JPH03245575A - 半導体記憶装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体記憶装置及びその製造方法

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JPH03245575A
JPH03245575A JP2043224A JP4322490A JPH03245575A JP H03245575 A JPH03245575 A JP H03245575A JP 2043224 A JP2043224 A JP 2043224A JP 4322490 A JP4322490 A JP 4322490A JP H03245575 A JPH03245575 A JP H03245575A
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JP
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control gate
gate
floating gate
region
oxide film
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JP2043224A
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Natsuo Ajika
夏夫 味香
Hideaki Arima
有馬 秀明
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
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    • H01L29/788Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with floating gate
    • H01L29/7881Programmable transistors with only two possible levels of programmation
    • H01L29/7883Programmable transistors with only two possible levels of programmation charging by tunnelling of carriers, e.g. Fowler-Nordheim tunnelling

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は半導体記憶装置及びその製造方法に関するも
のである。
〔従来の技術〕
第19図は半導体記憶装置において、電気的にデータの
書き込み及び消去を行なう1つの半導体記憶素子(以下
、メモリセルと略す)を示す構造断面図で、図において
、(1)は濃度I X 10”cm−3、比抵抗lOΩ
・amのP型シリコン半導体基板、(2)はこのP型シ
リコン半導体基板(1)の一主面に形成された素子分離
領域としてのフィールド酸化膜、(3)はこのフィール
ド酸化膜(2)により分離された島状領域に、砒素を加
速電圧30〜40にeV、 ドーズ量4 X 10”c
m−”の条件でイオン注入を行ない形成された濃度1 
x 10”c13のn0型ドレイン領域、(4)はこの
n”型ドレイン領域(3)と同様に、前記フィールド酸
化膜(2)により分離された島状領域に、砒素を加速電
圧30〜40にeV、ドーズ量4 X 10I5CQI
−2の条件でイオン注入を行ない形成された濃度I X
 10”cm−3のれ+型ソース領域、(33)は前記
n+型トドレイン領域3)と前記n1型ソース領域(4
)との間に形成されたチャネル領域、(34)は前記チ
ャネル領域(33)上に形成された圧さ100人のゲー
ト酸化膜、(35)はこのゲート酸化膜(34)上に形
成された多結晶シリコン層から成るフローティングゲー
ト、(36)は前記フローティングゲート(35)上に
形成された層間酸化膜、(37)はこの層間酸化膜(3
6)上に形成された層間窒化膜、(38)はこの層間窒
化膜(37)上に形成された多結晶シリコン層から成る
コントロールゲート、(46)は前記フローティングゲ
ート(35)及び前記コントロールゲート、(38)を
含む前記P型シリコン半導体基板(1)の主面上全面に
形成されたPSG膜である。
第20図は第19図に示したメモリセルを備えた従来の
不揮発性半導体記憶装置(以下、EEPROMと略す)
の全体構成を示すブロック図で、図において、(18)
は電源入力端子Vcc、(39)は高圧電源入力端子V
PP、(40)は第19図に示したメモリセルAがマト
リクス状に複数個配置されたメモリセルアレイ、(21
)はXデコーダ、(22)はYデコーダ、(23)はY
ゲート、(24)は制御回路、(25)は入出力回路、
(26)は前記電源入力端子Vcc (1B)と前記高
圧電源入力端子Vpp (39)と前記メモリセルアレ
イ(40)と前記Xデコーダ(21)ないし前記入出力
回路(25)等が同一基板上に形成された半導体チップ
である。
次に、この様に構成された不揮発性半導体記憶装置の動
作について説明する。
メモリセルAへのデータの書き込みは、まず、高圧電源
入力端子VPP (39) に12−5Vが印加され、
この高圧電源入力端子Vpp (39)からコントロー
ルゲート(38)に115VがnI型トドレイン領域3
)に負荷抵抗を介して8vが供給される。一方、n0型
ソース領域(4)は接地され接地電位(GND)となる
。この時、n+リソース域(4)からn+ドレイン領域
(3)に向けて電子が移動し、チャネル領域(33)に
は0.5〜1mA程度の電流が流れる。
この時、流れる電子は、n+型型トレイ領領域3)近傍
の高電界により加速され、P型シリコン半導体基板(1
)の表面からゲート酸化膜(34)へのエネルギー障壁
3.2eVを超す高いエネルギーを得る。この高いエネ
ルギーを得た電子はホットエレクトロンと呼ばれ、その
一部はゲート酸化膜(34)の障壁を飛び越えてコント
ロールゲート(3B)の高電位(12,5V)に引かれ
てフローティングゲート(35)に注入される。フロー
ティングゲート(35)は電気的にマイナスの状態とな
り、この状態をデータのrQJに対応させている。
メモリセルからのデータの消去は、書き込みと同様、ま
ず、高圧電源入力端子Vpp (39)に12.5Vが
印加され、この高圧電源入力端子Vpp (39)から
n++ソース領域(4)に12.5Vが供給される。一
方、コントロールゲート(38)は接地され接地電位(
GND)となり、n◆型トドレイン領域3)はフローテ
ィング状態にされる。この時、フローティングゲート(
35)とn′″型ソース領域(4)との間のゲート酸化
膜(34)に高電界が発生し、ゲート酸化膜(34)の
エネルギー障壁は低くなり、フローティングゲート(3
5)からn1型ソース領域(4)の高電位(12,5v
)に引かれて電子が放出され、フローティングゲート(
35)とnゝ型リソース領域4)との間にはトンネル電
流と呼ばれる電流が流れる。この電流は70−ティング
ゲート(35)に蓄積されていた電荷量によるものだけ
なので、μA程度と非常に小さい。フローティングゲー
ト(35)は電荷の存在しない電気的に中性の状態とな
り、この状態をデータの「1」に対応させている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記のような従来の不揮発性半導体記憶装置(EEFR
OM)では、メモリセルAへのデータの書き込みにおい
て、フローティングゲート(35)へのホットエレクト
ロンの注入を利用しているが、注入されるホットエレク
トロンの飽和量は次式により算出されるフローティング
ゲート(35)の電位V、により決まる。
C1:フローティングゲート(35)−半導体基板(1
)間容量 C2:フローティングゲート(35)−コントロールゲ
ート(38)間容量 C3=フローティングゲート(35)−ドレイン領域(
3)間容量 vc:コントロールゲート(38)に供給される電位 ■。 =ドレイン領域(3)に供給される電位第19図
に示したメモリセルAへのデータの書き込みにおいては
、コントロールゲート(38)に12.5Vが、n+型
トドレイン領域3)に8vが供給され、フローティング
ゲート(35)の電位vFは約5■になる。このフロー
ティングゲート(35)の電位VPが約5Vの時には、
ホットエレクトロンの注入によりフローティングゲート
(35)から流れ出す電流はチャネル領域(33)を流
れる電流に比較して小さい。データの書き込みにはフロ
ーティングゲート(35)からは数mAの電流が必要で
あり、このため、チャネル領域(33)には数10mA
の電流を流す必要がある。しかしながら、電流供給能力
が数10mAの回路は大面積を必要とし、半導体チップ
(26)上に形成することは困難である。そこで、デー
タの書き込みに必要な電流を確保するために、コントロ
ールゲート(38)とn“型ドレイン領域(3)に供給
される高電位は、第20図に示したように半導体チップ
(26)上に形成された高圧電源入力端子Vpp (3
9)から直接供給することになる。このように、単一電
源での動作が不可能である。従って電源入力端子Vcc
 (18)と高圧電源入力端子vPP (39)の2電
源を備えたフラッシュ型EEPROMを用いてプリント
基板上のシステムを構成する場合、電源端子周辺の設計
・製造が複雑になる他、システムに組み込んだままの状
態でのプログラムやデータの書き換えが困難になる等、
非常に使いにくいという問題点があった。
さらに、メモリセルへのデータの書き込みにおいて、n
+型トドレイン領域3)近傍の高電界により加速され、
高いエネルギーを得たホットエレクトロンの一部は、シ
リコンの格子と衝突電離を起こし電子・正孔対な多数生
成する。生成された電子は、大部分がn9型ドレイン領
域(3)に流れ込むが、一部はアバランシェホットキャ
リアと呼ばれ、必ずしもゲート酸化膜(34)のエネル
ギー障壁を越えるエネルギーを持たなくとも、コントロ
ールゲート(38)の高電位に引かれてゲート酸化膜(
34)中に注入される。注入された電子はゲート酸化@
(34)中のトラップ準位に少しずつ捕獲される。この
トラップには、もともと正の電荷を持ったものと電気的
に中性のものがあり、正のトラップに電子が捕まると電
気的に中性になってしまい、中性のトラップに捕まる負
電荷が生じる。このため電子が捕まらない初期状態と比
べると、捕まった後のケート酸化膜(34)中の電荷は
負の方向に向かい、しきい値電圧は上昇してゲート酸化
膜(34)を劣化させる。一方、生成された正孔は、大
部分がP型シリコン半導体基板(1)を流れ基板電流と
なるが、一部は電子と同様にアバランシェホットキャリ
アと呼ばれ、ゲート酸化膜(34)中に注入される。注
入された正孔はP型シリコン半導体基板(1)とゲート
酸化膜(34)の境界面を通過することにより界面準位
を発生させ、相互コンダクタンスを低下させる。さらに
、この界面準位に電子が捕まり負電荷を増加させ、しき
い値電圧の上昇が進むと、ゲート酸化膜(34)の劣化
はその度合を増し、ついにはメモリセルとして正常な動
作を示さなくなり破壊を起こす。このように、従って従
来のフラッシュ型EEPROMにおいては、データの書
き換えによってゲート酸化膜(34)が劣化し破壊を起
こす状態のようになるので、メモリセルへのデータの書
き換え回数は102〜103回に制限され、非常に使い
にくいという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たものであり、単一電源で動作が可能で、かつ、データ
の書き換え回数の増大された半導体記憶装置を得ること
を目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係る半導体記憶装置は、ソース領域とドレイ
ン領域との間に形成される第1のチャネル領域上に第1
の絶縁膜を介して形成された第1のコントロールゲート
と、第2のチャネル領域上のソース領域側上の第2の絶
縁膜及び第1のコントロールゲートの表面上の第1の層
間絶縁膜を介して形成されたフローティングゲートと、
フローティングゲートの表面に対向して絶縁膜を介して
形成された第2のコントロールゲートと、第1及び第2
のコントロールゲートの第1ELび第2のチャネル領域
と直交する一端部間を接続し、フローティングゲートの
第1及び第2のチャネル領域に並行方向と直交する一端
面と絶縁膜を介して対向して形成された第3のコントロ
ールゲートとを備えたものである。
また、この発明に係るMOS型半導体記憶装置の製造方
法は、ソース領域とドレイン領域との間に形成される第
1のチャネル領域上に第1の絶縁膜を介して第1のコン
トロールゲートを、第2のチャネル領域上の第2の絶縁
膜及び第1のコントロールゲートの表面の上の第1の層
間絶縁膜を介してフローティングゲートをこのフローテ
ィングゲートの表面上に対向して絶縁膜を介して第3の
コントロールゲートをそれぞれ形成し、第1及び第2の
コントロールゲートの第1及び第2のチャネル領域と直
交する一端部間を接続し、かつ、フローティングゲート
の第1及び第2のチャネル領域と直交する端面と絶縁膜
を介して対向する第3のコントロールゲートを形成する
ものである。
(作用〕 上記のように構成された半導体記憶装置においては、第
1ないし第3のコントロールケートにて構成されるコン
トロールゲートがフローティングゲートの少なくとも表
面、裏面及び一端面と対向し、コントロールゲートとフ
ローティングゲートとの容量カップリングが大きく取れ
、データの書き込み時にフローティングゲートの電位を
押し上げるように機能する。
また、上記の様に構成された半導体記憶装置の製造方法
においては、第1のコントロールゲート、フローティン
グゲート及び第2のコントロールゲートを順次積層形成
し、第1及び第2のコントロールゲートの第1及び第2
のチャネル領域と直交する一端部を接続する第3のコン
トロールゲートを形成するため、複雑な製造工程を施す
ことなく、フローティングゲートを電気的に接続された
第1及び第2のコントロールゲートにて挟むように形成
せしめる。
〔実施例〕
第1図はこの発明の一実施例を示し、図において、(5
)は前記n4″型ドレイン領域(3)に隣接した領域に
、砒素を加速電圧150KeV、ドーズ量5 X 10
14cm−2の条件でイオン注入を行ない形成された濃
度1×1019CI11−3のn−型トレイン領域、(
6)は前記n1型ソース領域(4)と前記n−型ドレイ
ン(5)との間の前記n+型リソース領域4)側に形成
された第1チヤネル領域、(7)は前記n1型ソース領
域(4)と前記n型ドレイン領域(5)との間の前記n
−型ドレイン領域(5)側に前記第1チヤネル領域(6
)と隣接して形成された第2チヤネル領域で第1チヤネ
ル領域(7)とでメモリセルAとしてのチャネル領域を
形成する。(8)は前記第2チヤネル領域(7)上に形
成された厚さ100人のトンネル酸化膜、(9)は前記
P型シリコン半導体基板(1)の−主面の前言己フィー
ルド酸化膜(2)及び前記トンネル酸化膜(8)を除く
領域に形成された厚さ約300人の熱酸化膜、(10)
は前記第1チヤネル領域(6)上に前記熱酸化膜(9)
を介し、その一端が前記熱酸化膜(9)を介して前記n
+型リソース領域4)の一部の領域と里なり、前記第1
チヤネル領域(6)と直交する方向の両端が前B6 p
型シリコン半導体基板(1)の主面に前記フィールド酸
化@(2)を介して形成された多結晶シリコン層から成
るコントロールゲートの第1層目、(11)はこのコン
トロールゲートの第1層目(10)の表面及び前記第1
チヤネル領域(6)と直交する方向の側面に形成された
層間酸化膜、(12)はこの層間酸化膜(11)の表面
に形成された層間窒化膜、(13)は前記第2チヤネル
領域(7)上に前記トンネル酸化膜(8)を介し、前記
コントロールゲートの第1層目(10)の前記第1チヤ
ネル領域(6)と直交する方向の側面の内前記第2チャ
ネル領域(7)側の側面に前記層間酸化膜(11)を介
し、かつ、前記コントロールゲートの第1層目(10)
の表面の所定の領域に対向して前記層間酸化膜(11)
及び前記層間窒化膜(12)を介して形成された多結晶
シリコン層から成るフローティングゲート、(14)は
このフローティングゲート(13)のの表面及び全側面
に形成された層間酸化膜、(15)は前記層間酸化膜(
14)の表面に形成された層間窒化膜、(16)は前記
P型シリコン半導体基板(1)の一主面の前記コントロ
ールゲートの第1層目(10)及び前記フローティング
ゲート(13)が形成された領域を除く領域に前記熱酸
化膜(9)を介し、前記コントロールゲートの第1層目
(10)の前記第1チヤネル領域(6)と直交する方向
の側面の内前記N+型ソース領域(4)側の側面に前記
層間酸化膜(11)を介し、前記コントロールゲートの
第1層目(1o)の表面の内前記フローティングゲー)
(13)と重なり合わない領域に対向して前記層間酸化
膜(11)及び前記層間窒化膜(12)を介して形成さ
れ、前記フローティングゲート(13)の全側面に前記
層間酸化膜(14)を介し、前記フローティングゲート
(13)の表面に前記層間酸化膜(14’)及び前記層
間窒化膜(15)を介して形成され、かつ、前記第1チ
ヤネル領域(6)の延長方向にその両端が延在され前記
P型シリコン半導体基板(1)の−主面に前記フィール
ド酸化膜(2)を介して形成された多結晶シリコン層か
ら成るコントロールゲートの第2層目で、同一行に設け
られたメモリセルの二層目のコントロールゲートと一体
的に形成され、コントロール信号を伝達するコントロー
ルラインの一部である。(17)は前記P型シリコン半
導体基板(1)の−主面に前記フィールド酸化膜(2)
を介し、前記コントロールゲートの第1層目(10)及
び前記コントロールゲートの第2層目(16)の前記第
1チヤネル領域(6)と並行方向の側面を接続する多結
晶シリコン層から成るコントロールゲートの側壁部であ
る。
次に、上記のように構成された電気的にデータの書き込
み及び消去を行なうメモリセルの製造方法を第2図〜第
15図を用いて説明する。
まず、第2図に示すように、濃度1 x 10”cm−
3比抵抗10Ω・cIIのP型シリコン半導体基板(1
)の−主面上全面に、厚さ300人熱酸化膜(9)、シ
リコン窒化膜(41)、レジスト(42)を順に積層し
て形成する。
次に、第3図に示すように、素子を形成する領域上にレ
ジスト(42)のパターンが残るようにレジスト(42
)を写真蝕刻法によりパターニングする。続いて、レジ
スト(42)のパターンを用いてシリコン窒化膜(41
)のパターニングを行なう。その後、レジスト(42)
のパターンを除去する。
次に、第4図に示すように、パターニングされたシリコ
ン窒化膜(41)をマスクにしてP型シリコン半導体基
板(1)の−主面に選択的に酸化を行ない、フィールド
酸化膜(2)を形成する。
その後、シリコン窒化膜(41)を除去する。
次に、第5図に示すように、形成すべきソース/ドレイ
ン領域を除く熱酸化膜(9)上にレジスト(43)のパ
ターンを形成する。続いて、レジスト(43)のパター
ンをマスクにしてP型シリコン半導体基板(1)の−主
面に、砒素を加速電圧30〜40KeV1 ドーズ量4
 X 1015cm−2の条件でイオン注入を行ない、
濃度I X 10”cm−3のnゝ型トドレイン領域3
)及びn”型ソース領域(4)を形成する。その後、レ
ジスト(43)のパターンを除去する。
次に、第6図に示すように、P型シリコン半導体基板(
1)の−主面上全面にCVD法により多結晶シリコン層
を形成し、その一部が熱酸化膜(9)を介してn′″′
″−ス領域(4)の1部の領域上に残るように、n+型
型トレイ領領域3)とn′″′″−ス領域(4)を結ぶ
方向と直交する方向にエツチングを行ない、コントロー
ルゲートの第1層目(10)を形成する。続いて、コン
トロールゲートの第1層目(10)の表面及びn+型ト
ドレイン領域3)とn′″′″−ス領域(4)を結ぶ方
向と直交する方向の側面に層間酸化膜(11)を形成し
、この層間酸化膜(11)の上表面に層間窒化膜(12
)を形成する。ここで、n+型トドレイン領域3)とn
+型リソース領域4)との間のコントロールゲートの第
1層目(10)直下の領域を第1チヤネル領域(6)と
する。
次に、第7図に示すように、熱酸化膜(9)の内コント
ロールゲートの第1層目(10)か形成された領域を除
く領域をエツチングし、厚さ100人のトンネル酸化膜
(8)を形成する。
次に、第8図に示すように、P型シリコン半導体基板(
1)の−主面上全面にCVD法により多結晶シリコン層
を形成し、その一端が第1チヤネル領域(6)とn′″
型ドリドレイン領域)の間上のトンネル酸化膜(8)に
接し、層間酸化膜(11)を介してコントロールゲート
の第1層目(10)の第1チヤネル領域(6)と直交す
る方向の側面の内n0型ドレイン領域(3)側の側面に
残るように、かつ、層間酸化@(11)及び層間窒化膜
(12)を介してコントロールゲートの第1層目(10
)の表面の所定の領域に対向して残るようにエツチング
を行ない、フローティングゲート(13)を形成する。
ここで、n1型ドレイン領域(3)と第1チヤネル領域
(6)との間のフローティングゲート(13)直下の領
域を第1チヤネル領域(6)と隣接した第2チヤネル領
域(7)とする。
次に、第9図に示すように、形成すべき低濃度ドレイン
領域を除くP型シリコン半導体基板(1)の−主面上に
レジスト(44)のパターンを形成する。続いて、レジ
スト(44)のパターンをマスクにしてP型シリコン半
導体基板(1)の−主面に、砒素を加速電圧150Ke
V、ドーズ量5 X 10”c12の条件でイオン注入
を行ない、濃度I X 10”cm−”のn−型ドレイ
ン領域(5)を形成する。このn−型トレイン領域(5
)はn ″型トレイン領域(3)周辺でのリーク電流を
抑え、トンネル電流による電子の注入を助けることにな
る。その後、レジスト(44)のパターンを除去する。
次に、第10図に示すように、トンネル酸化膜(8)の
内フローティングゲート(13)が形成された領域を除
く領域上に再度、熱酸化膜(9)を、フローティングゲ
ート(13)の表面と全側面に層間酸化膜(14)を形
成し、この層間酸化膜(14)の上表面に層間窒化膜(
15)を形成する。
次に、第11図に示すように、P型シリコン半導体基板
(1)の−主面上全面にCVD法によりコントロールゲ
ートの第2層目(16)となる多結晶シリコン層を形成
する。
次に、第12図に示すように、フィールド酸化膜(2)
上において、コントロールゲートの第2層目(16)が
層間酸化膜(11)及び層間窒化膜(12)を介してコ
ントロールゲートの第1層目(10)と重なる部分を残
すように、コントロールゲートの第1層目(10)とコ
ントロールゲートの第2層目(16)を同時に第1チヤ
ネル領域(6)と並行方向にエツチングする。
次に、第13図に示すように、P型シリコン半導体基板
(1)の−主面上全面にCVD法により多結晶シリコン
層(45)を形成する。
次に、第14図に示すように、多結晶シリコン層(45
)の第1チヤネル領域(6)と並行方向の両端がフィー
ルド酸化膜(2)に接し1、コントロールゲートの第1
層目(10)とコントロールゲートの第2層目(16)
を接続する部分を残すように、かつ、フィールド酸化膜
(2)で隔てられた隣り合うコントロールゲート(図示
せず)と接することなく、多結晶シリコン層(45)を
エツチングし、コントロールゲートの側壁部(17)を
形成する。
次に、第15図に示すように、P型シリコン半導体基板
(1)の−主面上全面にPSG膜(46)を形成する。
ソノ後、PSG膜(46)にコンタクトホール(図示せ
ず)を設け、アルミニウム金属で配線を行なうと、電気
的に書き込み及び消去が可能なnチャネルのメモリセル
が完成する。
第1図のように構成されたメモリセルにおいては、第1
9図に示したメモリセルと比較して、層間酸化膜(11
)、(14)及び層間窒化膜(12)、(15)を介し
てフローティングゲート(13)とコントロールゲート
(1o)、(16)、(17)が接する面積は拡大し、
トンネル酸化膜(8)を介してフローティングゲート(
13)とP型シリコン半導体基板(1)が接する面積は
縮小する。このため、フローティングゲート−コントロ
ールゲート問答Ic2は増大し、フローティングゲート
−半導体基板間容量C1は減少して、コントロールゲー
ト(1o)、(16)、(17)がらフローティングゲ
ート(13)への容量カップリングが大きく取れること
になり、データの書き込み時にフローティングゲート(
13)の電位vl−を押し上げることになる。
したがって、メモリセルへのデータの書き込みにおいて
は、高電位(15V)がコントロールゲート(1o)、
(16)、(17)に供給され、n+型型トレイ領領域
3)とn++ソース領域(4)が接地され接地電位(G
ND)になると、フローティングゲート(13)の電位
vPは約10Vになり、n++ドレイン領域(3)から
れ−型ドレイン領域(5)を経てフローティングゲート
(13)に向けて電子が移動し、第2チヤネル領域(7
)には電流が流れ出す。フローティングゲート(13)
と第2チヤネル領域(7)との間のトンネル酸化膜(8
)には高電界が発生し、トンネル酸化膜(8)のエネル
ギー障壁は低くなり、第2チヤネル領域(7)に移動し
た電子はこのエネルギー障壁を飛び越えてコントロール
ゲート(10)、(16)、(17)の高電位(15V
)に引かれてフローティングゲート(13)に注入され
、フローティングゲート(13)は電気的にマイナスの
状態となる。ここで、フローティングゲート(13)と
n′″型ドリドレイン領域)との間にはトンネル電流(
μA)が流れる。この電流はフローティングゲート(1
3)へ蓄積する電荷量によるものだけなのでμA程度と
非常に小さな電流で十分であり、方、第1チヤネル領域
(6)には電流紘流れない。
また、メモリセルからのデータの消去には、高電位(1
5V)がn′″型ドリドレイン領域)に供給され、コン
トロールゲート(10) (16)   (17)が接地され接地電位(GND)
になり、n9型ソース領域(4)がフローティング状態
にされると、書き込みと同様、フローティングゲート(
13)と第2チヤネル領域(7)との間のトンネル酸化
膜(8″)に高電界が発生する。トンネル酸化膜(8)
のエネルギー障壁は低くなり、フローティングゲート(
13)に蓄積されていた電子はこのエネルギー障壁を飛
び越えてn+型トドレイン領域3)の高電位(15V)
に引かれて第2チヤネル領域(7)に放出され、フロー
ティングゲート(13)は電荷の存在しない電気的に中
性の状態となる。第2チヤネル領域(7)に放出された
電子はn−型ドレイン領域(5)を経てn+型トドレイ
ン領域3)に向けて移動する。ここで、フローティング
ゲート(13)とれ+型ドレイン領域(3)との間には
トンネル電流(μA)が流れる。この電流はフローティ
ングゲート(13)に蓄積されていた電荷量によるもの
だけなのでμA程度と非常に小さく、一方、第1チヤネ
ル領域(6)には電流は流れない。
すなわち、メモリセルへのデータの書き込みにおいて、
フローティングゲート(13)への電子の注入には消去
と同様、トンネル電流を利用しているので、第2チヤネ
ル領域(7)にμA程度の電流が流れるだけであり、一
方、n+型トドレイン領域3)からn−型ドレイン領域
(5)を経てn++ソース領域(4)に向けて移動する
電子は存在せず、第1チヤネル領域(6)及び第2チヤ
ネル領域(7)にてシリコンの格子と衝突電離を起こす
ことはない。
ゆえに、アバランシェホットキャリアは発生せず、トン
ネル酸化膜の劣化は抑えられ安定した状態を保つので、
メモリセルへのデータの書き換え回数は104〜lO5
回に向上し、使いやすいE E P ROMを得ること
ができる。
第16図は第1図に示したメモリセルを備えたEEPR
OMの全体構成を示すブロック図である。図において、
(19)は昇圧回路、(20)は第1図に示したメモリ
セルがマトリクス状に複数個配置されたメモリセルアレ
イであり、共に前記半導体チップ(26)上に形成され
る。
第17図(a)、(b)は第16図に示したEEFRO
Mに含まれる昇圧回路の構成を示す回路図であり、各々
、メモリセルへデータを書き込む時の回路図、メモリセ
ルからデータを消去する時の回路図である。図において
、(27)はMOS型トランジスタ、(28)は前記M
OS型トランジスタ(27)が多段に直列接続されたチ
ャージポンプ、(29)は前記MOS型トランジスタに
接続されたキャパシタ、(30a)。
(30b)は各々前記半導体チップ(26)内で発生さ
れるクロックφ、T、(31)は前記昇圧回路(19)
の出力、(32)は第1図に示したメモリセルである。
第17図(a)、(b)のように構成されたEEFRO
Mの内部回路においては、電流供給能力がμA程度のチ
ャージポンプ(28)に接続されたキャパシタ(29)
をクロック’i!1(30a)及びクロックφ(30b
)を用いて順次充電し、電源入力端子Vcc (18)
に供給される電源電位(5v)を15■にまで昇圧して
、この昇圧した電位とμA程度の電流を出力(31)に
発生する。このため、メモリセルアレイ(20)は昇圧
回路(19)から高電位と電流を供給されることになる
すなわち、データの書き込みにおいて、昇圧回路(19
)により電源電位(5v)から昇圧された高電位(15
V)がコントロールゲート(10)、(16)、(17
)に供給され、フローティングゲート(13)の電位■
、か10vになると共に、第2チヤネル領域(7)にμ
A程度の電流が供給されるので、トンネル電流を利用し
た電子の注入によるデータの書き込みを行なうことがで
きる。
ゆえに、電源入力端子Vcc (1B)に供給された電
源電位(5■)のみでデータの書き込み及び消去が行な
われるので、半導体チップ(26)上に高圧電源入力端
子Vpp (39)を設ける必要はなく、プリント基板
上のシステムを構成する場合、電源端子周辺の設計・製
造が容易になる他、システムに組み込んだままの状態で
のプログラムやデータの書き換えが容易になる等、使い
やすいEEPROMを得ることができる。
なお、上記実施例ではP型シリコン半導体基板(1)に
nチャネルのメモリセルを形成したものを示したが、P
型とn型の極性を逆にしてn型シリコン半導体基教にP
チャネルのメモリセルを形成したとしても、上記実施例
と同様の効果を得られるものである。
第18図はこの発明の第2の実施例を示すもので、不純
物濃度の高い(I X 10”c13) n++ドレイ
ン領域(3)のみでドレイン領域を形成したものであり
、上記実施例と同様の効果を奏するものである。
〔発明の効果〕
この発明は以上述べたように、ソース領域とドレイン領
域との間に形成される第1のチャネル領域上に第1の絶
縁膜を介して形成された第1のコントロールゲートと、
第2のチャネル領域上の第2の絶縁膜及び第1のコント
ロールゲート表面上の第2の絶縁膜を介して形成された
フローティングゲートとを有し、かつフローティングゲ
ート・の表面上に対向して第2の絶縁膜を介して形成さ
れたコントロールゲート並びに第1及び第2のコントロ
ールゲート第1及び第2のチャネル領域と直交する一端
部とを接続し、フローティングゲートの第1及び第2の
チャネル領域と直交する一端面に絶縁膜を介して対向し
て形成された第3のコントロールゲートを設けたものと
したので、コントロールゲートとフローティングゲート
間の容量を増大できるその結果、データの書き込みには
トンネル電流が利用できるとともに、アバランシェホッ
トキャリアによるトンネル酸化膜の劣化を抑制でき、デ
ータの書き換え回数の増大された半導体記憶装置が得ら
れるという効果を有するものである。
さらに、少ない電流によってデータの書き込みが可能で
あり、書き込みに際しての消費電流が少なくてすみ、し
かも書き込み用の高圧電源入力端子を不要にでき、単一
電源で動作が可能な電流供給源を小型化できる。その結
果、従来必要とした半導体記憶装置が得られるという効
果をも付随的に有するものである。
また、この発明の第2の発明は、第1のコントロールゲ
ート、フローティングゲート及び第2のコントロールゲ
ートを順次積層した後、第1及び第2のコントロールゲ
ートのチャネル領域と直交する一端部間を接続する第3
のコントロールゲートを形成するものとしたので、フロ
ーティングゲートとコントロールゲート間の容量増大を
製造容易にして簡単に形成できるという効果を有するも
のである。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す構造断面図及びその
側断面図並びに等価回路図、第2図ないし第15図は第
1図に示したものの製造工程を順次示す断面図、及びそ
の側断面図、第16図はこの発明の一実施例であるEE
FROMの全体構成を示すブロック図、第17図及び第
18図はそれぞれ第16図に示したものに含まれる昇圧
回路の構成を示す回路図、第19図はこの発明の第2の
実施例を示す構造断面図、第20図は従来のメモリセル
を示す構造断面図、第21図は第19図に示したものを
備えた従来のEEFROMの全体構成を示すブロック図
である。 図において、(1)はP型シリコン半導体基板、(3)
はn+型ヒトレイン領域(4)はn +型ソース領域、
(5)はn−型ドレイン領域、(6)は第1チヤネル領
域、(7)は第2チヤネル領域、(8)はトンネル酸化
膜、(10)はコントロールゲートの第1層目、(第1
のコントロールゲート)、(16)はコントロールゲー
トの第2層目(第2のコントロールゲート)、(17)
はコントロールゲートの側壁部(第3のコントロールゲ
ート)、(13)はフローティングゲート、(11)、
(14)は層間酸化膜、(12)、(15)は層間窒化
膜である。 なお、各図中、同一符号は同一 または相当部分を示す

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1導電型の半導体基板、この半導体基板の一主
    面に形成された第2導電型のソース領域、前記半導体基
    板の一主面に前記ソース領域から第1及び第2のチャネ
    ル領域を介して形成された第2導電型のドレイン領域、
    前記第1のチャネル領域上に第1の絶縁膜を介して形成
    される第1のコントロールゲート、前記第2のチャネル
    領域の上に第2の絶縁膜を介して形成された第1の部分
    とこの第1の部分から延在し、前記第1のコントロール
    ゲートの表面上に第1の層間絶縁膜を介して対向して形
    成された第2の部分とを有するフローティングゲート、
    このフローティングゲートの表面上に第2の層間絶縁膜
    を介して対向して形成された第2のコントロールゲート
    、この第2のコントロールゲートの前記第1及び第2の
    チャネル領域と直交する方向の一端部と前記第1のコン
    トロールゲートの前記第1及び第2のチャネル領域と直
    交する方向の一端部とに接続され、かつ前記フローティ
    ングゲートの前記第1及び第2のチャネル領域と直交す
    る方向の一端面と絶縁膜を介して対向して、形成された
    第3のコントロールゲートを備えたMOS型半導体記憶
    装置。
  2. (2)第1導電型の半導体基板の一主面に第2導電型の
    ソース領域と第2導電型のドレイン領域を第1及び第2
    のチャネル領域を介して形成する工程、前記第1のチャ
    ネル領域上に第1の絶縁膜を介して第1のコントロール
    ゲートを形成する工程、前記第2のチャネル領域上の第
    2の絶縁膜及び前記第1のコントロールゲート上の第1
    の層間絶縁膜上にフローティングゲートを形成する工程
    、前記フローティングゲートの表面に対向して第2の層
    間絶縁膜を介して第2のコントロールゲートを形成する
    工程、第1及び第2のコントロールゲートの前記第1及
    び第2のチャネル領域と直交する一端部間を接続する第
    3のコントロールゲートを形成する工程を備えたMOS
    型半導体記憶装置の製造方法。
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DE4105636A DE4105636A1 (de) 1990-02-22 1991-02-22 Elektrisch programmierbare nicht fluechtige halbleiterspeichereinrichtung und herstellungsverfahren dafuer
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Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03245575A (ja) * 1990-02-22 1991-11-01 Mitsubishi Electric Corp 半導体記憶装置及びその製造方法
US5198381A (en) * 1991-09-12 1993-03-30 Vlsi Technology, Inc. Method of making an E2 PROM cell with improved tunneling properties having two implant stages
US5449941A (en) * 1991-10-29 1995-09-12 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor memory device
US5712180A (en) * 1992-01-14 1998-01-27 Sundisk Corporation EEPROM with split gate source side injection
US7071060B1 (en) 1996-02-28 2006-07-04 Sandisk Corporation EEPROM with split gate source side infection with sidewall spacers
US5313421A (en) * 1992-01-14 1994-05-17 Sundisk Corporation EEPROM with split gate source side injection
US6222762B1 (en) * 1992-01-14 2001-04-24 Sandisk Corporation Multi-state memory
US5477068A (en) * 1992-03-18 1995-12-19 Rohm Co., Ltd. Nonvolatile semiconductor memory device
US5568418A (en) * 1992-09-30 1996-10-22 Sgs-Thomson Microelectronics S.R.L. Non-volatile memory in an integrated circuit
DE69227772T2 (de) * 1992-09-30 1999-06-24 St Microelectronics Srl Verfahren zur Herstellung von nichtflüchtigen Speichern und so hergestellte Speicher
EP0591599B1 (en) * 1992-09-30 2001-12-19 STMicroelectronics S.r.l. Method of fabricating integrated devices, and integrated device produced thereby
US5303187A (en) * 1992-12-28 1994-04-12 Yu Shih Chiang Non-volatile semiconductor memory cell
WO1994015363A1 (en) * 1992-12-28 1994-07-07 Yu Shih Chiang Non-volatile semiconductor memory cell
US5343424A (en) * 1993-04-16 1994-08-30 Hughes Aircraft Company Split-gate flash EEPROM cell and array with low voltage erasure
US5422504A (en) * 1994-05-02 1995-06-06 Motorola Inc. EEPROM memory device having a sidewall spacer floating gate electrode and process
US5416738A (en) * 1994-05-27 1995-05-16 Alliance Semiconductor Corporation Single transistor flash EPROM cell and method of operation
US5429969A (en) * 1994-05-31 1995-07-04 Motorola, Inc. Process for forming electrically programmable read-only memory cell with a merged select/control gate
US5498559A (en) * 1994-06-20 1996-03-12 Motorola, Inc. Method of making a nonvolatile memory device with five transistors
KR0144421B1 (ko) * 1994-07-18 1998-07-01 김주용 플레쉬 이.이.피.롬의 제조방법
US5498560A (en) * 1994-09-16 1996-03-12 Motorola, Inc. Process for forming an electrically programmable read-only memory cell
US5512503A (en) * 1994-11-23 1996-04-30 United Microelectronics Corporation Method of manufacture of a split gate flash EEPROM memory cell
US5445984A (en) * 1994-11-28 1995-08-29 United Microelectronics Corporation Method of making a split gate flash memory cell
KR0142604B1 (ko) * 1995-03-22 1998-07-01 김주용 플래쉬 이이피롬 셀 및 그 제조방법
US5879989A (en) * 1996-01-03 1999-03-09 Lg Semicon Co., Ltd. Method for fabricating nonvolatile memory device using disposable layer
US5668757A (en) * 1996-03-18 1997-09-16 Jeng; Ching-Shi Scalable flash eeprom memory cell and array
US6057575A (en) * 1996-03-18 2000-05-02 Integrated Memory Technologies, Inc. Scalable flash EEPROM memory cell, method of manufacturing and operation thereof
US5912843A (en) * 1996-03-18 1999-06-15 Integrated Memory Technologies, Inc. Scalable flash EEPROM memory cell, method of manufacturing and operation thereof
US5856943A (en) * 1996-03-18 1999-01-05 Integrated Memory Technologies, Inc. Scalable flash EEPROM memory cell and array
JP3268729B2 (ja) * 1996-06-27 2002-03-25 株式会社東芝 磁気ディスク装置及び磁気ディスク装置におけるエラー訂正方法
US6166409A (en) * 1996-09-13 2000-12-26 Alliance Semiconductor Corporation Flash EPROM memory cell having increased capacitive coupling
US5783473A (en) * 1997-01-06 1998-07-21 Mosel Vitelic, Inc. Structure and manufacturing process of a split gate flash memory unit
US5986922A (en) * 1997-09-30 1999-11-16 Alliance Semiconductor Method of and apparatus for increasing load resistance within an SRAM array
US6101129A (en) * 1999-04-14 2000-08-08 Advanced Micro Devices, Inc. Fast chip erase mode for non-volatile memory
US6288419B1 (en) * 1999-07-09 2001-09-11 Micron Technology, Inc. Low resistance gate flash memory
KR100387267B1 (ko) * 1999-12-22 2003-06-11 주식회사 하이닉스반도체 멀티 레벨 플래쉬 이이피롬 셀 및 그 제조 방법
US6621115B2 (en) 2001-11-06 2003-09-16 Integrated Memory Technologies, Inc. Scalable flash EEPROM memory cell with floating gate spacer wrapped by control gate
US7009244B2 (en) * 2003-07-02 2006-03-07 Integrated Memory Technologies, Inc. Scalable flash EEPROM memory cell with notched floating gate and graded source region
US7315056B2 (en) * 2004-06-07 2008-01-01 Silicon Storage Technology, Inc. Semiconductor memory array of floating gate memory cells with program/erase and select gates

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5546502A (en) * 1978-09-28 1980-04-01 Toshiba Corp Nonvolatile semiconductor memory
US4618876A (en) * 1984-07-23 1986-10-21 Rca Corporation Electrically alterable, nonvolatile floating gate memory device
JPS61181168A (ja) * 1985-02-07 1986-08-13 Nec Corp 不揮発性半導体記憶装置
JPS61216482A (ja) * 1985-03-22 1986-09-26 Nec Corp 不揮発性半導体記憶装置
US5014097A (en) * 1987-12-24 1991-05-07 Waferscale Integration, Inc. On-chip high voltage generator and regulator in an integrated circuit
US5231041A (en) * 1988-06-28 1993-07-27 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Manufacturing method of an electrically programmable non-volatile memory device having the floating gate extending over the control gate
JP2547622B2 (ja) * 1988-08-26 1996-10-23 三菱電機株式会社 不揮発性半導体記憶装置
JPH03245575A (ja) * 1990-02-22 1991-11-01 Mitsubishi Electric Corp 半導体記憶装置及びその製造方法
US5215933A (en) * 1990-05-11 1993-06-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of manufacturing nonvolatile semiconductor memory device

Also Published As

Publication number Publication date
DE4105636A1 (de) 1991-08-29
US5378643A (en) 1995-01-03
US5194925A (en) 1993-03-16

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