JPH0722187B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JPH0722187B2
JPH0722187B2 JP20700185A JP20700185A JPH0722187B2 JP H0722187 B2 JPH0722187 B2 JP H0722187B2 JP 20700185 A JP20700185 A JP 20700185A JP 20700185 A JP20700185 A JP 20700185A JP H0722187 B2 JPH0722187 B2 JP H0722187B2
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gate electrode
conductive material
control gate
material film
information
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に浮遊ゲー
トと制御ゲートとを備え情報の再書換え可能な読み出し
専用半導体メモリ(EPROM:Erasable Programmable Read
Only Memory)のメモリセルとMOSトランジスタが共存
された半導体装置の製造方法に係わる。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a read-only semiconductor memory (EPROM: Erasable Programmable Read) having a floating gate and a control gate and capable of rewriting information.
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device in which a memory cell (only memory) and a MOS transistor coexist.

〔発明の技術的背景〕[Technical background of the invention]

EPROMに使用されるメモリセルとしては、従来、第10図
の断面図に示すような構成のものが知られている。図中
の1はp型のシリコン単結晶基板、2はフィールド絶縁
膜、3、4は前記基板1の表面領域に互いに分離して設
けられるn+型のソース,ドレイン領域、5はゲート絶縁
膜、6は前記ゲート絶縁膜5上に設けられる浮遊ゲート
電極、7はこの浮遊ゲート電極6上に設けられる絶縁
膜、8はこの絶縁膜7上にさらに設けられる制御ゲート
電極、9はソース電極、10はドレイン電極、11は絶縁膜
である。
As a memory cell used for an EPROM, a memory cell having a structure shown in the sectional view of FIG. 10 is conventionally known. In the figure, 1 is a p-type silicon single crystal substrate, 2 is a field insulating film, 3 and 4 are n + type source and drain regions separately provided on the surface region of the substrate 1, and 5 is a gate insulating film. , 6 is a floating gate electrode provided on the gate insulating film 5, 7 is an insulating film provided on the floating gate electrode 6, 8 is a control gate electrode further provided on the insulating film 7, 9 is a source electrode, Reference numeral 10 is a drain electrode, and 11 is an insulating film.

このような構成のメモリセルにおいて、ドレイン電極10
及び制御ゲート電極8に共に高電圧たとえば+20V以上
を印加することによりソース領域3からドレイン領域4
に向かって流れるエレクトロンにより、ドレイン領域4
の近傍でインパクトアイオニゼーション(アバランシ
ェ)現象を起こさせる。この時に発生するエレクトロ
ン,ホール対のうちの一部にエレクトロンがゲート絶縁
膜5を通して浮遊ゲート電極6に注入されてトラップさ
れる。この操作を情報の書込みと称し、情報が書込まれ
た状態では浮遊ゲート電極6にエレクトロンがトラップ
されているため、閾値電圧VTHは高い状態になり、読み
出し電圧を制御ゲート電極3に印加してもこのメモリセ
ルはオンしない。また、情報が書込まれていない状態、
即ち浮遊ゲート電極6にエレクトロンがトラップされて
いない状態では閾値電圧VTHは低いままであり、この時
には容易にオンする。こうしたメモリセルでは、情報の
書込まれた状態と書込まれていない状態とを区別するこ
とができる。また、一度書込まれた情報は、紫外線を照
射することによって消去することができ、情報消去後は
情報の再書込みが可能である。
In the memory cell having such a configuration, the drain electrode 10
By applying a high voltage, for example, +20 V or more to both the control gate electrode 8 and the control gate electrode 8, the source region 3 to the drain region 4
Due to the electrons flowing toward the drain region 4
Causes an impact ionization (avalanche) phenomenon in the vicinity of. Electrons are injected into the floating gate electrode 6 through the gate insulating film 5 and trapped in some of the electron-hole pairs generated at this time. This operation is referred to as writing of information. Since electrons are trapped in the floating gate electrode 6 when information is written, the threshold voltage V TH becomes high and a read voltage is applied to the control gate electrode 3. However, this memory cell does not turn on. In addition, the state that information is not written,
That is, the threshold voltage V TH remains low in a state where electrons are not trapped in the floating gate electrode 6 and easily turns on at this time. In such a memory cell, a state in which information is written and a state in which information is not written can be distinguished. Further, the information once written can be erased by irradiating with ultraviolet rays, and the information can be rewritten after the information is erased.

〔背景技術の問題点〕[Problems of background technology]

ところで、現在の半導体装置の分野では素子の微細加工
技術には目覚ましいものがあり、特にスイッチングスピ
ードの改善の観点から、チャンネル長の縮小化が推し進
められている。このような傾向は、EPROMの分野でも例
外ではなく、各メモリセルのチャンネル長は益々縮小化
される反面、特性の点で問題が発生している。即ち、チ
ャンネル長が減少するにつれ、ソース,ドレイン間に印
加される電圧(電位差)によりチャンネル領域内に生じ
る電界が強くなる。このため、EPROMの読み出しに用い
られるような比較的低い電圧(+5V程度)のドレイン電
圧及びゲート電圧を印加した場合でも、ソース領域から
ドレイン領域に向って流れるエレクトロンは充分加速さ
れ、ドレイン領域近傍のチャンネル領域で前述したよう
なインパクトアイオニゼーションを起こし得るエネルギ
ーを持つようになる。従って、高集積化されてチャンネ
ル長の短くなったEPROMでは、情報の読み出しを行なっ
ている際に、本来、情報が書込まれていないメモリセル
の浮遊ゲート電極にもエレクトロンがトラップされて、
遂には情報が書込まれた時と同様の状態になってしまう
結果が発生する。このような現象を通常、情報の誤書込
みと称し、第10図に示す構成のメモリセルを高集積化し
た場合、誤書込みの発生は電源電圧を低下しない限り防
止できない。しかしながら、電源電圧を低下させると、
メモリセルからの情報読み出しスピードが低下してしま
う。
By the way, in the field of semiconductor devices at present, the fine processing technology of elements is remarkable, and in particular, from the viewpoint of improving the switching speed, the reduction of the channel length is being promoted. This tendency is no exception in the field of EPROM, and the channel length of each memory cell is being reduced more and more, but there is a problem in terms of characteristics. That is, as the channel length decreases, the electric field generated in the channel region becomes stronger due to the voltage (potential difference) applied between the source and the drain. Therefore, even when a drain voltage and a gate voltage of a relatively low voltage (about +5 V) used for reading an EPROM are applied, the electrons flowing from the source region to the drain region are sufficiently accelerated, and the electrons in the vicinity of the drain region are accelerated. It has energy that can cause the impact ionization as described above in the channel region. Therefore, in the highly integrated EPROM with a short channel length, when reading information, electrons are originally trapped in the floating gate electrode of the memory cell in which no information is written,
Eventually, the result will be the same as when the information was written. Such a phenomenon is usually called erroneous writing of information, and when the memory cell having the configuration shown in FIG. 10 is highly integrated, erroneous writing cannot be prevented unless the power supply voltage is lowered. However, if the power supply voltage is lowered,
The information read speed from the memory cell is reduced.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明は、スイッチング速度が速く、かつ情報の誤書込
みが生じ難く、しかも情報書込み時に印加すべき書込み
電圧の値の低減化を図ることができるEPROMセルと、チ
ャンネル長の減少による閾値電圧の変動や信頼性を改善
したMOSトランジスタとを備えた半導体装置の製造方法
を提供しようとするものである。
The present invention provides an EPROM cell that has a high switching speed, is less likely to cause erroneous writing of information, and can reduce the value of the write voltage to be applied at the time of writing information, and a threshold voltage variation due to a decrease in channel length. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device including a MOS transistor having improved reliability.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

本発明に係わる半導体装置は、 第一導電型の半導体基体の表面の一部に、制御ゲート電
極を薄い絶縁膜を介し形成する工程と、 前記制御ゲート電極の周囲に絶縁膜を形成する工程と、 全面に導電性物質膜を被覆する工程と、 前記導電性物質膜を異方性エッチング法によりエッチン
グして前記制御ゲート電極の両側面に対応する前記絶縁
膜に接して導電性物質膜を残存させる工程と、 前記制御ゲート電極および前記残存導電性物質膜をマス
クとして比較的高濃度の第二導電型を与える不純物を前
記半導体基体の表面にドーピングする工程と、 前記制御ゲート電極の両側面に残存する導電性物質膜の
一方を残して他方をエッチング除去することにより前記
残存した導電性物質膜からなる浮遊ゲート電極を形成す
る工程と、 比較的低濃度の第二導電型を与える不純物を前記半導体
基体の表面にドーピングする工程と を具備したことを特徴とするものである。かかる本発明
によれば、既述の如くスイッチング速度が速く、かつ情
報の誤書込みが生じ難く、しかも情報書込み時に印加す
べき書込み電圧の値の低減化を図ることができるEPROM
セルと、チャンネル長の減少による閾値電圧の変動や信
頼性を改善したMOSトランジスタとを備えた半導体装置
を得ることができる。
A semiconductor device according to the present invention comprises a step of forming a control gate electrode on a part of the surface of a semiconductor substrate of the first conductivity type through a thin insulating film, and a step of forming an insulating film around the control gate electrode. A step of covering the entire surface with a conductive material film, and etching the conductive material film by an anisotropic etching method to leave the conductive material film in contact with the insulating films corresponding to both side surfaces of the control gate electrode. And a step of doping the surface of the semiconductor substrate with an impurity giving a relatively high concentration of the second conductivity type by using the control gate electrode and the remaining conductive material film as a mask, and on both side surfaces of the control gate electrode. A step of forming a floating gate electrode made of the remaining conductive material film by etching away one of the remaining conductive material films and etching the other; And a step of doping the surface of the semiconductor substrate with an impurity imparting a conductivity type. According to the present invention, as described above, the EPROM has a high switching speed, is less likely to cause erroneous writing of information, and can reduce the value of the writing voltage to be applied at the time of writing information.
It is possible to obtain a semiconductor device including a cell and a MOS transistor having improved threshold voltage variation due to a decrease in channel length and improved reliability.

〔発明の実施例〕Example of Invention

以下、本発明の実施例を第1図〜第8図及び第9図に示
す製造工程を参照して詳細に説明する。なお、第1図
(a)〜第8図(a)はEPROMのメモリセル部の断面
図、第1図(b)〜第8図(b)はMOSトランジスタ部
を示す断面図である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the manufacturing steps shown in FIGS. 1 to 8 and 9. 1 (a) to 8 (a) are sectional views of the memory cell portion of the EPROM, and FIGS. 1 (b) to 8 (b) are sectional views showing the MOS transistor portion.

まず、p型シリコン基板101を選択酸化して該基板101の
表面を島状に分離するためのフィールド酸化膜102を形
成した後、900〜1000℃の酸化雰囲気中で熱酸化して島
状の基板101表面に厚さ250Å程度の酸化膜103を形成し
た。つづいて、全面にLPCVD法により厚さ3000Åのn型
又はp型不純物をドープした多結晶シリコン膜を堆積
し、これをパターニングして多結晶シリコンからなる制
御ゲート電極104a、ゲート電極104bを形成した(第1図
図示)。
First, the p-type silicon substrate 101 is selectively oxidized to form a field oxide film 102 for separating the surface of the substrate 101 into islands, and then thermally oxidized in an oxidizing atmosphere at 900 to 1000 ° C. to form islands. An oxide film 103 having a thickness of about 250 Å was formed on the surface of the substrate 101. Subsequently, a 3000 Å-thick n-type or p-type impurity-doped polycrystalline silicon film was deposited on the entire surface by LPCVD, and this was patterned to form a control gate electrode 104a and a gate electrode 104b made of polycrystalline silicon. (Shown in FIG. 1).

次いで、900〜1000℃の酸化雰囲気中で熱酸化し多結晶
シリコンからなる制御ゲート電極104a、ゲート電極104b
の周囲に厚さ500Åの酸化膜105を成長させた後、再び全
面にLPCVD法により厚さ3500Åのn型又はp型不純物を
ドープした多結晶シリコン膜106を堆積させた(第2図
図示)。つづいて、異方性エッチング法、例えばリアク
ティブイオンエッチング法(RIE法)を用いて多結晶シ
リコン膜106をその膜厚分エッチング除去した。この
時、制御ゲート電極104a、ゲート電極104bの周囲は実効
的に高さ方向の膜厚が厚いため、その周囲に多結晶シリ
コン106′が残存した(第3図図示)。
Then, the control gate electrode 104a and the gate electrode 104b, which are thermally oxidized in an oxidizing atmosphere at 900 to 1000 ° C. and made of polycrystalline silicon.
After growing an oxide film 105 having a thickness of 500Å around the periphery of the substrate, a polycrystalline silicon film 106 doped with an n-type or p-type impurity having a thickness of 3500Å was deposited again on the entire surface by LPCVD (see FIG. 2). . Subsequently, the polycrystalline silicon film 106 was removed by etching by the anisotropic etching method, for example, the reactive ion etching method (RIE method). At this time, the thickness of the control gate electrode 104a and the gate electrode 104b in the height direction was effectively large, so that the polycrystalline silicon 106 'remained around the film (FIG. 3).

次いで、フィールド酸化膜102、制御ゲート電極104a、
ゲート電極104b及び残存多結晶シリコン106′をマスク
としてn型不純物、例えば砒素を打込みエネルギー50ke
V、ドーズ量1×1015cm-2の条件でp型シリコン基板101
表面にイオン注入した(第4図図示)。つづいて、写真
蝕刻法により形成したフォトレジストパターン107をマ
スクとして残存多結晶シリコン106′を選択的にエッチ
ング除去し、制御ゲート電極104aの片側で、かつ素子部
周辺にのみ位置する浮遊ゲート電極108を形成した(第
5図図示)。
Then, the field oxide film 102, the control gate electrode 104a,
Using the gate electrode 104b and the remaining polycrystalline silicon 106 'as a mask, an n-type impurity such as arsenic is implanted and the energy is 50 ke.
P-type silicon substrate 101 under the conditions of V and dose 1 × 10 15 cm -2
Ions were implanted on the surface (shown in FIG. 4). Subsequently, the remaining polycrystalline silicon 106 'is selectively etched away using the photoresist pattern 107 formed by the photo-etching method as a mask, and the floating gate electrode 108 located on one side of the control gate electrode 104a and only around the element portion is Was formed (shown in FIG. 5).

次いで、フォトレジストパターン107を除去した後、フ
ィールド酸化膜102、制御ゲート電極104a、ゲー電極104
b及び浮遊ゲート電極108をマスクとしてn型不純物、例
えばリンを打込みエネルギー60keV、ドーズ量1×1012c
m-2の条件でシリコン基板101表面にイオン注入した(第
6図図示)。つづいて、900〜1000℃の酸化雰囲気中で
熱酸化し、浮遊ゲート電極108の周囲に厚さ500Åの酸化
膜109を成長させた。この時、第4図及び第6図の工程
イオン注入された砒素及びリンを活性化され、p型シリ
コン基板101表面にn型不純物拡散層110〜113が形成さ
れた。ここで、第4図及び第6図の工程により砒素がイ
オン注入された部分は、その打込みドーズ量が多量であ
るため、高濃度拡散層110、1111、1121、1131が形成さ
れ、リンのみがイオン注入された部分は、その打込みド
ーズ量が比較的少量であるため、低濃度拡散層1112、11
22、1132が形成された(第7図図示)。つづいて、全面
にCVD法によりSiO2膜114を堆積し、コンタクトホール11
5を開孔した後、Al膜の蒸着、パターニングを行ってAl
電極116〜119を形成し、EPROMのメモリセル及びMOSトラ
ンジスタを製造した(第8図及び第9図図示)。なお、
第9図は第8図の平面図である。
Next, after removing the photoresist pattern 107, the field oxide film 102, the control gate electrode 104a, and the gate electrode 104 are removed.
b and the floating gate electrode 108 are used as a mask to implant an n-type impurity such as phosphorus with an energy of 60 keV and a dose of 1 × 10 12 c
Ions were implanted into the surface of the silicon substrate 101 under the condition of m −2 (shown in FIG. 6). Subsequently, thermal oxidation was performed in an oxidizing atmosphere at 900 to 1000 ° C. to grow an oxide film 109 having a thickness of 500 Å around the floating gate electrode 108. At this time, the ion-implanted arsenic and phosphorus in the steps of FIGS. 4 and 6 were activated, and n-type impurity diffusion layers 110 to 113 were formed on the surface of the p-type silicon substrate 101. Here, since the implantation dose amount is large in the portion where arsenic is ion-implanted in the steps of FIGS. 4 and 6, the high-concentration diffusion layers 110, 111 1 , 112 1 , 113 1 are formed, Since the implantation dose is relatively small in the portion where only phosphorus is ion-implanted, the low-concentration diffusion layers 111 2 and 11
2 2 and 11 3 2 were formed (shown in FIG. 7). Subsequently, a SiO 2 film 114 is deposited on the entire surface by the CVD method, and the contact hole 11
After opening 5, the Al film is vapor-deposited and patterned to
Electrodes 116 to 119 were formed to manufacture EPROM memory cells and MOS transistors (shown in FIGS. 8 and 9). In addition,
FIG. 9 is a plan view of FIG.

しかして、本発明によれば第8図及び第9図に示すよう
にフィールド酸化膜102で分離されたp型シリコン基板1
01の島状領域表面にソース又はドレイン領域となるn型
拡散域110,111が互いに分離して設けられ、これらn型
拡散領域110、111の間の基板101領域(チャンネル領
域)上にゲート酸化膜103を介して制御ゲート電極104a,
浮遊ゲート電極108を設けると共に、これら制御ゲート
電極104aと浮遊ゲート電極108の間に酸化膜105を介在し
て互いに絶縁した構造のEPROMのメモリセルを備えた半
導体装置を得ることができる。
Therefore, according to the present invention, as shown in FIGS. 8 and 9, the p-type silicon substrate 1 separated by the field oxide film 102 is formed.
On the surface of the island region of 01, n-type diffusion regions 110 and 111 to be source or drain regions are provided separately from each other, and the gate oxide film 103 is formed on the substrate 101 region (channel region) between these n-type diffusion regions 110 and 111. Through the control gate electrode 104a,
A semiconductor device having an EPROM memory cell having a structure in which the floating gate electrode 108 is provided and the control gate electrode 104a and the floating gate electrode 108 are insulated from each other with the oxide film 105 interposed therebetween can be obtained.

このような構成のメモリセルにおいて、情報の書込みを
行う場合には一方のn型拡散領域110をドレイン領域、
他方のn型拡散領域111をソース領域として使用する。
即ち、電極116をドレイン電極、電極117をソース電極と
し、ドレイン電極116及び制御ゲート電極104aの両方に
高電圧を印加する。この時、チャンネル領域における電
位はソース領域、つまりn型拡散領域111の電位と等し
いか、もしくは極めて近い値の電位となるため、ソー
ス,ドレイン間の電界は集中的にドレイン領域、つまり
n型拡散領域110近傍のチャンネル領域で強くなり、こ
の部分でインパクトアイオニゼーションによるホットキ
ャリア(エレクトロン,ホール対)の発生及び浮遊ゲー
ト電極108へのエレクトロンの注入が起こる。その結
果、情報の書込みが行なわれる。
In the memory cell having such a configuration, when writing information, one of the n-type diffusion regions 110 is a drain region,
The other n-type diffusion region 111 is used as a source region.
That is, using the electrode 116 as a drain electrode and the electrode 117 as a source electrode, a high voltage is applied to both the drain electrode 116 and the control gate electrode 104a. At this time, the potential in the channel region is equal to or extremely close to the potential of the source region, that is, the n-type diffusion region 111, so that the electric field between the source and the drain is concentrated in the drain region, that is, the n-type diffusion region. It becomes stronger in the channel region near the region 110, and hot carriers (electron-hole pairs) are generated and impact electrons are injected into the floating gate electrode 108 due to impact ionization in this region. As a result, information is written.

一方、情報の読み出しを行う場合には、情報書込み時と
は逆に一方のn型拡散領域110をソース領域、他方のn
型拡散領域111をドレイン領域として使用する。即ち、
電極116をソース電極、電極117をドレイン電極とし、ソ
ース,ドレイン間に適当な電位差(例えば5V)を印加し
た上で制御ゲート電極104aに適当な電圧(例えば+5V)
を印加して情報の書込まれたセルと他のセルの特性の変
化、例えば閾値電圧VTHを調べることにより情報が読み
出される。この場合についても、ソース,ドレイン間の
電界は集中的にドレイン領域、つまりn型拡散領域111
近傍で強くなるため、この部分でホットキャリアの発生
が起こる場合がある。しかしながら、かかる場合にはホ
ットキャリアの発生する部分の近傍に浮遊ゲート電極が
存在しないため、発生したキャリアは浮遊ゲート電極10
8に注入されず、その結果情報の誤書込みを防止するこ
とができる。
On the other hand, when information is read, one n-type diffusion region 110 is the source region and the other n
The type diffusion region 111 is used as a drain region. That is,
Using the electrode 116 as a source electrode and the electrode 117 as a drain electrode, applying an appropriate potential difference (eg, 5V) between the source and drain, and then applying an appropriate voltage (eg, + 5V) to the control gate electrode 104a.
The information is read by applying a voltage and examining the change in the characteristics of the cell in which the information is written and another cell, for example, the threshold voltage V TH . Also in this case, the electric field between the source and the drain is concentrated in the drain region, that is, the n-type diffusion region 111.
Since it becomes strong in the vicinity, generation of hot carriers may occur in this portion. However, in such a case, since the floating gate electrode does not exist in the vicinity of the portion where hot carriers are generated, the generated carriers are generated by the floating gate electrode 10.
As a result, it is possible to prevent erroneous writing of information as a result.

EPROMのメモリセルは、上述したように情報読み出し時
に誤書込みの起こる恐れがないため、チャンネル長を充
分に短くすることができる。その結果、情報書込み時の
書込み効率が高められるので、情報書込み時に印加すべ
きドレイン電圧,制御ゲート電極の電圧等の書込み電圧
の値を従来よりも低減化することが可能となる。例え
ば、情報書込み時に印加する電圧と、情報読み出し時に
使用する電圧を共に5V程度とすることが可能となる。
Since the memory cells of the EPROM have no risk of erroneous writing when reading information as described above, the channel length can be sufficiently shortened. As a result, the writing efficiency at the time of writing information can be improved, so that the value of the writing voltage such as the drain voltage to be applied at the time of writing information, the voltage of the control gate electrode, etc. can be reduced more than ever before. For example, both the voltage applied when writing information and the voltage used when reading information can be set to about 5V.

また、第8図及び第9図に示すように同一チップ上にEP
ROMのメモリセルと浮遊ゲート電極108の存在しない通常
のMOSトランジスタを同時に製造できる。しかも、EPROM
のメモリセル(第8図(a)図示)においては、浮遊ゲ
ート電極108が存在ない側のn型拡散層111はチャンネル
領域近傍が低濃度拡散層11bとして形成されている。一
方、MOSトランジスタ(第8図(b)図示)については
ソース、ドレイン領域となるn型拡散層112及び113のチ
ャンネル領域近傍が低濃度拡散層112b、113bとして形成
されている。こうした構成にすることによって、チャン
ネル長の減少による閾値電圧の変動や信頼性を改善でき
る。
In addition, as shown in FIGS. 8 and 9, EP on the same chip
A ROM memory cell and a normal MOS transistor without the floating gate electrode 108 can be manufactured at the same time. Moreover, EPROM
In the memory cell (shown in FIG. 8A), the n-type diffusion layer 111 on the side where the floating gate electrode 108 does not exist is formed as the low concentration diffusion layer 11b near the channel region. On the other hand, in the MOS transistor (shown in FIG. 8B), the low concentration diffusion layers 112b and 113b are formed in the vicinity of the channel regions of the n-type diffusion layers 112 and 113 serving as the source and drain regions. With such a configuration, it is possible to improve the fluctuation and the reliability of the threshold voltage due to the reduction of the channel length.

即ち、チャンネル長が減少するに伴ってチャンネル領域
の閾値電圧が浅くなる。いわゆるショートチャンネル効
果が生じる。
That is, as the channel length decreases, the threshold voltage of the channel region becomes shallow. The so-called short channel effect occurs.

また、チャンネル長が減少するに伴って、ソース、ドレ
イン間に印加される電圧によりチャンネル領域に生じる
電界が強くなり、その結果チャンネル電流によりインパ
クトアイオニゼーションの起こる確率が大となる。イン
パクトアイオニゼーションにより発生したエレクトロン
又はホールの一部は、半導体基板とゲート絶縁膜の間り
エネルギー障壁を越えてゲート絶縁膜中に飛込み、ゲー
ト電極に流れ出してゲート電流を生じるが、その一部は
ゲート絶縁膜にトラップされて留まり、トランジスタの
閾値電圧を変動させ、或いはチャンネルコンダクタンス
を変化させる等、トランジスタの動作特性を変化させ、
デバイスの信頼性を損う大きな原因となる。
Also, as the channel length decreases, the electric field generated in the channel region becomes stronger due to the voltage applied between the source and drain, and as a result, the probability of impact ionization due to the channel current increases. Some of the electrons or holes generated by impact ionization jump into the gate insulating film across the energy barrier between the semiconductor substrate and the gate insulating film and flow out to the gate electrode to generate a gate current. Stays trapped in the gate insulating film, changes the threshold voltage of the transistor, changes the channel conductance, and changes the operating characteristics of the transistor,
This is a major cause of loss of device reliability.

本発明の半導体装置は、既述の如くチャンネル領域に接
する部分のソース、ドレイン領域に低濃度の拡散層111
b、112b、113bが存在するため、ソース、ドレイン間に
印加される電圧の一部を前記低濃度拡散層111b、112b、
113bで受け持つことができ、特にドレイン領域近傍のチ
ャンネル領域に集中してい電界を弱めることができる。
As described above, the semiconductor device of the present invention has a low-concentration diffusion layer 111 in the source and drain regions in contact with the channel region.
Since b, 112b and 113b are present, part of the voltage applied between the source and the drain is part of the low concentration diffusion layers 111b, 112b and
This can be taken care of by 113b, and the electric field can be weakened particularly in the channel region near the drain region.

従って、本発明によれば書込み効率に優れ、かつ誤書込
みのないEPROMのメモリセルと、周辺回路を構成する信
頼性の高いMOSトランジスタとを備えた半導体装置を簡
単な工程により製造できる。
Therefore, according to the present invention, a semiconductor device including an EPROM memory cell having excellent write efficiency and free from erroneous write and a highly reliable MOS transistor forming a peripheral circuit can be manufactured by a simple process.

なお、上記実施例においてはEPROMのメモリセルにおけ
る浮遊ゲート電極の存在しない側のn型拡散層及びトラ
ンジスタのソース側についてもそれらのチャンネル領域
近傍に低濃度拡散層を形成した。通常の場合、これら低
濃度拡散層の存在はデバイス動作に対して大きな障害と
はならないが、ソース、ドレイン間に直列接続された抵
抗としてはたせくため、実効的にソース、ドレイン間に
印加される電圧を低下させ、例えば書込み効率を低下さ
せること等である。このような場合には、第4図の工程
の前に低濃度拡散層を形成したくない部分の残存多結晶
シリコン106′を、予め除去しておくことにより低濃度
拡散層の形成を阻止できる。かかる手段を採用しても、
イオン注入された砒素とリンとの熱拡散係数の違いによ
り砒素により形成された高濃度拡散層が形成される場合
がある。この現象を防止するためには、第4図の高濃度
不純物のイオン注入工程から第6図の低濃度不純物イオ
ン注入工程の間に充分な熱処理を行なって、砒素イオン
を活性化させると共に、高濃度拡散層を形成し、第6図
以降の熱処理に伴うリンイオンの拡散が前記高濃度拡散
層内に収まるようにすればよい。
In the above embodiment, the low-concentration diffusion layer is formed near the channel region of the n-type diffusion layer on the side where the floating gate electrode does not exist in the EPROM memory cell and the source side of the transistor. Normally, the presence of these low-concentration diffusion layers is not a major obstacle to device operation, but since it acts as a resistance connected in series between the source and drain, it is effectively applied between the source and drain. Voltage is lowered, for example, writing efficiency is lowered. In such a case, the formation of the low-concentration diffusion layer can be prevented by removing the remaining polycrystalline silicon 106 'in the portion where the low-concentration diffusion layer is not desired to be formed before the step of FIG. . Even if such a means is adopted,
A high-concentration diffusion layer formed of arsenic may be formed due to a difference in thermal diffusion coefficient between ion-implanted arsenic and phosphorus. In order to prevent this phenomenon, sufficient heat treatment is performed between the high-concentration impurity ion implantation step of FIG. 4 and the low-concentration impurity ion implantation step of FIG. 6 to activate the arsenic ions and It suffices to form a concentration diffusion layer so that the diffusion of phosphorus ions due to the heat treatment shown in FIG. 6 and thereafter is contained in the high concentration diffusion layer.

上記実施例ではメモリセルとしてnチャンネルの場合に
ついて説明したが、これに限定されず、pチャンネルの
ものでも同様の効果を得ることができる。
In the above embodiment, the case where the memory cell has n channels has been described, but the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained even if the memory cell has p channels.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上詳述した如く、本発明によればスイッチング速度が
速く、かつ情報の誤書込みが生じ難く、しかも情報書込
み時に印加すべき書込み電圧の値の低減化を図ることが
できるEPROMセルと、チャンネル長の減少による閾値電
圧の変動や信頼性を改善したMOSトランジスタとが同一
チップ上に共存された半導体装置を簡単な工程により製
造し得る方法を提供できる。
As described in detail above, according to the present invention, an EPROM cell that has a high switching speed, is less likely to cause erroneous writing of information, and can reduce the value of the write voltage to be applied at the time of writing information, and a channel length It is possible to provide a method capable of manufacturing a semiconductor device in which a MOS transistor improved in threshold voltage fluctuation and reliability due to a decrease in power consumption coexist on the same chip by a simple process.

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

第1図〜第8図は本発明の実施例における半導体装置の
製造工程を示す断面図、第9は第8図の平面図、第10図
は従来のEPROMのメモリセルを示す断面図である。 101…p型シリコン基板、103…ゲート酸化膜、104a…制
御ゲート電極、104b…ゲート電極、105…酸化膜、108…
浮遊ゲート電極、110〜113…n型拡散層、116〜119…Al
電極。
1 to 8 are sectional views showing a manufacturing process of a semiconductor device in an embodiment of the present invention, FIG. 9 is a plan view of FIG. 8, and FIG. 10 is a sectional view showing a memory cell of a conventional EPROM. . 101 ... P-type silicon substrate, 103 ... Gate oxide film, 104a ... Control gate electrode, 104b ... Gate electrode, 105 ... Oxide film, 108 ...
Floating gate electrode, 110-113 ... n type diffusion layer, 116-119 ... Al
electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第一導電型の半導体基体の表面の一部に、
制御ゲート電極を薄い絶縁膜を介し形成する工程と、 前記制御ゲート電極の周囲に絶縁膜を形成する工程と、 全面に導電性物質膜を被覆する工程と、 前記導電性物質膜を異方性エッチング法によりエッチン
グして前記制御ゲート電極の両側面に対応する前記絶縁
膜に接して導電性物質膜を残存させる工程と、 前記制御ゲート電極および前記残存導電性物質膜をマス
クとして比較的高濃度の第二導電型を与える不純物を前
記半導体基体の表面にドーピングする工程と、 前記制御ゲート電極の両側面に残存する導電性物質膜の
一方を残して他方をエッチング除去することにより前記
残存した導電性物質膜からなる浮遊ゲート電極を形成す
る工程と、 比較的低濃度の第二導電型を与える不純物を前記半導体
基体の表面にドーピングする工程と を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A part of the surface of a semiconductor substrate of the first conductivity type,
Forming a control gate electrode through a thin insulating film; forming an insulating film around the control gate electrode; covering the entire surface with a conductive material film; and anisotropically forming the conductive material film. Etching by an etching method to leave a conductive material film in contact with the insulating films corresponding to both side surfaces of the control gate electrode, and a relatively high concentration using the control gate electrode and the remaining conductive material film as a mask And a step of doping the surface of the semiconductor substrate with an impurity imparting the second conductivity type, the conductive material film remaining on both side surfaces of the control gate electrode and the remaining conductive material film by etching away the other conductive material film. Forming a floating gate electrode made of a conductive material film, and doping the surface of the semiconductor substrate with an impurity giving a relatively low concentration of the second conductivity type. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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