JPH10173074A - 不揮発性半導体装置 - Google Patents

不揮発性半導体装置

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JPH10173074A
JPH10173074A JP8325513A JP32551396A JPH10173074A JP H10173074 A JPH10173074 A JP H10173074A JP 8325513 A JP8325513 A JP 8325513A JP 32551396 A JP32551396 A JP 32551396A JP H10173074 A JPH10173074 A JP H10173074A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
floating gate
gate
insulating film
control gate
semiconductor device
Prior art date
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Pending
Application number
JP8325513A
Other languages
English (en)
Inventor
Susumu Iwanaga
進 岩永
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御ゲートと浮遊ゲートとの間の層間絶縁膜
の信頼性を向上させ、且つセル面積を縮小した不揮発性
半導体装置を提供する。 【解決手段】 P型シリコン基板1の上にゲート酸化膜
2を設け、このゲート酸化膜2の上に、上面に凹凸を有
する浮遊ゲート5を設け、この浮遊ゲート5の凹凸に沿
っうとともにドレイン領域の拡散層13側の該浮遊ゲー
ト5の側面に層間絶縁膜7を設けている。この層間絶縁
膜7の上に制御ゲート9を設けており、この制御ゲート
9は、該浮遊ゲート5の凹凸と噛み合うように形成され
た凹凸を有し且つ該浮遊ゲートの側面を包むように形成
されている。従って、制御ゲート9と浮遊ゲート5との
間の層間絶縁膜7の信頼性を向上でき、且つセル面積を
縮小できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、不揮発性半導体
装置に係わり、特に、制御ゲートと浮遊ゲートとの間の
層間絶縁膜の信頼性を向上させ、且つセル面積を縮小
し、また、過剰消去時の誤動作を防ぐ不揮発性半導体装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は、従来の不揮発性半導体装置を示
す断面図である。P型シリコン基板101の表面上には
ゲート酸化膜103が形成され、このゲート酸化膜10
3の上には導電層が堆積される。次に、この導電層をリ
ソグラフィ技術を用いてパターニングすることにより、
ゲート酸化膜103の上には浮遊ゲート105及び選択
ゲート107が形成される。この後、浮遊ゲート105
及び選択ゲート107をマスクとしてイオン注入するこ
とにより、P型シリコン基板101にはソース領域及び
ドレイン領域の拡散層109、111、113が形成さ
れる。次に、この浮遊ゲート105の上には層間絶縁膜
115を介してポリシリコンからなる制御ゲート117
が形成される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の従来
の不揮発性半導体装置(従来のセル構造)では、一つの
セルの面積をある程度小さくする必要があるため、これ
に応じて制御ゲート117と浮遊ゲート105とが相互
に対向する面の面積も小さくなる。このため、制御ゲー
ト117と浮遊ゲート105との間のカップリング容量
が低くなるので、カップリング容量を稼ぐために制御ゲ
ート117に高い電圧を掛ける必要が生ずる。このよう
に制御ゲート117に高い電圧を掛けると、層間絶縁膜
115へのストレスが増加し、その結果、層間絶縁膜1
15の信頼性が低下することとなる。
【0004】また、過剰消去時の誤動作を防止するため
に、選択ゲート107及び拡散層111、113からな
る選択トランジスタを設けている。このため、セル内に
選択トランジスタを形成する領域が必要となり、セル面
積が大きくなるという欠点がある。
【0005】尚、選択トランジスタは、過剰消去時の誤
動作によりソース領域の拡散層109からドレイン領域
の拡散層111へ電子が流れたとしても、選択ゲート1
07をオフしておくことで、ドレイン領域の拡散層11
1から拡散層113に電子が流れることがないので、こ
の結果、過剰消去時の誤動作を防止できるというもので
ある。
【0006】この発明は上記のような事情を考慮してな
されたものであり、その目的は、制御ゲートと浮遊ゲー
トとの間の層間絶縁膜の信頼性を向上させ、且つセル面
積を縮小した不揮発性半導体装置を提供することにあ
る。また、制御ゲートと浮遊ゲートとの間の層間絶縁膜
の信頼性を向上させた不揮発性半導体装置を提供するこ
とにある。また、セル面積を縮小した不揮発性半導体装
置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明の第1態様に係
る不揮発性半導体装置は、上記課題を解決するため、半
導体基板の上に絶縁膜を介して設けられた、上面に凹凸
を有する浮遊ゲートと、この浮遊ゲートの凹凸に沿って
設けられた層間絶縁膜と、この層間絶縁膜の上に設けら
れた、該浮遊ゲートの凹凸と噛み合うように形成された
凹凸を有する制御ゲートと、を具備することを特徴とす
る。この不揮発性半導体装置では、浮遊ゲートの上面に
凹凸を設け、この凹凸と噛み合うように形成された凹凸
を制御ゲートに設けているため、制御ゲートと浮遊ゲー
トの導体板の表面積を大きくすることができる。これに
より、制御ゲートと浮遊ゲートとの間のカップリング容
量を大きくすることができ、その結果、制御ゲート電圧
を低電圧化できる。したがって、この制御ゲート電圧の
低電圧化により、層間絶縁膜へのストレスを減少させる
ことができ、層間絶縁膜の信頼性を向上できる。
【0008】また、この発明の第2態様に係る不揮発性
半導体装置は、半導体基板の上に絶縁膜を介して設けら
れた浮遊ゲートと、この浮遊ゲートの上面及びドレイン
領域の拡散層側の側面を層間絶縁膜を介して包むように
設けられた制御ゲートと、を具備することを特徴とす
る。この不揮発性半導体装置では、浮遊ゲートのドレイ
ン領域の拡散層側の側面を層間絶縁膜を介して包むよう
に制御ゲートを設けているため、過剰消去時の誤動作を
防止できる。つまり、制御ゲートにおける浮遊ゲートの
ドレイン領域の拡散層側の側面に形成された部分が従来
品の選択ゲートと同じ役割を果たすので、従来品のよう
に選択トランジスタを形成する必要がなくなり、セル面
積を縮小することができる。
【0009】また、この発明の第3態様に係る不揮発性
半導体装置は、半導体基板の上に絶縁膜を介して設けら
れた、上面に凹凸を有する浮遊ゲートと、この浮遊ゲー
トの凹凸に沿って設けられるとともにドレイン領域の拡
散層側の該浮遊ゲートの側面に設けられた層間絶縁膜
と、この層間絶縁膜の上に設けられた、該浮遊ゲートの
凹凸と噛み合うように形成された凹凸を有し且つ該浮遊
ゲートの側面を包むように形成された制御ゲートと、を
具備することを特徴とする。これにより、層間絶縁膜の
信頼性を向上でき、且つセル面積を縮小することができ
る。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
一実施の形態について説明する。図1は、この発明の一
実施の形態による不揮発性半導体装置を示す断面図であ
る。
【0011】先ず、P型シリコン基板1の表面上には熱
酸化法によりゲート酸化膜2が形成される。この後、こ
のゲート酸化膜2の上には例えばCVD(Chemical Vap
or Deposition )法により導電層が堆積され、この導電
層をリソグラフィ技術を用いてパターニングすることに
より、ゲート酸化膜2の上には浮遊ゲート5が形成され
る。次に、この浮遊ゲート5の上面には例えばRIE
(Reactive Ion Etching)により凹凸が設けられる。
【0012】この後、浮遊ゲート5の上には例えばCV
D法により層間絶縁膜7が形成され、この層間絶縁膜7
も浮遊ゲート5の上面の凹凸と同様の凹凸形状を有して
いる。即ち、浮遊ゲート5の凹凸に沿って層間絶縁膜が
設けられる。次に、この層間絶縁膜7の上には導電層が
堆積され、この導電層をリソグラフィ技術を用いてパタ
ーニングすることにより、浮遊ゲート5の上には層間絶
縁膜7を介して制御ゲート9が形成される。この結果、
制御ゲート9の下面には凹凸が設けられ、この凹凸は浮
遊ゲート5の上面の凹凸と歯車が噛み合うように形成さ
れる。これとともに、制御ゲート9は浮遊ゲート5の一
方の側面上にも層間絶縁膜7を介して設けられる。つま
り、後記ドレイン領域の拡散層13側の浮遊ゲート5の
側面を制御ゲート9が包むように形成される。
【0013】次に、制御ゲート9をマスクとしてイオン
注入することにより、P型シリコン基板1にはソース領
域及びドレイン領域の拡散層11、13が形成される。
【0014】上記実施の形態によれば、ドレイン領域の
拡散層13側に位置する制御ゲート9のサイドを浮遊ゲ
ート5を包むように構成している。この制御ゲート9に
おけるドレイン拡散層13に張り出した部分は、従来品
の選択ゲートと同じ役割をするものであり、過剰消去時
の誤動作を防止するためのものである。したがって、こ
の張り出した部分により過剰消去時の誤動作を防止でき
るとともに、従来品のように選択トランジスタを形成す
る必要がなくなり、セル面積を縮小することができる。
【0015】また、浮遊ゲート5の上面および制御ゲー
ト9の下面それぞれに凹凸を設けているため、制御ゲー
ト9と浮遊ゲート5の導体板の表面積を大きくすること
ができる。これによる具体的な効果を以下に説明する。
【0016】図2は、制御ゲートと浮遊ゲートの導体板
の面積を大きくすることによる効果を説明するための等
価回路図である。C1は、従来の不揮発性半導体装置に
おける制御ゲートと浮遊ゲートとの間の容量であり、C
は、その他の容量である。V1は、従来の不揮発性半導
体装置における制御ゲートと浮遊ゲートの間の電圧であ
り、V2は、従来の不揮発性半導体装置における浮遊ゲ
ートと基板の間の電圧である。
【0017】容量は、導体板の面積に比例し、導体板の
間隔に反比例する。 容量C∝面積/間隔
【0018】上記実施の形態による不揮発性半導体装置
で制御ゲート9と浮遊ゲート5に凹凸を形成したことに
より増加した制御ゲート9と浮遊ゲート5との間の面積
分の容量をΔCとすると、上記不揮発性半導体装置にお
ける制御ゲート9と浮遊ゲート5との間の容量はC1+
ΔCと表わすことができる。
【0019】また、カップリング容量比Gは、制御ゲー
ト9と浮遊ゲート5との間の容量(C1+ΔC)と、そ
の他の容量Cとの関係より、下記のように表わされる。 G=(C1+ΔC)/(C1+C) ・・・(1)
【0020】また、浮遊ゲート5と基板1の間の電圧V
3は、制御ゲート9と浮遊ゲート5の間の電圧V1とカ
ップリング容量比Gより、下記のように表わされる。 V3=V1×G ・・・(2)
【0021】(1)式と(2)式より、 V3=V1(C1+ΔC)/(C1+C) ・・・(3)
【0022】尚、従来の不揮発性半導体装置におけるカ
ップリング容量比G1及び浮遊ゲートと基板の間の電圧
V2は下記のように表わされる。 G1=C1/(C1+C) V2=V1×C1/(C1+C)
【0023】したがって、制御ゲート9と浮遊ゲート5
との間の容量が上記凹凸により従来品に比べてΔCだけ
増加した結果、浮遊ゲート5と基板1間に掛かる電圧V
3は増加する。このため、従来のセル構造で得ることの
できる浮遊ゲートと基板間の電圧V2を上述したセル構
造で得るには、制御ゲート電圧を低くしても可能であ
る。つまり、浮遊ゲート5と制御ゲート9に上記凹凸を
設けることにより、浮遊ゲート5と制御ゲート9のカッ
プリング容量を大きくすることができ、その結果、制御
ゲート電圧を低電圧化できる。そして、この制御ゲート
電圧の低電圧化により、層間絶縁膜7へのストレスを減
少させることができ、層間絶縁膜7の信頼性を向上でき
る。
【0024】尚、上記実施の形態では、浮遊ゲート5の
上面および制御ゲート9の下面それぞれに凹凸を設けて
いるが、この凹凸は制御ゲート9と浮遊ゲート5とが互
いに対向する面の面積が大きくなるものであればどのよ
うな形状でも良い。
【0025】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
浮遊ゲートの上面に凹凸を設け、この凹凸と噛み合うよ
うに形成された凹凸を制御ゲートに設けている。また、
浮遊ゲートのドレイン領域の拡散層側の側面を層間絶縁
膜を介して包むように制御ゲートを設けている。したが
って、制御ゲートと浮遊ゲートとの間の層間絶縁膜の信
頼性を向上させ、且つセル面積を縮小した不揮発性半導
体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施の形態による不揮発性半導体
装置を示す断面図。
【図2】制御ゲートと浮遊ゲートの導体板の面積を大き
くすることによる効果を説明するための等価回路図。
【図3】従来の不揮発性半導体装置を示す断面図。
【符号の説明】
1…P型シリコン基板、2…ゲート酸化膜、5…浮遊ゲ
ート、7…層間絶縁膜、9…制御ゲート、11…ソース
領域の拡散層、13…ドレイン領域の拡散層、C1…従
来の不揮発性半導体装置における制御ゲートと浮遊ゲー
トとの間の容量、C…その他の容量、V1…従来の不揮
発性半導体装置における制御ゲートと浮遊ゲートの間の
電圧、V2…従来の不揮発性半導体装置における浮遊ゲ
ートと基板の間の電圧、101…P型シリコン基板、1
03…ゲート酸化膜、105…浮遊ゲート、107…選
択ゲート、109…ソース領域の拡散層、111…ドレ
イン領域の拡散層、113…拡散層、115…層間絶縁
膜、117…制御ゲート。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の上に絶縁膜を介して設けら
    れた、上面に凹凸を有する浮遊ゲートと、 この浮遊ゲートの凹凸に沿って設けられた層間絶縁膜
    と、 この層間絶縁膜の上に設けられた、該浮遊ゲートの凹凸
    と噛み合うように形成された凹凸を有する制御ゲート
    と、 を具備することを特徴とする不揮発性半導体装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板の上に絶縁膜を介して設けら
    れた浮遊ゲートと、 この浮遊ゲートの上面及びドレイン領域の拡散層側の側
    面を層間絶縁膜を介して包むように設けられた制御ゲー
    トと、 を具備することを特徴とする不揮発性半導体装置。
  3. 【請求項3】 半導体基板の上に絶縁膜を介して設けら
    れた、上面に凹凸を有する浮遊ゲートと、 この浮遊ゲートの凹凸に沿って設けられるとともにドレ
    イン領域の拡散層側の該浮遊ゲートの側面に設けられた
    層間絶縁膜と、 この層間絶縁膜の上に設けられた、該浮遊ゲートの凹凸
    と噛み合うように形成された凹凸を有し且つ該浮遊ゲー
    トの側面を包むように形成された制御ゲートと、 を具備することを特徴とする不揮発性半導体装置。
JP8325513A 1996-12-05 1996-12-05 不揮発性半導体装置 Pending JPH10173074A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000026228A (ko) * 1998-10-19 2000-05-15 김영환 플래쉬 메모리 셀 및 그의 제조 방법
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