JPH07273225A - Non-volatile semiconductor memory device and its manufacture - Google Patents

Non-volatile semiconductor memory device and its manufacture

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JPH07273225A
JPH07273225A JP6105194A JP6105194A JPH07273225A JP H07273225 A JPH07273225 A JP H07273225A JP 6105194 A JP6105194 A JP 6105194A JP 6105194 A JP6105194 A JP 6105194A JP H07273225 A JPH07273225 A JP H07273225A
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JP
Japan
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floating gate
gate
control gate
semiconductor substrate
region
Prior art date
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Pending
Application number
JP6105194A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Ando
仁志 安藤
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.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
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Priority to KR1019940030156A priority patent/KR100278332B1/en
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Abstract

PURPOSE:To enhance a non-volatile semiconductor memory device having a floating gate in data reliability. CONSTITUTION:A floating gate 23 is disposed on a silicon substrate 21, and a control gate 25 is arranged partially overlapping the floating gate 23. The surface of the silicon substrate is stepped, and the control gate 25 is set so as to make its base located below that of the floating gate 23. By this setup, a protrusion produced on the control gate 25 facing the float,ing gate 23 is separated from the floating gate 23, and an FN conduction hardly occurs between the protrusion of the control gate 25 and the floating gate 23. Therefore, no charge is injected into the floating gate 23 in a non-selection state.

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、フローティングゲート
を有する不揮発性半導体メモリ装置及びその製造方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device having a floating gate and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】メモリセルが単一のトランジスタからな
る電気的に消去可能なプログラマブルROM(EEPROM:El
ectrically Erasable Programmable ROM)においては、
フローティングゲートと制御ゲートとを有する2重ゲー
ト構造のトランジスタによって各メモリセルが形成され
る。このような2重ゲート構造のメモリセルトランジス
タの場合、フローティングゲートのドレイン領域側で発
生したホットエレクトロンを加速してフローティングゲ
ートに注入することでデータの書き込みが行われる。そ
して、FN伝導(Fowler-Nordheim tunnelling)によって
フローティングゲートから制御ゲートへ電荷を引き抜く
ことでデータの消去が行われる。
2. Description of the Related Art An electrically erasable programmable ROM (EEPROM: El
(ectrically Erasable Programmable ROM)
Each memory cell is formed by a transistor having a double gate structure having a floating gate and a control gate. In the case of such a memory cell transistor having a double gate structure, data is written by accelerating and injecting hot electrons generated on the drain region side of the floating gate into the floating gate. Data is erased by extracting charges from the floating gate to the control gate by FN conduction (Fowler-Nordheim tunneling).

【0003】図9はフローティングゲートを有する不揮
発性半導体メモリ装置のメモリセル部分の平面図、図1
0はそのX−X線断面図である。この図においては、制
御ゲートがフローティングゲートと並んで配置されるス
プリットゲート構造を示している。P型のシリコン基板
1の表面領域に、選択的に厚く形成される酸化膜(LOCO
S)よりなる複数の分離領域2が短冊状に形成され、素子
領域が区画される。シリコン基板1上に、酸化膜3を介
し、分離領域2の間に跨るようにしてフローティングゲ
ート4が配置される。このフローティングゲート4は、
メモリセル毎に独立して配置される。また、フローティ
ングゲート4上の酸化膜5は、フローティングゲート4
の中央部で厚く形成され、フローティングゲート4の端
部を鋭角に形成して電界集中を生じ易くしている。複数
のフローティングゲート4が配置されたシリコン基板1
上に、フローティングゲート4の各列毎に対応して制御
ゲート6が配置される。この制御ゲート6は、一部がフ
ローティングゲート4上に重なり、残りの部分が酸化膜
3を介してシリコン基板1に接するように配置される。
また、これらのフローティングゲート4及び制御ゲート
6は、それぞれ隣り合う列が互いに線対称となるように
配置される。制御ゲート6の間の基板領域及びフローテ
ィングゲート4の間の基板領域に、N型のドレイン領域
7及びソース領域8が形成される。ドレイン領域7は、
制御ゲート6の間で分離領域2に囲まれてそれぞれが独
立し、ソース領域8は、制御ゲート6の延在する方向に
連続する。これらのフローティングゲート4、制御ゲー
ト6、ドレイン領域7及びソース領域8によりメモリセ
ルトランジスタが構成される。そして、制御ゲート6上
に、酸化膜9を介して、アルミニウム配線10が制御ゲ
ート6と交差する方向に配置される。このアルミニウム
配線10は、コンタクトホール11を通して、それぞれ
ドレイン領域7に接続される。
FIG. 9 is a plan view of a memory cell portion of a nonvolatile semiconductor memory device having a floating gate, FIG.
0 is the XX sectional view. This figure shows a split gate structure in which the control gate is arranged side by side with the floating gate. An oxide film (LOCO) that is selectively thickly formed on the surface region of the P-type silicon substrate 1
A plurality of isolation regions 2 made of S) are formed in a strip shape to partition the element region. The floating gate 4 is arranged on the silicon substrate 1 with the oxide film 3 interposed therebetween so as to extend between the isolation regions 2. This floating gate 4
It is arranged independently for each memory cell. In addition, the oxide film 5 on the floating gate 4 is
Is thickly formed in the central portion of the floating gate 4 and the end portion of the floating gate 4 is formed at an acute angle to facilitate electric field concentration. Silicon substrate 1 on which a plurality of floating gates 4 are arranged
Control gates 6 are arranged on the floating gates 4 corresponding to respective columns. The control gate 6 is arranged so that a part thereof overlaps the floating gate 4 and the remaining part is in contact with the silicon substrate 1 via the oxide film 3.
Further, the floating gates 4 and the control gates 6 are arranged such that adjacent columns are line-symmetrical to each other. An N type drain region 7 and a source region 8 are formed in the substrate region between the control gates 6 and in the substrate region between the floating gates 4. The drain region 7 is
The source regions 8 are surrounded by the isolation regions 2 between the control gates 6 and are independent of each other, and the source regions 8 are continuous in the direction in which the control gates 6 extend. The floating gate 4, the control gate 6, the drain region 7 and the source region 8 form a memory cell transistor. Then, the aluminum wiring 10 is arranged on the control gate 6 with the oxide film 9 interposed therebetween in a direction crossing the control gate 6. The aluminum wiring 10 is connected to the drain region 7 through the contact holes 11.

【0004】このような2重ゲート構造のメモリセルト
ランジスタの場合、フローティングゲート4に注入され
る電荷の量によってソース、ドレイン間に流れる電流が
変動する。そこで、フローティングゲート4に選択的に
電荷を注入することにより、特定のメモリセルトランジ
スタのドレイン電流を変動させ、これによって生じる動
作特性の差を書き込みデータと対応付けるようにしてい
る。
In the case of such a memory cell transistor having a double gate structure, the current flowing between the source and the drain varies depending on the amount of charges injected into the floating gate 4. Therefore, by selectively injecting charges into the floating gate 4, the drain current of a specific memory cell transistor is changed, and the difference in operating characteristics caused thereby is associated with the write data.

【0005】図11は、図9に示したメモリセル部分の
回路図である。3行×3列配置された2重ゲート構造の
メモリセルトランジスタ12は、各ゲートがワード線1
3に接続され、ドレインがビット線14に接続されてソ
ースが接地される。実際には、制御ゲート6自体をワー
ド線13とし、アルミニウム配線10をビット線14と
する。そして、ワード線13がロウデコーダに接続され
ると共に、ビット線14がカラムデコーダに接続され、
それぞれが選択的に活性化される。これにより、ロウア
ドレス及びカラムアドレスに応答して特定のメモリセル
トランジスタ12が指定されることになる。
FIG. 11 is a circuit diagram of the memory cell portion shown in FIG. In the memory cell transistor 12 having a double gate structure arranged in 3 rows × 3 columns, each gate has a word line 1
3, the drain is connected to the bit line 14 and the source is grounded. In practice, the control gate 6 itself is the word line 13 and the aluminum wiring 10 is the bit line 14. Then, the word line 13 is connected to the row decoder, and the bit line 14 is connected to the column decoder.
Each is selectively activated. As a result, the specific memory cell transistor 12 is designated in response to the row address and the column address.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述のようなスプリッ
トゲート構造のメモリセルトランジスタにおいては、図
12に示すように、制御ゲート6がシリコン基板1に接
する部分でフローティングゲート4側に突起15が生じ
る。この突起15は、フローティングゲート4と制御ゲ
ート6との間を絶縁するようにフローティングゲート4
を熱酸化する際、フローティングゲート4の端部が浮き
上がることによって生じる酸化膜3の凹みに起因するも
のである。このため、制御ゲート6の突起15からフロ
ーティングゲート4の間でFN伝導が生じ易くなり、デ
ータを書き込む際、各列で共通となっているソース領域
8の電位を上昇させると、非選択状態にあるメモリセル
トランジスタであってもフローティングゲート4に電荷
が注入される場合がある。従って、各メモリセルに書き
込まれたデータが維持されなくなり、信頼性の低下を招
くことになる。
In the memory cell transistor having the split gate structure as described above, the protrusion 15 is formed on the floating gate 4 side at the portion where the control gate 6 contacts the silicon substrate 1 as shown in FIG. . The protrusion 15 insulates the floating gate 4 and the control gate 6 from each other.
This is due to the depression of the oxide film 3 caused by the floating edge of the floating gate 4 when the oxide is thermally oxidized. Therefore, FN conduction is likely to occur between the protrusion 15 of the control gate 6 and the floating gate 4, and when the potential of the source region 8 that is common to each column is increased when writing data, the FN conduction occurs. In some memory cell transistors, electric charges may be injected into the floating gate 4. Therefore, the data written in each memory cell is no longer maintained, leading to a decrease in reliability.

【0007】そこで本発明は、非選択状態にあるメモリ
セルトランジスタにおいてフローティングゲートに電荷
が注入されるのを防止して信頼性を向上することを目的
とする。
Therefore, it is an object of the present invention to prevent charges from being injected into the floating gate of a memory cell transistor in a non-selected state and improve reliability.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するために成されたもので、一導電型の半導体基板
と、この半導体基板上に電気的に独立した状態で配置さ
れるフローティングゲートと、このフローティングゲー
トに隣接し、少なくとも一部が重なり合って配置される
制御ゲートと、上記フローティングゲートの上記制御ゲ
ートに対向する側とは反対側の基板領域に形成される逆
導電型の第1の半導体領域と、上記制御ゲートの上記フ
ローティングゲートに対向する側とは反対側の基板領域
に形成される逆導電型の第2の半導体領域と、を備え、
上記フローティングゲートが配置される上記半導体基板
の表面領域と上記制御ゲートが配置される上記半導体基
板の表面領域との間で上記制御ゲート側が低くなる段差
が設けられることを特徴としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is a semiconductor substrate of one conductivity type and is disposed on the semiconductor substrate in an electrically independent state. A floating gate, a control gate adjacent to the floating gate and at least partially overlapped with each other, and a reverse conductivity type formed in a substrate region opposite to a side of the floating gate facing the control gate. A first semiconductor region; and a second semiconductor region of opposite conductivity type formed in a substrate region opposite to a side of the control gate facing the floating gate,
It is characterized in that there is provided a step having a lower side on the control gate side between a surface region of the semiconductor substrate on which the floating gate is arranged and a surface region of the semiconductor substrate on which the control gate is arranged.

【0009】そして、その製造方法において、一導電型
の半導体基板上に積層される第1のゲート材料層上にフ
ローティングゲートの形成位置に対応した開口を有する
耐酸化膜を形成する工程と、上記第1のゲート材料層を
上記耐酸化膜の開口に応じて選択的に酸化して島状の厚
い酸化膜を形成する工程と、上記島状の厚い酸化膜の下
に位置する上記ゲート材料層を残して上記ゲート材料層
及び上記半導体基板の表面の一部をエッチングにより選
択的に除去し、電気的に独立したフローティングゲート
形成すると共に上記半導体基板上に上記フローティング
ゲートの形成位置で高くなる段差を形成する工程と、上
記フローティングゲート及び上記半導体基板の露出面を
酸化して層間絶縁膜を形成する工程と、上記層間絶縁膜
上に積層される第2のゲート材料層をエッチングにより
選択的に除去し、上記フローティングゲートに対して少
なくとも一部が重なり合う制御ゲートを形成する工程
と、上記フローティングゲート及び上記制御ゲートに隣
接する基板領域に逆導電型の不純物を注入して逆導電型
の第1及び第2の半導体領域を形成する工程と、を含む
ことを特徴としている。
Then, in the manufacturing method, a step of forming an oxidation resistant film having an opening corresponding to a formation position of the floating gate on the first gate material layer laminated on the semiconductor substrate of one conductivity type; A step of selectively oxidizing the first gate material layer according to the opening of the oxidation resistant film to form an island-shaped thick oxide film; and the gate material layer located under the island-shaped thick oxide film The gate material layer and a part of the surface of the semiconductor substrate are selectively removed by etching to leave an electrically independent floating gate, and a step is formed on the semiconductor substrate at a position where the floating gate is formed. A step of forming an interlayer insulating film by oxidizing the exposed surfaces of the floating gate and the semiconductor substrate, and a step of stacking on the interlayer insulating film. Selectively removing the gate material layer by etching to form a control gate that at least partially overlaps the floating gate, and an impurity of an opposite conductivity type in the substrate region adjacent to the floating gate and the control gate. Is formed to form first and second semiconductor regions of opposite conductivity type.

【0010】[0010]

【作用】本発明の不揮発性半導体メモリ装置によれば、
制御ゲートが半導体基板に接する面とフローティングゲ
ートが半導体基板に接する面との間に段差を設けたこと
で、制御ゲートのフローティングゲート側に生じる突起
がフローティングゲートから離れることになり、制御ゲ
ートの突起からフローティングゲートの間でFN伝導が
生じにくくなる。従って、データを書き込むべく特定の
メモリセルトランジスタのソース領域の電位を上昇させ
ても、ソース領域が共通となっているメモリセルトラン
ジスタにおいてフローティングゲートに電荷が注入され
ることはなくなる。
According to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention,
By providing a step between the surface of the control gate in contact with the semiconductor substrate and the surface of the floating gate in contact with the semiconductor substrate, the protrusion on the floating gate side of the control gate is separated from the floating gate. Therefore, FN conduction is less likely to occur between the floating gate and the floating gate. Therefore, even if the potential of the source region of a specific memory cell transistor is increased to write data, no charge is injected into the floating gate in the memory cell transistor having the common source region.

【0011】そして、本発明の製造方法によれば、第1
のゲート材料層を選択的にエッチングしてフローティン
グゲートを形成する際に半導体基板の表面の一部も同時
にエッチングするようにしたことで、制御ゲートを形成
する部分で半導体基板の表面が低くなり、この制御ゲー
トのフローティングゲート側に生じる突起がフローティ
ングゲートから離れる。さらに、フローティングゲート
の露出面を酸化して層間絶縁膜を形成する際、半導体基
板とフローティングゲートとの間で酸化膜に凹みが生じ
にくくなるため、層間絶縁膜に沿って形成される制御ゲ
ートには、大きな突起が生じなくなり、制御ゲートのフ
ローティングゲート側で電界集中が起きにくくなる。
According to the manufacturing method of the present invention, the first
When the floating gate is formed by selectively etching the gate material layer of, a part of the surface of the semiconductor substrate is also etched at the same time, so that the surface of the semiconductor substrate becomes low at the part where the control gate is formed, The protrusion generated on the floating gate side of the control gate separates from the floating gate. Further, when the exposed surface of the floating gate is oxidized to form the interlayer insulating film, the oxide film is less likely to have a recess between the semiconductor substrate and the floating gate, and thus the control gate formed along the interlayer insulating film is not affected. Causes no large protrusions and makes it difficult for electric field concentration to occur on the floating gate side of the control gate.

【0012】[0012]

【実施例】図1は、本発明の不揮発性半導体メモリ装置
のメモリセル部分の断面図で、図2は、メモリセルトラ
ンジスタの要部を示す拡大断面図である。P型のシリコ
ン基板21上に、酸化膜22を介して複数のフローティ
ングゲート23がそれぞれ独立に配置される。このフロ
ーティングゲート23は、シリコン基板21の表面で素
子領域を区画する短冊状の複数の分離領域の間に跨るよ
うにして配置される。また、フローティングゲート23
を被う酸化膜24は、フローティングゲート23の中央
部で厚く形成され、フローティングゲート23の端部が
鋭角に形成される。フローティングゲート23が配置さ
れたシリコン基板21上に、各フローティングゲート2
3に対応して制御ゲート25が配置される。この制御ゲ
ート25は、一部がフローティングゲート23上に酸化
膜24を介して重なり、残りの部分が酸化膜22を介し
てシリコン基板21に接するように配置される。また、
シリコン基板21の表面は、制御ゲート25が接する部
分とフローティングゲート23が接する部分との間に段
差が設けられ、制御ゲート25の底面がフローティング
ゲート23の底面に対して低くなるようにしている。こ
れらのフローティングゲート23及び制御ゲート25
は、各列が線対称となるように配置される。隣り合う制
御ゲート25の間の基板領域及びフローティングゲート
23の間の基板領域に、N型のドレイン領域26及びソ
ース領域27が形成される。ドレイン領域26は、制御
ゲート25の間で分離領域に囲まれてそれぞれが独立
し、ソース領域27は、制御ゲート25の延在する方向
に連続する。以上のフローティングゲート23、制御ゲ
ート25、ドレイン領域26及びソース領域27が配置
される位置自体は、従来のメモリ装置と同一であり、図
9に示す平面図に一致する。そして、制御ゲート25上
に、酸化膜28を介して、アルミニウム配線29が制御
ゲート6と交差する方向に配置され、このアルミニウム
配線29がコンタクトホール30を通して、それぞれド
レイン領域26に接続される。
1 is a sectional view of a memory cell portion of a non-volatile semiconductor memory device of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a main portion of a memory cell transistor. A plurality of floating gates 23 are independently arranged on a P-type silicon substrate 21 with an oxide film 22 interposed therebetween. The floating gate 23 is arranged so as to straddle a plurality of strip-shaped isolation regions that partition the element region on the surface of the silicon substrate 21. In addition, the floating gate 23
The oxide film 24 covering the gate electrode is thickly formed in the central portion of the floating gate 23, and the end portion of the floating gate 23 is formed at an acute angle. Each floating gate 2 is formed on the silicon substrate 21 on which the floating gate 23 is arranged.
The control gate 25 is arranged corresponding to 3. The control gate 25 is arranged so that a part thereof overlaps the floating gate 23 via the oxide film 24 and the remaining part contacts the silicon substrate 21 via the oxide film 22. Also,
The surface of the silicon substrate 21 is provided with a step between a portion in contact with the control gate 25 and a portion in contact with the floating gate 23 so that the bottom surface of the control gate 25 is lower than the bottom surface of the floating gate 23. These floating gate 23 and control gate 25
Are arranged so that each column is line-symmetric. An N-type drain region 26 and a source region 27 are formed in the substrate region between the adjacent control gates 25 and the substrate region between the floating gates 23. The drain region 26 is surrounded by the isolation region between the control gates 25 and is independent of each other, and the source region 27 is continuous in the direction in which the control gate 25 extends. The positions where the floating gate 23, the control gate 25, the drain region 26, and the source region 27 are arranged are the same as those in the conventional memory device, and correspond to the plan view shown in FIG. Then, on the control gate 25, an aluminum wiring 29 is arranged via the oxide film 28 in a direction intersecting the control gate 6, and the aluminum wiring 29 is connected to the drain regions 26 through the contact holes 30, respectively.

【0013】シリコン基板21の表面に設けられる段差
は、大きいほど高い効果を期待できるが、ステップカバ
レージを考慮すれば、従来のメモリセルトランジスタ
(図12)で半導体基板1に生じている段差の2〜3倍
程度が好ましい。例えば、従来のメモリセルトランジス
タにおける半導体基板1の段差が180Å程度であるの
に対して、500Å程度の段差を設けるようにする。
The larger the level difference provided on the surface of the silicon substrate 21, the higher the effect can be expected. However, if step coverage is taken into consideration, the two levels of the level difference that occur in the semiconductor substrate 1 in the conventional memory cell transistor (FIG. 12) can be expected. It is preferably about 3 times. For example, in the conventional memory cell transistor, the step difference of the semiconductor substrate 1 is about 180 Å, while the step difference of about 500 Å is provided.

【0014】以上のメモリ装置におけるデータの書き込
み、消去及び読み出しの各動作は、例えば、以下のよう
にして行われる。書き込み動作においては、制御ゲート
25の電位を2V、ドレイン領域26の電位を0.8
V、ソース領域27の電位を12Vとする。これによ
り、ドレイン領域26付近で発生するホットエレクトロ
ンがフローティングゲート23側へ加速され、酸化膜2
2を通してフローティングゲート23に注入されてデー
タの書き込みが成される。このとき、ソース領域27が
共通で非選択状態にあるメモリセルトランジスタにおい
ては、フローティングゲート23とソース領域27との
容量結合によってフローティングゲート23の電位は上
昇するが、フローティングゲート23の底面と制御ゲー
ト25の底面との間に設けられた段差によって制御ゲー
ト25からフローティングゲート23へのFN伝導によ
る電荷の注入は生じない。即ち、フローティングゲート
23の底面と制御ゲート25の底面との間に段差が設け
られたことにより、図2に示すように、制御ゲート25
のフローティングゲート23側に生じる突起がフローテ
ィングゲート23から離れることになり、FN伝導が容
易に生じなくなる。
Each operation of writing, erasing and reading data in the above memory device is performed as follows, for example. In the write operation, the potential of the control gate 25 is 2V and the potential of the drain region 26 is 0.8V.
V, and the potential of the source region 27 is 12V. As a result, hot electrons generated near the drain region 26 are accelerated toward the floating gate 23, and the oxide film 2
It is injected into the floating gate 23 through 2 to write data. At this time, in the memory cell transistor in which the source region 27 is common and in the non-selected state, the potential of the floating gate 23 rises due to the capacitive coupling between the floating gate 23 and the source region 27, but the bottom surface of the floating gate 23 and the control gate Due to the step provided between the control gate 25 and the bottom surface of the floating gate 25, no charge is injected from the control gate 25 to the floating gate 23 by FN conduction. That is, since the step is provided between the bottom surface of the floating gate 23 and the bottom surface of the control gate 25, as shown in FIG.
The protrusion generated on the floating gate 23 side is separated from the floating gate 23, and FN conduction does not easily occur.

【0015】一方、消去動作においては、ドレイン領域
26及びソース領域27の電位を0Vとし、制御ゲート
25を14Vとする。これにより、フローティングゲー
ト23内に保持されている電荷が、フローティングゲー
ト23の端部の鋭角部分からFN伝導によって酸化膜2
2を突き抜けて制御ゲート25に放出されてデータが消
去される。なお、データの消去においては、全てのメモ
リセルトランジスタに一様に電圧を与えることによって
一括消去が可能である。そして、読み出し動作において
は、制御ゲート25の電位を4Vとし、ドレイン領域2
6を2V、ソース領域27を0Vとする。このとき、フ
ローティングゲート23に電荷が注入されていると、フ
ローティングゲート23の電位が低くなるため、フロー
ティングゲート23の下にチャネルが形成されてドレイ
ン電流が流れる。逆に、フローティングゲート23に電
荷が注入されていなければ、フローティングゲート23
の電位が高くなるため、フローティングゲート23の下
にチャネルが形成されてドレイン電流が流れる。そこ
で、ドレイン領域26から流れ出す電流をセンスアンプ
により検出することでメモリセルトランジスタのオン/
オフの判定、即ち、書き込まれたデータの判定が成され
る。
On the other hand, in the erase operation, the potentials of the drain region 26 and the source region 27 are set to 0V and the control gate 25 is set to 14V. As a result, the electric charge held in the floating gate 23 is transferred to the oxide film 2 by FN conduction from an acute angle portion of the end of the floating gate 23.
The data is erased by passing through 2 and being discharged to the control gate 25. In data erasing, batch erasing is possible by uniformly applying a voltage to all memory cell transistors. Then, in the read operation, the potential of the control gate 25 is set to 4 V and the drain region 2
6 is set to 2V and the source region 27 is set to 0V. At this time, if charges are injected into the floating gate 23, the potential of the floating gate 23 becomes low, so that a channel is formed under the floating gate 23 and a drain current flows. On the contrary, if no charge is injected into the floating gate 23, the floating gate 23
, The channel is formed under the floating gate 23 and the drain current flows. Therefore, the current flowing out from the drain region 26 is detected by a sense amplifier to turn on / off the memory cell transistor.
The determination of OFF, that is, the determination of written data is performed.

【0016】図3乃至図8は、本発明の不揮発性半導体
メモリ装置の製造方法を説明する工程別の断面図であ
る。 図3:第1工程 P型のシリコン基板21上に酸化膜31を介して多結晶
シリコン層32を積層し、この多結晶シリコン層32表
面に酸化膜33を形成する。さらに、耐酸化マスクとな
る窒化膜34を酸化膜33上に形成し、この窒化膜34
を周知のフォトリソグラフィ技術によりパターニングし
て後にフローティングゲート23を形成する位置に対応
して開口35を形成する。
3 to 8 are cross-sectional views of respective steps for explaining the method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention. FIG. 3: First Step A polycrystalline silicon layer 32 is laminated on a P-type silicon substrate 21 with an oxide film 31 interposed therebetween, and an oxide film 33 is formed on the surface of this polycrystalline silicon layer 32. Further, a nitride film 34 serving as an oxidation resistant mask is formed on the oxide film 33, and the nitride film 34 is formed.
Is patterned by a well-known photolithography technique, and an opening 35 is formed at a position where the floating gate 23 will be formed later.

【0017】図4:第2工程 窒化膜34を耐酸化マスクとして酸化膜33を選択的に
酸化し、窒化膜34の開口35の部分に厚い酸化膜36
を形成する。この厚い酸化膜36は、酸化膜33が表面
側及び多結晶シリコン層32側へ成長したものであり、
多結晶シリコン層32は、その部分で膜厚が薄くなる。
FIG. 4: Second Step The oxide film 33 is selectively oxidized by using the nitride film 34 as an anti-oxidation mask, and a thick oxide film 36 is formed in the opening 35 portion of the nitride film 34.
To form. The thick oxide film 36 is formed by growing the oxide film 33 on the surface side and the polycrystalline silicon layer 32 side.
The polycrystalline silicon layer 32 has a thin film thickness at that portion.

【0018】図5:第3工程 窒化膜33を除去した後、多結晶シリコン層32及び酸
化膜31を厚い酸化膜36の下の部分を残してエッチン
グし、フローティングゲート23を形成する。このと
き、シリコン基板21の表面までオーバーエッチングし
てシリコン基板21の表面に段差を設ける。
FIG. 5: Third step After removing the nitride film 33, the polycrystalline silicon layer 32 and the oxide film 31 are etched leaving the portion below the thick oxide film 36, thereby forming the floating gate 23. At this time, the surface of the silicon substrate 21 is over-etched to form a step on the surface of the silicon substrate 21.

【0019】図6:第4工程 露出したシリコン基板21の表面とフローティングゲー
ト23の側面とを熱酸化することにより、制御ゲート2
5のゲート絶縁膜となる酸化膜22及び層間絶縁膜とな
る酸化膜37を形成する。この熱酸化では、フローティ
ングゲート23上に残された酸化膜36が成長し、フロ
ーティングゲート23と制御ゲート25との間を絶縁す
る酸化膜24となる。
FIG. 6: Fourth Step By thermally oxidizing the exposed surface of the silicon substrate 21 and the side surface of the floating gate 23, the control gate 2 is formed.
Then, the oxide film 22 serving as the gate insulating film and the oxide film 37 serving as the interlayer insulating film are formed. In this thermal oxidation, the oxide film 36 left on the floating gate 23 grows and becomes the oxide film 24 that insulates the floating gate 23 and the control gate 25 from each other.

【0020】図7:第5工程 フローティングゲート23を覆うように多結晶シリコン
層38を積層し、この多結晶シリコン層38をパターニ
ングして制御ゲート25を形成する。このようにして形
成された制御ゲート25は、シリコン基板21と接する
面が、フローティングゲート23よりも低くなってお
り、フローティングゲート23側に生じる突起は、図1
2に示す従来の制御ゲート6に生じる突起15と比較し
て小さくなっている。
FIG. 7: Fifth Step A polycrystalline silicon layer 38 is laminated so as to cover the floating gate 23, and the polycrystalline silicon layer 38 is patterned to form the control gate 25. In the control gate 25 thus formed, the surface in contact with the silicon substrate 21 is lower than that of the floating gate 23, and the protrusion generated on the floating gate 23 side is shown in FIG.
It is smaller than the protrusion 15 generated in the conventional control gate 6 shown in FIG.

【0021】図8:第6工程 フローティングゲート23及び制御ゲート25をマスク
とし、フローティングゲート23の間の基板領域及び制
御ゲート25の間の基板領域に、N型の不純物イオン、
例えばリンイオン(P)を注入し、ドレイン領域26及
びソース領域27を形成する。ところで、ソース領域2
7については、フローティングゲート23と結合してフ
ローティングゲート23の電位を制御できるようにする
ため、フローティングゲート23の下の領域まで拡げる
必要がある。そこで、ドレイン領域26の形成とソース
領域27の形成とを別工程で行い、ソース領域27形成
時のリンイオンの注入エネルギーを高くしてN型の不純
物イオンが拡がり易いようにする。あるいは、ソース領
域27を2度の注入によって形成してソース領域27の
不純物濃度をドレイン領域28より高くする。
FIG. 8: Sixth step Using the floating gate 23 and the control gate 25 as a mask, N type impurity ions are introduced into the substrate region between the floating gates 23 and the substrate region between the control gates 25.
For example, phosphorus ions (P) are implanted to form the drain region 26 and the source region 27. By the way, source area 2
Regarding No. 7, it is necessary to expand to the region below the floating gate 23 in order to be able to control the potential of the floating gate 23 by being combined with the floating gate 23. Therefore, the formation of the drain region 26 and the formation of the source region 27 are performed in different steps, and the implantation energy of phosphorus ions at the time of forming the source region 27 is increased so that the N-type impurity ions can easily spread. Alternatively, the source region 27 is formed by implanting twice to make the impurity concentration of the source region 27 higher than that of the drain region 28.

【0022】その後の工程では、制御ゲート25の表面
及び酸化膜22の露出面を熱酸化して新たな酸化膜28
を形成し、さらに、ドレイン領域26部分にコンタクト
ホール30を形成した後にドレイン領域26に接続され
るアルミニウム配線29を形成する。従って、図1に示
すように、フローティングゲート23の底面に対して制
御ゲート25の底面が低くなるメモリセルトランジスタ
が形成される。
In the subsequent process, the surface of the control gate 25 and the exposed surface of the oxide film 22 are thermally oxidized and a new oxide film 28 is formed.
Then, a contact hole 30 is formed in the drain region 26, and then an aluminum wiring 29 connected to the drain region 26 is formed. Therefore, as shown in FIG. 1, a memory cell transistor in which the bottom surface of the control gate 25 is lower than the bottom surface of the floating gate 23 is formed.

【0023】以上の実施例においては、P型のシリコン
基板21にN型のドレイン領域26及びソース領域27
を形成するNチャンネル型の場合を例示したが、N型の
シリコン基板を用いるPチャンネル型にて構成すること
も可能である。
In the above embodiment, the N type drain region 26 and the source region 27 are formed on the P type silicon substrate 21.
Although the case of the N-channel type for forming the is illustrated, it is also possible to configure the P-channel type using an N-type silicon substrate.

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明によれば、メモリセルトランジス
タの制御ゲートの底面とフローティングゲートの底面と
の間に設けた段差によって制御ゲートの突起とフローテ
ィングゲートとの距離が離れ、制御ゲートからフローテ
ィングゲートへのFN導通が生じにくくなる。このた
め、特定のメモリセルにデータを書き込む際にソース領
域が共通となるメモリセルトランジスタでフローティン
グゲートに電荷が注入されるのを防止することができ、
一旦書き込まれたデータが勝手に反転することをなくし
て、データの信頼性を向上することができる。
According to the present invention, the step provided between the bottom surface of the control gate of the memory cell transistor and the bottom surface of the floating gate separates the projection of the control gate from the floating gate, and the floating gate is separated from the control gate. It becomes difficult for FN conduction to occur. Therefore, when writing data to a specific memory cell, it is possible to prevent charges from being injected into the floating gate in a memory cell transistor having a common source region.
The reliability of the data can be improved by preventing the once written data from being arbitrarily inverted.

【0025】また、本発明の製造方法では、フローティ
ングゲートと制御ゲートとの間の層間絶縁膜を形成する
際にフローティングゲートの側面の酸化膜に凹みが生じ
にくいことから、制御ゲートのフローティングゲート側
に生じる突起が小さくなる。従って、制御ゲートの突起
部分で電界集中が起きにくくなり、制御ゲートの突起と
フローティングゲートとの距離を離したことに加えて、
制御ゲートからフローティングゲートへのFN導通を防
止する効果は大きい。
Further, according to the manufacturing method of the present invention, when the interlayer insulating film between the floating gate and the control gate is formed, the oxide film on the side surface of the floating gate is unlikely to be dented. The protrusions on Therefore, electric field concentration is less likely to occur at the protrusions of the control gate, and in addition to increasing the distance between the protrusions of the control gate and the floating gate,
The effect of preventing FN conduction from the control gate to the floating gate is great.

【0026】さらには、フローティングゲートと制御ゲ
ートとの間に段差を設けたことで、段差部分で電荷が加
速されてフローティングゲートへ注入されることにな
り、データの書き込みの効率を向上することができる。
Furthermore, since the step is provided between the floating gate and the control gate, the charge is accelerated at the step and injected into the floating gate, so that the efficiency of data writing can be improved. it can.

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

【図1】本発明の半導体メモリ装置のメモリセル部分の
断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a memory cell portion of a semiconductor memory device of the present invention.

【図2】本発明の半導体メモリ装置のメモリセルトラン
ジスタの拡大断面図である。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a memory cell transistor of the semiconductor memory device of the present invention.

【図3】本発明の半導体メモリ装置の製造方法の第1工
程を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a first step of a method for manufacturing a semiconductor memory device of the present invention.

【図4】本発明の半導体メモリ装置の製造方法の第2工
程を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a second step of the method for manufacturing the semiconductor memory device of the present invention.

【図5】本発明の半導体メモリ装置の製造方法の第3工
程を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a third step of the method for manufacturing the semiconductor memory device of the present invention.

【図6】本発明の半導体メモリ装置の製造方法の第4工
程を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a fourth step of the method for manufacturing the semiconductor memory device of the present invention.

【図7】本発明の半導体メモリ装置の製造方法の第5工
程を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a fifth step of the method for manufacturing the semiconductor memory device of the present invention.

【図8】本発明の半導体メモリ装置の製造方法の第6工
程を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a sixth step of the method for manufacturing a semiconductor memory device of the present invention.

【図9】従来の半導体メモリ装置のメモリセル部分の平
面図である。
FIG. 9 is a plan view of a memory cell portion of a conventional semiconductor memory device.

【図10】従来の半導体メモリ装置のメモリセル部分の
断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view of a memory cell portion of a conventional semiconductor memory device.

【図11】メモリセル部分の回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram of a memory cell portion.

【図12】従来の半導体メモリ装置のメモリセルトラン
ジスタの拡大断面図である。
FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view of a memory cell transistor of a conventional semiconductor memory device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、21 半導体基板 2 分離領域 3、5、9、22、28、31、33、36、37 酸
化膜 4、23 フローティングゲート 6、25 制御ゲート 7、26 ドレイン領域 8、27 ソース領域 10、29 アルミニウム配線 11、30 コンタクトホール 12 メモリセルトランジスタ 13 ワードト線 14 ビット線 32、38 多結晶シリコン層 34 窒化膜 35 開口
1, 21 Semiconductor substrate 2 Separation region 3, 5, 9, 22, 28, 31, 33, 36, 37 Oxide film 4, 23 Floating gate 6, 25 Control gate 7, 26 Drain region 8, 27 Source region 10, 29 Aluminum wiring 11, 30 Contact hole 12 Memory cell transistor 13 Word line 14 Bit line 32, 38 Polycrystalline silicon layer 34 Nitride film 35 Opening

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一導電型の半導体基板と、この半導体基
板上に電気的に独立した状態で配置されるフローティン
グゲートと、このフローティングゲートに隣接し、少な
くとも一部が重なり合って配置される制御ゲートと、上
記フローティングゲートの上記制御ゲートに対向する側
とは反対側の基板領域に形成される逆導電型の第1の半
導体領域と、上記制御ゲートの上記フローティングゲー
トに対向する側とは反対側の基板領域に形成される逆導
電型の第2の半導体領域と、を備え、上記フローティン
グゲートが配置される上記半導体基板の表面領域と上記
制御ゲートが配置される上記半導体基板の表面領域との
間で上記制御ゲート側が低くなる段差が設けられること
を特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。
1. A semiconductor substrate of one conductivity type, a floating gate arranged on the semiconductor substrate in an electrically independent state, and a control gate adjacent to the floating gate and at least partially overlapped with each other. A first semiconductor region of opposite conductivity type formed in a substrate region of the floating gate opposite to the side facing the control gate, and a side opposite to the side of the control gate facing the floating gate. A second semiconductor region of opposite conductivity type formed in the substrate region of the semiconductor substrate, the surface region of the semiconductor substrate on which the floating gate is disposed, and the surface region of the semiconductor substrate on which the control gate is disposed. A non-volatile semiconductor memory device, characterized in that a step is formed between the control gate and the control gate.
【請求項2】 一導電型の半導体基板上に積層される第
1のゲート材料層上にフローティングゲートの形成位置
に対応した開口を有する耐酸化膜を形成する工程と、上
記第1のゲート材料層を上記耐酸化膜の開口に応じて選
択的に酸化して島状の厚い酸化膜を形成する工程と、上
記島状の厚い酸化膜の下に位置する上記ゲート材料層を
残して上記ゲート材料層及び上記半導体基板の表面の一
部をエッチングにより選択的に除去し、電気的に独立し
たフローティングゲート形成すると共に上記半導体基板
の表面に上記フローティングゲートの形成位置で高くな
る段差を形成する工程と、上記フローティングゲート及
び上記半導体基板の露出面を酸化して層間絶縁膜を形成
する工程と、上記層間絶縁膜上にに積層される第2のゲ
ート材料層をエッチングにより選択的に除去し、上記フ
ローティングゲートと少なくとも一部が重なり合う制御
ゲートを形成する工程と、上記フローティングゲート及
び上記制御ゲートに隣接する基板領域に逆導電型の不純
物を注入して逆導電型の第1及び第2の半導体領域を形
成する工程と、を含むことを特徴とする不揮発性半導体
メモリ装置の製造方法。
2. A step of forming an oxidation resistant film having an opening corresponding to a formation position of a floating gate on a first gate material layer laminated on a semiconductor substrate of one conductivity type, and the first gate material. Selectively oxidizing the layer in accordance with the opening of the oxidation resistant film to form an island-shaped thick oxide film, and leaving the gate material layer under the island-shaped thick oxide film, leaving the gate A step of selectively removing a material layer and a part of the surface of the semiconductor substrate by etching to form an electrically independent floating gate and forming a step on the surface of the semiconductor substrate that becomes higher at a position where the floating gate is formed. And a step of oxidizing the exposed surfaces of the floating gate and the semiconductor substrate to form an interlayer insulating film, and etching a second gate material layer stacked on the interlayer insulating film. By selectively removing the floating gate to form a control gate that at least partially overlaps the floating gate, and by implanting an impurity of a reverse conductivity type into a substrate region adjacent to the floating gate and the control gate. And a step of forming first and second semiconductor regions, the method for manufacturing a non-volatile semiconductor memory device.
JP6105194A 1993-11-18 1994-03-30 Non-volatile semiconductor memory device and its manufacture Pending JPH07273225A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100475719B1 (en) * 1997-06-30 2005-07-07 주식회사 하이닉스반도체 Gate electrode of semiconductor device

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