efficiency of injection into No. 3.

【0150】一方、第5の実施形態においては、ドレイ
ン領域と反対の導電型を有する空乏化規制層33を設け
る代わりに、書き込み動作時に、半導体基板に対してド
レイン電圧と極性が反対の基板電圧を印加することによ
り、チャネル領域のキャリアパスを段差側面領域15に
沿うように形成する。
On the other hand, in the fifth embodiment, instead of providing the depletion control layer 33 having the conductivity type opposite to that of the drain region, the substrate voltage whose polarity is opposite to that of the drain voltage with respect to the semiconductor substrate during the write operation. Is applied to form a carrier path in the channel region along the step side surface region 15.

【0151】以下、図19(a)及び図19(b)に示
すスプリットゲート型及びスタックゲート型の不揮発性
半導体記憶装置を用いて説明する。
The split gate type and stack gate type non-volatile semiconductor memory devices shown in FIGS. 19A and 19B will be described below.

【0152】図19(a)及び(b)は本実施形態に係
る不揮発性半導体記憶装置の一記憶素子の断面構成であ
って、(a)はスプリットゲート型を示し、(b)はス
タックゲート型を示している。ここで、図19(a)に
おいては、図1に示す構成部材と同一の構成部材には同
一の符号を付し、図19(b)においては、図11に示
す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すこと
により説明を省略する。
19 (a) and 19 (b) are sectional views of a memory element of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment, where (a) shows a split gate type and (b) a stack gate. Shows the type. Here, in FIG. 19A, the same components as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and in FIG. 19B, the same components as those shown in FIG. The same reference numerals are given to the and the description thereof is omitted.

【0153】まず、図19(a)に示すように、第5の
実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板
11の不純物濃度よりも高いp型の不純物濃度を持つ高
濃度不純物領域35が段差部16の上側の角部に形成さ
れており、書き込み動作時に基板に負電圧が印加される
ことが特徴である。
First, as shown in FIG. 19A, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the fifth embodiment, a high concentration impurity region 35 having a p-type impurity concentration higher than that of the semiconductor substrate 11 is formed. Is formed in the upper corner of the step portion 16, and a negative voltage is applied to the substrate during the writing operation.

【0154】なお、高濃度不純物領域35は、段差側面
領域15の電子温度を高める効果と、記憶素子のしきい
値電圧を制御する効果とを有している。
The high-concentration impurity region 35 has the effect of increasing the electron temperature in the step side surface region 15 and the effect of controlling the threshold voltage of the memory element.

【0155】このような高濃度不純物領域35を形成す
ると、該高濃度不純物領域35は空乏化しにくく、従っ
てチャネルが形成されにくくなり、電子は半導体基板1
1の高濃度不純物領域35の界面付近で流れやすくな
る。このように、電子は、段差部の上側の角部及び下側
の角部から離れたパスを流れるため、段差部の下側の角
部付近に生じる電子温度高温域を通過せずにドレイン電
極32に直接に流れ込み、浮遊ゲート電極23へのキャ
リア注入には寄与しない。
When the high-concentration impurity region 35 is formed, the high-concentration impurity region 35 is less likely to be depleted, so that a channel is less likely to be formed, and electrons are generated in the semiconductor substrate 1.
It becomes easy to flow near the interface of the high concentration impurity region 35 of No. 1. In this way, the electrons flow in a path away from the upper and lower corners of the step, so that the electron does not pass through the high temperature region of the electron temperature generated near the lower corner of the step and the drain electrode It directly flows into the floating gate electrode 32 and does not contribute to carrier injection into the floating gate electrode 23.

【0156】そこで、本実施形態においては、書き込み
動作時に半導体基板11に負電圧、例えば、−1.0V
〜−5.0V程度の電圧を印加することにより、電子が
段差側面領域15に向かって広がって流れるようにな
り、段差部16の下側の角部付近に生ずる電子温度高温
域に向かうキャリアのパスを形成することができる。
Therefore, in this embodiment, a negative voltage, for example, -1.0 V is applied to the semiconductor substrate 11 during the write operation.
By applying a voltage of about -5.0 V, the electrons spread and flow toward the step side surface region 15, and carriers of the electron temperature high temperature region generated near the lower corner of the step portion 16 are generated. A path can be formed.

【0157】これは、半導体基板11に対して負の基板
電圧を印加すると、段差部16を設けた半導体基板11
にあっては、段差部16の上側の角部付近に浮遊ゲート
電極23の電位を相対的に高くした場合と同様の効果を
得られ、電子が半導体基板11の表面へ引き付けられる
ようになるからである。その結果、空乏化規制層33を
設けなくても、図3(a)に示したような、段差部16
の上側の角部に囲まれた領域にキャリアパスを形成する
ことができる。
This is because when a negative substrate voltage is applied to the semiconductor substrate 11, the semiconductor substrate 11 provided with the step portion 16 is provided.
In this case, the same effect as when the potential of the floating gate electrode 23 is relatively increased near the upper corner of the step 16 is obtained, and electrons are attracted to the surface of the semiconductor substrate 11. Is. As a result, even if the depletion control layer 33 is not provided, the step portion 16 as shown in FIG.
Carrier paths can be formed in the region surrounded by the upper corners of the.

【0158】また、本実施形態に係る不揮発性半導体記
憶装置は、基板電位を印加している場合にのみ電流密度
が高くなるため、書込み動作を行なわないときの消費電
力を大幅に低減できる。
Further, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment, the current density increases only when the substrate potential is applied, so that the power consumption when the write operation is not performed can be greatly reduced.

【0159】また、図19(b)に示すように、スタッ
クゲート型の不揮発性半導体記憶装置であっても、半導
体基板11の不純物濃度よりも高いp型の不純物濃度を
持つ高濃度不純物領域35を段差部16の上側の角部に
形成して、書き込み動作時に基板に負電圧を印加するこ
とにより、図19(a)に示したスプリットゲート型不
揮発性半導体記憶装置と同等の効果を得ることができ
る。
Further, as shown in FIG. 19B, even in the stack gate type nonvolatile semiconductor memory device, the high concentration impurity region 35 having the p type impurity concentration higher than the impurity concentration of the semiconductor substrate 11 is formed. Are formed in the upper corners of the step portion 16 and a negative voltage is applied to the substrate during the write operation, thereby obtaining the same effect as that of the split gate nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. You can

【0160】また、第1〜第4の実施形態に示したよう
な空乏化規制層33を設けた不揮発性半導体記憶装置で
あっても、書き込み動作時に基板電圧を印加することに
よる、キャリアの注入効率をより一層向上させることが
できる。
Further, even in the nonvolatile semiconductor memory device provided with the depletion control layer 33 as shown in the first to fourth embodiments, carrier injection is performed by applying the substrate voltage during the write operation. The efficiency can be further improved.

【0161】さらには、段差部16の上側の角部に高濃
度不純物領域35を設けない構成の不揮発性半導体記憶
装置であっても、書き込み動作時に負の基板電圧を印加
することによる、キャリアの注入効率向上を図ることが
できる。
Furthermore, even in a nonvolatile semiconductor memory device having a structure in which the high-concentration impurity region 35 is not provided in the upper corner of the step portion 16, the carrier of the carrier is not applied by applying the negative substrate voltage during the write operation. The injection efficiency can be improved.

【0162】なお、第1〜第5の実施形態における記憶
素子は、いずれもnチャネル型の素子として説明した
が、各ソース領域及びドレイン領域の導電型をp型とし
た、pチャネル型の素子の場合も同様の効果を奏する。
この場合は、空乏化規制層の導電型は、ドレイン領域と
反対のn型とし、また、書き込み時の基板電圧の極性は
正の電圧とする。
Although the memory elements in the first to fifth embodiments are all described as n-channel type elements, p-channel type elements in which the conductivity type of each source region and drain region is p-type. In the case of, the same effect is achieved.
In this case, the conductivity type of the depletion control layer is the n-type opposite to the drain region, and the polarity of the substrate voltage at the time of writing is a positive voltage.

【0163】また、本実施形態においては、書き込み動
作時に基板電圧を印加する場合の効果について述べた
が、ドレイン電圧及び制御ゲート電圧を適当に変更する
ことによっても同様の効果を生じさせることができる。
Further, in the present embodiment, the effect in the case of applying the substrate voltage during the write operation has been described, but the similar effect can be produced by appropriately changing the drain voltage and the control gate voltage. .

【0164】(第6の実施形態)以下、本発明の第6の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
(Sixth Embodiment) A sixth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0165】図20は第6の実施形態に係るスプリット
ゲート型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶素子の断面
構成を示している。図20において、図1に示す第1の
実施形態の構成部材と同一の構成部材には同一の符号を
付すことにより説明を省略する。
FIG. 20 shows a sectional structure of one memory element of the split gate type nonvolatile semiconductor memory device according to the sixth embodiment. In FIG. 20, the same members as those of the first embodiment shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0166】図20に示すように、第6の実施形態に係
る不揮発性半導体記憶装置は、ソース領域31がチャネ
ル領域側の端部に形成された中濃度層31aとその外側
に形成され中濃度層31aよりも不純物濃度が高い高濃
度層31bとからなり、ドレイン領域32が、チャネル
領域側から外側に順次不純物濃度が高くなるように形成
された、低濃度層32a、中濃度層32b及び高濃度層
32cからなることを特徴とする。低濃度層32aのチ
ャネル領域側の端部は、空乏化規制層33と接するよう
に形成されている。
As shown in FIG. 20, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the sixth embodiment, the source region 31 has the medium concentration layer 31a formed at the end portion on the channel region side and the medium concentration layer 31a formed outside thereof. The drain region 32 is formed of a high-concentration layer 31b having a higher impurity concentration than the layer 31a, and the drain region 32 is formed such that the impurity concentration is sequentially increased from the channel region side to the outer side. It is characterized by comprising a concentration layer 32c. An end of the low concentration layer 32a on the channel region side is formed so as to be in contact with the depletion control layer 33.

【0167】ここで、本実施形態の装置について、デー
タの書き込み動作、消去動作及び読み出し動作の動作に
ついて図21(a)及び図21(b)を参照しながらそ
の一例を説明する。
Here, with respect to the device of this embodiment, an example of the data write operation, erase operation and read operation will be described with reference to FIGS. 21 (a) and 21 (b).

【0168】まず、図21(a)に示すように、データ
の書き込み動作時には、制御ゲート電極21に4.0V
〜7.0V程度の電圧を印加し、ソース領域(不図示)
に0Vの電圧を印加し、ドレイン領域32に4.0V〜
6.0V程度の電圧を印加する。これにより、段差側面
領域15の角部周辺においてホットエレクトロンが発生
し、発生したホットエレクトロンは段差側面領域15を
通して浮遊ゲート電極23に注入される。
First, as shown in FIG. 21A, 4.0 V is applied to the control gate electrode 21 during the data write operation.
Apply a voltage of about 7.0V to the source region (not shown)
Voltage of 0 V is applied to the drain region 32 of 4.0 V to
A voltage of about 6.0V is applied. As a result, hot electrons are generated around the corners of the step side surface region 15, and the generated hot electrons are injected into the floating gate electrode 23 through the step side surface region 15.

【0169】次に、図21(b)に示すように、データ
の消去動作時には、制御ゲート電極21に−5.0Vの
電圧を印加し、ドレイン領域32に4.0V〜7.0V
程度の電圧を印加し、ソース領域(不図示)に0Vの電
圧を印加する。これにより、浮遊ゲート電極23に蓄積
されていた電子を、FN型トンネル現象によりトンネル
酸化膜である第3絶縁膜25を介してドレイン領域32
に向けて矢印の方向に引き抜く。
Next, as shown in FIG. 21B, in the data erasing operation, a voltage of -5.0 V is applied to the control gate electrode 21 and 4.0 V to 7.0 V is applied to the drain region 32.
A voltage of about 0V is applied to the source region (not shown). As a result, the electrons accumulated in the floating gate electrode 23 are drained by the FN type tunnel phenomenon through the third insulating film 25, which is a tunnel oxide film, to the drain region 32.
Pull out in the direction of the arrow.

【0170】また、データの読み出し時には、ソース領
域に1.0V〜3.0V程度の電圧を印加し、ドレイン
領域32に0Vの電圧を印加し、制御ゲート電極21に
2.0V〜4.0V程度の電圧を印加するか、又はドレ
イン領域32に1.0V〜3.0V程度の電圧を印加
し、ソース領域に0Vの電圧を印加し、制御ゲート電極
21に2.0V〜4.0V程度の電圧を印加する。これ
により、浮遊ゲート電極23に蓄積された電荷量によっ
て電流値が異なる読み出し電流がソース領域又はドレイ
ン領域に読み出される。
When reading data, a voltage of about 1.0 V to 3.0 V is applied to the source region, a voltage of 0 V is applied to the drain region 32, and 2.0 V to 4.0 V is applied to the control gate electrode 21. Or a voltage of about 1.0 V to 3.0 V is applied to the drain region 32, a voltage of 0 V is applied to the source region, and a voltage of about 2.0 V to 4.0 V is applied to the control gate electrode 21. Voltage is applied. As a result, a read current having a different current value depending on the amount of charge accumulated in the floating gate electrode 23 is read out to the source region or the drain region.

【0171】このように、第6の実施形態に係る不揮発
性半導体記憶装置は、上段である第1表面領域13にソ
ース領域31が形成され、下段である第2表面領域14
にドレイン領域32が形成された段差部16を有してい
る。さらに半導体基板11における段差部16の近傍に
は、p型の空乏化規制層33が第1表面領域14及び段
差側面領域15に達しない位置に形成されている。その
上、空乏化規制層33のドレイン領域32側の端部がド
レイン領域32の低濃度層32aと接しているため、前
述したように、書き込み動作時に、段差側面領域15の
下側の角部付近に発生する高電子温度域に向かって流れ
る電流パスが生成される。従って、段差側面領域15の
近傍でホットエレクトロンとなった電子は、段差側面領
域15を通って浮遊ゲート電極23に注入され、その結
果、チャネル電子の浮遊ゲート電極23への高い注入効
率を得ることができる。
As described above, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the sixth embodiment, the source region 31 is formed in the upper first surface region 13 and the lower second surface region 14 is formed.
Has the step portion 16 in which the drain region 32 is formed. Further, in the vicinity of the step portion 16 in the semiconductor substrate 11, the p-type depletion control layer 33 is formed at a position that does not reach the first surface region 14 and the step side surface region 15. In addition, since the end portion of the depletion control layer 33 on the drain region 32 side is in contact with the low concentration layer 32a of the drain region 32, as described above, the corner portion on the lower side of the step side surface region 15 during the writing operation. A current path is generated that flows toward the high electron temperature region that is generated in the vicinity. Therefore, the electrons that have become hot electrons in the vicinity of the step side surface region 15 are injected into the floating gate electrode 23 through the step side surface region 15, and as a result, high injection efficiency of channel electrons into the floating gate electrode 23 can be obtained. You can

【0172】さらに、第6の実施形態においては、ドレ
イン領域32を、チャネル領域側から低濃度層32a、
中濃度層32b及び高濃度層32cと不純物濃度を段階
的に高くしており、言い換えればドレイン領域32はチ
ャネル領域側に近づくにつれてn型不純物濃度が低くな
るように設定されている。このように、高濃度層32c
よりも不純物濃度が低い中濃度層32bを浮遊ゲート電
極23の下側の領域32dに設けているため、消去動作
時には領域32d付近の電界が緩和されるので、該領域
32dのpn接合面に発生するホットホールが減少す
る。その結果、トンネル膜である第3絶縁膜25の信頼
性の低下を防止することができる。
Further, in the sixth embodiment, the drain region 32 is formed from the channel region side to the low concentration layer 32a,
The impurity concentrations of the medium-concentration layer 32b and the high-concentration layer 32c are increased stepwise, in other words, the drain region 32 is set so that the n-type impurity concentration decreases as it approaches the channel region side. Thus, the high concentration layer 32c
Since the intermediate concentration layer 32b having an impurity concentration lower than that of the floating gate electrode 23 is provided in the region 32d below the floating gate electrode 23, the electric field near the region 32d is relaxed during the erase operation, so that the pn junction surface of the region 32d is generated. The number of hot holes is reduced. As a result, it is possible to prevent the reliability of the third insulating film 25, which is the tunnel film, from decreasing.

【0173】なお、第6の実施形態においては、図20
に示すように、ソース領域31に対しても、中濃度層3
1aと高濃度層31bとを形成したが、ソース領域31
は均一な濃度となるように形成してもよい。
In the sixth embodiment, FIG.
As shown in FIG.
1a and the high concentration layer 31b are formed, the source region 31
May be formed to have a uniform concentration.

【0174】また、段差部16を持たないスプリットゲ
ート型フラッシュメモリとしても同等の効果を奏するこ
とはいうまでもない。
Needless to say, the same effect can be obtained as a split gate flash memory having no step portion 16.

【0175】以下、前記のように構成された不揮発性半
導体記憶装置の製造方法について図面を参照しながら説
明する。
Hereinafter, a method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device configured as described above will be described with reference to the drawings.

【0176】図22〜図24は本発明の第6の実施形態
に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の工程順の断
面構成を示している。
22 to 24 show sectional structures in the order of steps of the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the sixth embodiment of the present invention.

【0177】まず、図22(a)に示すように、p型シ
リコンからなる半導体基板51上に、例えばトレンチ分
離構造を持つ素子分離層52を形成する。続いて、半導
体基板51上に、活性領域10のp型ウェル領域形成用
パターンを持つ第1のレジストパターン91を形成す
る。続いて、第1のレジストパターン91をマスクとし
て、ホウ素(B)イオンを、例えば注入ドーズ量が0.
5×1013cm-2〜1×1014cm-2程度で、注入エネ
ルギーが約300keVの注入条件で半導体基板51に
イオン注入し、これにより、活性領域10の表面近傍の
不純物濃度が5×1013cm-3〜1×1014cm-3程度
のp型ウェル領域を形成する。さらに、活性領域10の
全面に、注入ドーズ量が0.5×1013cm-2〜1×1
13cm-2程度で、注入エネルギーが約30keVのし
きい値電圧制御用のホウ素(B)イオンを注入する。
First, as shown in FIG. 22A, an element isolation layer 52 having, for example, a trench isolation structure is formed on a semiconductor substrate 51 made of p-type silicon. Then, a first resist pattern 91 having a p-type well region forming pattern of the active region 10 is formed on the semiconductor substrate 51. Then, using the first resist pattern 91 as a mask, boron (B) ions are implanted, for example, at an implantation dose of 0.
Ions are implanted into the semiconductor substrate 51 under an implantation condition of about 5 × 10 13 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 and an implantation energy of about 300 keV, whereby the impurity concentration near the surface of the active region 10 is 5 ×. A p-type well region of about 10 13 cm −3 to 1 × 10 14 cm −3 is formed. Further, the implantation dose amount is 0.5 × 10 13 cm −2 to 1 × 1 over the entire surface of the active region 10.
Boron (B) ions for controlling the threshold voltage having an implantation energy of about 30 keV are implanted at about 0 13 cm -2 .

【0178】次に、図22(b)に示すように、第1の
レジストパターン91を除去した後、活性領域10上に
CVD法又は熱酸化法により第1絶縁膜としてのゲート
酸化膜54を形成する。その後、例えば、CVD法によ
り、半導体基板51上の全面に第1のポリシリコン膜を
堆積し、堆積した第1のポリシリコン膜に対してフォト
リソグラフィ法によりパターニングを行なって、ポリシ
リコンからなる制御ゲート電極55を形成する。続い
て、半導体基板51上に、活性領域10のドレイン形成
領域に開口部を持つ第2のレジストパターン92を形成
し、形成した第2のレジストパターン92及びゲート電
極55をマスクとして、例えば注入ドーズ量が0.5×
1013cm-2〜1×1014cm-2程度で、注入エネルギ
ーが約15keVのホウ素(B)イオンを半導体基板5
1にゲート酸化膜54を介してイオン注入し、これによ
り、ドレイン形成領域にp型の高濃度不純物層56を形
成する。
Next, as shown in FIG. 22B, after removing the first resist pattern 91, a gate oxide film 54 as a first insulating film is formed on the active region 10 by a CVD method or a thermal oxidation method. Form. After that, for example, a first polysilicon film is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 51 by the CVD method, and the deposited first polysilicon film is patterned by the photolithography method to control the polysilicon. The gate electrode 55 is formed. Then, a second resist pattern 92 having an opening in the drain formation region of the active region 10 is formed on the semiconductor substrate 51, and the formed second resist pattern 92 and the gate electrode 55 are used as a mask, for example, implantation dose. 0.5 ×
Boron (B) ions having an implantation energy of about 15 keV at a pressure of about 10 13 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 are applied to the semiconductor substrate 5.
1 is ion-implanted through the gate oxide film 54, thereby forming a p-type high-concentration impurity layer 56 in the drain formation region.

【0179】次に、図22(c)に示すように、第2の
レジストパターン92を除去した後、例えば、CVD法
を用いて、半導体基板51上に全面にわたってBPSG
膜を堆積する。続いて、堆積したBPSG膜に対して異
方性エッチングを行なうことにより、制御ゲート電極5
5の側面にBPSG膜からなるサイドウォール57を形
成する。ここで、BPSGの堆積膜厚を調節することに
より、制御ゲート電極55の側面と後工程で半導体基板
51に形成する段差部との間の間隔を自己整合的に決定
することができる。
Next, as shown in FIG. 22C, after removing the second resist pattern 92, the BPSG is entirely covered on the semiconductor substrate 51 by using, for example, the CVD method.
Deposit the film. Then, anisotropic etching is performed on the deposited BPSG film to form the control gate electrode 5
A side wall 57 made of a BPSG film is formed on the side surface of No. 5. Here, by adjusting the deposited film thickness of BPSG, the distance between the side surface of the control gate electrode 55 and the stepped portion formed on the semiconductor substrate 51 in a later step can be determined in a self-aligned manner.

【0180】次に、図22(d)に示すように、半導体
基板51上にドレイン形成領域に開口部を持つ第3のレ
ジストパターン93を形成し、形成した第3のレジスト
パターン93、ゲート電極55及びサイドウォール57
をマスクとして、半導体基板51に対してドライエッチ
ングを行なって、半導体基板51のドレイン形成領域に
凹部51aを形成する。
Next, as shown in FIG. 22D, a third resist pattern 93 having an opening in the drain formation region is formed on the semiconductor substrate 51, and the formed third resist pattern 93 and gate electrode. 55 and sidewall 57
Using as a mask, the semiconductor substrate 51 is dry-etched to form a recess 51a in the drain formation region of the semiconductor substrate 51.

【0181】次に、図23(a)に示すように、第3の
レジストパターン93、ゲート電極55及びサイドウォ
ール57をマスクとして、p型不純物であるホウ素
(B)イオンとn型不純物であるヒ素(As)イオンと
を連続してイオン注入する。これにより、半導体基板5
1における段差部の近傍ではホウ素イオンとヒ素イオン
とが互いに補償し合って、半導体基板51における凹部
51aの制御ゲート電極55側の段差部51bに、制御
ゲート電極55の下方における段差部51bの上側の角
部と間隔をおいた位置から段差部51bの下側の角部に
向けて延びると共に、段差側面領域に達することなく低
濃度ドレイン領域58と接するように形成されたp型の
高濃度不純物層56からなる空乏化規制層56aを形成
できる。このときのホウ素イオンの注入条件は、例えば
注入ドーズ量を0.5×1014cm-2〜5×1014cm
-2程度とし、注入エネルギーを約25keVとし、基板
面の法線に対する注入角度を約30°としている。ま
た、ヒ素イオンの注入条件は、例えば注入ドーズ量を
0.5×1014cm-2〜5×1014cm-2程度とし、注
入エネルギーを約10keVとし、注入角度を0°とし
ている。
Next, as shown in FIG. 23A, using the third resist pattern 93, the gate electrode 55 and the sidewall 57 as a mask, boron (B) ions which are p-type impurities and n-type impurities are used. Arsenic (As) ions are continuously ion-implanted. Thereby, the semiconductor substrate 5
In the vicinity of the stepped portion in No. 1, the boron ions and the arsenic ions compensate each other, so that the stepped portion 51b on the control gate electrode 55 side of the recess 51a in the semiconductor substrate 51 is located above the stepped portion 51b below the control gate electrode 55. Of the p-type high-concentration impurity formed so as to extend from a position spaced apart from the corner of the step toward the lower corner of the step 51b and contact the low-concentration drain region 58 without reaching the step side surface region. The depletion control layer 56a including the layer 56 can be formed. The boron ion implantation conditions at this time are, for example, an implantation dose amount of 0.5 × 10 14 cm −2 to 5 × 10 14 cm 2.
The implantation energy is about 25 keV and the implantation angle is about 30 ° with respect to the normal to the substrate surface. The implantation conditions of arsenic ions are, for example, an implantation dose of about 0.5 × 10 14 cm −2 to 5 × 10 14 cm −2 , an implantation energy of about 10 keV, and an implantation angle of 0 °.

【0182】次に、図23(b)に示すように、第3の
レジストパターン93を除去した後、サイドウォール5
7及びゲート酸化膜54の露出部分をウエットエッチン
グにより除去することにより、上段となる第1表面領域
59、下段となる第2表面領域60及び上段と下段とを
つなぐ段差側面領域61からなる段差部51bと、制御
ゲート電極55の側面とを露出する。
Next, as shown in FIG. 23B, after removing the third resist pattern 93, the sidewall 5 is removed.
7 and the exposed portion of the gate oxide film 54 are removed by wet etching to form a step portion including an upper first surface region 59, a lower second surface region 60, and a step side surface region 61 connecting the upper and lower steps. 51b and the side surface of the control gate electrode 55 are exposed.

【0183】次に、図23(c)に示すように、熱酸化
法により、半導体基板51の段差部51bを含む露出面
及び制御ゲート電極55の表面に第2絶縁膜及び第3絶
縁膜としての熱酸化膜62を形成する。なお、熱酸化膜
62はCVD法等によるシリコン酸化膜であってもよ
い。
Next, as shown in FIG. 23C, a second insulating film and a third insulating film are formed on the exposed surface including the step portion 51b of the semiconductor substrate 51 and the surface of the control gate electrode 55 by the thermal oxidation method. Forming a thermal oxide film 62. The thermal oxide film 62 may be a silicon oxide film formed by the CVD method or the like.

【0184】次に、図23(d)に示すように、例えば
CVD法を用いて、半導体基板51上に制御ゲート電極
55を含む全面にわたって第2のポリシリコン膜を堆積
し、堆積した第2のポリシリコン膜に対して異方性エッ
チングを行なうことにより、段差部51bを跨ぐと共
に、制御ゲート電極55の段差部51b側の側面と熱酸
化膜62を介して容量結合し、さらに第2表面領域60
と熱酸化膜62を介して対向する、ポリシリコンからな
る浮遊ゲート電極63を自己整合的に形成する。ここ
で、熱酸化膜62の浮遊ゲート電極63と半導体基板5
1との間に挟まれた領域はトンネル膜として機能する。
Next, as shown in FIG. 23D, a second polysilicon film is deposited over the entire surface including the control gate electrode 55 on the semiconductor substrate 51 by using, for example, the CVD method, and the deposited second polysilicon film is deposited. By anisotropically etching the polysilicon film of, the step portion 51b is straddled, and the side surface of the control gate electrode 55 on the step portion 51b side is capacitively coupled via the thermal oxide film 62. Area 60
A floating gate electrode 63 made of polysilicon is formed in a self-aligned manner so as to oppose to the thermal oxide film 62. Here, the floating gate electrode 63 of the thermal oxide film 62 and the semiconductor substrate 5 are
The region sandwiched between 1 and 1 functions as a tunnel film.

【0185】続いて、制御ゲート電極55及び浮遊ゲー
ト電極63をマスクとして、半導体基板51に燐(P)
イオンを注入することにより、半導体基板51の制御ゲ
ート電極55に対して浮遊ゲート電極63と反対側の領
域に中濃度ソース領域68を形成すると共に、半導体基
板51の浮遊ゲート電極63側の領域に中濃度ドレイン
領域69を形成する。このときの燐イオンの注入条件
は、例えば注入ドーズ量を5×1012cm-2〜5×10
13cm-2程度とし、注入エネルギーを約20keVとし
ている。
Subsequently, phosphorus (P) is applied to the semiconductor substrate 51 using the control gate electrode 55 and the floating gate electrode 63 as a mask.
By implanting ions, a medium concentration source region 68 is formed in a region of the semiconductor substrate 51 opposite to the floating gate electrode 63 with respect to the control gate electrode 55, and at the same time, in the region of the semiconductor substrate 51 on the floating gate electrode 63 side. A medium concentration drain region 69 is formed. The phosphorus ion implantation conditions at this time are, for example, an implantation dose amount of 5 × 10 12 cm −2 to 5 × 10 5.
The implantation energy is about 13 cm −2 and the implantation energy is about 20 keV.

【0186】次に、図24(a)に示すように、半導体
基板51上に酸化シリコン等の絶縁膜膜を全面に形成
し、その後、形成した絶縁膜をエッチングして制御ゲー
ト電極55及び浮遊ゲート電極63の側面上に絶縁膜サ
イドウォール72を形成する。
Next, as shown in FIG. 24A, an insulating film of silicon oxide or the like is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 51, and then the formed insulating film is etched to control the control gate electrode 55 and floating. The insulating film sidewall 72 is formed on the side surface of the gate electrode 63.

【0187】次に、図24(b)に示すように、制御ゲ
ート電極55、浮遊ゲート電極63及び絶縁膜サイドウ
ォール72をマスクとして、半導体基板51にヒ素(A
s)イオンを注入することにより、半導体基板51の制
御ゲート電極55に対して浮遊ゲート電極63と反対側
の領域に高濃度ソース領域65を形成し、半導体基板5
1の制御ゲート電極55に対して浮遊ゲート電極63側
の領域で且つ中濃度ドレイン領域69と接続する高濃度
ドレイン領域66を形成して、不揮発性半導体記憶装置
の一記憶素子が完成する。ここでのヒ素イオンの注入条
件は、例えば注入ドーズ量を1×1015cm-2〜5×1
15cm-2程度とし、注入エネルギーを約40keVと
している。
Next, as shown in FIG. 24B, arsenic (A) is deposited on the semiconductor substrate 51 using the control gate electrode 55, the floating gate electrode 63 and the insulating film sidewall 72 as a mask.
s) by implanting ions, a high concentration source region 65 is formed in a region of the semiconductor substrate 51 opposite to the floating gate electrode 63 with respect to the control gate electrode 55.
A high-concentration drain region 66 that is connected to the medium-concentration drain region 69 in a region on the side of the floating gate electrode 63 with respect to one control gate electrode 55 is formed to complete one memory element of the nonvolatile semiconductor memory device. The arsenic ion implantation conditions here are, for example, an implantation dose amount of 1 × 10 15 cm −2 to 5 × 1.
The implantation energy is about 15 cm −2 and the implantation energy is about 40 keV.

【0188】以上説明したように、第6の実施形態に係
る製造方法によると、p型の半導体基板51における段
差部51bの近傍にp型の空乏化規制層56aを形成す
ることができる。さらに、チャネル領域側から段階的に
n型不純物濃度を高くした低濃度ドレイン領域58、中
濃度ドレイン領域69及び高濃度ドレイン領域66から
なるドレイン領域を確実に形成することができる。
As described above, according to the manufacturing method of the sixth embodiment, the p-type depletion limiting layer 56a can be formed in the p-type semiconductor substrate 51 in the vicinity of the step portion 51b. Further, it is possible to reliably form the drain region including the low-concentration drain region 58, the medium-concentration drain region 69, and the high-concentration drain region 66 in which the n-type impurity concentration is gradually increased from the channel region side.

【0189】(第6の実施形態の一変形例)以下、本発
明の第6の実施形態の一変形例について図面を参照しな
がら説明する。
(Modification of Sixth Embodiment) Hereinafter, a modification of the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0190】図25は第6の実施形態の一変形例に係る
スプリットゲート型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶
素子の断面構成を示している。図25において、図20
に示す第6の実施形態の構成部材と同一の構成部材には
同一の符号を付すことにより説明を省略する。
FIG. 25 shows a sectional structure of a memory element of a split gate type nonvolatile semiconductor memory device according to a modification of the sixth embodiment. In FIG. 25, FIG.
The same components as those of the sixth embodiment shown in FIG.

【0191】図25に示すように、本変形例に係る不揮
発性半導体記憶装置は、空乏化規制層に代えて、段差部
16の上側の角部に形成されp型不純物が拡散してなる
高電界形成層34を有していることを特徴とする。ここ
で、高電界形成層34のp型不純物濃度は、半導体基板
11のp型不純物濃度よりも高くなるように設定されて
いる。また、高電界形成層34のドレイン領域32側の
端部は低濃度層32aと接している。
As shown in FIG. 25, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the present modification, a high level formed by diffusing p-type impurities formed in the upper corner of the step portion 16 instead of the depletion control layer. It is characterized by having an electric field forming layer 34. Here, the p-type impurity concentration of the high electric field forming layer 34 is set to be higher than the p-type impurity concentration of the semiconductor substrate 11. The end portion of the high electric field forming layer 34 on the drain region 32 side is in contact with the low concentration layer 32a.

【0192】p型の高電界形成層34を段差部16の上
側の角部とドレイン領域32の低濃度層32aとの間に
設けることにより、段差側面領域15において、高電界
形成層34とドレイン領域32との界面からなるpn接
合部によるエネルギー準位の勾配はより急峻となる。そ
の結果、高電界形成層34と低濃度層32aとの界面で
高電界が発生し、段差部16の下側の角部の近傍の電子
温度が上昇する。これにより、チャネル中の電子のホッ
トエレクトロンの発生量が増加して、浮遊ゲート電極2
3に対する電子の注入効率がより向上する。
By providing the p-type high electric field formation layer 34 between the upper corner of the step portion 16 and the low concentration layer 32a of the drain region 32, the high electric field formation layer 34 and the drain are formed in the step side surface region 15. The gradient of the energy level due to the pn junction composed of the interface with the region 32 becomes steeper. As a result, a high electric field is generated at the interface between the high electric field forming layer 34 and the low concentration layer 32a, and the electron temperature in the vicinity of the lower corner of the step 16 rises. As a result, the amount of hot electrons generated by electrons in the channel increases, and the floating gate electrode 2
The electron injection efficiency with respect to 3 is further improved.

【0193】なお、本変形例は、図22(b)で示した
ホウ素(B)イオンのイオン注入と、図23(a)で示
したホウ素(B)イオン及びヒ素(As)イオンのイオ
ン注入とにおける注入加速電圧及びドーズ量を調節する
ことによって、例えば図23(a)における角度注入に
よるホウ素イオンのドーズ量を増やすことにより実現で
きる。さらには、図22(b)で示したホウ素(B)イ
オンのイオン注入を行なわず、図23(a)で示したホ
ウ素(B)イオン及びヒ素(As)イオンの注入工程の
みを行なっても良い。
In this modification, the boron (B) ion implantation shown in FIG. 22B and the boron (B) ion and arsenic (As) ion implantation shown in FIG. 23A are performed. It can be realized by adjusting the implantation acceleration voltage and the dose amount in and, for example, by increasing the dose amount of boron ions by the angle implantation in FIG. Further, even if the boron (B) ion implantation shown in FIG. 22B is not performed and only the boron (B) ion and arsenic (As) ion implantation step shown in FIG. 23A is performed. good.

【0194】また、本変形例においても、ソース領域3
1を中濃度層31aと高濃度層31bとに分けて形成し
たが、均一な濃度で形成してもよい。
Also in this modification, the source region 3
Although 1 is divided into the medium concentration layer 31a and the high concentration layer 31b, it may be formed with a uniform concentration.

【0195】また、段差部16を持たないスプリットゲ
ート型フラッシュメモリとしても同等の効果を得ること
ができる。
Further, the same effect can be obtained as a split gate type flash memory having no step portion 16.

【0196】(第7の実施形態)以下、本発明の第7の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
(Seventh Embodiment) Hereinafter, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0197】図26は第7の実施形態に係るスプリット
ゲート型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶素子の断面
構成を示している。図26において、図20に示す第6
の実施形態の構成部材と同一の構成部材には同一の符号
を付すことにより説明を省略する。
FIG. 26 shows a sectional structure of one memory element of the split gate type nonvolatile semiconductor memory device according to the seventh embodiment. 26, the sixth shown in FIG.
The same components as those of the embodiment will be designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0198】図26に示すように、第7の実施形態に係
る不揮発性半導体記憶装置は、ソース領域31の半導体
基板11との接合面を覆うように、すなわち第1表面領
域13におけるソース領域31の下側外周部に形成さ
れ、p型不純物領域からなるショートチャネル効果抑制
領域36を有していることを特徴とする。このように、
n型のソース領域31とチャネル領域との間にp型のシ
ョートチャネル効果抑制領域36を設けているため、ソ
ース領域31とドレイン領域32と間の電界が緩和され
るので、ショートチャネル効果が抑制され、デバイス寸
法の縮小が可能となる。
As shown in FIG. 26, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the seventh embodiment, the source region 31 in the first surface region 13 is covered so as to cover the junction surface of the source region 31 with the semiconductor substrate 11. It is characterized in that it has a short channel effect suppressing region 36 formed of a p-type impurity region and formed in the lower outer peripheral portion. in this way,
Since the p-type short channel effect suppression region 36 is provided between the n-type source region 31 and the channel region, the electric field between the source region 31 and the drain region 32 is relaxed, so that the short channel effect is suppressed. Therefore, the device size can be reduced.

【0199】以下、前記のように構成された不揮発性半
導体記憶装置の製造方法について図面を参照しながら説
明する。
Hereinafter, a method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device configured as described above will be described with reference to the drawings.

【0200】図27〜図29は本発明の第7の実施形態
に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の工程順の断
面構成を示している。
27 to 29 show sectional structures in the order of steps of the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the seventh embodiment of the present invention.

【0201】まず、図27(a)に示すように、p型シ
リコンからなる半導体基板51上に、例えばトレンチ分
離構造を持つ素子分離層52を形成する。続いて、半導
体基板51上に、活性領域10のp型ウェル領域形成用
パターンを持つ第1のレジストパターン91を形成す
る。続いて、第1のレジストパターン91をマスクとし
て、ホウ素(B)イオンを、例えば注入ドーズ量が0.
5×1013cm-2〜1×1014cm-2程度で、注入エネ
ルギーが約300keVの注入条件で半導体基板51に
イオン注入し、これにより、活性領域10の表面近傍の
不純物濃度が5×1013cm-3〜1×1014cm-3程度
のp型ウェル領域を形成する。さらに、活性領域10の
全面に、注入ドーズ量が0.5×1013cm-2〜1×1
13cm-2程度で、注入エネルギーが約30keVのし
きい値電圧制御用のホウ素(B)イオンを注入する。
First, as shown in FIG. 27A, an element isolation layer 52 having, for example, a trench isolation structure is formed on a semiconductor substrate 51 made of p-type silicon. Then, a first resist pattern 91 having a p-type well region forming pattern of the active region 10 is formed on the semiconductor substrate 51. Then, using the first resist pattern 91 as a mask, boron (B) ions are implanted, for example, at an implantation dose of 0.
Ions are implanted into the semiconductor substrate 51 under an implantation condition of about 5 × 10 13 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 and an implantation energy of about 300 keV, whereby the impurity concentration near the surface of the active region 10 is 5 ×. A p-type well region of about 10 13 cm −3 to 1 × 10 14 cm −3 is formed. Further, the implantation dose amount is 0.5 × 10 13 cm −2 to 1 × 1 over the entire surface of the active region 10.
Boron (B) ions for controlling the threshold voltage having an implantation energy of about 30 keV are implanted at about 0 13 cm -2 .

【0202】次に、図27(b)に示すように、第1の
レジストパターン91を除去した後、活性領域10上に
CVD法又は熱酸化法により第1絶縁膜としてのゲート
酸化膜54を形成する。その後、例えば、CVD法によ
り、半導体基板51上の全面に第1のポリシリコン膜を
堆積し、堆積した第1のポリシリコン膜に対してフォト
リソグラフィ法によりパターニングを行なって、ポリシ
リコンからなる制御ゲート電極55を形成する。続い
て、半導体基板51上に、活性領域10のドレイン形成
領域に開口部を持つ第2のレジストパターン92を形成
し、形成した第2のレジストパターン92及びゲート電
極55をマスクとして、例えば注入ドーズ量が0.5×
1013cm-2〜1×1014cm-2程度で、注入エネルギ
ーが約15keVのホウ素(B)イオンを半導体基板5
1にゲート酸化膜54を介してイオン注入し、これによ
り、ドレイン形成領域にp型の高濃度不純物層56を形
成する。
Next, as shown in FIG. 27B, after removing the first resist pattern 91, a gate oxide film 54 as a first insulating film is formed on the active region 10 by a CVD method or a thermal oxidation method. Form. After that, for example, a first polysilicon film is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 51 by the CVD method, and the deposited first polysilicon film is patterned by the photolithography method to control the polysilicon. The gate electrode 55 is formed. Then, a second resist pattern 92 having an opening in the drain formation region of the active region 10 is formed on the semiconductor substrate 51, and the formed second resist pattern 92 and the gate electrode 55 are used as a mask, for example, implantation dose. 0.5 ×
Boron (B) ions having an implantation energy of about 15 keV at a pressure of about 10 13 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 are applied to the semiconductor substrate 5.
1 is ion-implanted through the gate oxide film 54, thereby forming a p-type high-concentration impurity layer 56 in the drain formation region.

【0203】次に、図27(c)に示すように、第2の
レジストパターン92を除去した後、例えば、CVD法
を用いて、半導体基板51上に全面にわたってBPSG
膜を堆積する。続いて、堆積したBPSG膜に対して異
方性エッチングを行なうことにより、制御ゲート電極5
5の側面にBPSG膜からなるサイドウォール57を形
成する。ここで、BPSGの堆積膜厚を調節することに
より、制御ゲート電極55の側面と後工程で半導体基板
51に形成する段差部との間の間隔を自己整合的に決定
することができる。
Next, as shown in FIG. 27C, after removing the second resist pattern 92, the BPSG is entirely over the semiconductor substrate 51 by using, for example, the CVD method.
Deposit the film. Then, anisotropic etching is performed on the deposited BPSG film to form the control gate electrode 5
A side wall 57 made of a BPSG film is formed on the side surface of No. 5. Here, by adjusting the deposited film thickness of BPSG, the distance between the side surface of the control gate electrode 55 and the stepped portion formed on the semiconductor substrate 51 in a later step can be determined in a self-aligned manner.

【0204】次に、図27(d)に示すように、半導体
基板51上にドレイン形成領域に開口部を持つ第3のレ
ジストパターン93を形成し、形成した第3のレジスト
パターン93、ゲート電極55及びサイドウォール57
をマスクとして、半導体基板51に対してドライエッチ
ングを行なって、半導体基板51のドレイン形成領域に
凹部51aを形成する。
Next, as shown in FIG. 27D, a third resist pattern 93 having an opening in the drain formation region is formed on the semiconductor substrate 51, and the formed third resist pattern 93 and gate electrode. 55 and sidewall 57
Using as a mask, the semiconductor substrate 51 is dry-etched to form a recess 51a in the drain formation region of the semiconductor substrate 51.

【0205】次に、図28(a)に示すように、第3の
レジストパターン93、ゲート電極55及びサイドウォ
ール57をマスクとして、p型不純物であるホウ素
(B)イオンとn型不純物であるヒ素(As)イオンと
を連続してイオン注入する。これにより、半導体基板5
1における段差部の近傍ではホウ素イオンとヒ素イオン
とが互いに補償し合って、半導体基板51における凹部
51aの制御ゲート電極55側の段差部51bに、制御
ゲート電極55の下方における段差部51bの上側の角
部と間隔をおいた位置から段差部51bの下側の角部に
向けて延びると共に、段差側面領域に達することなく低
濃度ドレイン領域58と接するように形成されたp型の
高濃度不純物層56からなる空乏化規制層56aを形成
できる。このときのホウ素イオンの注入条件は、例えば
注入ドーズ量を0.5×1014cm-2〜5×1014cm
-2程度とし、注入エネルギーを約25keVとし、基板
面の法線に対する注入角度を30°としている。また、
ヒ素イオンの注入条件は、例えば注入ドーズ量を0.5
×1014cm-2〜5×1014cm-2程度とし、注入エネ
ルギーを約10keVとし、注入角度を0°としてい
る。
Next, as shown in FIG. 28A, using the third resist pattern 93, the gate electrode 55, and the sidewall 57 as a mask, boron (B) ions that are p-type impurities and n-type impurities are used. Arsenic (As) ions are continuously ion-implanted. Thereby, the semiconductor substrate 5
In the vicinity of the stepped portion in No. 1, the boron ions and the arsenic ions compensate each other, so that the stepped portion 51b on the control gate electrode 55 side of the recess 51a in the semiconductor substrate 51 is located above the stepped portion 51b below the control gate electrode 55. Of the p-type high-concentration impurity formed so as to extend from a position spaced apart from the corner of the step toward the lower corner of the step 51b and contact the low-concentration drain region 58 without reaching the step side surface region. The depletion control layer 56a including the layer 56 can be formed. The boron ion implantation conditions at this time are, for example, an implantation dose amount of 0.5 × 10 14 cm −2 to 5 × 10 14 cm 2.
The implantation energy is about 25 keV and the implantation angle is 30 ° with respect to the normal to the substrate surface. Also,
Arsenic ion implantation conditions are, for example, an implantation dose amount of 0.5.
× and 10 14 cm -2 ~5 × 10 14 cm -2 order, an implantation energy of about 10 keV, the implantation angle is set to 0 °.

【0206】次に、図28(b)に示すように、第3の
レジストパターン93を除去した後、サイドウォール5
7及びゲート酸化膜54の露出部分をウエットエッチン
グにより除去することにより、上段となる第1表面領域
59、下段となる第2表面領域60及び上段と下段とを
つなぐ段差側面領域61からなる段差部51bと、制御
ゲート電極55の側面とを露出する。続いて、半導体基
板51上に、活性領域10のソース形成領域に開口部を
持つ第4のレジストパターン94を形成し、形成した第
4のレジストパターン94及びゲート電極55をマスク
として、例えば注入ドーズ量が0.5×1013cm-2
5×1013cm-2程度で、注入エネルギーが約30ke
Vのホウ素(B)イオンを基板の法線に対して約30°
の角度を持たせて半導体基板51にイオン注入し、これ
により、ソース形成領域にp型のショートチャネル効果
抑制層70を形成する。
Next, as shown in FIG. 28B, after removing the third resist pattern 93, the sidewall 5 is removed.
7 and the exposed portion of the gate oxide film 54 are removed by wet etching to form a step portion including an upper first surface region 59, a lower second surface region 60, and a step side surface region 61 connecting the upper and lower steps. 51b and the side surface of the control gate electrode 55 are exposed. Subsequently, a fourth resist pattern 94 having an opening in the source formation region of the active region 10 is formed on the semiconductor substrate 51, and the formed fourth resist pattern 94 and the gate electrode 55 are used as a mask, for example, implantation dose. The amount is 0.5 × 10 13 cm -2 ~
The implantation energy is about 30 ke at about 5 × 10 13 cm -2.
Boron (B) ion of V is about 30 ° with respect to the normal to the substrate
Are ion-implanted into the semiconductor substrate 51 at a certain angle, thereby forming the p-type short channel effect suppression layer 70 in the source formation region.

【0207】次に、図28(c)に示すように、第4の
レジストパターン94を除去した後、熱酸化法により、
半導体基板51の段差部51bを含む露出面及び制御ゲ
ート電極55の表面に第2絶縁膜及び第3絶縁膜として
の熱酸化膜62を形成する。なお、熱酸化膜62はCV
D法等によるシリコン酸化膜であってもよい。
Next, as shown in FIG. 28C, after removing the fourth resist pattern 94, a thermal oxidation method is used.
A thermal oxide film 62 as a second insulating film and a third insulating film is formed on the exposed surface of the semiconductor substrate 51 including the step portion 51b and the surface of the control gate electrode 55. The thermal oxide film 62 is CV.
It may be a silicon oxide film formed by the D method or the like.

【0208】次に、図28(d)に示すように、例えば
CVD法を用いて、半導体基板51上に制御ゲート電極
55を含む全面にわたって第2のポリシリコン膜を堆積
し、堆積した第2のポリシリコン膜に対して異方性エッ
チングを行なうことにより、段差部51bを跨ぐと共
に、制御ゲート電極55の段差部51b側の側面と熱酸
化膜62を介して容量結合し、さらに第2表面領域60
と熱酸化膜62を介して対向する、ポリシリコンからな
る浮遊ゲート電極63を自己整合的に形成する。ここ
で、熱酸化膜62の浮遊ゲート電極63と半導体基板5
1との間に挟まれた領域はトンネル膜として機能する。
Next, as shown in FIG. 28D, a second polysilicon film is deposited over the entire surface including the control gate electrode 55 on the semiconductor substrate 51 by using, for example, the CVD method, and the deposited second polysilicon film is deposited. By anisotropically etching the polysilicon film of, the step portion 51b is straddled, and the side surface of the control gate electrode 55 on the step portion 51b side is capacitively coupled via the thermal oxide film 62. Area 60
A floating gate electrode 63 made of polysilicon is formed in a self-aligned manner so as to oppose to the thermal oxide film 62. Here, the floating gate electrode 63 of the thermal oxide film 62 and the semiconductor substrate 5 are
The region sandwiched between 1 and 1 functions as a tunnel film.

【0209】次に、図29に示すように、ソース形成領
域及びドレイン形成領域の開口パターンを持つ第5のレ
ジストパターン95を形成し、形成した第5のレジスト
パターン95、制御ゲート電極55及び浮遊ゲート電極
63をマスクとして、半導体基板51にヒ素(As)イ
オンを注入することにより、半導体基板51の制御ゲー
ト電極55に対して浮遊ゲート電極63と反対側の領域
で且つショートチャネル効果抑制層70の内側に高濃度
ソース領域65を形成し、半導体基板51の制御ゲート
電極55に対して浮遊ゲート電極63側の領域で且つ低
濃度ドレイン領域58と接続する高濃度ドレイン領域6
6を形成して、不揮発性半導体記憶装置の一記憶素子が
完成する。
Next, as shown in FIG. 29, a fifth resist pattern 95 having an opening pattern in the source formation region and the drain formation region is formed, and the formed fifth resist pattern 95, control gate electrode 55 and floating pattern are formed. By implanting arsenic (As) ions into the semiconductor substrate 51 using the gate electrode 63 as a mask, the short channel effect suppressing layer 70 is formed in a region of the semiconductor substrate 51 opposite to the floating gate electrode 63 with respect to the control gate electrode 55. A high-concentration source region 65 is formed inside the high-concentration drain region 6 which is connected to the low-concentration drain region 58 on the floating gate electrode 63 side of the control gate electrode 55 of the semiconductor substrate 51.
6 is formed, and one memory element of the nonvolatile semiconductor memory device is completed.

【0210】以上説明したように、第7の実施形態に係
る製造方法によると、p型の半導体基板51における段
差部51bの近傍にp型の空乏化規制層56aを形成す
ることができる。その上、n型の高濃度ソース領域65
の接合面を下側から覆うp型のショートチャネル効果抑
制層70をも確実に形成することができる。
As described above, according to the manufacturing method of the seventh embodiment, the p-type depletion limiting layer 56a can be formed in the p-type semiconductor substrate 51 in the vicinity of the step portion 51b. In addition, the n-type high-concentration source region 65
It is possible to reliably form the p-type short channel effect suppression layer 70 that covers the junction surface from below.

【0211】なお、段差部16を持たないスプリットゲ
ート型フラッシュメモリとしてもショートチャネル効果
を抑制できる効果を奏することはいうまでもない。
Needless to say, even a split gate type flash memory having no step portion 16 has the effect of suppressing the short channel effect.

【0212】(第7の実施形態の一変形例)以下、本発
明の第7の実施形態の一変形例について図面を参照しな
がら説明する。
(Modification of Seventh Embodiment) A modification of the seventh embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0213】図30は第7の実施形態の一変形例に係る
スプリットゲート型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶
素子の断面構成を示している。図30において、図26
に示す第7の実施形態の構成部材と同一の構成部材には
同一の符号を付すことにより説明を省略する。
FIG. 30 shows a sectional structure of one memory element of a split gate type nonvolatile semiconductor memory device according to a modification of the seventh embodiment. In FIG. 30, FIG.
The same members as those of the seventh embodiment shown in FIG.

【0214】図30に示すように、本変形例に係る不揮
発性半導体記憶装置は、空乏化規制層に代えて、段差部
16の上側の角部に形成されp型不純物が拡散してなる
高電界形成層34を有していることを特徴とする。ここ
で、高電界形成層34のp型不純物濃度は、半導体基板
11のp型不純物濃度よりも高くなるように設定されて
いる。高電界形成層34のドレイン領域32側の端部は
低濃度層32aと接している。
As shown in FIG. 30, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the present modification, a high level formed by diffusing p-type impurities formed in the upper corners of the step portion 16 instead of the depletion control layer. It is characterized by having an electric field forming layer 34. Here, the p-type impurity concentration of the high electric field forming layer 34 is set to be higher than the p-type impurity concentration of the semiconductor substrate 11. The end of the high electric field forming layer 34 on the drain region 32 side is in contact with the low concentration layer 32a.

【0215】p型の高電界形成層34を段差部16の上
側の角部とドレイン領域32の低濃度層32aとの間に
設けることにより、段差側面領域15において、高電界
形成層34とドレイン領域32との界面からなるpn接
合部によるエネルギー準位の勾配はより急峻となる。そ
の結果、高電界形成層34と低濃度層32aとの界面で
高電界が発生し、段差部16の下側の角部の近傍の電子
温度が上昇する。これにより、チャネル中の電子のホッ
トエレクトロンの発生量が増加して、浮遊ゲート電極2
3に対する電子の注入効率がより向上する。
By providing the p-type high electric field forming layer 34 between the upper corner of the step portion 16 and the low concentration layer 32a of the drain region 32, the high electric field forming layer 34 and the drain are formed in the step side surface region 15. The gradient of the energy level due to the pn junction composed of the interface with the region 32 becomes steeper. As a result, a high electric field is generated at the interface between the high electric field forming layer 34 and the low concentration layer 32a, and the electron temperature in the vicinity of the lower corner of the step 16 rises. As a result, the amount of hot electrons generated by electrons in the channel increases, and the floating gate electrode 2
The electron injection efficiency with respect to 3 is further improved.

【0216】本変形例は、図27(b)で示したホウ素
(B)イオンのイオン注入と、図28(a)で示したホ
ウ素(B)イオン及びヒ素(As)イオンのイオン注入
とにおける注入加速電圧及びドーズ量を調節することに
よって実現することができる。さらには、図27(b)
で示したホウ素(B)イオンのイオン注入を行なわず、
図28(a)で示したホウ素(B)イオン及びヒ素(A
s)イオンの注入工程のみを行なっても良い。
In this modification, the boron (B) ion implantation shown in FIG. 27B and the boron (B) ion and arsenic (As) ion implantation shown in FIG. 28A are performed. It can be realized by adjusting the injection accelerating voltage and the dose amount. Furthermore, FIG. 27 (b)
Without performing the boron (B) ion implantation shown in
The boron (B) ion and arsenic (A) shown in FIG.
s) Only the ion implantation step may be performed.

【0217】(第8の実施形態)以下、本発明の第8の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
(Eighth Embodiment) An eighth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0218】図31は第8の実施形態に係るスタックゲ
ート型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶素子の断面構
成を示している。図31において、図11に示す第3の
実施形態の構成部材と同一の構成部材には同一の符号を
付すことにより説明を省略する。
FIG. 31 shows a sectional structure of one memory element of the stack gate type nonvolatile semiconductor memory device according to the eighth embodiment. In FIG. 31, the same members as those of the third embodiment shown in FIG. 11 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0219】図31に示すように、第8の実施形態に係
る不揮発性半導体記憶装置は、ソース領域31がチャネ
ル領域側の端部に形成された中濃度層31aとその外側
に形成され中濃度層31aよりも不純物濃度が高い高濃
度層31bとからなり、ドレイン領域32が、チャネル
領域側から外側に順次不純物濃度が高くなるように形成
された、低濃度層32a、中濃度層32b及び高濃度層
32cからなることを特徴とする。ここで、低濃度層3
2aのチャネル領域側の端部は、空乏化規制層33と接
するように形成されている。
As shown in FIG. 31, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the eighth embodiment, the source region 31 has a medium-concentration layer 31a formed at the end on the channel region side and a medium-concentration layer formed outside thereof. The drain region 32 is formed of a high-concentration layer 31b having a higher impurity concentration than the layer 31a, and the drain region 32 is formed such that the impurity concentration is sequentially increased from the channel region side to the outer side. It is characterized by comprising a concentration layer 32c. Here, the low concentration layer 3
The end of 2a on the channel region side is formed so as to be in contact with the depletion control layer 33.

【0220】この構成により、第3の実施形態と同様
に、書き込み動作時には、空乏化規制層33のp型不純
物濃度が高いため空乏化せず、半導体基板11における
第1表面領域13、段差側面領域15及び空乏化規制層
33に囲まれる部分が空乏化して、チャネルとして機能
する。その結果、チャネル中の電子が段差側面領域15
に向かって広がりを持って流れるようになり、浮遊ゲー
ト電極23Aに対するキャリアの注入効率を向上させる
ことができる。
With this structure, as in the third embodiment, during the write operation, the p-type impurity concentration of the depletion control layer 33 is high, so that depletion does not occur and the first surface region 13 and the step side surface of the semiconductor substrate 11 are not depleted. A portion surrounded by the region 15 and the depletion control layer 33 is depleted and functions as a channel. As a result, the electrons in the channel are transferred to the step side surface region 15
As a result, the carriers flow toward the floating gate electrode 23A in an expanded manner, and the efficiency of carrier injection into the floating gate electrode 23A can be improved.

【0221】その上、第6の実施形態と同様に、高濃度
層32cよりも不純物濃度が低い中濃度層32bを浮遊
ゲート電極23Aの下側の領域に設けているため、消去
動作時には該下側領域付近の電界が緩和されるので、そ
の近傍のpn接合面に発生するホットホールが減少す
る。その結果、トンネル膜である第1絶縁膜22の信頼
性の低下を防止することができる。
Moreover, as in the sixth embodiment, since the medium concentration layer 32b having a lower impurity concentration than the high concentration layer 32c is provided in the region below the floating gate electrode 23A, the lower concentration layer 32b is formed during the erase operation. Since the electric field in the vicinity of the side region is relaxed, the number of hot holes generated in the pn junction surface in the vicinity thereof is reduced. As a result, it is possible to prevent the reliability of the first insulating film 22, which is the tunnel film, from decreasing.

【0222】なお、第8の実施形態においては、図31
に示すように、ソース領域31に対しても、中濃度層3
1aと高濃度層31bとを形成したが、ソース領域31
は均一な濃度で形成してもよい。
Note that, in the eighth embodiment, FIG.
As shown in FIG.
1a and the high concentration layer 31b are formed, the source region 31
May be formed with a uniform concentration.

【0223】また、段差部16を持たないスプリットゲ
ート型フラッシュメモリとしても同等の効果を奏するこ
とはいうまでもない。
Needless to say, the same effect can be obtained even with a split gate type flash memory having no step portion 16.

【0224】以下、前記のように構成された不揮発性半
導体記憶装置の製造方法について図面を参照しながら説
明する。
Hereinafter, a method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device having the above structure will be described with reference to the drawings.

【0225】図32〜図34は本発明の第8の実施形態
に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の工程順の断
面構成を示している。
32 to 34 show sectional structures in the order of steps of the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the eighth embodiment of the present invention.

【0226】まず、図32(a)に示すように、p型シ
リコンからなる半導体基板51上に、例えばトレンチ分
離構造を持つ素子分離層52を形成する。続いて、半導
体基板51上に、活性領域10のp型ウェル領域形成用
パターンを持つ第1のレジストパターン91を形成す
る。続いて、第1のレジストパターン91をマスクとし
て、ホウ素(B)イオンを、例えば注入ドーズ量が0.
5×1013cm-2〜1×1014cm-2程度で、注入エネ
ルギーが約300keVの注入条件で半導体基板51に
イオン注入し、これにより、活性領域10の表面近傍の
不純物濃度が5×1013cm-3〜1×1014cm-3程度
のp型ウェル領域を形成する。さらに、活性領域10の
全面に、注入ドーズ量が0.5×1013cm-2〜1×1
13cm-2程度で、注入エネルギーが約30keVのし
きい値電圧制御用のホウ素(B)イオンを注入する。
First, as shown in FIG. 32A, an element isolation layer 52 having, for example, a trench isolation structure is formed on a semiconductor substrate 51 made of p-type silicon. Then, a first resist pattern 91 having a p-type well region forming pattern of the active region 10 is formed on the semiconductor substrate 51. Then, using the first resist pattern 91 as a mask, boron (B) ions are implanted, for example, at an implantation dose of 0.
Ions are implanted into the semiconductor substrate 51 under an implantation condition of about 5 × 10 13 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 and an implantation energy of about 300 keV, whereby the impurity concentration near the surface of the active region 10 is 5 ×. A p-type well region of about 10 13 cm −3 to 1 × 10 14 cm −3 is formed. Further, the implantation dose amount is 0.5 × 10 13 cm −2 to 1 × 1 over the entire surface of the active region 10.
Boron (B) ions for controlling the threshold voltage having an implantation energy of about 30 keV are implanted at about 0 13 cm -2 .

【0227】次に、図32(b)に示すように、第1の
レジストパターン91を除去した後、半導体基板51上
に、活性領域10のドレイン形成領域に開口部を持つ第
2のレジストパターン92を形成し、形成した第2のレ
ジストパターン92をマスクとして、例えば注入ドーズ
量が0.5×1013cm-2〜1×1014cm-2程度で、
注入エネルギーが約15keVのホウ素(B)イオンを
半導体基板51に保護絶縁膜53を介してイオン注入
し、これにより、ドレイン形成領域にp型の高濃度不純
物層56を形成する。
Next, as shown in FIG. 32B, after removing the first resist pattern 91, a second resist pattern having an opening in the drain formation region of the active region 10 is formed on the semiconductor substrate 51. 92 is formed, and using the formed second resist pattern 92 as a mask, for example, the implantation dose is about 0.5 × 10 13 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 ,
Boron (B) ions having an implantation energy of about 15 keV are ion-implanted into the semiconductor substrate 51 through the protective insulating film 53, thereby forming the p-type high-concentration impurity layer 56 in the drain formation region.

【0228】次に、図32(c)に示すように、第2の
レジストパターン92を除去した後、半導体基板51上
に、ソース形成領域及び高濃度不純物層56のソース形
成領域側の端部をマスクする第3のレジストパターン9
3を形成し、形成した第3のレジストパターン93をマ
スクとして、半導体基板51に対してドライエッチング
を行なうことにより、半導体基板51のドレイン形成領
域に凹部51aを形成する。このとき、高濃度不純物層
56のソース形成領域側の端部のマスク量(重なり量)
を調節することにより、後工程で高濃度不純物層56か
ら形成される空乏化規制層56aのゲート長方向の寸法
を最適化できる。
Next, as shown in FIG. 32C, after the second resist pattern 92 is removed, the source formation region and the end portion of the high-concentration impurity layer 56 on the source formation region side are formed on the semiconductor substrate 51. Resist pattern 9 for masking
3 is formed, and the semiconductor substrate 51 is dry-etched using the formed third resist pattern 93 as a mask to form a recess 51a in the drain formation region of the semiconductor substrate 51. At this time, the mask amount (overlap amount) of the end portion of the high concentration impurity layer 56 on the source formation region side
Can be adjusted to optimize the dimension in the gate length direction of the depletion control layer 56a formed from the high-concentration impurity layer 56 in a later step.

【0229】次に、図32(d)に示すように、第3の
レジストパターン93をマスクとして、p型不純物であ
るホウ素(B)イオンとn型不純物であるヒ素(As)
イオンとを連続してイオン注入する。これにより、半導
体基板51における段差部の近傍ではホウ素イオンとヒ
素イオンとが互いに補償し合って、半導体基板51にお
ける凹部51aの制御ゲート電極55側の段差部51b
に、制御ゲート電極55の下方における段差部51bの
上側の角部と間隔をおいた位置から段差部51bの下側
の角部に向けて延びると共に、段差側面領域に達するこ
となく低濃度ドレイン領域58と接するように形成され
たp型の高濃度不純物層56からなる空乏化規制層56
aを形成できる。このときのホウ素イオン及びヒ素イオ
ンの注入条件は、それぞれ、注入ドーズ量を0.5×1
14cm-2〜5×1014cm-2程度とし、注入エネルギ
ーを約10keVとし、ホウ素イオンのみ注入角度が約
30°の角度注入としている。
Next, as shown in FIG. 32D, using the third resist pattern 93 as a mask, boron (B) ions that are p-type impurities and arsenic (As) that is n-type impurities are used.
Ions are continuously ion-implanted. As a result, in the vicinity of the step portion of the semiconductor substrate 51, the boron ions and the arsenic ions compensate each other, and the step portion 51b of the recess 51a of the semiconductor substrate 51 on the control gate electrode 55 side.
Of the low-concentration drain region without reaching the step side surface region while extending from a position spaced from the upper corner of the step 51b below the control gate electrode 55 toward the lower corner of the step 51b. Depletion control layer 56 formed of p-type high concentration impurity layer 56 formed in contact with 58
a can be formed. At this time, the boron ion and arsenic ion implantation conditions are such that the implantation dose amount is 0.5 × 1.
The implantation angle is about 0 14 cm -2 to 5 × 10 14 cm -2 , the implantation energy is about 10 keV, and only boron ions are implanted at an angle of about 30 °.

【0230】次に、図33(a)に示すように、第3の
レジストパターン93を除去することにより、半導体基
板51の上面、すなわち、上段となる第1表面領域5
9、下段となる第2表面領域60及び上段と下段とをつ
なぐ段差側面領域61からなる段差部51bを露出す
る。
Next, as shown in FIG. 33A, by removing the third resist pattern 93, the upper surface of the semiconductor substrate 51, that is, the upper surface of the first surface region 5 is formed.
9. The step portion 51b including the second surface area 60 which is the lower step and the step side surface area 61 which connects the upper step and the lower step is exposed.

【0231】次に、図33(b)に示すように、熱酸化
法により、半導体基板51の段差部51bを含む露出面
に第1絶縁膜としてのゲート酸化膜54を形成する。そ
の後、例えばCVD法を用いて、ゲート酸化膜54上に
全面にわたって、第1のポリシリコン膜63A、第2絶
縁膜としてのシリコン酸化膜67A及び第2のポリシリ
コン膜55Aを堆積する。なお、シリコン酸化膜67A
は熱酸化膜として形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 33B, a gate oxide film 54 as a first insulating film is formed on the exposed surface of the semiconductor substrate 51 including the step portion 51b by a thermal oxidation method. After that, the first polysilicon film 63A, the silicon oxide film 67A as the second insulating film, and the second polysilicon film 55A are deposited over the entire surface of the gate oxide film 54 by using, for example, the CVD method. The silicon oxide film 67A
May be formed as a thermal oxide film.

【0232】次に、図33(c)に示すように、第2の
ポリシリコン55A上に、段差部51bを跨ぐゲート電
極パターンを持つ第4のレジストパターン94を形成
し、形成した第4のレジストパターン94をマスクとし
て、第2のポリシリコン膜55A、シリコン酸化膜67
A及び第1のポリシリコン膜63Aに対して異方性エッ
チングを行なって、第1のポリシリコン膜63Aからな
る浮遊ゲート電極電極63Bと、シリコン酸化膜67A
からなる容量絶縁膜67Bと、第2のポリシリコン膜5
5Aからなる浮遊ゲート電極電極55Bとを形成する。
ここで、半導体基板51浮遊ゲート電極63Bとの間の
ゲート酸化膜54はトンネル膜として機能する。
Next, as shown in FIG. 33C, a fourth resist pattern 94 having a gate electrode pattern straddling the step portion 51b is formed on the second polysilicon 55A, and the formed fourth resist pattern 94 is formed. Using the resist pattern 94 as a mask, the second polysilicon film 55A and the silicon oxide film 67 are formed.
A and the first polysilicon film 63A are anisotropically etched to form a floating gate electrode electrode 63B made of the first polysilicon film 63A and a silicon oxide film 67A.
And the second polysilicon film 5 and the capacitive insulating film 67B made of
The floating gate electrode 55B made of 5A is formed.
Here, the gate oxide film 54 between the semiconductor substrate 51 and the floating gate electrode 63B functions as a tunnel film.

【0233】次に、図33(d)に示すように、第4の
レジストパターン94を除去し、その後、ソース形成領
域及びドレイン形成領域の開口パターンを持つ第5のレ
ジストパターン95を形成し、形成した第5のレジスト
パターン95及び制御ゲート電極55Bをマスクとし
て、半導体基板51にヒ素(As)イオンを注入するこ
とにより、半導体基板51の第1表面領域59に中濃度
ソース領域68を形成し、半導体基板51の第2表面領
域60で且つ低濃度ドレイン領域58と接続する中濃度
ドレイン領域69を形成する。
Next, as shown in FIG. 33D, the fourth resist pattern 94 is removed, and then a fifth resist pattern 95 having an opening pattern in the source formation region and the drain formation region is formed. By using the formed fifth resist pattern 95 and control gate electrode 55B as a mask, arsenic (As) ions are implanted into the semiconductor substrate 51 to form a medium concentration source region 68 in the first surface region 59 of the semiconductor substrate 51. A medium-concentration drain region 69 that is connected to the low-concentration drain region 58 in the second surface region 60 of the semiconductor substrate 51 is formed.

【0234】次に、図34(a)に示すように、半導体
基板51上に酸化シリコン等の絶縁膜膜を全面に形成
し、その後、形成した絶縁膜をエッチングして浮遊ゲー
ト電極63B及び制御ゲート電極55B及びの各側面上
に絶縁膜サイドウォール72を形成する。
Next, as shown in FIG. 34A, an insulating film such as silicon oxide is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 51, and then the formed insulating film is etched to form the floating gate electrode 63B and control. The insulating film sidewall 72 is formed on each side surface of the gate electrode 55B.

【0235】次に、図34(b)に示すように、ソース
形成領域及びドレイン形成領域の開口パターンを持つ第
6のレジストパターン96を形成し、形成した第6のレ
ジストパターン96、制御ゲート電極55B及び絶縁膜
サイドウォール72をマスクとして、半導体基板51に
ヒ素(As)イオンを注入することにより、半導体基板
51の第1表面領域59に中濃度ソース領域68と接続
する高濃度ソース領域65を形成し、半導体基板51の
第2表面領域60で且つ中濃度ドレイン領域69と接続
する高濃度ドレイン領域66を形成して、スタックゲー
ト型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶素子が完成す
る。
Next, as shown in FIG. 34B, a sixth resist pattern 96 having an opening pattern in the source formation region and the drain formation region is formed, and the formed sixth resist pattern 96 and control gate electrode. By implanting arsenic (As) ions into the semiconductor substrate 51 using the 55B and the insulating film sidewall 72 as a mask, the high concentration source region 65 connected to the medium concentration source region 68 is formed in the first surface region 59 of the semiconductor substrate 51. Then, a high-concentration drain region 66 that is connected to the second surface region 60 of the semiconductor substrate 51 and the medium-concentration drain region 69 is formed to complete one memory element of the stack gate type nonvolatile semiconductor memory device.

【0236】以上説明したように、第8の実施形態に係
る製造方法によると、p型の半導体基板51における段
差部51bの近傍にp型の空乏化規制層56aを形成す
ることができる。さらに、チャネル領域側から段階的に
n型不純物濃度を高くした低濃度ドレイン領域58、中
濃度ドレイン領域69及び高濃度ドレイン領域66から
なるドレイン領域を確実に形成することができる。
As described above, according to the manufacturing method of the eighth embodiment, the p-type depletion control layer 56a can be formed in the p-type semiconductor substrate 51 in the vicinity of the step portion 51b. Further, it is possible to reliably form the drain region including the low-concentration drain region 58, the medium-concentration drain region 69, and the high-concentration drain region 66 in which the n-type impurity concentration is gradually increased from the channel region side.

【0237】(第8の実施形態の一変形例)以下、本発
明の第8の実施形態の一変形例について図面を参照しな
がら説明する。
(Modification of Eighth Embodiment) A modification of the eighth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0238】図35は第8の実施形態の一変形例に係る
スタックゲート型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶素
子の断面構成を示している。図35において、図31に
示す第8の実施形態の構成部材と同一の構成部材には同
一の符号を付すことにより説明を省略する。
FIG. 35 shows a cross-sectional structure of a memory element of a stack gate type non-volatile semiconductor memory device according to a modification of the eighth embodiment. In FIG. 35, the same components as those of the eighth embodiment shown in FIG. 31 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0239】図35に示すように、本変形例に係る不揮
発性半導体記憶装置は、空乏化規制層に代えて、段差部
16の上側の角部に形成されp型不純物が拡散してなる
高電界形成層34を有していることを特徴とする。ここ
で、高電界形成層34のp型不純物濃度は、半導体基板
11のp型不純物濃度よりも高くなるように設定されて
いる。また、高電界形成層34のドレイン領域32側の
端部は低濃度層32aと接している。
As shown in FIG. 35, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the present modification, a high level formed by diffusing p-type impurities formed in the upper corners of the step portion 16 instead of the depletion control layer. It is characterized by having an electric field forming layer 34. Here, the p-type impurity concentration of the high electric field forming layer 34 is set to be higher than the p-type impurity concentration of the semiconductor substrate 11. The end portion of the high electric field forming layer 34 on the drain region 32 side is in contact with the low concentration layer 32a.

【0240】p型の高電界形成層34を段差部16の上
側の角部とドレイン領域32の低濃度層32aとの間に
設けることにより、段差側面領域15において、高電界
形成層34とドレイン領域32との界面からなるpn接
合部によるエネルギー準位の勾配はより急峻となる。そ
の結果、高電界形成層34と低濃度層32aとの界面で
高電界が発生し、段差部16の下側の角部の近傍の電子
温度が上昇する。これにより、チャネル中の電子のホッ
トエレクトロンの発生量が増加して、浮遊ゲート電極2
3Aに対する電子の注入効率がより向上する。
By providing the p-type high electric field forming layer 34 between the upper corner of the step portion 16 and the low concentration layer 32a of the drain region 32, the high electric field forming layer 34 and the drain are formed in the step side surface region 15. The gradient of the energy level due to the pn junction composed of the interface with the region 32 becomes steeper. As a result, a high electric field is generated at the interface between the high electric field forming layer 34 and the low concentration layer 32a, and the electron temperature in the vicinity of the lower corner of the step 16 rises. As a result, the amount of hot electrons generated by electrons in the channel increases, and the floating gate electrode 2
The efficiency of injecting electrons into 3A is further improved.

【0241】なお、本変形例は、図32(b)で示した
ホウ素(B)イオンのイオン注入と、図32(d)で示
したホウ素(B)イオン及びヒ素(As)イオンのイオ
ン注入とにおける注入加速電圧及びドーズ量を調節する
ことによって実現できる。さらには、図32(b)で示
したホウ素(B)イオンのイオン注入を行なわず、図3
2(d)で示したホウ素(B)イオン及びヒ素(As)
イオンの注入工程のみを行なっても良い。
In this modification, the boron (B) ion implantation shown in FIG. 32B and the boron (B) ion and arsenic (As) ion implantation shown in FIG. 32D are performed. It can be realized by adjusting the implantation acceleration voltage and the dose amount in and. Furthermore, without performing the boron (B) ion implantation shown in FIG.
Boron (B) ion and arsenic (As) shown in 2 (d)
Only the ion implantation step may be performed.

【0242】また、本変形例においても、ソース領域3
1を中濃度層31aと高濃度層31bとに分けて形成し
たが、均一な濃度で形成してもよい。
Further, also in this modification, the source region 3
Although 1 is divided into the medium concentration layer 31a and the high concentration layer 31b, it may be formed with a uniform concentration.

【0243】また、段差部16を持たないスプリットゲ
ート型フラッシュメモリとしても同等の効果を得ること
ができる。
Further, the same effect can be obtained as a split gate type flash memory having no step portion 16.

【0244】(第9の実施形態)以下、本発明の第9の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
(Ninth Embodiment) A ninth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0245】図36は第9の実施形態に係るスタックゲ
ート型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶素子の断面構
成を示している。図36において、図31に示す第8の
実施形態の構成部材と同一の構成部材には同一の符号を
付すことにより説明を省略する。
FIG. 36 shows a sectional structure of one memory element of the stack gate type nonvolatile semiconductor memory device according to the ninth embodiment. In FIG. 36, the same components as those of the eighth embodiment shown in FIG. 31 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0246】図36に示すように、第9の実施形態に係
る不揮発性半導体記憶装置は、ソース領域31の半導体
基板11との接合面を覆うように、すなわち第1表面領
域13におけるソース領域31の下側外周部に形成さ
れ、p型不純物領域からなるショートチャネル効果抑制
領域36を有していることを特徴とする。このように、
n型のソース領域31とチャネル領域との間にp型のシ
ョートチャネル効果抑制領域36を設けているため、ソ
ース領域31とドレイン領域32と間の電界が緩和され
るので、ショートチャネル効果が抑制され、デバイス寸
法の縮小が可能となる。
As shown in FIG. 36, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the ninth embodiment, the source region 31 in the first surface region 13 is covered so as to cover the junction surface of the source region 31 with the semiconductor substrate 11. It is characterized in that it has a short channel effect suppressing region 36 formed of a p-type impurity region and formed in the lower outer peripheral portion. in this way,
Since the p-type short channel effect suppression region 36 is provided between the n-type source region 31 and the channel region, the electric field between the source region 31 and the drain region 32 is relaxed, so that the short channel effect is suppressed. Therefore, the device size can be reduced.

【0247】以下、前記のように構成された不揮発性半
導体記憶装置の製造方法について図面を参照しながら説
明する。
Hereinafter, a method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device having the above structure will be described with reference to the drawings.

【0248】図37〜図39は本発明の第9の実施形態
に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の工程順の断
面構成を示している。
37 to 39 show sectional structures in the order of steps of the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the ninth embodiment of the present invention.

【0249】まず、図37(a)に示すように、p型シ
リコンからなる半導体基板51上に、例えばトレンチ分
離構造を持つ素子分離層52を形成する。続いて、半導
体基板51上に、活性領域10のp型ウェル領域形成用
パターンを持つ第1のレジストパターン91を形成す
る。続いて、第1のレジストパターン91をマスクとし
て、ホウ素(B)イオンを、例えば注入ドーズ量が0.
5×1013cm-2〜1×1014cm-2程度で、注入エネ
ルギーが約300keVの注入条件で半導体基板51に
イオン注入し、これにより、活性領域10の表面近傍の
不純物濃度が5×1013cm-3〜1×1014cm-3程度
のp型ウェル領域を形成する。さらに、活性領域10の
全面に、注入ドーズ量が0.5×1013cm-2〜1×1
13cm-2程度で、注入エネルギーが約30keVのし
きい値電圧制御用のホウ素(B)イオンを注入する。
First, as shown in FIG. 37A, an element isolation layer 52 having, for example, a trench isolation structure is formed on a semiconductor substrate 51 made of p-type silicon. Then, a first resist pattern 91 having a p-type well region forming pattern of the active region 10 is formed on the semiconductor substrate 51. Then, using the first resist pattern 91 as a mask, boron (B) ions are implanted, for example, at an implantation dose of 0.
Ions are implanted into the semiconductor substrate 51 under an implantation condition of about 5 × 10 13 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 and an implantation energy of about 300 keV, whereby the impurity concentration near the surface of the active region 10 is 5 ×. A p-type well region of about 10 13 cm −3 to 1 × 10 14 cm −3 is formed. Further, the implantation dose amount is 0.5 × 10 13 cm −2 to 1 × 1 over the entire surface of the active region 10.
Boron (B) ions for controlling the threshold voltage having an implantation energy of about 30 keV are implanted at about 0 13 cm -2 .

【0250】次に、図37(b)に示すように、第1の
レジストパターン91を除去した後、半導体基板51上
に、活性領域10のドレイン形成領域に開口部を持つ第
2のレジストパターン92を形成し、形成した第2のレ
ジストパターン92をマスクとして、例えば注入ドーズ
量が0.5×1013cm-2〜1×1014cm-2程度で、
注入エネルギーが約15keVのホウ素(B)イオンを
半導体基板51に保護絶縁膜53を介してイオン注入
し、これにより、ドレイン形成領域にp型の高濃度不純
物層56を形成する。
Next, as shown in FIG. 37B, after removing the first resist pattern 91, a second resist pattern having an opening in the drain formation region of the active region 10 is formed on the semiconductor substrate 51. 92 is formed, and using the formed second resist pattern 92 as a mask, for example, the implantation dose is about 0.5 × 10 13 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 ,
Boron (B) ions having an implantation energy of about 15 keV are ion-implanted into the semiconductor substrate 51 through the protective insulating film 53, thereby forming the p-type high-concentration impurity layer 56 in the drain formation region.

【0251】次に、図37(c)に示すように、第2の
レジストパターン92を除去した後、半導体基板51上
に、ソース形成領域及び高濃度不純物層56のソース形
成領域側の端部をマスクする第3のレジストパターン9
3を形成し、形成した第3のレジストパターン93をマ
スクとして、半導体基板51に対してドライエッチング
を行なうことにより、半導体基板51のドレイン形成領
域に凹部51aを形成する。このとき、高濃度不純物層
56のソース形成領域側の端部のマスク量(重なり量)
を調節することにより、後工程で高濃度不純物層56か
ら形成される空乏化規制層56aのゲート長方向の寸法
を最適化できる。
Next, as shown in FIG. 37C, after the second resist pattern 92 is removed, the source formation region and the end portion of the high-concentration impurity layer 56 on the source formation region side are formed on the semiconductor substrate 51. Resist pattern 9 for masking
3 is formed, and the semiconductor substrate 51 is dry-etched using the formed third resist pattern 93 as a mask to form a recess 51a in the drain formation region of the semiconductor substrate 51. At this time, the mask amount (overlap amount) of the end portion of the high concentration impurity layer 56 on the source formation region side
Can be adjusted to optimize the dimension in the gate length direction of the depletion control layer 56a formed from the high-concentration impurity layer 56 in a later step.

【0252】次に、図37(d)に示すように、第3の
レジストパターン93をマスクとして、p型不純物であ
るホウ素(B)イオンとn型不純物であるヒ素(As)
イオンとを連続してイオン注入する。これにより、半導
体基板51における段差部の近傍ではホウ素イオンとヒ
素イオンとが互いに補償し合って、半導体基板51にお
ける凹部51aの制御ゲート電極55側の段差部51b
に、制御ゲート電極55の下方における段差部51bの
上側の角部と間隔をおいた位置から段差部51bの下側
の角部に向けて延びると共に、段差側面領域に達するこ
となく低濃度ドレイン領域58と接するように形成され
たp型の高濃度不純物層56からなる空乏化規制層56
aを形成できる。このときのホウ素イオン及びヒ素イオ
ンの注入条件は、それぞれ、注入ドーズ量を0.5×1
14cm-2〜5×1014cm-2程度とし、注入エネルギ
ーを約10keVとし、ホウ素イオンのみ注入角度が約
30°の角度注入としている。
Next, as shown in FIG. 37D, using the third resist pattern 93 as a mask, boron (B) ions that are p-type impurities and arsenic (As) that is n-type impurities are used.
Ions are continuously ion-implanted. As a result, in the vicinity of the step portion of the semiconductor substrate 51, the boron ions and the arsenic ions compensate each other, and the step portion 51b of the recess 51a of the semiconductor substrate 51 on the control gate electrode 55 side.
In addition, the low-concentration drain region extends from the position below the control gate electrode 55 and spaced from the upper corner of the step 51b toward the lower corner of the step 51b, without reaching the step side surface region. Depletion control layer 56 formed of p-type high concentration impurity layer 56 formed in contact with 58
a can be formed. At this time, the boron ion and arsenic ion implantation conditions are such that the implantation dose amount is 0.5 × 1.
The implantation angle is about 0 14 cm -2 to 5 × 10 14 cm -2 , the implantation energy is about 10 keV, and only boron ions are implanted at an angle of about 30 °.

【0253】次に、図38(a)に示すように、第3の
レジストパターン93を除去することにより、半導体基
板51の上面、すなわち、上段となる第1表面領域5
9、下段となる第2表面領域60及び上段と下段とをつ
なぐ段差側面領域61からなる段差部51bを露出す
る。
Next, as shown in FIG. 38A, by removing the third resist pattern 93, the upper surface of the semiconductor substrate 51, that is, the first surface region 5 which is the upper step is formed.
9. The step portion 51b including the second surface area 60 which is the lower step and the step side surface area 61 which connects the upper step and the lower step is exposed.

【0254】次に、図38(b)に示すように、熱酸化
法により、半導体基板51の段差部51bを含む露出面
に第1絶縁膜としてのゲート酸化膜54を形成する。そ
の後、例えばCVD法を用いて、ゲート酸化膜54上に
全面にわたって、第1のポリシリコン膜63A、第2絶
縁膜としてのシリコン酸化膜67A及び第2のポリシリ
コン膜55Aを堆積する。なお、シリコン酸化膜67A
は熱酸化膜として形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 38B, a gate oxide film 54 as a first insulating film is formed on the exposed surface of the semiconductor substrate 51 including the step portion 51b by a thermal oxidation method. After that, the first polysilicon film 63A, the silicon oxide film 67A as the second insulating film, and the second polysilicon film 55A are deposited over the entire surface of the gate oxide film 54 by using, for example, the CVD method. The silicon oxide film 67A
May be formed as a thermal oxide film.

【0255】次に、図38(c)に示すように、第2の
ポリシリコン55A上に、段差部51bを跨ぐゲート電
極パターンを持つ第4のレジストパターン94を形成
し、形成した第4のレジストパターン94をマスクとし
て、第2のポリシリコン膜55A、シリコン酸化膜67
A及び第1のポリシリコン膜63Aに対して異方性エッ
チングを行なって、第1のポリシリコン膜63Aからな
る浮遊ゲート電極電極63Bと、シリコン酸化膜67A
からなる容量絶縁膜67Bと、第2のポリシリコン膜5
5Aからなる浮遊ゲート電極電極55Bとを形成する。
ここで、半導体基板51浮遊ゲート電極63Bとの間の
ゲート酸化膜54はトンネル膜として機能する。
Next, as shown in FIG. 38C, a fourth resist pattern 94 having a gate electrode pattern straddling the step portion 51b is formed on the second polysilicon 55A, and a fourth resist pattern 94 is formed. Using the resist pattern 94 as a mask, the second polysilicon film 55A and the silicon oxide film 67 are formed.
A and the first polysilicon film 63A are anisotropically etched to form a floating gate electrode electrode 63B made of the first polysilicon film 63A and a silicon oxide film 67A.
And the second polysilicon film 5 and the capacitive insulating film 67B made of
The floating gate electrode 55B made of 5A is formed.
Here, the gate oxide film 54 between the semiconductor substrate 51 and the floating gate electrode 63B functions as a tunnel film.

【0256】次に、図38(d)に示すように、半導体
基板51上に、活性領域10のソース形成領域に開口部
を持つ第5のレジストパターン95を形成し、形成した
第5のレジストパターン95及びゲート電極55Bをマ
スクとして、例えば注入ドーズ量が0.5×1013cm
-2〜5×1013cm-2程度で、注入エネルギーが約30
keVのホウ素(B)イオンを半導体基板51にイオン
注入し、これにより、ソース形成領域にp型のショート
チャネル効果抑制層70を形成する。
Next, as shown in FIG. 38D, a fifth resist pattern 95 having an opening in the source formation region of the active region 10 is formed on the semiconductor substrate 51, and the formed fifth resist is formed. Using the pattern 95 and the gate electrode 55B as a mask, for example, the implantation dose is 0.5 × 10 13 cm.
-2 to 5 × 10 13 cm -2 , the implantation energy is about 30
Boron (B) ions of keV are ion-implanted into the semiconductor substrate 51, thereby forming the p-type short channel effect suppression layer 70 in the source formation region.

【0257】次に、図39に示すように、第5のレジス
トパターン95を除去した後、ソース形成領域及びドレ
イン形成領域の開口パターンを持つ第6のレジストパタ
ーン96を形成し、形成した第6のレジストパターン9
6及び制御ゲート電極55Bをマスクとして、半導体基
板51にヒ素(As)イオンを注入することにより、半
導体基板51の第1表面領域59で且つショートチャネ
ル効果抑制層70の内側に高濃度ソース領域65を形成
し、半導体基板51の第2表面領域60で且つ低濃度ド
レイン領域58と接続する高濃度ドレイン領域66を形
成して、スタックゲート型の不揮発性半導体記憶装置の
一記憶素子が完成する。
Next, as shown in FIG. 39, after removing the fifth resist pattern 95, a sixth resist pattern 96 having an opening pattern of the source formation region and the drain formation region is formed, and the formed sixth resist pattern 96 is formed. Resist pattern 9
By implanting arsenic (As) ions into the semiconductor substrate 51 using the control gate electrode 6 and the control gate electrode 55B as a mask, the high-concentration source region 65 is formed in the first surface region 59 of the semiconductor substrate 51 and inside the short channel effect suppression layer 70. And a high-concentration drain region 66 that is connected to the low-concentration drain region 58 in the second surface region 60 of the semiconductor substrate 51 is formed to complete one memory element of the stack gate type nonvolatile semiconductor memory device.

【0258】以上説明したように、第9の実施形態に係
る製造方法によると、p型の半導体基板51における段
差部51bの近傍にp型の空乏化規制層56aを形成す
ることができる。その上、n型の高濃度ソース領域65
の接合面を覆うp型のショートチャネル効果抑制層70
をも確実に形成することができる。
As described above, according to the manufacturing method of the ninth embodiment, the p-type depletion control layer 56a can be formed in the p-type semiconductor substrate 51 near the step portion 51b. In addition, the n-type high-concentration source region 65
P-type short channel effect suppression layer 70 covering the junction surface of
Can be reliably formed.

【0259】なお、段差部16を持たないスプリットゲ
ート型フラッシュメモリとしてもショートチャネル効果
を抑制できる効果を奏することはいうまでもない。
Needless to say, even a split gate type flash memory having no step portion 16 has the effect of suppressing the short channel effect.

【0260】(第9の実施形態の一変形例)以下、本発
明の第9の実施形態の一変形例について図面を参照しな
がら説明する。
(Modification of Ninth Embodiment) A modification of the ninth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0261】図40は第9の実施形態の一変形例に係る
スタックゲート型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶素
子の断面構成を示している。図40において、図36に
示す第9の実施形態の構成部材と同一の構成部材には同
一の符号を付すことにより説明を省略する。
FIG. 40 shows a cross-sectional structure of one memory element in a stack gate type non-volatile semiconductor memory device according to a modification of the ninth embodiment. 40, the same components as those of the ninth embodiment shown in FIG. 36 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0262】図40に示すように、本変形例に係る不揮
発性半導体記憶装置は、空乏化規制層に代えて、段差部
16の上側の角部に形成されp型不純物が拡散してなる
高電界形成層34を有していることを特徴とする。ここ
で、高電界形成層34のp型不純物濃度は、半導体基板
11のp型不純物濃度よりも高くなるように設定されて
いる。高電界形成層34のドレイン領域32側の端部は
低濃度層32aと接している。
As shown in FIG. 40, in the nonvolatile semiconductor memory device according to this modification, a high level formed by diffusing p-type impurities formed in the upper corners of the step portion 16 instead of the depletion control layer. It is characterized by having an electric field forming layer 34. Here, the p-type impurity concentration of the high electric field forming layer 34 is set to be higher than the p-type impurity concentration of the semiconductor substrate 11. The end of the high electric field forming layer 34 on the drain region 32 side is in contact with the low concentration layer 32a.

【0263】p型の高電界形成層34を段差部16の上
側の角部とドレイン領域32の低濃度層32aとの間に
設けることにより、段差側面領域15において、高電界
形成層34とドレイン領域32との界面からなるpn接
合部によるエネルギー準位の勾配はより急峻となる。そ
の結果、高電界形成層34と低濃度層32aとの界面で
高電界が発生し、段差部16の下側の角部の近傍の電子
温度が上昇する。これにより、チャネル中の電子のホッ
トエレクトロンの発生量が増加して、浮遊ゲート電極2
3Aに対する電子の注入効率がより向上する。
By providing the p-type high electric field formation layer 34 between the upper corner of the step portion 16 and the low concentration layer 32a of the drain region 32, the high electric field formation layer 34 and the drain are formed in the step side surface region 15. The gradient of the energy level due to the pn junction composed of the interface with the region 32 becomes steeper. As a result, a high electric field is generated at the interface between the high electric field forming layer 34 and the low concentration layer 32a, and the electron temperature in the vicinity of the lower corner of the step 16 rises. As a result, the amount of hot electrons generated by electrons in the channel increases, and the floating gate electrode 2
The efficiency of injecting electrons into 3A is further improved.

【0264】本変形例は、図37(b)で示したホウ素
(B)イオンのイオン注入と、図37(d)で示したホ
ウ素(B)イオン及びヒ素(As)イオンのイオン注入
とにおける注入加速電圧及びドーズ量を調節することに
よって実現することができる。さらには、図37(b)
で示したホウ素(B)イオンのイオン注入を行なわず、
図37(d)で示したホウ素(B)イオン及びヒ素(A
s)イオンの注入工程のみを行なっても良い。
This modification is based on the boron (B) ion implantation shown in FIG. 37 (b) and the boron (B) ion and arsenic (As) ion implantation shown in FIG. 37 (d). It can be realized by adjusting the injection accelerating voltage and the dose amount. Furthermore, FIG. 37 (b)
Without performing the boron (B) ion implantation shown in
Boron (B) ions and arsenic (A) shown in FIG.
s) Only the ion implantation step may be performed.

【0265】(第10の実施形態)以下、本発明の第1
0の実施形態について図面を参照しながら説明する。
(Tenth Embodiment) The first embodiment of the present invention will be described below.
Embodiment No. 0 will be described with reference to the drawings.

【0266】第10の実施形態は本発明に係る不揮発性
半導体記憶装置の制御方法であって、浮遊ゲート電極か
ら蓄積された電子を引き抜く(消去動作)際のバイアス
印加方法である。
The tenth embodiment is a method for controlling a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, which is a bias applying method when electrons stored in a floating gate electrode are extracted (erasing operation).

【0267】図41(a)及び図41(b)は、例えば
第7の実施形態に係るスプリットゲート型の不揮発性半
導体記憶装置における段差部16近傍を拡大した断面構
成を示している。図41(a)及び(b)において、図
26に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を
付すことにより説明を省略する。
41 (a) and 41 (b) show an enlarged cross-sectional structure in the vicinity of the step portion 16 in the split gate type nonvolatile semiconductor memory device according to the seventh embodiment, for example. 41 (a) and 41 (b), the same components as those shown in FIG. 26 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0268】図41(a)において、消去バイアス条件
として、例えば、制御ゲート電極21に対する印加電圧
を−6V〜−8Vとし、ドレイン領域32に対する印加
電圧を5V〜6Vとしている。このようにすると、図4
1(a)に示すように、半導体基板11におけるドレイ
ン領域32の低濃度層32aの下側の領域11aでホッ
トホールが発生する。
In FIG. 41A, as the erase bias condition, for example, the applied voltage to the control gate electrode 21 is -6V to -8V and the applied voltage to the drain region 32 is 5V to 6V. In this way, FIG.
As shown in FIG. 1A, hot holes are generated in the region 11a of the drain region 32 of the semiconductor substrate 11 below the low-concentration layer 32a.

【0269】さらに、上述の消去バイアス条件では、ド
レイン領域32の下側に発生したホットホールは、矢印
Aの方向に走行し、ゲート絶縁膜としての第1絶縁膜2
2、容量絶縁膜としての第2絶縁膜24又はトンネル絶
縁膜としての第3絶縁膜25の制御ゲート電極21側の
端部に捕獲される虞がある。これらの場所にホットホー
ルが捕獲されると、チャネル領域に接近しているため、
読み出し電流の電流値が低下してしまうことになる。
Further, under the erase bias condition described above, the hot holes generated under the drain region 32 travel in the direction of arrow A, and the first insulating film 2 as the gate insulating film is formed.
2. There is a possibility that the second insulating film 24 serving as the capacitive insulating film or the third insulating film 25 serving as the tunnel insulating film may be captured by the end portion on the control gate electrode 21 side. When hot holes are captured at these locations, they are close to the channel region,
The current value of the read current will decrease.

【0270】そこで、第10の実施形態においては、図
41(b)において、消去バイアス条件として、例え
ば、制御ゲート電極21に対する印加電圧を−4V〜−
5Vとし、ドレイン領域32に対する印加電圧を6V〜
7Vとしている。すなわち、制御ゲートバイアスを小さ
くし、且つドレインバイアスを大きくしている。このよ
うにすると、図41(b)に示すように、ドレイン領域
32の低濃度層32aの下側の領域11aで発生したホ
ットホールは、矢印Bの方向、すなわち第3の絶縁膜
(トンネル膜)25における浮遊ゲート電極23の下側
に走行して、第3の絶縁膜25のチャネル領域から離れ
た部分に捕獲される。このように、チャネル領域から離
れた部分にホットホールが捕獲されるため、読み出し電
流値に与える影響を小さくすることができる。
Therefore, in the tenth embodiment, in FIG. 41 (b), as the erase bias condition, for example, the applied voltage to the control gate electrode 21 is −4V to −.
5V, the applied voltage to the drain region 32 is 6V ~
It is set to 7V. That is, the control gate bias is reduced and the drain bias is increased. By doing this, as shown in FIG. 41B, the hot holes generated in the region 11a below the low concentration layer 32a of the drain region 32 are in the direction of arrow B, that is, the third insulating film (tunnel film). ) 25, it travels to the lower side of the floating gate electrode 23 and is captured in a portion of the third insulating film 25 distant from the channel region. In this way, the hot holes are captured in the portion distant from the channel region, so that the influence on the read current value can be reduced.

【0271】なお、第10の実施形態に係るバイアス条
件は、デバイスのデザインルールにより大きく変わるも
のであり、上記の電圧範囲に限定されない。
The bias condition according to the tenth embodiment greatly varies depending on the device design rule, and is not limited to the above voltage range.

【0272】また、本実施例では段差部16を有するス
プリットゲート型フラッシュメモリについて説明した
が、段差部16を有しないスプリットゲート型フラッシ
ュメモリにおいても同等の効果を有することはいうまで
もない。
Further, although the split gate type flash memory having the step portion 16 has been described in the present embodiment, it goes without saying that the split gate type flash memory having no step portion 16 has the same effect.

【0273】[0273]

【発明の効果】本発明に係る第1又は第2の不揮発性半
導体記憶装置によると、書き込み動作時に、段差部の下
側の角部付近に発生する高電子温度域に向かって流れる
キャリアのパスが生じるため、段差側面領域の近傍及び
その下部でホットエレクトロンとなった電子を段差側面
領域から浮遊ゲート電極へ効率良く注入することができ
る。
According to the first or second non-volatile semiconductor memory device of the present invention, the path of carriers flowing toward the high electron temperature region generated near the lower corner of the step portion during the write operation. Therefore, electrons that have become hot electrons near and below the step side surface region can be efficiently injected into the floating gate electrode from the step side surface region.

【0274】また、本発明に係る第3又は第5の不揮発
性半導体記憶装置は、ドレイン領域のチャネル側の周辺
部の電界が緩和されるため、チャネル周辺部で発生する
ホットホールの発生を抑制することができるので、トン
ネル膜の信頼性の低下を防止できる。その上、ショート
チャネル効果をも抑制できる。
Further, in the third or fifth nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, since the electric field in the peripheral portion of the drain region on the channel side is relaxed, the generation of hot holes generated in the peripheral portion of the channel is suppressed. Therefore, it is possible to prevent a decrease in reliability of the tunnel film. In addition, the short channel effect can be suppressed.

【0275】また、本発明に係る第4又は第6の不揮発
性半導体記憶装置は、ソースとドレインと間の電界が緩
和されてショートチャネル効果が抑制されるため、デバ
イス寸法の縮小が可能となる。
In the fourth or sixth nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, the electric field between the source and the drain is relaxed and the short channel effect is suppressed, so that the device size can be reduced. .

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係るスプリットゲー
ト型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶素子を示す構成
断面図である。
FIG. 1 is a configuration cross-sectional view showing one memory element of a split gate nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施形態に係るスプリットゲー
ト型の不揮発性半導体記憶装置における段差部近傍の拡
大図を示し、電子が段差部の下側の角部付近に発生する
電子温度高温域に向かって流れる様子を示す断面図であ
る。
FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of a step in the split gate type nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention, in which electrons are generated near the lower corner of the step and the electron temperature is high. It is sectional drawing which shows a mode that flows toward an area.

【図3】(a)は本発明の第1の実施形態に係るスプリ
ットゲート型の不揮発性半導体記憶装置の段差部近傍の
拡大図を示し、書き込み動作時の電流密度の計算機によ
るシミュレーション結果を示す断面図である。(b)は
従来のスプリットゲート型の不揮発性半導体記憶装置の
段差部近傍の拡大図を示し、書き込み動作時の電流密度
の計算機によるシミュレーション結果を示す断面図であ
る。
FIG. 3A is an enlarged view of the vicinity of a step portion of the split gate type nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention, showing a simulation result of a current density during a write operation by a computer. FIG. FIG. 6B is an enlarged view of the vicinity of the step portion of the conventional split gate nonvolatile semiconductor memory device, and is a cross-sectional view showing the simulation result of the current density during the write operation by the computer.

【図4】(a)〜(d)は本発明の第1の実施形態に係
るスプリットゲート型の不揮発性半導体記憶装置の製造
方法を示す工程順の断面図である。
4A to 4D are cross-sectional views in order of the steps, showing the method for manufacturing the split gate nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】(a)〜(d)は本発明の第1の実施形態に係
るスプリットゲート型の不揮発性半導体記憶装置の製造
方法を示す工程順の断面図である。
5A to 5D are cross-sectional views in order of the steps, showing a method for manufacturing the split gate nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.

【図6】(a)及び(b)は本発明の第1の実施形態に
係るスプリットゲート型の不揮発性半導体記憶装置の製
造方法を示す工程順の断面図である。
6A and 6B are cross-sectional views in order of the steps, showing the method for manufacturing the split gate nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第2の実施形態に係るスプリットゲー
ト型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶素子を示す構成
断面図である。
FIG. 7 is a configuration cross-sectional view showing one memory element of a split gate type nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention.

【図8】(a)〜(d)は本発明の第2の実施形態に係
るスプリットゲート型の不揮発性半導体記憶装置の製造
方法を示す工程順の断面図である。
8A to 8D are cross-sectional views in order of the processes, showing a method for manufacturing a split gate nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention.

【図9】(a)〜(d)は本発明の第2の実施形態に係
るスプリットゲート型の不揮発性半導体記憶装置の製造
方法を示す工程順の断面図である。
9A to 9D are cross-sectional views in order of the steps, showing a method for manufacturing a split gate type nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention.

【図10】(a)及び(b)は本発明の第2の実施形態
に係るスプリットゲート型の不揮発性半導体記憶装置の
製造方法を示す工程順の断面図である。
10A and 10B are cross-sectional views in order of the processes, showing a method for manufacturing a split gate nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第3の実施形態に係るスタックゲー
ト型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶素子を示す構成
断面図である。
FIG. 11 is a configuration cross-sectional view showing one memory element of a stack gate type nonvolatile semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention.

【図12】(a)〜(d)は本発明の第3の実施形態に
係るスタックゲート型の不揮発性半導体記憶装置の製造
方法を示す工程順の断面図である。
12A to 12D are cross-sectional views in order of the steps, showing a method for manufacturing the stack gate type nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention.

【図13】(a)〜(d)は本発明の第3の実施形態に
係るスタックゲート型の不揮発性半導体記憶装置の製造
方法を示す工程順の断面図である。
13A to 13D are cross-sectional views in order of the steps, showing the method for manufacturing the stack gate nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第3の実施形態に係るスタックゲー
ト型の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す工程順
の断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view in order of the steps, showing a method of manufacturing a stack gate type nonvolatile semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第4の実施形態に係るスタックゲー
ト型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶素子を示す構成
断面図である。
FIG. 15 is a configuration cross-sectional view showing one memory element of a stack gate type nonvolatile semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図16】(a)〜(d)は本発明の第4の実施形態に
係るスタックゲート型の不揮発性半導体記憶装置の製造
方法を示す工程順の断面図である。
16A to 16D are cross-sectional views in order of the processes, showing the method for manufacturing the stack gate nonvolatile semiconductor memory device according to the fourth embodiment of the present invention.

【図17】(a)〜(d)は本発明の第4の実施形態に
係るスタックゲート型の不揮発性半導体記憶装置の製造
方法を示す工程順の断面図である。
17A to 17D are cross-sectional views in order of the steps, showing the method for manufacturing the stack gate type nonvolatile semiconductor memory device according to the fourth embodiment of the present invention.

【図18】本発明の第4の実施形態に係るスタックゲー
ト型の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す工程順
の断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view in order of the steps, showing a method for manufacturing the stack gate nonvolatile semiconductor memory device according to the fourth embodiment of the present invention.

【図19】(a)は本発明の第5の実施形態に係るスプ
リットゲート型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶素子
を示す構成断面図である。(b)は本発明の第5の実施
形態に係るスタックゲート型の不揮発性半導体記憶装置
の一記憶素子を示す構成断面図である。
FIG. 19A is a configuration cross-sectional view showing one memory element of a split gate type nonvolatile semiconductor memory device according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 9B is a configuration cross-sectional view showing one memory element of the stack gate type nonvolatile semiconductor memory device according to the fifth embodiment of the present invention.

【図20】本発明の第6の実施形態に係るスプリットゲ
ート型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶素子を示す構
成断面図である。
FIG. 20 is a configuration cross-sectional view showing one memory element of a split gate type nonvolatile semiconductor memory device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図21】(a)及び(b)は本発明の第6の実施形態
に係るスプリットゲート型の不揮発性半導体記憶装置に
おける段差部近傍の拡大図を示し、(a)は書き込み動
作時における電子の流れを示す断面図であり、(b)は
消去動作時における電子の流れを示す断面図である。
21A and 21B are enlarged views in the vicinity of a step in a split gate nonvolatile semiconductor memory device according to a sixth embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a cross-sectional view showing the flow of electrons, and FIG. 3B is a cross-sectional view showing the flow of electrons during the erase operation.

【図22】(a)〜(d)は本発明の第6の実施形態に
係るスプリットゲート型の不揮発性半導体記憶装置の製
造方法を示す工程順の断面図である。
22A to 22D are cross-sectional views in order of the steps, showing a method for manufacturing a split gate nonvolatile semiconductor memory device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図23】(a)〜(d)は本発明の第6の実施形態に
係るスプリットゲート型の不揮発性半導体記憶装置の製
造方法を示す工程順の断面図である。
23A to 23D are cross-sectional views in order of the steps, showing a method for manufacturing a split gate nonvolatile semiconductor memory device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図24】(a)及び(b)は本発明の第6の実施形態
に係るスプリットゲート型の不揮発性半導体記憶装置の
製造方法を示す工程順の断面図である。
24A and 24B are cross-sectional views in order of the steps, showing the method for manufacturing the split gate nonvolatile semiconductor memory device according to the sixth embodiment of the present invention.

【図25】本発明の第6の実施形態の一変形例に係るス
プリットゲート型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶素
子を示す構成断面図である。
FIG. 25 is a configuration cross-sectional view showing one memory element of a split gate type nonvolatile semiconductor memory device according to a modification of the sixth embodiment of the present invention.

【図26】本発明の第7の実施形態に係るスプリットゲ
ート型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶素子を示す構
成断面図である。
FIG. 26 is a configuration cross-sectional view showing one memory element of a split gate nonvolatile semiconductor memory device according to the seventh embodiment of the present invention.

【図27】(a)〜(d)は本発明の第7の実施形態に
係るスプリットゲート型の不揮発性半導体記憶装置の製
造方法を示す工程順の断面図である。
27A to 27D are cross-sectional views in order of the steps, showing a method for manufacturing a split gate nonvolatile semiconductor memory device according to a seventh embodiment of the present invention.

【図28】(a)〜(d)は本発明の第7の実施形態に
係るスプリットゲート型の不揮発性半導体記憶装置の製
造方法を示す工程順の断面図である。
28A to 28D are cross-sectional views in order of the steps, showing a method for manufacturing a split gate nonvolatile semiconductor memory device according to a seventh embodiment of the present invention.

【図29】本発明の第7の実施形態に係るスプリットゲ
ート型の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す工程
順の断面図である。
FIG. 29 is a cross-sectional view in order of the steps, showing a method of manufacturing a split gate nonvolatile semiconductor memory device according to a seventh embodiment of the present invention.

【図30】本発明の第7の実施形態の一変形例に係るス
プリットゲート型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶素
子を示す構成断面図である。
FIG. 30 is a configuration cross-sectional view showing one memory element of a split gate type nonvolatile semiconductor memory device according to a modification of the seventh embodiment of the present invention.

【図31】本発明の第8の実施形態に係るスタックゲー
ト型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶素子を示す構成
断面図である。
FIG. 31 is a configuration cross-sectional view showing one storage element of a stack gate type nonvolatile semiconductor memory device according to an eighth embodiment of the present invention.

【図32】(a)〜(d)は本発明の第8の実施形態に
係るスタックゲート型の不揮発性半導体記憶装置の製造
方法を示す工程順の断面図である。
32A to 32D are cross-sectional views in order of the processes, showing the method for manufacturing the stack gate type nonvolatile semiconductor memory device according to the eighth embodiment of the present invention.

【図33】(a)〜(d)は本発明の第8の実施形態に
係るスタックゲート型の不揮発性半導体記憶装置の製造
方法を示す工程順の断面図である。
33A to 33D are cross-sectional views in order of the steps, showing the method for manufacturing the stack gate type nonvolatile semiconductor memory device according to the eighth embodiment of the present invention.

【図34】(a)及び(b)は本発明の第8の実施形態
に係るスタックゲート型の不揮発性半導体記憶装置の製
造方法を示す工程順の断面図である。
34A and 34B are cross-sectional views in order of the steps, showing the method for manufacturing the stack gate nonvolatile semiconductor memory device according to the eighth embodiment of the present invention.

【図35】本発明の第8の実施形態の一変形例に係るス
タックゲート型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶素子
を示す構成断面図である。
FIG. 35 is a configuration cross-sectional view showing one memory element of a stack gate type nonvolatile semiconductor memory device according to a modification of the eighth embodiment of the present invention.

【図36】本発明の第9の実施形態に係るスタックゲー
ト型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶素子を示す構成
断面図である。
FIG. 36 is a configuration cross-sectional view showing one memory element of a stack gate type nonvolatile semiconductor memory device according to the ninth embodiment of the present invention.

【図37】(a)〜(d)は本発明の第9の実施形態に
係るスタックゲート型の不揮発性半導体記憶装置の製造
方法を示す工程順の断面図である。
37A to 37D are cross-sectional views in order of the processes, showing the method for manufacturing the stack gate nonvolatile semiconductor memory device according to the ninth embodiment of the present invention.

【図38】(a)〜(d)は本発明の第9の実施形態に
係るスタックゲート型の不揮発性半導体記憶装置の製造
方法を示す工程順の断面図である。
38A to 38D are cross-sectional views in order of the processes, showing the method for manufacturing the stack gate nonvolatile semiconductor memory device according to the ninth embodiment of the present invention.

【図39】本発明の第9の実施形態に係るスタックゲー
ト型の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す工程順
の断面図である。
FIG. 39 is a cross-sectional view in order of the steps, showing a method of manufacturing a stack gate type nonvolatile semiconductor memory device according to a ninth embodiment of the present invention.

【図40】本発明の第9の実施形態の一変形例に係るス
タックゲート型の不揮発性半導体記憶装置の一記憶素子
を示す構成断面図である。
FIG. 40 is a configuration cross-sectional view showing a memory element of a stack gate type nonvolatile semiconductor memory device according to a modification of the ninth embodiment of the present invention.

【図41】(a)及び(b)はスプリットゲート型の不
揮発性半導体記憶装置における消去動作時の段差部近傍
のホットホールの流れを示し、(a)は比較用のバイア
ス印加方法を用いた場合の断面図であり、(b)は本発
明の第10の実施形態に係るバイアス印加方法を用いた
場合の断面図である。
41 (a) and 41 (b) show flows of hot holes in the vicinity of a step portion during an erase operation in a split gate type nonvolatile semiconductor memory device, and FIG. 41 (a) shows a bias application method for comparison. FIG. 13B is a cross-sectional view of the case, and FIG. 13B is a cross-sectional view when the bias applying method according to the tenth embodiment of the present invention is used.

【図42】従来のスプリットゲート型の不揮発性半導体
記憶装置の一記憶素子を示す構成断面図である。
FIG. 42 is a configuration cross-sectional view showing one memory element of a conventional split gate nonvolatile semiconductor memory device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電子温度高温域 2 電子温度最大領域 10 活性領域 11 半導体基板 12 素子分離層 13 第1表面領域 14 第2表面領域 15 段差側面領域 16 段差部 21 制御ゲート電極 21A 制御ゲート電極 22 第1絶縁膜 23 浮遊ゲート電極 23A 浮遊ゲート電極 24 第2絶縁膜 25 第3絶縁膜 31 ソース領域 31a 中濃度層 31b 高濃度層 32 ドレイン領域 32a 低濃度層 32b 中濃度層 32c 高濃度層 33 空乏化規制層 34 高電界形成層 35 高濃度不純物領域 36 ショートチャネル効果抑制領域 51 半導体基板 51a 凹部 51b 段差部 52 素子分離層 53 保護酸化膜 54 ゲート酸化膜(第1絶縁膜) 55 制御ゲート電極 55A 第2のポリシリコン膜 55B 制御ゲート電極 56 高濃度不純物層(第1の高濃度不純物層) 56a 空乏化規制層 57 サイドウォール 58 低濃度ドレイン領域 59 第1表面領域 60 第2表面領域 61 段差側面領域 62 熱酸化膜(第2絶縁膜及び第3絶縁膜) 63 浮遊ゲート電極 63A 第1のポリシリコン膜 63B 浮遊ゲート電極 64 絶縁膜 65 高濃度ソース領域 66 高濃度ドレイン領域 67A シリコン酸化膜 67B 容量絶縁膜(第2絶縁膜) 68 中濃度ソース領域 69 中濃度ドレイン領域 70 ショートチャネル効果抑制層 71 第2の高濃度不純物層 71a 高電界形成層 72 絶縁膜サイドウォール 91 第1のレジストパターン 92 第2のレジストパターン 93 第3のレジストパターン 94 第4のレジストパターン 95 第5のレジストパターン 96 第6のレジストパターン 1 Electron temperature High temperature range 2 Maximum electron temperature range 10 Active area 11 Semiconductor substrate 12 element isolation layer 13 First surface area 14 Second surface area 15 Step side area 16 step 21 Control gate electrode 21A Control gate electrode 22 First insulating film 23 Floating gate electrode 23A floating gate electrode 24 Second insulating film 25 Third insulating film 31 Source Area 31a Medium density layer 31b High concentration layer 32 drain region 32a low concentration layer 32b Medium density layer 32c high concentration layer 33 Depletion control layer 34 High electric field forming layer 35 High-concentration impurity region 36 Short channel effect suppression region 51 Semiconductor substrate 51a recess 51b Step portion 52 element isolation layer 53 Protective oxide film 54 Gate oxide film (first insulating film) 55 Control gate electrode 55A Second polysilicon film 55B Control gate electrode 56 high-concentration impurity layer (first high-concentration impurity layer) 56a Depletion control layer 57 Sidewall 58 Low concentration drain region 59 First surface area 60 Second surface area 61 Step Side Area 62 Thermal oxide film (second insulating film and third insulating film) 63 Floating gate electrode 63A First polysilicon film 63B floating gate electrode 64 insulating film 65 High concentration source area 66 High-concentration drain region 67A Silicon oxide film 67B Capacitance insulating film (second insulating film) 68 Medium concentration source area 69 Medium concentration drain region 70 Short channel effect suppression layer 71 Second high-concentration impurity layer 71a High electric field forming layer 72 Insulating film sidewall 91 First resist pattern 92 Second resist pattern 93 Third resist pattern 94 Fourth resist pattern 95 Fifth resist pattern 96 sixth resist pattern

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小椋 正気 アメリカ合衆国,ニューヨーク州 12590,ワッピンジャーズ フォールス, オールド ホープウェル ロード 140, ヘイロー エルエスアイ デザイン ア ンド デバイス テクノロジー インコ ーポレイテッド内 (72)発明者 小田中 紳二 大阪府豊中市待兼山町1番1号 大阪大 学大学院理学研究科数学教室5F サイ バーメディアセンター内 (72)発明者 ▲杉▼山 信代 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平11−260944(JP,A) 特開 平9−321155(JP,A) 特開 平11−260942(JP,A) 特開 平8−78541(JP,A) 特開 平9−22598(JP,A) 特開 平7−115142(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/788 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Masaaki Ogura 12590, New York, United States, Wappingers Falls, Old Hopewell Road 140, Halo LSI Design and Device Technology Incorporated (72) Inventor Shinji Odanaka Osaka 1-11 Machikaneyamacho, Toyonaka City, Fuchu, Osaka University Graduate School of Science Mathematics Class 5F Cyber Media Center (72) Inventor ▲ Sugi ▼ Nobuyo Yama, 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP-A-11-260944 (JP, A) JP-A-9-321155 (JP, A) JP-A-11-260942 (JP, A) JP-A-8-78541 (JP, A) Kaihei 9-22598 (JP, A) JP-A-7-115142 (J (P, A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/788

Claims (25)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板に形成され、上段となる第1
表面領域、下段となる第2表面領域及び上段と下段とを
つなぐ段差側面領域からなる段差部と、 前記第1表面領域上に形成された第1絶縁膜と、 前記第1表面領域上における前記段差部の近傍に前記第
1絶縁膜を介して形成された制御ゲート電極と、 前記半導体基板上に前記段差部を跨ぐように形成され、
前記制御ゲート電極の段差部側の側面と第2絶縁膜を介
して容量結合すると共に前記第2表面領域と第3絶縁膜
を介して対向する浮遊ゲート電極と、 前記第1表面領域における前記制御ゲート電極に対して
前記浮遊ゲート電極と反対側の領域に形成されたソース
領域と、 前記第2表面領域における前記浮遊ゲート電極の下側の
領域に形成されたドレイン領域と、 前記半導体基板に、前記第1表面領域の下方における前
記段差部の上側の角部と間隔をおいた位置から前記段差
部の下側の角部に向けて延びると共に前記段差側面領域
に達することなく前記ドレイン領域と隣接するように形
成され、前記ドレイン領域と反対の導電型の高濃度不純
物領域からなる空乏化規制層とを備えていることを特徴
とする不揮発性半導体記憶装置。
1. A first upper layer formed on a semiconductor substrate
A step portion having a surface area, a second surface area which is a lower step, and a step side surface area which connects the upper step and the lower step; a first insulating film formed on the first surface area; and a step on the first surface area. A control gate electrode formed near the step portion via the first insulating film, and formed on the semiconductor substrate so as to straddle the step portion,
A floating gate electrode that is capacitively coupled to a side surface of the control gate electrode on the stepped portion side via a second insulating film, and faces the second surface region via a third insulating film; and the control in the first surface region. A source region formed in a region opposite to the floating gate electrode with respect to a gate electrode, a drain region formed in a region below the floating gate electrode in the second surface region, and the semiconductor substrate, It extends from a position spaced apart from the upper corner of the step below the first surface region toward the lower corner of the step and is adjacent to the drain region without reaching the step side surface region. And a depletion control layer formed of a high-concentration impurity region of a conductivity type opposite to the drain region.
【請求項2】 前記段差部の上側の角部と前記空乏化規
制層との間に形成され、前記空乏化規制層と同一導電型
の不純物領域からなる高電界形成層をさらに備えている
ことを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶
装置。
2. A high electric field forming layer formed between an upper corner of the step and the depletion limiting layer and formed of an impurity region having the same conductivity type as the depletion limiting layer. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1.
【請求項3】 前記高電界形成層の不純物濃度は、前記
空乏化規制層の不純物濃度よりも低く且つ前記半導体基
板の不純物濃度よりも高いことを特徴とする請求項2に
記載の不揮発性半導体記憶装置。
3. The non-volatile semiconductor according to claim 2, wherein an impurity concentration of the high electric field forming layer is lower than an impurity concentration of the depletion control layer and higher than an impurity concentration of the semiconductor substrate. Storage device.
【請求項4】 半導体基板に形成され、上段となる第1
表面領域、下段となる第2表面領域及び上段と下段とを
つなぐ段差側面領域からなる段差部と、 前記半導体基板上に前記段差部を跨ぐように形成された
第1絶縁膜と、 前記第1絶縁膜上に前記段差部を跨ぐように形成された
浮遊ゲート電極と、 前記浮遊ゲート電極上に第2絶縁膜を介して形成され、
前記浮遊ゲート電極と容量結合する制御ゲート電極と、 前記第1表面領域における前記浮遊ゲート電極に対して
前記段差部と反対側の領域に形成されたソース領域と、 前記第2表面領域における前記浮遊ゲート電極の下側の
領域に形成されたドレイン領域と、 前記半導体基板に、前記第1表面領域の下方における前
記段差部の上側の角部と間隔をおいた位置から前記段差
部の下側の角部に向けて延びると共に前記段差側面領域
に達することなく前記ドレイン領域と隣接するように形
成され、前記ドレイン領域と反対の導電型の高濃度不純
物領域からなる空乏化規制層とを備えていることを特徴
とする不揮発性半導体記憶装置。
4. A first upper layer formed on a semiconductor substrate
A step portion including a surface area, a second surface area as a lower step, and a step side surface area connecting the upper step and the lower step; a first insulating film formed on the semiconductor substrate so as to straddle the step section; A floating gate electrode formed on the insulating film so as to straddle the step portion, and formed on the floating gate electrode via a second insulating film,
A control gate electrode capacitively coupled to the floating gate electrode; a source region formed in a region of the first surface region opposite to the step portion with respect to the floating gate electrode; and a floating region in the second surface region. A drain region formed in a region below the gate electrode; and a semiconductor substrate on a lower side of the step portion from a position spaced apart from an upper corner of the step portion below the first surface region. A depletion control layer formed of a high-concentration impurity region of a conductivity type opposite to the drain region, the depletion control layer extending toward the corner portion and adjoining the drain region without reaching the step side surface region. A non-volatile semiconductor memory device characterized by the above.
【請求項5】 前記段差部の上側の角部と前記空乏化規
制層との間に形成され、前記空乏化規制層と同一導電型
の不純物領域からなる高電界形成層をさらに備えている
ことを特徴とする請求項4に記載の不揮発性半導体記憶
装置。
5. A high electric field forming layer formed between an upper corner of the step and the depletion limiting layer, the high electric field forming layer including an impurity region of the same conductivity type as the depletion limiting layer. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 4.
【請求項6】 前記高電界形成層の不純物濃度は、前記
空乏化規制層の不純物濃度よりも低く且つ前記半導体基
板の不純物濃度よりも高いことを特徴とする請求項5に
記載の不揮発性半導体記憶装置。
6. The non-volatile semiconductor according to claim 5, wherein an impurity concentration of the high electric field forming layer is lower than an impurity concentration of the depletion control layer and higher than an impurity concentration of the semiconductor substrate. Storage device.
【請求項7】 前記ドレイン領域における前記ソース領
域側の端部は、前記第1表面領域に達することなく前記
段差側面領域に位置していることを特徴とする請求項1
〜6のうちのいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶
装置。
7. The source region side end of the drain region is located in the step side surface region without reaching the first surface region.
7. The nonvolatile semiconductor memory device according to any one of items 1 to 6.
【請求項8】 前記ドレイン領域は、前記第2表面領域
の面方向で且つ前記ソース領域側から不純物濃度が順次
高くなるように形成された少なくとも3つの不純物領域
を有していることを特徴とする請求項1〜7のうちのい
ずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。
8. The drain region has at least three impurity regions formed in a plane direction of the second surface region and in such a manner that an impurity concentration is sequentially increased from the source region side. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein
【請求項9】 前記第1表面領域に前記ソース領域の接
合面を覆うように形成され、前記ソース領域と反対の導
電型を持ちショートチャネル効果を抑制する不純物領域
をさらに備えていることを特徴とする請求項1〜8のう
ちのいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。
9. The semiconductor device further comprises an impurity region formed in the first surface region so as to cover the junction surface of the source region and having a conductivity type opposite to that of the source region and suppressing a short channel effect. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein
【請求項10】 半導体基板に形成され、上段となる第
1表面領域、下段となる第2表面領域及び上段と下段と
をつなぐ段差側面領域からなる段差部と、 前記第1表面領域上に形成された第1絶縁膜と、 前記第1表面領域上における前記段差部の近傍に前記第
1絶縁膜を介して形成された制御ゲート電極と、 前記半導体基板上に前記段差部を跨ぐように形成され、
前記制御ゲート電極の段差部側の側面と第2絶縁膜を介
して容量結合すると共に前記第2表面領域と第3絶縁膜
を介して対向する浮遊ゲート電極と、 前記第1表面領域における前記制御ゲート電極に対して
前記浮遊ゲート電極と反対側の領域に形成されたソース
領域と、 前記第2表面領域における前記浮遊ゲート電極の下側の
領域に形成されたドレイン領域と、 前記半導体基板における前記第1表面領域と前記段差側
面領域との間の角部近傍に形成され、前記半導体基板の
不純物濃度よりも高く且つ前記ドレイン領域と反対の導
電型を有する不純物領域とを備え、 前記ドレイン領域は、前記第2表面領域の面方向で且つ
前記ソース領域側から不純物濃度が高くなるように形成
された少なくとも3つの不純物拡散領域を有しているこ
とを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
10. A step portion formed on a semiconductor substrate, the step portion including an upper first surface area, a lower second surface area, and a step side surface area connecting the upper step and the lower step, and formed on the first surface area. A first insulating film, a control gate electrode formed on the first surface region in the vicinity of the step portion via the first insulating film, and formed on the semiconductor substrate so as to straddle the step portion. Is
A floating gate electrode that is capacitively coupled to a side surface of the control gate electrode on the stepped portion side via a second insulating film, and faces the second surface region via a third insulating film; and the control in the first surface region. A source region formed in a region opposite to the floating gate electrode with respect to a gate electrode; a drain region formed in a region below the floating gate electrode in the second surface region; An impurity region formed near a corner between the first surface region and the step side surface region and having a conductivity type higher than that of the semiconductor substrate and opposite to that of the drain region; And at least three impurity diffusion regions formed so that the impurity concentration is higher in the surface direction of the second surface region and from the source region side. Nonvolatile semiconductor memory device.
【請求項11】 半導体基板に形成され、上段となる第
1表面領域、下段となる第2表面領域及び上段と下段と
をつなぐ段差側面領域からなる段差部と、 前記第1表面領域上に形成された第1絶縁膜と、 前記第1表面領域上における前記段差部の近傍に前記第
1絶縁膜を介して形成された制御ゲート電極と、 前記半導体基板上に前記段差部を跨ぐように形成され、
前記制御ゲート電極の段差部側の側面と第2絶縁膜を介
して容量結合すると共に前記第2表面領域と第3絶縁膜
を介して対向する浮遊ゲート電極と、 前記第1表面領域における前記制御ゲート電極に対して
前記浮遊ゲート電極と反対側の領域に形成されたソース
領域と、 前記第2表面領域における前記浮遊ゲート電極の下側の
領域に形成されたドレイン領域と、 前記半導体基板における前記第1表面領域と前記段差側
面領域との間の角部近傍に形成され、前記半導体基板の
不純物濃度よりも高く且つ前記ドレイン領域と反対の導
電型を有する第1の不純物領域と、 前記第1表面領域に前記ソース領域の接合面を覆うよう
に形成され、前記ソース領域と反対の導電型を持ちショ
ートチャネル効果を抑制する第2の不純物領域とを備え
ていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
11. A step portion formed on a semiconductor substrate, comprising a first surface region as an upper step, a second surface area as a lower step, and a step side surface area connecting the upper step and the lower step, and a step portion formed on the first surface area. A first insulating film, a control gate electrode formed on the first surface region in the vicinity of the step portion via the first insulating film, and formed on the semiconductor substrate so as to straddle the step portion. Is
A floating gate electrode that is capacitively coupled to a side surface of the control gate electrode on the stepped portion side via a second insulating film, and faces the second surface region via a third insulating film; and the control in the first surface region. A source region formed in a region opposite to the floating gate electrode with respect to a gate electrode; a drain region formed in a region below the floating gate electrode in the second surface region; A first impurity region formed near a corner between the first surface region and the step side surface region, the first impurity region having a conductivity type higher than that of the semiconductor substrate and opposite to that of the drain region; A second impurity region formed in the surface region so as to cover the junction surface of the source region and having a conductivity type opposite to that of the source region and suppressing a short channel effect. And a non-volatile semiconductor memory device.
【請求項12】 半導体基板に形成され、上段となる第
1表面領域、下段となる第2表面領域及び上段と下段と
をつなぐ段差側面領域からなる段差部と、 前記半導体基板上に前記段差部を跨ぐように形成された
第1絶縁膜と、 前記第1絶縁膜上に前記段差部を跨ぐように形成された
浮遊ゲート電極と、 前記浮遊ゲート電極上に第2絶縁膜を介して形成され、
前記浮遊ゲート電極と容量結合する制御ゲート電極と、 前記第1表面領域における前記浮遊ゲート電極に対して
前記段差部と反対側の領域に形成されたソース領域と、 前記第2表面領域における前記浮遊ゲート電極の下側の
領域に形成されたドレイン領域と、 前記半導体基板における前記第1表面領域と前記段差側
面領域との間の角部近傍に形成され、前記半導体基板の
不純物濃度よりも高く且つ前記ドレイン領域と反対の導
電型を有する不純物領域とを備え、 前記ドレイン領域は、前記第2表面領域の面方向で且つ
前記ソース領域側から不純物濃度が順次高くなるように
形成された少なくとも3つの不純物拡散領域を有してい
ることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
12. A step portion formed on a semiconductor substrate, the step portion including an upper first surface region, a lower second surface region, and a step side surface region connecting the upper and lower steps, and the step portion on the semiconductor substrate. A first insulating film formed to extend over the floating gate electrode, a floating gate electrode formed on the first insulating film so as to extend over the step, and a second insulating film formed on the floating gate electrode. ,
A control gate electrode capacitively coupled to the floating gate electrode; a source region formed in a region of the first surface region opposite to the step portion with respect to the floating gate electrode; and a floating region in the second surface region. The drain region is formed in a region below the gate electrode, and is formed in the vicinity of a corner between the first surface region and the step side surface region in the semiconductor substrate, and has a higher impurity concentration than the semiconductor substrate. An impurity region having a conductivity type opposite to that of the drain region, the drain region having at least three impurity concentrations formed in a plane direction of the second surface region and sequentially increasing in impurity concentration from the source region side. A nonvolatile semiconductor memory device having an impurity diffusion region.
【請求項13】 半導体基板に形成され、上段となる第
1表面領域、下段となる第2表面領域及び上段と下段と
をつなぐ段差側面領域からなる段差部と、 前記半導体基板上に前記段差部を跨ぐように形成された
第1絶縁膜と、 前記第1絶縁膜上に前記段差部を跨ぐように形成された
浮遊ゲート電極と、 前記浮遊ゲート電極上に第2絶縁膜を介して形成され、
前記浮遊ゲート電極と容量結合する制御ゲート電極と、 前記第1表面領域における前記浮遊ゲート電極に対して
前記段差部と反対側の領域に形成されたソース領域と、 前記第2表面領域における前記浮遊ゲート電極の下側の
領域に形成されたドレイン領域と、 前記半導体基板における前記第1表面領域と前記段差側
面領域との間の角部近傍に形成され、前記半導体基板の
不純物濃度よりも高く且つ前記ドレイン領域と反対の導
電型を有する第1の不純物領域と、 前記第1表面領域に前記ソース領域の接合面を覆うよう
に形成され、前記ソース領域と反対の導電型を持ちショ
ートチャネル効果を抑制する第2の不純物領域とを備え
ていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
13. A step portion formed on a semiconductor substrate, the step portion including an upper first surface region, a lower second surface region, and a step side surface region connecting the upper and lower steps, and the step portion on the semiconductor substrate. A first insulating film formed to extend over the floating gate electrode, a floating gate electrode formed on the first insulating film so as to extend over the step, and a second insulating film formed on the floating gate electrode. ,
A control gate electrode capacitively coupled to the floating gate electrode; a source region formed in a region of the first surface region opposite to the step portion with respect to the floating gate electrode; and a floating region in the second surface region. The drain region is formed in a region below the gate electrode, and is formed in the vicinity of a corner between the first surface region and the step side surface region in the semiconductor substrate, and has a higher impurity concentration than the semiconductor substrate. A first impurity region having a conductivity type opposite to that of the drain region; and a short channel effect having a conductivity type opposite to that of the source region and formed on the first surface region so as to cover the junction surface of the source region. A non-volatile semiconductor memory device comprising: a second impurity region for suppressing.
【請求項14】 前記半導体基板に対して基板電圧を印
加することにより、前記第1表面領域における前記浮遊
ゲート電極の下側部分から前記段差側面領域に向かって
キャリアが流れるチャネル領域を形成することを特徴と
する請求項1〜13のうちのいずれか1項に記載の不揮
発性半導体記憶装置。
14. A channel region is formed by applying a substrate voltage to the semiconductor substrate so that carriers flow from a lower portion of the floating gate electrode in the first surface region toward the step side surface region. 14. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the non-volatile semiconductor memory device comprises:
【請求項15】 前記ドレイン領域及び前記制御ゲート
電極に対して、所定のドレイン電圧及び所定の制御ゲー
ト電圧を印加することにより、前記第1表面領域におけ
る前記浮遊ゲート電極の下側部分から前記段差側面領域
に向かってキャリアが流れるチャネル領域を形成するこ
とを特徴とする請求項1〜13のうちのいずれか1項に
記載の不揮発性半導体記憶装置。
15. A step is applied from a lower portion of the floating gate electrode in the first surface region by applying a predetermined drain voltage and a predetermined control gate voltage to the drain region and the control gate electrode. 14. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein a channel region in which carriers flow toward the side surface region is formed.
【請求項16】 半導体基板に形成され、上段となる第
1表面領域、下段となる第2表面領域及び上段と下段と
をつなぐ段差側面領域からなる段差部と、 前記第1表面領域上に形成された第1絶縁膜と、 前記第1表面領域上における前記段差部の近傍に前記第
1絶縁膜を介して形成された制御ゲート電極と、 前記半導体基板上に前記段差部を跨ぐように形成され、
前記制御ゲート電極の段差部側の側面と第2絶縁膜を介
して容量結合すると共に前記第2表面領域と第3絶縁膜
を介して対向する浮遊ゲート電極と、 前記第1表面領域における前記制御ゲート電極に対して
前記浮遊ゲート電極と反対側の領域に形成されたソース
領域と、 前記第2表面領域における前記浮遊ゲート電極の下側の
領域に形成されたドレイン領域と、 前記半導体基板における前記第1表面領域及び前記段差
側面領域に形成され、前記半導体基板の不純物濃度より
も高く且つ前記ドレイン領域と反対の導電型を有する不
純物領域とを備えた不揮発性半導体記憶装置において、 前記半導体基板に対して基板電圧を印加することによ
り、前記第1表面領域における前記浮遊ゲート電極の下
側部分から前記段差側面領域に向かってキャリアが流れ
るチャネル領域が形成されることを特徴とする不揮発性
半導体記憶装置。
16. A step portion formed on a semiconductor substrate, the step portion including an upper first surface area, a lower second surface area, and a step side surface area connecting the upper step and the lower step, and formed on the first surface area. A first insulating film, a control gate electrode formed on the first surface region in the vicinity of the step portion via the first insulating film, and formed on the semiconductor substrate so as to straddle the step portion. Is
A floating gate electrode that is capacitively coupled to a side surface of the control gate electrode on the stepped portion side via a second insulating film, and faces the second surface region via a third insulating film; and the control in the first surface region. A source region formed in a region opposite to the floating gate electrode with respect to a gate electrode; a drain region formed in a region below the floating gate electrode in the second surface region; A nonvolatile semiconductor memory device comprising: a first surface region and an impurity region having a conductivity type opposite to that of the drain region, the impurity region being formed in the step side surface region and having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate; By applying a substrate voltage to the first surface region, a carry is carried out from the lower portion of the floating gate electrode in the first surface region toward the step side surface region. A non-volatile semiconductor memory device characterized in that a channel region through which an electric current flows is formed.
【請求項17】 半導体基板に形成され、上段となる第
1表面領域、下段となる第2表面領域及び上段と下段と
をつなぐ段差側面領域からなる段差部と、 前記半導体基板上に前記段差部を跨ぐように形成された
第1絶縁膜と、 前記第1絶縁膜上に前記段差部を跨ぐように形成された
浮遊ゲート電極と、 前記浮遊ゲート電極上に第2絶縁膜を介して形成され、
前記浮遊ゲート電極と容量結合する制御ゲート電極と、 前記第1表面領域における前記浮遊ゲート電極に対して
前記段差部と反対側の領域に形成されたソース領域と、 前記第2表面領域における前記浮遊ゲート電極の下側の
領域に形成されたドレイン領域と、 前記半導体基板における前記第1表面領域及び前記段差
側面領域に形成され、前記半導体基板の不純物濃度より
も高く且つ前記ドレイン領域と反対の導電型を有する不
純物領域とを備えた不揮発性半導体記憶装置において、 前記半導体基板に対して基板電圧を印加することによ
り、前記第1表面領域における前記浮遊ゲート電極の下
側部分から前記段差側面領域に向かってキャリアが流れ
るチャネル領域が形成されることを特徴とする不揮発性
半導体記憶装置。
17. A step portion formed on a semiconductor substrate, the step portion including an upper first surface region, a lower second surface region, and a step side surface region connecting the upper and lower steps, and the step portion on the semiconductor substrate. A first insulating film formed to extend over the floating gate electrode, a floating gate electrode formed on the first insulating film so as to extend over the step, and a second insulating film formed on the floating gate electrode. ,
A control gate electrode capacitively coupled to the floating gate electrode; a source region formed in a region of the first surface region opposite to the step portion with respect to the floating gate electrode; and a floating region in the second surface region. A drain region formed in a region below the gate electrode, a first surface region of the semiconductor substrate and the step side surface region, and a conductivity higher than an impurity concentration of the semiconductor substrate and opposite to the drain region. A non-volatile semiconductor memory device including an impurity region having a mold, a substrate voltage is applied to the semiconductor substrate to move from a lower portion of the floating gate electrode in the first surface region to the step side surface region. A non-volatile semiconductor memory device, wherein a channel region in which carriers flow toward is formed.
【請求項18】 半導体基板の上に第1絶縁膜を介して
制御ゲート電極を形成する第1の工程と、 前記半導体基板のソース形成領域をマスクすると共に、
前記制御ゲート電極をマスクとして前記半導体基板に第
1導電型の高濃度不純物をイオン注入することにより、
高濃度不純物領域を形成する第2の工程と、 前記ゲート電極の側面に絶縁膜からなるサイドウォール
を形成し、形成したサイドウォール、前記制御ゲート電
極をマスクとし且つ前記ソース形成領域をマスクして前
記半導体基板に対してエッチングを行なうことにより、
前記半導体基板に凹部を形成すると共に、前記半導体基
板に、前記サイドウォールの下側が上段となる第1表面
領域、前記凹部の底面が下段となる第2表面領域及び上
段と下段とをつなぐ段差側面領域からなる段差部を形成
する第3の工程と、 前記半導体基板の第2表面領域に対して第2導電型の低
濃度不純物を選択的にイオン注入を行なって、前記第2
表面領域に第2導電型の低濃度ドレイン領域を形成する
と共に、前記高濃度不純物領域における前記第1表面領
域の近傍、前記段差部の上側の角部及び前記段差側面領
域の近傍の導電型を反転することにより、前記高濃度不
純物領域からなり、前記第1表面領域及び段差側面領域
から間隔をおいて局在し且つ前記低濃度ドレイン領域と
隣接する空乏化規制層を形成する第4の工程と、 前記サイドウォールを除去した後、前記制御ゲート電極
の前記段差部側の側面、第1表面領域、段差側面領域及
び第2表面領域の上に第2絶縁膜を形成する第5の工程
と、 前記第2絶縁膜上に全面にわたって導体膜を堆積し、堆
積した導体膜に対してエッチングを行なうことにより、
前記段差部を跨ぐと共に、前記制御ゲート電極の段差部
側の側面と第2絶縁膜を介して容量結合し且つ前記第2
表面領域と第2絶縁膜を介して対向する浮遊ゲート電極
を自己整合的に形成する第6の工程と、 前記制御ゲート電極及び浮遊ゲート電極をマスクとし
て、前記半導体基板に対して第2導電型の不純物をイオ
ン注入することにより、前記第1表面領域に第2導電型
のソース領域を形成すると共に、前記第2表面領域に第
2導電型のドレイン領域を形成する第7の工程とを備え
ていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造
方法。
18. A first step of forming a control gate electrode on a semiconductor substrate via a first insulating film; masking a source formation region of the semiconductor substrate;
By implanting a high-concentration impurity of the first conductivity type into the semiconductor substrate using the control gate electrode as a mask,
A second step of forming a high-concentration impurity region, forming a sidewall made of an insulating film on a side surface of the gate electrode, using the formed sidewall, the control gate electrode as a mask, and the source formation region as a mask. By etching the semiconductor substrate,
A recess is formed in the semiconductor substrate, and a first surface region in which the lower side of the sidewall is an upper stage, a second surface region in which the bottom surface of the recess is a lower stage, and a step side surface connecting the upper stage and the lower stage are formed on the semiconductor substrate. A third step of forming a step portion formed of a region, and a step of selectively ion-implanting a second conductivity type low-concentration impurity into the second surface region of the semiconductor substrate to perform the second step.
A second-conductivity-type low-concentration drain region is formed in the surface region, and a conductivity type near the first surface region in the high-concentration impurity region, an upper corner of the step portion, and the step-side surface region is formed. A fourth step of forming a depletion control layer which is formed of the high-concentration impurity region and is localized by being inverted from the first surface region and the step side surface region and is adjacent to the low-concentration drain region. And a fifth step of forming a second insulating film on the side surface of the control gate electrode on the side of the step portion, the first surface region, the step side surface region, and the second surface region after removing the sidewall. By depositing a conductor film over the entire surface of the second insulating film and etching the deposited conductor film,
While straddling the step portion, the side surface of the control gate electrode on the step portion side is capacitively coupled via a second insulating film and the second
A sixth step of forming a floating gate electrode facing the surface region via a second insulating film in a self-aligned manner; and using the control gate electrode and the floating gate electrode as a mask, a second conductivity type with respect to the semiconductor substrate. Forming a second-conductivity-type source region in the first surface region and forming a second-conductivity-type drain region in the second surface region by ion-implanting the second impurity region. A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising:
【請求項19】 前記第2の工程は、前記高濃度不純物
領域を形成した後に、前記高濃度不純物領域に対して第
1導電型の不純物を再度イオン注入することにより、前
記高濃度不純物領域よりも拡散の深さが浅い第1導電型
の他の不純物領域を形成する工程を含み、 前記第4の工程は、前記段差部の上側の角部と前記空乏
化規制層との間に、前記他の不純物領域からなる高電界
形成層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項1
8に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
19. In the second step, after the high-concentration impurity region is formed, an impurity of a first conductivity type is ion-implanted into the high-concentration impurity region again to remove the impurity from the high-concentration impurity region. Also includes a step of forming another impurity region of the first conductivity type having a shallow diffusion depth, and the fourth step includes the step of forming the impurity region between the upper corner of the step and the depletion control layer. 2. A step of forming a high electric field forming layer made of another impurity region is included.
8. The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to item 8.
【請求項20】 前記第7の工程よりも後に、 前記浮遊ゲート電極の上に第3絶縁膜を堆積し、堆積し
た第3絶縁膜及び前記浮遊ゲート電極をマスクとして、
前記半導体基板に対して第2導電型の不純物をイオン注
入することにより、前記第2表面領域に前記ドレイン領
域よりも不純物濃度が大きい第2導電型の高濃度ドレイ
ン領域を形成する第8の工程をさらに備えていることを
特徴とする請求項18又は19に記載の不揮発性半導体
記憶装置の製造方法。
20. After the seventh step, a third insulating film is deposited on the floating gate electrode, and the deposited third insulating film and the floating gate electrode are used as a mask,
An eighth step of forming a second-conductivity-type high-concentration drain region having an impurity concentration higher than that of the drain region in the second surface region by ion-implanting a second-conductivity-type impurity into the semiconductor substrate. 20. The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 18, further comprising:
【請求項21】 前記第4の工程の後に、 前記制御ゲート電極から前記第2表面領域に至る領域を
マスクして、前記ソース形成領域に拡散深さが前記ソー
ス領域よりも深い第1導電型の不純物領域を形成する工
程をさらに備えていることを特徴とする請求項18〜2
0のうちのいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装
置の製造方法。
21. After the fourth step, a region from the control gate electrode to the second surface region is masked, and a diffusion depth in the source formation region is deeper than that in the source region. The method according to claim 18, further comprising the step of forming the impurity region of.
The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to any one of 0.
【請求項22】 半導体基板のドレイン形成領域に対し
て第1導電型の高濃度不純物を選択的にイオン注入する
ことにより、第1導電型の高濃度不純物領域を形成する
第1の工程と、 前記高濃度不純物領域における前記ソース形成領域側の
端部を除く領域に対して選択的にエッチングを行なうこ
とにより、前記半導体基板に凹部を形成すると共に、前
記半導体基板に、前記高濃度不純物領域の端部が上段と
なる第1表面領域、前記凹部の底面が下段となる第2表
面領域及び上段と下段とをつなぐ段差側面領域からなる
段差部を形成する第2の工程と、 前記半導体基板の第2表面領域に対して第2導電型の低
濃度不純物を選択的にイオン注入を行なって、前記第2
表面領域に第2導電型の低濃度ドレイン領域を形成する
と共に、前記高濃度不純物領域における前記第1表面領
域の近傍、前記段差部の上側の角部及び前記段差側面領
域の近傍の導電型を反転することにより、前記高濃度不
純物領域からなり、前記第1表面領域及び段差側面領域
から間隔をおいて局在し且つ前記低濃度ドレイン領域と
隣接する空乏化規制層を形成する第3の工程と、 前記半導体基板上に前記段差部を跨ぐように、第1絶縁
膜、浮遊ゲート電極、第2絶縁膜及び制御ゲート電極を
順次形成する第4の工程と、 前記制御ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板に
対して第2導電型の不純物をイオン注入することによ
り、前記ソース形成領域に第2導電型のソース領域を形
成すると共に、前記ドレイン形成領域に第2導電型のド
レイン領域を形成する第5の工程とを備えていることを
特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
22. A first step of forming a high-concentration impurity region of the first conductivity type by selectively ion-implanting a high-concentration impurity of the first conductivity type into a drain formation region of a semiconductor substrate, By selectively etching a region of the high-concentration impurity region other than the end portion on the source formation region side, a recess is formed in the semiconductor substrate and the high-concentration impurity region of the semiconductor substrate is formed. A second step of forming a step portion including a first surface area having an upper end at an end, a second surface area having a bottom surface of the recess as a lower step, and a step side surface area connecting the upper step and the lower step; The second conductivity type low-concentration impurity is selectively ion-implanted into the second surface region to remove the second impurity.
A second-conductivity-type low-concentration drain region is formed in the surface region, and a conductivity type near the first surface region in the high-concentration impurity region, an upper corner of the step portion, and the step-side surface region is formed. By inversion, a third step of forming a depletion control layer composed of the high-concentration impurity region, localized at a distance from the first surface region and the step side surface region, and adjacent to the low-concentration drain region. And a fourth step of sequentially forming a first insulating film, a floating gate electrode, a second insulating film and a control gate electrode on the semiconductor substrate so as to straddle the step portion, and using the control gate electrode as a mask, By implanting a second conductivity type impurity into the semiconductor substrate, a second conductivity type source region is formed in the source formation region and a second conductivity type is formed in the drain formation region. Method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device characterized by and a fifth step of forming a drain region.
【請求項23】 前記第1の工程は、前記高濃度不純物
領域を形成した後に、前記高濃度不純物領域に対して第
1導電型の不純物を再度イオン注入することにより、前
記高濃度不純物領域よりも拡散の深さが浅い第1導電型
の他の不純物領域を形成する工程を含み、 前記第3の工程は、前記段差部の上側の角部と前記空乏
化規制層との間に、前記他の不純物領域からなる高電界
形成層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項2
2に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
23. In the first step, after the high-concentration impurity region is formed, an impurity of a first conductivity type is ion-implanted again into the high-concentration impurity region to remove the high-concentration impurity region from the high-concentration impurity region. Also includes a step of forming another impurity region of the first conductivity type having a shallow diffusion depth, and the third step includes the step of forming the impurity region between the upper corner of the step and the depletion control layer. 3. The method according to claim 2, further comprising the step of forming a high electric field forming layer made of another impurity region.
2. The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to 2.
【請求項24】 前記第5の工程よりも後に、 前記制御ゲート電極の上に第3絶縁膜を堆積し、堆積し
た第3絶縁膜絶縁膜をエッチングして、前記浮遊ゲート
電極及び制御ゲート電極の側面にサイドウォールを形成
する第6の工程と、 前記制御ゲート電極及びサイドウォールをマスクとし
て、前記半導体基板に対して第2導電型の不純物をイオ
ン注入することにより、前記第2表面領域に前記ドレイ
ン領域よろも不純物濃度が大きい第2導電型の高濃度ド
レイン領域を形成する第7の工程とをさらに備えている
ことを特徴とする請求項22又は23に記載の不揮発性
半導体記憶装置の製造方法。
24. After the fifth step, a third insulating film is deposited on the control gate electrode, the deposited third insulating film insulating film is etched, and the floating gate electrode and the control gate electrode are formed. A sixth step of forming a side wall on the side surface of the semiconductor substrate, and ion-implanting a second conductivity type impurity into the semiconductor substrate using the control gate electrode and the side wall as a mask to form a second surface region on the second surface region. 24. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 22, further comprising a seventh step of forming a second-conductivity-type high-concentration drain region having a higher impurity concentration than the drain region. Production method.
【請求項25】 前記第3の工程の後に、 前記制御ゲート電極から前記第2表面領域に至る領域を
マスクして、前記ソース形成領域に拡散深さが前記ソー
ス領域よりも深い第1導電型の不純物領域を形成する工
程をさらに備えていることを特徴とする請求項22〜2
4のうちのいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装
置の製造方法。
25. After the third step, a region from the control gate electrode to the second surface region is masked, and a diffusion depth in the source formation region is deeper than that in the source region. 22. The method according to claim 22, further comprising the step of forming the impurity region of FIG.
5. The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to any one of items 4 to 4.
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