JPH09312382A - Nonvolatile semiconductor memory device and manufacture thereof - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory device and manufacture thereof

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JPH09312382A
JPH09312382A JP9030097A JP3009797A JPH09312382A JP H09312382 A JPH09312382 A JP H09312382A JP 9030097 A JP9030097 A JP 9030097A JP 3009797 A JP3009797 A JP 3009797A JP H09312382 A JPH09312382 A JP H09312382A
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JP
Japan
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channel
region
gate
semiconductor memory
insulating film
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Application number
JP9030097A
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Japanese (ja)
Inventor
Makoto Tanaka
田中  誠
Kiyoshi Yamaguchi
清 山口
Kaihei Itsushiki
海平 一色
Koji Mori
孝二 森
Masamune Kusunoki
雅統 楠
Shuya Abe
修也 阿部
Naoto Jikutani
直人 軸谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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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

Landscapes

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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile semiconductor memory device corresponding to a fine process by using a low-stem difference double-layer polysilicon structure. SOLUTION: The semiconductor memory device has two channel regions L1 and L2 between a source region 2 and a drain region 3. The channel region L1 on the drain region side is formed under a floating gate electrode 24 via a gate insulating film 23, and the channel region L2 on the source region side is formed under a control gate electrode 30 via the gate insulating film 23. The control gate 30 is provided on the floating gate 24 via an insulating film 31, and further, the control gate 30 is formed in line in a channel length direction of the two channel regions. The source region 2 and the drain region 3 are arranged in line in a channel width direction such that these regions are owned in common by a plurality of semiconductor memory devices. Further, the source region 2 and the drain region 3 are alternately arranged in the channel length direction such that these regions are owned in common by adjacent semiconductor memory devices.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、浮遊ゲートを有
し、電気的に書き換え及び消去が可能な不揮発性半導体
記憶装置及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrically rewritable and erasable nonvolatile semiconductor memory device having a floating gate and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】電気的に書き換え及び消去が可能な不揮
発性半導体記憶装置(以下、EEPROMという。)の
なかでフラッシュEEPROM(以下、フラッシュメモ
リという。)が注目されている。
2. Description of the Related Art Among electrically-rewritable and erasable non-volatile semiconductor memory devices (hereinafter referred to as EEPROMs), flash EEPROMs (hereinafter referred to as flash memories) have attracted attention.

【0003】従来のEEPROMは一般に単ビット消去
を基本にしているのに対し、フラッシュメモリはブロッ
ク単位での消去を前提としている。このため、フラッシ
ュメモリは、従来のEEPROMに比べると使いにくい
点があるが、1ビットの単素子化やブロック消去等の採
用により、DRAM(ダイナミック・ランダム・アクセ
ス・メモリ)に匹敵あるいはそれ以上の集積度が期待で
きる次世代のメモリ(ROM)として注目されており、
その市場の大きさは計り知れない。
[0005] Conventional EEPROMs are generally based on single-bit erasure, whereas flash memories are premised on erasing in blocks. For this reason, the flash memory is more difficult to use than the conventional EEPROM, but by adopting a 1-bit single element or block erasing, the flash memory is equal to or more than a DRAM (dynamic random access memory). Has attracted attention as a next-generation memory (ROM) that can be expected to have a high degree of integration,
The size of the market is immeasurable.

【0004】フラッシュメモリに関して、これまでに種
々の構造、方式が提案されている。この中で、最も一般
的な構造のものが図6ないし図8に示すいわゆるETO
X型と呼ばれるものである。図6は平面図、図7は図6
のA−A’線断面図、図8は図6のB−B’線断面図で
ある。
Various structures and methods have been proposed for flash memories. Of these, the most general structure is the so-called ETO shown in FIGS.
It is called X type. 6 is a plan view and FIG. 7 is FIG.
8 is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 8, and FIG. 8 is a sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 6.

【0005】このETOX型フラッシュメモリは、図7
及び図8に示すように、基板1またはウェルに設けられ
たソース領域2とドレイン領域3の間のチャネル形成領
域上にゲート絶縁膜10を介して浮遊ゲート5が設けら
れ、さらに、その浮遊ゲート5に上にインターポリ絶縁
膜13を介して制御ゲート6が設けられている。そし
て、各メモリセル(半導体記憶素子)はフィールド酸化
膜15で素子分離されているが、制御ゲート6は隣接す
るメモリセル同士で互いにつながっており、ワードライ
ンとなっている。
This ETOX type flash memory is shown in FIG.
As shown in FIG. 8, a floating gate 5 is provided via a gate insulating film 10 on the channel forming region between the source region 2 and the drain region 3 provided in the substrate 1 or the well, and the floating gate 5 is further provided. A control gate 6 is provided on the gate electrode 5 via an interpoly insulating film 13. Each memory cell (semiconductor memory element) is element-isolated by the field oxide film 15, but the control gate 6 is connected to adjacent memory cells to form a word line.

【0006】一般に、浮遊ゲート型の不揮発性メモリで
は、絶縁体で囲まれた浮遊ゲートの中に電荷を保持し、
制御ゲートにバイアスをかけたときにソース・ドレイン
間にチャネルが形成される閾値電圧が浮遊ゲート中の電
荷量により変化することを利用してデータの記憶を行っ
ているが、書き込み、消去方法が各方式によって異なっ
ている。
Generally, in a floating gate type non-volatile memory, charges are held in a floating gate surrounded by an insulator,
Data is stored using the fact that the threshold voltage at which a channel is formed between the source and drain changes when the control gate is biased, depending on the amount of charge in the floating gate. Different for each method.

【0007】上述したETOX型メモリセルの場合、デ
ータの書き込みはチャネルに電流を流したときにチャネ
ルのドレインサイドで発生したホットエレクトロンを浮
遊ゲート5に注入することにより行っている。また、デ
ータの消去は浮遊ゲート5とソース領域2間に高電界を
かけたときにゲート絶縁膜10中をトンネルして流れる
電流(F−N電流)により、浮遊ゲート5に保持された
電子をソース領域2に引き抜くことにより行っている。
In the case of the above-mentioned ETOX type memory cell, data is written by injecting hot electrons generated on the drain side of the channel into the floating gate 5 when a current is passed through the channel. Further, data is erased by removing electrons held in the floating gate 5 by a current (F-N current) flowing through a tunnel in the gate insulating film 10 when a high electric field is applied between the floating gate 5 and the source region 2. This is done by pulling out to the source region 2.

【0008】このETOX型メモリセルの特徴は、構造
が簡単であることであるが、欠点として、書き込みをド
レインサイドのホットエレクトロンで行っているため、
チャネル電流に対する浮遊ゲートに注入される電流の
比、即ち、書き込み効率が低く、そのため単一電源化も
困難であること、また、消去については、選択トランジ
スタを持たない構造のため、消去後の閾値のばらつきを
非常に狭い範囲に収める必要があり、プロセス的、回路
的に非常に高度なものが要求される。
The characteristic of this ETOX type memory cell is that the structure is simple, but as a drawback, since writing is performed by hot electrons on the drain side,
The ratio of the current injected into the floating gate to the channel current, that is, the writing efficiency is low, and thus it is difficult to realize a single power source. It is necessary to keep the variation of the above in a very narrow range, and a very high process and circuit are required.

【0009】次に、このETOX型メモリセルをアレイ
状に並べた様子を図6に示す。各セルはフィールド酸化
膜15で素子分離され、ソース領域はチャネル幅方向に
のびた拡散層で形成され、ソースライン22で接続さ
れ、共通の電位となっている。また、制御ゲート6もソ
ースライン22と平行にライン状に延び、この方向のセ
ルで共通なワードラインとなっている。さらにドレイン
はコンタクトホール21を介して金属電極24に接続さ
れ、この金属電極24はワードラインと直行してライン
状に延び、この方向のセルに共通なビットラインとなっ
ている。
Next, FIG. 6 shows a state in which the ETOX type memory cells are arranged in an array. Each cell is element-isolated by a field oxide film 15, a source region is formed of a diffusion layer extending in the channel width direction, is connected by a source line 22, and has a common potential. The control gate 6 also extends linearly in parallel with the source line 22 and is a word line common to cells in this direction. Further, the drain is connected to the metal electrode 24 through the contact hole 21, and the metal electrode 24 extends linearly in a line perpendicular to the word line and serves as a bit line common to cells in this direction.

【0010】そして、アレイ状に並べたセルのうち、特
定のセルの選択は、これらのワードラインとビットライ
ンをマトリックス選択することにより行われる。
The selection of a specific cell among the cells arranged in an array is performed by matrix-selecting these word lines and bit lines.

【0011】上記のように、ETOX型のメモリセルに
おいては、ドレインにコンタクトホールが必要なため、
この部分で面積を要し、セルの構造が簡単な割には素子
面積が大きくなってしまうという欠点もあった。
As described above, in the ETOX type memory cell, since the drain needs to have a contact hole,
This portion requires an area, and there is a drawback that the element area becomes large in spite of the simple cell structure.

【0012】上記の欠点を解決するための方法の一つと
して、米国特許第5,280,446号に提案されてい
る構造・方式がある。図9ないし図11にこの方式のメ
モリセルを示す。図9は平面図、図10は図9のC−
C’線断面図、図11は図9のS−S’線断面図であ
る。この方式のメモリセルの構造は、図10及び図11
に示すように、基板1またはウェルに形成されたソース
領域2とドレイン領域3間のチャネル領域Lが2つの領
域L1、L2で構成されており、ソースサイドのチャネ
ル領域L2上には、ゲート絶縁膜20を介して選択ゲー
ト28が形成され、ドレインサイドのチャネル領域L1
上にはゲート絶縁膜23を介して浮遊ゲート24が形成
されている。さらに、浮遊ゲート24上にはインターポ
リ絶縁膜25を挟んで制御ゲート26が形成されてい
る。また、選択ゲート28は絶縁膜27を挟んで制御ゲ
ート26上を乗り越え、後述するように、チャネル長方
向の隣接するメモリセルの選択ゲート28とつながって
いる。低抵抗化をはかるため、この選択ゲート28上は
シリサイド層29で覆われている。
As one of the methods for solving the above-mentioned drawbacks, there is a structure / system proposed in US Pat. No. 5,280,446. 9 to 11 show memory cells of this system. 9 is a plan view, and FIG. 10 is C- in FIG.
FIG. 11 is a sectional view taken along the line C ′ of FIG. 9, and FIG. The structure of this type of memory cell is shown in FIGS.
As shown in FIG. 3, the channel region L formed between the source region 2 and the drain region 3 formed in the substrate 1 or the well is composed of two regions L1 and L2, and the gate insulating layer is formed on the source side channel region L2. The select gate 28 is formed through the film 20, and the drain side channel region L1 is formed.
A floating gate 24 is formed on the gate insulating film 23. Further, a control gate 26 is formed on the floating gate 24 with an interpoly insulating film 25 interposed therebetween. Further, the select gate 28 crosses over the control gate 26 with the insulating film 27 interposed therebetween, and is connected to the select gates 28 of the adjacent memory cells in the channel length direction as described later. The select gate 28 is covered with a silicide layer 29 to reduce the resistance.

【0013】このような構造をとることにより、書き込
みについてはソースサイドの基板チャネル領域から浮遊
ゲート電極へのチャネルホットエレクトン注入、いわゆ
るSSI(Source Side Injecti
n)方式が可能となっており、ドレインサイドのチャネ
ルホットエレクトロン注入に比べ高い電子注入効率を実
現している。また、消去に関しては、選択ゲート28を
有することにより、オバーイレースの問題を解決してい
る。
With such a structure, for writing, channel hot electron injection from the substrate channel region on the source side to the floating gate electrode, so-called SSI (Source Side Injecti) is performed.
n) method is possible, and high electron injection efficiency is realized as compared with channel hot electron injection on the drain side. With regard to erasing, the problem of overerase is solved by having the select gate 28.

【0014】図9に、この方式のメモリセルをアレイ状
に配置した状態を示す。各メモリセルのドレインサイド
のチャネル領域上は、ゲート絶縁膜(トンネル絶縁膜)
を介して各セルの浮遊ゲート24で覆われており、ま
た、インターポリ絶縁膜を介して浮遊ゲート24を覆う
ように形成された制御ゲート26はチャネル幅(W)方
向、すなわち、ソースからドレインに向かう方向に垂直
な方向へライン状に延び、複数のセルで共通になってい
る。また、その方向の隣り合うセルはフィールド絶縁膜
15によって素子分離されている。
FIG. 9 shows a state in which memory cells of this system are arranged in an array. A gate insulating film (tunnel insulating film) is formed on the drain side channel region of each memory cell.
The control gate 26, which is covered with the floating gate 24 of each cell via the interpoly insulating film, is formed so as to cover the floating gate 24 through the interpoly insulating film. It extends in a line in a direction perpendicular to the direction toward and is common to a plurality of cells. Adjacent cells in that direction are separated from each other by the field insulating film 15.

【0015】一方、各メモリセルのソースサイドのチャ
ネル領域をゲート絶縁膜20を介して覆う選択ゲート2
8は、制御ゲート26上を乗り越えてチャネル長方向、
すなわち、ソース領域2からドレイン領域3に向かう方
向へライン状に延び、その方向の複数のセルで共通にな
っている。このことにより、制御ゲート26と選択ゲー
ト28のマトリックス選択によりある特定のセルが選択
可能となり、また、チャネル幅方向でのドレインの共通
化が可能となるため、ドレインライン3を拡散層で形成
し、各セルごとのコンタクトホールが不必要にして、素
子面積を小さくすることができる。しかしながら、この
方法での欠点は、3層ポリシリコンを用いていることに
より、段差がきつく0.35μm程度以下の微細化プロ
セスに対応できない可能性があることである。
On the other hand, the select gate 2 which covers the source-side channel region of each memory cell via the gate insulating film 20.
8 is over the control gate 26, in the channel length direction,
That is, it extends linearly in the direction from the source region 2 to the drain region 3 and is common to a plurality of cells in that direction. As a result, a specific cell can be selected by matrix selection of the control gate 26 and the selection gate 28, and the drain can be shared in the channel width direction. Therefore, the drain line 3 is formed by a diffusion layer. By making contact holes unnecessary for each cell, the device area can be reduced. However, a drawback of this method is that the use of the three-layer polysilicon may not be able to cope with a miniaturization process in which the level difference is about 0.35 μm or less.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した従
来の問題点に鑑みなされたものにして、サブハーフμm
以下の不揮発性半導体記憶装置において、面積の更なる
縮小化を図るため、段差の低い2層ポリシリコン構造を
用いて微細化プロセスに対応できる不揮発性半導体記憶
装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and a sub half μm
In the following non-volatile semiconductor memory device, it is an object of the present invention to provide a non-volatile semiconductor memory device that can cope with a miniaturization process by using a two-layer polysilicon structure having a low step in order to further reduce the area.

【0017】さらに、この発明は、素子分離用フィール
ド酸化膜をなくすとともに、拡散層のコンタクトもなく
した不揮発性半導体記憶装置、より具体的には電気的消
去可能なメモリ素子アレイを提供することを目的とする
ものである。
Further, the present invention provides a non-volatile semiconductor memory device which eliminates a field oxide film for element isolation and a contact of a diffusion layer, more specifically, an electrically erasable memory element array. It is intended.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】この発明の不揮発性半導
体記憶装置は、ソース領域とドレイン領域の間に2つの
チャネル領域を有し、ドレイン領域側のチャネル領域は
ゲート絶縁膜を介して浮遊ゲート電極下に形成され、ソ
ース領域側のチャネル領域はゲート絶縁膜を介して制御
ゲート下に形成され、前記制御ゲートが絶縁膜を挟んで
前記浮遊ゲートに乗り上げ且つ、前記2つのチャネル領
域のチャネル長方向にライン状に配置されるとともに、
前記ソース領域及びドレイン領域が複数の半導体記憶素
子のソース領域及びドレイン領域を各々共有するように
前記2つのチャネル領域のチャネル幅方向にライン状に
延び且つ、前記2つのチャネル領域のチャネル長方向に
交互に配置され、隣り合う半導体記憶素子同士で共有化
されていることを特徴とする。
A nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention has two channel regions between a source region and a drain region, and the channel region on the drain region side has a floating gate via a gate insulating film. The channel region on the source region side is formed under the electrode and is formed under the control gate via the gate insulating film, and the control gate rides on the floating gate with the insulating film in between and the channel length of the two channel regions. While being arranged in a line in the direction,
The source region and the drain region linearly extend in the channel width direction of the two channel regions so as to share the source region and the drain region of the plurality of semiconductor memory devices, respectively, and extend in the channel length direction of the two channel regions. The semiconductor memory devices are alternately arranged and shared by adjacent semiconductor memory elements.

【0019】上記したこの発明の不揮発性半導体記憶装
置には、制御ゲートとドレイン領域のマトリックス選択
によりある特定のセルが選択可能となる。そして、チャ
ネル幅方向でのドレインの共通化が可能となり、ドレイ
ンラインを拡散層で形成することにより、各半導体記憶
素子ごとのコンタクトホールが不必要となって、素子面
積を小さくすることができる。
In the above-described nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, a specific cell can be selected by matrix selection of the control gate and the drain region. Then, the drain can be shared in the channel width direction, and the drain line is formed by the diffusion layer, so that the contact hole for each semiconductor memory element is not necessary, and the element area can be reduced.

【0020】そして、制御ゲートは、2つのチャネル領
域のチャネル長方向に並列に配置され、さらに、ソース
領域及びドレイン領域は隣り合う半導体記憶素子同士で
共有化されるよう交互に配置しているので、半導体記憶
素子間に素子分離用のフィールド酸化膜を設ける必要は
ない。このため、制御ゲート間に半導体記憶素子を分離
するためのフィールド酸化膜を省略することができる。
The control gates are arranged in parallel in the channel length direction of the two channel regions, and the source region and the drain region are alternately arranged so as to be shared by the adjacent semiconductor memory elements. It is not necessary to provide a field oxide film for element isolation between semiconductor memory elements. Therefore, the field oxide film for separating the semiconductor memory element between the control gates can be omitted.

【0021】また、前記制御ゲート間に、制御ゲートを
マスクとして基板と同じ導電型の不純物を自己整合的に
導入した分離領域を形成するとよい。
Further, it is preferable that an isolation region in which an impurity of the same conductivity type as that of the substrate is introduced in a self-aligned manner is formed between the control gates using the control gate as a mask.

【0022】この発明の不揮発性半導体記憶装置の製造
方法は、ソース領域とドレイン領域との間に2つのチャ
ネル領域を有する不揮発性半導体記憶装置の製造方法で
あって、ドレイン領域側のチャネル領域上にゲート絶縁
膜を介して配置される浮遊ゲートを形成する工程と、前
記浮遊ゲートとソース領域上のチャネル領域を覆うマス
クを用いて、複数の半導体記憶素子のソース領域及びド
レイン領域を各々共有するように前記2つのチャネル領
域のチャネル幅方向にライン状に延び且つ、前記2つの
チャネル領域のチャネル長方向に交互に配置され、隣り
合う半導体記憶素子同士で共有化されるソース領域、ド
レイン領域を形成する工程と、前記ソース領域側のチャ
ネル領域上にゲート絶縁膜を介して介して配置されると
ともに絶縁膜を挟んで上記浮遊ゲートに乗り上げ且つ、
前記2つのチャネル領域のチャネル長方向にライン状に
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。
A method of manufacturing a non-volatile semiconductor memory device according to the present invention is a method of manufacturing a non-volatile semiconductor memory device having two channel regions between a source region and a drain region. A step of forming a floating gate disposed on the gate insulating film via a gate insulating film, and a mask covering the floating gate and the channel region on the source region are used to share the source region and the drain region of the plurality of semiconductor memory elements, respectively. As described above, a source region and a drain region which extend linearly in the channel width direction of the two channel regions and are alternately arranged in the channel length direction of the two channel regions and which are shared by adjacent semiconductor memory elements are formed. And a step of forming the gate insulating film via the gate insulating film and sandwiching the insulating film. In and ride on the floating gate,
Forming a control gate in a line shape in the channel length direction of the two channel regions.

【0023】さらに、制御ゲート形成後に制御ゲート間
に、基板と同じ導電型の不純物を自己整合的に導入し、
制御ゲート間の素子分離を図るように構成すると良い。
Furthermore, after the control gates are formed, impurities of the same conductivity type as the substrate are introduced in a self-aligned manner between the control gates,
It is preferable that the control gates are configured so as to separate elements.

【0024】上記のように構成することで、基板が制御
ゲート形成時のエッチングで掘れても、基板と同電導型
の不純物をイオンを自己整合的に注入して、素子分離特
性の向上が図れる。
With the above-described structure, even if the substrate is dug by etching during the formation of the control gate, ions of the same conductivity type as the substrate are injected in a self-aligned manner to improve the element isolation characteristics. .

【0025】[0025]

【実施の形態】以下、この発明の実施の形態につき図面
を参照してを説明する。図1は平面図、図2は図1のA
−A’線断面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a plan view, and FIG. 2 is A in FIG.
It is a sectional view taken on line -A '.

【0026】この実施の形態のメモリセルの構造は、図
2に示すように、基板1またはウェルに形成されたソー
ス領域2とドレイン領域3間のチャネル領域Lが2つの
領域L1、L2で構成されており、ソースサイドのチャ
ネル領域L2上には、ゲート絶縁膜20を介して選択ゲ
ート30が形成され、ドレインサイドのチャネル領域L
1上にはゲート絶縁膜(トンネル酸化膜)23を介して
浮遊ゲート24が形成されている。
In the structure of the memory cell of this embodiment, as shown in FIG. 2, the channel region L between the source region 2 and the drain region 3 formed in the substrate 1 or the well is composed of two regions L1 and L2. The select gate 30 is formed on the source-side channel region L2 via the gate insulating film 20, and the drain-side channel region L is formed.
A floating gate 24 is formed on the gate electrode 1 via a gate insulating film (tunnel oxide film) 23.

【0027】さらに、制御ゲート30は浮遊ゲート24
側面及びその上部に絶縁膜(インターポリ絶縁膜、或い
は、インターポリ絶縁膜とサイドウォール絶縁膜)31
を介して配され、且つ、前記2つのチャネル領域L1、
L2のチャネル長方向にライン状に配置され、複数のメ
モリセルで共通になっている。
Further, the control gate 30 is the floating gate 24.
Insulating film (interpoly insulating film or interpoly insulating film and sidewall insulating film) 31 on the side surface and the upper part thereof
And the two channel regions L1,
The memory cells are arranged in a line in the channel length direction of L2 and are shared by a plurality of memory cells.

【0028】また、前記ソース領域2及びドレイン領域
3は前記2つのチャネル領域L1、L2のチャネル幅方
向にライン状に配置され、且つ、隣り合うメモリセル同
士で共有化されるよう交互に配されている。
Further, the source region 2 and the drain region 3 are arranged linearly in the channel width direction of the two channel regions L1 and L2, and are alternately arranged so as to be shared by adjacent memory cells. ing.

【0029】上記した構成により、制御ゲート30とド
レイン領域2のマトリックス選択によりある特定のセル
が選択可能となる。そして、チャネル幅方向でのドレイ
ンの共通化が可能となり、ドレインラインを拡散層で形
成することにより、各メモリセルごとのコンタクトホー
ルが不必要となって、素子面積を小さくすることができ
る。
With the above structure, a specific cell can be selected by matrix selection of the control gate 30 and the drain region 2. Then, the drain can be shared in the channel width direction, and the drain line is formed of the diffusion layer, so that the contact hole for each memory cell is unnecessary and the element area can be reduced.

【0030】また、制御ゲート30は、2つのチャネル
領域L1、L2のチャネル長方向にライン状に配置さ
れ、さらに、ソース領域2及びドレイン領域3は隣り合
うメモリセル同士で共有化されるよう交互に配置してて
いるので、メモリセル間に素子分離用のフィールド酸化
膜を設ける必要はない。このため、この実施の形態では
フィールド酸化膜を基板1に設けていない。
The control gate 30 is arranged in a line in the channel length direction of the two channel regions L1 and L2, and the source region 2 and the drain region 3 are alternately arranged so as to be shared by adjacent memory cells. Therefore, it is not necessary to provide a field oxide film for element isolation between the memory cells. Therefore, the field oxide film is not provided on the substrate 1 in this embodiment.

【0031】また、このメモリセルの場合、制御ゲート
30が基板1に形成されたソース領域2、ドレイン領域
3の拡散層の上を這う構造であるため、特に消去時にお
ける両者の絶縁が課題となる。このため、この実施の形
態では、ソース領域2とドレイン3上の酸化膜を増速酸
化により、ゲート絶縁膜20より膜厚を厚くし、絶縁性
を高くしている。
Further, in the case of this memory cell, since the control gate 30 has a structure that crawls on the diffusion layers of the source region 2 and the drain region 3 formed on the substrate 1, insulation between the two is a problem especially during erasing. Become. Therefore, in this embodiment, the oxide film on the source region 2 and the drain 3 is accelerated to be thicker than the gate insulating film 20 to enhance the insulating property.

【0032】このような構造をとることにより、書き込
みについては、チャネル中で発生させたホットエレクト
ロンを注入することにより行うことができる。このとき
浮遊ゲート24のソース側の側壁の酸化膜のチャネル方
向の厚みを制御する事により、ホットエレクトロンを発
生させる位置を、浮遊ゲート24のソース側もしくはド
レイン側に制御する事ができる。また、消去に関して
は、ドレイン領域3側へ電子が引き抜かれる。
With such a structure, writing can be performed by injecting hot electrons generated in the channel. At this time, by controlling the thickness in the channel direction of the oxide film on the side wall of the floating gate 24 on the source side, the position where hot electrons are generated can be controlled on the source side or the drain side of the floating gate 24. For erasing, electrons are extracted to the drain region 3 side.

【0033】図1及び図2において、1つの選択したメ
モリセル(図中、SB)へのデータの書き込み、消去並
びに読み出しを行う場合の電圧条件の一例を表1に示
す。
In FIG. 1 and FIG. 2, Table 1 shows an example of voltage conditions for writing, erasing and reading data in one selected memory cell (SB in the drawings).

【0034】[0034]

【表1】 [Table 1]

【0035】ここで、図3は、図2に示すこの発明のメ
モリセルを用いて、素子分離用のフィールド酸化膜15
を設けた場合のメモリセルアレイ構成を示すものであ
る。図1と図3を比較しても分かるように、図3の場合
より図1の場合の方が、各部のアライメントマージンの
分だけメモリ面積を小さくできる。また、サブハーフミ
クロン程度以下の世代になると、その寸法が現在のステ
ッパーの光学波長程度になるため、出来上がるフィール
ド酸化膜はより丸い形状となり一層のアライメントマー
ジンが必要となる。
Here, FIG. 3 shows a field oxide film 15 for element isolation using the memory cell of the present invention shown in FIG.
2 shows a memory cell array configuration in the case of providing. As can be seen by comparing FIG. 1 and FIG. 3, the memory area in the case of FIG. 1 can be made smaller by the alignment margin of each part than in the case of FIG. In addition, in the sub-half micron generation or less, the dimension thereof is about the optical wavelength of the current stepper, so that the finished field oxide film has a more round shape and requires a further alignment margin.

【0036】さらに、フィールド酸化膜15は少なから
ず1層のゲート電極程度の段差を有するため、写真工程
での実効の焦点深度に直接影響してくるため、結局は微
細化の大きな障害となる。即ち、フィールド酸化膜レス
の構造は、アライメントマージンの軽減、並びに、段差
低減の面から素子面積低減に大きく寄与する。
Further, since the field oxide film 15 has a level difference of not less than one layer of the gate electrode, it directly affects the effective depth of focus in the photolithography process, which eventually becomes a major obstacle to miniaturization. That is, the structure without the field oxide film greatly contributes to the reduction of the alignment margin and the reduction of the element area in terms of the step difference.

【0037】上述したように、この発明では拡散層によ
って配線を行うコンタクトレスの構造を採用しているた
め、より面積低減に効果がある。
As described above, the present invention adopts the contactless structure in which the wiring is performed by the diffusion layer, so that it is more effective in reducing the area.

【0038】また、この発明では、スプリットゲート
(ゲート絶縁膜20上に構成されるゲート)を有してい
るため、過剰消去の問題が少なく、プロセスによる素子
特性のバラツキの影響を受けにくい安定な記憶装置を得
ることが出来る。
Further, in the present invention, since the split gate (gate formed on the gate insulating film 20) is provided, there is little problem of excessive erasing, and it is stable and less susceptible to variations in device characteristics due to processes. A storage device can be obtained.

【0039】次に、上記で説明したこの発明の半導体記
憶装置の製造方法の一例について、図4及び図5を参考
にして述べる。
Next, an example of a method of manufacturing the semiconductor memory device of the present invention described above will be described with reference to FIGS.

【0040】まず、公知の基板形成技術を用いて、基板
1にウェルや周辺回路用のフィールド酸化膜等を形成し
た後、基板1上にトンネル酸化膜となるゲート絶縁膜2
3を形成し、浮遊ゲート24用のポリシリコン膜24a
を形成する。ここで、ポリシリコン層24aへの不純物
導入は次の絶縁膜形成の前に公知適宜の手法を用いて行
っておく。
First, a well or a field oxide film for peripheral circuits is formed on the substrate 1 by using a known substrate forming technique, and then a gate insulating film 2 to be a tunnel oxide film is formed on the substrate 1.
3 to form a polysilicon film 24a for the floating gate 24
To form Here, the introduction of impurities into the polysilicon layer 24a is performed by using a known appropriate method before the next insulating film is formed.

【0041】次に、インターポリ絶縁積層膜31の最下
層膜となるボトム酸化膜をポリシリコンの表面酸化によ
り形成する。本実施の形態の例では、膜厚制御が容易で
あるドライ酸化を用いて行ったがこれに限るものではな
い。続いて、インターポリ絶縁膜31の中間層となる窒
化膜31nを形成する(図4(a)参照)。
Next, a bottom oxide film which is the lowermost layer film of the inter-poly insulating laminated film 31 is formed by surface oxidation of polysilicon. In the example of the present embodiment, the dry oxidation, which is easy to control the film thickness, is used, but the present invention is not limited to this. Subsequently, a nitride film 31n to be an intermediate layer of the interpoly insulating film 31 is formed (see FIG. 4A).

【0042】その後、公知の写真製版技術及びエッチン
グ技術を用いて 上記積層膜、窒化膜/ボトム酸化膜/
ポリシリコン層24をパターニングし、浮遊ゲート用の
パターン24を形成する(図4(b)参照)。
Then, using the known photoengraving technique and etching technique, the above laminated film, nitride film / bottom oxide film /
The polysilicon layer 24 is patterned to form a floating gate pattern 24 (see FIG. 4B).

【0043】次に、公知の写真製版技術を用いて、図4
(c)に示すように、レジストマスク40を形成し、ソ
ース領域2、ドレイン領域3となる部分に、例えば砒素
(As)イオンの不純物イオンを注入し、ソース領域
2、ドレイン領域3を形成する。
Next, using a known photoengraving technique, as shown in FIG.
As shown in (c), a resist mask 40 is formed, and impurity ions of, for example, arsenic (As) ions are implanted into the portions to be the source region 2 and the drain region 3 to form the source region 2 and the drain region 3. .

【0044】続いて、浮遊ゲート24の側面に絶縁用サ
イドウォールを形成するのであるが、本実施の形態の例
では スプリットゲート用のゲート酸化膜となるゲート
絶縁膜20と、インターポリ積層膜(本実施例の場合O
NO積層膜)31のトップ酸化膜と、絶縁用サイドウォ
ールと、拡散層(ソース/ドレイン)上の増速酸化膜と
を、ウェット酸化を用いて同時に形成した(図5(d)
参照)。なお、増速酸化とは不純物が注入された部分が
それのない部分に比べて酸化が促進される現象のことを
いう。
Subsequently, an insulating sidewall is formed on the side surface of the floating gate 24. In the example of the present embodiment, the gate insulating film 20 serving as the gate oxide film for the split gate and the interpoly laminated film ( In the case of this embodiment, O
The top oxide film of the NO laminated film 31, the insulating sidewall, and the accelerated oxide film on the diffusion layer (source / drain) were simultaneously formed by wet oxidation (FIG. 5D).
reference). The accelerated oxidation refers to a phenomenon in which oxidation is promoted in a portion into which an impurity is injected as compared with a portion without the impurity.

【0045】この手法の場合、工程数が少なく簡便であ
るが、浮遊ゲートエッジ部分に酸素が拡散し、エッジ部
分のトンネル酸化膜が当初のそれより厚くなる、いわゆ
るゲートバーズビークが入るなどの欠点もある。
In the case of this method, the number of steps is small and it is simple, but oxygen is diffused in the floating gate edge portion, and the tunnel oxide film at the edge portion becomes thicker than that at the beginning, so-called gate bird's beak occurs. There is also.

【0046】尚、スプリットゲート用のゲート絶縁膜2
0、インターポリ積層膜31、絶縁用サイドウォールの
形成法に関しては素子の駆動方法或いはバイアスのかけ
方によって、その膜厚等も異なるため、前記の形成順序
や方法に関してはこれに限るものではない。
The gate insulating film 2 for the split gate
0, the interpoly laminated film 31, and the insulating sidewall are formed differently depending on the driving method of the element or the biasing method. Therefore, the order and method of forming the above are not limited to this. .

【0047】次に、制御ゲート用のポリシリコン層を形
成し、公知の写真製版技術、エッチング(以下便宜上、
このエッチングのことをスタックゲートエッチと呼ぶ)
を用いて図5(e)及び(f)に示すように、制御ゲー
ト30の加工を行い、この発明の装置を得る。ここで、
図中32に示される部分には、あらかじめ浮遊ゲート用
のポリシリコン層30がないためスタックゲートエッチ
時に基板掘れしてしまうことがある。
Next, a polysilicon layer for the control gate is formed, and known photolithography and etching (for convenience, hereinafter,
This etching is called stack gate etching.)
As shown in FIGS. 5E and 5F, the control gate 30 is processed to obtain the device of the present invention. here,
In the portion indicated by reference numeral 32 in the drawing, the polysilicon layer 30 for the floating gate is not provided in advance, so that the substrate may be dug when the stack gate is etched.

【0048】上記実施の形態の例において、基板掘れし
てしまう部分は素子分離特性が良くない。そこで、この
発明では、上述したスタックゲートエッチを行った直後
に、セルフアライン(自己整合的に)にて、基板と同電
導型の不純物をイオン注入して、素子分離特性の向上を
図るように構成すると良い。
In the example of the above embodiment, the element isolation characteristic is not good in the portion where the substrate is dug. Therefore, in the present invention, immediately after performing the above-described stack gate etching, by self-alignment (self-aligning), impurities of the same conductivity type as the substrate are ion-implanted to improve the element isolation characteristics. Good to configure.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、フィールド酸化膜レスの構造を採用することによ
り、アライメントマージンの軽減、並びに、段差低減の
面から素子面積低減を謀ることが出来る。また、コンタ
クトレスの拡散層構造を採用しているため、さらに面積
低減を謀ることが出来る。
As described above, according to the present invention, by adopting the structure without the field oxide film, it is possible to reduce the element area from the viewpoint of reducing the alignment margin and reducing the step. Further, since the contactless diffusion layer structure is adopted, the area can be further reduced.

【0050】加えて、この発明ではスプリットゲートを
有しているため、過剰消去等の問題が少なくプロセスに
よる素子特性のバラツキの影響を受けにくい安定な記憶
装置を得ることが出来る。
In addition, since the present invention has a split gate, it is possible to obtain a stable memory device that has less problems such as excessive erasing and is less susceptible to variations in element characteristics due to processes.

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

【図1】この発明の不揮発性半導体記憶装置の実施の形
態を示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention.

【図2】図1のA−A’線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along the line A-A ′ in FIG.

【図3】この発明の比較のための不揮発性半導体記憶装
置の実施の形態を示す平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing an embodiment of a nonvolatile semiconductor memory device for comparison of the present invention.

【図4】この発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法
の一例を示す工程図である。
FIG. 4 is a process chart showing an example of a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention.

【図5】この発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法
の一例を示す工程図である。
FIG. 5 is a process chart showing an example of a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention.

【図6】いわゆるETOX型とメモリセルを示す平面図
である。
FIG. 6 is a plan view showing a so-called ETOX type and a memory cell.

【図7】図6のB−B’線断面図である。7 is a cross-sectional view taken along the line B-B ′ of FIG.

【図8】図6のA−A’線断面図である。8 is a sectional view taken along line A-A 'of FIG.

【図9】従来の不揮発性半導体装置を示す平面図であ
る。
FIG. 9 is a plan view showing a conventional nonvolatile semiconductor device.

【図10】図9のC−C’線断面図である。10 is a cross-sectional view taken along the line C-C ′ of FIG.

【図11】図9のS−S’線断面図である。11 is a cross-sectional view taken along the line S-S ′ of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 ソース領域 3 ドレイン領域 20 ゲート酸化膜 23 ゲート酸化膜 24 浮遊ゲート 30 制御ゲート 31 インターポリ絶縁膜 1 substrate 2 source region 3 drain region 20 gate oxide film 23 gate oxide film 24 floating gate 30 control gate 31 interpoly insulating film

───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者 森 孝二 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 楠 雅統 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 阿部 修也 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 軸谷 直人 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication location H01L 29/792 (72) Inventor Koji Mori 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Stock company In Ricoh (72) Inventor Masanori Kusunoki 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Within Ricoh Co., Ltd. (72) Inventor Shuya Abe 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo In Ricoh Co., Ltd. ( 72) Inventor Naoto Shatani 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Within Ricoh Co., Ltd.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ソース領域とドレイン領域の間に2つの
チャネル領域を有し、ドレイン領域側のチャネル領域は
ゲート絶縁膜を介して浮遊ゲート下に形成され、ソース
領域側のチャネル領域はゲート絶縁膜を介して制御ゲー
ト電極下に形成され、前記制御ゲートが絶縁膜を挟んで
前記浮遊ゲートに乗り上げ且つ、前記2つのチャネル領
域のチャネル長方向にライン状に配置されるとともに、
前記ソース領域及びドレイン領域が複数の半導体記憶素
子のソース領域及びドレイン領域を各々共有するように
前記2つのチャネル領域のチャネル幅方向にライン状に
延び且つ、前記2つのチャネル領域のチャネル長方向に
交互に配置され、隣り合う半導体記憶素子同士で共有化
されていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
1. A channel region on the drain region side is formed under a floating gate via a gate insulating film, and a channel region on the source region side is gate insulated. Is formed below the control gate electrode through a film, the control gate rides on the floating gate with an insulating film interposed, and is arranged in a line in the channel length direction of the two channel regions,
The source region and the drain region linearly extend in the channel width direction of the two channel regions so as to share the source region and the drain region of the plurality of semiconductor memory devices, respectively, and extend in the channel length direction of the two channel regions. A non-volatile semiconductor memory device, which is alternately arranged and shared by adjacent semiconductor memory elements.
【請求項2】 複数の制御ゲートがチャネル長方向に並
列に配置され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 nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein a plurality of control gates are arranged in parallel in a channel length direction.
【請求項3】 前記制御ゲート間に、制御ゲートをマス
クとして基板と同じ導電型の不純物を自己整合的に導入
した分離領域が形成されていることを特徴とする請求項
2に記載の不揮発性半導体記憶装置。
3. The non-volatile according to claim 2, wherein an isolation region is formed between the control gates, in which an impurity of the same conductivity type as that of the substrate is introduced in a self-aligned manner using the control gate as a mask. Semiconductor memory device.
【請求項4】 ソース領域とドレイン領域との間に2つ
のチャネル領域を有する不揮発性半導体記憶装置の製造
方法であって、ドレイン領域側のチャネル領域上にゲー
ト絶縁膜を介して配置される浮遊ゲートを形成する工程
と、前記浮遊ゲートとソース領域上のチャネル領域を覆
うマスクを用いて、複数の半導体記憶素子のソース領域
及びドレイン領域を各々共有するように前記2つのチャ
ネル領域のチャネル幅方向にライン状に延び且つ、前記
2つのチャネル領域のチャネル長方向に交互に配置さ
れ、隣り合う半導体記憶素子同士で共有化されるソース
領域、ドレイン領域を形成する工程と、前記ソース領域
側のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して介して配置
されるとともに絶縁膜を挟んで上記浮遊ゲートに乗り上
げ且つ、前記2つのチャネル領域のチャネル長方向にラ
イン状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。
4. A method for manufacturing a non-volatile semiconductor memory device having two channel regions between a source region and a drain region, wherein a floating region is disposed on the drain region side channel region with a gate insulating film interposed therebetween. Using a step of forming a gate and a mask covering the floating gate and the channel region on the source region, the channel width direction of the two channel regions is shared so as to share the source region and the drain region of a plurality of semiconductor memory devices. Forming a source region and a drain region that extend in a line shape and are alternately arranged in the channel length direction of the two channel regions and shared by adjacent semiconductor memory elements; and the channel on the source region side. The floating gate is disposed on the region via the gate insulating film, and the insulating film is sandwiched between the floating gate and the floating gate. And a step of forming a control gate in a line shape in a channel length direction of the channel region, the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device.
【請求項5】 制御ゲート形成後に制御ゲート間に、基
板と同じ導電型の不純物を自己整合的に導入し、制御ゲ
ート間の素子分離を図ったことを特徴とする請求項4に
記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
5. The non-volatile according to claim 4, wherein after the control gate is formed, impurities having the same conductivity type as that of the substrate are introduced in a self-aligned manner between the control gates to achieve element isolation between the control gates. Of manufacturing a non-volatile semiconductor memory device.
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