JP4040138B2 - Method for manufacturing nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

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Description

【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の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の不揮発性半導体記憶装置としては、以下に示すようなものがあった。
【0003】
図9はかかる従来の不揮発性半導体記憶装置の構造図であり、図9(a)はその平面図、図9(b)は図9(a)のA−A′線断面図、図9(c)は図9(a)のB−B′線断面図である。
【0004】
通常、P型シリコン基板1上に素子分離法を用いて能動領域2と素子分離領域3を形成する。そして、その能動領域2上に100Å程度の極薄シリコン酸化膜4を介して、その上にN型に不純物をドープされた第1の多結晶シリコン膜5、更に絶縁膜となる200Å程度のシリコン酸化膜6と、第2のゲートとなる多結晶シリコン膜7と、高融点金属膜8との積層膜の構造にする。また、その積層膜を一括にパターン形成した後に、自己整合的にAs+ を60keV、5×1015程度でイオン注入することにより、N型ソース領域9とN型ドレイン領域10を形成する。
【0005】
通常、N型ソース領域9は、図9(b)に示すように、2本のワード線となる複合膜7,8に挟まれる箇所に位置し、電気的には全てのメモリセルが共有する形態をとっている。一方、N型ドレイン領域10は2つのメモリセルで共有するようにコンタクト11部を介して金属配線12等で結線される。また、高融点金属膜8と金属配線12の間には電気的に絶縁するためのシリコン酸化膜13を10000Å程度堆積させる。その後は、一般的な保護膜(図示なし)を形成して不揮発性半導体メモリ素子が完成する。
【0006】
また、近年ではメモリセル縮小のために、ソース領域の形成方法にSAS(セルフ・アライン・ソース)を用いる場合が多い。それを以下に示す。作製手順は、積層膜のパターン形成までは前述と同様である。
【0007】
図10は従来の不揮発性半導体装置の構造図(その2)であり、図10(a)はその平面図、図10(b)は図10(a)のA−A′線断面図、図10(c)は図10(a)のB−B′線断面図、図10(d)は図10(a)のC−C′線断面図である。
このような積層膜パターン形成後の形状を、図11に示す。前述の従来例との違いはソース領域のパターンが能動領域2の形成時にはパターン形成されていない。したがって、この時点では、図11(a)に示すように、能動領域2は第2のゲートとなる多結晶シリコン膜7及び高融点金属膜8に直交するようなパターンになっている。
【0008】
その後、図11(b),図11(c)に示すように、ドレイン領域及びワード線7,8の一部を覆うようにホトレジストをパターニングした後、シリコン酸化膜を異方的にエッチングする。その時のエッチング条件はシリコン酸化膜とシリコン膜の選択性の良い条件を選ぶため、図11(d)に示すように、素子分離領域3と能動領域2のシリコン酸化膜が除去される。
【0009】
その後、前記ホトレジストを除去した後、自己整合的にAs+ を60keV 5×1015程度でイオン注入することにより、図10に示すように、N型ソース領域9とN型ドレイン領域10を形成する。
【0010】
ドレイン領域10は2つのメモリセルで共有するようにコンタクト11部を介して金属12配線等で結線される。また、高融点金属膜8と金属配線12の間には電気的に絶縁するためのシリコン酸化膜13を10000Å程度堆積させる。その後、一般的な保護膜(図示なし)を形成して不揮発性半導体メモリ素子を完成する。
【0011】
このSASを使用することにより、ソース領域9はワード線7,8に対して自己整合的に作製できるので、ソース領域9の能動領域2とワード線7,8との間にパターン合せのズレを見込んだ余裕をとる必要がないので、メモリセル面積を縮小できる。
【0012】
次に、一般的なメモリアレイのプログラムの時のバイアス条件とリード時のバイアス条件をそれぞれ図12と図13に示す。
【0013】
図12は従来の不揮発性半導体装置のプログラムバイアス条件を示す図、図13はその不揮発性半導体装置のリードバイアス条件を示す図である。
【0014】
バイアス条件については、前述した2つの従来例について共通なので1つの方法について説明する。
【0015】
プログラムはメモリセルを選択的にプログラムする必要があるので、メモリセルが共有しているソース領域ではなくドレイン領域に正の電圧を印加し、選択したワード線の電圧を負電圧にすることにより、ドレイン側に第1のゲート中の電子を引き抜く。この時にN型拡散層の濃度は5×1015cm-2以上であることが望ましい。
【0016】
一方、リードもドレイン領域に正の電圧を印加して選択したワード線の電圧を3V程度にすることにより、メモリセルのソース・ドレイン間の電流を検知し、センスできる以上の電流が検知できる場合をプログラム状態、逆に電流を検知できないレベルの時を消去(ERASE)状態とする。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の不揮発性半導体記憶装置では、図13(c)に示すように、リード時に同一ビット線を共有する非選択メモリ素子にも、ビット電圧が印加されることによって、選択されていないメモリセルのデータ(第1の多結晶シリコン中に蓄積された電子)が、極薄シリコン酸化膜をトンネリングして徐々に抜けていくために、保証使用年数の10年間を保証できないという問題点があった。
【0018】
本発明は、上記問題点を除去し、極薄シリコン酸化膜にかかる電界が小さくなり、第1のゲートからの電子の放出される量を減らすことができる不揮発性半導体記憶装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕P型半導体基板上にマトリクス状に配置され、それぞれが浮遊ゲート及び制御ゲートを有する複数のメモリ素子からなり、N型拡散領域で構成され、一方向に延長して設けられたソース領域と、このソース領域と平行し、かつ、前記ソース領域を挟むようにして設けられた制御ゲートからなるワード線と、このワード線を挟んで前記ソース領域と対向する位置に設けられたN型拡散領域で構成された複数のドレイン領域からなり、前記ワード線と交差する方向に延長して形成される複数のドレイン領域に電気的に接続された複数のビット線により構成され、かつ、メモリ素子の読み出し条件に選択ワード線とソース領域に正電圧を印加し、選択ビット線電位を接地し、非選択ワード線及び非選択ビット線をそれぞれ接地電位、フローティングにすることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、前記ワード線形成後に、このワード線に自己整合的にソース領域とドレイン領域にN型拡散層を形成する工程と、ホトレジストをマスクに、前記ドレイン領域に前記N型拡散層よりも高濃度のN型拡散層を形成する工程とを施すようにしたものである。
【0020】
〕上記〔1〕記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、前記浮遊ゲート形成のために第1の導電層を生成する工程と、この第1の導電層をホトレジストをマスクにビット線と平行にパターニングする工程と、ソース線の第1の導電層が除去された領域にN型拡散層を形成する工程と、制御ゲートとなる第2の導電層を生成する工程と、ワード線を形成する工程とを施すようにしたものである。
【0021】
〕P型半導体基板上にマトリクス状に配置され、それぞれが浮遊ゲート及び制御ゲートを有する複数のメモリ素子からなり、N型拡散領域で構成され、一方向に延長して設けられたソース領域と、このソース領域と平行し、かつ、前記ソース領域を挟むようにして設けられた制御ゲートからなるワード線と、このワード線を挟んで前記ソース領域と対向する位置に設けられたN型拡散領域で構成された複数のドレイン領域からなり、前記ワード線と交差する方向に延長して形成される複数のドレイン領域に電気的に接続された複数のビット線により構成され、かつ、メモリ素子の読み出し条件に選択ワード線とソース領域に正電圧を印加し、選択ビット線電位を接地し、非選択ワード線及び非選択ビット線をそれぞれ接地電位、フローティングにすることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、前記ワード線形成後に、ホトレジストをマスクにしてドレイン領域にN型拡散層を形成する工程と、前記ワード線に自己整合的にソース領域とドレイン領域に同時に前記N型拡散層よりも低濃度のN型拡散層を形成する工程と、前記ワード線の側面に絶縁膜からなる側壁膜を形成する工程と、前記側壁膜とワード線に対して自己整合的に前記ソース領域に形成されたN型拡散層よりも高濃度のN型拡散層を形成する工程とを施すようにしたものである。
【0022】
〕P型半導体基板上にマトリクス状に配置され、それぞれが浮遊ゲート及び制御ゲートを有する複数のメモリ素子からなり、N型拡散領域で構成され、一方向に延長して設けられたソース領域と、このソース領域と平行し、かつ、前記ソース領域を挟むようにして設けられた制御ゲートからなるワード線と、このワード線を挟んで前記ソース領域と対向する位置に設けられたN型拡散領域で構成された複数のドレイン領域からなり、前記ワード線と交差する方向に延長して形成される複数のドレイン領域に電気的に接続された複数のビット線により構成され、かつ、メモリ素子の読み出し条件に選択ワード線とソース領域に正電圧を印加し、選択ビット線電位を接地し、非選択ワード線及び非選択ビット線をそれぞれ接地電位、フローティングにすることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、前記ワード線形成後に、ホトレジストをマスクにソース領域に接したワード線に対して自己整合的に絶縁膜を除去し、ソース線を形成する工程と、前記ホトレジストをマスクにソース領域にN型拡散層を形成する工程と、ホトレジストをマスクにドレイン領域に前記ソース領域に形成されたN型拡散層濃度よりも高濃度のN型拡散層を形成する工程とを施すようにしたものである。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【0024】
まず、本発明の第1実施例について説明する。
【0025】
図1乃至図3は本発明の第1実施例を示す不揮発性半導体装置の製造工程断面図である。なお、右側は図9のB−B′線に対応した断面図、左側は図9のA−A′線に対応した断面図である。
【0026】
(1)まず、図1(a)に示すように、比抵抗20Ω・cm程度のP型シリコン基板31を用意する。
【0027】
(2)次に、図1(b)に示すように、通常のLOCOS法を用いて素子分離領域と能動領域を形成する。このとき素子分離酸化膜32は不揮発性半導体で使用される高い電圧に対しても十分素子分離できうる膜厚に設定する。例えば、1000℃のウエット酸化にて6000Å程度にする。その後、メモリセルのトンネル酸化膜になる極薄シリコン酸化膜33を、850℃のウエット酸化にて100Å生成する。
【0028】
(3)しかる後に、図1(c)に示すように、最終的にはメモリセルのデータ蓄積層となる第1のゲート34を、LPCVD法により、多結晶シリコン膜1000Å堆積させる。その後、その第1のゲート34にN型の不純物を導入するが、一般的にはP+ を20keV程度1×1015cm-2でイオン注入する。それから、第1のゲート34をメモリセルの所定の位置に配置するために、この時点ではワード線に直交する方向のみのパターン形成をする。第1のゲート34上にホトレジスト43を所望のパターンになるように露光し、多結晶シリコン膜(第1のゲート)34の一部を選択的にドライエッチングする。
【0029】
(4)しかる後に、図2(a)に示すように、ホトレジスト43を除去し、当該パターンが形成された第1のゲート34上に、950℃の熱酸化にて200Å程度の酸化シリコン膜35を形成する。この場合、酸化シリコン膜35の代わりに、酸化シリコン膜−窒化シリコン膜−酸化シリコン膜の3層構造の複合膜を用いるようにしてもよい。
【0030】
このときの条件としては、第1のゲート34上に950℃の熱酸化法にて、100Å程度酸化シリコン膜を生成し、その後、LPCVD法にて窒化シリコン膜を100Å堆積する。この後、1000℃のウエット酸化で当該窒化シリコン膜上に50Å程度の酸化シリコン膜を生成する。この時に、最終的な3層の複合膜の膜厚が酸化シリコン膜換算で200Åになる。その後、当該酸化シリコン膜35上に多結晶シリコン膜36を2000Å程度LPCVD法にて生成する。
【0031】
しかる後に、その多結晶シリコン膜36にPOC13 の拡散法により、5×1020cm3 のリンを拡散させる。これはこの多結晶シリコン膜36を含む膜を最終的にワード線として配線に用いるために必要である。その後、その多結晶シリコン膜36上に、タングステン等の高融点金属膜37をスパッタ法にて生成する。
【0032】
最終的には、この高融点金属膜37と多結晶シリコン膜36の複合膜がコントロールゲートとして機能するワード線となる。
【0033】
(5)その後、図2(b)に示すように、ワード線形成のために所望の位置にホトレジスト38を残すように露光し、第1のゲート34,酸化シリコン膜35,多結晶シリコン膜36,高融点金属膜37からなる積層膜を、選択的に異方性エッチングする。この時に、第1のゲート34はワード線方向にパターニングされるので、この時点で初めてフローティングゲートが形成されたことになる。
【0034】
(6)しかる後に、図2(c)に示すように、ホトレジスト38を除去し、ウエハ全面に900℃の熱処理により、高融点金属がシリサイド化されると同時に酸化されるため、熱酸化シリコン膜39を100Å程度生成する。
【0035】
(7)その後、図3(a)に示すように、そのワード線をマスクにしてイオン注入法により、リンを120keV,5×1013cm-2程度シリコン基板31中に注入する。この図3(a)では、ソース領域40aと、ドレイン領域40bの薄いN型の拡散層を同時に形成したことになる。
【0036】
(8)その後、図3(b)に示すように、ソース領域40aとワード線ゲート36,37の一部を覆うようにホトレジスト42をパターニングして、その後、イオン注入法により、砒素を40keV,5×1015cm-2注入し、前記N型拡散層(ドレイン領域40b)よりも高濃度の拡散層41を形成する。
【0037】
その後は、図示していないがホトレジスト42を除去して、中間絶縁膜となる酸化シリコン膜をLPCVD法にて堆積した後、所望の位置にコンタクトホールを形成してシリコンを含むAl膜をスパッタ法にて生成し、パターニング等を行う。その後は、保護膜となる窒化シリコン膜等を生成して、不揮発性メモリ素子が完成する。
【0038】
次に、本発明の不揮発性半導体装置のバイアス条件を説明する。
【0039】
図4は本発明の第1実施例の不揮発性半導体装置のリードバイアス条件を説明する図である。
【0040】
従来の方式と異なり、ソース線には1V程度のバイアスを印加する。あるメモリセルを選択する場合は、そのメモリセルのワード線の電圧を3V程度にし(この場合はVwl3)、選択ビットを0Vにする(この場合はVbit2)。非選択ワード線と非選択ビット線はそれぞれ0Vとオープンとする。これをマトリスク的に示したのが、図4(a)である。
【0041】
このときに選択セルにかかるバイアスは、図4(b)に示すようになる。
【0042】
一方、非選択セルには、図4(c)のようなバイアスがかかることになる。
【0043】
このように、第1実施例によれば、プログラム時に正の電位を印加する拡散層領域とリード時に電圧を印加する拡散層領域を別にし、かつ、リード時に電圧を印加する拡散層濃度を従来より低濃度にしたので、リード時に拡散層に印加される電圧は変わらないが、実効的に極薄シリコン酸化膜にかかる電界が小さくなり、第1のゲートからの電子の放出される量を減らすことができる。
【0044】
つまり、拡散層濃度を低濃度にしたことにより、リード時には第1ゲート直下のN型拡散層は、従来よりも空乏層が拡がり、そのために、極薄シリコン酸化膜にかかる電界が緩和される。
【0045】
次に、本発明の第2実施例について説明する。
【0046】
図5は本発明の第2実施例を示す不揮発性半導体装置の要部製造工程断面図である。なお、メモリセルにかかるリードバイアス条件は、第1実施例と同じである。
【0047】
製造方法は第1実施例の図1(a)〜図2(c)までは同一であるのでそれ以降について詳細に説明する。
【0048】
(1)図5(a)に示すように、最終的にドレインとなる領域とワード線の一部を覆うようにホトレジスト50をパターニングして残し、イオン注入法により、リンを120keV,5×1013cm-2程度シリコン基板31に注入する。この工程でソース領域51が形成される。
【0049】
(2)しかる後に、そのホトレジスト50を除去し、図5(b)に示すように、ソース領域51とワード線の一部を覆うようにパターニングされたホトレジスト52を残し、イオン注入法により、ドレイン領域53を生成する。イオン注入の条件は砒素を40keV,5×1015cm-2程度である。その後の工程である中間絶縁膜形成からは第1実施例と同様である。
【0050】
このように第2実施例によれば、ソース領域とドレイン領域を別々に形成するようにしたので、ドレイン領域はDDD構造ではなくシングルドレイン構造になるため、メモリセルの実効ゲート長を第1実施例より小さくすることができる。しかも、リード時の電荷抜け耐性については第1実施例と同等の効果が得られる。
【0051】
次に、本発明の第3実施例について説明する。
【0052】
図6は本発明の第3実施例を示す不揮発性半導体装置の要部製造工程断面図である。なお、メモリセル部の上面図を図6の右側に記載する。
【0053】
ただし、ここで、第1実施例の図1(a)〜(c)までは、この第3実施例と同一であるのでそれ以降の工程を説明する。
【0054】
(1)まず、図6(a)に示すように、第1のゲート34のパターニングを終了する。
【0055】
(2)その後に、図6(b)に示すように、第1のゲート34のパターニングに用いたホトレジスト60は除去せずに残しておき、イオン注入法により、砒素を40keV,5×1015cm-2程度注入する。この時点で砒素が注入されるのはソース線の一部だけである〔図6(b)のハッチング部参照〕。
【0056】
その後は、ホトレジスト60を除去し、第1実施例の図2(a)以降の製造工程に従う。
【0057】
このように第3実施例によれば、共通のソース領域の一部に高濃度のN型拡散層を形成するようにしたので、ソース領域の拡散層抵抗を小さくすることができ、リードのアクセススピードが向上する。しかも、メモリセルの第1のゲート34直下のN型拡散層濃度は低濃度のままに保持できるので、リード時の非選択セルの電荷抜け耐性は第1実施例と同等の効果が得られる。
【0058】
次に、本発明の第4実施例について説明する。
【0059】
この第4実施例は第2実施例と第3実施例を同時に行うものである。つまり、ソース線の一部に高濃度のN型拡散層を形成する〔図6(b)工程参照〕とともに、第2実施例での特徴である第1のゲート形成後に、N型のイオン注入を行い、ソース領域とドレイン領域を別々に形成する〔図5(a)及び図5(b)工程参照〕ようにしたものである。
【0060】
このように第4実施例によれば、ソース線の一部に高濃度のN型拡散層を形成することにより、ソース線拡散層抵抗を低減できるため、リード時のアクセスタイムを向上させることができ、しかも、ソース領域とドレイン領域を独立に生成できるので、ドレイン拡散層をシングルドレインにでき、実効ゲート長の短いセルサイズの縮小化を図ることができる。
【0061】
次に、本発明の第5実施例について説明する。
【0062】
図7は本発明の第5実施例を示す不揮発性半導体装置の要部製造工程断面図である。第1実施例の図1(a)〜図2(c)までは同一工程であるからそれ以降について詳細に説明する。
【0063】
(1)図7(a)に示すように、ワード線形成後、熱酸化シリコン膜39を100Å程度生成した後、ソース領域とワード線の一部を覆うようにパターニングされたホトレジスト70を残し、イオン注入法により、砒素を40keV,5×1015cm-2程度シリコン基板31に注入する。この時にドレイン領域71を形成する。
【0064】
(2)次いで、ホトレジスト70を除去し、図7(b)に示すように、ワード線をマスクに自己整合的にイオン注入法により、ソース領域72aとドレイン領域72bを形成する。この時のイオン注入条件は、リンを120keV,5×1014cm-2程度である。
【0065】
(3)その後、図7(c)に示すように、全面にLPCVD法によるPSG膜73を4000Å堆積させる。
【0066】
(4)次に、図7(d)に示すように、PSG膜73を異方的にエッチングすることにより、メモリセル側壁にPSG膜によるサイドウォール74を形成する。その後、そのサイドウォール74とワード線をマスクにして、砒素を40keV,5×1015cm-2程度注入することにより、ソース領域の一部に高濃度のN型拡散層領域75を形成する。
【0067】
その後は中間絶縁膜形成になるが、その工程以降は第1実施例に従う。
【0068】
このように第5実施例によれば、共通のソース領域に高濃度のN型拡散層を形成するようにし、かつ第1ゲート直下のN型拡散層濃度は低くすることができるので、リード時のデータ抜けは、第1実施例と同様に抑えることができ、しかもソース領域の拡散層抵抗が第1実施例や第2実施例に比較してさらに小さくなるため、さらにリード時のアクセススピードを向上させることができる。
【0069】
次に、本発明の第6実施例について説明する。
【0070】
図8は本発明の第6実施例を示す不揮発性半導体装置の要部製造工程断面図である。この実施例は、一般的なSAS構造のメモリセルの応用であるので、図10で示したような能動領域構造になっている。図8では図10のA−A′断面とC−C′断面とを示している。
【0071】
製造工程に関しては、第1実施例の図1(a)〜図2(b)までは同一であるのでそれ以降について詳細に説明する。
【0072】
(1)ワード線のパターニング後を、図8(a)に示す。
【0073】
(2)その後、図8(b)に示すように、最終的にドレインとなる領域とワード線の一部を覆うようにパターニングされたホトレジスト80を残す。その後、ソース線となる領域の酸化シリコン膜(素子分離酸化膜)32と33をワード線に対して自己整合的に形成するように異方的にエッチングする。この時のエッチング条件は、シリコンに対して選択性のよい条件を選択する。その後、ホトレジスト80は除去せずに、イオン注入法により、ソース領域81を形成する。イオン注入条件は、リン120keV,4×1015cm-2程度である。
【0074】
(3)しかる後に、図8(c)に示すように、ソース領域81とワード線の一部を覆うようにホトレジスト83を残し、イオン注入にてドレイン領域84を形成する。
【0075】
その後は、中間絶縁膜形成になるが、この工程以降は第1実施例と同様なのでそれに従う。
【0076】
このように、第6実施例によれば、一般的なSAS形成プロセスにおいても、新しくマスクステップを増やすことなく、メモリセルのゲート直下のソース拡散層濃度を低濃度に保つことができるので、リード時の電荷保持耐性を向上することができる。
【0077】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【0078】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【0079】
(A)半導体記憶装置のプログラム時に正の電位を印加する拡散層領域と、リード時に電圧を印加する拡散層領域を別にし、かつ、リード時に電圧を印加する拡散層濃度を従来より低濃度にするようにしたので、リード時に拡散層に印加される電圧は変わらないが、実効的に極薄シリコン酸化膜にかかる電界が小さくなり、第1のゲートからの電子の放出される量を減らすことができる。
【0080】
つまり、拡散層濃度を低濃度にしたことにより、リード時には第1ゲート直下のN型拡散層は、従来よりも空乏層が拡がり、そのために、極薄シリコン酸化膜にかかる電界が緩和される。
【0081】
(B)ソース領域とドレイン領域を別々に形成するようにしたので、ドレイン領域はDDD構造ではなくシングルドレイン構造になるため、メモリセルの実効ゲート長を上記(A)より小さくすることができる。しかも、リード時の電荷抜け耐性については上記(A)と同等の効果が得られる。
【0082】
(C)共通のソース領域の一部に高濃度のN型拡散層を形成するようにしたので、ソース領域の拡散層抵抗を小さくすることができ、リードのアクセススピードが向上する。しかも、メモリセルの第1のゲート直下のN型拡散層濃度は低濃度のままに保持することができるので、リード時の非選択セルの電荷抜け耐性は、上記(1)と同等の効果が得られる。
【0083】
(D)ソース線の一部に高濃度のN型拡散層を形成することにより、ソース線拡散層抵抗を低減できるので、リード時のアクセスタイムを向上させることができる。しかも、ソース領域とドレイン領域を独立に生成できるのでドレイン拡散層をシングルドレインにできるため、実効ゲート長が短くなり、セルサイズの縮小化を図ることができる。
【0084】
(E)共通のソース領域に高濃度のN型拡散層を形成するようにし、かつ、第1ゲート直下のN型拡散層濃度は低くすることができるので、リード時のデータ抜けは、上記(A)と同様に抑えることができる。しかも、ソース領域の拡散層抵抗が上記(A)や上記(B)に比較してさらに小さくなるため、さらにリード時のアクセススピードを向上させることができる。
【0085】
(F)一般的なSAS形成プロセスにおいても新しくマスクステップを増やすことなく、メモリセルのゲート直下のソース拡散層濃度を低濃度に保つことができるので、リード時の電荷保持耐性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例を示す不揮発性半導体装置の製造工程断面図(その1)である。
【図2】 本発明の第1実施例を示す不揮発性半導体装置の製造工程断面図(その2)である。
【図3】 本発明の第1実施例を示す不揮発性半導体装置の製造工程断面図(その3)である。
【図4】 本発明の第1実施例を示す不揮発性半導体装置のリードバイアス条件を説明する図である。
【図5】 本発明の第2実施例を示す不揮発性半導体装置の要部製造工程断面図である。
【図6】 本発明の第3実施例を示す不揮発性半導体装置の要部製造工程断面図である。
【図7】 本発明の第5実施例を示す不揮発性半導体装置の要部製造工程断面図である。
【図8】 本発明の第6実施例を示す不揮発性半導体装置の要部製造工程断面図である。
【図9】 従来の不揮発性半導体記憶装置の構造図(その1)である。
【図10】 従来の不揮発性半導体記憶装置の構造図(その2)である。
【図11】 従来の不揮発性半導体記憶装置の構造図(その3)である。
【図12】 従来の不揮発性半導体装置のプログラムバイアス条件を示す図である。
【図13】 従来の不揮発性半導体装置のリードバイアス条件を示す図である。
【符号の説明】
31 P型シリコン基板
32 素子分離酸化膜
33 極薄シリコン酸化膜
34 第1のゲート
35 酸化シリコン膜
36 多結晶シリコン膜
37 高融点金属膜
38 ホトレジスト
39 熱酸化シリコン膜
40a,51,72a,81 ソース領域
40b,53,71,72b,84 ドレイン領域
41 高濃度の拡散層
42,43,50,52,60,70,80,83 ホトレジスト
73 PSG膜
74 サイドウォール
75 高濃度のN型拡散層領域
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, this type of non-volatile semiconductor memory device includes the following.
[0003]
9A and 9B are structural views of such a conventional nonvolatile semiconductor memory device, in which FIG. 9A is a plan view, FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line AA 'of FIG. FIG. 9C is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG.
[0004]
Usually, an active region 2 and an element isolation region 3 are formed on a P-type silicon substrate 1 by using an element isolation method. Then, an ultra-thin silicon oxide film 4 having a thickness of about 100 mm is formed on the active region 2, a first polycrystalline silicon film 5 doped with an N-type impurity is further formed thereon, and a silicon film having a thickness of about 200 mm serving as an insulating film. A laminated film structure of an oxide film 6, a polycrystalline silicon film 7 serving as a second gate, and a refractory metal film 8 is formed. Also, after the laminated film is patterned in a batch, As + 60 keV, 5 × 10 15 N-type source region 9 and N-type drain region 10 are formed by ion implantation to the extent.
[0005]
Normal, N type As shown in FIG. 9B, the source region 9 is located at a position sandwiched between the composite films 7 and 8 serving as two word lines and is electrically shared by all the memory cells. Yes. on the other hand, N type The drain region 10 is connected by a metal wiring 12 or the like through a contact 11 so as to be shared by two memory cells. Further, a silicon oxide film 13 for electrical insulation is deposited between the refractory metal film 8 and the metal wiring 12 by about 10,000 mm. Thereafter, a general protective film (not shown) is formed to complete the nonvolatile semiconductor memory device.
[0006]
In recent years, in order to reduce memory cells, SAS (self-aligned source) is often used as a method for forming a source region. This is shown below. The production procedure is the same as described above until the pattern formation of the laminated film.
[0007]
FIG. 10 is a structural diagram (part 2) of a conventional nonvolatile semiconductor device, FIG. 10 (a) is a plan view thereof, FIG. 10 (b) is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 10 (c) is a sectional view taken along the line BB 'in FIG. 10 (a), and FIG. 10 (d) is a sectional view taken along the line CC' in FIG. 10 (a).
The shape after forming such a laminated film pattern 11 Shown in The difference from the above-described conventional example is that the pattern of the source region is not formed when the active region 2 is formed. So at this point, figure 11 As shown in FIG. 5A, the active region 2 has a pattern orthogonal to the polycrystalline silicon film 7 and the refractory metal film 8 which are the second gate.
[0008]
Then figure 11 (B), Figure 11 As shown in (c), after patterning the photoresist so as to cover the drain region and part of the word lines 7 and 8, the silicon oxide film is anisotropically etched. The etching conditions at that time are selected so that the silicon oxide film and the silicon film have good selectivity. 11 As shown in (d), the silicon oxide films in the element isolation region 3 and the active region 2 are removed.
[0009]
Then, after removing the photoresist, As + 60 keV 5 × 10 15 By implanting ions at a degree, 10 As shown in FIG. 2, an N-type source region 9 and an N-type drain region 10 are formed.
[0010]
The drain region 10 is connected by a metal 12 wiring or the like through a contact 11 so as to be shared by two memory cells. Further, a silicon oxide film 13 for electrical insulation is deposited between the refractory metal film 8 and the metal wiring 12 by about 10,000 mm. Thereafter, a general protective film (not shown) is formed to complete the nonvolatile semiconductor memory device.
[0011]
By using this SAS, the source region 9 can be produced in a self-aligned manner with respect to the word lines 7 and 8, so that the pattern alignment is shifted between the active region 2 of the source region 9 and the word lines 7 and 8. The memory cell area can be reduced because there is no need to allow for the expected margin.
[0012]
Next, bias conditions for programming a general memory array and bias conditions for reading are shown in FIGS. 12 and 13, respectively.
[0013]
FIG. 12 is a diagram showing program bias conditions of a conventional nonvolatile semiconductor device, and FIG. 13 is a diagram showing read bias conditions of the nonvolatile semiconductor device.
[0014]
Since the bias condition is common to the two conventional examples described above, one method will be described.
[0015]
Since the program needs to selectively program the memory cell, by applying a positive voltage to the drain region instead of the source region shared by the memory cell and making the voltage of the selected word line negative, The electrons in the first gate are extracted to the drain side. At this time, the concentration of the N-type diffusion layer is 5 × 10. 15 cm -2 The above is desirable.
[0016]
On the other hand, when a positive voltage is applied to the drain region and the voltage of the selected word line is set to about 3 V, the current between the source and drain of the memory cell is detected, and a current that can be detected can be detected. Is set to the program state, and conversely, when the current cannot be detected, it is set to the erase (ERASE) state.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional non-volatile semiconductor memory device described above, as shown in FIG. 13C, a non-selected memory element sharing the same bit line at the time of reading is selected by applying a bit voltage. The problem is that the memory cell data (electrons accumulated in the first polycrystalline silicon) cannot be guaranteed for 10 years of warranty because the tunneling through the ultra-thin silicon oxide film will gradually escape. was there.
[0018]
The present invention provides a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device that eliminates the above-described problems, reduces the electric field applied to the ultrathin silicon oxide film, and reduces the amount of electrons emitted from the first gate. The purpose is to do.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides
[1] A source region which is arranged in a matrix on a P-type semiconductor substrate, and which is composed of a plurality of memory elements each having a floating gate and a control gate, is constituted by an N-type diffusion region, and extends in one direction. A word line composed of a control gate provided parallel to the source region and sandwiching the source region, and an N-type diffusion region provided at a position facing the source region across the word line A plurality of bit regions electrically connected to a plurality of drain regions formed by extending in a direction intersecting with the word lines. Or Second, a positive voltage is applied to a selected word line and a source region as a memory element read condition, a selected bit line potential is grounded, and a non-selected word line and a non-selected bit line are grounded and floated, respectively. A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising: forming a N-type diffusion layer in a source region and a drain region in a self-aligned manner after forming the word line; and using the photoresist as a mask, the drain Higher concentration than the N-type diffusion layer in the region N type And a step of forming a diffusion layer.
[0020]
[ 2 A method of manufacturing a non-volatile semiconductor memory device according to the above [1], wherein a step of generating a first conductive layer for forming the floating gate and a bit line using the first conductive layer as a mask for a photoresist Patterning in parallel with the substrate, forming an N-type diffusion layer in a region where the first conductive layer of the source line is removed, generating a second conductive layer to be a control gate, and a word line And a forming step.
[0021]
[ 3 A source region arranged in a matrix on a P-type semiconductor substrate, each of which is composed of a plurality of memory elements each having a floating gate and a control gate, is composed of an N-type diffusion region, and extends in one direction; A word line composed of a control gate provided parallel to the source region and sandwiching the source region, and an N-type diffusion region provided at a position facing the source region across the word line. And a plurality of bit lines electrically connected to the plurality of drain regions formed extending in the direction intersecting the word line. Or Second, a positive voltage is applied to a selected word line and a source region as a memory element read condition, a selected bit line potential is grounded, and a non-selected word line and a non-selected bit line are grounded and floated, respectively. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising: forming a N-type diffusion layer in a drain region using a photoresist as a mask after forming the word line; and a source region and a drain region in a self-aligned manner with the word line And simultaneously forming an N-type diffusion layer having a lower concentration than the N-type diffusion layer, forming a sidewall film made of an insulating film on a side surface of the word line, and self-adhering to the sidewall film and the word line. And a step of forming an N-type diffusion layer having a higher concentration than that of the N-type diffusion layer formed in the source region in a consistent manner.
[0022]
[ 4 A source region arranged in a matrix on a P-type semiconductor substrate, each of which is composed of a plurality of memory elements each having a floating gate and a control gate, is composed of an N-type diffusion region, and extends in one direction; A word line composed of a control gate provided parallel to the source region and sandwiching the source region, and an N-type diffusion region provided at a position facing the source region across the word line. And a plurality of bit lines electrically connected to the plurality of drain regions formed extending in the direction intersecting the word line. Or Second, a positive voltage is applied to a selected word line and a source region as a memory element read condition, a selected bit line potential is grounded, and a non-selected word line and a non-selected bit line are grounded and floated, respectively. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, the method comprising: after forming the word line, removing the insulating film in a self-aligned manner with respect to the word line in contact with the source region using a photoresist as a mask, and forming the source line; Forming a N-type diffusion layer in the source region using the photoresist as a mask, and forming an N-type diffusion layer having a higher concentration than the N-type diffusion layer concentration formed in the source region in the drain region using the photoresist as a mask. And a process.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0024]
First, a first embodiment of the present invention will be described.
[0025]
1 to 3 are cross-sectional views showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. The right side is a cross-sectional view corresponding to the line BB 'in FIG. 9, and the left side is a cross-sectional view corresponding to the line AA' in FIG.
[0026]
(1) First, as shown in FIG. 1A, a P-type silicon substrate 31 having a specific resistance of about 20 Ω · cm is prepared.
[0027]
(2) Next, as shown in FIG. 1B, an element isolation region and an active region are formed using a normal LOCOS method. At this time, the element isolation oxide film 32 is set to a film thickness that allows sufficient element isolation even for a high voltage used in a nonvolatile semiconductor. For example, the wet oxidation at 1000 ° C. is set to about 6000%. Thereafter, an ultrathin silicon oxide film 33 that will be a tunnel oxide film of the memory cell is formed by 100 ° C. wet oxidation at 850 ° C.
[0028]
(3) Thereafter, as shown in FIG. 1C, the first gate 34 which will eventually become the data storage layer of the memory cell is deposited by 1000 nm of the polycrystalline silicon film by the LPCVD method. After that, an N-type impurity is introduced into the first gate 34. + 1 × 10 about 20 keV 15 cm -2 Ion implantation. Then, in order to arrange the first gate 34 at a predetermined position of the memory cell, a pattern is formed only in the direction orthogonal to the word line at this time. A photoresist 43 is exposed on the first gate 34 so as to have a desired pattern, and a part of the polycrystalline silicon film (first gate) 34 is selectively dry-etched.
[0029]
(4) Thereafter, as shown in FIG. 2A, the photoresist 43 is removed, and a silicon oxide film 35 of about 200 mm is formed on the first gate 34 on which the pattern is formed by thermal oxidation at 950 ° C. Form. In this case, instead of the silicon oxide film 35, a composite film having a three-layer structure of silicon oxide film-silicon nitride film-silicon oxide film may be used.
[0030]
As a condition at this time, a silicon oxide film of about 100 第 is formed on the first gate 34 by a thermal oxidation method at 950 ° C., and then 100 シ リ コ ン of a silicon nitride film is deposited by an LPCVD method. Thereafter, a silicon oxide film of about 50 mm is formed on the silicon nitride film by wet oxidation at 1000 ° C. At this time, the film thickness of the final three-layer composite film becomes 200 mm in terms of silicon oxide film. Thereafter, a polycrystalline silicon film 36 is formed on the silicon oxide film 35 by LPCVD with a thickness of about 2000 mm.
[0031]
Thereafter, POC1 is added to the polycrystalline silicon film 36. Three 5 × 10 by the diffusion method of 20 cm Three To diffuse phosphorus. This is necessary in order to finally use the film including the polycrystalline silicon film 36 as a word line for wiring. Thereafter, a refractory metal film 37 such as tungsten is formed on the polycrystalline silicon film 36 by sputtering.
[0032]
Ultimately, the composite film of the refractory metal film 37 and the polycrystalline silicon film 36 becomes a word line that functions as a control gate.
[0033]
(5) Thereafter, as shown in FIG. 2B, exposure is performed so as to leave a photoresist 38 at a desired position for forming a word line, and a first gate 34, a silicon oxide film 35, and a polycrystalline silicon film 36 are left. The laminated film composed of the refractory metal film 37 is selectively anisotropically etched. At this time, since the first gate 34 is patterned in the word line direction, the floating gate is formed for the first time at this point.
[0034]
(6) Thereafter, as shown in FIG. 2 (c), the photoresist 38 is removed, and a heat of 900 ° C. is applied to the entire surface of the wafer. Because the refractory metal is silicided and oxidized at the same time by the treatment, A thermal silicon oxide film 39 of about 100 mm is formed.
[0035]
(7) Thereafter, as shown in FIG. 3A, phosphorus is 120 keV, 5 × 10 6 by ion implantation using the word line as a mask. 13 cm -2 About to be injected into the silicon substrate 31. In FIG. 3A, a thin N-type diffusion layer of the source region 40a and the drain region 40b is formed at the same time.
[0036]
(8) After that, as shown in FIG. 3B, the photoresist 42 is patterned so as to cover the source region 40a and a part of the word line gates 36, 37, and thereafter, arsenic is deposited at 40 keV, by ion implantation. 5 × 10 15 cm -2 Implantation is performed to form a diffusion layer 41 having a higher concentration than the N-type diffusion layer (drain region 40b).
[0037]
Thereafter, although not shown, the photoresist 42 is removed and a silicon oxide film serving as an intermediate insulating film is deposited by the LPCVD method. Then, a contact hole is formed at a desired position, and an Al film containing silicon is sputtered. And patterning or the like. Thereafter, a silicon nitride film or the like serving as a protective film is generated to complete the nonvolatile memory element.
[0038]
Next, bias conditions for the nonvolatile semiconductor device of the present invention will be described.
[0039]
FIG. 4 shows a non-volatile semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. Lead It is a figure explaining a bias condition.
[0040]
Unlike the conventional method, a bias of about 1 V is applied to the source line. When a certain memory cell is selected, the voltage of the word line of the memory cell is set to about 3V (in this case, Vwl3), and the selection bit is set to 0V (in this case, Vbit2). The unselected word line and the unselected bit line are set to 0 V and open, respectively. FIG. 4 (a) shows this as a matrix.
[0041]
The bias applied to the selected cell at this time is as shown in FIG.
[0042]
On the other hand, a non-selected cell is biased as shown in FIG.
[0043]
As described above, according to the first embodiment, the diffusion layer region to which a positive potential is applied at the time of programming and the diffusion layer region to which a voltage is applied at the time of reading are separated, and the diffusion layer concentration to which a voltage is applied at the time of reading is conventionally changed. Since the concentration is lower, the voltage applied to the diffusion layer at the time of reading does not change, but the electric field applied to the ultrathin silicon oxide film is effectively reduced and the amount of electrons emitted from the first gate is reduced. be able to.
[0044]
That is, by reducing the concentration of the diffusion layer, the depletion layer spreads more than the conventional depletion layer in the N-type diffusion layer immediately below the first gate at the time of reading.
[0045]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[0046]
FIG. 5 is a cross-sectional view of the main part manufacturing process of the nonvolatile semiconductor device showing the second embodiment of the present invention. Note that the memory cell Lead The bias condition is the same as in the first embodiment.
[0047]
Since the manufacturing method is the same in FIGS. 1A to 2C of the first embodiment, the subsequent steps will be described in detail.
[0048]
(1) As shown in FIG. 5A, a photoresist 50 is patterned and left so as to cover a region which will eventually become a drain and a part of the word line, and phosphorus is 120 keV, 5 × 10 6 by ion implantation. 13 cm -2 Implanted to the silicon substrate 31 to the extent. In this step, the source region 51 is formed.
[0049]
(2) After that, the photoresist 50 is removed, and as shown in FIG. 5B, the photoresist 52 patterned so as to cover a part of the source region 51 and the word line is left, and the drain is formed by ion implantation. A region 53 is generated. The ion implantation conditions are arsenic 40 keV, 5 × 10 15 cm -2 Degree. Subsequent steps are the same as in the first embodiment from the formation of the intermediate insulating film.
[0050]
As described above, according to the second embodiment, since the source region and the drain region are formed separately, the drain region has a single drain structure instead of the DDD structure, so that the effective gate length of the memory cell is set to the first embodiment. Can be smaller than the example. In addition, the same effect as that of the first embodiment can be obtained with respect to the resistance to charge loss during reading.
[0051]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
[0052]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the main part manufacturing process of the nonvolatile semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. A top view of the memory cell portion is shown on the right side of FIG.
[0053]
However, since FIGS. 1A to 1C of the first embodiment are the same as those of the third embodiment, the subsequent steps will be described.
[0054]
(1) First, as shown in FIG. 6A, the patterning of the first gate 34 is completed.
[0055]
(2) After that, as shown in FIG. 6B, the photoresist 60 used for patterning the first gate 34 is left without being removed, and arsenic is 40 keV, 5 × 10 6 by ion implantation. 15 cm -2 Inject about. At this time, arsenic is implanted only in a part of the source line (see the hatched portion in FIG. 6B).
[0056]
After that, the photoresist 60 is removed, and the manufacturing process after FIG. 2A of the first embodiment is followed.
[0057]
As described above, according to the third embodiment, since the high-concentration N-type diffusion layer is formed in a part of the common source region, the diffusion layer resistance of the source region can be reduced, and read access can be performed. Increases speed. In addition, since the concentration of the N-type diffusion layer immediately below the first gate 34 of the memory cell can be maintained at a low concentration, the same effect as that of the first embodiment can be obtained with respect to the charge loss resistance of the non-selected cells at the time of reading.
[0058]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
[0059]
In the fourth embodiment, the second and third embodiments are performed simultaneously. That is, a high-concentration N-type diffusion layer is formed in a part of the source line [see FIG. 6B], and N-type ion implantation is performed after the first gate formation, which is a feature of the second embodiment. Then, the source region and the drain region are separately formed (see the steps of FIGS. 5A and 5B).
[0060]
As described above, according to the fourth embodiment, the resistance of the source line diffusion layer can be reduced by forming the high-concentration N-type diffusion layer in a part of the source line, so that the access time at the time of reading can be improved. In addition, since the source region and the drain region can be generated independently, the drain diffusion layer can be made a single drain, and the cell size with a short effective gate length can be reduced.
[0061]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
[0062]
FIG. 7 is a cross-sectional view of the main part manufacturing process of the nonvolatile semiconductor device showing the fifth embodiment of the present invention. Since FIG. 1A to FIG. 2C of the first embodiment are the same step, the subsequent steps will be described in detail.
[0063]
(1) As shown in FIG. 7A, after the word line is formed, a thermal silicon oxide film 39 is formed about 100 mm, and then a photoresist 70 patterned so as to cover a part of the source region and the word line is left. Arsenic is 40 keV, 5 × 10 5 by ion implantation. 15 cm -2 Implanted to the silicon substrate 31 to the extent. At this time, the drain region 71 is formed.
[0064]
(2) Next, the photoresist 70 is removed, and as shown in FIG. 7B, a source region 72a and a drain region 72b are formed by ion implantation in a self-aligning manner using a word line as a mask. The ion implantation conditions at this time are as follows: phosphorus is 120 keV, 5 × 10 14 cm -2 Degree.
[0065]
(3) Thereafter, as shown in FIG. 7 (c), a 4000 PSG film 73 is deposited on the entire surface by the LPCVD method.
[0066]
(4) Next, as shown in FIG. 7D, the PSG film 73 is anisotropically etched to form a sidewall 74 of the PSG film on the side wall of the memory cell. Then, using the sidewall 74 and the word line as a mask, arsenic is 40 keV, 5 × 10 15 cm -2 By implanting to a certain extent, a high concentration N type diffusion layer region 75 is formed in a part of the source region.
[0067]
After that, an intermediate insulating film is formed, but the first and subsequent steps follow that step.
[0068]
As described above, according to the fifth embodiment, a high concentration N-type diffusion layer can be formed in the common source region, and the N-type diffusion layer concentration immediately below the first gate can be lowered. The data omission can be suppressed in the same manner as in the first embodiment, and the diffusion layer resistance in the source region is further reduced as compared with the first and second embodiments. Can be improved.
[0069]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.
[0070]
FIG. 8 is a cross-sectional view of the main part manufacturing process of the nonvolatile semiconductor device showing the sixth embodiment of the present invention. Since this embodiment is an application of a general SAS structure memory cell, it has an active region structure as shown in FIG. FIG. 8 shows an AA ′ section and a CC ′ section in FIG. 10.
[0071]
Regarding the manufacturing process, since FIGS. 1A to 2B of the first embodiment are the same, the subsequent steps will be described in detail.
[0072]
(1) FIG. 8A shows a pattern after word line patterning.
[0073]
(2) Thereafter, as shown in FIG. 8B, the photoresist 80 patterned so as to cover the region which will eventually become the drain and a part of the word line is left. Thereafter, the silicon oxide films (element isolation oxide films) 32 and 33 in the region to be the source line are anisotropically etched so as to be formed in a self-aligned manner with respect to the word line. As the etching condition at this time, a condition having good selectivity with respect to silicon is selected. Thereafter, the source region 81 is formed by ion implantation without removing the photoresist 80. The ion implantation conditions are phosphorus 120 keV, 4 × 10. 15 cm -2 Degree.
[0074]
(3) After that, as shown in FIG. 8C, the photoresist 83 is left so as to cover the source region 81 and a part of the word line, and the drain region 84 is formed by ion implantation.
[0075]
After that, the intermediate insulating film is formed, and this and subsequent steps are the same as those in the first embodiment, and therefore follow.
[0076]
Thus, according to the sixth embodiment, even in a general SAS formation process, the concentration of the source diffusion layer immediately below the gate of the memory cell can be kept low without newly increasing the mask step. The charge retention resistance at the time can be improved.
[0077]
In addition, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation is possible based on the meaning of this invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
[0078]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the following effects can be obtained.
[0079]
(A) A diffusion layer region to which a positive potential is applied during programming of a semiconductor memory device and a diffusion layer region to which a voltage is applied during reading are separated, and the concentration of the diffusion layer to which a voltage is applied during reading is made lower than before. As a result, the voltage applied to the diffusion layer at the time of reading does not change, but the electric field applied to the ultrathin silicon oxide film is effectively reduced and the amount of electrons emitted from the first gate is reduced. Can do.
[0080]
That is, by reducing the concentration of the diffusion layer, the depletion layer spreads more than the conventional depletion layer in the N-type diffusion layer immediately below the first gate at the time of reading.
[0081]
(B) Since the source region and the drain region are formed separately, the drain region has a single drain structure instead of the DDD structure, so that the effective gate length of the memory cell can be made smaller than the above (A). In addition, the same effect as the above (A) can be obtained with respect to the resistance to charge loss during reading.
[0082]
(C) Since the high-concentration N-type diffusion layer is formed in a part of the common source region, the diffusion layer resistance of the source region can be reduced, and the read access speed is improved. In addition, since the concentration of the N-type diffusion layer immediately below the first gate of the memory cell can be kept low, the charge removal resistance of the non-selected cell at the time of reading has the same effect as the above (1). can get.
[0083]
(D) Since the source line diffusion layer resistance can be reduced by forming a high-concentration N-type diffusion layer in a part of the source line, the access time at the time of reading can be improved. In addition, since the source region and the drain region can be generated independently, the drain diffusion layer can be made a single drain, so that the effective gate length is shortened and the cell size can be reduced.
[0084]
(E) Since a high-concentration N-type diffusion layer can be formed in a common source region and the N-type diffusion layer concentration immediately below the first gate can be lowered, It can be suppressed similarly to A). In addition, since the diffusion layer resistance of the source region is further reduced as compared with the above (A) and (B), the access speed at the time of reading can be further improved.
[0085]
(F) Even in a general SAS formation process, the concentration of the source diffusion layer immediately below the gate of the memory cell can be kept low without increasing the number of mask steps, thereby improving the charge retention resistance during reading. it can.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views (part 1) illustrating a manufacturing process of a nonvolatile semiconductor device according to a first embodiment of the invention. FIGS.
FIG. 2 is a manufacturing process cross-sectional view of the nonvolatile semiconductor device according to the first embodiment of the present invention (No. 2).
FIG. 3 is a manufacturing process cross-sectional view (No. 3) of the nonvolatile semiconductor device showing the first embodiment of the invention;
FIG. 4 shows a nonvolatile semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. Lead It is a figure explaining a bias condition.
FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views illustrating main steps of manufacturing a nonvolatile semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part manufacturing process of a nonvolatile semiconductor device showing a third embodiment of the invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of the essential part manufacturing process of a nonvolatile semiconductor device showing a fifth embodiment of the invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of the essential part manufacturing process of a nonvolatile semiconductor device showing a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a structural diagram (No. 1) of a conventional nonvolatile semiconductor memory device;
FIG. 10 is a structural diagram (No. 2) of a conventional nonvolatile semiconductor memory device.
FIG. 11 is a structure diagram (No. 3) of a conventional nonvolatile semiconductor memory device.
FIG. 12 is a diagram showing a program bias condition of a conventional nonvolatile semiconductor device.
FIG. 13 is a diagram showing a read bias condition of a conventional nonvolatile semiconductor device.
[Explanation of symbols]
31 P-type silicon substrate
32 Device isolation oxide film
33 Ultra-thin silicon oxide film
34 First gate
35 Silicon oxide film
36 Polycrystalline silicon film
37 refractory metal film
38 photoresist
39 Thermally oxidized silicon film
40a, 51, 72a, 81 Source region
40b, 53, 71, 72b, 84 Drain region
41 High concentration diffusion layer
42, 43, 50, 52, 60, 70, 80, 83 photoresist
73 PSG membrane
74 sidewall
75 High-concentration N-type diffusion layer region

Claims (4)

P型半導体基板上にマトリクス状に配置され、それぞれが浮遊ゲート及び制御ゲートを有する複数のメモリ素子からなり、N型拡散領域で構成され、一方向に延長して設けられたソース領域と、該ソース領域と平行し、かつ、前記ソース領域を挟むようにして設けられた制御ゲートからなるワード線と、該ワード線を挟んで前記ソース領域と対向する位置に設けられたN型拡散領域で構成された複数のドレイン領域からなり、前記ワード線と交差する方向に延長して形成される複数のドレイン領域に電気的に接続された複数のビット線により構成され、かつ、メモリ素子の読み出し条件に選択ワード線とソース領域に正電圧を印加し、選択ビット線電位を接地し、非選択ワード線及び非選択ビット線をそれぞれ接地電位、フローティングにすることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、
(a)前記ワード線形成後に、該ワード線に自己整合的にソース領域とドレイン領域にN型拡散層を形成する工程と、
(b)ホトレジストをマスクに、前記ドレイン領域に前記N型拡散層よりも高濃度のN型拡散層を形成する工程とを施すことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
A plurality of memory elements each arranged in a matrix on a P-type semiconductor substrate, each of which has a floating gate and a control gate, is composed of an N-type diffusion region, and extends in one direction; A word line composed of a control gate provided parallel to the source region and sandwiching the source region, and an N-type diffusion region provided at a position facing the source region across the word line a plurality of drain regions, is composed of a plurality of bit lines electrically connected to the plurality of drain regions formed by extending in a direction crossing the word lines, one or, select the read condition of the memory device A positive voltage is applied to the word line and the source region, the selected bit line potential is grounded, and the unselected word line and the unselected bit line are grounded and floated, respectively. It A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim,
(A) after forming the word line, forming an N-type diffusion layer in a source region and a drain region in a self-aligned manner with the word line;
(B) forming a N-type diffusion layer having a higher concentration than the N-type diffusion layer in the drain region using a photoresist as a mask.
請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、前記浮遊ゲート形成のために第1の導電層を生成する工程と、該第1の導電層をホトレジストをマスクにビット線と平行にパターニングする工程と、ソース線の第1の導電層が除去された領域にN型拡散層を形成する工程と、制御ゲートとなる第2の導電層を生成する工程と、ワード線を形成する工程とを施すことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。  2. The method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein a first conductive layer is formed for forming the floating gate, and the first conductive layer is parallel to a bit line using a photoresist as a mask. Patterning, forming an N-type diffusion layer in the region of the source line where the first conductive layer is removed, forming a second conductive layer to be a control gate, and forming a word line A process for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device. P型半導体基板上にマトリクス状に配置され、それぞれが浮遊ゲート及び制御ゲートを有する複数のメモリ素子からなり、N型拡散領域で構成され、一方向に延長して設けられたソース領域と、該ソース領域と平行し、かつ、前記ソース領域を挟むようにして設けられた制御ゲートからなるワード線と、該ワード線を挟んで前記ソース領域と対向する位置に設けられたN型拡散領域で構成された複数のドレイン領域からなり、前記ワード線と交差する方向に延長して形成される複数のドレイン領域に電気的に接続された複数のビット線により構成され、かつ、メモリ素子の読み出し条件に選択ワード線とソース領域に正電圧を印加し、選択ビット線電位を接地し、非選択ワード線及び非選択ビット線をそれぞれ接地電位、フローティングにすることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、
(a)前記ワード線形成後に、ホトレジストをマスクにしてドレイン領域にN型拡散層を形成する工程と、
(b)前記ワード線に自己整合的にソース領域とドレイン領域に同時に前記N型拡散層よりも低濃度のN型拡散層を形成する工程と、
(c)前記ワード線の側面に絶縁膜からなる側壁膜を形成する工程と、
(d)前記側壁膜とワード線に対して自己整合的に前記ソース領域に形成されたN型拡散層よりも高濃度のN型拡散層を形成する工程とを施すことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
A plurality of memory elements each arranged in a matrix on a P-type semiconductor substrate, each of which has a floating gate and a control gate, is composed of an N-type diffusion region, and extends in one direction; A word line composed of a control gate provided parallel to the source region and sandwiching the source region, and an N-type diffusion region provided at a position facing the source region across the word line a plurality of drain regions, is composed of a plurality of bit lines electrically connected to the plurality of drain regions formed by extending in a direction crossing the word lines, one or, select the read condition of the memory device A positive voltage is applied to the word line and the source region, the selected bit line potential is grounded, and the unselected word line and the unselected bit line are grounded and floated, respectively. It A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim,
(A) after forming the word line, forming a N-type diffusion layer in the drain region using a photoresist as a mask;
(B) forming an N-type diffusion layer having a lower concentration than the N-type diffusion layer simultaneously in the source region and the drain region in a self-aligned manner with the word line;
(C) forming a sidewall film made of an insulating film on a side surface of the word line;
(D) forming a N-type diffusion layer having a higher concentration than the N-type diffusion layer formed in the source region in a self-aligned manner with respect to the sidewall film and the word line; Manufacturing method of semiconductor memory device.
P型半導体基板上にマトリクス状に配置され、それぞれが浮遊ゲート及び制御ゲートを有する複数のメモリ素子からなり、N型拡散領域で構成され、一方向に延長して設けられたソース領域と、該ソース領域と平行し、かつ、前記ソース領域を挟むようにして設けられた制御ゲートからなるワード線と、該ワード線を挟んで前記ソース領域と対向する位置に設けられたN型拡散領域で構成された複数のドレイン領域からなり、前記ワード線と交差する方向に延長して形成される複数のドレイン領域に電気的に接続された複数のビット線により構成され、かつ、メモリ素子の読み出し条件に選択ワード線とソース領域に正電圧を印加し、選択ビット線電位を接地し、非選択ワード線及び非選択ビット線をそれぞれ接地電位、フローティングにすることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、
(a)前記ワード線形成後に、ホトレジストをマスクにソース領域に接したワード線に対して自己整合的に絶縁膜を除去し、ソース線を形成する工程と、
(b)前記ホトレジストをマスクにソース領域にN型拡散層を形成する工程と、
(c)ホトレジストをマスクにドレイン領域に前記ソース領域に形成されたN型拡散層濃度よりも高濃度のN型拡散層を形成する工程とを施すことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
A plurality of memory elements each arranged in a matrix on a P-type semiconductor substrate, each of which has a floating gate and a control gate, is composed of an N-type diffusion region, and extends in one direction; A word line composed of a control gate provided parallel to the source region and sandwiching the source region, and an N-type diffusion region provided at a position facing the source region across the word line a plurality of drain regions, is composed of a plurality of bit lines electrically connected to the plurality of drain regions formed by extending in a direction crossing the word lines, one or, select the read condition of the memory device A positive voltage is applied to the word line and the source region, the selected bit line potential is grounded, and the unselected word line and the unselected bit line are grounded and floated, respectively. It A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim,
(A) after forming the word line, removing the insulating film in a self-aligned manner with respect to the word line in contact with the source region using a photoresist as a mask, and forming the source line;
(B) forming an N-type diffusion layer in the source region using the photoresist as a mask;
And (c) forming a N-type diffusion layer having a concentration higher than that of the N-type diffusion layer formed in the source region in the drain region using a photoresist as a mask. Method.
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