JPH08204031A - Manufacture of nonvolatile semiconductor memory element - Google Patents

Manufacture of nonvolatile semiconductor memory element

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JPH08204031A
JPH08204031A JP1146995A JP1146995A JPH08204031A JP H08204031 A JPH08204031 A JP H08204031A JP 1146995 A JP1146995 A JP 1146995A JP 1146995 A JP1146995 A JP 1146995A JP H08204031 A JPH08204031 A JP H08204031A
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JP
Japan
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film
gate
floating gate
silicon
insulating film
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Pending
Application number
JP1146995A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Hakozaki
謙治 箱崎
Naoyuki Niimura
尚之 新村
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Publication of JPH08204031A publication Critical patent/JPH08204031A/en
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Abstract

PURPOSE: To obtain a nonvolatile semiconductor memory element in which the counter area of a control gate with a floating gate is increased and in which a gate coupling ratio is increased by a method wherein an insulating film is formed on the floating gate and the height of a sidewall formed on the side part of the floating gate is made high. CONSTITUTION: A first silicon film 3 which is used as a floating-gate material and a first insulating film 4 are formed on a semiconductor substrate 1 so as to be patterned to be a prescribed shape. A second silicon film 5 is formed on the whole face, it is etched back, a sidewall is formed, the insulating film 4 is removed by phosphoric acid, and a protruding part which is higher than the height of the silicon film 3 and which is composed of the silicon film 5 is formed on the side face part of the silicon film 3. Then, the insulating film 4 is removed, an ONO film 6 is formed on the whole face, and a polycide film 7 is formed additionally. Then, the polycide film 7, the ONO film 6 and the silicon films 3, 5 are patterned. Thereby, the counter area of a control gate with a floating gate is increased.

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、不揮発性半導体メモリ
素子の製造方法に関し、更に詳しくは、ビット毎に孤立
して第1のゲート電極(フローティングゲート)と第2
のゲート電極(コントロールゲート)とを有するMOS
構造の不揮発性メモリ素子の製造方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a non-volatile semiconductor memory device, and more particularly, it is isolated for each bit by a first gate electrode (floating gate) and a second gate electrode.
Having a gate electrode (control gate) of
The present invention relates to a method of manufacturing a nonvolatile memory device having a structure.

【0002】[0002]

【従来技術】図3、図4及び図5を用いて、従来のビッ
ト毎に孤立している第1のゲート(フローティングゲー
ト)と第2のゲート(コントロールゲート)とを有する
MOS構造の不揮発性メモリ素子の製造工程を説明す
る。尚、図3はビット毎に孤立している第1のゲート
(フローティングゲート)と第2のゲート(コントロー
ルゲート)とを有するMOS構造の不揮発性メモリ素子
の平面図であり、図4は同MOS構造の不揮発性メモリ
素子の図3におけるX−X’断面の製造工程図、図5は
同MOS構造の不揮発性メモリ素子の図3におけるY−
Y’断面の製造工程図である。図3乃至図5において、
21はシリコン基板、22はトンネル酸化膜、23はフ
ローティングゲートとなるポリシリコン膜、24はON
O膜、7、25はコントロールゲートとなるポリサイド
膜、26はソース領域、27はドレイン領域、11、2
8はフィールド酸化膜、12は活性領域を示す。
2. Description of the Related Art A conventional non-volatile MOS structure having a first gate (floating gate) and a second gate (control gate) which are isolated for each bit, with reference to FIGS. 3, 4 and 5. The manufacturing process of the memory device will be described. 3 is a plan view of a non-volatile memory element having a MOS structure having a first gate (floating gate) and a second gate (control gate) which are isolated for each bit, and FIG. 3 is a manufacturing process diagram of the cross section XX 'of the nonvolatile memory element having the structure shown in FIG. 3, and FIG.
It is a manufacturing process drawing of Y'section. 3 to 5,
Reference numeral 21 is a silicon substrate, 22 is a tunnel oxide film, 23 is a polysilicon film to be a floating gate, and 24 is ON.
O film, 7 and 25 are polycide films serving as control gates, 26 is a source region, 27 is a drain region, 11, 2
Reference numeral 8 indicates a field oxide film, and 12 indicates an active region.

【0003】まず、P型不純物が導入しているシリコン
基板21上に、公知技術により膜厚が300nm程度の
フィールド酸化膜28を形成する(図4(a)、図5
(a))。
First, a field oxide film 28 having a film thickness of about 300 nm is formed on a silicon substrate 21 into which P-type impurities are introduced by a known technique (FIGS. 4A and 5).
(A)).

【0004】次に、膜厚が8〜13nm程度のトンネル
酸化膜22を熱酸化法により形成し、トンネル酸化膜2
2上にフローティングゲートとなる100〜300nm
程度のポリシリコン膜23をCVD法により形成し、リ
ンをイオン注入等でポリシリコン膜23内にドーピング
し、熱処理により活性化を行う。このとき、リンの体積
濃度は1019〜1020/cm3程度とする(図4
(b)、図5(b))。
Next, a tunnel oxide film 22 having a film thickness of about 8 to 13 nm is formed by a thermal oxidation method, and the tunnel oxide film 2 is formed.
100-300nm which becomes a floating gate on 2
A polysilicon film 23 of a certain degree is formed by a CVD method, phosphorus is doped into the polysilicon film 23 by ion implantation or the like, and activation is performed by heat treatment. At this time, the volume concentration of phosphorus is set to about 10 19 to 10 20 / cm 3 (FIG. 4).
(B), FIG. 5 (b)).

【0005】次に、公知のフォトリソグラフィ・エッチ
ング工程を用いて、ポリシリコン膜23を活性領域12
と平行方向に形成する(図4(c)、図5(c))。そ
の後、ポリシリコン膜23上に熱酸化法、CVD法等を
用いてONO膜24(酸化膜換算で膜厚が13〜25n
m程度)を形成し、続いて、コントロールゲートとし
て、ポリサイド膜25(タングステンシリサイド(WS
i)(膜厚100nm)/ポリシリコン(Poly−S
i)(膜厚100nm))を形成する(図4(d)、図
5(d))。
Next, the polysilicon film 23 is formed on the active region 12 by using a known photolithography etching process.
Is formed in a direction parallel to (FIGS. 4C and 5C). After that, the ONO film 24 (having a film thickness of 13 to 25 n in terms of oxide film) is formed on the polysilicon film 23 by using a thermal oxidation method, a CVD method, or the like.
m) is formed, and then a polycide film 25 (tungsten silicide (WS) is formed as a control gate.
i) (film thickness 100 nm) / polysilicon (Poly-S
i) (film thickness 100 nm)) is formed (FIGS. 4D and 5D).

【0006】次に、公知のフォトリソグラフィ・エッチ
ング工程を用いて、ポリシリコン膜23に対して垂直方
向にポリサイド膜25、ONO膜24を所定の形状にエ
ッチングし、続いて、ポリサイド膜25及びONO膜2
4をマスクにポリシリコン膜23をエッチングする。こ
の工程で、フローティングゲート23は、ビット毎に孤
立する。その後、ヒ素等をイオン注入法等で注入し、N
+の拡散領域を活性化領域表面に形成し、ソース領域2
6及びドレイン領域27を形成する(図4(e)、図5
(e))。
Next, the polycide film 25 and the ONO film 24 are etched into a predetermined shape in a direction perpendicular to the polysilicon film 23 by using a well-known photolithography etching process, and subsequently, the polycide film 25 and the ONO film are etched. Membrane 2
The polysilicon film 23 is etched by using 4 as a mask. In this step, the floating gate 23 is isolated bit by bit. After that, arsenic or the like is implanted by an ion implantation method or the like, and N
A diffusion region of + is formed on the surface of the activation region, and the source region 2
6 and the drain region 27 are formed (FIG. 4E, FIG.
(E)).

【0007】その後、全面に400nm程度のCVD酸
化膜等を堆積して、公知のフォトリソグラフィ・エッチ
ング法で、コンタクトホールを開口し、メタル配線を形
成する。
After that, a CVD oxide film or the like having a thickness of about 400 nm is deposited on the entire surface, a contact hole is opened by a known photolithography etching method, and a metal wiring is formed.

【0008】上述の工程で形成された不揮発性メモリ素
子におけるデータ書き込みは、ホットエレクトロン注入
法やFN(Fowler−Nordheim)法等の方
法で、フローティングゲートに電子を注入することによ
り、しきい値電圧を上げることで書き込みを行う。
Data writing in the non-volatile memory element formed in the above steps is performed by injecting electrons into the floating gate by a method such as a hot electron injection method or an FN (Fowler-Nordheim) method, whereby a threshold voltage is obtained. Write by raising.

【0009】例えば、データの読み出しは、、コントロ
ールゲートを3V、ドレイン領域を3V、ソース領域を
0Vにして行う。データの書き込みは、コントロールゲ
ートを12V、ドレイン領域を5V、ソース領域を0V
にし、チャネルホットエレクトロン注入法で、フローテ
ィングゲートに電子を注入することにより、しきい値電
圧を上げることで書き込みを行う。また、データの消去
はコントロールゲートを−11V、ドレイン領域を0
V、ソース領域を6Vにし、FNトンネル現象で電子を
フローティングゲートからソース領域に引き抜き、しき
い値電圧を下げることで消去を行う。
For example, data reading is performed by setting the control gate to 3V, the drain region to 3V, and the source region to 0V. For data writing, the control gate is 12V, the drain region is 5V, and the source region is 0V.
Then, writing is performed by increasing the threshold voltage by injecting electrons into the floating gate by the channel hot electron injection method. For erasing data, the control gate is -11V and the drain region is 0.
V and source regions are set to 6 V, electrons are extracted from the floating gate to the source regions by the FN tunnel phenomenon, and the threshold voltage is lowered to perform erasing.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】フラッシュメモリの書
き込みは、上述したように、ドレイン領域とゲート電極
に正の高電圧を印加することにより、ホットエレクトロ
ンを発生させ、これらホットエレクトロンがトンネル酸
化膜のエネルギー障壁を飛び越えてフローティングゲー
ト内に注入される現象により行われる。このとき書き込
み速度は、ゲートの電圧により生じるトンネル酸化膜に
かかる基板表面に対して垂直方向(縦方向)の電界と、
ドレイン領域の電圧により生じる基板表面に対して平行
方向(横方向)の電界の強さで決定される。
As described above, in the writing of the flash memory, hot electrons are generated by applying a positive high voltage to the drain region and the gate electrode, and these hot electrons are generated in the tunnel oxide film. This is performed by the phenomenon of jumping over the energy barrier and being injected into the floating gate. At this time, the writing speed is the electric field in the direction (vertical direction) perpendicular to the substrate surface applied to the tunnel oxide film generated by the gate voltage,
It is determined by the strength of the electric field in the direction parallel to the substrate surface (lateral direction) generated by the voltage of the drain region.

【0011】このため、書き込み速度を向上させるため
には、縦方向及び横方向の電界を強くすればよい。この
うち、縦方向の電界、即ち、トンネル酸化膜にかかる電
界はフローティングゲートとチャネル部との間の静電容
量と、フローティングゲート/コントロールゲート間の
静電容量との比(ゲートカップリング比)により決定す
ることが知られている。静電容量は対向する電極の面積
に比例し、電極間の距離に逆比例するので、先の静電容
量比を大きくするためにはトンネル酸化膜、フローティ
ングゲートとコントロールゲートとの間のONO膜の膜
厚が出来る限り薄い方が好ましく、また、フローティン
グゲートとチャネル部が対向する面積に対する、フロー
ティングゲートとコントロールゲートの対向面積の比を
大きくすることが好ましい。
Therefore, in order to improve the writing speed, the electric fields in the vertical and horizontal directions may be strengthened. Of these, the vertical electric field, that is, the electric field applied to the tunnel oxide film, is the ratio of the capacitance between the floating gate and the channel portion to the capacitance between the floating gate and the control gate (gate coupling ratio). It is known to be decided by. Since the capacitance is proportional to the area of the electrodes facing each other and inversely proportional to the distance between the electrodes, the tunnel oxide film and the ONO film between the floating gate and the control gate must be used to increase the capacitance ratio. Is preferably as thin as possible, and it is preferable that the ratio of the facing area of the floating gate and the control gate to the facing area of the floating gate and the channel portion is increased.

【0012】しかし、トンネル酸化膜は現状でも6〜2
0nmと薄く、これ以上薄い酸化膜を形成することは非
常に難しい。また、上記ONO膜の膜厚についても同様
に、薄い膜を形成することは難しい。更に、書き込みに
よりフローティングゲートに蓄積した電子は保持されな
ければならないが、フローティングゲートの回りは酸化
膜、ONO膜等の絶縁膜で覆われており、フローティン
グゲート中の電子はこれらの絶縁膜により絶縁され、電
子がフローティングゲートから抜け出るのを防いでい
る。
However, the tunnel oxide film is currently 6-2.
It is very difficult to form an oxide film as thin as 0 nm and thinner. Similarly, regarding the film thickness of the ONO film, it is difficult to form a thin film. Further, the electrons accumulated in the floating gate by writing must be retained, but the surroundings of the floating gate are covered with an insulating film such as an oxide film or an ONO film, and the electrons in the floating gate are insulated by these insulating films. This prevents electrons from exiting the floating gate.

【0013】したがって、トンネル酸化膜、ONO膜と
もに極端に薄くしてしまうと、フローティングゲートの
絶縁性が薄れ、フローティングゲート中の電子の保持が
難しくなる。
Therefore, if both the tunnel oxide film and the ONO film are made extremely thin, the insulating property of the floating gate is weakened, and it becomes difficult to retain electrons in the floating gate.

【0014】以上のことから、フローティングゲートと
チャネル部の面積に対するフローティングゲートとコン
トロールゲートとの対向面積の比を大きくすることが有
効である。
From the above, it is effective to increase the ratio of the facing area of the floating gate and the control gate to the area of the floating gate and the channel portion.

【0015】書き込み速度を向上させるため、ゲートカ
ップリング比を上げる手段(第2の従来技術)として、
図6に示すように、フローティングゲートの側壁にフロ
ーティングゲートと同じ材質からなるサイドウォールを
形成して、コントロールゲートとフローティングゲート
との対向面積を大きくし、ゲートカップリング比を向上
させる方法が提案されている(特開平2−2685号公
報)。
As means for increasing the gate coupling ratio (second prior art) to improve the writing speed,
As shown in FIG. 6, a method has been proposed in which a sidewall made of the same material as the floating gate is formed on the sidewall of the floating gate to increase the facing area between the control gate and the floating gate to improve the gate coupling ratio. (JP-A-2-2685).

【0016】この方法においては、増加するフローティ
ングゲートとコントロールゲートとの間の対向面積はフ
ローティングゲート側壁に形成されたサイドウォールの
曲面の面積であり、ここで増加する面積はサイドウォー
ルの高さと幅によって決まる。即ち、フローティングゲ
ートの高さ(サイドウォールの高さに相当)とサイドウ
ォール形成時に堆積する多結晶シリコンの膜厚(サイド
ウォールの幅に相当)で増加することのできる面積は決
まってしまう。
In this method, the increasing facing area between the floating gate and the control gate is the area of the curved surface of the sidewall formed on the floating gate sidewall, and the increasing area is the height and width of the sidewall. Depends on That is, the area that can be increased is determined by the height of the floating gate (corresponding to the height of the sidewall) and the film thickness of the polycrystalline silicon deposited when forming the sidewall (corresponding to the width of the sidewall).

【0017】したがって、メモリセルサイズを縮小する
場合には、フローティングゲートの高さは低く、サイド
ウォールの幅は小さくするのが理想であるので、サイド
ウォールの大きさは小さくなり、コントロールゲートと
フローティングゲートとの対向面積を増大する効果は薄
くなる。尚、図6において、29はポリシリコン膜を示
す。
Therefore, when the memory cell size is reduced, it is ideal that the height of the floating gate is low and the width of the side wall is small. Therefore, the size of the side wall is small and the control gate and the floating gate are small. The effect of increasing the facing area with the gate is reduced. In FIG. 6, reference numeral 29 represents a polysilicon film.

【0018】また、第3の従来技術として、図7に示す
ように、容量を大きくするために、フローティングゲー
ト上に突起部を1つ設ける方法が提案されている(特開
平4−364786号公報)。しかし、この製造工程で
は、トランジスタが微細化されてゲート長が短くなった
場合にアライメントマージンが十分取れなくなるという
問題点が生じます。また、突起部の高さを高くすると、
コントロールゲートのカバレッジが悪くなり、断線が生
じやすくなります。
As a third conventional technique, as shown in FIG. 7, a method has been proposed in which one protrusion is provided on the floating gate in order to increase the capacitance (Japanese Patent Laid-Open No. 4-364786). ). However, this manufacturing process has a problem that the alignment margin cannot be sufficiently obtained when the transistor is miniaturized and the gate length is shortened. Also, if the height of the protrusion is increased,
The control gate coverage is poor and disconnection is likely to occur.

【0019】また、第3の従来技術の工程を用いた場
合、フローティングゲートをパターニグする場合、フォ
トエッチング工程が4回必要となる。尚、図7におい
て、30はシリコン酸化膜、31はレジスト膜、32は
ポリシリコン膜を示す。
Further, when the third prior art process is used, the photoetching process is required four times when patterning the floating gate. In FIG. 7, 30 is a silicon oxide film, 31 is a resist film, and 32 is a polysilicon film.

【0020】そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、ゲ
ートカップリング比の高い不揮発性半導体メモリ素子の
製造方法を提供することを目的とする。
In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a non-volatile semiconductor memory device having a high gate coupling ratio.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の本発明
の不揮発性半導体メモリ素子の製造方法は、半導体基板
上にトンネル酸化膜を介して全面にフローティングゲー
ト材料となる第1のシリコン膜及び第1の絶縁膜を形成
する工程と、上記第1のシリコン膜及び上記第1の絶縁
膜を所定の形状にパターニングする工程と、全面に第2
のシリコン膜を形成し、エッチバックすることによりサ
イドウォールを形成する工程と、上記第1の絶縁膜を除
去し、上記第1のシリコン膜の一対の側面部に該第1の
シリコン膜表面より高さの高い、第2のシリコン膜から
なる凸部を形成する工程と、全面に第2の絶縁膜を形成
し、該第2の絶縁膜上にコントロールゲート材料となる
導電膜と形成する工程と、フォトエッチングにより、上
記導電層、上記第2の絶縁膜及び上記第1及び第2のシ
リコン膜を所定の形状にパターニングする工程とを有す
ることを特徴とするものである。
According to the method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention as set forth in claim 1, a first silicon film serving as a floating gate material is entirely formed on a semiconductor substrate through a tunnel oxide film. And a step of forming a first insulating film, a step of patterning the first silicon film and the first insulating film into a predetermined shape, and a second step over the entire surface.
Forming a side wall of the first silicon film by forming a side wall by etching back the side wall of the first side of the first silicon film from the surface of the first side silicon film. A step of forming a convex portion made of a second silicon film having a high height, and a step of forming a second insulating film on the entire surface and forming a conductive film to be a control gate material on the second insulating film. And a step of patterning the conductive layer, the second insulating film, and the first and second silicon films into a predetermined shape by photoetching.

【0022】また、請求項2記載の本発明の不揮発性半
導体メモリ素子の製造方法は、上記第1の絶縁膜にシリ
コン窒化膜を用いたことを特徴とする、請求項1記載の
不揮発性半導体メモリ素子の製造方法である。
A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to a second aspect of the present invention is characterized in that a silicon nitride film is used as the first insulating film. It is a method of manufacturing a memory device.

【0023】[0023]

【作用】上記構成により、フローティングゲート上に形
成した絶縁膜により、フローティングゲート側部に形成
されたサイドウォールの高さを高くすることができるた
め、コントロールゲートとフローティングゲートとの対
向面積を大きくすることができ、ゲートカップリング比
を高くすることができる。
With the above structure, the insulating film formed on the floating gate can increase the height of the sidewall formed on the side portion of the floating gate, thereby increasing the facing area between the control gate and the floating gate. Therefore, the gate coupling ratio can be increased.

【0024】従って、微細なセルでも高いゲートカップ
リング比を実現でき、書き込み速度を向上させることが
できる。
Therefore, a high gate coupling ratio can be realized even in a fine cell, and the writing speed can be improved.

【0025】[0025]

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明について詳細
に説明する。
EXAMPLES The present invention will be described in detail below based on examples.

【0026】図1は本発明の一の実施例の、ビット毎に
孤立しているフローティングゲートとコントロールゲー
トとを有するMOS構造の不揮発性メモリ素子の製造工
程の図3におけるX−X’断面図であり、図2は同Y−
Y’断面図である。尚、図1及び図2において、1はシ
リコン基板、2はトンネル酸化膜、3はフローティング
ゲートとなる第1のポリシリコン膜、4はシリコン窒化
膜、5はフローティングゲート3の側壁に設けられる凸
部となる第2ポリシリコン膜、6はONO膜、7はポリ
サイド膜、8はソース領域、9はドレイン領域、11は
フィールド酸化膜、12は活性領域を示している。以下
に、本発明の一実施例を図1、図2及び図3を用いて詳
細に説明する。
FIG. 1 is a sectional view taken along line XX 'in FIG. 3 showing a manufacturing process of a nonvolatile memory device having a MOS structure having a floating gate and a control gate which are isolated for each bit according to an embodiment of the present invention. And FIG. 2 shows the same Y-
It is a Y'sectional view. 1 and 2, 1 is a silicon substrate, 2 is a tunnel oxide film, 3 is a first polysilicon film that serves as a floating gate, 4 is a silicon nitride film, and 5 is a protrusion provided on the sidewall of the floating gate 3. Is a second polysilicon film, 6 is an ONO film, 7 is a polycide film, 8 is a source region, 9 is a drain region, 11 is a field oxide film, and 12 is an active region. An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. 1, 2 and 3.

【0027】まず、P型不純物の導入してあるシリコン
基板1上に、公知技術により、膜厚が300nm程度の
フィールド酸化膜11を形成する(図1(a)、図2
(a))。
First, a field oxide film 11 having a film thickness of about 300 nm is formed on a silicon substrate 1 into which a P-type impurity has been introduced by a known technique (FIGS. 1A and 2).
(A)).

【0028】続いて、活性領域上に膜厚が8〜13nm
程度のトンネル酸化膜2を熱酸化法により形成し、トン
ネル酸化膜2上にフローティングゲートとなる第1のポ
リシリコン膜3をCVD法で膜厚が100nm程度とな
るように堆積させ、その上にシリコン窒化膜をCVD法
で膜厚が50nm程度となるように堆積させる(図1
(b)、図2(b))。
Subsequently, a film thickness of 8 to 13 nm is formed on the active region.
A tunnel oxide film 2 having a thickness of about 1 nm is formed by a thermal oxidation method, and a first polysilicon film 3 to be a floating gate is deposited on the tunnel oxide film 2 by a CVD method so as to have a film thickness of about 100 nm, and is deposited thereon. A silicon nitride film is deposited by a CVD method so as to have a film thickness of about 50 nm (see FIG. 1).
(B), FIG. 2 (b)).

【0029】次に、をフォトリソグラフィ法により、活
性領域となる領域上の第1のポリシリコン膜3とシリコ
ン窒化膜4上にレジストマスク(図示せず)を形成し、
選択的にRIE法で第1のポリシリコン膜3及びシリコ
ン窒化膜4をパターニングする(図1(c)、図2
(c)、図3)。
Next, a resist mask (not shown) is formed on the first polysilicon film 3 and the silicon nitride film 4 on the region to be the active region by photolithography,
The first polysilicon film 3 and the silicon nitride film 4 are selectively patterned by the RIE method (FIGS. 1C and 2).
(C), FIG. 3).

【0030】次に、第2のポリシリコン膜5をCVD法
で膜厚が50nm程度となるように堆積させ、RIE法
でエッチバックすることによりサイドウォールを形成し
た後、シリコン窒化膜4をリン酸等で除去する(図1
(d)、図2(d))。シリコン窒化膜とシリコン酸化
膜とはリン酸等に対して高い選択性を有しているので、
シリコン窒化膜のエッチングの際、フィールド酸化膜の
膜減りは生じない。の結果、フローティングゲートとな
る第1のポリシリコン膜3の側部に該第1のポリシリコ
ン膜3の高さより高い第2のポリシリコン膜5からなる
凸部が形成される。
Next, a second polysilicon film 5 is deposited by the CVD method so as to have a film thickness of about 50 nm, and a sidewall is formed by etching back by the RIE method, and then the silicon nitride film 4 is phosphorus. Remove with acid etc. (Fig. 1
(D), FIG. 2 (d)). Since the silicon nitride film and the silicon oxide film have high selectivity with respect to phosphoric acid and the like,
When the silicon nitride film is etched, the field oxide film is not reduced. As a result, a convex portion made of the second polysilicon film 5 which is higher than the height of the first polysilicon film 3 is formed on the side portion of the first polysilicon film 3 which becomes the floating gate.

【0031】その後、フローティングゲートとなる第1
のポリシリコン膜3上を熱酸化して薄い酸化膜を形成
し、その上にCVD法等を用いて、シリコン窒化膜及び
酸化膜を堆積させONO膜6(酸化膜換算で膜厚が13
〜25nm)を形成し、コントロールゲートとしてポリ
サイド膜7(タングステンシリサイド(膜厚約100n
m)/第3のポリシリコン膜(膜厚約100nm))を
形成する。
After that, the first gate becomes a floating gate.
The polysilicon film 3 is thermally oxidized to form a thin oxide film, and a silicon nitride film and an oxide film are deposited on the thin oxide film by a CVD method or the like to form an ONO film 6 (having a film thickness of 13 in terms of oxide film).
.About.25 nm) is formed, and the polycide film 7 (tungsten silicide (film thickness: about 100 n
m) / third polysilicon film (film thickness of about 100 nm)).

【0032】次に、公知のフォトリソグラフィ・エッチ
ング工程により、活性領域12に対して垂直方向に、コ
ントロールゲートとなるポリサイド膜7上にレジストマ
スク(図示せず)を形成し、ポリサイド膜7、ONO膜
6及びフローティングゲートとなる第1及び第2のポリ
シリコン膜3、5を選択的にRIE法等によりパターニ
ングし、イオン注入法で、ヒ素等を注入して、N+拡散
領域を活性領域表面に形成し、ソース領域8及びドレイ
ン領域9を形成する(図1(e)、図2(e))。
Next, a resist mask (not shown) is formed on the polycide film 7 serving as a control gate in a direction perpendicular to the active region 12 by a known photolithography / etching process, and the polycide film 7 and ONO are formed. The film 6 and the first and second polysilicon films 3 and 5 to be floating gates are selectively patterned by the RIE method or the like, and arsenic or the like is injected by the ion implantation method to make the N + diffusion region the active region surface. Then, the source region 8 and the drain region 9 are formed (FIGS. 1E and 2E).

【0033】その後、全面に400nm程度のCVD法
等により形成された酸化膜に、公知のフォトリソグラフ
ィ・エッチング工程により、コンタクトホールを開口
し、メタル配線を形成する。
After that, a contact hole is opened and a metal wiring is formed in the oxide film of about 400 nm formed on the entire surface by a known photolithography etching process.

【0034】そして、従来技術と同様に、例えば、デー
タの読み出しは、コントロールゲートを3V、ドレイン
領域を3V、ソース領域を0Vにして行う。データの書
き込みは、コントロールゲートを12V、ドレイン領域
を5V、ソース領域を0Vにし、チャネルホットエレク
トロン注入法で、フローティングゲートに電子を注入す
ることにより、しきい値電圧を上げることで書き込みを
行う。また、データの消去はコントロールゲートを−1
1V、ドレイン領域を0V、ソース領域を6Vにし、F
Nトンネル現象で電子をフローティングゲートからソー
ス領域に引き抜き、しきい値電圧を下げることで消去を
行う。
Then, as in the prior art, for example, data reading is performed by setting the control gate to 3V, the drain region to 3V, and the source region to 0V. The data is written by setting the control gate to 12V, the drain region to 5V, the source region to 0V, and injecting electrons into the floating gate by the channel hot electron injection method to raise the threshold voltage. To erase data, set the control gate to -1.
1V, drain region 0V, source region 6V, F
Erasing is performed by drawing electrons from the floating gate to the source region by the N tunnel phenomenon and lowering the threshold voltage.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明を
用いることによって、コントロールゲートとフローティ
ングゲートとの対向面積が大きくなるので、従来通りの
膜厚のONO膜、トンネル酸化膜を用いた場合でも、ゲ
ートガップリング比を大きく設定することができる。
As described above in detail, since the facing area between the control gate and the floating gate is increased by using the present invention, the ONO film and the tunnel oxide film having the conventional film thickness are used. Even in this case, the gate gap ring ratio can be set large.

【0036】以下、具体的に本発明と従来技術とのゲー
トガップリング比の比較とする。尚、フローティングゲ
ートの高さを100nm、コントロールゲートの幅を
0.6μm、フローティングゲートの長さを0.6μ
m、同幅を0.6μm、活性領域の幅を0.4μm、O
NO膜の厚さを15nm、トンネル酸化膜の厚さを10
nmとする。
Hereinafter, the comparison of the gate gap ratio between the present invention and the prior art will be specifically described. The height of the floating gate is 100 nm, the width of the control gate is 0.6 μm, and the length of the floating gate is 0.6 μm.
m, the same width is 0.6 μm, the width of the active region is 0.4 μm, O
The thickness of the NO film is 15 nm and the thickness of the tunnel oxide film is 10.
nm.

【0037】ゲートガップリング比GRは、 GR=Cono/(Cono+Ct)=Sono・Tt
d/(Sono・Ttd+Std・Tono) と表すことができる。尚、Conoはコントロールゲー
トとフローティングゲートとの間の静電容量、Sono
はコントロールゲートとフローティングゲートとの対向
面積、TonoはONO膜の膜厚、Ctdはフローティ
ングゲートと基板との間の静電容量、Stdはフローテ
ィングゲートと基板との対向面積、Ttdはトンネル酸
化膜の膜厚を示す。
The gate Gappling ratio GR is GR = Cono / (Cono + Ct) = Sono.Tt
It can be expressed as d / (Sono.Ttd + Std.Tono). Incidentally, Cono is the capacitance between the control gate and the floating gate,
Is the opposed area between the control gate and the floating gate, Tono is the thickness of the ONO film, Ctd is the capacitance between the floating gate and the substrate, Std is the opposed area between the floating gate and the substrate, and Ttd is the tunnel oxide film. The film thickness is shown.

【0038】図4及び図5に示す、従来のフローティン
グゲートと基板との対向面積Stdは、 Std=0.4×0.6=0.24(μm2 ) となり、また、従来のはコントロールゲートとフローテ
ィングゲートとの対向面積Sonoは、 Sono=0.6×0.6+2×0.1×0.6=0.
48(μm2 ) となる。従って、従来のセルのゲートガップリング比G
Rは、0.57となる。また、特開平2−2685のよ
うにフローティングゲート形成後に例えば50nmの多
結晶シリコンを堆積しエッチバックを行い、フローティ
ングゲート側壁に多結晶シリコンのサイドウォールを形
成した場合、コントロールゲートとフローティングゲー
トとの対向面積Sonoは、 Sono=0.6×0.6+2×0.112×0.6=
0.494(μm2 ) となる。従って、ゲートカップリング比GRは約0.5
8となる。尚、ここで、サイドウォールは底辺が0.5
μm、高さが0.1μmの直角三角形と近似している。
The facing area Std between the conventional floating gate and the substrate shown in FIGS. 4 and 5 is Std = 0.4 × 0.6 = 0.24 (μm 2 ), and the conventional control gate is The area Sono between the floating gate and the floating gate is: Sono = 0.6 × 0.6 + 2 × 0.1 × 0.6 = 0.
It becomes 48 (μm 2 ). Therefore, the gate gap ratio G of the conventional cell is
R becomes 0.57. Further, in the case of forming a floating gate as in JP-A-2-2685, for example, by depositing polycrystalline silicon of 50 nm and etching back to form a sidewall of polycrystalline silicon on the side wall of the floating gate, a control gate and a floating gate are formed. The facing area Sono is: Sono = 0.6 × 0.6 + 2 × 0.112 × 0.6 =
It becomes 0.494 (μm 2 ). Therefore, the gate coupling ratio GR is about 0.5.
It becomes 8. Here, the bottom of the sidewall is 0.5
It is approximated to a right-angled triangle with μm and height of 0.1 μm.

【0039】これに対して、本発明のように、フローテ
ィングゲートの上に50nmのシリコン窒化膜を堆積
し、多結晶シリコンのサイドウォールを形成した場合、
コントロールゲートとフローティングゲートとの対向面
積Sonoは、 Sono=0.6×0.6+2×(0.158+0.0
5)×0.6=0.610(μm2) となる。
On the other hand, as in the present invention, when a silicon nitride film of 50 nm is deposited on the floating gate to form a sidewall of polycrystalline silicon,
The facing area Sono between the control gate and the floating gate is: Sono = 0.6 × 0.6 + 2 × (0.158 + 0.0)
5) × 0.6 = 0.610 (μm 2 )

【0040】従って、ゲートカップリング比GRは約
0.63となり、図4及び図5に示す従来法に対して1
0%、特開平2−2685号公報に記載の方法に対して
9%程度ゲートカップリング比を向上させることができ
る。ここで、シリコン窒化膜の膜厚は50nmとした
が、この膜厚を厚く設定すれば更にゲートカップリング
比を向上させることができる。このことから、書き込み
時の縦方向の電界を高くすることができるので、書き込
み速度を向上させることができる。
Therefore, the gate coupling ratio GR becomes about 0.63, which is 1 as compared with the conventional method shown in FIGS.
It is possible to improve the gate coupling ratio by 0% and by about 9% as compared with the method described in JP-A-2-2685. Here, the film thickness of the silicon nitride film is set to 50 nm, but the gate coupling ratio can be further improved by setting this film thickness to be thick. From this, the vertical electric field at the time of writing can be increased, so that the writing speed can be improved.

【0041】また、トンネル酸化膜の膜厚及びフローテ
ィングゲートと基板との対向面積を変えることなく、ゲ
ートカップリング比を高くすることができるので、書き
込み速度の向上を特に求めない場合、ONO膜の膜厚を
厚くすることができるので、フローティングゲートとコ
ントロールゲートとの間の絶縁性が高くなり、データ保
持能力の向上が望める。例えば、従来と同じ書き込み速
度を得るようにセルを設計するとゲートカップリング比
は従来と同じ0.57程度となればよい。本発明によっ
て作成したセルはトンネル酸化膜の膜厚を従来と同じ1
0nmとすると、ONO膜は約19nmと厚く設定する
ことができる。このようにONO膜の膜厚を厚くしても
書き込み速度は変わることなくデータ保持能力を向上す
ることができる。
Further, since the gate coupling ratio can be increased without changing the film thickness of the tunnel oxide film and the area where the floating gate and the substrate face each other, the ONO film of the ONO film can be formed if no particular improvement in the writing speed is required. Since the film thickness can be increased, the insulating property between the floating gate and the control gate is improved, and the data retention capability can be improved. For example, if the cell is designed so as to obtain the same writing speed as the conventional one, the gate coupling ratio may be about 0.57, which is the same as the conventional one. The cell formed according to the present invention has the same tunnel oxide film thickness as the conventional one.
When the thickness is 0 nm, the ONO film can be set as thick as about 19 nm. As described above, even if the thickness of the ONO film is increased, the data retention capacity can be improved without changing the writing speed.

【0042】また、本発明を用いることにより、トラン
ジスタが微細化されてゲート長が短くなった場合にもア
ライメントマージンが十分取れ、更に、フローティング
ゲートのパターニングまでのフォトエッチング工程数は
2回であり、図7に示す工程に比べて、工程数が低減で
きる。
By using the present invention, a sufficient alignment margin can be obtained even when the transistor is miniaturized and the gate length is shortened, and the number of photoetching steps until patterning of the floating gate is two. The number of steps can be reduced as compared with the steps shown in FIG.

【0043】また、図4及び図5に示す従来法ではフロ
ーティングを活性領域を覆いかぶさるようにオーバーラ
ップさせる必要があり、その分のデザインルールのマー
ジンが必要であったが、本発明では、フローティングゲ
ートのフォトレジストバターンより更にサイドウォール
分だけ広く活性領域とオーバーラップするので、その分
セル設計でのマージンを取ることができる。
Further, in the conventional method shown in FIGS. 4 and 5, it is necessary to overlap the floating region so as to cover the active region, and the margin of the design rule is required for that, but in the present invention, the floating region is required. Since it overlaps with the active region wider than the gate photoresist pattern by the side wall, a margin can be taken in the cell design.

【0044】請求項2に記載の発明を用いることによ
り、サイドウォール形成後のフローティングゲート上に
形成した絶縁膜(シリコン窒化膜)をエッチングする
際、フィールド酸化膜の膜減りを抑制することができ
る。
By using the invention described in claim 2, when the insulating film (silicon nitride film) formed on the floating gate after the sidewall formation is etched, the film reduction of the field oxide film can be suppressed. .

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

【図1】図3におけるX−X’断面における、本発明の
一実施例の不揮発性半導体メモリ素子の製造工程図であ
る。
FIG. 1 is a manufacturing process diagram of a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention, which is taken along the line XX ′ in FIG. 3.

【図2】図3におけるY−Y’断面における、本発明の
一実施例の不揮発性半導体メモリ素子の製造工程図であ
る。
FIG. 2 is a manufacturing process diagram of the nonvolatile semiconductor memory device of the embodiment of the present invention, taken along the line YY ′ in FIG. 3;

【図3】不揮発性半導体メモリ素子のレイアウト図であ
る。
FIG. 3 is a layout diagram of a nonvolatile semiconductor memory device.

【図4】図3におけるX−X’断面における、従来の不
揮発性半導体メモリ素子の製造工程図である。
FIG. 4 is a manufacturing process diagram of a conventional nonvolatile semiconductor memory device, taken along the line XX ′ in FIG. 3;

【図5】図3におけるY−Y’断面における、従来の不
揮発性半導体メモリ素子の製造工程図である。
FIG. 5 is a manufacturing process diagram of a conventional nonvolatile semiconductor memory device, taken along the line YY ′ in FIG. 3;

【図6】第2の従来の不揮発性半導体メモリ素子の断面
構成図である。
FIG. 6 is a cross-sectional configuration diagram of a second conventional nonvolatile semiconductor memory device.

【図7】第3の従来の不揮発性半導体メモリ素子の製造
工程図である。
FIG. 7 is a manufacturing process diagram of a third conventional nonvolatile semiconductor memory device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 トンネル酸化膜 3 第1のポリシリコン膜 4 シリコン窒化膜 5 第2のポリシリコン膜 6 ONO膜 7 ポリサイド膜 8 ソース領域 9 ドレイン領域 11 フィールド酸化膜 12 活性領域 1 silicon substrate 2 tunnel oxide film 3 first polysilicon film 4 silicon nitride film 5 second polysilicon film 6 ONO film 7 polycide film 8 source region 9 drain region 11 field oxide film 12 active region

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上にトンネル酸化膜を介して
全面にフローティングゲート材料となる第1のシリコン
膜及び第1の絶縁膜を形成する工程と、 上記第1のシリコン膜及び上記第1の絶縁膜を所定の形
状にパターニングする工程と、 全面に第2のシリコン膜を形成し、エッチバックするこ
とによりサイドウォールを形成する工程と、 上記第1の絶縁膜を除去し、上記第1のシリコン膜の一
対の側面部に該第1のシリコン膜表面より高さの高い、
第2のシリコン膜からなる凸部を形成する工程と、 全面に第2の絶縁膜を形成し、該第2の絶縁膜上にコン
トロールゲート材料となる導電膜と形成する工程と、 フォトエッチングにより、上記導電膜、上記第2絶縁膜
及び上記第1及び第2シリコン膜を所定の形状にパター
ニングする工程とを有することを特徴とする、不揮発性
半導体メモリ素子の製造方法。
1. A step of forming a first silicon film and a first insulating film as a floating gate material on the entire surface of a semiconductor substrate via a tunnel oxide film, the first silicon film and the first silicon film. A step of patterning the insulating film into a predetermined shape; a step of forming a second silicon film on the entire surface and forming a sidewall by etching back; a step of removing the first insulating film; A pair of side surfaces of the silicon film having a height higher than the surface of the first silicon film;
A step of forming a convex portion made of a second silicon film, a step of forming a second insulating film on the entire surface, and forming a conductive film as a control gate material on the second insulating film; And a step of patterning the conductive film, the second insulating film, and the first and second silicon films into a predetermined shape.
【請求項2】 上記第1の絶縁膜にシリコン窒化膜を用
いたことを特徴とする、請求項1記載の不揮発性半導体
メモリ素子の製造方法。
2. The method for manufacturing a non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein a silicon nitride film is used as the first insulating film.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6194320B1 (en) 1997-02-20 2001-02-27 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method for preparing a semiconductor device
US6372617B1 (en) 1997-12-17 2002-04-16 Nec Corporation Method of manufacturing non-volatile memory
JP2004031941A (en) * 2002-05-24 2004-01-29 Hynix Semiconductor Inc Nonvolatile memory device having spacer and its manufacturing method
KR100491457B1 (en) * 2001-11-27 2005-05-25 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 Non-volatile semiconductor memory device

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