JPH0730001A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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Publication number
JPH0730001A
JPH0730001A JP5170213A JP17021393A JPH0730001A JP H0730001 A JPH0730001 A JP H0730001A JP 5170213 A JP5170213 A JP 5170213A JP 17021393 A JP17021393 A JP 17021393A JP H0730001 A JPH0730001 A JP H0730001A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate
diffusion layer
nonvolatile memory
floating gate
insulating film
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.)
Withdrawn
Application number
JP5170213A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shuichi Oda
秀一 尾田
Shigeru Kusunoki
茂 楠
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP5170213A priority Critical patent/JPH0730001A/en
Publication of JPH0730001A publication Critical patent/JPH0730001A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a semiconductor device, in which a punch-through phenomenon is prevented and memory erasing is carried out efficiency without generation of an erroneous operation. CONSTITUTION:A floating gate 7 is formed on a control gate 3, and a thin film transistor 10 is formed on the floating gate 7. An auxiliary gate electrode 13 is formed on the above-mentioned thin film transistor 10.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置に関し、
特に、不揮発性メモリに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device,
In particular, it relates to a non-volatile memory.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体装置の1つとして、不揮発
性メモリが知られている。図28は、従来の不揮発性メ
モリを示した断面図である。図28を参照して、従来の
不揮発性メモリでは、半導体基板101の主表面上に所
定の間隔を隔ててソース拡散層102およびドレイン拡
散層103が形成されている。ソース拡散層102とド
レイン拡散層103との間に位置する半導体基板101
の主表面上には、ゲート基板間絶縁膜104を介してフ
ローティングゲート105が形成されている。フローテ
ィングゲート105上にはゲート絶縁膜106を介して
コントロールゲート107が形成されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a non-volatile memory is known as one of semiconductor devices. FIG. 28 is a sectional view showing a conventional nonvolatile memory. Referring to FIG. 28, in the conventional nonvolatile memory, the source diffusion layer 102 and the drain diffusion layer 103 are formed on the main surface of the semiconductor substrate 101 at predetermined intervals. Semiconductor substrate 101 located between source diffusion layer 102 and drain diffusion layer 103
Floating gate 105 is formed on the main surface of via inter-gate-substrate insulating film 104. A control gate 107 is formed on the floating gate 105 via a gate insulating film 106.

【0003】次に、図28を参照して、従来の不揮発性
メモリの動作について説明する。まず、書込動作におい
ては、コントロールゲート107とドレイン拡散層10
3に電圧を印加する。ソース拡散層102は接地する。
これにより、フローティングゲート105には、コント
ロールゲート−フローティングゲート間の容量とフロー
ティングゲート−半導体基板間の容量との比で決まる電
圧が加わる。この結果、半導体基板101の表面に反転
層(チャネル)が形成される。これにより、ソース拡散
層102とドレイン拡散層103との間に電子電流が流
れる。
Next, the operation of the conventional nonvolatile memory will be described with reference to FIG. First, in the write operation, the control gate 107 and the drain diffusion layer 10
A voltage is applied to 3. The source diffusion layer 102 is grounded.
As a result, a voltage determined by the ratio of the capacitance between the control gate and the floating gate and the capacitance between the floating gate and the semiconductor substrate is applied to the floating gate 105. As a result, an inversion layer (channel) is formed on the surface of the semiconductor substrate 101. As a result, an electron current flows between the source diffusion layer 102 and the drain diffusion layer 103.

【0004】チャネル内の電子は、ドレイン電界により
エネルギを受けながらドレイン拡散層103に向かって
流れる。チャネルで加速され、ドレイン拡散層103近
傍で高エネルギ状態となった電子の一部は、その電位障
壁がゲート基板間絶縁膜104の電位障壁3.9eVよ
りも高くなる。その電位障壁3.9eVより高くなった
電子はフローティングゲート105に注入される。その
結果、フローティングゲート105の電位は低下し、コ
ントロールゲート107から見たフローティングゲート
トランジスタのしきい値電圧は上昇する。このようにし
て書込動作が行なわれる。
The electrons in the channel flow toward the drain diffusion layer 103 while receiving energy from the drain electric field. The potential barrier of some of the electrons accelerated in the channel and brought into a high energy state in the vicinity of the drain diffusion layer 103 becomes higher than the potential barrier of 3.9 eV of the gate-substrate insulating film 104. The electrons having a potential barrier higher than 3.9 eV are injected into the floating gate 105. As a result, the potential of the floating gate 105 decreases and the threshold voltage of the floating gate transistor seen from the control gate 107 increases. In this way, the write operation is performed.

【0005】次に、消去動作においては、コントロール
ゲート107を接地し、ドレイン拡散層103を開放に
し、ソース拡散層102に高電圧を印加する。これによ
り、フローティングゲート105に蓄えられた電子はソ
ース拡散層102に向かって引抜かれる。この結果、フ
ローティングゲート105の電位は上昇し、コントロー
ルゲート107から見たフローティングゲートトランジ
スタのしきい値電圧は低下する。このようにして、消去
動作が行なわれる。なお、書込動作および消去動作の際
のしきい値電圧の高低の状態を“1”,“0”に対応さ
せて情報として記憶する。
Next, in the erase operation, the control gate 107 is grounded, the drain diffusion layer 103 is opened, and a high voltage is applied to the source diffusion layer 102. As a result, the electrons stored in the floating gate 105 are extracted toward the source diffusion layer 102. As a result, the potential of the floating gate 105 increases and the threshold voltage of the floating gate transistor seen from the control gate 107 decreases. In this way, the erase operation is performed. The high and low states of the threshold voltage during the write operation and the erase operation are stored as information in association with "1" and "0".

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図29は従来の不揮発
性メモリの書込特性を説明するための特性図であり、図
30は従来の不揮発性メモリの消去特性を説明するため
の特性図である。図29をおよび図30を参照して、従
来の不揮発性メモリでは、書込が100μsec(10
-4sec)で行なわれるに対し、消去は100msec
(10-1sec)で行なわれる。すなわち、消去動作
は、書込動作の1000倍の時間がかかる。
FIG. 29 is a characteristic diagram for explaining a writing characteristic of a conventional non-volatile memory, and FIG. 30 is a characteristic diagram for explaining an erasing characteristic of a conventional non-volatile memory. is there. With reference to FIGS. 29 and 30, in the conventional nonvolatile memory, writing is performed for 100 μsec (10
-4 sec), erase is 100 msec
(10 -1 sec). That is, the erase operation takes 1000 times as long as the write operation.

【0007】このことから、回路の高速化を行なうため
には、消去時間を短縮することが必要になる。消去時間
を短縮するためには、引抜き効率を上げればよい。
Therefore, in order to increase the circuit speed, it is necessary to shorten the erase time. In order to shorten the erasing time, the extraction efficiency should be increased.

【0008】引抜き効率を上げるためには、消去時のソ
ース拡散層102の電位を高くする(フローティングゲ
ート105とソース拡散層102間の電位差を大きくす
る)かまたは、ゲート基板間絶縁膜104の膜厚を薄く
するという2つの方法が考えられる。
In order to improve the extraction efficiency, the potential of the source diffusion layer 102 at the time of erasing is increased (the potential difference between the floating gate 105 and the source diffusion layer 102 is increased) or the film of the gate-substrate insulating film 104. Two methods of reducing the thickness can be considered.

【0009】しかしながら、上記した2つの方法によっ
て消去時の引抜き効率を上げると、消去時の注入効率も
上がってしまうという不都合が生じる。これについて以
下に詳細に説明する。
However, if the extraction efficiency at the time of erasing is increased by the above-mentioned two methods, there arises a disadvantage that the injection efficiency at the time of erasing also increases. This will be described in detail below.

【0010】図31は消去時のソース拡散層102のソ
ース電位が高いときと低いときの空乏層の状態を示した
断面図である。図31を参照して、消去時の引抜き効率
を上げるためにソース電位を高くすると、ソース拡散層
102の周辺の空乏層がドレイン拡散層103側に延び
るという不都合が生じる。この延びた空乏層内のドレイ
ン拡散層103側で熱的にキャリアが発生し、そのキャ
リアが空乏層内のソース電界によってソース拡散層10
2に向かって加速されながら進む。そのキャリアのうち
一部高エネルギ状態になったキャリアは、消去状態であ
るにもかかわらずフローティングゲート105に注入さ
れる。この結果、データの消去時に誤動作が発生すると
いう問題点があった。
FIG. 31 is a sectional view showing the states of the depletion layer when the source potential of the source diffusion layer 102 at the time of erasing is high and when it is low. Referring to FIG. 31, when the source potential is increased to increase the extraction efficiency during erasing, the depletion layer around the source diffusion layer 102 extends to the drain diffusion layer 103 side. Carriers are thermally generated on the side of the drain diffusion layer 103 in the extended depletion layer, and the carriers are generated by the source electric field in the depletion layer.
Proceed while accelerating toward 2. Some of the carriers in the high energy state are injected into the floating gate 105 even though they are in the erased state. As a result, there is a problem that a malfunction occurs when erasing data.

【0011】また、消去時に、フローティングゲート1
05とソース拡散層102との電位差が大きくなると、
フローティングゲート105とソース拡散層102との
重なり合っている領域(ソース拡散層102のフローテ
ィングゲート105下の領域)が反転する。このため、
バンド間トンネリングによってキャリアが発生する。こ
の発生したキャリアのうち正孔は、フローティングゲー
ト−ソース間の電界に沿ってゲート基板間絶縁膜104
またはフローティングゲート105にまで注入される。
このようにゲート基板間絶縁膜104に正孔が注入され
ると、ゲート基板間絶縁膜104の膜質が劣化し、素子
の信頼性が低下するという問題点があった。
Further, at the time of erasing, the floating gate 1
05 and the source diffusion layer 102 have a large potential difference,
The region where the floating gate 105 and the source diffusion layer 102 overlap (the region under the floating gate 105 of the source diffusion layer 102) is inverted. For this reason,
Carriers are generated by band-to-band tunneling. Holes of the generated carriers are generated along the electric field between the floating gate and the source, and the insulating film 104 between the gate substrates is formed.
Alternatively, it is injected into the floating gate 105.
When holes are injected into the inter-gate-substrate insulating film 104 as described above, there is a problem that the film quality of the inter-gate-substrate insulating film 104 is deteriorated and the reliability of the device is lowered.

【0012】上記した問題点は、ゲート基板間絶縁膜1
04の膜厚を薄くした場合にも同様に生じる。図32
は、ゲート基板間絶縁膜104の膜厚が厚い場合と薄い
場合との空乏層の状態を示した断面図である。図32を
参照して、ゲート基板間絶縁膜104の膜厚が薄い場合
には、厚い場合に比べてチャネル領域の空乏層の厚みが
厚くなる。この結果、上記した消去時の誤動作およびゲ
ート基板間絶縁膜104の膜質の劣化という問題点が生
じる。
The above-mentioned problems are caused by the inter-gate-substrate insulating film 1
The same occurs when the film thickness of 04 is reduced. Figure 32
FIG. 4 is a cross-sectional view showing states of a depletion layer when the thickness of the inter-gate-substrate insulating film 104 is thick and when it is thin. Referring to FIG. 32, when the film thickness of the inter-gate-substrate insulating film 104 is thin, the thickness of the depletion layer in the channel region is thicker than when it is thick. As a result, there are problems such as the above-mentioned malfunction at the time of erasing and deterioration of the film quality of the inter-gate-substrate insulating film 104.

【0013】さらに、素子の微細化に伴ってパンチスル
ー現象が生じるという問題点もある。パンチスルー現象
とは、通常のトランジスタにおいては、ゲート長が短く
なってドレイン電圧印加時にドレイン近傍の空乏層がソ
ースにまで達し、ゲート電圧ではコントロールできない
ドレイン電圧に比例した電流が流れる現象をいう。この
ようなパンチスルー現象は、ソースとドレインを入れ替
えた場合にも生じる。
Further, there is a problem that a punch through phenomenon occurs with the miniaturization of the element. The punch-through phenomenon is a phenomenon in which, in a normal transistor, the gate length becomes short, the depletion layer near the drain reaches the source when the drain voltage is applied, and a current proportional to the drain voltage that cannot be controlled by the gate voltage flows. Such a punch-through phenomenon also occurs when the source and the drain are exchanged.

【0014】図33は、従来の不揮発性メモリのパンチ
スルー現象を説明するための断面図である。図33を参
照して、従来の不揮発性メモリでは、消去時にソース拡
散層102に高電圧を印加するため、ソース空乏層11
0がドレイン空乏層111に達し、パンチスルー現象が
起こる。このようなパンチスルー現象が起こると、コン
トロールゲート107およびフローティングゲート10
5による電圧では制御できない電流が流れ、素子の誤動
作につながるという問題点があった。
FIG. 33 is a sectional view for explaining the punch-through phenomenon of the conventional nonvolatile memory. Referring to FIG. 33, in the conventional nonvolatile memory, since a high voltage is applied to the source diffusion layer 102 at the time of erasing, the source depletion layer 11
0 reaches the drain depletion layer 111, and a punch-through phenomenon occurs. When such a punch through phenomenon occurs, the control gate 107 and the floating gate 10
There is a problem in that a current that cannot be controlled by the voltage of 5 flows, leading to malfunction of the element.

【0015】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、請求項1に記載の発明の目的
は、半導体装置において、パンチスルー現象を有効に防
止することである。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to effectively prevent a punch-through phenomenon in a semiconductor device.

【0016】請求項2に記載の発明の目的は、半導体装
置において、消去時の誤動作やゲート絶縁膜の膜質の劣
化を生じさせることなく、消去時の引抜き効率を向上さ
せることである。
An object of the present invention is to improve the extraction efficiency during erasing in a semiconductor device without causing malfunction during erasing and deterioration of the film quality of the gate insulating film.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】請求項1における半導体
装置は、主表面を有する半導体基板と、その半導体基板
の主表面上の所定領域に第1の絶縁膜を介して形成され
た制御電極と、制御電極上に第2の絶縁膜を介して形成
された電荷蓄積電極と、その電荷蓄積電極上に第3の絶
縁膜を介して形成された薄膜トランジスタとを備えてい
る。
A semiconductor device according to a first aspect of the present invention includes a semiconductor substrate having a main surface, and a control electrode formed in a predetermined region on the main surface of the semiconductor substrate via a first insulating film. , A charge storage electrode formed on the control electrode via the second insulating film, and a thin film transistor formed on the charge storage electrode via the third insulating film.

【0018】請求項2における半導体装置は、主表面を
有する半導体基板と、その半導体基板の主表面上の所定
領域に第1の絶縁膜を介して形成された制御電極と、そ
の制御電極上に第2の絶縁膜を介して形成された電荷蓄
積電極と、その電荷蓄積電極上に第3の絶縁膜を介して
形成された薄膜トランジスタと、その薄膜トランジスタ
上に形成された補助ゲート電極とを備えている。
According to another aspect of the semiconductor device of the present invention, a semiconductor substrate having a main surface, a control electrode formed in a predetermined region on the main surface of the semiconductor substrate via a first insulating film, and a control electrode on the control electrode are provided. A charge storage electrode formed via the second insulating film, a thin film transistor formed on the charge storage electrode via the third insulating film, and an auxiliary gate electrode formed on the thin film transistor. There is.

【0019】[0019]

【作用】請求項1に係る半導体装置では、半導体基板上
に制御電極が形成され、その制御電極上に電荷蓄積電極
が形成され、さらにその電荷蓄積電極上に薄膜トランジ
スタが形成されているので、そのような半導体装置によ
ってたとえば不揮発性メモリを形成した場合に、薄膜ト
ランジスタがメモリセルトランジスタになる。薄膜トラ
ンジスタはその膜厚をチャネル深さと同程度にすること
ができるので、パンチスルー現象が有効に防止される。
In the semiconductor device according to the first aspect, the control electrode is formed on the semiconductor substrate, the charge storage electrode is formed on the control electrode, and the thin film transistor is formed on the charge storage electrode. When a nonvolatile memory is formed by such a semiconductor device, the thin film transistor becomes a memory cell transistor. Since the film thickness of the thin film transistor can be made approximately equal to the channel depth, the punch through phenomenon is effectively prevented.

【0020】請求項2に係る半導体装置では、半導体基
板上に制御電極が形成され、その制御電極上に電荷蓄積
電極が形成され、その電荷蓄積電極上に薄膜トランジス
タが形成されているので、上記した請求項1と同様の作
用が得られる。さらに、薄膜トランジスタ上に補助ゲー
ト電極が形成されているので、消去動作の際にその補助
ゲート電極に負の電圧を印加することにより消去時にソ
ース領域とドレイン領域との間に形成される電流の経路
が有効に遮断される。これにより、消去時にソース領域
に高電圧を印加するかまたはゲート絶縁膜の膜厚を薄く
した場合にも、誤動作が生じることがない。
In the semiconductor device according to the second aspect, the control electrode is formed on the semiconductor substrate, the charge storage electrode is formed on the control electrode, and the thin film transistor is formed on the charge storage electrode. The same effect as that of the first aspect can be obtained. Furthermore, since the auxiliary gate electrode is formed on the thin film transistor, a negative voltage is applied to the auxiliary gate electrode during the erase operation, so that a current path formed between the source region and the drain region during the erase operation. Is effectively blocked. As a result, no malfunction occurs even when a high voltage is applied to the source region or the gate insulating film is thinned during erasing.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0022】図1は本発明の一実施例による不揮発性メ
モリを示した平面図である。図2は図1に示した不揮発
性メモリのA−Aに沿った断面図である。図1および図
2を参照して、この一実施例による不揮発性メモリで
は、半導体基板1上に100nm程度の厚みを有するゲ
ート基板間絶縁膜2を介して300nm程度の厚みを有
するポリシリコン層からなるコントロールゲート電極3
が形成されている。コントロールゲート3上にはそれぞ
れ10nm程度の厚みを有する酸化膜4、窒化膜5およ
び酸化膜6を介して100nm程度の厚みを有するポリ
シリコンからなるフローティングゲート7が形成されて
いる。
FIG. 1 is a plan view showing a nonvolatile memory according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA of the nonvolatile memory shown in FIG. With reference to FIGS. 1 and 2, in the nonvolatile memory according to this embodiment, a polysilicon layer having a thickness of about 300 nm is formed on a semiconductor substrate 1 via an inter-gate-substrate insulating film 2 having a thickness of about 100 nm. Control gate electrode 3
Are formed. A floating gate 7 made of polysilicon having a thickness of about 100 nm is formed on the control gate 3 via an oxide film 4, a nitride film 5 and an oxide film 6 having a thickness of about 10 nm.

【0023】コントロールゲート3、酸化膜4、窒化膜
5、酸化膜6およびフローティングゲート7の側壁部分
には、サイドウォール酸化膜8が形成されている。ま
た、フローティングゲート7およびサイドウォール酸化
膜8ならびに基板ゲート間絶縁膜2上には10nm程度
の厚みで絶縁膜9が形成されている。絶縁膜9上には1
00nm程度の厚みを有するポリシリコン層からなる薄
膜トランジスタ10が形成されている。
Sidewall oxide films 8 are formed on the sidewalls of the control gate 3, oxide film 4, nitride film 5, oxide film 6 and floating gate 7. An insulating film 9 having a thickness of about 10 nm is formed on the floating gate 7, the sidewall oxide film 8 and the substrate-gate insulating film 2. 1 on the insulating film 9
A thin film transistor 10 formed of a polysilicon layer having a thickness of about 00 nm is formed.

【0024】薄膜トランジスタ10のチャネル領域10
c以外の部分をほぼ覆うようにその表面が平坦化された
保護膜11が形成されている。保護膜11および薄膜ト
ランジスタ10のチャネル領域10c上には20nm程
度の厚みを有する酸化膜12が形成されている。酸化膜
12上には、コントロールゲート3の中央線上にほぼそ
の端部が位置するようなトップゲート(補助ゲート)1
3が形成されている。
Channel region 10 of thin film transistor 10
A protective film 11 whose surface is flattened is formed so as to substantially cover the portions other than c. An oxide film 12 having a thickness of about 20 nm is formed on the protective film 11 and the channel region 10c of the thin film transistor 10. On the oxide film 12, a top gate (auxiliary gate) 1 whose end is located almost on the center line of the control gate 3
3 is formed.

【0025】本実施例では、上記のように、コントロー
ルゲート3上にフローティングゲート7を形成し、フロ
ーティングゲート7上に薄膜トランジスタ10を形成す
ることによって、薄膜トランジスタ10がメモリセルト
ランジスタとなり、以下のような効果が得られる。
In the present embodiment, as described above, the floating gate 7 is formed on the control gate 3 and the thin film transistor 10 is formed on the floating gate 7, so that the thin film transistor 10 becomes a memory cell transistor. The effect is obtained.

【0026】すなわち、薄膜トランジスタ10は、その
膜厚をチャネル深さと同程度にすることができるので、
従来問題であったパンチスルー現象を有効に防止するこ
とができる。具体的には、薄膜トランジスタ10ではそ
の膜厚を薄くすることができるので、フローティングゲ
ート7の電圧によってドレイン拡散層10aとソース拡
散層10bとの間に流れる電流を完全に制御することが
できる。これにより、フローティングゲート7による電
圧では制御できない電流が流れる現象であるパンチスル
ー現象を有効に防止することができる。
That is, since the thin film transistor 10 can have a film thickness of about the same as the channel depth,
The punch-through phenomenon, which has been a problem in the past, can be effectively prevented. Specifically, since the thin film transistor 10 can be made thin, the voltage flowing through the floating gate 7 can completely control the current flowing between the drain diffusion layer 10a and the source diffusion layer 10b. As a result, the punch-through phenomenon, which is a phenomenon in which a current that cannot be controlled by the voltage of the floating gate 7 flows, can be effectively prevented.

【0027】また、本実施例では、薄膜トランジスタ1
0上に酸化膜12を介してトップゲート(補助ゲート)
13を形成することによって、消去動作の際に同時に書
込が行なわれてしまうという従来の問題点を解決するこ
とができる。すなわち、消去時にトップゲート13に負
の電圧を印加することによって、薄膜トランジスタ10
内の電流経路に電子とは逆の極性をもった正孔を誘起さ
せることができる。これにより、消去時にソース拡散層
10bとドレイン拡散層10aとの間に形成される電流
経路を遮断することができる。このようにトップゲート
13によってデータの消去時に生じるドレイン拡散層1
0aとソース拡散層10bとの間の電流経路を有効に遮
断することができるので、消去時にソース拡散層10b
により高い電圧を印加したとしても、従来のようにドレ
イン拡散層10aとソース拡散層10b間に電流経路が
形成されることに起因してフローティングゲート7に電
子が注入されてしまうという不都合を防止することがで
きる。したがって、本実施例では、データの消去時に誤
動作を生じさせることなくソース拡散層10bに高い電
圧を印加することができる。これにより、誤動作を生じ
させることなく消去効率を向上させることができる。こ
の結果、消去時間の短縮による回路の高速化を達成する
ことができる。
Further, in the present embodiment, the thin film transistor 1
Top gate (auxiliary gate) via oxide film 12
By forming 13, it is possible to solve the conventional problem that writing is simultaneously performed during the erase operation. That is, by applying a negative voltage to the top gate 13 during erasing, the thin film transistor 10
Holes having a polarity opposite to that of electrons can be induced in the current path inside. As a result, the current path formed between the source diffusion layer 10b and the drain diffusion layer 10a during erasing can be blocked. In this way, the drain diffusion layer 1 generated at the time of erasing data by the top gate 13
Since the current path between 0a and the source diffusion layer 10b can be effectively blocked, the source diffusion layer 10b can be erased at the time of erasing.
Even if a higher voltage is applied, the disadvantage that electrons are injected into the floating gate 7 due to the formation of a current path between the drain diffusion layer 10a and the source diffusion layer 10b as in the conventional case is prevented. be able to. Therefore, in this embodiment, a high voltage can be applied to the source diffusion layer 10b without causing a malfunction when erasing data. As a result, the erasing efficiency can be improved without causing a malfunction. As a result, it is possible to speed up the circuit by shortening the erase time.

【0028】トップゲート13に印加する電圧として
は、ドレイン拡散層10a側を反転させないような電圧
を印加する。すなわち、トップゲート13への電圧の印
加によって表面に反転層が形成されてしまうと、これが
チャネル(電流経路)になってしまうので、表面が反転
しないような電圧をトップゲート13に印加する。
As the voltage applied to the top gate 13, a voltage that does not invert the drain diffusion layer 10a side is applied. That is, if an inversion layer is formed on the surface by applying a voltage to the top gate 13, this becomes a channel (current path), so a voltage that does not invert the surface is applied to the top gate 13.

【0029】消去時にソース拡散層10bに印加するソ
ース印加電圧とトップゲート13に印加する電圧との関
係について以下に説明する。トップゲート13に負の電
圧を印加するとこの電位に引っ張られてチャネルには負
の電位の部分が出てくる。このときのチャネルの負電位
をV1 (V1 <0)とすると、ソース拡散層10bのチ
ャネル方向の電位差は実効的にソース印加電圧VS と|
1 |を加えた値になる。この電位差VS +|V1 |が
あまり大きくなると、ソースの接合を破壊するため好ま
しくない。ソースの接合耐圧をBVS とすると、|V1
|は2V程度のマージン(余裕)を考慮してその最大値
は次の式(1)によって表わされる。
The relationship between the source applied voltage applied to the source diffusion layer 10b and the voltage applied to the top gate 13 at the time of erasing will be described below. When a negative voltage is applied to the top gate 13, it is pulled by this potential and a negative potential portion appears in the channel. If the negative potential of the channel at this time is V 1 (V 1 <0), the potential difference in the channel direction of the source diffusion layer 10 b is effectively equal to the source applied voltage V S |
It is a value obtained by adding V 1 |. If this potential difference V S + | V 1 | becomes too large, the junction of the source is destroyed, which is not preferable. If the junction breakdown voltage of the source is BV S , then | V 1
The maximum value of | is represented by the following equation (1) in consideration of a margin of about 2V.

【0030】 |V1 |=BVS −VS −2 [V]…(1) 上記式(1)を参照して、トップゲート13への印加電
圧は、ドレイン拡散層10aの端部の電位が上記した式
(1)の電位|V1 |となるように与えるのが好まし
い。具体的には、たとえば不揮発性メモリの一種である
16MフラッシュEEPROMでは、チャネルの負電位
|V1 |は、式(1)のソース接合耐圧BVS に12
V、ソース印加電圧VS に9Vを代入した値になる。す
なわち、チャネルの負電位は|V1 |=1(V)にな
る。
| V 1 | = BV S −V S −2 [V] (1) Referring to the above formula (1), the voltage applied to the top gate 13 is the potential at the end of the drain diffusion layer 10 a. Is preferably given so as to be the potential | V 1 | of the above formula (1). Specifically, for example, the 16M flash EEPROM is a type of non-volatile memory, the negative potential of the channel | V 1 | is the source junction breakdown voltage BV S of formula (1) 12
It becomes a value obtained by substituting V and 9 V into the source applied voltage V S. That is, the negative potential of the channel becomes | V 1 | = 1 (V).

【0031】ここで、トップゲート13のゲート酸化膜
となる酸化膜12の厚みが10nm以下の場合にはトッ
プゲート13への印加電圧がほぼチャネルに印加される
ので、トップゲート13には−1(V)の電圧を印加す
ればよいことになる。
Here, when the thickness of the oxide film 12 serving as the gate oxide film of the top gate 13 is 10 nm or less, the voltage applied to the top gate 13 is applied to almost the channel, so that -1 is applied to the top gate 13. It is sufficient to apply the voltage of (V).

【0032】また、本実施例では、コントロールゲート
3とフローティングゲート7との間の絶縁膜を酸化膜
4、窒化膜5および酸化膜6からなる3層構造に形成し
ている。これは、以下の理由による。すなわち、書込お
よび消去特性を向上させるためには、フローティングゲ
ート7の電位が高い方が好ましい。フローティングゲー
トの電位はコントロールゲート3とフローティングゲー
ト7との間の容量が大きいほど大きくなる。そして、コ
ントロールゲート3とフローティングゲート7との間の
容量はそれらの間に介在される絶縁膜の膜厚を薄くする
かまたは誘電率の高い絶縁膜を用いることによって大き
くすることができる。
Further, in this embodiment, the insulating film between the control gate 3 and the floating gate 7 is formed in a three-layer structure consisting of the oxide film 4, the nitride film 5 and the oxide film 6. This is for the following reason. That is, in order to improve writing and erasing characteristics, it is preferable that the potential of the floating gate 7 is high. The potential of the floating gate increases as the capacitance between the control gate 3 and the floating gate 7 increases. The capacitance between the control gate 3 and the floating gate 7 can be increased by reducing the film thickness of the insulating film interposed between them or by using an insulating film having a high dielectric constant.

【0033】ここで、絶縁膜の膜厚が薄すぎると絶縁膜
の寿命が低下してしまうという不都合が生じる。また、
絶縁膜をすべて誘電率の高い窒化膜5によって形成する
と窒化膜5は絶縁性が低いためリーク電流が流れやすい
という不都合を生じる。したがって、窒化膜5の両側を
絶縁性の高い酸化膜4および6で挟んだ3層構造にして
いる。
If the thickness of the insulating film is too thin, the life of the insulating film will be shortened. Also,
If the insulating film is entirely formed of the nitride film 5 having a high dielectric constant, the insulating property of the nitride film 5 is low, so that a leak current easily flows. Therefore, it has a three-layer structure in which both sides of the nitride film 5 are sandwiched by the oxide films 4 and 6 having high insulating properties.

【0034】これにより、リーク電流を極力抑えながら
絶縁膜の厚みを薄くすることができるとともに絶縁膜の
誘電率を高めることができる。この結果、コントロール
ゲート3とフローティングゲート7との間の容量が高く
なり、従来に比べてフローティングゲート7の電位を高
くすることができる。これにより、従来に比べて書込消
去特性を向上させることができる。
As a result, the thickness of the insulating film can be reduced while suppressing the leak current as much as possible, and the dielectric constant of the insulating film can be increased. As a result, the capacitance between the control gate 3 and the floating gate 7 becomes high, and the potential of the floating gate 7 can be made higher than in the conventional case. As a result, the write / erase characteristics can be improved as compared with the conventional case.

【0035】次に、図2を参照して、本実施例の不揮発
性メモリの動作について説明する。まず、書込動作につ
いては、従来と同様である。すなわち、コントロールゲ
ート3とドレイン拡散層10aに電圧を印加し、ソース
拡散層10bは接地する。これにより、フローティング
ゲート7にはコントロールゲート−フローティングゲー
ト間の容量と、フローティングゲート−薄膜半導体層間
の容量との比で決まる電圧が発生する。その結果、薄膜
トランジスタ10のチャネル領域10cのフローティン
グゲート7側の表面に反転層が形成される。これによ
り、ドレイン拡散層10aとソース拡散層10bとの間
に電子が流れる。これらの電子のうち、ドレイン電界に
よって加速され高エネルギ状態になった電子(ホットエ
レクトロン)が酸化膜9の電位障壁を超えてフローティ
ングゲート7に注入される。
Next, the operation of the nonvolatile memory of this embodiment will be described with reference to FIG. First, the write operation is the same as the conventional one. That is, a voltage is applied to the control gate 3 and the drain diffusion layer 10a, and the source diffusion layer 10b is grounded. As a result, a voltage determined by the ratio of the capacitance between the control gate and the floating gate and the capacitance between the floating gate and the thin film semiconductor layer is generated in the floating gate 7. As a result, an inversion layer is formed on the surface of the channel region 10c of the thin film transistor 10 on the floating gate 7 side. As a result, electrons flow between the drain diffusion layer 10a and the source diffusion layer 10b. Among these electrons, electrons (hot electrons) accelerated to a high energy state by the drain electric field cross the potential barrier of the oxide film 9 and are injected into the floating gate 7.

【0036】消去動作においては、コントロールゲート
3を接地し、ドレイン拡散層10aを開放し、ソース拡
散層10bに高電圧を印加する。さらに、トップゲート
13に負の電圧を印加する。フローティングゲート7に
蓄えられた電子の引抜きは従来と同様である。
In the erase operation, the control gate 3 is grounded, the drain diffusion layer 10a is opened, and a high voltage is applied to the source diffusion layer 10b. Further, a negative voltage is applied to the top gate 13. The extraction of the electrons stored in the floating gate 7 is the same as the conventional one.

【0037】ここで、トップゲート13に負の電圧を印
加することによって、薄膜トランジスタ10内の電流経
路に電子とは逆の極性をもった正孔を誘起させることが
できる。これにより、電気的に電流経路を遮断すること
ができる。なお、その膜厚の薄い薄膜トランジスタ10
を用いることによってトップゲート13の電位を容易に
フローティングゲート7側の界面のチャネル部にまで作
用させることができる。
Here, by applying a negative voltage to the top gate 13, holes having a polarity opposite to that of electrons can be induced in the current path in the thin film transistor 10. As a result, the current path can be electrically cut off. The thin film transistor 10 having a small film thickness
By using, it is possible to easily cause the potential of the top gate 13 to act even on the channel portion of the interface on the floating gate 7 side.

【0038】図3〜図27は、図1および図2に示した
不揮発性メモリの製造プロセスを説明するための平面
図、断面図および斜視図である。
3 to 27 are a plan view, a sectional view and a perspective view for explaining a manufacturing process of the nonvolatile memory shown in FIGS. 1 and 2.

【0039】次に、図3〜図27を参照して、不揮発性
メモリの製造プロセスについて説明する。
Next, the manufacturing process of the non-volatile memory will be described with reference to FIGS.

【0040】以下に説明する製造プロセスは、ゲート長
が0.5μm程度であるメモリセルトランジスタの製造
プロセスである。周辺回路部や配線部については従来と
同様であるのでその製造プロセスは省略する。
The manufacturing process described below is a manufacturing process of a memory cell transistor having a gate length of about 0.5 μm. Since the peripheral circuit section and the wiring section are the same as the conventional ones, the manufacturing process thereof is omitted.

【0041】(1)まず、図3および図4に示すよう
に、P型の半導体基板1上に熱酸化法などを用いて10
0nm程度の厚みを有する酸化膜2を形成する。酸化膜
2上にn型のポリシリコン層3aを300nm程度の厚
みで形成する。そして、ポリシリコン層3a上にそれぞ
れ10nm程度の厚みを有する酸化膜4a、窒化膜5a
および酸化膜6aを形成する。酸化膜6a上に100n
m程度の厚みでn型のポリシリコン層7aを形成する。
(1) First, as shown in FIGS. 3 and 4, a P-type semiconductor substrate 1 is formed on the P-type semiconductor substrate 1 by thermal oxidation or the like.
The oxide film 2 having a thickness of about 0 nm is formed. An n-type polysilicon layer 3a is formed on oxide film 2 with a thickness of about 300 nm. Then, an oxide film 4a and a nitride film 5a each having a thickness of about 10 nm are formed on the polysilicon layer 3a.
And an oxide film 6a is formed. 100n on the oxide film 6a
An n-type polysilicon layer 7a is formed with a thickness of about m.

【0042】(2)次に、図5および図6に示すよう
に、ポリシリコン層7a上にフローティングゲートのチ
ャネル幅を形成するようにレジスト14を形成する。レ
ジスト14をマスクとしてポリシリコン層7aのみを異
方性エッチングした後レジスト14を除去する。これに
より、図7および図8に示すような形状のポリシリコン
層7bが形成される。
(2) Next, as shown in FIGS. 5 and 6, a resist 14 is formed on the polysilicon layer 7a so as to form the channel width of the floating gate. Only the polysilicon layer 7a is anisotropically etched using the resist 14 as a mask, and then the resist 14 is removed. As a result, the polysilicon layer 7b having the shape shown in FIGS. 7 and 8 is formed.

【0043】(3)次に、図9および図10に示すよう
に、フローティングゲートのチャネル長を規定するよう
に写真製版技術を用いてレジスト15を形成する。そし
てそのレジスト15をマスクとしてポリシリコン層7
b、酸化膜6a、窒化膜5a、酸化膜4a、ポリシリコ
ン層3aを異方性エッチングした後レジスト15を除去
する。これにより、図11〜図13に示されるようなフ
ローティングゲート7、酸化膜6、窒化膜5、酸化膜4
およびコントロールゲート3が形成される。
(3) Next, as shown in FIGS. 9 and 10, a resist 15 is formed by the photolithography technique so as to define the channel length of the floating gate. Then, using the resist 15 as a mask, the polysilicon layer 7 is formed.
b, the oxide film 6a, the nitride film 5a, the oxide film 4a, and the polysilicon layer 3a are anisotropically etched, and then the resist 15 is removed. As a result, the floating gate 7, the oxide film 6, the nitride film 5, and the oxide film 4 as shown in FIGS.
And the control gate 3 is formed.

【0044】(4)次に、図14〜図16に示すよう
に、全面に350nm程度の厚みで酸化膜(図16の点
線参照)を形成した後、全面を異方性エッチングするこ
とによって、サイドウォール酸化膜8を形成する。
(4) Next, as shown in FIGS. 14 to 16, an oxide film (see the dotted line in FIG. 16) is formed on the entire surface with a thickness of about 350 nm, and then the entire surface is anisotropically etched. The sidewall oxide film 8 is formed.

【0045】(5)次に、図17および図18に示すよ
うに、フローティングゲート7、サイドウォール酸化膜
8、酸化膜6上にメモリセルのゲート絶縁膜を構成する
酸化膜9を10nm程度の厚みで形成する。酸化膜9の
代わりに、窒化膜、または酸化膜と窒化膜との2層構造
の膜を用いてもよい。
(5) Next, as shown in FIGS. 17 and 18, the oxide film 9 constituting the gate insulating film of the memory cell is formed on the floating gate 7, the sidewall oxide film 8 and the oxide film 6 to a thickness of about 10 nm. Form with thickness. Instead of the oxide film 9, a nitride film or a film having a two-layer structure of an oxide film and a nitride film may be used.

【0046】この後、酸化膜9上に100nm程度の厚
みを有するp型のポリシリコン層10dを形成する。ポ
リシリコン層10d上に薄膜トランジスタ(TFT)部
を形成するように写真製版技術を用いてレジスト16を
形成する。レジスト16をマスクとしてポリシリコン層
10dを異方性エッチングした後レジスト16を除去す
る。これにより、図19および図20に示されるような
薄膜トランジスタを形成するためのポリシリコン層10
eが形成される。
After that, a p-type polysilicon layer 10d having a thickness of about 100 nm is formed on the oxide film 9. A resist 16 is formed by photolithography so as to form a thin film transistor (TFT) portion on the polysilicon layer 10d. After the polysilicon layer 10d is anisotropically etched using the resist 16 as a mask, the resist 16 is removed. As a result, the polysilicon layer 10 for forming the thin film transistor as shown in FIGS.
e is formed.

【0047】(6)次に、図21および図22に示すよ
うに、図9および図10で説明した工程において形成し
たレジスト15と同じ形状のレジスト17をポリシリコ
ン層10e上に形成する。このレジスト17は、図9お
よび図10に示したレジスト15を形成する際に用いた
マスクと同じマスクを用いて露光することによって容易
に形成することができる。
(6) Next, as shown in FIGS. 21 and 22, a resist 17 having the same shape as the resist 15 formed in the steps described in FIGS. 9 and 10 is formed on the polysilicon layer 10e. The resist 17 can be easily formed by exposing using the same mask as that used for forming the resist 15 shown in FIGS. 9 and 10.

【0048】このように形成したレジスト17をマスク
として、砒素またはリンをポリシリコン層10eにイオ
ン注入した後レジスト17を除去する。これにより、図
23および図24に示されるようなn型のドレイン拡散
層10aおよびソース拡散層10bが形成される。
Using the resist 17 thus formed as a mask, arsenic or phosphorus is ion-implanted into the polysilicon layer 10e, and then the resist 17 is removed. As a result, the n-type drain diffusion layer 10a and the source diffusion layer 10b as shown in FIGS. 23 and 24 are formed.

【0049】(7)次に、図25および図26に示すよ
うに、TFT部分の段差部を軽減するための平坦化処理
を行なう。すなわち、全面に500nm以上の厚みを有
する保護膜11を堆積させた後熱処理を行なうことによ
ってその表面を平坦化する。そして、その平坦化した表
面をチャネル領域10cが露出する程度までエッチバッ
クする。
(7) Next, as shown in FIGS. 25 and 26, a flattening process is performed to reduce the stepped portion of the TFT portion. That is, after depositing the protective film 11 having a thickness of 500 nm or more on the entire surface, heat treatment is performed to flatten the surface. Then, the flattened surface is etched back until the channel region 10c is exposed.

【0050】この後、20nm程度の厚みで酸化膜12
を形成する。酸化膜12上にn型のポリシリコン層13
aを300nm程度の厚みで形成する。
Thereafter, the oxide film 12 is formed to a thickness of about 20 nm.
To form. An n-type polysilicon layer 13 is formed on the oxide film 12.
a is formed with a thickness of about 300 nm.

【0051】次に、ポリシリコン層13a上にコントロ
ールゲート3の中央位置にその端部が位置するようなレ
ジスト18を写真製版技術を用いて形成する。またその
レジスト18のチャネル長方向の長さは最低限ドレイン
拡散層10aの端部にまで達する必要がある。それ以上
長くなっても問題はない。具体的には、ゲート長が0.
5μmレベルのメモリセルでは、トップゲート13を形
成するためのレジスト18も0.5μmのチャネル長方
向の長さを有するように形成する。
Next, a resist 18 is formed on the polysilicon layer 13a by photolithography so that the end of the control gate 3 is located at the center of the control gate 3. The length of the resist 18 in the channel length direction needs to reach at least the end of the drain diffusion layer 10a. There is no problem if it becomes longer than that. Specifically, the gate length is 0.
In the 5 μm level memory cell, the resist 18 for forming the top gate 13 is also formed to have a length of 0.5 μm in the channel length direction.

【0052】このようなレジスト18を用いてポリシリ
コン層13aを異方性エッチングすることによって、図
27に示されるようなトップゲート13を形成すること
ができる。この後レジスト19を除去する。
By anisotropically etching the polysilicon layer 13a using such a resist 18, the top gate 13 as shown in FIG. 27 can be formed. After that, the resist 19 is removed.

【0053】(8)なお、図示していないが、通常は、
上記した工程の後、全体に1000nm以上の厚みの保
護膜を堆積し、熱処理によりその表面を平坦化する。そ
して、コントロールゲート3、トップゲート13、ドレ
イン拡散層10aおよびソース拡散層10bに達するコ
ンタクトホールを形成した後、配線を行なう。これによ
り、本実施例の不揮発性メモリが完成される。
(8) Although not shown, normally,
After the steps described above, a protective film having a thickness of 1000 nm or more is deposited on the entire surface, and the surface thereof is planarized by heat treatment. Then, after forming contact holes reaching the control gate 3, the top gate 13, the drain diffusion layer 10a and the source diffusion layer 10b, wiring is performed. As a result, the non-volatile memory of this embodiment is completed.

【0054】[0054]

【発明の効果】請求項1に係る発明によれば、制御電極
上に電荷蓄積電極を形成し、その電荷蓄積電極上に薄膜
トランジスタを形成することによって、その膜厚がチャ
ネル深さと同程度である薄膜トランジスタをメモリセル
トランジスタとして使用することができる。これによ
り、半導体基板上にメモリセルトランジスタを形成して
いた場合に発生していたパンチスルー現象を有効に防止
することができる。
According to the first aspect of the invention, the charge storage electrode is formed on the control electrode, and the thin film transistor is formed on the charge storage electrode, so that the film thickness is about the same as the channel depth. The thin film transistor can be used as a memory cell transistor. As a result, it is possible to effectively prevent the punch-through phenomenon that occurs when the memory cell transistor is formed on the semiconductor substrate.

【0055】請求項2に係る発明によれば、上記した請
求項1に係る発明の効果に加えて、さらに以下の効果を
奏する。すなわち、薄膜トランジスタ上にさらに補助ゲ
ート電極を設けることによって、消去動作の際にその補
助ゲート電極に負の電圧を印加することにより消去動作
の際に薄膜トランジスタ内に電流経路が形成されるのが
有効に防止される。これにより、消去動作の際に誤動作
を生じさせることなく薄膜トランジスタのソース領域に
より高い電圧を印加することができる。この結果、消去
動作の際に誤動作を生じさせることなく消去効率を高め
ることができ、消去時間の短縮による回路の高速化を達
成することができる。
According to the invention of claim 2, in addition to the effect of the invention of claim 1 described above, the following effect is further exhibited. That is, by further providing an auxiliary gate electrode on the thin film transistor, it is effective to form a current path in the thin film transistor during the erase operation by applying a negative voltage to the auxiliary gate electrode during the erase operation. To be prevented. Accordingly, a higher voltage can be applied to the source region of the thin film transistor without causing a malfunction during the erase operation. As a result, the erase efficiency can be improved without causing a malfunction during the erase operation, and the speed of the circuit can be increased by shortening the erase time.

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

【図1】本発明の一実施例による不揮発性メモリを示し
た平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a nonvolatile memory according to an exemplary embodiment of the present invention.

【図2】図1に示した不揮発性メモリのA−Aに沿った
断面図である。
2 is a cross-sectional view taken along the line AA of the nonvolatile memory shown in FIG.

【図3】図1および図2に示した一実施例の不揮発性メ
モリの製造プロセスの第1工程を説明するための平面図
である。
FIG. 3 is a plan view for explaining the first step of the manufacturing process of the nonvolatile memory of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2.

【図4】図3に示した製造プロセスの第1工程における
不揮発性メモリのA−Aに沿った断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA of the nonvolatile memory in the first step of the manufacturing process shown in FIG.

【図5】図1および図2に示した一実施例の不揮発性メ
モリの製造プロセスの第2工程を説明するための平面図
である。
5 is a plan view for explaining the second step of the manufacturing process of the nonvolatile memory of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2. FIG.

【図6】図5に示した製造プロセスの第2工程における
不揮発性メモリのB−Bに沿った断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line BB of the nonvolatile memory in the second step of the manufacturing process shown in FIG.

【図7】図1および図2に示した一実施例の不揮発性メ
モリの製造プロセスの第3工程を説明するための平面図
である。
FIG. 7 is a plan view for explaining a third step of the manufacturing process of the nonvolatile memory of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2.

【図8】図7に示した製造プロセスの第3工程における
不揮発性メモリのB−Bに沿った断面図である。
8 is a cross-sectional view taken along the line BB of the nonvolatile memory in the third step of the manufacturing process shown in FIG.

【図9】図1および図2に示した一実施例の不揮発性メ
モリの製造プロセスの第4工程を説明するための平面図
である。
9 is a plan view for explaining a fourth step of the manufacturing process of the nonvolatile memory according to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2. FIG.

【図10】図9に示した製造プロセスの第4工程におけ
る不揮発性メモリのA−Aに沿った断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line AA of the nonvolatile memory in the fourth step of the manufacturing process shown in FIG.

【図11】図1および図2に示した一実施例の不揮発性
メモリの製造プロセスの第5工程を説明するための平面
図である。
FIG. 11 is a plan view for explaining the fifth step of the manufacturing process of the nonvolatile memory of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2.

【図12】図1および図2に示した一実施例の不揮発性
メモリの製造プロセスの第5工程を説明するための斜視
図である。
FIG. 12 is a perspective view for explaining a fifth step of the manufacturing process of the nonvolatile memory according to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2.

【図13】図11および図12に示した製造プロセスの
第5工程における不揮発性メモリのA−Aに沿った断面
図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line AA of the nonvolatile memory in the fifth step of the manufacturing process shown in FIGS. 11 and 12.

【図14】図1および図2に示した一実施例の不揮発性
メモリの製造プロセスの第6工程を説明するための平面
図である。
FIG. 14 is a plan view for explaining the sixth step of the manufacturing process of the nonvolatile memory of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2.

【図15】図1および図2に示した一実施例の不揮発性
メモリの製造プロセスの第6工程を説明するための斜視
図である。
FIG. 15 is a perspective view for explaining the sixth step of the manufacturing process of the nonvolatile memory of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2.

【図16】図14および図15に示した製造プロセスの
第6工程における不揮発性メモリのA−Aに沿った断面
図である。
16 is a cross-sectional view taken along the line AA of the nonvolatile memory in the sixth step of the manufacturing process shown in FIGS. 14 and 15. FIG.

【図17】図1および図2に示した一実施例の不揮発性
メモリの製造プロセスの第7工程を説明するための平面
図である。
FIG. 17 is a plan view for explaining the seventh step of the manufacturing process of the nonvolatile memory of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2.

【図18】図17に示した製造プロセスの第7工程にお
ける不揮発性メモリのB−Bに沿った断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view of the nonvolatile memory taken along the line BB in the seventh step of the manufacturing process shown in FIG. 17.

【図19】図1および図2に示した一実施例の不揮発性
メモリの製造プロセスの第8工程を説明するための平面
図である。
FIG. 19 is a plan view for explaining the eighth step of the manufacturing process of the nonvolatile memory of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2.

【図20】図19に示した製造プロセスの第8工程にお
ける不揮発性メモリのB−Bに沿った断面図である。
20 is a cross-sectional view taken along the line BB of the nonvolatile memory in the eighth step of the manufacturing process shown in FIG.

【図21】図1および図2に示した一実施例の不揮発性
メモリの製造プロセスの第9工程を説明するための平面
図である。
FIG. 21 is a plan view for explaining the ninth step of the manufacturing process of the nonvolatile memory of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2.

【図22】図21に示した製造プロセスの第9工程にお
ける不揮発性メモリのA−Aに沿った断面図である。
22 is a cross-sectional view taken along the line AA of the nonvolatile memory in the ninth step of the manufacturing process shown in FIG.

【図23】図1および図2に示した一実施例の不揮発性
メモリの製造プロセスの第10工程を説明するための斜
視図である。
23 is a perspective view for explaining the tenth step of the manufacturing process of the nonvolatile memory of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2. FIG.

【図24】図23に示した製造プロセスの第10工程に
おける不揮発性メモリのA−Aに沿った断面図である。
24 is a cross-sectional view taken along the line AA of the nonvolatile memory in the tenth step of the manufacturing process shown in FIG.

【図25】図1および図2に示した一実施例の不揮発性
メモリの製造プロセスの第11工程を説明するための平
面図である。
FIG. 25 is a plan view for explaining the eleventh step of the manufacturing process of the nonvolatile memory according to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2.

【図26】図25に示した製造プロセスの第11工程に
おける不揮発性メモリのA−Aに沿った断面図である。
26 is a cross-sectional view taken along the line AA of the nonvolatile memory in the eleventh step of the manufacturing process shown in FIG.

【図27】図1および図2に示した一実施例の不揮発性
メモリの製造プロセスの第12工程を説明するための断
面図である。
27 is a cross-sectional view for explaining the twelfth step of the manufacturing process of the nonvolatile memory according to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2. FIG.

【図28】従来の不揮発性メモリを示した断面図であ
る。
FIG. 28 is a cross-sectional view showing a conventional nonvolatile memory.

【図29】従来の不揮発性メモリの書込特性(書込時
間)を説明するための特性図である。
FIG. 29 is a characteristic diagram for explaining a writing characteristic (writing time) of the conventional nonvolatile memory.

【図30】従来の不揮発性メモリの消去特性(消去時
間)を説明するための特性図である。
FIG. 30 is a characteristic diagram for explaining erasing characteristics (erasing time) of a conventional nonvolatile memory.

【図31】従来の不揮発性メモリの消去動作の際に印加
するソース電位が高い場合と低い場合の空乏層の状態を
説明するための断面図である。
FIG. 31 is a cross-sectional view for explaining states of a depletion layer when the source potential applied in the erase operation of the conventional nonvolatile memory is high and low.

【図32】ゲート基板間絶縁膜の膜厚が厚いときと薄い
ときの消去動作の際の空乏層の状態を説明するための断
面図である。
FIG. 32 is a cross-sectional view for explaining states of a depletion layer during an erase operation when the thickness of the inter-gate-substrate insulating film is thick and when it is thin.

【図33】従来の不揮発性メモリのパンチスルー現象を
説明するための断面図である。
FIG. 33 is a cross-sectional view illustrating a punch through phenomenon of a conventional nonvolatile memory.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:半導体基板 3:コントロールゲート 7:フローティングゲート 10:薄膜トランジスタ(TFT) 10a:ドレイン拡散層 10b:ソース拡散層 13:トップゲート なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 1: semiconductor substrate 3: control gate 7: floating gate 10: thin film transistor (TFT) 10a: drain diffusion layer 10b: source diffusion layer 13: top gate In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding portions.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/786 9056−4M H01L 29/78 311 J ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location H01L 29/786 9056-4M H01L 29/78 311 J

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 主表面を有する半導体基板と、 前記半導体基板の主表面上の所定領域に第1の絶縁膜を
介して形成された制御電極と、 前記制御電極上に第2の絶縁膜を介して形成された電荷
蓄積電極と、 前記電荷蓄積電極上に第3の絶縁膜を介して形成された
薄膜トランジスタとを備えた、半導体装置。
1. A semiconductor substrate having a main surface, a control electrode formed in a predetermined region on the main surface of the semiconductor substrate via a first insulating film, and a second insulating film on the control electrode. A semiconductor device comprising: a charge storage electrode formed via the charge storage electrode; and a thin film transistor formed on the charge storage electrode via a third insulating film.
【請求項2】 主表面を有する半導体基板と、 前記半導体基板の主表面上の所定領域に第1の絶縁膜を
介して形成された制御電極と、 前記制御電極上に第2の絶縁膜を介して形成された電荷
蓄積電極と、 前記電荷蓄積電極上に第3の絶縁膜を介して形成された
薄膜トランジスタと、 前記薄膜トランジスタ上に形成された補助ゲート電極と
を備えた、半導体装置。
2. A semiconductor substrate having a main surface, a control electrode formed in a predetermined region on the main surface of the semiconductor substrate via a first insulating film, and a second insulating film on the control electrode. A semiconductor device, comprising: a charge storage electrode formed via the charge storage electrode; a thin film transistor formed on the charge storage electrode via a third insulating film; and an auxiliary gate electrode formed on the thin film transistor.
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