JPH06151868A - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory device

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JPH06151868A
JPH06151868A JP29576092A JP29576092A JPH06151868A JP H06151868 A JPH06151868 A JP H06151868A JP 29576092 A JP29576092 A JP 29576092A JP 29576092 A JP29576092 A JP 29576092A JP H06151868 A JPH06151868 A JP H06151868A
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JP
Japan
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diffusion layer
region
floating gate
drain
atoms
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Application number
JP29576092A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyomi Naruge
清実 成毛
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

PURPOSE:To improve endurance resistance of a nonvolatile semiconductor memory device in which electrons in a floating gate are erased by an F-N tunneling to a drain diffusion layer. CONSTITUTION:A part of a drain region 9 of an EEPROM cell is formed so that the part dives below a floating gate 3, and the drain region 9 comprises a shallow diffusion layer region 20 using an arsenic arom and a phosphorus atom as an impurity and a deep diffusion layer region 21 formed so as to surround the shallow diffusion layer 20 using the phosphorus atom as the impurity. Further, the drain region 9 is characterized in that a surface concentration of the arsenic atom of the shallow diffusion layer 20 is 5X10<15>atoms/cm<2> or more. By forming the surface concentration of the arsenic atom of the shallow diffusion layer 20 to 5X10<15>atoms/cm<2> or more in the above construction, a width of a depletion layer occurring in the circumference of the drain diffusion layer in applying a high voltage can be shortened and the occurrence number of holes in the depletion layer can be reduced. Thus, a trap of electrons in an oxide film can be controlled and a window narrowing is reduced.

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、不揮発性半導体記憶装
置に係わり、特に電気的に書き込み・消去可能なEEP
ROMのセルに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-volatile semiconductor memory device, and particularly to an electrically erasable / erasable EEP.
Relating to ROM cells.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5は一般的なSISOS(SIde wall
Select gate On Source side)型EEPROMセルの断
面図である。
2. Description of the Related Art FIG. 5 shows a general SISOS (SIde wall).
It is a sectional view of a Select gate On Source side) type EEPROM cell.

【0003】図5に示すように、P型シリコン基板10
1の表面上には第1の酸化膜(ゲ−。ト酸化膜)102
が形成されている。この第1の酸化膜102上には浮遊
ゲ−ト103が形成されている。この浮遊ゲ−ト103
上には第2の酸化膜104が形成されている。この第2
の酸化膜104上にはソース側およびドレイン側のゲー
ト端がそれぞれ浮遊ゲート103と自己整合となってい
る制御ゲート105が形成されている。浮遊ゲート10
3および制御ゲート105のソース側の側壁には第3の
酸化膜106が形成され、また基板101の表面上には
第4の酸化膜107が形成されている。これら第3の酸
化膜106および第4の酸化膜107上には、ゲート端
が浮遊ゲート103と自己整合となっている選択ゲート
108が形成されている。基板101内には、領域端が
浮遊ゲート103端と自己整合となっているドレイン領
域109と、領域端が選択ゲート108端と自己整合と
なっているソ−ス領域110とが形成されている。この
タイプのセルの動作を説明する。
As shown in FIG. 5, a P-type silicon substrate 10 is provided.
A first oxide film (gate oxide film) 102 is formed on the surface of the first oxide film 102.
Are formed. A floating gate 103 is formed on the first oxide film 102. This floating gate 103
A second oxide film 104 is formed on the top. This second
A control gate 105 is formed on the oxide film 104 in such a manner that the gate ends on the source side and the drain side are self-aligned with the floating gate 103. Floating gate 10
3 and the source side wall of the control gate 105, a third oxide film 106 is formed, and a fourth oxide film 107 is formed on the surface of the substrate 101. A select gate 108 whose gate end is self-aligned with the floating gate 103 is formed on the third oxide film 106 and the fourth oxide film 107. In the substrate 101, a drain region 109 whose region edge is self-aligned with the end of the floating gate 103 and a source region 110 whose region edge is self-aligned with the end of the select gate 108 are formed. . The operation of this type of cell will be described.

【0004】書き込み時、選択ゲート108にしきい値
程度の電圧例えば1.5Vを印加し、制御ゲート105
にプログラム電圧例えば12Vを印加し、ドレイン10
9に電源電圧例えば5Vを印加することで、ホットエレ
クトロンをソース側から浮遊ゲート103へと注入す
る。
At the time of writing, a voltage close to a threshold value, for example, 1.5 V is applied to the select gate 108 to control the control gate 105.
A program voltage of, for example, 12 V is applied to the drain 10
By applying a power supply voltage, for example, 5 V, the hot electrons are injected from the source side to the floating gate 103.

【0005】消去時、選択ゲート108と制御ゲート1
05を接地し、ソース110をオープン状態とし、ドレ
イン109に消去電圧例えば12Vを印加することで、
浮遊ゲート103から電子をドレイン拡散層109へと
F−Nトンネルにより引き抜く。
At the time of erasing, the selection gate 108 and the control gate 1
05 is grounded, the source 110 is opened, and an erase voltage, for example, 12 V is applied to the drain 109,
Electrons are extracted from the floating gate 103 to the drain diffusion layer 109 by an FN tunnel.

【0006】読み出し時、選択ゲート108と制御ゲー
ト105に例えば5Vを印加し、ドレイン109に読み
出し電圧例えば1Vを印加して、チャネル電流の有無を
調べることで行う。
At the time of reading, for example, 5 V is applied to the select gate 108 and the control gate 105, and a read voltage of 1 V is applied to the drain 109 to check the presence / absence of a channel current.

【0007】このタイプのセルでは、従来より、ドレイ
ン高濃度拡散層120形成のためのヒ素不純物原子の注
入量をソース拡散層と同程度の注入、例えば1〜5×1
15atoms/cm2 としている。しかしながら、図
5に示すタイプのセルでは、従来、十分な書き換え回数
に対する信頼性が得られなかった。その理由を以下に述
べる。
In this type of cell, conventionally, the implantation amount of arsenic impurity atoms for forming the drain high-concentration diffusion layer 120 is similar to that of the source diffusion layer, for example, 1 to 5 × 1.
0 15 atoms / cm 2 I am trying. However, the cell of the type shown in FIG. 5 has hitherto been unable to obtain sufficient reliability for the number of times of rewriting. The reason will be described below.

【0008】まず、このタイプのセルは書き換え回数の
増加とともに消去側のVthが高くなるという特性劣化が
起きる。これをウィンドウ・ナロウィング(window narr
owing)と称するが、この様子を図6に示してある。図6
には、書き換え回数の増加とともに消去が起こり難くな
っていることが示されている。なお、一方の書き込み側
の変化は少なく問題はない。
First, in this type of cell, the characteristic deterioration that the Vth on the erasing side increases as the number of times of rewriting increases. This is the window narrwing
This is shown in FIG. 6. Figure 6
Show that erasing is less likely to occur as the number of rewrites increases. The change on one writing side is small and there is no problem.

【0009】このウィンドウ・ナロウィングは、酸化膜
に電子がトラップされることにより生ずる。消去の際、
電子は浮遊ゲートからドレイン拡散層へとF−Nトンネ
ルにより引き抜かれるが、この時、一部の電子が酸化膜
にトラップされる。この電子トラップは、消去時の電子
のF−Nトンネル効率を低下させ、消去側のウィンドウ
・ナロウィングを引き起こす。また、酸化膜に正孔がト
ラップされていると、酸化膜へトラップされる電子の数
は多くなる。従来技術のようにドレイン濃度が十分に濃
くない場合には、この正孔トラップが多く起こり、ひい
ては酸化膜へトラップされる電子の数が多くなって、消
去側のウィンドウ・ナロウィングが加速される。
This window narrowing is caused by the trapping of electrons in the oxide film. When erasing
The electrons are extracted from the floating gate to the drain diffusion layer by the FN tunnel, but at this time, some of the electrons are trapped in the oxide film. This electron trap lowers the electron F-N tunnel efficiency at the time of erasing, and causes a window narrowing on the erasing side. Further, when holes are trapped in the oxide film, the number of electrons trapped in the oxide film increases. When the drain concentration is not sufficiently high as in the prior art, this hole trapping occurs many times, and the number of electrons trapped in the oxide film increases, and the window narrowing on the erase side is accelerated.

【0010】ではなぜこの正孔トラップがドレイン濃度
によって変化するのか、これを説明するために、まず消
去動作時にはどのようなキャリアの発生と移動があるか
を図7と図8を使って説明する。図7は消去動作時のド
レイン拡散層の近傍の断面図であり、図8はこの時のド
レイン拡散層上でのバンド図を示している。
In order to explain why this hole trap changes depending on the drain concentration, first, what carriers are generated and transferred during the erase operation will be described with reference to FIGS. 7 and 8. . FIG. 7 is a cross-sectional view of the vicinity of the drain diffusion layer during the erase operation, and FIG. 8 is a band diagram on the drain diffusion layer at this time.

【0011】消去動作の場合、前述したようにドレイン
拡散層に高電圧が印加される。これにより、浮遊ゲート
内の電子Aはドレイン拡散層へとF−Nトンネリングに
より引き抜かれるが、一部は酸化膜中にトラップされ
る。
In the erase operation, a high voltage is applied to the drain diffusion layer as described above. Thereby, the electrons A in the floating gate are extracted to the drain diffusion layer by FN tunneling, but some of them are trapped in the oxide film.

【0012】一方、ドレイン拡散層の伝導帯にエネルギ
ーを持って現れた電子Aがドレイン拡散層の空乏層内で
エネルギーを失う時、価電子帯の電子にエネルギーを与
え、電子Be −正孔Bh 対を発生させる。この正孔Bh
は空乏層内の縦方向電界によって酸化膜方向へ加速され
る。発生した正孔のエネルギーが酸化膜の正孔に対する
エネルギー障壁よりも高ければ、正孔Bh は発生したほ
ぼ直上にある酸化膜へ注入され、その一部が酸化膜中に
トラップされる。この領域はF−Nトンネリングによっ
て電子が透過してくる領域でもあり、正孔Bh のトラッ
プにより電子トラップも起こり易くなる、ということは
前述したとうりである。
On the other hand, when the electron A, which appears with energy in the conduction band of the drain diffusion layer, loses energy in the depletion layer of the drain diffusion layer, energy is given to the electron in the valence band, and electron Be-hole Bh. Generate a pair. This hole Bh
Is accelerated toward the oxide film by the vertical electric field in the depletion layer. If the energy of the generated holes is higher than the energy barrier for holes in the oxide film, the holes Bh are injected into the oxide film just above the generated holes, and part of them are trapped in the oxide film. As described above, this region is also a region through which electrons are transmitted by F-N tunneling, and electron traps easily occur due to the trap of holes Bh.

【0013】ここで、空乏層幅Wとドレイン拡散層濃度
D との間には簡単な計算によると、下記数1のような
関係がある。なお、数1においてEOXは酸化膜にかかる
電界である。
According to a simple calculation, the depletion layer width W and the drain diffusion layer concentration N D have the following relationship. In Equation 1, E OX is an electric field applied to the oxide film.

【0014】[0014]

【数1】 [Equation 1]

【0015】即ち、従来のようにドレイン拡散層濃度N
D が薄い場合、空乏層幅は広がり、空乏層内で発生する
正孔の数はドレイン拡散層濃度が濃い場合よりも多くな
り、それだけ真上にある酸化膜へ飛び込む正孔も増す。
このため消去時のトンネル電子が捕獲され易い状況にな
る。すなわちドレイン拡散層濃度が薄いほど、このエン
ドゥランス・ウィンドウ・ナロウィング(Endurance win
dow narrowing)が加速される、という信頼性性上の問題
があった。
That is, as in the conventional case, the drain diffusion layer concentration N
When D is thin, the width of the depletion layer expands, the number of holes generated in the depletion layer becomes larger than that in the case where the concentration of the drain diffusion layer is high, and the number of holes jumping into the oxide film immediately above increases.
For this reason, tunnel electrons are easily captured during erase. That is, the thinner the drain diffusion layer concentration, the more endurance window narrowing (Endurance win
There was a reliability issue that (dow narrowing) was accelerated.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、浮
遊ゲート内の電子をドレイン拡散層へF−Nトンネリン
グによって消去するEEPROMセルを具備する不揮発
性半導体記憶装置において、高いエンドゥランス耐性を
持つ不揮発性半導体記憶装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to have a high endurance resistance in a non-volatile semiconductor memory device having an EEPROM cell that erases electrons in a floating gate into a drain diffusion layer by FN tunneling. It is to provide a nonvolatile semiconductor memory device.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】この発明に係わる不揮発
性半導体記憶装置は、SISOS型セルを持ち、このセ
ルのドレイン領域が、一部が浮遊ゲート下に潜り込むよ
うに形成され、ヒ素原子およびリン原子を主要な不純物
とする浅い拡散層領域と、この浅い拡散層を囲むように
形成され、リン原子を主要な不純物とする深い拡散層領
域とから構成され、前記浅い拡散層のヒ素原子の表面濃
度が5×1015atoms/cm2 以上であることを特
徴としている。
A non-volatile semiconductor memory device according to the present invention has a SISOS type cell, a drain region of which is formed so as to partially underlie a floating gate. The surface of the arsenic atoms of the shallow diffusion layer is composed of a shallow diffusion layer region containing atoms as a main impurity and a deep diffusion layer region formed so as to surround the shallow diffusion layer and containing phosphorus atoms as a main impurity. Concentration is 5 × 10 15 atoms / cm 2 It is characterized by the above.

【0018】[0018]

【作用】上記構成の不揮発性半導体記憶装置によれば、
ドレイン領域を構成する浅い拡散層のヒ素原子の表面濃
度が5×1015atoms/cm2 以上であることによ
り、高電圧の印加時にドレイン拡散層周囲に生ずる空乏
層の幅を小さくできる。空乏層の幅が小さくなると、空
乏層内で発生する正孔の数は減少するので、酸化膜へ注
入される正孔を減少させることができる。このため、酸
化膜中の電子のトラップが加速されることがなくなり、
ウインドウ・ナロウィングの問題を低減させることがで
きる。
According to the nonvolatile semiconductor memory device having the above structure,
The surface concentration of arsenic atoms in the shallow diffusion layer forming the drain region is 5 × 10 15 atoms / cm 2 As described above, the width of the depletion layer generated around the drain diffusion layer when a high voltage is applied can be reduced. As the width of the depletion layer becomes smaller, the number of holes generated in the depletion layer decreases, so that the holes injected into the oxide film can be reduced. Therefore, the trapping of electrons in the oxide film is not accelerated,
The problem of window narrowing can be reduced.

【0019】[0019]

【実施例】図1はこの発明のー実施例に係わるSISO
S型EEPROMセルの断面図、図2(a)〜(d)は
それぞれ図1に示すEEPROMセルを主要な工程毎に
示した断面図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a SISO according to an embodiment of the present invention.
2A to 2D are cross-sectional views showing the EEPROM cell shown in FIG. 1 for each main step.

【0020】まず、図2(a)に示すように、フィール
ド酸化膜(図示せず)で囲まれた素子領域のP型シリコ
ン基板1表面に厚み100オングストロ−ム程度の第1
ゲート酸化膜2を熱酸化法により形成し、その上に厚み
1000オングストロ−ムの第1多結晶シリコン3を堆
積し、続いてこれにリン拡散を行う。この後、図示しな
いが第1多結晶シリコンの一部をエッチング除去し、浮
遊ゲ−トをセル毎に分離するための開口部(セルスリッ
ト)を形成する。その後、第1多結晶シリコン3表面に
厚み100オングストロ−ムのシリコン酸化膜(図示せ
ず)を熱酸化法により形成し、続いて150オングスト
ロ−ムのシリコン窒化膜(図示せず)をLPCVD法に
より堆積し、更にシリコン窒化膜表面を熱酸化して約5
0オングストロ−ムのシリコン酸化膜(図示せず)を形
成し、これらの積層膜で成る層間絶縁膜4を形成する。
この上に4000オングストロ−ムの第2多結晶シリコ
ン5を堆積し、続いてこれにリン拡散を行う。
First, as shown in FIG. 2A, a first region having a thickness of about 100 Å is formed on the surface of the P-type silicon substrate 1 in the element region surrounded by a field oxide film (not shown).
A gate oxide film 2 is formed by a thermal oxidation method, a first polycrystalline silicon film 3 having a thickness of 1000 angstrom is deposited on the gate oxide film 2, and then phosphorus diffusion is performed thereon. Thereafter, although not shown, a part of the first polycrystalline silicon is removed by etching to form an opening (cell slit) for separating the floating gate for each cell. Then, a 100 Å thick silicon oxide film (not shown) is formed on the surface of the first polycrystalline silicon 3 by a thermal oxidation method, and then a 150 Å silicon nitride film (not shown) is formed by LPCVD. And then thermally oxidize the surface of the silicon nitride film to about 5
A silicon oxide film (not shown) of 0 angstrom is formed, and an interlayer insulating film 4 made of a laminated film of these is formed.
A 4000 angstrom second polycrystalline silicon layer 5 is deposited thereon, and then phosphorus diffusion is performed thereon.

【0021】次に、図2(b)に示すようにレジストパ
ターニングを行って、第2多結晶シリコン膜5、層間絶
縁膜4、第1多結晶シリコン膜3の積層構造部をエッチ
ングする。これにより第1多結晶シリコン膜3は浮遊ゲ
−トとなり、第2多結晶シリコン膜5は制御ゲ−トとな
る。この後、熱酸化を行って半導体基板1表面に厚み2
50オングストロ−ムの酸化膜を、また、この時同時
に、第1多結晶シリコン側面および第2多結晶シリコン
側面に厚み500オングストロ−ムの熱酸化膜(図示せ
ず)を形成し、続いて150オングストロ−ムのシリコ
ン窒化膜(図示せず)をLPCVD法により堆積し、更
にシリコン窒化膜表面を熱酸化して約50オングストロ
−ムのシリコン酸化膜(図示せず)を形成し、これらの
積層膜で成る第2層間絶縁膜6及び第2ゲート絶縁膜7
を形成した。この後、4000オングストロ−ムの第3
多結晶シリコン膜8をLPCVD法により堆積、これに
リン拡散を行う。
Next, as shown in FIG. 2B, resist patterning is performed to etch the laminated structure portion of the second polycrystalline silicon film 5, the interlayer insulating film 4, and the first polycrystalline silicon film 3. As a result, the first polycrystalline silicon film 3 becomes a floating gate and the second polycrystalline silicon film 5 becomes a control gate. After that, thermal oxidation is performed to form a semiconductor layer having a thickness of 2 on the surface.
An oxide film having a thickness of 50 Å and a thermal oxide film (not shown) having a thickness of 500 Å are simultaneously formed on the side surfaces of the first and second polycrystalline silicon layers at the same time. An angstrom silicon nitride film (not shown) is deposited by LPCVD, and the surface of the silicon nitride film is thermally oxidized to form a silicon oxide film (not shown) of about 50 angstroms. Second interlayer insulating film 6 and second gate insulating film 7 made of a film
Was formed. After this, the third of 4000 angstrom
A polycrystalline silicon film 8 is deposited by the LPCVD method, and phosphorus diffusion is performed on this.

【0022】次に、図2(c)に示すように第3多結晶
シリコン膜8のコンタクト領域(図示せず)を残すよう
にレジストパターニングを行って、異方性エッチング技
術のRIEによって第3多結晶シリコン膜のエッチング
を行う。これによって、レジストで覆われたコンタクト
領域と、第2多結晶シリコン膜5/層間絶縁膜4/第1
多結晶シリコン膜3の積層構造部の側壁に第3多結晶シ
リコン膜8が残る。この側壁に残った第3多結晶シリコ
ン膜8は選択ゲ−トとなる。
Next, as shown in FIG. 2C, resist patterning is performed so as to leave a contact region (not shown) of the third polycrystalline silicon film 8 and a third etching is performed by RIE of an anisotropic etching technique. The polycrystalline silicon film is etched. As a result, the contact region covered with the resist and the second polycrystalline silicon film 5 / interlayer insulating film 4 / first
The third polycrystalline silicon film 8 remains on the side wall of the laminated structure portion of the polycrystalline silicon film 3. The third polycrystalline silicon film 8 left on the side wall becomes a selective gate.

【0023】次に、図2(d)に示すように、ソース側
の第3多結晶シリコン膜8およびコンタクト領域をカバ
ーするようにレジストパターニングを行った後、等方性
エッチング技術のCDEによってドレイン側の第3多結
晶シリコン膜8のエッチングを行った。続いて、ドレイ
ン領域9にヒ素イオンを1×1016atoms/c
2 、リンイオンを1×1014atoms/cm2 のイ
オン注入を行い、この後1000℃、30分のアニール
を行う。これらの注入工程により、ドレイン領域9は、
ヒ素原子およびリン原子を主要な不純物とする浅い高濃
度拡散層20、および浅い高濃度拡散層20を囲むよう
に形成され、リン原子を主要な不純物とする深い低濃度
拡散層21で構成されるようになる。また、浅い高濃度
拡散層20は、一部が浮遊ゲート3下に潜り込むように
なる。次いで、ソース領域10にヒ素イオンを5×10
15atoms/cm2 イオン注入を行った。
Next, as shown in FIG. 2D, after resist patterning is performed so as to cover the third polycrystalline silicon film 8 on the source side and the contact region, the drain is formed by the CDE of the isotropic etching technique. The third polycrystalline silicon film 8 on the side was etched. Subsequently, 1 × 10 16 atoms / c of arsenic ions is applied to the drain region 9.
m 2 , Phosphorus ions at 1 × 10 14 atoms / cm 2 Ion implantation is performed, and thereafter, annealing is performed at 1000 ° C. for 30 minutes. By these implantation steps, the drain region 9 becomes
A shallow high-concentration diffusion layer 20 containing arsenic atoms and phosphorus atoms as main impurities, and a deep low-concentration diffusion layer 21 surrounding the shallow high-concentration diffusion layer 20 and containing phosphorus atoms as main impurities are formed. Like In addition, a part of the shallow high-concentration diffusion layer 20 comes under the floating gate 3. Next, arsenic ions are added to the source region 10 by 5 × 10 5.
15 atoms / cm 2 Ion implantation was performed.

【0024】次に、図1に示すように、層間絶縁膜11
を堆積しリフローを行い平坦化した後、コンタクト孔1
2を開孔し、メタル配線材料13を堆積、そしてパター
ニングを行って配線の形成を行う。この後、パッシベー
ション膜としてPSG膜14およびプラズマSiN膜1
5を堆積し、パッド部(図示せず)を開孔する。以上の
ような製造方法によりこの発明の一実施例に係わる不揮
発性半導体記憶装置が完成する。
Next, as shown in FIG. 1, the interlayer insulating film 11 is formed.
After depositing and reflowing and flattening, contact hole 1
2 is opened, metal wiring material 13 is deposited, and patterning is performed to form wiring. After that, the PSG film 14 and the plasma SiN film 1 are formed as a passivation film.
5 is deposited, and a pad portion (not shown) is opened. The non-volatile semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention is completed by the above manufacturing method.

【0025】上記構成によれば、ドレイン拡散層9が、
ヒ素イオンを1×1016atoms/cm2 、リンイオ
ンを1×1014atoms/cm2 と多量の不純物を導
入することによって得られるために、高濃度拡散層20
の不純物濃度ND を十分に濃くすることができる。この
ように高濃度拡散層20の不純物濃度ND が十分に濃い
ために、ドレイン拡散層に高電圧を印加した時にドレイ
ン拡散層周囲に生ずる空乏層の幅は小さくなり、この空
乏層内で発生される正孔の数が減る。空乏層内で発生し
た正孔は、その直上にある酸化膜へと縦方向電界によっ
て加速され注入されるが、その量が減少しただけ酸化膜
へ注入される正孔は減少し、したがって電子のトラップ
が加速されることがなく、ウインドウ・ナロウィングの
問題が低減する。
According to the above structure, the drain diffusion layer 9 is
Arsenic ions at 1 × 10 16 atoms / cm 2 , Phosphorus ions at 1 × 10 14 atoms / cm 2 And the high concentration diffusion layer 20 because it is obtained by introducing a large amount of impurities.
The impurity concentration N D can be sufficiently increased. Since the impurity concentration N D of the high-concentration diffusion layer 20 is sufficiently high as described above, the width of the depletion layer generated around the drain diffusion layer when a high voltage is applied to the drain diffusion layer becomes small, and the depletion layer is generated in this depletion layer. The number of holes that are formed is reduced. The holes generated in the depletion layer are accelerated by the vertical electric field and injected into the oxide film immediately above the depletion layer. The trap is not accelerated and the window narrowing problem is reduced.

【0026】図3および図6はそれぞれウィンドウ・ナ
ロウィングを示す図である。図6に示すように、ヒ素イ
オンの注入ドーズ量を1×1015atoms/cm2
してドレイン拡散層を得た時、即ち、ドレイン拡散層の
表面濃度が1×1015atoms/cm2 程度の場合、
ウィンドウ・ナロウィングがW/E(書き込み/消去)
回数が500回程度から著しくなる。これに対して、図
3に示すように、上記一実施例のようにヒ素イオンの注
入ドーズ量を1×1016atoms/cm2 としてドレ
イン拡散層を得た時、即ち、ドレイン拡散層の表面濃度
が1×1016atoms/cm2 程度の場合、ウィンド
ウ・ナロウィングはW/E回数104 回においても十分
に小さい。尚、図3中には、ヒ素イオンの注入ドーズ量
を5×1015atoms/cm2 としてドレイン拡散層
を得た時、即ち、ドレイン拡散層の表面濃度が5×10
15atoms/cm2 程度の場合も図示している。この
場合でも、図6に示す従来例より、エンドゥランス・ウ
ィンドウ・ナロウィングが向上している。以上のよう
に、ドレイン拡散層のヒ素原子を高濃度化することによ
り、EEPROMセルのエンドゥランス耐性を向上させ
ることができる。
FIGS. 3 and 6 are views showing window narrowing, respectively. As shown in FIG. 6, the implantation dose of arsenic ions was set to 1 × 10 15 atoms / cm 2. When the drain diffusion layer is obtained as, that is, the surface concentration of the drain diffusion layer is 1 × 10 15 atoms / cm 2 In case of
Window narrowing is W / E (write / erase)
The number becomes remarkable from about 500 times. On the other hand, as shown in FIG. 3, the implantation dose of arsenic ions is set to 1 × 10 16 atoms / cm 2 as in the above embodiment. When the drain diffusion layer is obtained, that is, the surface concentration of the drain diffusion layer is 1 × 10 16 atoms / cm 2 In the case of the degree, the window narrowing W / E number is 10 4 It is small enough even at times. In FIG. 3, the implantation dose of arsenic ions is 5 × 10 15 atoms / cm 2. When the drain diffusion layer is obtained as, that is, the surface concentration of the drain diffusion layer is 5 × 10 5.
15 atoms / cm 2 The case is also illustrated. Even in this case, the endurance window narrowing is improved as compared with the conventional example shown in FIG. As described above, by increasing the concentration of arsenic atoms in the drain diffusion layer, the endurance resistance of the EEPROM cell can be improved.

【0027】図4は、W/E104 cycles後の消
去状態のVthから10cycles後の消去状態のV
thを引いたウィンドウ・ナロウィング量を示すΔVt
hとドレイン拡散層の表面濃度との関係を示す図であ
る。ナロウィング量低減の効果は、ドレイン拡散層のヒ
素イオンの注入ドーズ量が5×1015atoms/cm
2 以上、即ち、ドレイン拡散層の表面濃度が5×1015
atoms/cm2 以上でほぼ飽和状態となることがわ
かる。
FIG. 4 shows the W / E10 4. From Vth in the erased state after cycles to Vth in the erased state after 10 cycles
ΔVt indicating the window / narrowing amount minus th
It is a figure which shows the relationship between h and the surface concentration of a drain diffusion layer. The effect of reducing the amount of narrowing is that the implantation dose of arsenic ions in the drain diffusion layer is 5 × 10 15 atoms / cm 3.
2 That is, the surface concentration of the drain diffusion layer is 5 × 10 15.
atoms / cm 2 From the above, it can be seen that the state is almost saturated.

【0028】前述したように、空乏層幅Wと、ドレイン
拡散層濃度ND および酸化膜電界EOXとの間には上記数
1の関係がある。この関係を受けて、なまりを付けた消
去パルスをドレインに印加することで酸化膜電界EOX
小さくし、空乏層幅を小さくして正孔注入を低減させる
ことでも、ウィンドウ・ナロウィングが改善されること
が確認されており、上記説明してきたモデルは正しいと
考えられる。しかしながら、なまりを付けた消去パルス
は、モデルの検証としては有効であるが実際には実用的
ではなく、やはりなまりが小さい場合でも正孔注入が低
減できる、この発明に係わるドレイン拡散層を高濃度化
させる構造が実用的である。
As described above, the depletion layer width W, the drain diffusion layer concentration N D, and the oxide film electric field E OX have the relationship of the above expression 1. In view of this relation, the window narrowing is also improved by applying a rounded erase pulse to the drain to reduce the oxide film electric field E OX and reduce the depletion layer width to reduce hole injection. It has been confirmed that the model described above is correct. However, the erase pulse with roundness is effective as a model verification, but is not practical in practice, and hole injection can be reduced even when the roundness is small. The structure to make it practical is practical.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、浮遊ゲート内の電子をドレイン拡散層へF−Nトン
ネリングによって消去するEEPROMセルを具備する
不揮発性半導体記憶装置において、高いエンドゥランス
耐性を持つ不揮発性半導体記憶装置を提供できる。
As described above, according to the present invention, in the nonvolatile semiconductor memory device including the EEPROM cell for erasing the electrons in the floating gate to the drain diffusion layer by FN tunneling, high endurance resistance is provided. It is possible to provide a nonvolatile semiconductor memory device having

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

【図1】図1はこの発明のー実施例に係わるSISOS
型EEPROMセルの断面図。
FIG. 1 is a SISOS according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view of a type EEPROM cell.

【図2】図2は図1に示すEEPROMセルの製造方法
を説明する図で(a)〜(d)はそれぞれ主要な工程毎
に示した断面図。
FIG. 2 is a diagram illustrating a method of manufacturing the EEPROM cell shown in FIG. 1, and FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views showing respective main steps.

【図3】図3はこの発明に係わるEEPROMセルのウ
ィンドウ・ナロウィングを示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a window narrowing of an EEPROM cell according to the present invention.

【図4】図4はこの発明に係わるEEPROMセルのウ
ィンドウ・ナロウィング量とドレイン拡散層の表面濃度
との関係を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the window / narrowing amount and the surface concentration of the drain diffusion layer of the EEPROM cell according to the present invention.

【図5】図5は一般的なSISOS型EEPROMセル
の断面図。
FIG. 5 is a sectional view of a general SISOS type EEPROM cell.

【図6】図6は従来のEEPROMセルのウィンドウ・
ナロウィングを示す図。
FIG. 6 shows a window of a conventional EEPROM cell.
The figure which shows a narrowing.

【図7】図7は消去動作時のドレイン拡散層の近傍の断
面図。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the vicinity of a drain diffusion layer during an erase operation.

【図8】図8は消去動作時のドレイン拡散層上のバンド
図。
FIG. 8 is a band diagram on the drain diffusion layer during an erase operation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…P型シリコン基板、2…第1ゲ−ト酸化膜、3…浮
遊ゲ−ト(第1多結晶シリコン膜)、4…層間絶縁膜、
5…制御ゲ−ト(第2多結晶シリコン膜)、6…第2層
間絶縁膜、7…第2ゲ−ト絶縁膜、8…選択ゲ−ト(第
3多結晶シリコン膜)、9…ドレイン領域、10…ソ−
ス領域、11…層間絶縁膜、12…コンタクト孔、13
…配線(メタル配線材料)、14…PSG膜、15…プ
ラズマSiN膜、20…ドレイン高濃度拡散層、21…
ドレイン低濃度拡散層。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... P-type silicon substrate, 2 ... 1st gate oxide film, 3 ... floating gate (1st polycrystalline silicon film), 4 ... interlayer insulation film,
5 ... Control gate (second polycrystalline silicon film), 6 ... Second interlayer insulating film, 7 ... Second gate insulating film, 8 ... Select gate (third polycrystalline silicon film), 9 ... Drain region, 10 ... source
Region, 11 ... interlayer insulating film, 12 ... contact hole, 13
... Wiring (metal wiring material), 14 ... PSG film, 15 ... Plasma SiN film, 20 ... Drain high concentration diffusion layer, 21 ...
Drain low concentration diffusion layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型の半導体基板と、この半導体
基板表面上に形成された第1の絶縁膜と、この第1の絶
縁膜上に設けられた浮遊ゲートと、この浮遊ゲート上に
設けられた第2の絶縁膜と、この第2の絶縁膜上に設け
られ、ソース側およびドレイン側のゲート端がそれぞれ
前記浮遊ゲートと自己整合となっている制御ゲートと、
前記浮遊ゲートおよび制御ゲートのソース側の側壁に形
成された第3の絶縁膜を介し、且つ前記半導体基板表面
上に形成された第4絶縁膜を介して設けられ、ゲート端
が浮遊ゲートと自己整合となっている選択ゲートと、前
記半導体基板内に形成され、その領域端が前記選択ゲー
ト端と自己整合となっているソ−ス領域と、前記半導体
基板内に形成され、その領域端が前記浮遊ゲート端と自
己整合となっているドレイン領域とで構成されるメモリ
セルを具備し、 前記ソース領域が、ヒ素原子を主要な不純物とする拡散
層領域で構成され、 前記ドレイン領域が、一部が前記浮遊ゲート下に潜り込
むように形成され、ヒ素原子およびリン原子を主要な不
純物とする浅い拡散層領域、および前記浅い拡散層を囲
むように形成され、リン原子を主要な不純物とする深い
拡散層領域で構成され、 前記ドレイン領域を構成する浅い拡散層のヒ素原子の表
面濃度が5×1015atoms/cm2 以上であること
を特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
1. A semiconductor substrate of a first conductivity type, a first insulating film formed on the surface of the semiconductor substrate, a floating gate provided on the first insulating film, and a floating gate on the floating gate. A second insulating film provided, and a control gate provided on the second insulating film, the source side and drain side gate ends of which are self-aligned with the floating gate, respectively.
The floating gate and the control gate are provided via a third insulating film formed on sidewalls of the source side and a fourth insulating film formed on the surface of the semiconductor substrate, and the gate end is self-aligned with the floating gate. A source region formed in the semiconductor substrate and a source region formed in the semiconductor substrate, the source region being self-aligned with the select gate aligned, and the region edge being formed in the semiconductor substrate. A memory cell comprising a drain region self-aligned with the floating gate end, the source region comprising a diffusion layer region containing arsenic atoms as a main impurity, and the drain region comprising Part is formed under the floating gate, and is formed so as to surround the shallow diffusion layer and a shallow diffusion layer region in which arsenic atoms and phosphorus atoms are the main impurities. Consists of a deep diffusion layer region with the impurity, the surface concentration of arsenic atoms in the shallow diffusion layer constituting the drain region is 5 × 10 15 atoms / cm 2 A non-volatile semiconductor memory device characterized by the above.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100624925B1 (en) * 1999-11-09 2006-09-14 주식회사 하이닉스반도체 Poly gate inversion transistor

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