JPH03250669A - Mos-type semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Mos-type semiconductor device and its manufacture

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Publication number
JPH03250669A
JPH03250669A JP2338537A JP33853790A JPH03250669A JP H03250669 A JPH03250669 A JP H03250669A JP 2338537 A JP2338537 A JP 2338537A JP 33853790 A JP33853790 A JP 33853790A JP H03250669 A JPH03250669 A JP H03250669A
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JP
Japan
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gate
insulating layer
gate electrode
semiconductor substrate
oxide film
Prior art date
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Pending
Application number
JP2338537A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeo Murakishi
村岸 武夫
Hidekazu Arima
有馬 英一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2338537A priority Critical patent/JPH03250669A/en
Publication of JPH03250669A publication Critical patent/JPH03250669A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B69/00Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices

Abstract

PURPOSE:To realize a MOS type semiconductor device provided with an LDD structure which is effective for suppressing the hot electron effect by making an interlayer insulating layer between a first gate electrode and a second gate electrode in a laminated structure and constituting the shape of the laminated insulating layer larger than the shape of the first gate electrode. CONSTITUTION:8-bit memory transistors 6 which are formed in series on a principal surface of a p-type silicon substrate 20 has a floating gate 14 formed on the principal surface via a first gate silicon oxide film (first gate insulating layer) 17 and a control gate 7 formed on the floating gate 14 via an interlayer insulating layer (second gate insulating layer) 25. The control gate 7 is formed longer in gate length than the floating gate 14. Further the p-type silicon substrate 20 comprises an impurity region in a so-called LDD structure comprising a highly concentrated n-type memory connection impurity diffusion layer 22 and a relatively low concentrated n-type impurity region 24 connected to the layer 22. Thus while this lead transistor 10 is operating, a hot carrier effect caused by a high electric field in the vicinity of a drain region can be suppressed.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、MOS型半導体装置に関し、特に二重ゲー
ト構造を備えたMOS)ランジスタの構造およびその製
造方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a MOS type semiconductor device, and more particularly to a structure of a MOS transistor with a double gate structure and a method of manufacturing the same.

[従来の技術およびその課題] MOSトランジスタを用いた半導体装置の1つとしてE
EPROM (Elcct+1cally Erasa
ble and P+og+amable Read 
0nly M!mory)がある。以下に、このEEP
ROMを例として従来の二重ゲート構造を有するMOS
トランジスタの構造およびその問題について説明する。
[Prior art and its problems] As one of the semiconductor devices using MOS transistors, E
EPROM (Elcct+1cally Erasa
ble and P+og+amable Read
0nly M! There is Below is this EEP
MOS with conventional double gate structure using ROM as an example
The structure of a transistor and its problems will be explained.

第9図は、一般に知られている従来の電気的情報の書込
消去か可能なEEPRO〜1を示すブロック図である。
FIG. 9 is a block diagram showing a generally known conventional EEPRO-1 capable of writing and erasing electrical information.

第9図を参照して、このEEPROMは、EEPROM
セルを含むメモリアレイ50と、外部からロウアドレス
信号を受取るロウアドレスバッファ51と、コラムアド
レス信号を受取るコラムアドレスバッファ52と、これ
らのアドレス信号をデコードし特定のメモリセルに接続
されたワード線およびビット線に電圧を与えるロウデコ
ーダ53およびコラムデコーダ54と、2つのデコーダ
により指定されたメモリセルにストアされた信号をYゲ
ート55を介して読出すセンスアンプ56と、読出され
た信号を出力するための出力バッファ57と、外部から
制御信号を受けて各部に与える制御信号人力バッファ5
8とを含む。
Referring to FIG. 9, this EEPROM is
A memory array 50 including cells, a row address buffer 51 that receives row address signals from the outside, a column address buffer 52 that receives column address signals, and word lines and memory cells that decode these address signals and are connected to specific memory cells. A row decoder 53 and a column decoder 54 apply voltages to the bit lines, a sense amplifier 56 reads out signals stored in memory cells designated by the two decoders via a Y gate 55, and outputs the read signals. and a control signal manual buffer 5 that receives control signals from the outside and gives them to each part.
8.

動作において、センスアンプ56はメモリセルにストア
された信号を増幅して比カバッファ57に与える。10
図は、第9図に示されているメモリアレイ50およびY
ゲート55の例を示す回路図である。
In operation, sense amplifier 56 amplifies the signal stored in the memory cell and provides it to ratio buffer 57. 10
The figure shows the memory array 50 and Y shown in FIG.
5 is a circuit diagram showing an example of a gate 55. FIG.

第10図を参照して、Yゲート55は、I10線59と
ビット線31との間に接続されたトランジスタ60と、
CG線61とコントロールゲート線62との間に接続さ
れたトランジスタ63とを含む。トランジスタ60およ
び63のゲートにYゲート信号Y2が与えられる。Yゲ
ート信号Y1が与えられるトランジスタも同様に接続さ
れている。
Referring to FIG. 10, Y gate 55 includes a transistor 60 connected between I10 line 59 and bit line 31;
A transistor 63 connected between a CG line 61 and a control gate line 62 is included. A Y gate signal Y2 is applied to the gates of transistors 60 and 63. The transistors to which the Y gate signal Y1 is applied are similarly connected.

メモリアレイ50では4ビツトのメモリセルが示されて
いる。1つのメモリセルはフローティングゲートを有す
るメモリトランジスタ6とゲートがワード線32に接続
され、メモリトランジスタ6にストアされた信号をビッ
ト線31に与える選択トランジスタ3とを含む。また、
他の選択トランジスタ3aは、ゲートがワード線32に
接続され、コントロールゲート線62の信号をメモリト
ランジスタ6のゲートに与えるよう接続される。
In memory array 50, 4-bit memory cells are shown. One memory cell includes a memory transistor 6 having a floating gate and a selection transistor 3 whose gate is connected to a word line 32 and which applies a signal stored in the memory transistor 6 to a bit line 31. Also,
Another selection transistor 3 a has a gate connected to the word line 32 and is connected to apply a signal from the control gate line 62 to the gate of the memory transistor 6 .

動作において、メモリトランジスタ6はそのフローティ
ングゲートに電子が蓄えられているか否かによって2値
の信号を記憶する。電子が蓄えられているとき、メモリ
トランジスタ6のしきい値電圧は高くなる。これにより
メモリトランジスタ6は読出動作においてオフする。電
子か蓄えられていないとき、メモリトランジスタ6のし
きい値電圧は負となる。これにより、メモリトランジス
タ6は読出動作においてオンする。
In operation, memory transistor 6 stores a binary signal depending on whether or not electrons are stored in its floating gate. When electrons are stored, the threshold voltage of memory transistor 6 becomes high. This turns off memory transistor 6 in the read operation. When no electrons are stored, the threshold voltage of the memory transistor 6 becomes negative. As a result, memory transistor 6 is turned on in a read operation.

接続からの続出のための電圧はトランジスタ60を介し
てビット線31に与えられ、この電圧がさらに選択トラ
ンジスタ3を介してメモリトランジスタ6に与えられる
。これにより、センスアンプにおいてメモリトランジス
タ6に電流が流れるか否かを検出することができ、した
がってメモリトランジスタ6にストアされた信号を読出
すことができる。
The voltage for the subsequent outgoing connection is applied to the bit line 31 via the transistor 60, and this voltage is further applied to the memory transistor 6 via the selection transistor 3. This allows the sense amplifier to detect whether or not current flows through the memory transistor 6, and therefore allows the signal stored in the memory transistor 6 to be read.

第11図は従来のフローティングゲートを有するE E
 F ROMの平面図である。第12図は第11図中の
切断線xn−xm線における断面構造を示す図である。
FIG. 11 shows E E with a conventional floating gate.
FIG. 3 is a plan view of F ROM. FIG. 12 is a diagram showing a cross-sectional structure taken along the cutting line xn-xm in FIG. 11.

第11図および第12図を参照して、EEPROMの構
造を説明する。
The structure of the EEPROM will be explained with reference to FIGS. 11 and 12.

E E P ROMは、p型シリコン半導体基板20の
主表面上に形成されたメモリトランジスタ6と、選択ト
ランジスタ3とを含む。メモリトランジスタ6は半導体
基板20の主表面上に形成されたドレイン領域となるト
ンネル不純物拡散層9と、ソース領域2とトンネル不純
物拡散層9上の所定の領域に形成された膜厚の薄いトン
ネル絶縁膜16と、少なくともトンネル絶縁膜16を含
む領域で半導体基板20上に絶縁膜17を介して形成さ
れるポリシリコンからなるフローティングゲート14と
、フローティングゲート14上に層間酸化シリコン膜1
5を介して形成されるコントロールゲート7とを含む。
The EEPROM includes a memory transistor 6 formed on the main surface of a p-type silicon semiconductor substrate 20 and a selection transistor 3. The memory transistor 6 includes a tunnel impurity diffusion layer 9 formed on the main surface of a semiconductor substrate 20 and serving as a drain region, and a thin tunnel insulating film formed in a predetermined region on the source region 2 and the tunnel impurity diffusion layer 9. a floating gate 14 made of polysilicon formed on the semiconductor substrate 20 via the insulating film 17 in a region including at least the tunnel insulating film 16; and an interlayer silicon oxide film 1 on the floating gate 14.
5 and a control gate 7 formed through the control gate 5.

コントロールゲート7とフローティングゲート14とそ
の間の層間酸化シリコン膜15とは互いに重なり合った
領域において容量を形成する。フローティングゲート1
4と接続用不純物拡散層5に接続されたトンネル不純物
拡散層9と、トンネル絶縁膜16とは、容量を形成する
。さらに、トンネル絶縁膜16を除いた領域において、
フローティングゲート14と半導体基板20とトンネル
絶縁膜16付近の絶縁膜とが容量を形成する。フローテ
ィングゲート14は電荷を蓄積する。コントロールゲー
ト7と接続用不純物拡散5との間に印加される電圧に応
じてトンネル絶縁膜16を介してフローティングゲート
14とトンネル不純物拡散層9との間で電荷の放出/注
入が行なわれる。選択トランジスタ3は、半導体基板2
0の表面上に間を隔てて形成された接続用不純物拡散層
5およびドレイン領域1と、その間に形成されたワード
線となる選択ゲート電極4とを含む。選択ゲート電極4
と半導体基板20の主表面との間には選択ゲート酸化シ
リコン膜13が形成されている。ドレイン領域1はコン
タクトホール11を介してビット線31に接続される。
The control gate 7, the floating gate 14, and the interlayer silicon oxide film 15 between them form a capacitor in the region where they overlap each other. floating gate 1
4, the tunnel impurity diffusion layer 9 connected to the connecting impurity diffusion layer 5, and the tunnel insulating film 16 form a capacitor. Furthermore, in the region excluding the tunnel insulating film 16,
The floating gate 14, the semiconductor substrate 20, and the insulating film near the tunnel insulating film 16 form a capacitor. Floating gate 14 stores charge. Charges are released/injected between the floating gate 14 and the tunnel impurity diffusion layer 9 via the tunnel insulating film 16 in accordance with the voltage applied between the control gate 7 and the connection impurity diffusion layer 5 . The selection transistor 3 is connected to the semiconductor substrate 2
0, a connecting impurity diffusion layer 5 and a drain region 1 are formed at intervals on the surface of the cell 0, and a selection gate electrode 4 forming a word line is formed therebetween. Selection gate electrode 4
A selection gate silicon oxide film 13 is formed between the main surface of the semiconductor substrate 20 and the main surface of the semiconductor substrate 20 . Drain region 1 is connected to bit line 31 via contact hole 11 .

次に、EEFROMの動作を説明する。EEPROMは
続出、消去、書込の3つの基本的動作モードを有する。
Next, the operation of the EEFROM will be explained. EEPROMs have three basic modes of operation: read, erase, and write.

以下の表はフローティングゲート14に情報電荷を書込
んだり消去したりあるいは読出したりするときの各要素
に印加される電圧を示したものである。
The table below shows the voltages applied to each element when writing, erasing, or reading information charges to the floating gate 14.

■PPはプログラム電圧であり、VFはフローティング
時の電位であり、■。、VEは各動作時のフローティン
グゲート14の電位を示す。
■PP is the program voltage, VF is the potential when floating, and ■. , VE indicate the potential of the floating gate 14 during each operation.

上記の表に示したように、続出時には5vが選択ゲート
電極4に印加され、2■がビットライン31に印加され
、コントロールゲート7とソースライン12が接地され
る。
As shown in the above table, in the case of continuous output, 5V is applied to the selection gate electrode 4, 2V is applied to the bit line 31, and the control gate 7 and source line 12 are grounded.

メモリセルの消去時には、Vppが選択ゲート電極4に
印加され、ビットライン31およびソースライン12が
接地される。この消去サイクルにおいて、フローティン
グゲート14上に正の電荷が印加される。
When erasing a memory cell, Vpp is applied to selection gate electrode 4, and bit line 31 and source line 12 are grounded. During this erase cycle, a positive charge is applied onto the floating gate 14.

書込時には、Vppか選択ゲート電極4とビットライン
31に印加され、コントロールゲート7か接地され、ソ
ースライン12はフローティング状態にされる。これに
よってフローティングゲート14から負の電荷が引き抜
かれる。
During writing, Vpp is applied to the selection gate electrode 4 and the bit line 31, the control gate 7 is grounded, and the source line 12 is placed in a floating state. As a result, negative charges are extracted from the floating gate 14.

このようなEEPROMにおいて、記憶容量の増大を目
指した技術開発が進められている。すなわち、EEFR
OMの高集積化が押し進められ、素子構造が微細化され
てきている。素子構造の微細化において、1つの障害と
なる現象にホットエレクトロン効果がある。これは、M
O8型電界効果トランジスタの微細化に伴って顕在化し
たもので、ホットエレクトロンと称される電子がゲート
酸化膜中へ注入される現象をいう。すなわち、トランジ
スタ構造の微細化により、特にドレイン近傍で高電界が
発生し、衝突電離によって生じた電子が部分的にゲート
酸化膜中のトラップに捕獲されて負電荷として作用する
ようになる。この負電荷の影響によりトランジスタのし
きい値電圧の変動、あるいはチャネルコンダクタンスの
低下といった信頼性の低下を招いている。EEFROM
の微細化においても、たとえば第12図中に示されるリ
ードトランジスタ10においても同様なホットエレクト
ロン効果の発生が予測される。そして、このホットエレ
クトロン効果によりリードトランジスタ10のしきい値
電圧の変動などが生じた場合、記憶情報の読出時におい
て、リードトランジスタ10の誤動作を生じるおそれが
ある。リードトランジスタ10の誤動作は、メモリとし
ての信頼性を阻害し、EEPROMにとって致命的な問
題となる。なお、現状では、EEFROMにおいてはリ
ードトランジスタ10に生じるホットエレクトロン効果
はそれほど大きな問題とはなっていない。しかしながら
、将来的にEEPROMのメモリセル構造が高集積化に
向かっていることに鑑み、このホットエレクトロン効果
による弊害は太き問題となることが予測し得る。また、
このEEFROMに限らず、二重ゲート構造を有するM
OSトランジスタにおいても素子構造の微細化に伴うホ
ットエレクトロン効果の顕在化は大きな問題となる。
In such EEPROMs, technological development is underway with the aim of increasing the storage capacity. That is, EEFR
OMs are becoming more highly integrated, and element structures are becoming finer. One of the phenomena that poses an obstacle in the miniaturization of device structures is the hot electron effect. This is M
This phenomenon has become apparent with the miniaturization of O8 field effect transistors, and refers to a phenomenon in which electrons called hot electrons are injected into the gate oxide film. That is, as the transistor structure becomes finer, a high electric field is generated particularly near the drain, and electrons generated by impact ionization are partially captured by traps in the gate oxide film and act as negative charges. The influence of this negative charge causes a decrease in reliability, such as a fluctuation in the threshold voltage of the transistor or a decrease in channel conductance. EEFROM
With the miniaturization of semiconductor devices, it is predicted that a similar hot electron effect will occur, for example, in the read transistor 10 shown in FIG. If the hot electron effect causes a change in the threshold voltage of the read transistor 10, there is a possibility that the read transistor 10 malfunctions when reading stored information. Malfunction of the read transistor 10 impairs reliability as a memory and becomes a fatal problem for the EEPROM. Note that, at present, in the EEFROM, the hot electron effect occurring in the read transistor 10 is not a big problem. However, in view of the fact that memory cell structures of EEPROMs will become more highly integrated in the future, it can be predicted that the adverse effects caused by the hot electron effect will become a serious problem. Also,
Not limited to this EEFROM, M with double gate structure
In OS transistors as well, the emergence of hot electron effects due to miniaturization of device structures poses a major problem.

なお、MO8型電界効果トランジスタの分野においては
、このホットエレクトロン効果を防止するための構造と
して、いわゆるLDD (L i ght ly  D
oped  Dra in)構造などが一般に知られて
いる。また、EPROMにおいては、別の目的のために
LDD構造に類似する構造を適用したものとして、たと
えば特開昭62−140472号公報に示されるものが
ある。
In the field of MO8 field effect transistors, the so-called LDD (Lightly D
(opened drain) structure and the like are generally known. Furthermore, in the EPROM, there is an EPROM to which a structure similar to the LDD structure is applied for another purpose, as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 140472/1983.

したがって、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、ホットエレクトロン対策として
のLDD構造を備えたMOS型半導体装置およびその製
造方法を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a MOS type semiconductor device having an LDD structure as a countermeasure against hot electrons, and a method for manufacturing the same.

[課題を解決するための手段] この発明は、二重ゲート構造を有するMOS型半導体装
置であって、主表面を有する第1導電型の半導体基板を
備える。半導体基板の主表面上には第1ゲート絶縁層が
形成される。第1ゲート絶縁層の上部には電気的に浮遊
状態に保たれた第1ゲート電極が形成される。第1ゲー
ト電極の表面上には、第1および第2絶縁層の積層構造
からなる第2ゲート絶縁層が形成される。第2ゲート絶
縁層の表面上には、ゲート長方向に沿って前記第1ゲー
ト電極よりも大きく形成された第2ゲート電極が形成さ
れる。さらに、半導体基板中には、第1ゲート電極を両
側から挾み込むように1対の相対的に低濃度の第2導電
型の不純物領域が形成される。さらに、1対の相対的に
低濃度の不純物領域に挾まれた半導体基板表面のチャネ
ル領域から遠ざかる方向に互いに対向して半導体基板中
に1対の相対的に高濃度の第2導電型の不純物領域が形
成される。
[Means for Solving the Problems] The present invention is a MOS type semiconductor device having a double gate structure, and includes a semiconductor substrate of a first conductivity type having a main surface. A first gate insulating layer is formed on the main surface of the semiconductor substrate. A first gate electrode kept in an electrically floating state is formed on the first gate insulating layer. A second gate insulating layer having a stacked structure of first and second insulating layers is formed on the surface of the first gate electrode. A second gate electrode larger than the first gate electrode is formed along the gate length direction on the surface of the second gate insulating layer. Furthermore, a pair of relatively lightly doped second conductivity type impurity regions are formed in the semiconductor substrate so as to sandwich the first gate electrode from both sides. Furthermore, a pair of relatively high concentration second conductivity type impurities are arranged in the semiconductor substrate, facing each other in a direction away from the channel region on the surface of the semiconductor substrate sandwiched between the pair of relatively low concentration impurity regions. A region is formed.

さらにこの発明によるMOS型半導体装置の製造方法は
、まず半導体基板の主表面上に第1絶縁層、第1導電層
、jl!2絶縁層および第3絶縁層を順次形成する。次
に、第3絶縁層の表面上に所定形状のエツチング用マス
クを形成し、マスクを用いて第3絶縁層および第2絶縁
層を第1のエツチング方法を用いてパターニングし、さ
らに第1導電層を第1のエツチング方法とは選択比の異
なる第2のエツチング方法を用いてパターニングするこ
とによってパターニングされた第3絶縁層より幅の狭い
第1ゲートを極を形成する。その後、パターニングされ
た第3絶縁層および第1ゲート電極をマスクとして半導
体基板の主表面に対して斜め方向から不純物イオンをイ
オン注入し、半導体基板の中に相対的に低濃度の不純物
領域を形成する。そして、パターニングされた第3絶縁
層を利用して高濃度の不純物イオンを半導体基板の主表
面に対し、はぼ垂直にイオン注入し、相対的に高濃度の
不純物領域を形成する。
Further, in the method of manufacturing a MOS type semiconductor device according to the present invention, first, a first insulating layer, a first conductive layer, jl! A second insulating layer and a third insulating layer are sequentially formed. Next, an etching mask of a predetermined shape is formed on the surface of the third insulating layer, the third insulating layer and the second insulating layer are patterned using the first etching method, and the first conductive layer is patterned using the mask. The layer is patterned using a second etching method having a different etching selectivity than the first etching method to form a first gate having a width narrower than the patterned third insulating layer. Then, using the patterned third insulating layer and first gate electrode as a mask, impurity ions are implanted obliquely into the main surface of the semiconductor substrate to form a relatively low concentration impurity region in the semiconductor substrate. do. Then, using the patterned third insulating layer, highly concentrated impurity ions are implanted almost perpendicularly to the main surface of the semiconductor substrate to form a relatively highly concentrated impurity region.

[作用] この発明によるMOS型半導体装置は、相対的に低濃度
の不純物領域と、相対的に高濃度の不純物領域とからな
るいわゆるLDD構造の不純物領域を備えている。LD
D構造を構成する低濃度の不純物領域は、不純物領域近
傍での電界の集中を緩和し、ホットエレクトロンの生成
を抑制することによりホットエレクトロン効果を防止す
る。
[Function] The MOS type semiconductor device according to the present invention includes an impurity region of a so-called LDD structure consisting of a relatively low concentration impurity region and a relatively high concentration impurity region. L.D.
The low concentration impurity region constituting the D structure prevents the hot electron effect by relaxing the concentration of electric field near the impurity region and suppressing the generation of hot electrons.

また、MO3型半導体装置の製造方法において、第1ゲ
ート電極の上部に第3絶縁層を形成し、この第3絶縁層
と第1ゲート電極とのエツチングの選択比を利用して第
1ゲート電極の上部に第3絶縁層の庇領域を形成してい
る。この第3絶縁層の庇状の部分を低濃度と高濃度の不
純物領域との境界位置を規定するマスクとし、これに斜
めイオン注入と垂直イオン注入とを組合わせることによ
り、簡単な工程でLDD構造を製造することが可能とな
る。
Further, in the method for manufacturing an MO3 type semiconductor device, a third insulating layer is formed on the first gate electrode, and the first gate electrode is etched using the etching selectivity between the third insulating layer and the first gate electrode. An eaves region of the third insulating layer is formed above the third insulating layer. By using the eaves-shaped part of the third insulating layer as a mask to define the boundary position between the low concentration and high concentration impurity regions, and combining this with oblique ion implantation and vertical ion implantation, LDD can be achieved in a simple process. It becomes possible to manufacture structures.

[実施例] 以下、この発明の一実施例について図を用いて説明する
。第1図は、この発明の一実施例によるEEFROMの
メモリアレイの平面構造図であり、第2図は第1図中の
切断線■−■に沿った方向からの断面構造図であり、さ
らに第3A図は、第1図中の切断線■−■に沿った方向
からの断面構造図、第3B図は接断面rV−IVに沿っ
た方向からの断面構造図である。
[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a planar structural diagram of an EEFROM memory array according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional structural diagram taken along the cutting line ■-■ in FIG. FIG. 3A is a cross-sectional structural diagram taken along the cutting line ■--■ in FIG. 1, and FIG. 3B is a cross-sectional structural diagram taken along the tangential plane rV-IV.

第1図ないし第3B図を参照して、この発明にかかるE
EPROMは、p型シリコン基板20の主表面上に、直
列に形成された8ビツトのメモリトランジスタ6と、メ
モリトランジスタ6の一方端に形成された8ビツトのメ
モリトランジスタをドレイン電極11と接続するための
選択トランジスタ3と、メモリトランジスタ6の他端に
接続されたソースライン12とを含む。個々のメモリト
ランジスタ6は、リードトランジスタ領域10とトンネ
ル不純物拡散層9とを含み、ソース・ドレイン方向には
半導体基板20の主表面上に形成されたメモリ接続不純
物拡散層22によって分離され、その直交方向は素子分
離フィールド酸化膜23によって分離されている。なお
、リードトランジスタ領域10とトンネル不純物拡散層
9とは領域分離フィールド酸化シリコン膜21で分離さ
れている。各メモリトランジスタ6は第1ゲート酸化シ
リコン膜(第1ゲート絶縁層)17を介して主表面上に
形成されたフローティングゲート14と、フローティン
グゲート14の上に層間絶縁層(第2ゲート絶縁層)2
5を介して形成されたコントロールゲート7とを含む。
With reference to FIGS. 1 to 3B, E according to the present invention
The EPROM has an 8-bit memory transistor 6 formed in series on the main surface of a p-type silicon substrate 20, and an 8-bit memory transistor formed at one end of the memory transistor 6 for connecting it to a drain electrode 11. , and a source line 12 connected to the other end of the memory transistor 6 . Each memory transistor 6 includes a read transistor region 10 and a tunnel impurity diffusion layer 9, separated in the source/drain direction by a memory connection impurity diffusion layer 22 formed on the main surface of a semiconductor substrate 20, and perpendicular thereto. The directions are separated by an element isolation field oxide film 23. Note that the read transistor region 10 and the tunnel impurity diffusion layer 9 are separated by a region isolation field silicon oxide film 21. Each memory transistor 6 has a floating gate 14 formed on the main surface via a first gate silicon oxide film (first gate insulating layer) 17, and an interlayer insulating layer (second gate insulating layer) on the floating gate 14. 2
5 and a control gate 7 formed through the control gate 5.

フローティングゲート14およびコントロールゲート7
はたとえば多結晶シリコンや金属などから構成される。
Floating gate 14 and control gate 7
is made of, for example, polycrystalline silicon or metal.

さらに、p型シリコン基板20中には高濃度のn型のメ
モリ接続不純物拡散層22とこれに連なる相対的に低濃
度のn型不純物領域24とからなるいわゆるLDD構造
の不純物領域を備えている。この相対的に低濃度のn型
不純物領域24はその一部がフローティングゲート14
の下部に延在しており、また相対的に高濃度のメモリ接
続不純物拡散層22はほぼ層間絶縁層25に自己整合し
て形成されている。この相対的に低濃度のn型不純物領
域24の一部をフローティングゲート14の下部に形成
したのは、仮に、リードトランジスタ毎に低濃度のn型
不純物領域24とフローティングゲート14との位置が
オフセット状態となったり、あるいは重なったりすると
各々のリードトランジスタの特性が異なることになりト
ランジスタの信頼性が低下するのを防止するためである
。なお、層間絶縁層25はフローティングゲート14の
周囲を覆う層間絶縁酸化膜25aとさらにその上面に形
成された層間絶縁窒化膜25bとの積層構造からなる。
Furthermore, the p-type silicon substrate 20 is provided with an impurity region having a so-called LDD structure, which is composed of a high concentration n-type memory connection impurity diffusion layer 22 and a relatively low concentration n-type impurity region 24 connected thereto. . A part of this relatively low concentration n-type impurity region 24 is connected to the floating gate 14.
A relatively high concentration memory connection impurity diffusion layer 22 extending under the interlayer insulating layer 25 is formed in substantially self-alignment with the interlayer insulating layer 25 . The reason why a part of the relatively lightly doped n-type impurity region 24 is formed under the floating gate 14 is because the positions of the lightly doped n-type impurity region 24 and the floating gate 14 are offset for each read transistor. This is to prevent the reliability of the transistors from deteriorating because the characteristics of each lead transistor will differ if the conditions are different or overlap. The interlayer insulating layer 25 has a laminated structure including an interlayer insulating oxide film 25a covering the floating gate 14 and an interlayer insulating nitride film 25b formed on the upper surface thereof.

また、層間絶縁層25の表面上に形成されたコントロー
ルゲート7は、フローティングゲート14に比ベゲート
長が大きく形成されている。
Furthermore, the control gate 7 formed on the surface of the interlayer insulating layer 25 is formed to have a longer gate length than the floating gate 14 .

また、トンネル不純物拡散層領域は、p型シリコン基板
20中にn型のトンネル不純物拡散層9を備える。この
トンネル不純物拡散層9の表面上にはリードトランジス
タ10の第1ゲート酸化シリコン膜17より膜厚の薄い
トンネル酸化膜16を介してフローティングゲート14
が形成されている。そして、このフローティングゲート
14にはトンネル絶縁膜16を介してFowler−N
ordheimトンネリングにより電荷の注入か行なわ
れる。
Further, the tunnel impurity diffusion layer region includes an n-type tunnel impurity diffusion layer 9 in the p-type silicon substrate 20 . A floating gate 14 is provided on the surface of this tunnel impurity diffusion layer 9 via a tunnel oxide film 16 which is thinner than the first gate silicon oxide film 17 of the read transistor 10.
is formed. The floating gate 14 is connected to the Fowler-N via the tunnel insulating film 16.
Charge injection is performed by ordheim tunneling.

さらに、p型シリコン基板20表面上の領域は熱酸化膿
40を介して厚い絶縁層26により覆われている。絶縁
層26は、その内部にボロンなどの不純物を含んでいる
。この不純物は、絶縁層26の粘性を下げることによっ
て絶縁層26の表面を平坦化させる働きをなすものであ
る。したがって、酸化膜40はこの絶縁層26中の不純
物がコントロールゲート7の内部に侵入するのを防止す
るために設けられている。
Further, a region on the surface of the p-type silicon substrate 20 is covered with a thick insulating layer 26 with thermally oxidized pus 40 interposed therebetween. The insulating layer 26 contains impurities such as boron therein. This impurity serves to flatten the surface of the insulating layer 26 by lowering the viscosity of the insulating layer 26. Therefore, oxide film 40 is provided to prevent impurities in insulating layer 26 from entering control gate 7 .

このように、上記のEEPROMにおいて、本発明の特
徴点は、υ−ドトランジスタ10の不純物領域にいわゆ
るLDD構造を適用したことである。これにより、この
リードトランジスタ10の動作時にドレイン領域近傍で
の高電界により発生するホットキャリア効果を抑制する
ことが可能となる。なお、上記の実施例においてはNA
NDWのEEPROMのメモリセル構造を示しており、
これについては同じ出願人の先の8願特願昭63173
402において詳細に説明されている。
As described above, the feature of the present invention in the EEPROM described above is that the so-called LDD structure is applied to the impurity region of the υ-doped transistor 10. This makes it possible to suppress the hot carrier effect generated by the high electric field near the drain region during the operation of the read transistor 10. Note that in the above embodiment, NA
It shows the memory cell structure of NDW EEPROM,
Regarding this, the same applicant's previous eight patent applications No. 63173
402 in detail.

次に、上記のEEFROMのメモリセル、特に第3A図
に示されるリードトランジスタ10の製造工程について
第4八図ないし第4F図を用いて説明する。
Next, the manufacturing process of the EEFROM memory cell, particularly the read transistor 10 shown in FIG. 3A, will be explained with reference to FIGS. 48 to 4F.

第4A図を参照して、p型シリコン基板20表面上の所
定領域に選択酸化法によりフィールド酸化膜(図示せず
)を形成する。その後、p型シリコン基板20表面上に
熱酸化法により第1ゲート酸化シリコン膜17を形成す
る。さらに第1ケート酸化シリコン膜17の表面上にC
VD法により多結晶シリコン層14aを形成する。さら
に、多結晶シリコン層14aの表面上に酸化膜25a1
およびシリコン窒化膜(S 13N4)25bを順次形
成する。
Referring to FIG. 4A, a field oxide film (not shown) is formed in a predetermined region on the surface of p-type silicon substrate 20 by selective oxidation. Thereafter, a first gate silicon oxide film 17 is formed on the surface of the p-type silicon substrate 20 by thermal oxidation. Further, on the surface of the first silicon oxide film 17, C
A polycrystalline silicon layer 14a is formed by the VD method. Furthermore, an oxide film 25a1 is formed on the surface of the polycrystalline silicon layer 14a.
and a silicon nitride film (S13N4) 25b are sequentially formed.

次に、第4B図を参照して、フォトリソグラフィ法およ
びエツチング法を用いて窒化[25b。
Next, referring to FIG. 4B, nitriding [25b] is performed using a photolithography method and an etching method.

酸化膜25aおよび多結晶シリコン層14aを所定の形
状にパターニングする。このエツチング工程は2つのエ
ツチング工程に分かれる。第1のエツチング工程は、(
CHF3+o2’)の雰囲気でのプラズマエツチングを
用いて窒化膜25b1酸化膜25aを所定の寸法でエツ
チングする。次に第2のエツチング工程では、エツチン
グガスを(フロン114 (C2Cl3 F4)+5F
s)を1.2の割合で混合した雰囲気下でプラズマエツ
チングを行ない、多結晶シリコン層14aをエツチング
する。この第2のエツチング工程においては第1のエツ
チング工程においてパターニングされた窒化膜25b、
酸化膜25aと多結晶シリコン層1.4aとの選択比が
異なるため、多結晶シリコン層14aのみがエツチング
される。そして、このエツチング処理時間を制御するこ
とにより多結晶シリコン層14aがパターニングされた
窒化膜25bの幅より後退した形状のフローティングゲ
ート14を形成することができる。すなわち、フローテ
ィングゲート14の表面上に庇状に突出した部分を有す
る窒化膜25bおよび酸化膜25aを形成する。なお、
この窒化膜25bの突出部分は約1000〜3000A
程度に形成される。
Oxide film 25a and polycrystalline silicon layer 14a are patterned into a predetermined shape. This etching process is divided into two etching processes. The first etching step is (
The nitride film 25b1 and the oxide film 25a are etched to predetermined dimensions using plasma etching in an atmosphere of CHF3+O2'. Next, in the second etching step, the etching gas is (Freon 114 (C2Cl3 F4) + 5F
The polycrystalline silicon layer 14a is etched by performing plasma etching in an atmosphere containing a mixture of 1.2 and 2.s). In this second etching step, the nitride film 25b patterned in the first etching step,
Since the selectivity of oxide film 25a and polycrystalline silicon layer 1.4a is different, only polycrystalline silicon layer 14a is etched. By controlling the etching time, it is possible to form a floating gate 14 in which the polycrystalline silicon layer 14a is set back from the width of the patterned nitride film 25b. That is, a nitride film 25b and an oxide film 25a having an eave-like protruding portion are formed on the surface of the floating gate 14. In addition,
The protruding portion of this nitride film 25b is approximately 1000 to 3000A.
Formed to a certain degree.

さらに、第4C図に示すように、パターニングされたシ
リコン窒化膜25bをマスクとしてp型シリコン基板2
0表面に低濃度のn型不純物イオン27を斜め回転イオ
ン注入法を用いてイオン注入する。この工程によりp型
シリコン基板20中に低濃度の不純物領域24.24か
形成される。
Furthermore, as shown in FIG. 4C, using the patterned silicon nitride film 25b as a mask, the p-type silicon substrate 2
Low concentration n-type impurity ions 27 are implanted into the surface of the substrate 0 using an oblique rotational ion implantation method. Through this step, low concentration impurity regions 24 and 24 are formed in the p-type silicon substrate 20.

なお、斜め回転イオン注入法とは不純物イオンの出射方
向に対しシリコン基板を所定の角度に傾けて対向させ、
さらにこのシリコン基板を基板の主表面の垂直軸まわり
に回転させてイオン注入を行なう方法である。この工程
において、たとえば窒化膜25bの突出部の長さを30
00人程度エアると、斜めイオン注入工程において、基
板の回転速度が1.7rps、注入角度45°、注入エ
ネルギ40keV、注入ドーズ量3X1013/Cm2
で行なった場合、低濃度のn型不純物領域24とフロー
ティングゲート14とのオーバラップ量は約0.15μ
mに形成される。
Note that the oblique rotational ion implantation method involves tilting the silicon substrate at a predetermined angle and facing it with respect to the emission direction of impurity ions.
In this method, the silicon substrate is further rotated around an axis perpendicular to the main surface of the substrate to perform ion implantation. In this step, for example, the length of the protrusion of the nitride film 25b is set to 30
In the oblique ion implantation process, the rotation speed of the substrate is 1.7 rps, the implantation angle is 45°, the implantation energy is 40keV, and the implantation dose is 3X1013/Cm2.
In this case, the amount of overlap between the lightly doped n-type impurity region 24 and the floating gate 14 is approximately 0.15μ.
formed in m.

次に、第4D図に示すように、800℃程度の低温ウェ
ット酸化を行ない、フローティングゲート14の側壁な
どに側壁酸化膜28を形成する。
Next, as shown in FIG. 4D, low-temperature wet oxidation at about 800° C. is performed to form a sidewall oxide film 28 on the sidewalls of the floating gate 14 and the like.

この熱酸化においては、シリコン窒化膜25bおよび酸
化膜25aの表面にも薄い酸化膜が形成される。
In this thermal oxidation, a thin oxide film is also formed on the surfaces of silicon nitride film 25b and oxide film 25a.

さらに、第4E図に示すように、CVD法を用いて多結
晶シリコン層を形成し、レジストパターン29を用いて
所定の形状にパターニングする。
Furthermore, as shown in FIG. 4E, a polycrystalline silicon layer is formed using the CVD method and patterned into a predetermined shape using a resist pattern 29. As shown in FIG.

これによりコントロールゲート7が形成される。As a result, control gate 7 is formed.

コントロールゲート7の膜厚はほぼ2000〜3000
A程度である。
The film thickness of control gate 7 is approximately 2000 to 3000
It is about A.

その後、第4F図に示すように、レジストパターン29
、コントロールゲート7および側壁酸化膜28をマスク
として、p型シリコン基板20表面中にn型不純物イオ
ン30をシリコン基板20表面にほぼ垂直に高濃度でイ
オン注入する。これにより高濃度の不純物領域22.2
2が形成される。そして、いわゆるLDD構造が完成す
る。
Thereafter, as shown in FIG. 4F, the resist pattern 29
Using control gate 7 and sidewall oxide film 28 as a mask, n-type impurity ions 30 are implanted at a high concentration into the surface of p-type silicon substrate 20 almost perpendicularly to the surface of silicon substrate 20 . As a result, the high concentration impurity region 22.2
2 is formed. Then, a so-called LDD structure is completed.

このように、上記の製造方法においては、LDD構造の
構成のため側壁酸化膜28をマスクとして低濃度不純物
領域用の斜め回転イオン注入法と、高濃度不純物領域用
の垂直イオン注入法とを組合わせて製造している。側壁
酸化膜28はフローティングゲート14の側壁上の膜厚
かシリコン窒化膜25bの耐酸化性によって制御される
。したかって、相対的に低濃度の不純物領域24の拡散
幅を側壁酸化膜28の膜厚、すなわち、シリコン窒化膜
25bの紙部の長さによって制御することが可能である
。また、この側壁酸化膜28は比較的低温度の熱酸化処
理により形成される。これにより、p型シリコン基板2
0中に形成された低濃度の不純物領域24の熱拡散に起
因するチャネル長の不必要な減少を防止し得る。さらに
、層間絶縁層25は酸化膜25aと窒化膜25bとの積
層構造により構成される。酸化膜25aは通常熱酸化法
により形成される。ところが、この熱酸化法は高温度の
処理を伴なうため、上記と同様にシリコン基板20中の
不純物領域の拡散が生じる。したがって、この発明では
、シリコン酸化膜25aの熱酸化処理時間を短縮し、酸
化膜25aの膜厚を200〜300A程度に抑制し、さ
らに層間絶縁層としての絶縁性を確保するために200
人程エア窒化膜25bを積層している。さらに、この窒
化膜25bの表面には側壁酸化膜28形成時に、同時に
数10人程度の薄い酸化膜が形成される。
As described above, in the above manufacturing method, the sidewall oxide film 28 is used as a mask to configure the LDD structure, and the oblique rotational ion implantation method for the low concentration impurity region and the vertical ion implantation method for the high concentration impurity region are combined. Manufactured together. The sidewall oxide film 28 is controlled by the film thickness on the sidewall of the floating gate 14 or the oxidation resistance of the silicon nitride film 25b. Therefore, the diffusion width of the relatively low concentration impurity region 24 can be controlled by the thickness of the sidewall oxide film 28, that is, the length of the paper portion of the silicon nitride film 25b. Further, this sidewall oxide film 28 is formed by thermal oxidation treatment at a relatively low temperature. As a result, the p-type silicon substrate 2
Unnecessary reduction in the channel length due to thermal diffusion of the lightly doped impurity region 24 formed in the 0-200 nm can be prevented. Further, the interlayer insulating layer 25 has a laminated structure of an oxide film 25a and a nitride film 25b. The oxide film 25a is usually formed by a thermal oxidation method. However, since this thermal oxidation method involves high-temperature processing, diffusion of the impurity region in the silicon substrate 20 occurs in the same manner as described above. Therefore, in the present invention, the thermal oxidation treatment time of the silicon oxide film 25a is shortened, the film thickness of the oxide film 25a is suppressed to about 200 to 300A, and furthermore, in order to ensure the insulation properties as an interlayer insulating layer,
The air nitride film 25b is laminated to a certain extent. Further, on the surface of this nitride film 25b, several dozen thin oxide films are formed at the same time when the sidewall oxide film 28 is formed.

これによって、薄い窒化膜25bに形成されやすいピン
ホールなどの欠陥を補償することができる。
This makes it possible to compensate for defects such as pinholes that are likely to be formed in the thin nitride film 25b.

このように、第4A図ないし第4F図に示す工程を用い
ることによってE E F ROMのメモリセルのリー
ドトランジスタを形成することができるが、これらの工
程は、そのまま二重ゲート構造を有する一般的なMOS
)ランジスタ製造工程に利用することができる。
As described above, the lead transistor of the EEF ROM memory cell can be formed by using the steps shown in FIGS. 4A to 4F, but these steps can be applied directly to the general MOS
) Can be used in the transistor manufacturing process.

次に、リードトランジスタの製造工程の変形例について
説明する。第5A図は、高濃度の不純物領域22の形成
工程を示す断面構造図である。この工程は、上記の第4
C図に示された低濃度の不純物領域24の形成工程の後
、引き続いて行なわれる。すなわち、庇状の突出部を有
する窒化膜25bをマスクとしてn型不純物イオン30
をシリコン基板20表面に高濃度にイオン注入する。こ
れにより窒化膜25bに自己整合した高濃度の不純物領
域22.22が形成される。
Next, a modification of the manufacturing process of the read transistor will be described. FIG. 5A is a cross-sectional structural diagram showing the process of forming the highly-concentrated impurity region 22. FIG. This step is the fourth step mentioned above.
This step is performed subsequent to the step of forming the lightly doped impurity region 24 shown in FIG. That is, using the nitride film 25b having an eave-like protrusion as a mask, n-type impurity ions 30 are
Ions are implanted into the surface of the silicon substrate 20 at a high concentration. As a result, high concentration impurity regions 22.22 are formed which are self-aligned with the nitride film 25b.

さらに、他の変形例を第5B図を用いて示す。Furthermore, another modification is shown using FIG. 5B.

この工程は、前記の第4D図に示す側壁酸化膜28の形
成工程の後に行なわれる。すなわち、高濃度の不純物領
域22の形成工程は、側壁酸化膜28および窒化膜25
bなどをマスクとした垂直イオン注入により形成される
。これにより、シリコン基板20中にLDD構造の不純
物領域が形成される。この後、窒化膜25bの表面上に
コントロールゲート7が形成される。
This step is performed after the step of forming the sidewall oxide film 28 shown in FIG. 4D. That is, the process of forming the high concentration impurity region 22 involves forming the sidewall oxide film 28 and the nitride film 25.
It is formed by vertical ion implantation using a mask such as b. As a result, an impurity region having an LDD structure is formed in the silicon substrate 20. After this, control gate 7 is formed on the surface of nitride film 25b.

次に、この発明によるEEPROMのメモリセルのリー
ドトランジスタ10の他の実施例を説明する。第6図は
、第1図中の切断線IF−Ifに沿った方向からの断面
構造図であり、第7図は、第1図中の切断線m−mに沿
った方向からの断面構造図である。この例によるリード
トランジスタ10は層間絶縁酸化膜25a1層間絶縁窒
化膜25bおよびコントロールゲート7がフローティン
グゲート14の側壁の一部を覆い被さるように形成され
ている。そして、リードトランジスタ10の不純物領域
は、フローティングゲート14に自己整合する低濃度の
n型不純物領域24.24と、コントロールゲート7あ
るいは層間絶縁窒化膜25bに自己整合する高濃度のn
型不純物領域22.22とからなるLDD構造を有して
いる。層間絶縁層25はシリコン酸化膜25aとシリコ
ン窒化膜25bとの積層構造を有している。−船釣にフ
ローティングゲート14の上面および側壁にシリコン酸
化膜25aを形成した場合、矩形断面のフローティング
ゲート14の角部ではシリコン酸化膜25aの膜厚が細
る現象が生じる。このような場合、シリコン酸化膜25
aの単層膜の場合ではこの角部周辺に電界集中が起こり
絶縁破壊を生じやすい。しかしながら、この発明ではシ
リコン酸化膜25aの表面上にシリコン窒化膜25aを
形成することにより所定の絶縁層厚さを確保し、絶縁耐
圧の劣化を防止している。
Next, another embodiment of the read transistor 10 of the EEPROM memory cell according to the present invention will be described. 6 is a cross-sectional structural diagram taken along the cutting line IF-If in FIG. 1, and FIG. 7 is a cross-sectional structural diagram taken along the cutting line m-m in FIG. It is a diagram. The read transistor 10 according to this example is formed such that an interlayer insulating oxide film 25a, an interlayer insulating nitride film 25b, and a control gate 7 cover a part of the side wall of the floating gate 14. The impurity regions of the read transistor 10 include a low concentration n-type impurity region 24, 24 that is self-aligned with the floating gate 14, and a high concentration n-type impurity region that is self-aligned with the control gate 7 or the interlayer insulating nitride film 25b.
It has an LDD structure consisting of type impurity regions 22 and 22. The interlayer insulating layer 25 has a laminated structure of a silicon oxide film 25a and a silicon nitride film 25b. - When the silicon oxide film 25a is formed on the top surface and side walls of the floating gate 14 for boat fishing, a phenomenon occurs in which the thickness of the silicon oxide film 25a becomes thinner at the corners of the floating gate 14 having a rectangular cross section. In such a case, the silicon oxide film 25
In the case of a single layer film a, electric field concentration occurs around the corners, which tends to cause dielectric breakdown. However, in the present invention, by forming the silicon nitride film 25a on the surface of the silicon oxide film 25a, a predetermined thickness of the insulating layer is ensured and deterioration of the dielectric breakdown voltage is prevented.

次に、第7図に示されるリードトランジスタ10の製造
工程について第8八図ないし第8E図を用いて説明する
Next, the manufacturing process of the read transistor 10 shown in FIG. 7 will be explained using FIGS. 88 to 8E.

まず、第8A図に示すように、p型シリコン基板20表
面上の所定領域に選択酸化法によりフィールド分離酸化
膜(図示せず)を形成する。さらに、p型シリコン基板
20の表面上に熱酸化法を用いて第1ゲートシリコン酸
化膜17を形成する。
First, as shown in FIG. 8A, a field isolation oxide film (not shown) is formed in a predetermined region on the surface of the p-type silicon substrate 20 by selective oxidation. Furthermore, a first gate silicon oxide film 17 is formed on the surface of the p-type silicon substrate 20 using a thermal oxidation method.

さらにその表面上にCVD法を用いて多結晶シリコン層
14aを形成する。
Further, a polycrystalline silicon layer 14a is formed on the surface using the CVD method.

次に、第8B図に示すように、フォトリソグラフィ法お
よびエツチング法を用いてパターニングされたレジスト
31をマスクに多結晶シリコン層14aを所定の形状に
パターニングする。これにより、フローティングゲート
14が形成される。
Next, as shown in FIG. 8B, the polycrystalline silicon layer 14a is patterned into a predetermined shape using the patterned resist 31 using photolithography and etching as a mask. As a result, floating gate 14 is formed.

さらに、レジスト31およびフローティングゲート14
をマスクとしてp型シリコン基板20表面にn型不純物
イオン27を低濃度でイオン注入する。これにより相対
的に低濃度のn型不純物領域24.24か形成される。
Furthermore, resist 31 and floating gate 14
Using as a mask, n-type impurity ions 27 are implanted at a low concentration into the surface of the p-type silicon substrate 20. As a result, relatively low concentration n-type impurity regions 24 and 24 are formed.

さらに、第8C図に示すように、シリコン基板20表面
上にシリコン酸化膜25aおよびシリコン窒化膜25b
を順次形成する。
Furthermore, as shown in FIG. 8C, a silicon oxide film 25a and a silicon nitride film 25b are formed on the surface of the silicon substrate 20.
are formed sequentially.

そして、第8D図に示すように、レジストパターン32
をマスクとしてシリコン窒化膜25bおよびシリコン酸
化膜25aを所定の形状にパターニングする。パターニ
ングされたシリコン窒化膜25bおよびシリコン酸化膜
25aはフローティングゲート14の表面上および側面
上を覆うようにパターニングされる。そして、レジスト
パターン32あるいはパターニングされたシリコン窒化
膜25bなどをマスクとしてp型シリコン基板20表面
に高濃度のn型不純物イオン30をイオン注入する。こ
れにより高濃度のn型不純物領域22.22が形成され
る。そして、いわゆるLDD構造の不純物領域が完成す
る。
Then, as shown in FIG. 8D, the resist pattern 32
Using the mask as a mask, the silicon nitride film 25b and the silicon oxide film 25a are patterned into a predetermined shape. The patterned silicon nitride film 25b and silicon oxide film 25a are patterned to cover the surface and side surfaces of the floating gate 14. Then, high concentration n-type impurity ions 30 are implanted into the surface of the p-type silicon substrate 20 using the resist pattern 32 or the patterned silicon nitride film 25b as a mask. As a result, highly concentrated n-type impurity regions 22.22 are formed. Then, an impurity region having a so-called LDD structure is completed.

そして、第8E図に示すように、レジスト32を除去し
た後、ポリシリコン層を全面に堆積し、所定の形状にパ
ターニングする。これにより、シリコン窒化膜25bの
表面上にポリシリコンのコントロールゲート7が形成さ
れる。以上の工程によりLDD構造を有する不純物領域
を備えたリードトランジスタ10が製造される。
Then, as shown in FIG. 8E, after removing the resist 32, a polysilicon layer is deposited on the entire surface and patterned into a predetermined shape. Thereby, polysilicon control gate 7 is formed on the surface of silicon nitride film 25b. Through the above steps, a read transistor 10 having an impurity region having an LDD structure is manufactured.

なお、上記実施例においてはp型シリコン基板20上に
形成されるリードトランジスタ10について説明したか
、これに限定されるものではなく、たとえばウェル領域
内に形成されるもの、あるいは逆の導電型を有するシリ
コン基板の上に形成されるものであっ′Cも構わない。
In the above embodiments, the read transistor 10 formed on the p-type silicon substrate 20 has been described, but the invention is not limited to this, and for example, a read transistor 10 formed in a well region or a transistor of the opposite conductivity type may be used. It may also be formed on a silicon substrate having a silicon substrate.

[発明の効果コ 以上のように、この発明によるMO3型半導体装置にお
いては、二重ゲート構造を有するトランジスタにおいて
、第1ゲート電極と第2ゲート電極との間の層間絶縁層
を積層構造にし、この積層の絶縁層の形状を第1ゲート
電極の形状より大きく構成することにより半導体基板中
にいわゆるLDD構造を構成している。したがって、サ
イドウオール形成などの工程を用いることなく、ホット
エレクトロン効果の抑制に有効なLDD構造を備えたM
O3型半導体装置を実現することができる。
[Effects of the Invention] As described above, in the MO3 type semiconductor device according to the present invention, in a transistor having a double gate structure, the interlayer insulating layer between the first gate electrode and the second gate electrode has a laminated structure, By configuring the shape of this laminated insulating layer to be larger than the shape of the first gate electrode, a so-called LDD structure is constructed in the semiconductor substrate. Therefore, without using processes such as sidewall formation, M
An O3 type semiconductor device can be realized.

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

第1図は、この発明の一実施例によるEEPROMのメ
モリセルの平面構造図である。第2図は、第1図中の切
断線■−■に沿った方向からの断面構造図である。第3
A図は、同じく切断線■−■に沿った方向からの断面構
造図である。第3B図は、同じく切断線IV−rVに沿
った方向からの断面構造図である。第4A図、第4B図
、第4C図、第4D図、第4E図および第4F図は、第
3図に示されるEEPROMのメモリセルのリードトラ
ンジスタの製造工程断面図である。第5A図は、第4A
図ないし第4F図に示される製造工程の変形例を示す製
造工程断面図である。さらに、第5B図は、さらに他の
変形例を示す製造工程断面図である。第6図は、この発
明の他の実施例によるEEPROMのメモリセルの断面
構造図であり、特に第1図に示される図中において切断
線■−Hに沿った方向からの断面構造に対応したもので
ある。さらに、第7図は、第6図と同様第1図中におけ
る切断線m−mに沿った方向からの断面構造に対応した
断面構造図である。第8A図、第8B図、第8C図、第
8D図および第8E図は、第7図に示されるリードトラ
ンジスタ10の製造工程断面図である。 第9図は、−船釣なEEPROMの構成を示すブロック
図である。第10図は、第9図に示されるEEFROM
のメモリセルアレイの等価回路図である。第11図は、
第10図に示されるメモリセルの部分平面構造図である
。第12図は、第11図中の切断線x■−xnに沿った
方向からの断面構造模式図である。 図において、6はメモリトランジスタ、7はコントロー
ルゲート、9はトンネル不純物拡散層、10はリードト
ランジスタ、14はフローティングゲート、16はトン
ネル絶縁膜、17は第1ゲート酸化シリコン膜、20は
p型シリコン基板、22はメモリ接続不純物拡散層(高
濃度不純物領域)、24は低濃度不純物領域、25は層
間絶縁層、25aは層間絶縁酸化膜、25bは層間絶縁
窒化膜、27はn型不純物イオン、28は側壁酸化膜を
各々示している。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 特許a願人 三菱電機株式会社    。
FIG. 1 is a plan view of a memory cell of an EEPROM according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional structural diagram taken along the cutting line ■-■ in FIG. 1. Third
Figure A is a cross-sectional structural view taken along the cutting line ■-■. FIG. 3B is a cross-sectional structural view taken along the cutting line IV-rV. 4A, 4B, 4C, 4D, 4E, and 4F are cross-sectional views of the manufacturing process of the read transistor of the EEPROM memory cell shown in FIG. 3. Figure 5A is
FIG. 4F is a manufacturing process sectional view showing a modification of the manufacturing process shown in FIGS. Furthermore, FIG. 5B is a manufacturing process sectional view showing still another modification. FIG. 6 is a cross-sectional structure diagram of a memory cell of an EEPROM according to another embodiment of the present invention, and in particular corresponds to the cross-sectional structure taken from the direction along the cutting line -H in the diagram shown in FIG. It is something. Furthermore, like FIG. 6, FIG. 7 is a cross-sectional structural diagram corresponding to the cross-sectional structure taken along the cutting line mm in FIG. 1. 8A, 8B, 8C, 8D, and 8E are sectional views showing the manufacturing process of the read transistor 10 shown in FIG. 7. FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of a boat fishing EEPROM. FIG. 10 shows the EEFROM shown in FIG.
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a memory cell array of FIG. Figure 11 shows
10 is a partial plan view of the structure of the memory cell shown in FIG. 10; FIG. FIG. 12 is a schematic cross-sectional structural diagram taken along the cutting line x--xn in FIG. 11. In the figure, 6 is a memory transistor, 7 is a control gate, 9 is a tunnel impurity diffusion layer, 10 is a read transistor, 14 is a floating gate, 16 is a tunnel insulating film, 17 is a first gate silicon oxide film, and 20 is p-type silicon 22 is a memory connection impurity diffusion layer (high concentration impurity region), 24 is a low concentration impurity region, 25 is an interlayer insulating layer, 25a is an interlayer insulating oxide film, 25b is an interlayer insulating nitride film, 27 is an n-type impurity ion, Reference numeral 28 indicates a sidewall oxide film. In addition, in the figures, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts. Patent a applicant: Mitsubishi Electric Corporation.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)二重ゲート構造を有するMOS型半導体装置であ
って、 主表面を有する第1導電型の半導体基板と、前記半導体
基板の主表面上に形成された第1ゲート絶縁層と、 前記第1ゲート絶縁層の上部に形成され、電気的に浮遊
状態に保たれた第1ゲート電極と、前記第1ゲート電極
の表面上に形成され、第1および第2絶縁層の積層構造
からなる第2ゲート絶縁層と、 前記第2ゲート絶縁層の表面上に形成され、ゲート長方
向に沿って前記第1ゲート電極よりも大きく形成された
第2ゲート電極と、 前記第1ゲート電極を両側から挾み込むように前記半導
体基板中に形成された1対の相対的に低濃度の第2導電
型の不純物領域と、 前記1対の相対的に低濃度の不純物領域に挾まれた前記
半導体基板表面のチャネル領域から遠ざかる方向に互い
に対向して前記半導体基板中に形成された1対の相対的
に高濃度の第2導電型の不純物領域とを備えた、MOS
型半導体装置。
(1) A MOS type semiconductor device having a double gate structure, comprising: a semiconductor substrate of a first conductivity type having a main surface; a first gate insulating layer formed on the main surface of the semiconductor substrate; a first gate electrode formed on the top of one gate insulating layer and maintained in an electrically floating state; and a first gate electrode formed on the surface of the first gate electrode and having a laminated structure of a first and a second insulating layer. a second gate electrode formed on the surface of the second gate insulating layer and larger than the first gate electrode along the gate length direction; and a second gate electrode formed on the surface of the second gate insulating layer; a pair of relatively low concentration impurity regions of a second conductivity type formed in the semiconductor substrate so as to be sandwiched therebetween; and the semiconductor substrate sandwiched between the pair of relatively low concentration impurity regions. a pair of relatively high concentration second conductivity type impurity regions formed in the semiconductor substrate and facing each other in a direction away from a channel region on the surface;
type semiconductor device.
(2)二重ゲート構造を有するMOS型半導体装置の製
造方法であって、 半導体基板の主表面上に第1絶縁層、第1導電層、第2
絶縁層および第3絶縁層を順次形成する工程と、 前記第3絶縁層の表面上に所定形状のエッチング用マス
クを形成し、前記マスクを用いて前記第3絶縁層および
前記第2絶縁層を第1のエッチング方法を用いてパター
ニングし、さらに前記第1導電層を前記第1のエッチン
グ方法と選択比の異なる第2のエッチング方法を用いて
パターニングすることにより前記パターニングされた第
3絶縁層より幅の狭い第1ゲート電極を形成する工程と
、前記パターニングされた第3絶縁層および前記第1ゲ
ート電極をマスクとして、前記半導体基板の主表面に対
して斜め方向から不純物イオンをイオン注入し、前記半
導体基板中に相対的に低濃度の不純物領域を形成する工
程と、 前記パターニングされた第3絶縁層を利用して高濃度の
不純物イオンを前記半導体基板の主表面に対しほぼ垂直
にイオン注入し、相対的に高濃度の不純物領域を形成す
る工程とを備えた、MOS型半導体装置の製造方法。
(2) A method for manufacturing a MOS type semiconductor device having a double gate structure, which comprises: forming a first insulating layer, a first conductive layer, a second conductive layer on the main surface of a semiconductor substrate;
forming an etching mask of a predetermined shape on the surface of the third insulating layer, and etching the third insulating layer and the second insulating layer using the mask; patterning using a first etching method, and further patterning the first conductive layer using a second etching method having a different selectivity from the first etching method, so that the patterned third insulating layer forming a narrow first gate electrode; using the patterned third insulating layer and the first gate electrode as a mask, impurity ions are implanted obliquely into the main surface of the semiconductor substrate; forming a relatively low-concentration impurity region in the semiconductor substrate; and ion-implanting high-concentration impurity ions almost perpendicularly to the main surface of the semiconductor substrate using the patterned third insulating layer. and forming a relatively high concentration impurity region.
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