JPH0642547B2 - Nonvolatile semiconductor memory and manufacturing method thereof - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory and manufacturing method thereof

Info

Publication number
JPH0642547B2
JPH0642547B2 JP62136315A JP13631587A JPH0642547B2 JP H0642547 B2 JPH0642547 B2 JP H0642547B2 JP 62136315 A JP62136315 A JP 62136315A JP 13631587 A JP13631587 A JP 13631587A JP H0642547 B2 JPH0642547 B2 JP H0642547B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
semiconductor
ion implantation
substrate
ions
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP62136315A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS63301566A (en
Inventor
正毅 佐藤
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
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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 Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP62136315A priority Critical patent/JPH0642547B2/en
Priority to US07/136,766 priority patent/US4835740A/en
Priority to DE8787311422T priority patent/DE3778331D1/en
Priority to EP87311422A priority patent/EP0273728B1/en
Publication of JPS63301566A publication Critical patent/JPS63301566A/en
Publication of JPH0642547B2 publication Critical patent/JPH0642547B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、不揮発性半導体メモリおよびその製造方法に
係り、特にコントロールゲートとフローティングゲート
とを有する情報の書き換えが可能な読出し専用メモリセ
ルおよびその形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory and a method for manufacturing the same, and more particularly, to rewritable information having a control gate and a floating gate. The present invention relates to a dedicated memory cell and a method for forming the same.

(従来の技術) 不揮発性半導体メモリ、たとえばEPROM(Erassable Pro
grammable Read Only Memory)のメモリセルに情報を書
き込む場合には、コントロールゲートを正の高電位にし
て基板表面にチャネルを形成し、ドレインに正の電圧を
印加する。このとき、チャネル内を走行する電子は、特
にドレイン近傍に発生した高電界により高エネルギを受
け、フローティングゲート下の絶縁膜によるエネルギ障
壁を越えてフローティングゲートに電子が注入されるよ
うになり、この注入が行われた状態が書き込み状態であ
る。
(Prior Art) Nonvolatile semiconductor memory such as EPROM (Erassable Pro)
When writing information to a grammable read only memory) memory cell, the control gate is set to a positive high potential to form a channel on the substrate surface, and a positive voltage is applied to the drain. At this time, the electrons traveling in the channel receive high energy due to the high electric field generated in the vicinity of the drain, and the electrons are injected into the floating gate over the energy barrier due to the insulating film below the floating gate. The state in which the injection is performed is the write state.

ところで、上記メモリセルの構造の微細化のために、そ
のチャネル長を短かくし、サブミクロン領域のチャネル
長を形成した場合には、前述のように高電圧を印加する
書き込み動作時だけでなく、比較的低電圧で実行される
読み出し動作時においてもドレイン近傍に高電界が発生
する。このような読み出し動作時における高電界の発生
により、フローティングゲートへの電子の誤書き込みが
発生し、記憶データを破壊する場合があり、長時間の動
作における信頼性の低下をきたす等の問題がある。
By the way, in order to miniaturize the structure of the memory cell, when the channel length is shortened to form a channel length in the submicron region, not only during the write operation of applying a high voltage as described above, A high electric field is generated in the vicinity of the drain even during the read operation executed at a relatively low voltage. Due to the generation of a high electric field during such a read operation, erroneous writing of electrons into the floating gate may occur and the stored data may be destroyed, and there is a problem that reliability is deteriorated during long-time operation. .

そこで、このような読み出し動作時における誤動作を避
けるために、第7図に示すような構造のメモリセルが考
えられている。即ち、図中、71はP型のシリコン基
板、72および73はソースおよびドレインとなるN
拡散層、74はゲート絶縁膜、75はフローティングゲ
ート、76はコントロールゲートであり、さらに上記ド
レインとなるN拡散層73のチャネル側にはN拡散
層77が接して形成されている。上記N拡散層77の
存在によって、ドレイン領域での電界を緩和することが
できるので、前述したような読み出し動作時における誤
動作を防止することが可能である。
Therefore, in order to avoid such a malfunction during the read operation, a memory cell having a structure as shown in FIG. 7 is considered. That is, in the figure, 71 is a P-type silicon substrate, and 72 and 73 are N + serving as a source and a drain.
A diffusion layer, 74 is a gate insulating film, 75 is a floating gate, and 76 is a control gate, and an N diffusion layer 77 is formed in contact with the channel side of the N + diffusion layer 73 to be the drain. Since the electric field in the drain region can be relaxed by the presence of the N diffusion layer 77, it is possible to prevent the above-described malfunction during the read operation.

しかし、上記したような不純物濃度が低い低濃度領域
(N拡散層77)を用いたセル構造は、書込み特性が
悪いという重大な欠点がある。即ち、N拡散層77に
よってドレイン電界を下げているので、チャネル領域を
走行する電子に充分なエネルギを与えることができず、
フローティングゲート75への電子の注入効率が低下す
るからである。
However, the cell structure using the low-concentration region (N diffusion layer 77) having a low impurity concentration as described above has a serious drawback that the writing characteristics are poor. That is, since the drain electric field is lowered by the N diffusion layer 77, sufficient energy cannot be given to the electrons traveling in the channel region,
This is because the efficiency of injecting electrons into the floating gate 75 decreases.

上記したような問題点を解決するために、本願出願人は
既に特願昭61年308610号により提案を行った。
この提案は、前記N拡散層77の表面領域にN領域
を形成することによって、書込み動作時に電流が上記N
領域に流れるようになり、フローティングゲート75
への電子の注入効率を高くすることが可能になる。
In order to solve the above-mentioned problems, the applicant of the present application has already proposed in Japanese Patent Application No. 308610/1986.
According to this proposal, by forming an N + region in the surface region of the N diffusion layer 77, the current is increased to the above N level during a write operation.
The floating gate 75 now flows to the + area.
It is possible to increase the efficiency of injecting electrons into.

しかし、上記書き込み動作時に、チャネル領域の深い部
分にチャネルパスが発生し易いので、ドレイン部に十分
な高電界が発生し難く、必らずしもフローティングゲー
トへの電子の注入効率が十分高いとは云えない。
However, during the write operation, since a channel path is likely to occur in a deep portion of the channel region, it is difficult to generate a sufficiently high electric field in the drain portion, and it is inevitable that the efficiency of injecting electrons into the floating gate is sufficiently high. I can't say.

(発明が解決しようとする問題点) 本発明は、前記したようにフローティングゲートを有す
る従来の不揮発性メモリセルは読み出し動作時の誤動作
を防ごうとするとその書込み特性が悪化してしまうとい
う問題点を改善すべくなされたもので、読み出し動作時
における誤動作を防止し得ると共に書込み特性も良好な
不揮発性半導体メモリおよびその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
(Problems to be Solved by the Invention) According to the present invention, as described above, the conventional non-volatile memory cell having the floating gate has a problem that its write characteristic is deteriorated when attempting to prevent malfunction during a read operation. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a non-volatile semiconductor memory which can prevent a malfunction during a read operation and has good write characteristics, and a method for manufacturing the same.

[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 本発明の不揮発性半導体メモリは、フローティングゲー
トを有する不揮発性メモリセルにおけるドレイン(また
はソースの少なくとも一方)のチャネル領域側に上記領
域よりも低濃度の低濃度領域を有し、この低濃度の領域
の表面に、この低濃度領域よりも高濃度の高濃度領域を
有し、さらに前記低濃度領域と半導体基板との間で上記
低濃度領域よりも基板側に深く入った領域に上記半導体
基板と同導電型であって半導体基板よりも高濃度の領域
が形成されていることを特徴とする。
[Structure of the Invention] (Means for Solving Problems) A nonvolatile semiconductor memory of the present invention has a drain (or at least one of a source) in a nonvolatile memory cell having a floating gate, which is closer to a channel region side than the above region. A low-concentration low-concentration region, a high-concentration region higher in concentration than the low-concentration region on the surface of the low-concentration region, and the low-concentration region between the low-concentration region and the semiconductor substrate. It is characterized in that a region having the same conductivity type as that of the semiconductor substrate and having a higher concentration than that of the semiconductor substrate is formed in a region deeper into the substrate than the region.

また、本発明の不揮発性半導体メモリの製造方法は、メ
モリセルのフローティングゲートを形成したのち、少な
くともフローティングゲートをマスクとして半導体基板
よりも高濃度の領域を形成するために半導体基板と同導
電型の第1の不純物のイオンを半導体基板に注入し、こ
ののち半導体基板とは逆導電型の第2の不純物のイオン
を半導体基板に注入し、こののち異なるドーズ量で第2
の不純物のイオンを半導体基板に注入し、次に前記フロ
ーティングゲートの側面部にシリコン酸化膜を堆積し、
少なくとも上記フローティングゲートをマスクとしてソ
ースまたはドレインを形成するために第2の不純物のイ
オンを半導体基板を注入することを特徴とする。
Further, in the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory of the present invention, after the floating gate of the memory cell is formed, at least the floating gate is used as a mask to form a region having a higher concentration than that of the semiconductor substrate. Ions of the first impurity are implanted into the semiconductor substrate, then ions of the second impurity having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate are implanted into the semiconductor substrate, and then the second impurities are implanted at different dose amounts.
Ions of impurities of are implanted into the semiconductor substrate, then a silicon oxide film is deposited on the side surface of the floating gate,
At least the floating gate is used as a mask to implant a second impurity ion into the semiconductor substrate to form a source or a drain.

(作用) 前記したような不純物濃度の分布を有する不揮発性メモ
リセルによれば、読み出し動作時には低濃度領域の存在
によってドレイン電界が低くなり、チャネル電流は上記
低濃度領域を流れるようになり、フローティングゲート
への電子の注入効率が低減し、誤書き込みの発生率は低
下する。また、ドレインおよびコントロールゲートに高
電圧が印加される書き込み動作時においては、ドレイン
に隣接する高濃度領域に高いドレイン電界が発生し、チ
ャネル電流が上記高濃度領域を通過するのでホットキャ
リアの発生が増す。さらに、半導体基板と同導電型の高
濃度領域の存在によって、ドレインに高電圧が印加され
たときにソース・ドレイン間のチャネル領域の深い部分
にチャネルパスが発生することを抑制することが可能に
なり、ドレイン部に高電界が発生し易くなる。
(Operation) According to the nonvolatile memory cell having the above-described impurity concentration distribution, the drain electric field becomes low due to the presence of the low concentration region during the read operation, and the channel current flows in the low concentration region, and the floating current flows. The efficiency of electron injection into the gate is reduced, and the occurrence rate of erroneous writing is reduced. In addition, during a write operation in which a high voltage is applied to the drain and the control gate, a high drain electric field is generated in the high concentration region adjacent to the drain, and the channel current passes through the high concentration region, so that hot carriers are not generated. Increase. Furthermore, the presence of the high-concentration region of the same conductivity type as the semiconductor substrate makes it possible to suppress the occurrence of a channel path in the deep part of the channel region between the source and drain when a high voltage is applied to the drain. Therefore, a high electric field is easily generated in the drain portion.

(実施例) 以下、図面を参照して本発明の一実施例をNチャネルEP
ROMに適用した場合について詳細に説明する。
(Embodiment) An N-channel EP according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The case of application to ROM will be described in detail.

第1図(a)乃至(g)はEPROMの製造工程における半導体ウ
エハの一部分の断面構造を示している。この製造工程に
おいて、先ず第1図(a)に示すように、半導体基板1上
に通常の素子分離法により所望の素子分離領域2を形成
し、素子領域にゲート絶縁膜3を形成する。次に、セル
予定領域の所望領域にセルの閾値電圧コントロール用の
イオン注入を行ったのち第1図(b)に示すように、基板
全面に第1の多結晶シリコン膜4をLPCVD法(減圧気相
成長法)により2000Åの厚さとなるように形成し、
上記多結晶シリコン膜4上に熱酸化法によりシリコン酸
化膜5を150Åの厚さとなるように形成する。さら
に、LPCVD法によりシリコン窒化膜6を150Åの厚さ
となるように形成したのち、EPROMセル(メモリセル)
のフローティングゲートを形成するために所望のパター
ンのレジストパターン7を形成し、このレジストパター
ン7をマスクとして前記シリコン窒化膜6、シリコン酸
化膜5、第1の多結晶シリコン膜4を加工する。このと
き、メモリセル形成用のメモリセル領域の断面構造は、
第1図(b)の左側部分によって代表的に示され、メモリ
周辺回路を形成するための周辺領域の断面構造は、第1
図(b)の右側部分によって示されるように、第1の多結
晶シリコン膜4、シリコン酸化膜5、シリコン窒化膜6
がそれぞれ除去されている。次に、前記レジストパター
ン7を除去し、周辺回路に使用されるMIS FET(絶縁ゲ
ート型電界効果トランジスタ)の種類に応じて閾値制御
用の所望の不純物のイオン注入を行ったのち、周辺領域
のゲート酸化膜3を除去し、基板1を洗浄する。次に、
基板全体を熱酸化し、第1図(c)に示すように、基板上
に300Åの厚さとなるようにシリコン酸化膜3′を形
成し、同時にメモリセル領域における第1の多結晶シリ
コン膜4上に形成されているシリコン窒化膜6上に10
〜15Åの厚さとなるようにシリコン酸化膜8を形成す
る。この際、上記第1の多結晶シリコン膜4の側面部に
その酸化によるシリコン酸化膜9を形成する。次に、LP
CVD法により、基板全面に第2の多結晶シリコン膜10
を3000Åの厚さとなるように形成する。次に、第1
図(d)に示すように、第2の多結晶シリコン膜10上にL
PCVD法によりオキシナイトライド膜11を1000Åの
厚さとなるように形成する。このときの処理条件は、真
空度は200Pa、反応ガスはSiH2Cl2、N2O、NH3を流量
比で100対250対500となるように加えたもので
あり、温度は800℃である。ここで、第1図(d)に示
す断面のうち、メモリセル領域は、第1図(c)に示した
断面におけるA−A′線に沿う断面を示しており、以後
は第1図(d)と同様の方向の断面を示す。次に、周知の
露光技術を用いて所望のレジストパターン(図示せず)
を形成し、メモリセル領域のワード線用レジストパター
ンと周辺回路FETの多結晶シリコンゲート用レジストパ
ターンとを同時に形成し、このレジストパターンをマス
クとして、第1図(e)に示すように、オキシナイトライ
ド膜11と第2の多結晶シリコン膜10とシリコン酸化
膜8とシリコン窒化膜6とシリコン酸化膜5を選択的に
エッチングする。次に、上記レジストパターンを除去
し、基板を洗浄したのち周辺領域をレジストで被覆し、
前記オキシナイトライド膜11をマスクとしてメモリセ
ル領域の第1の多結晶シリコン膜4を選択的にエッチン
グする。このようにして、前記第2の多結晶シリコン膜
10からなるメモリセル領域ワード線(コントロールゲ
ート)と周辺領域・ゲート電極および第1の多結晶シリ
コン膜4からなるメモリセル領域フローティングゲート
が形成される。次に、上記コントロールゲートとフロー
ティングゲート4をマスクとしてメモリセル領域に80
keVの加速電圧で5×1012cm-2のドーズ量のボロン(B)イ
オンの注入を行い、引き続いて40keVで2×1014cm-2
のヒ素(As)イオンの注入を行い、さらに50keVで1
×1013cm-2のヒ素(As)イオンの注入を行う。このと
き、周辺領域のNチャネルMOS FET形成部にも、上記メ
モリセル領域と同様にイオン注入を行うことができる。
次に、前記第2、第1の多結晶シリコン膜10,4のエ
ッチング後に露出しているシリコン酸化膜3,3′を除
去し、基板全面を洗浄する。次に、第1図(f)に示すよ
うに、シリコン基板表面にシリコン酸化膜12を300
Åの厚さとなるように950℃、O雰囲気中で形成
し、LPCVD法により基板表面にシリコン酸化膜13を200
0Åの厚さとなるように形成する。次に、上記シリコン
酸化膜12を異方性ドライエッチング法によりエッチン
グし、多結晶シリコンパターンの側面部にシリコン酸化
膜13を残存させる。次に、基板を洗浄したのち、周辺
領域のNチャネルMOS FETのソース領域、ドレイン領域
およびメモリセル領域のメモリセルトランジスタのソー
ス領域、ドレイン領域に40keVで5×1015cm-2のドー
ズ量のヒ素イオン(もしくはリンイオン)を注入する。
次に、基板全体に被覆用絶縁膜としてCVD法によるSiO2
膜を3000Åの厚さとなるように形成し、さらにPSG
(リンケイ酸ガラス)膜を10000Åの厚さとなるよ
うに形成し、活性化のために950℃で30分アニールし
たのち電極配線用コンタクト孔を開孔して所望のアルミ
ニウム配線を形成してEPROMを形成する。このようにし
て形成されたEPROMにおけるEPROMセルは、第1図(g)に
示すような断面構造を有している。即ち、フローティン
グゲート4のソース側エッジ部、ドレイン側エッジ部の
下方の基板に、拡散深さが異なると共に不純物濃度が異
なる2種のN拡散層14,15が二重に重なって形成
されている。このN拡散層14,15は、ソース・ド
レイン領域のN拡散層16,17よりも低濃度であっ
て上記ソース・ドレイン領域にそれぞれ接している。こ
の場合、上側(基板表面側)のN拡散層15が下側の
拡散層14よりも不純物濃度が高い。さらに、上記
拡散層14,15のチャネル領域側に接してP
散層18が形成されている。
FIGS. 1A to 1G show a sectional structure of a part of a semiconductor wafer in the EPROM manufacturing process. In this manufacturing process, first, as shown in FIG. 1A, a desired element isolation region 2 is formed on a semiconductor substrate 1 by a normal element isolation method, and a gate insulating film 3 is formed in the element region. Next, after performing ion implantation for controlling the threshold voltage of the cell in a desired area of the planned cell area, as shown in FIG. 1 (b), the first polycrystalline silicon film 4 is formed on the entire surface of the substrate by the LPCVD method (decompression). Formed to a thickness of 2000Å by vapor phase epitaxy,
A silicon oxide film 5 is formed on the polycrystalline silicon film 4 by a thermal oxidation method so as to have a thickness of 150Å. Furthermore, after forming the silicon nitride film 6 to a thickness of 150Å by the LPCVD method, an EPROM cell (memory cell) is formed.
A resist pattern 7 having a desired pattern is formed to form the floating gate, and the silicon nitride film 6, the silicon oxide film 5, and the first polycrystalline silicon film 4 are processed by using the resist pattern 7 as a mask. At this time, the cross-sectional structure of the memory cell region for forming the memory cell is
The cross-sectional structure of the peripheral region, which is typically shown by the left side portion of FIG.
As shown by the right side portion of FIG. 2B, the first polycrystalline silicon film 4, the silicon oxide film 5, the silicon nitride film 6 are formed.
Have been removed respectively. Next, after removing the resist pattern 7 and performing ion implantation of desired impurities for threshold control according to the type of MIS FET (insulated gate type field effect transistor) used in the peripheral circuit, the peripheral region The gate oxide film 3 is removed and the substrate 1 is washed. next,
The entire substrate is thermally oxidized to form a silicon oxide film 3'to a thickness of 300Å on the substrate as shown in FIG. 1 (c), and at the same time, the first polycrystalline silicon film 4 in the memory cell region is formed. 10 on the silicon nitride film 6 formed above
The silicon oxide film 8 is formed so as to have a thickness of about 15Å. At this time, a silicon oxide film 9 is formed on the side surface of the first polycrystalline silicon film 4 by oxidation thereof. Then LP
The second polycrystalline silicon film 10 is formed on the entire surface of the substrate by the CVD method.
To have a thickness of 3000Å. Then the first
As shown in FIG. 3D, L is formed on the second polycrystalline silicon film 10.
The oxynitride film 11 is formed to have a thickness of 1000Å by the PCVD method. The processing conditions at this time were such that the vacuum degree was 200 Pa, the reaction gas was SiH 2 Cl 2 , N 2 O and NH 3 so that the flow rate ratio was 100: 250: 500, and the temperature was 800 ° C. is there. Here, in the cross section shown in FIG. 1 (d), the memory cell region shows a cross section along the line AA ′ in the cross section shown in FIG. 1 (c), and thereafter, FIG. A cross section in the same direction as d) is shown. Then, using a known exposure technique, a desired resist pattern (not shown)
And a resist pattern for the word line in the memory cell region and a resist pattern for the polycrystalline silicon gate of the peripheral circuit FET are formed at the same time. Using this resist pattern as a mask, as shown in FIG. The nitride film 11, the second polycrystalline silicon film 10, the silicon oxide film 8, the silicon nitride film 6 and the silicon oxide film 5 are selectively etched. Next, the resist pattern is removed, and after cleaning the substrate, the peripheral area is covered with a resist,
Using the oxynitride film 11 as a mask, the first polycrystalline silicon film 4 in the memory cell region is selectively etched. In this way, the memory cell region word line (control gate) made of the second polycrystalline silicon film 10 and the memory cell region floating gate made of the peripheral region / gate electrode and the first polycrystalline silicon film 4 are formed. It Next, using the control gate and the floating gate 4 as a mask, 80
Boron (B) ions were implanted at a dose of 5 × 10 12 cm -2 with an accelerating voltage of keV, and subsequently 2 × 10 14 cm -2 at 40 keV.
Arsenic (As) ions are implanted, and 1 at 50 keV
Implant arsenic (As) ions of × 10 13 cm -2 . At this time, ion implantation can be performed also in the N-channel MOS FET formation portion in the peripheral region, similarly to the memory cell region.
Next, the silicon oxide films 3 and 3'exposed after the etching of the second and first polycrystalline silicon films 10 and 4 are removed, and the entire surface of the substrate is washed. Next, as shown in FIG. 1 (f), a silicon oxide film 12 is formed on the surface of the silicon substrate by 300
It is formed in an O 2 atmosphere at 950 ° C. so as to have a thickness of Å, and a silicon oxide film 13 is formed on the substrate surface by the LPCVD method.
It is formed to have a thickness of 0Å. Next, the silicon oxide film 12 is etched by anisotropic dry etching to leave the silicon oxide film 13 on the side surface of the polycrystalline silicon pattern. Next, after cleaning the substrate, the source region and the drain region of the N-channel MOS FET in the peripheral region and the source region and the drain region of the memory cell transistor in the memory cell region are provided with a dose amount of 5 × 10 15 cm -2 at 40 keV. Inject arsenic ions (or phosphorus ions).
Next, the entire substrate is covered with SiO 2 by a CVD method as an insulating film for coating.
Form the film to a thickness of 3000Å, and then add PSG
(Phosphorus silicate glass) film is formed to have a thickness of 10000Å, annealed at 950 ° C for 30 minutes for activation, and then a contact hole for electrode wiring is opened to form a desired aluminum wiring to form an EPROM. Form. The EPROM cell in the EPROM thus formed has a sectional structure as shown in FIG. That is, two types of N diffusion layers 14 and 15 having different diffusion depths and different impurity concentrations are formed in a double layer on the substrate below the source side edge portion and the drain side edge portion of the floating gate 4. There is. The N diffusion layers 14 and 15 have a lower concentration than the N + diffusion layers 16 and 17 in the source / drain regions and are in contact with the source / drain regions, respectively. In this case, the N diffusion layer 15 on the upper side (substrate surface side) has a higher impurity concentration than the N diffusion layer 14 on the lower side. Further, a P + diffusion layer 18 is formed in contact with the channel regions of the N diffusion layers 14 and 15.

上記構造において、ドレイン側のゲートエッジ下におけ
る典型的な不純物濃度分布は、第2図(a)に示すように
基板の深さをX、基板表面に沿う水平位置をYで表わす
と、深さ方向については第2図(b)、水平方向について
は第2図(c)に示すようになる。上記深さ方向における
N型不純物濃度の変化率は第3図に示すように基板深さ
が深くなるにつれて次第に大きくなり、ある深さで極大
値Pを持つという特徴がある。また、第2図(b),(c)に
おいて、P型不純物(ボロン)は基板深さが深くなるに
つれて濃度が低下し、ドレインからチャネル側に向うに
つれて濃度が低下する分布を示している。
In the above structure, a typical impurity concentration distribution under the gate edge on the drain side is the depth when the depth of the substrate is represented by X and the horizontal position along the substrate surface is represented by Y as shown in FIG. 2 (a). The direction is as shown in FIG. 2 (b), and the horizontal direction is as shown in FIG. 2 (c). The rate of change of the N-type impurity concentration in the depth direction is characterized in that it gradually increases as the substrate depth increases and has a maximum value P at a certain depth, as shown in FIG. In addition, in FIGS. 2B and 2C, the concentration of the P-type impurity (boron) decreases as the substrate depth increases, and the concentration decreases from the drain toward the channel side.

上記構造を有するEPROMセルによれば、ソース16、ド
レイン15とチャネル領域との間に高濃度のP拡散層
18が形成されているので、高いドレイン電圧を印加し
ても、所謂パンチスルーと呼ばれる基板深部を電子が流
れる現象が発生し難い。従って、書き込み動作時にドレ
インに高電圧を印加することが可能になり、ドレイン電
界を高くすることが可能になり、フローティングゲート
4への電子の注入効率を高めることができる。さらに、
ソース・ドレインのチャネル側は、低濃度のN拡散層
14の内側にそれよりも若干高濃度のN拡散層15が
存在している。これにより、ゲート電圧の低い読み出し
動作時には、チャネルを走行する電子は、ゲートエッジ
部でゲート電位からの影響が弱められ、上記低濃度のN
拡散層14のところで基板の深い方向に下がり、この
拡散層14内を通過するようになる。従って、ドレ
イン電界が低められるほか、ホットエレクトロンの発生
は基板の深いところで多くなるので、フローティングゲ
ート4への電子の到達率は減少する。一方、書き込み動
作時においては、高いゲート電圧が印加されることか
ら、チャネルを走行する電子はゲートエッジ下でゲート
電位の影響をより強く受けるので基板表面を流れ続け、
高濃度のN拡散層15内を通過する。これにより、電
子はより高電界の部分を通過し、またホットエレクトロ
ンの発生する場所もより表面側に移る。従って、フロー
ティングゲート4への電子の注入効率は増加し、書込み
特性が向上する。
According to the EPROM cell having the above structure, since the high-concentration P + diffusion layer 18 is formed between the source 16 and the drain 15 and the channel region, so-called punch-through occurs even if a high drain voltage is applied. It is difficult for the phenomenon called electrons to flow in the deep part of the substrate. Therefore, a high voltage can be applied to the drain during the write operation, the drain electric field can be increased, and the efficiency of injecting electrons into the floating gate 4 can be increased. further,
On the channel side of the source / drain, an N diffusion layer 15 having a slightly higher concentration exists inside the low concentration N diffusion layer 14. As a result, during a read operation with a low gate voltage, the electrons traveling in the channel are less affected by the gate potential at the gate edge portion, and the low concentration N
- down deep direction of the substrate at the diffusion layer 14, the N - comes to pass through the diffusion layer 14. Therefore, the drain electric field is lowered, and hot electrons are generated more deeply in the substrate, so that the arrival rate of electrons to the floating gate 4 is reduced. On the other hand, during the write operation, since a high gate voltage is applied, the electrons traveling in the channel are more strongly affected by the gate potential under the gate edge, and thus continue to flow on the substrate surface.
It passes through the high concentration N diffusion layer 15. As a result, the electrons pass through a portion of a higher electric field, and the location where hot electrons are generated shifts to the surface side. Therefore, the efficiency of injecting electrons into the floating gate 4 is increased, and the writing characteristic is improved.

また、前記したような製造工程によれば、上記したよう
な効果を有するEPROMセルを既知の製造技術の組合せに
より実現できる。しかも、第1図(e)に示した工程にお
いて、第1の多結晶シリコン膜4を選択的にエッチング
する際にオキシナイトライド膜11をマスクとして使用
しているので、たとえばSiO2膜をマスクとする場合に比
べて上記多結晶シリコン膜4のサイドエッチ量を低減さ
せることが可能になり、加工性が向上するという利点が
ある。
Further, according to the manufacturing process as described above, the EPROM cell having the above effects can be realized by a combination of known manufacturing techniques. Moreover, since the oxynitride film 11 is used as a mask when selectively etching the first polycrystalline silicon film 4 in the step shown in FIG. 1 (e), for example, a SiO 2 film is used as a mask. As compared with the above case, the side etch amount of the polycrystalline silicon film 4 can be reduced, and there is an advantage that the workability is improved.

なお、本発明は上記実施例に限られるものではなく、N
拡散層14,15の形成工程として上記実施例ではヒ
素、ヒ素のイオン注入を行ったが、リン(P)ヒ素のイオ
ン注入を行うようにしてもよい。この場合、ドレイン側
のゲートエッジ下の典型的な不純物分布は、X方向につ
いては第4図に示すようになり、Y方向については第2
図(c)に示したものと同様である。また、上記の場合、E
PROMセルの断面構造は第5図に示すようになり、第1図
(g)に示した上記実施例のものに比べてN拡散層14
とN拡散層16,17との深さ関係およびゲートエッ
ジ下の深さ方向の不純物濃度の分布が若干異なり、その
他の部分は同一であるので同一符号を付している。
Note that the present invention is not limited to the above embodiment,
As the step of forming the diffusion layers 14 and 15, arsenic and arsenic are ion-implanted in the above-mentioned embodiment, but phosphorus (P) arsenic may be ion-implanted. In this case, the typical impurity distribution under the gate edge on the drain side is as shown in FIG. 4 in the X direction and the second impurity distribution in the Y direction.
It is similar to that shown in FIG. In the above case, E
The cross-sectional structure of the PROM cell is shown in Fig. 5.
Compared with the above embodiment shown in (g), the N diffusion layer 14
And the N + diffusion layers 16 and 17, the depth relation and the distribution of the impurity concentration in the depth direction under the gate edge are slightly different, and the other parts are the same, and therefore the same reference numerals are given.

また、前記実施例では、N拡散層14,15をドレイ
ン側、ソース側のそれぞれに設けたが、第6図に示すよ
うにドレイン側のみに設けるようにしてもよい。この場
合、製造工程としては、フローティングゲート4用の多
結晶シリコンパターンの側面部にCVD法によるSiO2膜1
3を形成する前に一層のマスクを追加し、メモリセル領
域のソース側のみにヒ素をたとえば40keV、2×1015c
m-2の高ドーズ量でイオン注入することにより実現可能
である。このようなEPROMセル構造によれば、ソース側
のN拡散層14,15が存在しないので、それによる
寄生抵抗が低減し、メモリセル電流が増大するという利
点がある。また、上記ソースおよびドレインを書込み時
と読み出し時とで逆に使用する(つまり、書込み時には
ソース側のN拡散層16をドレインとして使用し、読
み出し時にはN拡散層14,15が設けられているド
レイン側のN拡散層17をドレインとして使用する)
ことが可能であり、EPROMセルの信頼性が向上する。
Further, in the above-described embodiment, the N diffusion layers 14 and 15 are provided on the drain side and the source side, respectively, but they may be provided only on the drain side as shown in FIG. In this case, as a manufacturing process, the SiO 2 film 1 by the CVD method is formed on the side surface of the polycrystalline silicon pattern for the floating gate 4.
A layer of mask is added before forming 3 and arsenic is added to the source side of the memory cell region only, for example, 40 keV, 2 × 10 15 c
This can be achieved by implanting ions at a high dose of m -2 . According to such an EPROM cell structure, since the N diffusion layers 14 and 15 on the source side do not exist, there is an advantage that the parasitic resistance due to this is reduced and the memory cell current is increased. In addition, the source and drain are used in reverse for writing and reading (that is, the source side N + diffusion layer 16 is used as a drain during writing, and the N diffusion layers 14 and 15 are provided for reading). The drain side N + diffusion layer 17 is used as the drain)
It is possible to improve the reliability of the EPROM cell.

また、本発明の不揮発性半導体メモリは、メモリ集積回
路だけでなく、メモリ混載デバイスなどのオンチップ・
メモリにも適用でき、EPROMだけでなく一括消去型のE2P
ROM等にも適用できることは勿論である。
Further, the nonvolatile semiconductor memory of the present invention is not limited to a memory integrated circuit, but can be an on-chip memory device such as a memory-embedded device.
Applicable to memory as well, not only EPROM but also batch erase type E 2 P
Of course, it can be applied to ROM and the like.

[発明の効果] 上述したように本発明によれば、読み出し動作時におけ
る誤動作を防止でき、書き込み動作時におけるホットキ
ァリアの増大およびチャネル領域の深い部分でのチャネ
ルパスの発生の抑制が可能であって、書込み特性も良好
な不揮発性半導体メモリおよびその製造方法を提供する
ことができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, it is possible to prevent malfunction during a read operation, increase hot carriers during a write operation, and suppress occurrence of a channel path in a deep portion of a channel region. Thus, it is possible to provide a non-volatile semiconductor memory having excellent write characteristics and a method for manufacturing the same.

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

第1図(a)乃至(g)は本発明の不揮発性半導体メモリの製
造方法の一実施例に係る各工程でのウエハ断面の一部を
示す図、第2図(a),(b),(c)は第1図(g)のEPROMセル
におけるドレインのゲートエッジ下の基板深さ方向およ
び基板表面に沿う方向の不純物濃度分布を示す図、第3
図は第2図(a)のN型不純物濃度の変化率を示す図、第
5図は本発明の他の実施例に係るEPROMセルを示す断面
図、第4図は第5図のセルにおけるドレインのゲートエ
ッジ下の基板深さ方向の不純物濃度分布を示す図、第6
図は本発明のさらに他の実施例に係るEPROMセルを示す
断面図、第7図は従来のEPROMセルを示す断面図であ
る。 1…P型半導体基板、3,5,6,8…絶縁膜、4…フ
ローティングゲート、10…コントロールゲート、11
…オキシナイトライド膜、12,13…シリコン酸化
膜、14,15…N拡散層、16,17…N拡散
層、18…P拡散層
1 (a) to 1 (g) are views showing a part of a wafer cross section in each step according to an embodiment of a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory of the present invention, and FIGS. 2 (a) and 2 (b). , (C) are diagrams showing the impurity concentration distribution in the substrate depth direction below the gate edge of the drain and in the direction along the substrate surface in the EPROM cell of FIG. 1 (g).
FIG. 5 is a diagram showing the rate of change of the N-type impurity concentration in FIG. 2 (a), FIG. 5 is a sectional view showing an EPROM cell according to another embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing the cell of FIG. FIG. 6 is a diagram showing the impurity concentration distribution in the substrate depth direction below the gate edge of the drain,
FIG. 7 is a sectional view showing an EPROM cell according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a sectional view showing a conventional EPROM cell. 1 ... P-type semiconductor substrate, 3, 5, 6, 8 ... Insulating film, 4 ... Floating gate, 10 ... Control gate, 11
... Oxynitride film, 12, 13 ... Silicon oxide film, 14, 15 ... N - diffusion layer, 16, 17 ... N + diffusion layer, 18 ... P + diffusion layer

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1導電型の半導体基板と、 この半導体基板の表面領域で互いに離れた位置に形成さ
れ、それぞれソースまたはドレイン領域となる前記第1
導電型とは逆の第2導電型の第1および第2の半導体領
域と、 この第1および第2の半導体領域の間のチャネル領域上
に形成された絶縁膜上に互いに絶縁膜によって分離され
て設けられたフローティングゲートおよびコントロール
ゲートと、 前記第1または第2の少なくとも一方の半導体領域の前
記チャネル領域側に形成され、前記第1または第2の半
導体領域よりも低濃度の第2導電型の第3の半導体領域
と、 この第3の半導体領域の表面領域に形成され、この第3
の半導体領域よりも高濃度の第2導電型の第4の半導体
領域と、 前記第3の半導体領域と半導体基板との間で第3の半導
体領域よりも基板表面から深く入った領域に形成され、
上記半導体基板と同導電型で基板よりも不純物濃度が高
い第5の半導体領域と を具備することを特徴とする不揮発性半導体メモリ。
1. A semiconductor substrate of a first conductivity type, and the first substrate formed on a surface region of the semiconductor substrate at positions separated from each other to serve as a source or drain region, respectively.
The first and second semiconductor regions of the second conductivity type opposite to the conductivity type and the insulating film formed on the channel region between the first and second semiconductor regions are separated from each other by the insulating film. And a floating gate and a control gate provided on the channel region side of the at least one of the first and second semiconductor regions, and the second conductivity type having a lower concentration than the first or second semiconductor region. Of the third semiconductor region and a surface region of the third semiconductor region.
A fourth semiconductor region of the second conductivity type having a higher concentration than that of the semiconductor region, and a region deeper from the substrate surface than the third semiconductor region between the third semiconductor region and the semiconductor substrate. ,
A non-volatile semiconductor memory comprising: a fifth semiconductor region having the same conductivity type as that of the semiconductor substrate and having an impurity concentration higher than that of the substrate.
【請求項2】半導体基板上の絶縁膜上に不揮発性メモリ
セルのフローティングゲートとなる多結晶シリコンゲー
トパターンを形成する工程と、 少なくとも上記多結晶シリコンゲートパターンをマスク
として前記半導体基板と同導電型の第1の不純物のイオ
ンを注入する第1のイオン注入工程と、 こののち半導体基板とは逆導電型の第2の不純物のイオ
ンを注入する第2のイオン注入工程と、 こののち上記第2のイオン注入工程よりも低ドーズ量の
第2の不純物のイオンを注入する第3のイオン注入工程
と、 次いで前記フローティングゲートの側面部にシリコン酸
化膜を形成する工程と、 この工程後における少なくとも前記多結晶シリコンゲー
トパターンをマスクとして上記第2のイオン注入工程よ
りも高ドーズ量の第2の不純物のイオンを注入する第4
のイオン注入工程と を具備することを特徴とする不揮発性半導体メモリの製
造方法。
2. A step of forming a polycrystalline silicon gate pattern to be a floating gate of a non-volatile memory cell on an insulating film on a semiconductor substrate, and at least the same conductive type as the semiconductor substrate using the polycrystalline silicon gate pattern as a mask. A first ion implantation step of implanting first impurity ions, and a second ion implantation step of implanting second impurity ions of a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate, and then the second ion implantation step. Third ion implantation step of implanting ions of the second impurity at a dose lower than that of the ion implantation step of, and then forming a silicon oxide film on the side surface of the floating gate, and at least after the step. Using the polycrystalline silicon gate pattern as a mask, ions of the second impurity having a dose higher than that of the second ion implantation step described above are used. The fourth to be injected
2. A method for manufacturing a non-volatile semiconductor memory, comprising:
【請求項3】前記第1のイオン注入工程においてはボロ
ンイオンを注入し、 第2のイオン注入工程においてはヒ素イオンを注入し、 第3のイオン注入工程においてはヒ素イオンもしくはリ
ンイオンを注入し、 第4のイオン注入工程においてはヒ素イオンもしくはリ
ンイオンを注入すること を特徴とする前記特許請求の範囲第2項記載の不揮発性
半導体メモリの製造方法。
3. Boron ions are implanted in the first ion implantation step, arsenic ions are implanted in the second ion implantation step, and arsenic ions or phosphorus ions are implanted in the third ion implantation step. The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory according to claim 2, wherein arsenic ions or phosphorus ions are implanted in the fourth ion implantation step.
JP62136315A 1986-12-26 1987-05-30 Nonvolatile semiconductor memory and manufacturing method thereof Expired - Fee Related JPH0642547B2 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62136315A JPH0642547B2 (en) 1987-05-30 1987-05-30 Nonvolatile semiconductor memory and manufacturing method thereof
US07/136,766 US4835740A (en) 1986-12-26 1987-12-22 Floating gate type semiconductor memory device
DE8787311422T DE3778331D1 (en) 1986-12-26 1987-12-23 SEMICONDUCTOR STORAGE ARRANGEMENT AND METHOD FOR THEIR PRODUCTION.
EP87311422A EP0273728B1 (en) 1986-12-26 1987-12-23 Semiconductor memory device and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62136315A JPH0642547B2 (en) 1987-05-30 1987-05-30 Nonvolatile semiconductor memory and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS63301566A JPS63301566A (en) 1988-12-08
JPH0642547B2 true JPH0642547B2 (en) 1994-06-01

Family

ID=15172335

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62136315A Expired - Fee Related JPH0642547B2 (en) 1986-12-26 1987-05-30 Nonvolatile semiconductor memory and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0642547B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3059442B2 (en) * 1988-11-09 2000-07-04 株式会社日立製作所 Semiconductor storage device
US5780893A (en) 1995-12-28 1998-07-14 Nippon Steel Corporation Non-volatile semiconductor memory device including memory transistor with a composite gate structure
US6215148B1 (en) * 1998-05-20 2001-04-10 Saifun Semiconductors Ltd. NROM cell with improved programming, erasing and cycling
JP2002184879A (en) * 2000-12-19 2002-06-28 Hitachi Ltd Semiconductor device and manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JPS63301566A (en) 1988-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0273728B1 (en) Semiconductor memory device and method of manufacturing the same
US4701776A (en) MOS floating gate memory cell and process for fabricating same
KR930007195B1 (en) Semiconductor device and its manufacturing method
US4822750A (en) MOS floating gate memory cell containing tunneling diffusion region in contact with drain and extending under edges of field oxide
US4642881A (en) Method of manufacturing nonvolatile semiconductor memory device by forming additional impurity doped region under the floating gate
JP2675572B2 (en) Method for manufacturing semiconductor integrated circuit
USRE37959E1 (en) Semiconductor integrated circuit device and method of manufacturing the same
EP0160003B1 (en) Mos floating gate memory cell and process for fabricating same
US5242850A (en) Method of manufacturing a semiconductor memory device having reduced parasitically doped layers
JPH06163925A (en) Non-volatile semiconductor memory and fabrication thereof
JPH07169863A (en) Non-volatile semiconductor storage
JPH04209573A (en) Semiconductor device, semiconductor memory and manufacture thereof
JPH0642547B2 (en) Nonvolatile semiconductor memory and manufacturing method thereof
KR100618058B1 (en) Method of manufacturing a semiconductor device comprising a field effect transistor
JP3665183B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
KR100546496B1 (en) Nonvolatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof
US6501147B1 (en) Process for manufacturing electronic devices comprising high voltage MOS transistors, and electronic device thus obtained
JP3434724B2 (en) Manufacturing method of nonvolatile semiconductor memory device
JP2595058B2 (en) Manufacturing method of nonvolatile semiconductor memory device
JPH0552069B2 (en)
JPH0831539B2 (en) Non-volatile memory manufacturing method
KR960000712B1 (en) Semiconductor ic device and its making method
JPH0147905B2 (en)
KR900004731B1 (en) Read only memory semiconductor device and manufacture thereof
JP3397804B2 (en) Manufacturing method of nonvolatile memory

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees