JPH0794686A - Nonvolatile semiconductor device and fabrication thereof - Google Patents

Nonvolatile semiconductor device and fabrication thereof

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JPH0794686A
JPH0794686A JP5187580A JP18758093A JPH0794686A JP H0794686 A JPH0794686 A JP H0794686A JP 5187580 A JP5187580 A JP 5187580A JP 18758093 A JP18758093 A JP 18758093A JP H0794686 A JPH0794686 A JP H0794686A
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JP
Japan
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insulating film
layer
forming
impurity diffusion
gate
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Withdrawn
Application number
JP5187580A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shoichi Iwasa
昇一 岩佐
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B69/00Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices

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  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent write disturb by employing an NOR type bit contactless cell and suppressing the fluctuation of writing time between the memory cells of an EEPROM in Virtual Ground Memory array. CONSTITUTION:P-wells 16 made in an SOI substrate are isolated electrically for each memory cell in the direction of a word line 4. In the direction of a bit line 6, an N-type diffusion layer 3 is formed continuously to constitute a second bit line and the P-wells 16 are formed continuously for a predetermined number of memory cells and connected electrically with the bit line 6 through select transistors thus constituting a first bit line. At the time of erase and write operations, the first bit line functions as a select line along with the word line 4 and the second bit line functions as the select line only at the time of read operation when high voltage is not applied. Erasure and writing are effected through FN tunneling and electrons communicate between a floating gate 11 and the P-well 16 over the entire surface of channel region.

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、EPROM (Erasable
and Programmable Read Only Memory) やEEPROM
(Electrically Erasable and Programmable Read Only
Memory)のような不揮発性半導体記憶装置及びその製造
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an EPROM (Erasable
and Programmable Read Only Memory) and EEPROM
(Electrically Erasable and Programmable Read Only
Memory) and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】不揮発性を有する代表的なPROM (Pr
ogrammable Read Only Memory)として、電気的に書き込
みを行い、紫外線照射により一括消去を行うEPROM
と、電気的に書き込み及び消去が可能なEEPROMが
ある。
2. Description of the Related Art A typical non-volatile PROM (Pr
Programmable Read Only Memory), which is an EPROM that writes electrically and erases all at once by UV irradiation.
There is an electrically writable and erasable EEPROM.

【0003】このような不揮発性半導体記憶装置の新規
なセル構造が、"A NOVEL MEMORY CELL USING FLASH ARR
AY CONTACTLESS EPROM (FACE) TECHNOLOGY" (B.J. Woo
et al. : IEDM 90, pp.91-94 : 1990 IEEE) において提
案されている。
A novel cell structure of such a non-volatile semiconductor memory device is "A NOVEL MEMORY CELL USING FLASH ARR".
AY CONTACTLESS EPROM (FACE) TECHNOLOGY "(BJ Woo
et al .: IEDM 90, pp.91-94: 1990 IEEE).

【0004】この第1の文献記載のセルアレイの特徴
は、各メモリセルのソース/ドレイン拡散層がそのまま
ビット線を兼ねており、この種のNOR型のセルアレイ
に従来あったメモリセル毎のドレインコンタクトを省く
ことで、セルサイズの縮小が可能となることである。ビ
ット線には基準電位又はプログラム電圧が印加されるよ
うに構成されており、このため、回路的に仮想接地型ア
レイとなされている。
The feature of the cell array described in the first document is that the source / drain diffusion layer of each memory cell also serves as a bit line as it is, and the drain contact for each memory cell which has been conventionally present in this type of NOR type cell array. It is possible to reduce the cell size by omitting. The bit line is configured to be applied with the reference potential or the program voltage, and therefore, the circuit is a virtual ground type array.

【0005】しかし、この第1の文献記載の構成では、
ビット線となるソース/ドレイン拡散層が、ワード線方
向で隣接するメモリセルのソース/ドレイン拡散層と共
通に形成され、そのワード線方向で隣接するメモリセル
のソース/ドレインをも兼ねるために、例えば、書き込
み時において、ワード線方向で隣接する非選択セルの書
き込みディスターブ(誤書き込み)を生じやすいという
欠点があった。
However, in the configuration described in the first document,
Since the source / drain diffusion layer serving as a bit line is formed in common with the source / drain diffusion layers of the memory cells adjacent in the word line direction, and also serves as the source / drain of the memory cells adjacent in the word line direction, For example, at the time of writing, there is a drawback that write disturb (erroneous writing) of unselected cells adjacent in the word line direction is likely to occur.

【0006】この欠点を克服するものとして、"A 1.28
μm2 Contactless Memory Cell Technology for a 3V-O
nly 64Mbit EEPROM" (久米他:IEDM 92, pp.991-993 :
1992IEEE)に記載された構成がある。
As a means for overcoming this drawback, "A 1.28
μm 2 Contactless Memory Cell Technology for a 3V-O
nly 64Mbit EEPROM "(Kume et al .: IEDM 92, pp.991-993:
1992 IEEE).

【0007】以下、この第2の文献に記載された技術を
図15〜図18を参照して説明する。
The technique described in the second document will be described below with reference to FIGS.

【0008】この第2の文献記載のセル構造の特徴は、
ビット線として用いるソース/ドレイン拡散層を、その
両隣に位置するメモリセルのソース/ドレインと兼用す
ることをやめ、素子分離用絶縁膜を改良して、ソース/
ドレイン拡散層を、ワード線に沿った方向において、各
々のメモリセルに分離独立させたことである。
The features of the cell structure described in the second document are as follows.
The source / drain diffusion layers used as bit lines are not used also as the source / drain of the memory cells located on both sides of the source / drain diffusion layer, and the insulating film for element isolation is improved to
That is, the drain diffusion layer is separated and independent for each memory cell in the direction along the word line.

【0009】図15はこの第2の文献記載のセルアレイ
の回路図であり、図16はそのビット線に沿った方向の
断面図、図17はワード線に沿った方向の断面図であ
る。
FIG. 15 is a circuit diagram of the cell array described in the second reference, FIG. 16 is a sectional view taken along the bit line, and FIG. 17 is a sectional view taken along the word line.

【0010】図17に示されるように、CMOSのPウ
ェル116の表面部分に素子分離用のSiO2 膜101
が形成され、その下側にN型拡散層103が形成されて
いる。そして、SiO2 膜101の間の素子領域にトン
ネル酸化膜113を介して浮遊ゲート111が形成さ
れ、更に、この浮遊ゲート111の上に、シリコン酸化
膜/シリコン窒化膜/シリコン酸化膜(ONO膜)11
4を介して、制御ゲートであるワード線104が形成さ
れている。更に、ワード線104の上に層間絶縁膜11
5が形成され、この層間絶縁膜115の上に、金属配線
からなる主ビット線106が形成されている。
As shown in FIG. 17, a SiO 2 film 101 for element isolation is formed on the surface of a P well 116 of a CMOS.
Is formed, and the N-type diffusion layer 103 is formed on the lower side thereof. Then, a floating gate 111 is formed in the element region between the SiO 2 films 101 via a tunnel oxide film 113, and a silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film (ONO film) is formed on the floating gate 111. ) 11
4, the word line 104 which is a control gate is formed. Further, the interlayer insulating film 11 is formed on the word line 104.
5 is formed, and the main bit line 106 made of a metal wiring is formed on the interlayer insulating film 115.

【0011】図には明示されていないが、N型拡散層1
03は、主ビット線106の長手方向(紙面に垂直な方
向)に連続して形成されている。また、図16に示され
るように、ビット線の方向においては、寄生チャネルス
トッパー用P型拡散層112により各メモリセルが分離
されている。
Although not shown in the drawing, the N-type diffusion layer 1
03 are continuously formed in the longitudinal direction of the main bit line 106 (direction perpendicular to the paper surface). Further, as shown in FIG. 16, each memory cell is separated by the parasitic channel stopper P-type diffusion layer 112 in the bit line direction.

【0012】この第2の文献記載の構成では、図17に
示されるように、SiO2 膜101の底部に下方に突出
した突状部分101aが形成され、この突状部分101
aによりN型拡散層103が2つに分割されている。即
ち、N型拡散層103は、素子分離用のSiO2 膜10
1を挟んだ両側のメモリセルにおいて互いに独立的に機
能し、既述した第1の文献に記載のように素子分離用絶
縁膜を挟んだ両側のメモリセルにおいて共有されてはい
ない。従って、図示の構成では、各メモリセルにおいて
N型拡散層103をソース又はドレインの一方に固定す
ることができるので、仮想接地型アレイとする必要はな
い。
In the structure described in the second document, as shown in FIG. 17, a protruding portion 101a protruding downward is formed at the bottom of the SiO 2 film 101, and the protruding portion 101 is formed.
The N-type diffusion layer 103 is divided into two by a. That is, the N-type diffusion layer 103 is the SiO 2 film 10 for element isolation.
The memory cells on both sides sandwiching 1 function independently of each other and are not shared by the memory cells on both sides sandwiching the element isolation insulating film as described in the above-mentioned first document. Therefore, in the configuration shown in the figure, the N-type diffusion layer 103 can be fixed to one of the source and the drain in each memory cell, and it is not necessary to form the virtual ground type array.

【0013】そして、図15に示されるように、ソース
である一方のN型拡散層がPウェル内で副ソース線10
7として働き、選択トランジスタ121を介して主ソー
ス線108に接続されている。また、ドレインである他
方のN型拡散層は、Pウェル内で副ビット線105とし
て働き、選択トランジスタ120を介して主ビット線1
06に接続されている。
Then, as shown in FIG. 15, one of the N-type diffusion layers, which is the source, is connected to the sub-source line 10 in the P-well.
7 and is connected to the main source line 108 via the selection transistor 121. The other N-type diffusion layer, which is the drain, functions as the sub bit line 105 in the P well, and the main bit line 1 via the select transistor 120.
It is connected to 06.

【0014】図示の如く、アレイとしてはNOR型の構
成をとっており、選択トランジスタ120と121の間
に32個のメモリセル(これを“1ブロック”とす
る。)が存在し、回路的には、夫々のゲートに対し、W
0 〜W31で示されるワード線104が接続されている。
選択トランジスタ120、121は非選択ブロック内の
メモリセルのソース又はドレインに対するストレスを防
止し、書き込み(プログラム)ディスターブの回避を行
う。
As shown in the figure, the array has a NOR type configuration, and there are 32 memory cells (referred to as "1 block") between the selection transistors 120 and 121, which is circuit-wise. For each gate, W
Word lines 104 indicated by 0 to W 31 are connected.
The selection transistors 120 and 121 prevent stress on the source or drain of the memory cell in the non-selected block and avoid write (program) disturb.

【0015】次に、この第2の文献記載のEEPROM
の動作を図18(a)〜(c)を参照して説明する。
Next, the EEPROM described in the second document
The operation will be described with reference to FIGS. 18 (a) to 18 (c).

【0016】図18(a)は消去動作時のバイアス状態
を示す説明図であり、例えばメモリセルM20の消去を行
う場合、選択されたワード線W2 にのみ13Vが印加さ
れ、残りの非選択ワード線W0 、W1 、W3 〜W31には
0Vが印加される。また、主ビット線D0 、D1 、主ソ
ース線108及びPウェル116には夫々0Vが印加さ
れ、選択トランジスタ120、121のゲート電極ST
1 、ST2 に夫々3Vが印加されてこれらの選択トラン
ジスタ120、121がオンし、副ビット線105及び
副ソース線107に夫々0Vが印加される。これによ
り、選択されたワード線W2 に接続されている全てのメ
モリセルにおいて、図17に示されるPウェル116か
らトンネル酸化膜113を介して浮遊ゲート111に電
子が注入され、消去が行われる。即ち、この場合には、
選択されたワード線W2 に接続されている全てのメモリ
セルが消去されるセクター消去が行われる。
FIG. 18A is an explanatory diagram showing the bias state during the erase operation. For example, when the memory cell M 20 is erased, 13 V is applied only to the selected word line W 2 and the remaining non-current is applied. 0V is applied to the selected word lines W 0 , W 1 , W 3 to W 31 . Further, 0 V is applied to the main bit lines D 0 and D 1 , the main source line 108, and the P well 116, respectively, and the gate electrodes ST of the selection transistors 120 and 121 are applied.
3V is applied to each of 1 and ST 2 , the selection transistors 120 and 121 are turned on, and 0V is applied to each of the sub-bit line 105 and the sub-source line 107. As a result, in all the memory cells connected to the selected word line W 2 , electrons are injected from the P well 116 shown in FIG. 17 to the floating gate 111 via the tunnel oxide film 113, and erasing is performed. . That is, in this case,
Sector erase is performed in which all memory cells connected to the selected word line W 2 are erased.

【0017】図18(b)は読み出し動作時のバイアス
状態を示す説明図であり、例えばメモリセルM20を選択
した場合、ワード線W2 にのみ3V(Vcc)が印加さ
れ、残りの非選択ワード線W0 、W1 、W3 〜W31には
0Vが印加される。また、主ビット線D0 には1V、主
ビット線D1 、主ソース線108及びPウェル116に
は0Vが夫々印加され、選択トランジスタ120、12
1のゲート電極ST1 、ST2 に夫々3V(Vcc)が印
加されてこれらの選択トランジスタ120、121がオ
ンし、主ビット線D0 と導通する副ビット線105に1
V、主ビット線D1 と導通する副ビット線105及び副
ソース線107に0Vが夫々印加される。この状態で、
メモリセルM20に流れる電流が検出され、メモリセルM
20の読み出しが行われる。
FIG. 18B is an explanatory diagram showing the bias state during the read operation. For example, when the memory cell M 20 is selected, 3 V (V cc ) is applied only to the word line W 2 and the remaining non-current is applied. 0V is applied to the selected word lines W 0 , W 1 , W 3 to W 31 . Further, 1 V is applied to the main bit line D 0 , and 0 V is applied to the main bit line D 1 , the main source line 108 and the P well 116, respectively, and the selection transistors 120 and 12 are selected.
3V (V cc ) is applied to each of the gate electrodes ST 1 and ST 2 of 1 to turn on the selection transistors 120 and 121, so that 1 is applied to the sub-bit line 105 which is electrically connected to the main bit line D 0.
V, 0V is applied to the sub-bit line 105 and the sub-source line 107 which are electrically connected to the main bit line D 1 . In this state,
The current flowing in the memory cell M 20 is detected,
20 readings are done.

【0018】図18(c)は書き込み動作時のバイアス
状態を示す説明図であり、例えばメモリセルM20に書き
込みを行う場合、ワード線W2 にのみ−9Vが印加さ
れ、残りの非選択ワード線W0 、W1 、W3 〜W31には
3Vが印加される。また、主ビット線D0 には3V、主
ビット線D1 、主ソース線108及びPウェル116に
は0Vが夫々印加され、選択トランジスタ120のゲー
ト電極ST1 に3V、選択トランジスタ121のゲート
電極ST2 に0Vが夫々印加されて選択トランジスタ1
20がオン、選択トランジスタ121がオフし、主ビッ
ト線D0 と導通する副ビット線105に3V、主ビット
線D1 と導通する副ビット線105及び副ソース線10
7に0Vが夫々印加される。これにより、図17に示さ
れるトンネル酸化膜113を介してファウラー−ノルド
ハイム(Fowler-Nordheim)トンネリング(以下、「FN
トンネリング」と記載する。)が起こり、浮遊ゲート1
11中の電子がドレイン側のN型拡散層103へ引き抜
かれ、メモリセルM20の書き込みが行われる。
FIG. 18C is an explanatory view showing the bias state during the write operation. For example, when writing to the memory cell M 20 , -9V is applied only to the word line W 2 and the remaining non-selected words. 3V is applied to the lines W 0 , W 1 , W 3 to W 31 . Further, 3 V is applied to the main bit line D 0 , 0 V is applied to the main bit line D 1 , the main source line 108 and the P well 116, respectively, and 3 V is applied to the gate electrode ST 1 of the selection transistor 120 and the gate electrode of the selection transistor 121. 0V is applied to ST 2 to select transistor 1
20 is turned on, the selection transistor 121 is turned off, 3 V is applied to the sub-bit line 105 which is electrically connected to the main bit line D 0, and the sub-bit line 105 and the sub-source line 10 which are electrically connected to the main bit line D 1 are connected.
0V is applied to 7 respectively. As a result, Fowler-Nordheim tunneling (hereinafter referred to as “FN” is performed through the tunnel oxide film 113 shown in FIG. 17).
Tunneling ". ) Happened, floating gate 1
The electrons in 11 are extracted to the N-type diffusion layer 103 on the drain side, and the memory cell M 20 is written.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】図15〜図18で説明
した従来の不揮発性半導体記憶装置においては、書き込
みディスターブを防止するために、図17に示される如
く、素子分離用のSiO2 膜101の底部に突条部分1
01aを設けるといった特に製造プロセス上複雑な構造
をとらなければならないという欠点があった。
In the conventional nonvolatile semiconductor memory device described with reference to FIGS. 15 to 18, in order to prevent write disturb, as shown in FIG. 17, a SiO 2 film 101 for element isolation is formed. 1 on the bottom of the
There is a drawback that a complicated structure such as the provision of 01a must be taken especially in the manufacturing process.

【0020】また、この第2の文献に記載された不揮発
性半導体記憶装置でも、第1の文献に記載されている構
造と同様、書き込み時に、トンネル酸化膜113と素子
分離用のSiO2 膜101との境界付近の領域(ロコス
エッジ)をトンネル領域としてFNトンネリングさせる
ので、製造プロセスに起因したばらつき(特に、膜厚の
ばらつき)により、メモリセル間で書き込み時間にばら
つきが生じるという問題があった。
Also in the non-volatile semiconductor memory device described in the second document, as in the structure described in the first document, the tunnel oxide film 113 and the SiO 2 film 101 for element isolation at the time of writing. Since the FN tunneling is performed by using a region (locus edge) in the vicinity of the boundary as a tunnel region, there is a problem in that the writing time varies between memory cells due to variations (especially variations in film thickness) caused by the manufacturing process.

【0021】そこで、本発明の目的は、上述したような
NOR型ビットコンタクトレス構造における高集積性を
維持しつつ、書き込み時間のばらつきを小さくし、且
つ、書き込みディスターブを効果的に防止することがで
き、更に、一括消去のみならずビット単位での書き換え
が可能な不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法を提
供することである。
Therefore, an object of the present invention is to reduce the variation of the write time and effectively prevent the write disturb while maintaining the high integration in the NOR type bit contactless structure as described above. Another object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device that can be rewritten in bit units as well as collectively erased, and a manufacturing method thereof.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の不揮発性半導体記憶装置は、絶縁層の
上に設けられた第1導電型の単結晶半導体層と、この単
結晶半導体層の表面部分に選択的に形成された素子分離
用絶縁膜と、一対の前記素子分離用絶縁膜に挟まれた領
域の前記単結晶半導体層の表面部分に互いに離隔して形
成された一対の第2導電型の不純物拡散層と、これら一
対の不純物拡散層の間の前記単結晶半導体層の上に形成
された電荷蓄積層と、この電荷蓄積層の上に形成された
制御ゲートとを備えるメモリセルを有する。
In order to solve the above-mentioned problems, a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention has a first conductivity type single crystal semiconductor layer provided on an insulating layer and the single crystal. An element isolation insulating film selectively formed on the surface portion of the semiconductor layer, and a pair formed separately from each other on the surface portion of the single crystal semiconductor layer in a region sandwiched by the pair of element isolation insulating films. A second conductivity type impurity diffusion layer, a charge storage layer formed on the single crystal semiconductor layer between the pair of impurity diffusion layers, and a control gate formed on the charge storage layer. It has a memory cell provided.

【0023】本発明において好ましくは、前記電荷蓄積
層が、前記一対の不純物拡散層の間の前記単結晶半導体
層の上に第1のゲート絶縁膜を介して形成された導電膜
からなる浮遊ゲートであり、この浮遊ゲートの上に第2
のゲート絶縁膜を介して前記制御ゲートが形成されてい
る。
In the present invention, preferably, the charge storage layer is a floating gate formed of a conductive film formed on the single crystal semiconductor layer between the pair of impurity diffusion layers via a first gate insulating film. And a second on top of this floating gate
The control gate is formed through the gate insulating film.

【0024】本発明において更に好ましくは、前記素子
分離用絶縁膜及び前記不純物拡散層のうちの少なくとも
一方が前記絶縁層に達する深さまで形成されている。
More preferably, in the present invention, at least one of the element isolation insulating film and the impurity diffusion layer is formed to a depth reaching the insulating layer.

【0025】本発明において更に好ましくは、前記不純
物拡散層が前記素子分離用絶縁膜の側面及び下面に接し
て形成され、その素子分離用絶縁膜を挟んで隣接する2
つの前記メモリセルの不純物拡散層が互いに連続して形
成されている。
More preferably, in the present invention, the impurity diffusion layer is formed in contact with the side surface and the lower surface of the element isolation insulating film, and is adjacent to each other with the element isolation insulating film interposed therebetween.
The impurity diffusion layers of the two memory cells are formed continuously with each other.

【0026】本発明の好ましい一態様においては、前記
メモリセルがマトリクス状に配置されてセルアレイを構
成し、前記制御ゲートが前記セルアレイの行方向に連続
的に形成されてワード線を構成し、前記素子分離用絶縁
膜及び前記不純物拡散層が前記セルアレイの列方向に連
続的に形成され、各メモリセルを構成する前記一対の不
純物拡散層の間の前記単結晶半導体層からなる基板部
が、前記セルアレイの列方向に配列した各所定数のメモ
リセルにおいて連続的に形成されている。
In a preferred aspect of the present invention, the memory cells are arranged in a matrix to form a cell array, and the control gates are continuously formed in a row direction of the cell array to form a word line. The element isolation insulating film and the impurity diffusion layer are continuously formed in the column direction of the cell array, and the substrate portion made of the single crystal semiconductor layer between the pair of impurity diffusion layers forming each memory cell is The memory cells are continuously formed in a predetermined number of memory cells arranged in the column direction of the cell array.

【0027】この場合、好ましくは、前記セルアレイの
列方向に配列した前記各所定数のメモリセルの前記列方
向における両端部に夫々選択用トランジスタが形成され
ている。
In this case, preferably, selection transistors are formed at both ends in the column direction of each of the predetermined number of memory cells arranged in the column direction of the cell array.

【0028】この場合、更に好ましくは、前記セルアレ
イの列方向に形成された第1ビット線と、前記セルアレ
イの列方向に連続する前記不純物拡散層で構成された第
2ビット線とを有し、前記第1ビット線が、前記セルア
レイの列方向に配列した前記各所定数のメモリセルにお
いて連続する前記基板部に前記選択用トランジスタを介
して電気的に接続されている。
In this case, it is more preferable to have a first bit line formed in the column direction of the cell array and a second bit line formed of the impurity diffusion layer continuous in the column direction of the cell array. The first bit line is electrically connected to the continuous substrate portion in each of the predetermined number of memory cells arranged in the column direction of the cell array via the selection transistor.

【0029】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方
法は、第2導電型の半導体基板の所定深さ位置に絶縁層
を形成して、この絶縁層より上の前記半導体基板の部分
を第2導電型の半導体層とする工程と、素子分離領域と
なる前記半導体層の表面部分に第2導電型の不純物を更
に導入する工程と、素子分離領域となる前記半導体層の
前記表面部分を選択的に酸化して素子分離用絶縁膜を形
成するとともに、その素子分離用絶縁膜の両側及び下側
の前記半導体層の部分に第2導電型の高濃度不純物拡散
層を形成する工程と、少なくとも前記素子分離用絶縁膜
をマスクとして前記半導体層に第1導電型の不純物を導
入した後、熱処理を施して、前記半導体層に第1導電型
の基板部を形成するとともに、前記第2導電型の高濃度
不純物拡散層を確実に前記絶縁層に達する深さまで形成
する工程と、前記基板部及びこの基板部の両側に形成さ
れた一対の前記第2導電型の高濃度不純物拡散層の上に
第1の絶縁膜を形成する工程と、この第1の絶縁膜の上
に浮遊ゲートを形成する工程と、この浮遊ゲートの上に
第2の絶縁膜を形成する工程と、この第2の絶縁膜の上
に制御ゲートを形成する工程とを有する。
According to the method of manufacturing a non-volatile semiconductor memory device of the present invention, an insulating layer is formed at a predetermined depth position on a semiconductor substrate of the second conductivity type, and a portion of the semiconductor substrate above the insulating layer is formed into a second portion. A step of forming a conductive type semiconductor layer, a step of further introducing an impurity of a second conductivity type into a surface portion of the semiconductor layer to be an element isolation region, and a step of selectively selecting the surface portion of the semiconductor layer to be an element isolation region. To form an element isolation insulating film and form second conductivity type high-concentration impurity diffusion layers on both sides and the lower side of the element isolation insulating film. After introducing a first conductivity type impurity into the semiconductor layer using the element isolation insulating film as a mask, a heat treatment is performed to form a first conductivity type substrate portion in the semiconductor layer, and a second conductivity type substrate is formed. Ensure high-concentration impurity diffusion layer And forming a first insulating film on the substrate portion and a pair of the second-conductivity-type high-concentration impurity diffusion layers formed on both sides of the substrate portion. A step, a step of forming a floating gate on the first insulating film, a step of forming a second insulating film on the floating gate, and a control gate on the second insulating film And a step of performing.

【0030】この場合、好ましくは、前記浮遊ゲート及
び前記制御ゲートを夫々多結晶シリコン膜で形成する。
In this case, preferably, the floating gate and the control gate are each formed of a polycrystalline silicon film.

【0031】本発明の別の態様による不揮発性半導体記
憶装置の製造方法は、第2導電型の半導体基板の所定深
さ位置に絶縁層を形成して、この絶縁層より上の前記半
導体基板の部分を第2導電型の半導体層とする工程と、
素子分離領域となる前記半導体層の表面部分に第2導電
型の不純物を更に導入する工程と、素子分離領域となる
前記半導体層の前記表面部分を選択的に酸化して素子分
離用絶縁膜を形成するとともに、その素子分離用絶縁膜
の両側及び下側の前記半導体層の部分に第2導電型の高
濃度不純物拡散層を形成する工程と、選択用トランジス
タのチャネルを形成すべき部分の前記半導体層の上にイ
オン注入マスクを形成する工程と、このイオン注入マス
ク及び前記素子分離用絶縁膜をマスクとして前記半導体
層に第1導電型の不純物を導入した後、熱処理を施し
て、前記半導体層に第1導電型の基板部を形成するとと
もに、前記第2導電型の高濃度不純物拡散層を確実に前
記絶縁層に達する深さまで形成する工程と、前記イオン
注入マスクを除去した後、前記基板部及びこの基板部の
両側に形成された一対の前記第2導電型の高濃度不純物
拡散層並びに前記第1導電型の不純物が導入されなかっ
た部分の前記半導体層の上に第1の絶縁膜を形成する工
程と、全面に第1の多結晶シリコン膜を形成し、これを
パターニングして、前記基板部及び前記一対の第2導電
型の高濃度不純物拡散層の上の部分の前記第1の絶縁膜
の上に浮遊ゲートを形成するとともに、前記第1導電型
の不純物が導入されなかった部分の上の前記第1の絶縁
膜の上に前記選択用トランジスタのゲートの下半部を形
成する工程と、前記浮遊ゲートの上に第2の絶縁膜を形
成する工程と、全面に第2の多結晶シリコン膜を形成
し、これをパターニングして、前記第2の絶縁膜の上に
制御ゲートを形成するとともに、前記選択用トランジス
タのゲートの前記下半部の上に前記選択用トランジスタ
のゲートの上半部を形成する工程と、前記素子分離用絶
縁膜、前記制御ゲート及び前記選択用トランジスタのゲ
ートをマスクとして前記基板部に第1導電型の不純物を
更に導入し、第1導電型の高濃度不純物拡散層を形成す
る工程とを有する。
In a method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to another aspect of the present invention, an insulating layer is formed at a predetermined depth position of a semiconductor substrate of the second conductivity type, and the semiconductor substrate above the insulating layer is formed. A step of forming the portion as a second conductivity type semiconductor layer,
A step of further introducing a second conductivity type impurity into a surface portion of the semiconductor layer to be an element isolation region, and selectively oxidizing the surface portion of the semiconductor layer to be an element isolation region to form an element isolation insulating film. Forming the second conductivity type high-concentration impurity diffusion layer on both sides of the element isolation insulating film and on the lower side of the semiconductor layer; Forming an ion implantation mask on the semiconductor layer, and introducing an impurity of the first conductivity type into the semiconductor layer using the ion implantation mask and the element isolation insulating film as a mask, and then performing a heat treatment to form the semiconductor Forming a first conductivity type substrate portion in the layer and forming the second conductivity type high-concentration impurity diffusion layer to a depth that reliably reaches the insulating layer; and removing the ion implantation mask. Then, the substrate portion, a pair of the second-conductivity-type high-concentration impurity diffusion layers formed on both sides of the substrate portion, and the semiconductor layer in a portion where the first-conductivity-type impurities are not introduced 1 step of forming an insulating film, and forming a first polycrystalline silicon film on the entire surface and patterning the same to form a portion on the substrate portion and the pair of second conductivity type high-concentration impurity diffusion layers. A floating gate is formed on the first insulating film, and a gate of the selection transistor is formed on the first insulating film on a portion where the impurities of the first conductivity type are not introduced. Forming a half part, forming a second insulating film on the floating gate, forming a second polycrystalline silicon film on the entire surface, and patterning the second polycrystalline silicon film to form the second insulating film. A control gate on top of the Forming an upper half of the gate of the selection transistor on the lower half of the gate of the transistor for use, and the substrate using the element isolation insulating film, the control gate, and the gate of the selection transistor as a mask A step of further introducing a first conductivity type impurity into the portion to form a first conductivity type high-concentration impurity diffusion layer.

【0032】また、本発明の別の態様による不揮発性半
導体記憶装置は、浮遊ゲートと制御ゲートとの複合ゲー
ト構造を有するメモリセルがマトリクス状に配置された
セルアレイを備え、このセルアレイの行方向に配列した
各メモリセルの制御ゲートに電気的に接続されて前記セ
ルアレイの行線を構成する複数のワード線と、前記セル
アレイの列方向に配列した各メモリセルの基板部に電気
的に接続され且つ書き込み動作時及び消去動作時にメモ
リセルの選択線として機能する複数の第1ビット線と、
前記セルアレイの列方向に配列した各メモリセルのソー
ス又はドレインに電気的に接続され且つ読み出し動作時
にメモリセルの選択線として機能する複数の第2ビット
線とを有する。
A nonvolatile semiconductor memory device according to another aspect of the present invention includes a cell array in which memory cells having a composite gate structure of a floating gate and a control gate are arranged in a matrix, and the cell array is arranged in a row direction. A plurality of word lines electrically connected to the control gates of the arranged memory cells to form the row lines of the cell array, and electrically connected to a substrate portion of the memory cells arranged in the column direction of the cell array; A plurality of first bit lines that function as select lines of the memory cell during a write operation and an erase operation,
A plurality of second bit lines electrically connected to the source or drain of each memory cell arranged in the column direction of the cell array and functioning as a select line of the memory cell during a read operation.

【0033】なお、本発明においては、便宜上、ワード
線の方向を「行」方向、ビット線の方向を「列」方向と
規定したが、マトリクスにおける「行」と「列」の用語
の用い方は本発明の本質に係わるものではなく、例え
ば、ワード線が列デコーダに接続され、ビット線が行デ
コーダに接続されているような装置の場合には、請求の
範囲の「行」と「列」の用語を互いに入れ替えて本発明
の技術的思想が解釈されるべきである。
In the present invention, the word line direction is defined as the "row" direction and the bit line direction is defined as the "column" direction for the sake of convenience, but the terms "row" and "column" in the matrix are used. Does not relate to the essence of the present invention. For example, in the case of a device in which the word line is connected to the column decoder and the bit line is connected to the row decoder, the "row" and "column" The technical idea of the present invention should be construed by replacing the terms "" with each other.

【0034】[0034]

【作用】本発明の不揮発性半導体記憶装置のメモリセル
では、絶縁層の上に設けられた第1導電型の単結晶半導
体層とその上に形成された電荷蓄積層との間でFNトン
ネリングによる電子の授受を行わせることができ、電荷
蓄積層の下のチャネル領域の全面をトンネル領域として
使用することができるため、例えば、製造プロセス上の
原因によるメモリセル間の特性のばらつきが小さくな
る。
In the memory cell of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the FN tunneling is performed between the first conductivity type single crystal semiconductor layer provided on the insulating layer and the charge storage layer formed thereon. Electrons can be transferred, and the entire surface of the channel region under the charge storage layer can be used as a tunnel region. Therefore, for example, variations in characteristics between memory cells due to manufacturing process factors are reduced.

【0035】また、本発明の不揮発性半導体記憶装置に
おいては、各メモリセルの基板部を構成する第1導電型
の単結晶半導体層を、ワード線の方向では各メモリセル
に電気的に分離し且つビット線の方向では所定数のメモ
リセルで共通に構成して、その基板部を、書き込み動作
時及び消去動作時にメモリセルの選択線として機能する
第1ビット線と接続してその第1ビット線の副ビット線
として使用し、且つ、ビット線の方向に連続的に形成し
た第2導電型の不純物拡散層を、読み出し動作時にのみ
メモリセルの選択線として機能する第2ビット線として
使用することにより、読み出し専用の第2ビット線には
書き込みディスターブを生じる程の高電圧を印加する必
要がないため、その第2導電型の不純物拡散層をワード
線方向で隣接するメモリセルと共有させても問題を生じ
ない。従って、従来のように第2導電型の不純物拡散層
をワード線方向で隣接するメモリセルで互いに分離する
ための比較的複雑な素子分離構造が必要なくなる。
Further, in the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the first conductivity type single crystal semiconductor layer forming the substrate portion of each memory cell is electrically separated into each memory cell in the direction of the word line. In addition, in the direction of the bit line, a predetermined number of memory cells are commonly configured, and the substrate portion thereof is connected to the first bit line that functions as a select line of the memory cell during the write operation and the erase operation to connect the first bit. The second conductivity type impurity diffusion layer continuously formed in the direction of the bit line is used as a second bit line which functions as a select line of a memory cell only during a read operation. As a result, it is not necessary to apply a high voltage that causes write disturb to the read-only second bit line, so that the second conductivity type impurity diffusion layers are adjacent to each other in the word line direction. Also be shared with the Moriseru does not cause a problem. Therefore, there is no need for a relatively complicated element isolation structure for isolating the second conductivity type impurity diffusion layers from adjacent memory cells in the word line direction as in the conventional case.

【0036】更に、第1ビット線の副ビット線を構成す
る基板部をワード線の方向で各メモリセルに電気的に分
離し、これを、後述するゲート負電圧方式で使用するこ
とにより、個々のメモリセルを独立的に選択することが
でき、従って、ビット単位での書き換えが可能となる。
この結果、書き換えが不要なメモリセルのデータを消去
する必要がなくなり、実効的にメモリセルの書き換え回
数が減少して、信頼性が向上する。
Further, the substrate portion forming the sub-bit line of the first bit line is electrically separated into each memory cell in the direction of the word line, and by using this in the gate negative voltage system which will be described later, the The memory cells can be independently selected, and thus rewriting can be performed in bit units.
As a result, it is not necessary to erase the data in the memory cells that do not need to be rewritten, the number of times of rewriting of the memory cells is effectively reduced, and the reliability is improved.

【0037】[0037]

【実施例】以下、本発明をNチャネルフローティング
(浮遊)ゲート型EEPROMに適用した実施例を図1
〜図14を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT An embodiment in which the present invention is applied to an N-channel floating gate type EEPROM is shown in FIG.
~ It demonstrates with reference to FIG.

【0038】図1は本実施例のEEPROMのセルアレ
イの一部を示す概略平面図、図2は図1のII−II線に沿
った断面図、図3は図1のIII −III 線に沿った断面図
である。
FIG. 1 is a schematic plan view showing a part of the cell array of the EEPROM of this embodiment, FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG. 1, and FIG. 3 is taken along line III-III of FIG. FIG.

【0039】図2及び図3に示すように、本実施例のE
EPROMのセルアレイはSOI(Silicon On Insulate
r)構造の基板に形成されている。即ち、基板は、厚さ約
500nmの埋め込み酸化膜層18により、下部のN型
シリコン基板部17と上部のPウェル16(深さ約30
0nm)とに分離されている。
As shown in FIG. 2 and FIG.
The cell array of EPROM is SOI (Silicon On Insulate)
r) is formed on the substrate of the structure. That is, the substrate is composed of the buried oxide film layer 18 having a thickness of about 500 nm, and the lower N-type silicon substrate portion 17 and the upper P well 16 (having a depth of about 30).
0 nm).

【0040】図3に示すように、Pウェル16は、素子
分離用絶縁膜1と、この素子分離用絶縁膜1の下から埋
め込み酸化膜層18に達する深さまで形成されたN+
散層3とにより、ワード線4の長手方向で互いに分離さ
れている。一方、ビット線の長手方向では、図2に示す
ように、所定数のメモリセルの列の両端に形成されたN
型シリコン層19により他の基板部からPウェル16が
分離されている。そして、各Pウェル16は、ビット線
の長手方向に配列した所定数のメモリセルで共通に構成
され、この方向においては、寄生チャネルストッパー用
+ 拡散層12により各メモリセルが分離されている。
As shown in FIG. 3, the P well 16 includes an element isolation insulating film 1 and an N + diffusion layer 3 formed under the element isolation insulating film 1 to a depth reaching the buried oxide film layer 18. Are separated from each other in the longitudinal direction of the word lines 4. On the other hand, in the longitudinal direction of the bit line, as shown in FIG. 2, N formed at both ends of a column of a predetermined number of memory cells.
The P-type well 16 is separated from the other substrate by the type silicon layer 19. Each P well 16 is commonly configured by a predetermined number of memory cells arranged in the longitudinal direction of the bit line, and in this direction, each memory cell is separated by the parasitic channel stopper P + diffusion layer 12. .

【0041】図2及び図3に示すように、各Pウェル1
6の上には、トンネル酸化膜である膜厚約10nmの第
1ゲート絶縁膜13、N型にドープされた膜厚約150
nmの多結晶シリコン層からなる浮遊ゲート11、シリ
コン酸化膜/シリコン窒化膜/シリコン酸化膜(ONO
膜:酸化膜換算膜厚約20nm)からなる第2ゲート絶
縁膜14、N型にドープされた膜厚約300nmの多結
晶シリコン層からなり且つ制御ゲートを構成するワード
線4が順次積層されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, each P well 1
6, a first gate insulating film 13 having a thickness of about 10 nm, which is a tunnel oxide film, and an N-type doped thickness of about 150 are formed.
Floating gate 11 made of a polycrystalline silicon layer of 10 nm, silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film (ONO
Film: an oxide film equivalent film thickness of about 20 nm), a second gate insulating film 14, and a word line 4 composed of an N-type doped polycrystalline silicon layer having a film thickness of about 300 nm and constituting a control gate are sequentially laminated. There is.

【0042】また、図2に示すように、各Pウェル16
の両端部には、N型シリコン層19の上にゲート電極を
有する選択トランジスタ20が形成されている。そし
て、これら一対の選択トランジスタ20で挟まれたPウ
ェル16の部分を1ブロックとする。図示の如く、各ブ
ロックの間にはP型シリコン層16′が設けられ、この
P型シリコン層16′の表面部分に形成されたP+ 拡散
層12′中にP++拡散層7が形成され、このP++拡散層
7の上の層間絶縁膜15にコンタクト孔9が形成されて
いる。そして、そのコンタクト孔9がタングステンプラ
グ10で埋め込まれ、このタングステンプラグ10が、
層間絶縁膜15の上に形成されたアルミ配線からなる主
ビット線6に接続されている。
Further, as shown in FIG. 2, each P well 16
Select transistors 20 having a gate electrode are formed on the N-type silicon layer 19 at both ends of. Then, the portion of the P well 16 sandwiched by the pair of selection transistors 20 is set as one block. As shown in the figure, a P-type silicon layer 16 'is provided between each block, and a P ++ diffusion layer 7 is formed in a P + diffusion layer 12' formed on the surface of the P-type silicon layer 16 '. Then, the contact hole 9 is formed in the interlayer insulating film 15 on the P ++ diffusion layer 7. Then, the contact hole 9 is filled with a tungsten plug 10, and the tungsten plug 10 is
It is connected to the main bit line 6 made of aluminum wiring formed on the interlayer insulating film 15.

【0043】本実施例では、選択トランジスタ20を介
してPウェル16を主ビット線6に電気的に接続するこ
とにより、このPウェル16を、後述する副ビット線5
(図1及び図4参照)として使用する。また、この主ビ
ット線6と副ビット線5を第1ビット線とする。
In this embodiment, the P well 16 is electrically connected to the main bit line 6 through the selection transistor 20, so that the P well 16 is connected to the sub bit line 5 which will be described later.
(See FIGS. 1 and 4). Further, the main bit line 6 and the sub bit line 5 are referred to as a first bit line.

【0044】図3に示すように、各メモリセルのソース
/ドレインを構成するN+ 拡散層3は、素子分離用絶縁
膜1を挟んで隣接する2つのメモリセルにおいて共有さ
れている。そして、このN+ 拡散層3は、素子分離用絶
縁膜1とともに、主ビット線6の長手方向、即ち、図3
において紙面に垂直な方向に連続的に形成されている。
本実施例では、このN+ 拡散層3を第2ビット線として
使用する。
As shown in FIG. 3, the N + diffusion layer 3 forming the source / drain of each memory cell is shared by two memory cells adjacent to each other with the element isolation insulating film 1 interposed therebetween. The N + diffusion layer 3 is formed along with the element isolation insulating film 1 in the longitudinal direction of the main bit line 6, that is, as shown in FIG.
In, the sheet is continuously formed in the direction perpendicular to the paper surface.
In this embodiment, this N + diffusion layer 3 is used as the second bit line.

【0045】次に、本実施例のEEPROMの製造方法
を図6〜図14を参照して説明する。
Next, a method of manufacturing the EEPROM of this embodiment will be described with reference to FIGS.

【0046】まず、図6に示すように、N型シリコン基
板の所定深さ位置に酸素イオン打ち込みにより約500
nm厚の埋め込み酸化膜層18を形成し、相対的に、そ
の上に約300nm厚のN型単結晶シリコン層19を形
成する。そして、このN型単結晶シリコン層19の上に
熱酸化法により40〜50nm厚のパッド酸化膜34を
形成し、更に、その上に化学気相成長(CVD)法によ
りシリコン窒化膜23を約150nmの厚みに堆積す
る。そして、ホトリソグラフィ及び反応性イオンエッチ
ング(RIE)により、活性領域となる部分上のみにシ
リコン窒化膜23を残し、このシリコン窒化膜23の上
に残されたホトレジスト22及びシリコン窒化膜23を
マスクにして70kev、5×1015cm-2の条件でヒ
素のイオン注入30を行う。
First, as shown in FIG. 6, about 500 is formed by implanting oxygen ions into a predetermined depth position of an N-type silicon substrate.
A buried oxide film layer 18 having a thickness of nm is formed, and an N-type single crystal silicon layer 19 having a thickness of about 300 nm is relatively formed thereon. Then, a pad oxide film 34 having a thickness of 40 to 50 nm is formed on the N-type single crystal silicon layer 19 by a thermal oxidation method, and a silicon nitride film 23 is further formed thereon by a chemical vapor deposition (CVD) method. Deposit to a thickness of 150 nm. Then, by photolithography and reactive ion etching (RIE), the silicon nitride film 23 is left only on the portion to be the active region, and the photoresist 22 and the silicon nitride film 23 left on the silicon nitride film 23 are used as a mask. Arsenic ion implantation 30 is performed under the conditions of 70 keV and 5 × 10 15 cm −2 .

【0047】次に、図7に示すように、ホトレジスト2
2を除去した後、選択酸化(LOCOS)法により素子
分離用絶縁膜1を形成するとともに、その際の熱処理に
より素子分離用絶縁膜1の両側及び下側にN+ 拡散層3
を形成する。なお、素子分離用絶縁膜1は、1000
℃、30分のパイロジェニック酸化により最終酸化膜厚
を約200nmとする。
Next, as shown in FIG.
After removing 2, the element isolation insulating film 1 is formed by the selective oxidation (LOCOS) method, and the N + diffusion layers 3 are formed on both sides and the lower side of the element isolation insulating film 1 by heat treatment at that time.
To form. The element isolation insulating film 1 is 1000
The final oxide film thickness is set to about 200 nm by pyrogenic oxidation at 30 ° C. for 30 minutes.

【0048】次に、図8に示すように、100kev、
7×1013cm-2の条件でBF2 +のイオン注入31を
行う。この後、窒素雰囲気中で1200℃、60分の熱
処理を行い、N+ 拡散層3の底部を埋め込み酸化膜層1
8に実質的に完全に接触させると同時に、Pウェル16
を形成する。この工程のビット線の長手方向の断面図を
図9に示すが、選択トランジスタ20(図2参照)のチ
ャネル領域となる部分のみをホトレジスト26でマスク
し、上記のイオン注入31を行う。
Next, as shown in FIG. 8, 100 kev,
BF 2 + ion implantation 31 is performed under the condition of 7 × 10 13 cm −2 . Then, heat treatment is performed at 1200 ° C. for 60 minutes in a nitrogen atmosphere to fill the bottom of the N + diffusion layer 3 with the buried oxide film layer 1.
8 in a substantially complete contact with the P well 16
To form. A longitudinal sectional view of the bit line in this step is shown in FIG. 9, and only the portion to be the channel region of the select transistor 20 (see FIG. 2) is masked with the photoresist 26, and the above ion implantation 31 is performed.

【0049】次に、図10に示すように、ホトレジスト
26を除去した後、スチーム雰囲気又はHCl雰囲気中
で800〜900℃、10分の酸化を行い、活性領域上
に約10nm厚の第1ゲート絶縁膜(トンネル酸化膜)
13を形成する。そして、リンドープされた多結晶シリ
コン膜24をCVD法により約150nmの厚さに堆積
させ、この多結晶シリコン膜24を素子分離用絶縁膜1
上で互いに分離させた後(図3参照)、全面にONO膜
で構成される酸化膜厚換算約20nmの第2ゲート絶縁
膜14を形成する。このONO膜の下層酸化膜は、ドラ
イ酸素雰囲気中、1000℃、6分の条件で多結晶シリ
コン膜24を酸化することにより約10nmの厚さに形
成し、シリコン窒化膜は、下層酸化膜の上にCVD法に
より約10nmの厚さに形成し、上層酸化膜は、スチー
ム雰囲気中、900℃、3時間の条件でシリコン窒化膜
を酸化することにより約3nmの厚さに形成する。この
後、ホトリソグラフィによりホトレジスト27のパター
ニングを行い、このホトレジスト27をマスクとしたR
IEにより、選択トランジスタ20のゲート電極が形成
される領域の第2ゲート絶縁膜14を除去する。
Next, as shown in FIG. 10, after removing the photoresist 26, oxidation is performed at 800 to 900 ° C. for 10 minutes in a steam atmosphere or an HCl atmosphere to form a first gate having a thickness of about 10 nm on the active region. Insulating film (tunnel oxide film)
13 is formed. Then, a phosphorus-doped polycrystalline silicon film 24 is deposited to a thickness of about 150 nm by the CVD method, and this polycrystalline silicon film 24 is used as the element isolation insulating film 1.
After they are separated from each other (see FIG. 3), the second gate insulating film 14 having an oxide film thickness of about 20 nm formed of an ONO film is formed on the entire surface. The lower oxide film of this ONO film is formed to have a thickness of about 10 nm by oxidizing the polycrystalline silicon film 24 under conditions of 1000 ° C. and 6 minutes in a dry oxygen atmosphere. The upper oxide film is formed to a thickness of about 10 nm by the CVD method, and the upper layer oxide film is formed to a thickness of about 3 nm by oxidizing the silicon nitride film in a steam atmosphere at 900 ° C. for 3 hours. After that, the photoresist 27 is patterned by photolithography, and R using the photoresist 27 as a mask
The second gate insulating film 14 in the region where the gate electrode of the select transistor 20 is formed is removed by IE.

【0050】次に、図11に示すように、ホトレジスト
27を除去した後、リンドープされた多結晶シリコン膜
25をCVD法により約150nmの厚さに堆積させ、
ホトリソグラフィによりホトレジスト28のパターニン
グを行って、各メモリセルの制御ゲート及び選択トラン
ジスタ20のゲート電極となる部分を覆う。
Next, as shown in FIG. 11, after removing the photoresist 27, a phosphorus-doped polycrystalline silicon film 25 is deposited by the CVD method to a thickness of about 150 nm,
The photoresist 28 is patterned by photolithography to cover the control gate of each memory cell and the portion to be the gate electrode of the select transistor 20.

【0051】次に、図12に示すように、RIEにより
順次多結晶シリコン膜24、第2ゲート絶縁膜14、多
結晶シリコン膜25をセルフアラインでエッチングし、
ホトレジスト28を除去して、各メモリセルの制御ゲー
ト及び浮遊ゲート並びに選択トランジスタ20のゲート
電極を夫々形成する。この後、メモリセルの制御ゲー
ト、選択トランジスタ20のゲート電極及び素子分離用
絶縁膜1をマスクとして、70kev、5×1013cm
-2の条件でBF2 + のイオン注入32を行い、寄生チャ
ネルストッパー用P+ 拡散層12及びP+ 拡散層12′
を形成する。
Next, as shown in FIG. 12, the polycrystalline silicon film 24, the second gate insulating film 14, and the polycrystalline silicon film 25 are sequentially etched by RIE by self-alignment,
The photoresist 28 is removed, and the control gate and floating gate of each memory cell and the gate electrode of the select transistor 20 are formed. After that, with the control gate of the memory cell, the gate electrode of the selection transistor 20 and the isolation insulating film 1 as a mask, 70 kev, 5 × 10 13 cm
BF 2 + ion implantation 32 is performed under the condition of -2 to form the parasitic channel stopper P + diffusion layer 12 and P + diffusion layer 12 '.
To form.

【0052】次に、図13に示すように、ホトリソグラ
フィによりホトレジスト29をパターニングして、P型
シリコン層16′の部分のP+ 拡散層12′の上に開口
を形成し、この開口を通じて、70kev、5×1015
cm-2の条件でBF2 + のイオン注入33を行い、ホト
レジスト29を除去した後、窒素雰囲気中で900℃の
アニール処理をして、P++拡散層7を形成する。
Next, as shown in FIG. 13, the photoresist 29 is patterned by photolithography to form an opening on the P + diffusion layer 12 'in the portion of the P type silicon layer 16', and through this opening, 70 kev, 5 × 10 15
BF 2 + ion implantation 33 is performed under the condition of cm −2 , the photoresist 29 is removed, and then annealing treatment is performed at 900 ° C. in a nitrogen atmosphere to form the P ++ diffusion layer 7.

【0053】次に、図14に示すように、常圧CVD法
によりホウ素及びリンをドープしたBPSG膜を約1μ
m堆積させ、リフロー処理をして、層間絶縁膜15を形
成する。そして、ホトリソグラフィ及びRIEにより層
間絶縁膜15及び第1ゲート絶縁膜13にコンタクト孔
9を開口する。この後、WF6 ガスを用いて選択タング
ステンCVDを行い、コンタクト孔9をタングステンで
埋めて、埋め込みタングステンプラグ10を形成する。
Next, as shown in FIG. 14, a BPSG film doped with boron and phosphorus by atmospheric pressure CVD is deposited to about 1 μm.
Then, the inter-layer insulating film 15 is formed by performing a reflow process. Then, the contact hole 9 is opened in the interlayer insulating film 15 and the first gate insulating film 13 by photolithography and RIE. Then, selective tungsten CVD is performed using WF 6 gas to fill the contact hole 9 with tungsten to form a buried tungsten plug 10.

【0054】この後、図2に示すように、層間絶縁膜1
5上にアルミ配線で主ビット線6を形成し、この主ビッ
ト線6と埋め込みタングステンプラグ10とを互いに接
続させる。
Thereafter, as shown in FIG. 2, the interlayer insulating film 1
A main bit line 6 is formed on the wiring 5 by aluminum wiring, and the main bit line 6 and the buried tungsten plug 10 are connected to each other.

【0055】次に、本実施例のEEPROMの各動作を
図4(a)〜(c)を参照して説明する。なお、これら
の図において、BL1 、BL2 は図外のYデコーダ及び
プログラム電圧供給ラインと接続される第1ビット線の
主ビット線6、LD1 、LD2 はPウェル16で構成さ
れる第1ビット線の副ビット線5、RD0 〜RD2 はN
+ 拡散層3で構成される第2ビット線、STは選択トラ
ンジスタ20のゲート電極、W0 〜W31はメモリセルの
制御ゲートを構成し且つ図外のXデコーダと接続される
ワード線を夫々示している。
Next, each operation of the EEPROM of this embodiment will be described with reference to FIGS. In these figures, BL 1 and BL 2 are main bit lines 6, LD 1 and LD 2 of the first bit line connected to the Y decoder and program voltage supply line (not shown), and P well 16 is formed. The sub bit line 5 of the first bit line, RD 0 to RD 2 is N
+ A second bit line formed of the diffusion layer 3, ST is a gate electrode of the selection transistor 20, W 0 to W 31 are control lines of memory cells, and word lines connected to an X decoder (not shown), respectively. Shows.

【0056】まず、消去動作時のバイアス例を図4
(a)に示す。今、メモリセルM12を選択した場合、第
2ビット線RD0 〜RD2 は開放状態とし、メモリセル
12の制御ゲートに接続しているワード線W1 に12
V、その他のワード線W0 、W2 〜W31に0Vを夫々印
加する。更に、ゲート電極STに5Vを印加して選択ト
ランジスタ20をオンさせることにより第1ビット線の
主ビット線6とPウェル16からなる副ビット線5とを
導通させ、選択された主ビット線BL2 に−10Vを印
加し、非選択の主ビット線BL1 に0Vを印加する。こ
れにより、選択されたメモリセルM12の基板部を構成す
るPウェル16からなる第1ビット線の副ビット線LD
2 に−10Vが印加され、非選択の副ビット線LD1
は0Vが印加される。即ち、消去動作時には、ワード線
n と第1ビット線BLn 、LDn が選択線となる。
First, FIG. 4 shows an example of bias during erase operation.
It shows in (a). When the memory cell M 12 is selected, the second bit lines RD 0 to RD 2 are opened, and the word line W 1 connected to the control gate of the memory cell M 12 has 12 lines.
0V is applied to V and the other word lines W 0 and W 2 to W 31 respectively. Further, by applying 5V to the gate electrode ST to turn on the selection transistor 20, the main bit line 6 of the first bit line and the sub bit line 5 including the P well 16 are brought into conduction, and the selected main bit line BL is selected. -10V is applied to 2 and 0V is applied to the non-selected main bit line BL 1 . As a result, the sub-bit line LD of the first bit line formed of the P well 16 forming the substrate portion of the selected memory cell M 12 is formed.
-10V is applied to 2 and 0V is applied to the non-selected sub-bit line LD 1 . That is, during the erase operation, the word line W n and the first bit lines BL n and LD n become the selection lines.

【0057】この消去動作時において、選択されたメモ
リセルM12の制御ゲート(ワード線4)と基板部(Pウ
ェル16)との間には高電界が印加されるが、この時に
トンネル酸化膜(第1ゲート絶縁膜13)(第3図参
照)にかかる電界強度を、選択セルM12、非選択セルM
11及びM22につき検討する。
During this erase operation, a high electric field is applied between the control gate (word line 4) of the selected memory cell M 12 and the substrate portion (P well 16). At this time, a tunnel oxide film is formed. The electric field strength applied to the (first gate insulating film 13) (see FIG. 3) is determined by the selected cell M 12 and the non-selected cell M 12 .
Consider 11 and M 22 .

【0058】今、浮遊ゲートの電位をVfg、制御ゲート
の電位をVcg、基板電位をVsub 、浮遊ゲートと制御ゲ
ートとの間の容量をC2 、トンネル酸化膜の容量をC1
とすると、メモリセルのゲート部分の等価回路は図5の
ようになる。ここで、容量比C2 /(C1 +C2 )を
0.5、浮遊ゲート中の電荷をQ(正)と仮定すると、
電荷保存則を用いて浮遊ゲートの電位Vfgは、 Vfg=0.5 Vcg+0.5 Vsub +Q/(C1 +C2 ) …(1) と表される。
Now, the potential of the floating gate is V fg , the potential of the control gate is V cg , the substrate potential is V sub , the capacitance between the floating gate and the control gate is C 2 , and the capacitance of the tunnel oxide film is C 1.
Then, the equivalent circuit of the gate portion of the memory cell is as shown in FIG. Assuming that the capacitance ratio C 2 / (C 1 + C 2 ) is 0.5 and the charge in the floating gate is Q (positive),
Using the law of conservation of charge, the potential V fg of the floating gate is expressed as V fg = 0.5 V cg +0.5 V sub + Q / (C 1 + C 2 ) ... (1).

【0059】更に、トンネル酸化膜にかかる電界強度を
t 、トンネル酸化膜の膜厚をTt(=10nm)とす
ると、電界強度Et は、 Et =(Vfg−Vsub )/Tt ={0.5 (Vcg−Vsub )+Q/(C1 +C2 )}/Tt …(2) で与えられる。
Further, assuming that the electric field strength applied to the tunnel oxide film is E t and the film thickness of the tunnel oxide film is T t (= 10 nm), the electric field strength E t is E t = (V fg −V sub ) / T t = {0.5 (V cg −V sub ) + Q / (C 1 + C 2 )} / T t (2)

【0060】従って、書き込み状態(“1”と定義す
る。)におけるメモリセルのしきい値電圧Vt を1Vと
仮定すると、Vt =Q/C2 であるから、このQを
(2)式に代入して、 Et ={0.5 (Vcg−Vsub )+C2 ・Vt /(C1 +C2 )}/Tt ={0.5 (Vcg−Vsub )+0.5 ×1}/Tt …(3) となる。
Therefore, assuming that the threshold voltage V t of the memory cell in the written state (defined as “1”) is 1 V, V t = Q / C 2 , and this Q is given by the equation (2). It is substituted into, E t = {0.5 (V cg -V sub) + C 2 · V t / (C 1 + C 2)} / T t = {0.5 (V cg -V sub) +0.5 × 1} / T t (3)

【0061】故に、この(3)式から、選択セルM12
非選択セルM11、M22のトンネル酸化膜にかかる電界強
度は、夫々、11.5MV/cm、6.5MV/cm、
5.5MV/cmと計算され、選択セルM12でのみFN
トンネリングが生じ、基板部から浮遊ゲートに電子が注
入されて消去動作の行われることが分かる。
Therefore, from this equation (3), the selected cell M 12 ,
The electric field strengths applied to the tunnel oxide films of the non-selected cells M 11 and M 22 are 11.5 MV / cm and 6.5 MV / cm, respectively.
Calculated as 5.5 MV / cm, FN only in selected cell M 12.
It can be seen that tunneling occurs and electrons are injected from the substrate portion to the floating gate to perform the erase operation.

【0062】次に、読み出し動作時のバイアス例を図4
(b)に示す。同図において、メモリセルM12を選択し
て読み出しを行う場合、第2ビット線RD0 に0V、メ
モリセルM12のソースとなる第2ビット線RD1 に0
V、メモリセルM12のドレインとなる第2ビット線RD
2 に1Vを夫々印加し、メモリセルM12の制御ゲートに
接続しているワード線W1 に5V、その他のワード線W
0 、W2 〜W31に0Vを夫々印加し、ゲート電極STに
0Vを印加して選択トランジスタ20をオフさせ、第1
ビット線の主ビット線BL1 、BL2 は接地状態とす
る。即ち、読み出し動作時には、ワード線Wn と第2ビ
ット線RDn が選択線となる。
Next, an example of the bias during the read operation is shown in FIG.
It shows in (b). In the figure, when the memory cell M 12 is selected for reading, 0 V is applied to the second bit line RD 0 and 0 is applied to the second bit line RD 1 which is the source of the memory cell M 12.
V, the second bit line RD serving as the drain of the memory cell M 12.
1V is applied to 2 respectively, 5V is applied to the word line W 1 connected to the control gate of the memory cell M 12 , and other word lines W
0V is applied to each of 0 and W 2 to W 31, and 0V is applied to the gate electrode ST to turn off the selection transistor 20.
The main bit lines BL 1 and BL 2 of the bit lines are grounded. That is, during the read operation, the word line W n and the second bit line RD n become the selection lines.

【0063】この状態で、メモリセルM12が“1”の状
態(書き込み状態)であれば、このメモリセルM12にオ
ン電流が流れて第2ビット線RD2 の電位が変化し、こ
の第2ビット線RD2 の他端に接続されているセンスア
ンプによりデータ“1”が検出される。一方、メモリセ
ルM12が“0”の状態(消去状態)であれば、このメモ
リセルM12に電流が流れず、第2ビット線RD2 の電位
が変化しないので、この第2ビット線RD2 の他端に接
続されているセンスアンプによりデータ“0”が検出さ
れる。
In this state, if the memory cell M 12 is in the "1" state (write state), an on-current flows through this memory cell M 12 and the potential of the second bit line RD 2 changes, and data "1" is detected by the sense amplifier connected to the other end of the second bit line RD 2. On the other hand, if the memory cell M 12 is in the state of “0” (erased state), no current flows in the memory cell M 12 and the potential of the second bit line RD 2 does not change, so the second bit line RD Data "0" is detected by the sense amplifier connected to the other end of 2 .

【0064】次に、書き込み動作時のバイアス例を図4
(c)に示す。同図において、メモリセルM12を選択し
て書き込みを行う場合、メモリセルのソース/ドレイン
である第2ビット線RD0 〜RD2 は開放状態とし、メ
モリセルM12の制御ゲートに接続しているワード線W1
に−9V、その他のワード線W0 及びW2 〜W31に0V
を夫々印加し、ゲート電極STに5Vを印加して選択ト
ランジスタ20をオンさせることにより、第1ビット線
の主ビット線6とPウェル16からなる副ビット線5と
を導通させ、選択された主ビット線BL2 に18Vを印
加し、非選択の主ビット線BL1 に0Vを印加する。こ
れにより、選択されたメモリセルM12の基板部を構成す
るPウェル16からなる第1ビット線の副ビット線LD
2 に18Vが印加され、非選択の副ビット線LD1 には
0Vが印加される。即ち、消去動作時には、ワード線W
n と第1ビット線BLn 、LDn が選択線となる。
Next, FIG. 4 shows an example of bias in the write operation.
It shows in (c). In the figure, when writing by selecting the memory cell M 12, the source / second bit line RD 0 ~ Rd 2 is the drain of the memory cell is in an open state, connected to the control gates of the memory cells M 12 Existing word line W 1
-9V, and other word lines W 0 and W 2 to W 31 0V
By applying 5 V to the gate electrode ST to turn on the selection transistor 20, the main bit line 6 of the first bit line and the sub-bit line 5 formed of the P well 16 are electrically connected to each other and selected. applying a 18V to the main bit line BL 2, 0V is applied to main the bit lines BL 1 unselected. As a result, the sub-bit line LD of the first bit line formed of the P well 16 forming the substrate portion of the selected memory cell M 12 is formed.
18V is applied to 2 and 0V is applied to the non-selected sub-bit line LD 1 . That is, during the erase operation, the word line W
n and the first bit lines BL n and LD n serve as select lines.

【0065】この書き込み動作時において、選択された
メモリセルM12の制御ゲート(ワード線4)と基板部
(Pウェル16)との間には高電界が印加されるが、こ
の時にトンネル酸化膜(第1ゲート絶縁膜13)(第3
図参照)にかかる電界強度を、消去動作時と同様に、
(3)式を用いて、選択セルM12、非選択セルM11、M
22につき計算すると、夫々、10MV/cm、1MV/
cm、5.5MV/cmとなり、選択セルM12でのみF
Nトンネリングが起こり、浮遊ゲートから基板部に電子
が引き抜かれて書き込み動作が行われる。なお、ここで
の計算においては、消去状態におけるメモリセルのしき
い値電圧Vt を7Vと仮定した。
During this write operation, a high electric field is applied between the control gate (word line 4) of the selected memory cell M 12 and the substrate portion (P well 16). At this time, the tunnel oxide film is formed. (First gate insulating film 13) (Third
The electric field strength applied to the
Using the formula (3), the selected cell M 12 , the non-selected cells M 11 and M
When calculated for 22, each is 10 MV / cm, 1 MV / cm
cm, 5.5 MV / cm, and F only in the selected cell M 12.
N tunneling occurs, electrons are extracted from the floating gate to the substrate portion, and a write operation is performed. In the calculation here, the threshold voltage V t of the memory cell in the erased state is assumed to be 7V.

【0066】以上の説明から分かるように、本実施例の
EEPROMでは、各メモリセルのソース/ドレインを
構成し且つ隣接メモリセルのソース/ドレインと共有さ
れているN+ 拡散層3(第2ビット線RDn )(第3図
参照)には、消去、読み出し及び書き込みの全ての動作
時において、高電圧をかける必要がないため、非選択セ
ルの書き込みディスターブの発生が防止される。
As can be seen from the above description, in the EEPROM of this embodiment, the N + diffusion layer 3 (second bit) which constitutes the source / drain of each memory cell and is shared with the source / drain of the adjacent memory cell is used. Since it is not necessary to apply a high voltage to the line RD n ) (see FIG. 3) during all erase, read and write operations, the occurrence of write disturb in unselected cells is prevented.

【0067】また、メモリセルの消去及び書き込みは、
いずれも、第3図に示すPウェル16からなる基板部と
その上に形成されている浮遊ゲート11との間でのFN
トンネリングによる電子の授受により行われ、且つ、浮
遊ゲート11の下のチャネル領域の全面をトンネル領域
として使用するため、従来のような製造プロセス上の原
因によるメモリセル間の特性のばらつきが殆どなくな
り、また、従来のようにトンネル酸化膜13の特定部位
のみをトンネル領域とした場合に比べてトンネル酸化膜
13の磨耗の平均化による耐久性の向上が見込めるため
にその書き換え可能回数が増加するとともに信頼性寿命
が向上する。
In addition, erasing and writing of memory cells
In both cases, the FN between the substrate portion composed of the P well 16 shown in FIG. 3 and the floating gate 11 formed thereon is used.
Since the electron transfer is performed by tunneling, and the entire surface of the channel region under the floating gate 11 is used as a tunnel region, there is almost no variation in characteristics between memory cells due to the conventional manufacturing process. In addition, the durability can be expected to be improved by averaging the wear of the tunnel oxide film 13 as compared with the conventional case where only a specific portion of the tunnel oxide film 13 is used as a tunnel region. The sexual life is improved.

【0068】以上、本発明を一実施例につき説明した
が、上述の実施例は本発明を限定するものではなく、上
述の実施例に対し本発明の技術的思想に基づく各種の有
効な変更が可能である。例えば、上述の実施例ではビッ
ト単位での書き換え動作を説明したが、従来と同様に一
括での消去又は書き込み動作を行わせることも可能で、
その場合、更に、消去後又は書き込み後のしきい値電圧
分布のばらつきを抑えるために、予め全メモリセルのし
きい値電圧をどちらか一方の状態に揃える動作アルゴリ
ズムを加えることもできる。
Although the present invention has been described with reference to one embodiment, the above embodiment is not intended to limit the present invention, and various effective modifications can be made to the above embodiment based on the technical idea of the present invention. It is possible. For example, although the rewriting operation in bit units has been described in the above-mentioned embodiment, it is possible to carry out a batch erasing or writing operation as in the conventional case.
In that case, in order to further suppress the variation in the threshold voltage distribution after erasing or writing, it is possible to add an operation algorithm for preliminarily aligning the threshold voltages of all the memory cells with one of the states.

【0069】また、上述の実施例では、SOI基板とし
てSIMOX(Separation by IMplanted OXygen) 法に
よる基板を用いたが、エピ成長や貼り合わせ等の製造方
法によるSOI基板を用いることもできる。
Further, in the above-mentioned embodiment, the substrate by the SIMOX (Separation by IMplanted OXygen) method is used as the SOI substrate, but the SOI substrate by the manufacturing method such as epi-growth or bonding can also be used.

【0070】更に、本発明は、浮遊ゲート型の不揮発性
半導体記憶装置に限られず、例えば、チャネル領域上に
シリコン酸化膜を介して形成されたシリコン窒化膜を電
荷蓄積層とするMIOS(Metal Insulator Oxide Sili
con)構造のトラップ型の不揮発性半導体記憶装置にも適
用が可能である。
Further, the present invention is not limited to the floating gate type non-volatile semiconductor memory device, and for example, MIO (Metal Insulator) using a silicon nitride film formed on the channel region via a silicon oxide film as a charge storage layer. Oxide Sili
It is also applicable to a trap type non-volatile semiconductor memory device having a con) structure.

【0071】[0071]

【発明の効果】本発明の不揮発性半導体記憶装置によれ
ば、消去及び書き込みの動作がいずれも、基板部とその
上に形成された電荷蓄積層との間での低消費電力化に対
応したFNトンネリングによる電子の授受により行わ
れ、且つ、チャネル領域の全面をトンネル領域として使
用するために、製造プロセス上の原因によるメモリセル
間の特性のばらつきが小さくなり、また、トンネル絶縁
膜の磨耗が平均化されて耐久性が向上することにより、
従来の不揮発性半導体記憶装置に比べ書き換え可能回数
が増加するとともにメモリセルの信頼性寿命が向上す
る。
According to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, both the erasing operation and the writing operation correspond to the low power consumption between the substrate portion and the charge storage layer formed thereon. Since electron transfer is performed by FN tunneling, and the entire surface of the channel region is used as a tunnel region, variations in characteristics between memory cells due to manufacturing process factors are reduced, and wear of the tunnel insulating film is reduced. By averaging and improving durability,
The number of rewritable times is increased and the reliability life of the memory cell is improved as compared with the conventional nonvolatile semiconductor memory device.

【0072】また、ビット線の方向に配列した所定数の
メモリセルの基板部を連続的に形成してこれを第1ビッ
ト線とし、メモリセルのソース/ドレインを構成する不
純物拡散層を第2ビット線として、消去及び書き込み動
作時には第1ビット線をメモリセルの選択線として用
い、読み出し時にのみ第2ビット線を選択線として用い
ることにより、メモリセルのソース/ドレインを構成す
る不純物拡散層には書き込みディスターブを生じる程の
高電圧を印加する必要がなくなる。従って、ワード線の
方向で隣接するメモリセルにおいて不純物拡散層を互い
に分離するための複雑な分離構造が必要なくなる。
Further, a substrate portion of a predetermined number of memory cells arranged in the direction of the bit line is continuously formed and used as the first bit line, and the impurity diffusion layer forming the source / drain of the memory cell is formed into the second bit line. As the bit line, the first bit line is used as the select line of the memory cell during the erase and write operations, and the second bit line is used as the select line only during the read operation, so that the impurity diffusion layer forming the source / drain of the memory cell is formed. Eliminates the need to apply a high voltage that causes write disturb. Therefore, a complicated isolation structure for isolating the impurity diffusion layers in the memory cells adjacent to each other in the word line direction is not required.

【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EEPROMセルアレ
イの要部概略平面図である。
FIG. 1 is a schematic plan view of a main part of an EEPROM cell array according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のII−II線に沿った断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG.

【図3】図1のIII −III 線に沿った断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.

【図4】図1のEEPROMの各動作時のバイアス例を
示す概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a bias example during each operation of the EEPROM of FIG.

【図5】図1のEEPROMのメモリセルの等価回路図
である。
5 is an equivalent circuit diagram of a memory cell of the EEPROM of FIG.

【図6】本発明の一実施例によるEEPROMの製造方
法を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the EEPROM according to the embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施例によるEEPROMの製造方
法を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the EEPROM according to the embodiment of the present invention.

【図8】本発明の一実施例によるEEPROMの製造方
法を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the EEPROM according to the embodiment of the present invention.

【図9】本発明の一実施例によるEEPROMの製造方
法を示す別の方向から見た断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the EEPROM according to the embodiment of the present invention seen from another direction.

【図10】本発明の一実施例によるEEPROMの製造
方法を示す別の方向から見た断面図である。
FIG. 10 is a sectional view showing the method for manufacturing the EEPROM according to the embodiment of the present invention, as seen from another direction.

【図11】本発明の一実施例によるEEPROMの製造
方法を示す別の方向から見た断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the EEPROM according to the embodiment of the present invention, as seen from another direction.

【図12】本発明の一実施例によるEEPROMの製造
方法を示す別の方向から見た断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the EEPROM according to the embodiment of the present invention as seen from another direction.

【図13】本発明の一実施例によるEEPROMの製造
方法を示す別の方向から見た断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the EEPROM according to the embodiment of the present invention as seen from another direction.

【図14】本発明の一実施例によるEEPROMの製造
方法を示す別の方向から見た断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the EEPROM according to the embodiment of the present invention seen from another direction.

【図15】従来のEEPROMセルアレイの回路図であ
る。
FIG. 15 is a circuit diagram of a conventional EEPROM cell array.

【図16】従来のEEPROMセルアレイの図15のXV
I −XVI 線に沿った方向の断面図である。
FIG. 16: XV of FIG. 15 of a conventional EEPROM cell array
FIG. 6 is a sectional view taken along a line I-XVI.

【図17】従来のEEPROMセルアレイの図15のXV
II−XVII線に沿った方向の断面図である。
FIG. 17: XV of FIG. 15 of a conventional EEPROM cell array
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line II-XVII.

【図18】従来のEEPROMの各動作時のバイアス条
件を示す概念図である。
FIG. 18 is a conceptual diagram showing bias conditions during each operation of the conventional EEPROM.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 素子分離用絶縁膜 3 N+ 拡散層(ソース/ドレイン)(第2ビット線) 4 ワード線(制御ゲート) 5 副ビット線(第1ビット線) 6 主ビット線(第1ビット線) 9 コンタクト孔 11 浮遊ゲート 12 寄生チャネルストッパー用P+ 拡散層 13 第1ゲート絶縁膜(トンネル酸化膜) 14 第2ゲート絶縁膜 15 層間絶縁膜 16 Pウェル 16′P型単結晶シリコン層 17 N型シリコン基板部 18 埋め込み酸化膜層 19 N型単結晶シリコン層 20 選択トランジスタ1 Insulation film for element isolation 3 N + Diffusion layer (source / drain) (second bit line) 4 Word line (control gate) 5 Sub bit line (first bit line) 6 Main bit line (first bit line) 9 Contact hole 11 Floating gate 12 P + diffusion layer for parasitic channel stopper 13 First gate insulating film (tunnel oxide film) 14 Second gate insulating film 15 Interlayer insulating film 16 P well 16 'P-type single crystal silicon layer 17 N-type silicon Substrate part 18 Buried oxide film layer 19 N-type single crystal silicon layer 20 Select transistor

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 29/792 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display area H01L 29/792

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁層の上に設けられた第1導電型の単
結晶半導体層と、 この単結晶半導体層の表面部分に選択的に形成された素
子分離用絶縁膜と、 一対の前記素子分離用絶縁膜に挟まれた領域の前記単結
晶半導体層の表面部分に互いに離隔して形成された一対
の第2導電型の不純物拡散層と、 これら一対の不純物拡散層の間の前記単結晶半導体層の
上に形成された電荷蓄積層と、 この電荷蓄積層の上に形成された制御ゲートとを備える
メモリセルを有することを特徴とする不揮発性半導体記
憶装置。
1. A first-conductivity-type single crystal semiconductor layer provided on an insulating layer, an element isolation insulating film selectively formed on a surface portion of the single crystal semiconductor layer, and a pair of the elements. A pair of second conductivity type impurity diffusion layers formed separately from each other on a surface portion of the single crystal semiconductor layer in a region sandwiched by isolation insulating films, and the single crystal between the pair of impurity diffusion layers. A nonvolatile semiconductor memory device comprising a memory cell including a charge storage layer formed on a semiconductor layer and a control gate formed on the charge storage layer.
【請求項2】 前記電荷蓄積層が、前記一対の不純物拡
散層の間の前記単結晶半導体層の上に第1のゲート絶縁
膜を介して形成された導電膜からなる浮遊ゲートであ
り、この浮遊ゲートの上に第2のゲート絶縁膜を介して
前記制御ゲートが形成されていることを特徴とする請求
項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
2. The charge storage layer is a floating gate formed of a conductive film formed on the single crystal semiconductor layer between the pair of impurity diffusion layers with a first gate insulating film interposed therebetween. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the control gate is formed on the floating gate via a second gate insulating film.
【請求項3】 前記素子分離用絶縁膜及び前記不純物拡
散層のうちの少なくとも一方が前記絶縁層に達する深さ
まで形成されていることを特徴とする請求項1又は2に
記載の不揮発性半導体記憶装置。
3. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1, wherein at least one of the element isolation insulating film and the impurity diffusion layer is formed to a depth reaching the insulating layer. apparatus.
【請求項4】 前記不純物拡散層が前記素子分離用絶縁
膜の側面及び下面に接して形成され、その素子分離用絶
縁膜を挟んで隣接する2つの前記メモリセルの不純物拡
散層が互いに連続して形成されていることを特徴とする
請求項1〜3のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記
憶装置。
4. The impurity diffusion layer is formed in contact with a side surface and a lower surface of the element isolation insulating film, and the impurity diffusion layers of two memory cells adjacent to each other with the element isolation insulating film interposed therebetween are continuous with each other. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the nonvolatile semiconductor memory device is formed by:
【請求項5】 前記メモリセルがマトリクス状に配置さ
れてセルアレイを構成し、 前記制御ゲートが前記セルアレイの行方向に連続的に形
成されてワード線を構成し、 前記素子分離用絶縁膜及び前記不純物拡散層が前記セル
アレイの列方向に連続的に形成され、 各メモリセルを構成する前記一対の不純物拡散層の間の
前記単結晶半導体層からなる基板部が、前記セルアレイ
の列方向に配列した各所定数のメモリセルにおいて連続
的に形成されていることを特徴とする請求項3又は4に
記載の不揮発性半導体記憶装置。
5. The memory cells are arranged in a matrix to form a cell array, the control gate is continuously formed in a row direction of the cell array to form a word line, the insulating film for element isolation and the Impurity diffusion layers are continuously formed in the column direction of the cell array, and the substrate portion made of the single crystal semiconductor layer between the pair of impurity diffusion layers forming each memory cell is arranged in the column direction of the cell array. 5. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 3, wherein each of the predetermined number of memory cells is continuously formed.
【請求項6】 前記セルアレイの列方向に配列した前記
各所定数のメモリセルの前記列方向における両端部に夫
々選択用トランジスタが形成されていることを特徴とす
る請求項5に記載の不揮発性半導体記憶装置。
6. The non-volatile semiconductor according to claim 5, wherein selection transistors are formed at both ends of each of the predetermined number of memory cells arranged in the column direction of the cell array in the column direction. Storage device.
【請求項7】 前記セルアレイの列方向に形成された第
1ビット線と、前記セルアレイの列方向に連続する前記
不純物拡散層で構成された第2ビット線とを有し、前記
第1ビット線が、前記セルアレイの列方向に配列した前
記各所定数のメモリセルにおいて連続する前記基板部に
前記選択用トランジスタを介して電気的に接続されてい
ることを特徴とする請求項6に記載の不揮発性半導体記
憶装置。
7. A first bit line formed in the column direction of the cell array, and a second bit line formed of the impurity diffusion layer continuous in the column direction of the cell array. 7. The non-volatile memory according to claim 6, wherein is electrically connected to the continuous substrate portion in each of the predetermined number of memory cells arranged in the column direction of the cell array via the selection transistor. Semiconductor memory device.
【請求項8】 第2導電型の半導体基板の所定深さ位置
に絶縁層を形成して、この絶縁層より上の前記半導体基
板の部分を第2導電型の半導体層とする工程と、 素子分離領域となる前記半導体層の表面部分に第2導電
型の不純物を更に導入する工程と、 素子分離領域となる前記半導体層の前記表面部分を選択
的に酸化して素子分離用絶縁膜を形成するとともに、そ
の素子分離用絶縁膜の両側及び下側の前記半導体層の部
分に第2導電型の高濃度不純物拡散層を形成する工程
と、 少なくとも前記素子分離用絶縁膜をマスクとして前記半
導体層に第1導電型の不純物を導入した後、熱処理を施
して、前記半導体層に第1導電型の基板部を形成すると
ともに、前記第2導電型の高濃度不純物拡散層を確実に
前記絶縁層に達する深さまで形成する工程と、 前記基板部及びこの基板部の両側に形成された一対の前
記第2導電型の高濃度不純物拡散層の上に第1の絶縁膜
を形成する工程と、 この第1の絶縁膜の上に浮遊ゲートを形成する工程と、 この浮遊ゲートの上に第2の絶縁膜を形成する工程と、 この第2の絶縁膜の上に制御ゲートを形成する工程とを
有することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造
方法。
8. A step of forming an insulating layer at a predetermined depth position of a second conductivity type semiconductor substrate, and making a portion of the semiconductor substrate above the insulation layer a second conductivity type semiconductor layer, A step of further introducing a second conductivity type impurity into a surface portion of the semiconductor layer to be an isolation region, and selectively oxidizing the surface portion of the semiconductor layer to be an element isolation region to form an element isolation insulating film And forming a second-conductivity-type high-concentration impurity diffusion layer on both sides and underside of the element isolation insulating film, the semiconductor layer using at least the element isolation insulating film as a mask. After first-conductivity-type impurities are introduced into the semiconductor layer, heat treatment is performed to form a first-conductivity-type substrate portion in the semiconductor layer, and the second-conductivity-type high-concentration impurity diffusion layer is reliably formed in the insulating layer. Process to reach depth And a step of forming a first insulating film on the substrate portion and a pair of the second-conductivity-type high-concentration impurity diffusion layers formed on both sides of the substrate portion, and on the first insulating film. And a step of forming a floating gate on the floating gate, a step of forming a second insulating film on the floating gate, and a step of forming a control gate on the second insulating film. Of manufacturing a non-volatile semiconductor memory device.
【請求項9】 前記浮遊ゲート及び前記制御ゲートを夫
々多結晶シリコン膜で形成することを特徴とする請求項
8に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
9. The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 8, wherein the floating gate and the control gate are each formed of a polycrystalline silicon film.
【請求項10】 第2導電型の半導体基板の所定深さ位
置に絶縁層を形成して、この絶縁層より上の前記半導体
基板の部分を第2導電型の半導体層とする工程と、 素子分離領域となる前記半導体層の表面部分に第2導電
型の不純物を更に導入する工程と、 素子分離領域となる前記半導体層の前記表面部分を選択
的に酸化して素子分離用絶縁膜を形成するとともに、そ
の素子分離用絶縁膜の両側及び下側の前記半導体層の部
分に第2導電型の高濃度不純物拡散層を形成する工程
と、 選択用トランジスタのチャネルを形成すべき部分の前記
半導体層の上にイオン注入マスクを形成する工程と、 このイオン注入マスク及び前記素子分離用絶縁膜をマス
クとして前記半導体層に第1導電型の不純物を導入した
後、熱処理を施して、前記半導体層に第1導電型の基板
部を形成するとともに、前記第2導電型の高濃度不純物
拡散層を確実に前記絶縁層に達する深さまで形成する工
程と、 前記イオン注入マスクを除去した後、前記基板部及びこ
の基板部の両側に形成された一対の前記第2導電型の高
濃度不純物拡散層並びに前記第1導電型の不純物が導入
されなかった部分の前記半導体層の上に第1の絶縁膜を
形成する工程と、 全面に第1の多結晶シリコン膜を形成し、これをパター
ニングして、前記基板部及び前記一対の第2導電型の高
濃度不純物拡散層の上の部分の前記第1の絶縁膜の上に
浮遊ゲートを形成するとともに、前記第1導電型の不純
物が導入されなかった部分の上の前記第1の絶縁膜の上
に前記選択用トランジスタのゲートの下半部を形成する
工程と、 前記浮遊ゲートの上に第2の絶縁膜を形成する工程と、 全面に第2の多結晶シリコン膜を形成し、これをパター
ニングして、前記第2の絶縁膜の上に制御ゲートを形成
するとともに、前記選択用トランジスタのゲートの前記
下半部の上に前記選択用トランジスタのゲートの上半部
を形成する工程と、 前記素子分離用絶縁膜、前記制御ゲート及び前記選択用
トランジスタのゲートをマスクとして前記基板部に第1
導電型の不純物を更に導入し、第1導電型の高濃度不純
物拡散層を形成する工程とを有することを特徴とする不
揮発性半導体記憶装置の製造方法。
10. A step of forming an insulating layer at a predetermined depth position of a second conductivity type semiconductor substrate, and making a portion of the semiconductor substrate above the insulation layer the second conductivity type semiconductor layer. A step of further introducing a second conductivity type impurity into a surface portion of the semiconductor layer to be an isolation region, and selectively oxidizing the surface portion of the semiconductor layer to be an element isolation region to form an element isolation insulating film And forming a second-conductivity-type high-concentration impurity diffusion layer on both sides and the lower side of the element isolation insulating film, and the semiconductor of the portion where the channel of the selection transistor is to be formed. Forming an ion implantation mask on the layer, and using the ion implantation mask and the isolation insulating film as a mask to introduce impurities of the first conductivity type into the semiconductor layer, and then subjecting the semiconductor layer to a heat treatment. In first Forming a conductive type substrate portion and forming the second conductive type high-concentration impurity diffusion layer to a depth that reliably reaches the insulating layer; and after removing the ion implantation mask, the substrate portion and this A first insulating film is formed on the pair of second-conductivity-type high-concentration impurity diffusion layers formed on both sides of the substrate and the semiconductor layer in a portion where the first-conductivity-type impurities are not introduced. Steps: forming a first polycrystalline silicon film on the entire surface, patterning the first polycrystalline silicon film, and patterning the first polycrystalline silicon film to form a portion of the first insulating film on the substrate portion and the pair of second-conductivity-type high-concentration impurity diffusion layers. Forming a floating gate on the first insulating film and forming a lower half of the gate of the selecting transistor on the first insulating film on a portion where the first conductivity type impurity is not introduced; , Above the floating gate Forming a second insulating film, forming a second polycrystalline silicon film on the entire surface, and patterning the second polycrystalline silicon film to form a control gate on the second insulating film; Forming an upper half of the gate of the selection transistor on the lower half of the gate, and using the element isolation insulating film, the control gate, and the gate of the selection transistor as a mask to form a second pattern on the substrate section. 1
And a step of further introducing a conductive type impurity to form a high-concentration impurity diffusion layer of the first conductive type.
【請求項11】 浮遊ゲートと制御ゲートとの複合ゲー
ト構造を有するメモリセルがマトリクス状に配置された
セルアレイを備え、 このセルアレイの行方向に配列した各メモリセルの制御
ゲートに電気的に接続されて前記セルアレイの行線を構
成する複数のワード線と、 前記セルアレイの列方向に配列した各メモリセルの基板
部に電気的に接続され且つ書き込み動作時及び消去動作
時にメモリセルの選択線として機能する複数の第1ビッ
ト線と、 前記セルアレイの列方向に配列した各メモリセルのソー
ス又はドレインに電気的に接続され且つ読み出し動作時
にメモリセルの選択線として機能する複数の第2ビット
線とを有することを特徴とする不揮発性半導体記憶装
置。
11. A memory cell having a composite gate structure of a floating gate and a control gate is arranged in a matrix, and the memory cell is electrically connected to the control gates of the memory cells arranged in the row direction of the cell array. And a plurality of word lines forming row lines of the cell array, and electrically connected to the substrate portion of each memory cell arranged in the column direction of the cell array, and functioning as a memory cell selection line during a write operation and an erase operation. A plurality of first bit lines and a plurality of second bit lines electrically connected to the source or drain of each memory cell arranged in the column direction of the cell array and functioning as a select line of the memory cell during a read operation. A non-volatile semiconductor memory device having.
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