JPH05226663A - Semiconductor storage device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor storage device and its manufacture

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Publication number
JPH05226663A
JPH05226663A JP5875292A JP5875292A JPH05226663A JP H05226663 A JPH05226663 A JP H05226663A JP 5875292 A JP5875292 A JP 5875292A JP 5875292 A JP5875292 A JP 5875292A JP H05226663 A JPH05226663 A JP H05226663A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate
floating gate
film
insulating film
region
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5875292A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshikuni Konno
良邦 紺野
Hiroyuki Sasaki
啓行 佐々木
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.)
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Device Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Microelectronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Microelectronics Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP5875292A priority Critical patent/JPH05226663A/en
Publication of JPH05226663A publication Critical patent/JPH05226663A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide a floating gate structure of a semiconductor storage device high in reliability of erasing property by removing unnecessary erasure. CONSTITUTION:The surface of the end, made over a drain region 22, of the floating gate 3 of polysilicon being made on a semiconductor substrate 1 such as silicon is flattened, and the surface of the end made over a source region 21 is roughened. Accordingly, the escape of unnecessary charge is prevented when voltage is applied to each area.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、積層ゲ−ト型不揮発性
メモリセルを有する半導体記憶装置に係り、とくに、電
気的書き込み可能で一括消去メモリ(Flash EEPROM)の
ゲ−ト構造およびその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device having a stacked gate type non-volatile memory cell, and more particularly to an electrically writable gate structure of a batch erase memory (Flash EEPROM) and its manufacture. It is about the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】不揮発性メモリには、ICチップ製造工
程におけるマスクでデ−タを記憶するマスクROM(Re
ad Only Memory)やICチップ製造後電圧電流或いは紫
外線などによってデ−タを記憶したり消去するPROM
(Programmable ROM)がある。これらのPROMのう
ち、特に、紫外線などで消去するEPROM(Erasable
and Programmable ROM )や電気的消去型のEEPRO
M(Electrically Erasable and Programmable ROM)
は、記憶したデ−タを半永久的に保持でき、また、デ−
タの消去、書き換えが可能なことから、あらかじめデ−
タの変更が予想されるシステムや他のシステムとのマッ
チングを考えながらプログラムの構築を行うシステムあ
るいはプログラムの仕様変更を積極的に盛込んだシステ
ムのファ−ムウエア等に広く利用されている。従来構造
のEEPROMメモリを、図11に示す一括消去型のE
EPROMを参照して説明する。このメモリは、チップ
内部の全メモリデ−タを一括して消去するもので、マイ
コンなどのプログラムメモリに多く使用される。
2. Description of the Related Art A non-volatile memory is a mask ROM (Re-ROM) that stores data using a mask in the IC chip manufacturing process.
PROM that stores and erases data by voltage / current or ultraviolet rays after manufacturing IC chips
There is (Programmable ROM). Among these PROMs, EPROM (Erasable
and Programmable ROM) and electrically erasable EEPROM
M (Electrically Erasable and Programmable ROM)
Can retain the stored data semi-permanently, and
Since data can be erased and rewritten,
It is widely used in systems for which programs are constructed while considering matching with other systems that are expected to change data, or for firmware of systems in which changes in program specifications are actively incorporated. A conventional erasable EEPROM memory is shown in FIG.
Description will be made with reference to the EPROM. This memory erases all the memory data in the chip at once, and is often used as a program memory such as a microcomputer.

【0003】この種メモリのセルの特徴は、フロ−ティ
ングゲ−ト3と呼ばれるポリシリコンなどの導電層が、
コントロ−ルゲ−ト4と半導体基板1のソ−ス/ドレイ
ン領域21、22間のチャネルとの間に設けられている
ことである。フロ−ティングゲ−ト3は、電気的に浮遊
しており、その周囲は、例えば、シリコン酸化膜などの
被覆絶縁膜5によって絶縁されている。したがって、何
らかの手段でフロ−ティングゲ−ト3に電荷を注入すれ
ば、その電荷は、半永久的に残る。フロ−ティングゲ−
ト3は、半導体基板1のソ−ス/ドレイン領域間のチャ
ネル形成領域上に熱酸化などで形成した厚みが100オ
ングストロ−ム(以下、Aと略記する)程度のシリコン
酸化膜31(第1のゲ−ト絶縁膜)を介して形成され
る。この第1のゲ−ト絶縁膜31の上に形成されるフロ
−ティングゲ−ト3は、1層目のポリシリコンにより形
成される。このフロ−ティングゲ−ト3上にシリコン酸
化膜などからなる第2のゲ−ト絶縁膜41を介してコン
トロ−ルゲ−ト4が形成される。このコントロ−ルゲ−
ト4は、2層目のポリシリコンにより形成される。半導
体基板1は、その表面をシリコン酸化膜などの絶縁膜6
で被覆されており、この絶縁膜6の貫通孔を介して、そ
れぞれソ−ス領域21およびドレイン領域22に電気的
に接続されたソ−ス電極(S)7およびドレイン電極
(D)8が絶縁膜6上に形成されている。コントロ−ル
ゲ−ト4には、電子注入ゲ−トとして用いられるデ−タ
書き込み用電極となるゲ−ト電極Gが接続されている。
The characteristic of the cell of this type of memory is that a conductive layer such as polysilicon called a floating gate 3 is
It is provided between the control gate 4 and the channel between the source / drain regions 21 and 22 of the semiconductor substrate 1. The floating gate 3 is electrically floating and its periphery is insulated by a coating insulating film 5 such as a silicon oxide film. Therefore, if charges are injected into the floating gate 3 by some means, the charges remain semipermanently. Floating gate
The gate 3 is formed on the channel forming region between the source / drain regions of the semiconductor substrate 1 by thermal oxidation or the like and has a thickness of about 100 Å (hereinafter abbreviated as A). Gate insulating film). The floating gate 3 formed on the first gate insulating film 31 is formed of the first layer of polysilicon. A control gate 4 is formed on the floating gate 3 via a second gate insulating film 41 made of a silicon oxide film or the like. This control
The gate 4 is formed of the second layer of polysilicon. The semiconductor substrate 1 has an insulating film 6 such as a silicon oxide film on its surface.
And a source electrode (S) 7 and a drain electrode (D) 8 which are electrically connected to the source region 21 and the drain region 22, respectively, through the through holes of the insulating film 6. It is formed on the insulating film 6. A gate electrode G, which serves as a data writing electrode used as an electron injection gate, is connected to the control gate 4.

【0004】この様な構成のメモリにデ−タを書き込む
には、フロ−ティングゲ−ト3に電子を注入すればよ
い。その手順はつぎのように行われる。まず、コントロ
−ルゲ−ト4に接続したゲ−ト電極Gに12.5V程度
の高電圧を印加し、同時にビット線に接続しているドレ
イン電極8にも8V程度の高電圧を加える。このように
バイアスすると、ドレイン近傍のピンチオフ領域で加速
された電子の一部がホットエレクトロンとなり、これが
フロ−ティングゲ−ト3に捕獲される。捕獲される電子
の飽和量は、フロ−ティングゲ−ト3の電位で決定され
る。フロ−ティングゲ−ト3に電子が捕獲されると、コ
ントロ−ルゲ−ト4で制御されるトランジスタのしきい
値電圧Vthが上昇し、このしきい値電圧の変化分ΔVth
の有無をデ−タ(情報)の1、0のレベルに対応させ
る。
To write data in the memory having such a structure, electrons may be injected into the floating gate 3. The procedure is as follows. First, a high voltage of about 12.5 V is applied to the gate electrode G connected to the control gate 4, and at the same time, a high voltage of about 8 V is applied to the drain electrode 8 connected to the bit line. When biased in this way, some of the electrons accelerated in the pinch-off region near the drain become hot electrons, which are captured by the floating gate 3. The saturation amount of trapped electrons is determined by the potential of the floating gate 3. When the electrons are captured by the floating gate 3, the threshold voltage Vth of the transistor controlled by the control gate 4 rises, and the variation ΔVth of the threshold voltage.
The presence or absence of "1" corresponds to the level of 1 or 0 of data (information).

【0005】メモリセルからの読み出しは、ゲ−ト電極
Gに5V程度の電圧を加え、同時にドレイン電極8にも
約2Vを加える。このようにバイアスすると、ホットエ
レクトロンは、5Vという低電圧のためにフロ−ティン
グゲ−ト3に入り込むことはなく、フロ−ティングゲ−
トに電子が注入されていないトランジスタはオンし、読
み出し電流が流れる。デ−タの消去は、フロ−ティング
ゲ−ト3内の電子を引き抜くことで行う。例えば、ゲ−
ト電極Gに0V、ソ−ス電極7に11〜13V程度の高
電圧を印加する。この時、フロ−ティングゲ−ト3とソ
−ス電極7間の電位差によって第一のゲ−ト絶縁膜31
にかかる電界が強まるといわゆるトンネル電流によっ
て、電子はソ−ス側に引き抜かれる。
For reading from the memory cell, a voltage of about 5 V is applied to the gate electrode G, and at the same time, about 2 V is applied to the drain electrode 8. When biased in this way, the hot electrons do not enter the floating gate 3 due to the low voltage of 5 V, and the floating gate 3
The transistor in which no electrons are injected into the transistor turns on, and the read current flows. Data is erased by pulling out electrons from the floating gate 3. For example,
A high voltage of about 0 V is applied to the source electrode G and a high voltage of about 11 to 13 V is applied to the source electrode 7. At this time, due to the potential difference between the floating gate 3 and the source electrode 7, the first gate insulating film 31 is formed.
When the electric field applied to is increased, so-called tunnel current causes electrons to be extracted to the source side.

【0006】このメモリセルは、次のように図12に示
す方法により製造される。例えば、p型半導体基板1の
表面上にSiO2 のような絶縁膜6を熱酸化などにより
形成し、その表面に多結晶シリコン膜3をCVD法など
により堆積する。多結晶シリコン膜3の表面上には、S
iO2 やSi3 4 もしくはその両者の層からなる絶縁
膜41が形成され、さらに、その表面に多結晶シリコン
膜4を堆積する。ついで、多結晶シリコン膜4上にレジ
スト膜9を形成し、それをマスクにして多結晶シリコン
膜3、4および絶縁膜6を例えば、RIEによりエッチ
ング処理して、フローティングゲート3とコントロール
ゲート4、絶縁膜6に繋がり、フロ−ティングゲ−ト3
下の第1のゲ−ト絶縁膜31およびフロ−ティングゲ−
ト3とコントロ−ルゲ−ト4の間の第2のゲ−ト絶縁膜
41を形成する。フロ−ティングゲ−ト3およびコント
ロールゲート4を形成し、レジスト膜9を取り除く。つ
いで、絶縁膜6を介して半導体基板中にイオン注入を行
ってソ−ス領域21およびドレイン領域22を形成し、
この領域間のフロ−ティングゲ−ト3下にもイオン注入
を行ってチャネル領域を形成する。その後、例えば、9
50℃以上の高温熱酸化により被覆絶縁膜5を両ゲ−ト
の上および側面に形成して、これらを被覆する。なお、
図には示していないが、半導体基板は、あらかじめ素子
分離領域としてフィールド絶縁膜を形成しておく。ま
た、コントロ−ルゲ−ト4上の被覆絶縁膜5上には層間
絶縁膜が堆積され、ドレイン/ソース領域や各ゲートへ
の電圧供給のためのコンタクトが開孔されており、その
上に、例えば、アルミニウムからなる金属配線が形成さ
れている。
This memory cell is manufactured by the method shown in FIG. 12 as follows. For example, the insulating film 6 such as SiO 2 is formed on the surface of the p-type semiconductor substrate 1 by thermal oxidation or the like, and the polycrystalline silicon film 3 is deposited on the surface by the CVD method or the like. On the surface of the polycrystalline silicon film 3, S
An insulating film 41 composed of a layer of iO 2 , Si 3 N 4 or both is formed, and a polycrystalline silicon film 4 is further deposited on the surface thereof. Next, a resist film 9 is formed on the polycrystalline silicon film 4, and the polycrystalline silicon films 3 and 4 and the insulating film 6 are etched by, for example, RIE using the resist film 9 as a mask, and the floating gate 3 and the control gate 4, The floating gate 3 is connected to the insulating film 6.
The lower first gate insulating film 31 and the floating gate
A second gate insulating film 41 is formed between the gate 3 and the control gate 4. The floating gate 3 and the control gate 4 are formed, and the resist film 9 is removed. Then, ions are implanted into the semiconductor substrate through the insulating film 6 to form the source region 21 and the drain region 22,
Ion implantation is also performed under the floating gate 3 between these regions to form a channel region. Then, for example, 9
A coating insulating film 5 is formed on the side surfaces and side surfaces of both gates by high-temperature thermal oxidation at 50 ° C. or higher to cover them. In addition,
Although not shown in the drawing, a field insulating film is previously formed as an element isolation region on the semiconductor substrate. Further, an interlayer insulating film is deposited on the covering insulating film 5 on the control gate 4, and contacts for supplying voltage to the drain / source regions and each gate are opened, and on top of that, contacts are formed. For example, metal wiring made of aluminum is formed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来、これらゲ−トを
被覆し、フローティングゲート3をフロ−ティング状態
にする被覆絶縁膜5は、ゲ−トを形成後、950℃以上
の高温で熱酸化を行うため、例えば、ソース領域21上
のフローティングゲート3端部表面の凹凸が小さくな
り、消去動作時に消去されなかったり、消去が不十分だ
ったりするなどの問題が生じていた。前述のようにソ−
ス電極7に高電圧を印加して電子をフロ−テイングゲ−
ト3から引き抜く時に、電子は、主としてソ−ス領域2
1の上に設けられたフロ−ティングゲ−ト端部の表面部
分からソ−ス領域中に抜けていく。その時その表面に凹
凸のある方が放電し易いのであるが、滑らかな表面であ
ると、上記の様な問題が生じて来る。一方、読み出しや
書き込み時には、ドレイン領域22に電圧を印加するの
で、ドレイン領域22上に設けられたフロ−ティングゲ
−ト3端部の表面部分から電子がドレイン領域22に抜
けることがある。すなわち、不必要な消去がその時に行
われることがあり、前記のドレイン領域22上に設けら
れたフロ−ティングゲ−ト3端部の表面部分に凹凸が多
いとその消去傾向は、著しくなる。本発明は、以上の事
情によりなされたものであり、不必要な消去をなくし、
消去特性の信頼性が向上したゲ−ト構造を有するメモリ
セルを備えた半導体記憶装置およびその製造方法を提供
することを目的としている。
Conventionally, the coating insulating film 5 which coats these gates and brings the floating gate 3 into a floating state is thermally oxidized at a high temperature of 950 ° C. or higher after the gate is formed. Therefore, for example, the unevenness on the surface of the end portion of the floating gate 3 on the source region 21 becomes small, which causes a problem that the erase operation is not performed or the erase operation is insufficient. As mentioned above,
A high voltage is applied to the scanning electrode 7 to cause electrons to flow to the floating gate.
When the electron is extracted from the source 3, the electrons mainly come from the source region 2.
1 from the surface portion of the floating gate end portion provided on top of the No. 1 into the source region. At that time, if the surface is uneven, it is easier to discharge, but if the surface is smooth, the above-mentioned problems occur. On the other hand, at the time of reading or writing, since a voltage is applied to the drain region 22, electrons may escape to the drain region 22 from the surface portion of the end portion of the floating gate 3 provided on the drain region 22. That is, unnecessary erasing may occur at that time, and if the surface portion of the end portion of the floating gate 3 provided on the drain region 22 has many irregularities, the erasing tendency becomes remarkable. The present invention has been made in view of the above circumstances, eliminates unnecessary erasure,
An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device including a memory cell having a gate structure with improved reliability of erasing characteristics and a method for manufacturing the same.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、積層ゲ−ト型
不揮発性メモリセルのドレイン領域上に設けられたフロ
−ティングゲ−ト端部の表面部分は、平坦にし、ソ−ス
領域上に設けられたフロ−ティングゲ−ト端部の表面部
分は粗面化して大きな凹凸を形成することを特徴として
いる。すなわち、本発明の半導体記憶装置は、表面領域
にソ−ス領域およびドレイン領域を形成した半導体基板
と、この半導体基板上に第1のゲ−ト絶縁膜を介して形
成されたポリシリコン膜からなるフロ−ティングゲ−ト
と、このフロ−ティングゲ−ト上に第2のゲ−ト絶縁膜
を介して形成されたコントロ−ルゲ−トと、前記半導体
基板上に形成され、前記フロ−ティングゲ−トおよび前
記コントロ−ルゲ−トを被覆するように形成された絶縁
膜とを具備し、前記フロ−ティングゲ−トの前記ドレイ
ン領域上に形成された端部表面は、平坦な面であり、前
記ソ−ス領域上に形成された端部表面は、粗面化されて
いることを特徴としている。前記コントロ−ルゲ−ト
は、ポリシリコン膜もしくはポリシリコン膜とその上に
形成された金属もしくは金属シリサイド膜からなること
ができる。前記第2のゲ−ト絶縁膜は、シリコン酸化膜
からなるか、もしくは、窒化膜およびこれを挟む1対の
酸化膜からなることができる。前記ソ−ス領域には、不
純物濃度の低い領域を形成することができる。前記第1
のゲ−ト絶縁膜の前記ドレイン領域側端部の膜厚は前記
ソ−ス領域側端部の膜厚より厚くすることも可能であ
る。
According to the present invention, a surface portion of a floating gate end portion provided on a drain region of a laminated gate type nonvolatile memory cell is flattened on a source region. The surface part of the end portion of the floating gate provided on the surface is roughened to form large unevenness. That is, the semiconductor memory device of the present invention comprises a semiconductor substrate having a source region and a drain region formed in its surface region, and a polysilicon film formed on this semiconductor substrate via a first gate insulating film. A floating gate, a control gate formed on the floating gate via a second gate insulating film, and the floating gate formed on the semiconductor substrate. And an insulating film formed so as to cover the control gate, and an end surface of the floating gate formed on the drain region is a flat surface. The end surface formed on the source region is characterized by being roughened. The control gate may be composed of a polysilicon film or a polysilicon film and a metal or metal silicide film formed thereon. The second gate insulating film may be formed of a silicon oxide film, or may be formed of a nitride film and a pair of oxide films sandwiching the nitride film. A region having a low impurity concentration can be formed in the source region. The first
The thickness of the gate insulating film at the end on the drain region side can be made larger than that at the end on the source region side.

【0009】また、本発明の半導体記憶装置の製造方法
は、表面領域にソ−ス領域及びドレイン領域を有し、第
1のゲ−ト絶縁膜を介して形成されたポリシリコンから
なるフロ−ティングゲ−トとこのフロ−ティングゲ−ト
上に第2のゲ−ト絶縁膜を介して形成されたコントロ−
ルゲ−トとを形成した半導体基板上に絶縁膜を堆積し
て、これらフロ−ティングゲ−トおよびコントロ−ルゲ
−トを被覆する工程と、前記絶縁膜を部分的にエッチン
グ除去して、少なくとも前記フロ−ティングゲ−トの前
記ソ−ス領域上に形成された端部表面を露出させる工程
と、前記半導体基板を低温加熱することによって少なく
とも前記露出されたフロ−ティングゲ−トの前記ソ−ス
領域上に形成された端部表面に低温形成された絶縁酸化
膜を形成すると共に、この端部表面を粗面化する工程
と、除去されなかった前記絶縁膜を部分的にエッチング
除去して、少なくとも前記フロ−ティングゲ−トの前記
ドレイン領域上に形成された端部表面を露出させる工程
と、前記半導体基板を高温加熱することによって少なく
とも前記露出されたフロ−ティングゲ−トの前記ドレイ
ン領域上に形成された端部表面に高温形成された絶縁酸
化膜を形成すると共に、この端部表面を平坦化する工程
とを具備していることを第1の特徴としている。
Also, the method of manufacturing a semiconductor memory device of the present invention has a surface region having a source region and a drain region, and is made of polysilicon formed through a first gate insulating film. A gate and a control formed on the floating gate via a second gate insulating film.
A step of depositing an insulating film on the semiconductor substrate on which the gate and the floating gate are formed, and covering the floating gate and the control gate; Exposing an end surface formed on the source region of the floating gate, and heating the semiconductor substrate at a low temperature to at least expose the source region of the floating gate. A step of forming an insulating oxide film formed at a low temperature on the end surface formed above and roughening the end surface, and partially removing the insulating film not removed by etching, Exposing the end surface of the floating gate formed on the drain region, and heating at least the semiconductor substrate at a high temperature to expose the exposed substrate. A step of forming an insulating oxide film formed at a high temperature on the end surface formed on the drain region of the gate and forming the end surface flat. I am trying.

【0010】さらに表面領域にソ−ス領域およびドレイ
ン領域を有し、第1のゲ−ト絶縁膜を介して形成された
ポリシリコン膜からなるフロ−ティングゲ−トとこのフ
ロ−ティングゲ−ト上に第2のゲ−ト絶縁膜を介して形
成されたコントロ−ルゲ−トとを形成した半導体基板を
高温加熱することによって、これらフロ−ティングゲ−
トおよびコントロ−ルゲ−トを高温形成された絶縁酸化
膜で被覆する工程と、前記高温形成された絶縁酸化膜を
部分的にエッチング除去して、少なくとも前記フロ−テ
ィングゲ−トの前記ソ−ス領域上に形成された端部表面
を露出させる工程と、前記半導体基板を低温加熱するこ
とによって少なくとも前記露出されたフロ−ティングゲ
−トの前記ソ−ス領域上に形成された端部表面に低温形
成された絶縁酸化膜を形成すると共に、この端部表面を
粗面化する工程とを具備していることを第2の特徴とし
ている。前記高温加熱の温度は、950℃以上であり、
前記低温加熱の温度は、900℃以下である。
Further, a floating gate having a source region and a drain region in the surface region and formed of a polysilicon film formed through a first gate insulating film and the floating gate are formed on the floating gate. These floating gates are formed by heating the semiconductor substrate on which the control gate formed through the second gate insulating film is formed at a high temperature.
The control gate and the control gate with an insulating oxide film formed at a high temperature, and the insulating oxide film formed at a high temperature is partially etched to remove at least the source of the floating gate. Exposing the end surface formed on the region, and heating the semiconductor substrate at a low temperature to a low temperature on at least the end surface formed on the source region of the exposed floating gate. The second characteristic is that the insulating oxide film thus formed is formed and the end surface is roughened. The temperature of the high temperature heating is 950 ° C. or higher,
The temperature of the low temperature heating is 900 ° C. or lower.

【0011】[0011]

【作用】ドレイン領域上に設けられたフロ−ティングゲ
−ト端部の表面部分を平坦にすることによって読み出し
や書き込み時の電子のフロ−ティングゲ−トからの抜け
を少なくし、ソ−ス領域上に設けられたフロ−ティング
ゲ−ト端部の表面部分を粗面化して大きな凹凸を形成す
ることによって消去特性の信頼性を向上させる。
By flattening the surface portion of the end portion of the floating gate provided on the drain region, it is possible to reduce the escape of electrons from the floating gate during reading and writing, and The surface of the end portion of the floating gate provided on the surface is roughened to form large irregularities, thereby improving the reliability of the erasing characteristic.

【0012】[0012]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図1乃至図5は、本発明の第1の実施例を説明す
る図面であり、図1は、本発明に係る半導体記憶装置の
メモリセルの断面図、図2乃至図4は、その製造工程断
面図、図5は、図1の要部拡大断面図である。半導体基
板1には、p型シリコン半導体を用いる。半導体基板1
の表面領域には、ソ−ス領域およびドレイン領域2とな
るn拡散層21、22が形成されている。フロ−ティ
ングゲ−ト3は、半導体基板1のソ−ス/ドレイン領域
間のチャネル形成領域上に熱酸化などで形成した厚みが
100A程度のシリコン酸化膜31(第1のゲ−ト絶縁
膜)を介して形成される。この第1のゲ−ト絶縁膜31
の上に形成されるフロ−ティングゲ−ト3は1層目のポ
リシリコンにより形成される。このフロ−ティングゲ−
ト3上に、シリコン酸化膜などからなる第2のゲ−ト絶
縁膜41を介してコントロ−ルゲ−ト4が形成される。
このコントロ−ルゲ−ト4は、2層目のポリシリコン4
2とその上に形成されたWSi2 やMoSi2 などのシ
リサイド膜43とから構成される。ポリシリコン膜42
にシリサイド膜43を重ねるのは、コントロ−ルゲ−ト
4がワ−ド線に接続されるので、その部分を低抵抗にす
る必要があるからである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 5 are drawings for explaining a first embodiment of the present invention, FIG. 1 is a sectional view of a memory cell of a semiconductor memory device according to the present invention, and FIGS. 2 to 4 are manufacturing steps thereof. A sectional view and FIG. 5 are enlarged sectional views of an essential part of FIG. A p-type silicon semiconductor is used for the semiconductor substrate 1. Semiconductor substrate 1
N + diffusion layers 21 and 22 to be the source region and the drain region 2 are formed in the surface region of the. The floating gate 3 is a silicon oxide film 31 (first gate insulating film) having a thickness of about 100 A formed by thermal oxidation or the like on the channel forming region between the source / drain regions of the semiconductor substrate 1. Is formed through. This first gate insulating film 31
The floating gate 3 formed on the above is formed of the first layer of polysilicon. This floating gate
A control gate 4 is formed on the gate 3 via a second gate insulating film 41 made of a silicon oxide film or the like.
This control gate 4 is a second layer of polysilicon 4
2 and a silicide film 43 such as WSi 2 or MoSi 2 formed thereon. Polysilicon film 42
The reason why the silicide film 43 is overlapped with is that the control gate 4 is connected to the word line, and therefore it is necessary to have a low resistance in that part.

【0013】半導体基板1は、その表面をシリコン酸化
膜などの表面絶縁膜6で被覆されており、図示はしない
が、図11のように、この絶縁膜6の貫通孔を介して、
それぞれソ−ス領域21およびドレイン領域22に電気
的に接続されたソ−ス電極およびドレイン電極が表面絶
縁膜6上に形成されている。コントロ−ルゲ−ト4に
は、電子注入ゲ−トとして用いられるデ−タ書き込み用
電極となるゲ−ト電極が接続されている。ここで、両ゲ
−トの表面状態を見ると、この両ゲ−トは、低温形成さ
れた絶縁酸化膜(以下、低温酸化膜という)51と高温
形成された絶縁酸化膜(以下、高温酸化膜という)52
によって被覆されている。これら被覆する絶縁膜は熱酸
化により形成しているが、この熱によりゲ−ト材料は、
かなり影響を請け、とくにその材料がポリシリコンの場
合は、大体950℃以上の高温であると露出した表面は
平坦になるが、900℃程度以下の低温では、露出表面
は、粗面化されて大きな凹凸を形成する。したがって、
ドレイン領域22上に設けたコントロ−ルゲ−ト4とフ
ロ−ティングゲ−ト3の端部表面部分は、高温による熱
酸化処理を行っているので平坦であり、ソ−ス領域21
上に設けたコントロ−ルゲ−ト4とフロ−ティングゲ−
ト3の端部表面部分には、低温による熱酸化処理を行っ
ているので、図5の拡大図に示されているように、粗面
化され大きな凹凸が形成されている。このような構成を
有することによってこのメモリセルは、読み出しや書き
込み時に不必要な電荷のフロ−ティングゲ−トからの抜
けが少なくなると同時に、速やかに電荷のソ−ス領域へ
の放出が行われるので、消去動作時に消去が行われなか
ったり、あるいは消去が不十分であるような事がおき
ず、消去特性の信頼性が向上している。
The surface of the semiconductor substrate 1 is covered with a surface insulating film 6 such as a silicon oxide film, and although not shown in the drawing, as shown in FIG.
A source electrode and a drain electrode electrically connected to the source region 21 and the drain region 22, respectively, are formed on the surface insulating film 6. A gate electrode, which serves as a data writing electrode used as an electron injection gate, is connected to the control gate 4. Here, looking at the surface states of both gates, both gates show that an insulating oxide film 51 formed at a low temperature (hereinafter referred to as a low temperature oxide film) 51 and an insulating oxide film formed at a high temperature (hereinafter referred to as a high temperature oxidation film). 52)
Is covered by. The insulating film covering these is formed by thermal oxidation, and the heat causes the gate material to
When the material is polysilicon, the exposed surface becomes flat at a high temperature of about 950 ° C or higher, but at a low temperature of about 900 ° C or less, the exposed surface is roughened. Form large irregularities. Therefore,
The surface portions of the end portions of the control gate 4 and the floating gate 3 provided on the drain region 22 are flat because they are subjected to thermal oxidation treatment at high temperature, and the source region 21 is flat.
Control gate 4 and floating gate provided above
Since the surface of the end portion of the grate 3 is subjected to the thermal oxidation treatment at a low temperature, as shown in the enlarged view of FIG. 5, the surface is roughened and large irregularities are formed. With such a structure, in this memory cell, unnecessary charges are eliminated from the floating gate at the time of reading or writing, and at the same time, the charges are rapidly discharged to the source region. The reliability of the erase characteristic is improved because the erase operation is not performed or the erase operation is not insufficient.

【0014】つぎに、図2〜図4を参照して第1の実施
例の半導体記憶装置の第1の製造方法について説明す
る。p型シリコン半導体基板1には、半導体記憶装置の
周辺回路やメモリセル部等を形成するためにウエル領域
や半導体基板表面に厚いフィ−ルド酸化膜等を形成して
おくが、これらは、本発明には直接的な関係はないので
ここでは省略する。p型シリコン半導体基板1上に厚さ
が約100AのSiO2からなる絶縁膜31を形成し、
その上に多結晶シリコン膜3を堆積する。多結晶シリコ
ン3上にSiO2 、Si3 4 もしくはその両者などか
らなる絶縁膜41を形成し、その上に多結晶シリコン膜
42を堆積する。この多結晶シリコン膜42の上には、
さらに、例えばMoSi2 のようなシリサイド膜43を
積層する。このシリサイド膜43にレジスト膜9を形成
し、それをマスクにして、例えば、RIE法によりこれ
らの積層体をエッチング処理して、コントロールゲート
4、第2のゲ−ト絶縁膜41、フローティングゲート
3、第1のゲ−ト絶縁膜31を形成する。ついで、例え
ば、イオン注入および熱拡散によりn拡散層を形成し
て、これらをソ−ス領域21およびドレイン領域22と
する(図2)。
Next, the first method of manufacturing the semiconductor memory device of the first embodiment will be described with reference to FIGS. On the p-type silicon semiconductor substrate 1, a thick field oxide film or the like is formed in the well region or the surface of the semiconductor substrate in order to form a peripheral circuit or a memory cell portion of the semiconductor memory device. Since the invention has no direct relationship, it is omitted here. An insulating film 31 made of SiO 2 and having a thickness of about 100 A is formed on the p-type silicon semiconductor substrate 1.
A polycrystalline silicon film 3 is deposited on it. An insulating film 41 made of SiO 2 , Si 3 N 4, or both is formed on the polycrystalline silicon 3, and a polycrystalline silicon film 42 is deposited thereon. On this polycrystalline silicon film 42,
Further, a silicide film 43 such as MoSi 2 is laminated. A resist film 9 is formed on the silicide film 43, and using the mask as a mask, these stacked bodies are etched by, for example, the RIE method, and the control gate 4, the second gate insulating film 41, and the floating gate 3 are formed. , A first gate insulating film 31 is formed. Then, for example, an n + diffusion layer is formed by ion implantation and thermal diffusion to form the source region 21 and the drain region 22 (FIG. 2).

【0015】レジスト膜9を除去してから、フロ−ティ
ングゲ−ト3およびコントロ−ルゲ−ト4を被覆するC
VDSiO2 、PSG、弗酸のシリカ過飽和溶液から析
出させるLPDSiO2 などを材料とする被覆絶縁膜5
を堆積する。ついで、ドレイン領域22上に設けられた
コントロ−ルゲ−ト4およびフロ−ティングゲ−ト3の
端部が被覆され、ソ−ス領域21上に設けられたこれら
ゲ−トの他端部が露出するように、被覆絶縁膜5の上に
レジスト膜91を形成する。そして、このレジスト膜9
1をマスクにして、コントロールゲート4上および積層
されたこれらゲ−トの側面の被覆絶縁膜5を、たとえ
ば、NH4 Fを用いて除去し、その後レジスト膜91を
除去する。この時レジスト膜91でマスクされていない
ソ−ス領域21上の絶縁膜6の表面は、少しエッチング
されて他の部分より薄くなっている(図3)。
After removing the resist film 9, C which covers the floating gate 3 and the control gate 4 is removed.
VDSiO 2, PSG, covering insulating film of a material such as LPDSiO 2 to precipitate silica supersaturated solution of hydrofluoric acid 5
Deposit. Then, the ends of the control gate 4 and the floating gate 3 provided on the drain region 22 are covered, and the other ends of these gates provided on the source region 21 are exposed. Thus, a resist film 91 is formed on the covering insulating film 5. Then, this resist film 9
Using 1 as a mask, the cover insulating film 5 on the control gate 4 and on the side surfaces of the stacked gates is removed by using, for example, NH 4 F, and then the resist film 91 is removed. At this time, the surface of the insulating film 6 on the source region 21 which is not masked by the resist film 91 is slightly etched to be thinner than other portions (FIG. 3).

【0016】つぎに、酸化雰囲気中で900℃以下の低
温、例えば、800℃〜850℃程度の温度で、40分
前後の間被覆絶縁膜5を除去した部分の表面を熱酸化
し、低温酸化膜51を露出していた積層ゲ−トの上面お
よび側面に形成する。この時、図5に示すように、低温
で熱酸化されたフローティングゲート3及びコントロー
ルゲート4のソ−ス領域21上に配置されている端部表
面は粗面化され大きな凹凸が形成される。この実施例の
場合コントロ−ルゲ−ト4は、ポリシリコン膜42の上
にモリブデンシリサイドのようなシリサイド膜43が形
成された構造になっているので、この表面は、熱処理時
に露出されていても凹凸が形成されることはない。この
時の熱酸化温度は、当然、ゲ−ト材料のポリシリコンが
堆積する温度(約630℃)よりは高くなければならな
い。
Next, at a low temperature of 900 ° C. or lower in an oxidizing atmosphere, for example, at a temperature of about 800 ° C. to 850 ° C., the surface of the portion where the coating insulating film 5 has been removed is thermally oxidized for about 40 minutes to perform low temperature oxidation. The film 51 is formed on the exposed upper surface and side surface of the laminated gate. At this time, as shown in FIG. 5, the end surfaces of the floating gate 3 and the control gate 4 which are thermally oxidized at a low temperature and located on the source region 21 are roughened to form large irregularities. In the case of this embodiment, the control gate 4 has a structure in which a silicide film 43 such as molybdenum silicide is formed on the polysilicon film 42, so that even if this surface is exposed during the heat treatment. No unevenness is formed. Of course, the thermal oxidation temperature at this time must be higher than the temperature (about 630 ° C.) at which the gate material polysilicon is deposited.

【0017】また、被覆絶縁膜5で覆われているこれら
ゲ−トのドレイン領域22上に配置されている端部表面
は、この絶縁膜により保護されているので、熱処理の影
響は受けず、大きな凹凸は形成されない。ついで、低温
酸化膜51およびソ−ス領域21上の絶縁膜6の上に新
たにレジスト膜92を形成する。そして、最初に形成し
た被覆絶縁膜5の残りの部分を、レジスト膜92をマス
クにして、例えば、NH4 Fでエッチング除去する。そ
して、ドレイン領域22上に配置されているゲ−ト端部
表面を露出させる。この時、ドレイン領域22を被覆し
ている絶縁膜6の表面も少しエッチングされて薄くなっ
ている(図4)。この状態で、950℃以上の高温、例
えば、約950℃、酸化雰囲気中で約20分間これら積
層され、露出しているゲ−ト表面を熱酸化して高温酸化
膜52を形成する(図1)。この時、ソ−ス領域21上
にあるフロ−ティングゲ−ト3の端部表面付近は、低温
酸化膜により被覆されているので、高温による影響は受
けない。
Further, since the end surfaces of the gates covered with the covering insulating film 5 and located on the drain region 22 are protected by the insulating film, they are not affected by the heat treatment. No large unevenness is formed. Then, a resist film 92 is newly formed on the low temperature oxide film 51 and the insulating film 6 on the source region 21. Then, the remaining portion of the covering insulating film 5 formed first is removed by etching with, for example, NH 4 F using the resist film 92 as a mask. Then, the surface of the gate end portion disposed on the drain region 22 is exposed. At this time, the surface of the insulating film 6 covering the drain region 22 is also slightly etched and thinned (FIG. 4). In this state, a high temperature oxide film 52 is formed by thermally oxidizing the exposed gate surface, which is laminated at a high temperature of 950 ° C. or higher, for example, at about 950 ° C. for about 20 minutes in an oxidizing atmosphere (FIG. 1). ). At this time, since the vicinity of the end surface of the floating gate 3 on the source region 21 is covered with the low temperature oxide film, it is not affected by the high temperature.

【0018】つぎに、図6、図7を参照して前述の第1
の実施例における半導体記憶装置の第2の製造方法につ
いて説明する。表面領域にソ−ス領域21およびドレイ
ン領域22を設け、その表面を絶縁膜6で被覆したp型
シリコン半導体基板1上に、第1ゲ−ト絶縁膜31、ポ
リシリコンからなるフロ−ティングゲ−ト3、第2ゲ−
ト絶縁膜41、ポリシリコン膜42およびモリブデンシ
リサイド膜43からなるコントロ−ルゲ−ト4を順次積
層する。ここまでは、前記第1の製造方法と同じである
が、つぎに、半導体基板1を950℃以上の高温、酸化
性雰囲気中で約20分間熱処理して、高温酸化膜52を
半導体基板1表面に形成してフロ−ティングゲ−ト3お
よびコントロ−ルゲ−ト4を被覆する。この熱処理によ
って少なくともソ−ス領域およびドレイン領域上に配置
されているフロ−ティングゲ−ト3の端部表面は平坦に
なっている。ついで、半導体基板1上にレジスト膜93
を形成する。レジスト膜93に被覆される積層ゲ−トの
部分は、ドレイン領域22上に配置されているフロ−テ
ィングゲ−ト3の端部を少なくとも含む積層ゲ−トの図
示の左半分であり、その右半分は、露出されている。そ
して、このレジスト膜93をマスクにして、コントロー
ルゲート4上および積層されたこれらゲ−トの側面の高
温酸化膜52を、例えば、NH4 Fを用いて除去し、そ
の後レジスト膜93を除去する。この時レジスト膜93
でマスクされていなかったソ−ス領域21上の絶縁膜6
の表面は少しエッチングされて他の部分より薄くなって
いる。
Next, referring to FIG. 6 and FIG.
A second manufacturing method of the semiconductor memory device in the embodiment will be described. The source region 21 and the drain region 22 are provided in the surface region, and the first gate insulating film 31 and the floating gate made of polysilicon are provided on the p-type silicon semiconductor substrate 1 whose surface is covered with the insulating film 6. G3, second game
A control gate 4 composed of a gate insulating film 41, a polysilicon film 42 and a molybdenum silicide film 43 is sequentially laminated. The process up to this point is the same as in the first manufacturing method, but next, the semiconductor substrate 1 is heat-treated in an oxidizing atmosphere at a high temperature of 950 ° C. or higher for about 20 minutes to remove the high temperature oxide film 52 from the surface of the semiconductor substrate 1. And the floating gate 3 and the control gate 4 are coated. By this heat treatment, at least the end surface of the floating gate 3 arranged on the source region and the drain region is made flat. Then, a resist film 93 is formed on the semiconductor substrate 1.
To form. The portion of the laminated gate covered with the resist film 93 is the left half of the illustrated laminated gate including at least the end portion of the floating gate 3 disposed on the drain region 22, and the right side thereof. Half is exposed. Then, using the resist film 93 as a mask, the high temperature oxide film 52 on the control gate 4 and on the side surface of the stacked gates is removed by using, for example, NH 4 F, and then the resist film 93 is removed. .. At this time, the resist film 93
Insulating film 6 on the source region 21 not masked by
The surface is slightly etched and thinner than other parts.

【0019】エッチング処理後マスクを取り去ってか
ら、酸化雰囲気中で900℃以下の低温、例えば、80
0℃〜850℃程度の温度で、40分前後の間高温酸化
膜52を除去した部分の表面を熱酸化し、低温酸化膜5
1を、露出していた積層ゲ−トの上面および側面に形成
する。この時、図5に示すように、低温で熱酸化された
フローティングゲート3及びコントロールゲート4のソ
−ス領域21上に配置されている端部表面は、粗面化さ
れ大きな凹凸が形成される。この実施例の場合コントロ
−ルゲ−ト4は、ポリシリコン膜42の上にモリブデン
シリサイドのようなシリサイド膜43が形成された構造
になっているので、この表面は、熱処理時に露出されて
いても凹凸が形成されることはない。この時の熱酸化温
度は、当然ゲ−ト材料のポリシリコンが堆積する温度
(約630℃)よりは高くなければならない。また、高
温酸化膜52で覆われているこれらゲ−トのドレイン領
域22上に配置されている端部表面は、この酸化膜によ
り保護されているので、熱処理の影響は受けず、大きな
凹凸は形成されない。
After removing the mask after the etching process, the temperature is kept at a low temperature of 900 ° C. or lower, for example, 80 in an oxidizing atmosphere.
At a temperature of about 0 ° C. to 850 ° C., the surface of the portion where the high temperature oxide film 52 is removed is thermally oxidized for about 40 minutes, and the low temperature oxide film 5 is formed.
1 is formed on the exposed upper and side surfaces of the laminated gate. At this time, as shown in FIG. 5, the end surfaces of the floating gate 3 and the control gate 4 which are thermally oxidized at a low temperature and located on the source region 21 are roughened to form large irregularities. .. In the case of this embodiment, the control gate 4 has a structure in which a silicide film 43 such as molybdenum silicide is formed on the polysilicon film 42, so that even if this surface is exposed during the heat treatment. No unevenness is formed. The thermal oxidation temperature at this time must be higher than the temperature (about 630 ° C.) at which the gate material polysilicon is deposited. Further, since the end surfaces of the gates, which are covered with the high-temperature oxide film 52 and are disposed on the drain region 22, are protected by this oxide film, they are not affected by the heat treatment, and large irregularities are not formed. Not formed.

【0020】ついで、図8を参照して第2の実施例につ
いて説明する。p型シリコン半導体基板1にソ−ス領域
21およびドレイン領域22を形成し、半導体基板1上
には表面絶縁膜6を施すとともに、絶縁膜で被覆された
ポリシリコンからなるフロ−ティングゲ−ト3とコント
ロ−ルゲ−ト4とを積層する。そして、絶縁膜は、ソ−
ス側を被覆する低温酸化膜51とゲ−ト全体を被覆する
高温酸化膜52からなり、第1の実施例の第1の方法と
同じである。ここで前実施例と異なる点は、まず、コン
トロ−ルゲ−ト4が、ポリシリコン膜からなり、前のポ
リシリコン膜とシリサイド膜の積層体とは相違してい
る。この様に本発明のコントロ−ルゲ−ト4には、前記
実施例の材料に限定されず、この実施例のような構造の
ものにも適用することができるだけでなく、これ以外に
もポリシリコン膜とモリブデンやタングステンなどの高
融点金属膜の積層体を利用することもできる。さらに、
ここではソ−ス領域21の電界を緩和する低不純物濃度
のn領域211をソ−ス領域の外側に形成している。
これは、いわゆるLDD(Lightly Doped Drain) 構造で
あり、本来ドレイン領域の電界を緩和するものである
が、このデバイスでは、ソ−スに12V前後の高電圧を
印加するので、この領域にとくに設けた。その結果、こ
のソ−ス領域には、13V程度の高電圧を印加すること
が可能になった。勿論、さらに、ドレイン領域にもこの
様なn領域を設けて高電圧に対処することが可能であ
る。この実施例におけるソ−ス/ドレイン領域の不純物
濃度は、例えば、約6×1015/cm3 であり、n
不純物濃度211の不純物濃度は、約5×1013/cm
3 である。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. A source region 21 and a drain region 22 are formed on a p-type silicon semiconductor substrate 1, a surface insulating film 6 is formed on the semiconductor substrate 1, and a floating gate 3 made of polysilicon covered with an insulating film is formed. And the control gate 4 are laminated. The insulating film is
The low temperature oxide film 51 covering the gate side and the high temperature oxide film 52 covering the entire gate are the same as in the first method of the first embodiment. Here, the difference from the previous embodiment is that the control gate 4 is made of a polysilicon film and is different from the previous laminated body of the polysilicon film and the silicide film. As described above, the control gate 4 of the present invention is not limited to the material of the above-mentioned embodiment and can be applied not only to the structure of this embodiment, but also to polysilicon. It is also possible to use a laminated body of a film and a refractory metal film such as molybdenum or tungsten. further,
Here, a low impurity concentration n region 211 that relaxes the electric field of the source region 21 is formed outside the source region.
This is a so-called LDD (Lightly Doped Drain) structure, which originally relaxes the electric field in the drain region. In this device, a high voltage of about 12 V is applied to the source, so this region is especially provided. It was As a result, it became possible to apply a high voltage of about 13 V to this source region. Of course, it is possible to provide such an n region also in the drain region to cope with a high voltage. In this embodiment, the source / drain region has an impurity concentration of, for example, about 6 × 10 15 / cm 3 , and the n low impurity concentration 211 has an impurity concentration of about 5 × 10 13 / cm 3.
Is 3 .

【0021】ついで、図9を参照して第3の実施例を説
明する。図は、メモリセルの積層ゲ−ト構造部分の断面
図である。セルの全体構造は、図8を参照している。図
1に示す第1の実施例では、フロ−ティングゲ−ト3と
コントロ−ルゲ−ト4との間に形成された第2のゲ−ト
絶縁膜41は、シリコン酸化膜からなるが、この実施例
では、下から順に、シリコン酸化膜(SiO2 )41
1、シリコン窒化膜(Si3 4 )412、シリコン酸
化膜411の3層から成っている。フロ−ティングゲ−
トには、容量分割電圧が発生し、この電圧によりホット
エレクトロンは、フロ−ティングゲ−トに注入される。
この電圧を大きくして注入効率を高めるためには、フロ
−ティングゲ−トとコントロ−ルゲ−ト間の容量を大き
くする必要があるが、この実施例では、このゲ−ト間の
絶縁膜4の1部を、シリコン酸化膜に代えてそれより比
誘電率の高いシリコン窒化膜を用いることによって容量
の増大を計っている。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. The figure is a cross-sectional view of a laminated gate structure portion of a memory cell. The entire structure of the cell is shown in FIG. In the first embodiment shown in FIG. 1, the second gate insulating film 41 formed between the floating gate 3 and the control gate 4 is made of a silicon oxide film. In the embodiment, in order from the bottom, the silicon oxide film (SiO 2 ) 41
1, a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) 412, and a silicon oxide film 411. Floating gate
A capacitive division voltage is generated in the gate, and this voltage causes hot electrons to be injected into the floating gate.
In order to increase the voltage and enhance the injection efficiency, it is necessary to increase the capacitance between the floating gate and the control gate. In this embodiment, however, the insulating film 4 between the gates is required. A part of the above is replaced with a silicon oxide film and a silicon nitride film having a higher relative dielectric constant is used to increase the capacitance.

【0022】ついで、図10を参照して第4の実施例を
説明する。図は、メモリセルの断面図である。p型半導
体基板1にソ−ス領域21、n領域211およびドレ
イン領域22を設け、表面絶縁膜6で覆われた半導体基
板表面には、第1のゲ−ト絶縁膜31を介してフロ−テ
ィングゲ−ト3、その上の第2のゲ−ト酸化膜41を介
してコントロ−ルゲ−ト4がそれぞれ形成され、これら
ゲ−トは、被覆絶縁膜5によって被覆されている。この
第1のゲ−ト絶縁膜31は、ドレイン領域22上の端部
の膜厚が、ソ−ス領域21上の端部の膜厚より厚くなっ
ている。LSI等の微細化に伴い、ゲ−ト絶縁膜の薄膜
化が進み、その結果、ドレイン近傍で発生する正孔によ
る信頼性の低下が多く見られるように成るが、このよう
な構造によりその防止が有効にできるようになり、しか
も、デ−タの消去スピ−ドを最少限に抑えることができ
る。
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. The figure is a cross-sectional view of a memory cell. The p-type semiconductor substrate 1 is provided with a source region 21, an n region 211 and a drain region 22, and the surface of the semiconductor substrate covered with the surface insulating film 6 is covered by a first gate insulating film 31 with a flow. The control gate 4 is formed through the gate 3 and the second gate oxide film 41 on the gate 3, and these gates are covered with the coating insulating film 5. The thickness of the first gate insulating film 31 at the end on the drain region 22 is larger than that at the end on the source region 21. With the miniaturization of LSIs and the like, the gate insulating film is becoming thinner, and as a result, reliability deterioration due to holes generated near the drain is often seen. Can be made effective, and the speed of erasing data can be minimized.

【0023】本発明において、フロ−ティングゲ−ト表
面に形成される粗面化の傾向は、その不純物濃度にも依
存している。例えば、リンなどの不純物を拡散したポリ
シリコンのフロ−ティングゲ−トの場合、同じ条件で熱
処理を行っても不純物濃度の高い方が凹凸が大きい。す
なわち、2×1020/cm3 の濃度のフロ−ティングゲ
−トよりも4〜6×1020/cm3 の濃度のフロ−ティ
ングゲ−トの表面の方が粗面化傾向が著しく凹凸が大き
くなる。したがって、フロ−ティングゲ−トの不純物濃
度は、大体2×1020/cm3 以上であることが好まし
い。しかし、不純物濃度が高くなると、フロ−ティング
ゲ−トの破損が生じ易くなるので、余り高濃度にするこ
ともできない。
In the present invention, the tendency of roughening formed on the surface of the floating gate also depends on the impurity concentration. For example, in the case of a polysilicon floating gate in which impurities such as phosphorus are diffused, even if heat treatment is performed under the same conditions, the higher the impurity concentration, the larger the unevenness. That is, the concentration of 2 × 10 20 / cm 3 furo - Tinguge - the concentration of 4~6 × 10 20 / cm 3 than preparative flow - Tinguge - significantly irregularities is roughened tendency towards bets surface is large Become. Therefore, the impurity concentration of the floating gate is preferably about 2 × 10 20 / cm 3 or more. However, if the impurity concentration is high, the floating gate is likely to be damaged, so that the concentration cannot be too high.

【0024】[0024]

【発明の効果】前述したように本発明によれば、フロー
ティングゲートのドレイン領域上の端部表面が粗面化さ
れて大きな凹凸が形成されるので、消去特性が改善さ
れ、消去動作時に消え難かったり、または、消えないな
どの問題の発生が著しく減少し、さらに、書き込み時や
読み出し時の電荷の抜けなども少なくなって信頼性の高
い半導体記憶装置が提供できる。
As described above, according to the present invention, since the end surface on the drain region of the floating gate is roughened to form large unevenness, the erase characteristic is improved and it is difficult to erase during the erase operation. It is possible to provide a highly reliable semiconductor memory device in which the occurrence of a problem such as a loss or disappearance is remarkably reduced, and charge loss during writing and reading is reduced.

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

【図1】本発明の第1の実施例の半導体記憶装置の断面
図。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の半導体記憶装置の第1の製造工程断面
図。
FIG. 2 is a sectional view of a first manufacturing process of the semiconductor memory device of FIG.

【図3】図1の半導体記憶装置の第1の製造工程断面
図。
FIG. 3 is a sectional view of a first manufacturing process of the semiconductor memory device of FIG.

【図4】図1の半導体記憶装置の第1の製造工程断面
図。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a first manufacturing process of the semiconductor memory device of FIG.

【図5】本発明の半導体記憶装置のゲ−ト部の要部拡大
断面図。
FIG. 5 is an enlarged sectional view of an essential part of a gate portion of the semiconductor memory device of the present invention.

【図6】図1の半導体記憶装置の第2の製造工程断面
図。
6A and 6B are cross-sectional views of a second manufacturing process of the semiconductor memory device of FIG.

【図7】図1の半導体記憶装置の第2の製造工程断面
図。
FIG. 7 is a sectional view of a second manufacturing step of the semiconductor memory device of FIG.

【図8】本発明の第2の実施例の半導体記憶装置の断面
図。
FIG. 8 is a sectional view of a semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第3の実施例の半導体記憶装置の断面
図。
FIG. 9 is a sectional view of a semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第4の実施例の半導体記憶装置の断
面図。
FIG. 10 is a sectional view of a semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図11】積層ゲ−ト型不揮発性メモリセルの断面説明
図。
FIG. 11 is an explanatory cross-sectional view of a laminated gate type nonvolatile memory cell.

【図12】従来の半導体記憶装置の製造工程断面図。FIG. 12 is a sectional view of a manufacturing process of a conventional semiconductor memory device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 21 ソ−ス領域 211 n領域 22 ドレイン領域 3 フロ−ティングゲ−ト 31 第1のゲ−ト絶縁膜 4 コントロ−ルゲ−ト 41 第2のゲ−ト絶縁膜 411 シリコン酸化膜 412 シリコン窒化膜 42 ポリシリコン膜 43 シリサイド膜 5 被覆絶縁膜 51 低温酸化膜 52 高温酸化膜 6 表面絶縁膜 7 ソ−ス電極 8 ゲ−ト電極 9 レジスト膜 91 レジスト膜 92 レジスト膜 93 レジスト膜1 Semiconductor Substrate 21 Source Region 211 n - Region 22 Drain Region 3 Floating Gate 31 First Gate Insulating Film 4 Control Gate 41 Second Gate Insulating Film 411 Silicon Oxide Film 412 Silicon nitride film 42 Polysilicon film 43 Silicide film 5 Covering insulating film 51 Low temperature oxide film 52 High temperature oxide film 6 Surface insulating film 7 Source electrode 8 Gate electrode 9 Resist film 91 Resist film 91 Resist film 92 Resist film 93 Resist film

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 表面領域にソ−ス領域およびドレイン領
域を形成した半導体基板と、 この半導体基板上に第1のゲ−ト絶縁膜を介して形成さ
れたポリシリコン膜からなるフロ−ティングゲ−トと、 このフロ−ティングゲ−ト上に第2のゲ−ト絶縁膜を介
して形成されたコントロ−ルゲ−トと、 前記半導体基板上に形成され、前記フロ−ティングゲ−
トおよび前記コントロ−ルゲ−トを被覆するように形成
された絶縁膜とを具備し、 前記フロ−ティングゲ−トの前記ドレイン領域上に形成
された端部表面は、平坦な面であり、前記ソ−ス領域上
に形成された端部表面は、粗面化されていることを特徴
とする半導体記憶装置。
1. A floating gate comprising a semiconductor substrate having a source region and a drain region formed on its surface region, and a polysilicon film formed on the semiconductor substrate via a first gate insulating film. A control gate formed on the floating gate via a second gate insulating film, and the floating gate formed on the semiconductor substrate.
And an insulating film formed so as to cover the control gate, and an end surface of the floating gate formed on the drain region is a flat surface. A semiconductor memory device, wherein an end surface formed on the source region is roughened.
【請求項2】 前記コントロ−ルゲ−トは、ポリシリコ
ン膜もしくはポリシリコン膜とその上に形成された金属
もしくは金属シリサイド膜の複合膜からなることを特徴
とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
2. The semiconductor memory according to claim 1, wherein the control gate comprises a polysilicon film or a composite film of a polysilicon film and a metal or metal silicide film formed thereon. apparatus.
【請求項3】 前記第2のゲ−ト絶縁膜は、窒化膜およ
びこれを挟む1対の酸化膜からなることを特徴とする請
求項1に記載の半導体記憶装置。
3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the second gate insulating film comprises a nitride film and a pair of oxide films sandwiching the nitride film.
【請求項4】 前記ソ−ス領域には、不純物濃度の低い
領域が形成されていいることを特徴とする請求項1に記
載の半導体記憶装置。
4. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein a region having a low impurity concentration is formed in the source region.
【請求項5】 前記第1のゲ−ト絶縁膜の前記ドレイン
領域側端部の膜厚は前記ソ−ス領域側端部の膜厚より厚
くなっていることを特徴とする請求項1に記載の半導体
記憶装置。
5. The film thickness of the end portion of the first gate insulating film on the side of the drain region is larger than the film thickness of the end portion on the side of the source region. The semiconductor storage device described.
【請求項6】 表面領域に、ソ−ス領域およびドレイン
領域を有し、第1のゲ−ト絶縁膜を介して形成されたポ
リシリコン膜からなるフロ−ティングゲ−トと、このフ
ロ−ティングゲ−ト上に第2のゲ−ト絶縁膜を介して形
成されたコントロ−ルゲ−トとを形成した半導体基板上
に絶縁膜を堆積して、これらフロ−ティングゲ−トおよ
びコントロ−ルゲ−トを被覆する工程と、 前記絶縁膜を部分的にエッチング除去して、少なくとも
前記フロ−ティングゲ−トの前記ソ−ス領域上に形成さ
れた端部表面を露出させる工程と、 前記半導体基板を低温加熱することによって少なくとも
前記露出されたフロ−ティングゲ−トの前記ソ−ス領域
上に形成された端部表面に低温形成された絶縁酸化膜を
形成すると共に、この端部表面を粗面化する工程と、 除去されなかった前記絶縁膜を部分的にエッチング除去
して、少なくとも前記フロ−ティングゲ−トの前記ドレ
イン領域上に形成された端部表面を露出させる工程と、 前記半導体基板を高温加熱することによって少なくとも
前記露出されたフロ−ティングゲ−トの前記ドレイン領
域上に形成された端部表面に高温形成された絶縁酸化膜
を形成すると共に、この端部表面を平坦化する工程とを
具備していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. A floating gate formed of a polysilicon film having a source region and a drain region in the surface region and formed through a first gate insulating film, and the floating gate. -The insulating film is deposited on the semiconductor substrate on which the control gate formed through the second gate insulating film is formed, and the floating gate and the control gate are formed. A step of partially removing the insulating film by etching to expose at least an end surface of the floating gate formed on the source region, and the semiconductor substrate is cooled to a low temperature. By heating, an insulating oxide film formed at a low temperature is formed on at least the end surface formed on the source region of the exposed floating gate, and the end surface is roughened. Process and By partially etching away the insulating film that has not been removed to expose at least the end surface of the floating gate formed on the drain region; and heating the semiconductor substrate at a high temperature. At least forming an insulating oxide film formed at a high temperature on the end surface formed on the drain region of the exposed floating gate and flattening the end surface. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項7】 表面領域にソ−ス領域およびドレイン領
域を有し、第1のゲ−ト絶縁膜を介して形成されたポリ
シリコン膜からなるフロ−ティングゲ−トとこのフロ−
ティングゲ−ト上に第2のゲ−ト絶縁膜を介して形成さ
れたコントロ−ルゲ−トとを形成した半導体基板を高温
加熱することによって、これらフロ−ティングゲ−トお
よびコントロ−ルゲ−トを高温形成された絶縁酸化膜で
被覆する工程と、 前記高温形成された絶縁酸化膜を部分的にエッチング除
去して、少なくとも前記フロ−ティングゲ−トの前記ソ
−ス領域上に形成された端部表面を露出させる工程と、 前記半導体基板を低温加熱することによって少なくとも
前記露出されたフロ−ティングゲ−トの前記ソ−ス領域
上に形成された端部表面に低温形成された絶縁酸化膜を
形成すると共に、この端部表面を粗面化する工程とを具
備していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. A floating gate having a source region and a drain region in the surface region and formed of a polysilicon film formed through a first gate insulating film, and the floating gate.
The floating gate and the control gate are heated by heating the semiconductor substrate on which the control gate formed on the gate and the second gate insulating film is formed at a high temperature. Covering with an insulating oxide film formed at a high temperature, and partially removing the insulating oxide film formed at a high temperature by etching to form an end portion formed at least on the source region of the floating gate. Exposing the surface, and forming an insulating oxide film formed at a low temperature on at least the end surface of the exposed floating gate by heating the semiconductor substrate at a low temperature. And a step of roughening the surface of the end portion.
【請求項8】 前記高温加熱の温度が、950℃以上で
あり、前記低温加熱の温度は、900℃以下であること
を特徴とする請求項6又は請求項7に記載の半導体装置
の製造方法。
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the high temperature heating temperature is 950 ° C. or higher and the low temperature heating temperature is 900 ° C. or lower. ..
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08162549A (en) * 1994-05-25 1996-06-21 Hyundai Electron Ind Co Ltd Formation method of gate electrode of semiconductor element

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