JPH11163174A - Nonvolatile semiconductor storage device and manufacture thereof - Google Patents

Nonvolatile semiconductor storage device and manufacture thereof

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JPH11163174A
JPH11163174A JP26413798A JP26413798A JPH11163174A JP H11163174 A JPH11163174 A JP H11163174A JP 26413798 A JP26413798 A JP 26413798A JP 26413798 A JP26413798 A JP 26413798A JP H11163174 A JPH11163174 A JP H11163174A
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drain
layer
nonvolatile semiconductor
memory device
impurity
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Shusuke Tanaka
秀典 田中
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三喜 安藤
Toshimoto Kubota
俊元 久保田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile semiconductor storage device, which has improved drain disturbance characteristics, and a method of manufacturing the device. SOLUTION: A nonvolatile semiconductor storage device is provided with a laminated gate part 10 formed by laminating a tunnel insulting film 2, a floating gate electrode 3, a capacitor insulating film 4 and a controller gate electrode 5 on a p-type substrate 1. An n<++> arsenic-containing drain layer 26a, an n<++> source layer 26b, an n<+> drain layer 22 and an n<+> source layer 20 are provided in the substrate 1. Moreover, an n<-> layer 23 which contains phosphorus and overlaps with the end part extending along the widthwise direction of the gate part 10 as a whole, and a p-type layer 24 which encircles the layer 22 and the bottom of the layer 23, are provided on the side of a drain in the substrate 1. With this structure of the nonvolatile semiconductor storage device, an electric field which is applied between the electrode 3 and the drain is relaxed at the time of a write operation, and the drain disturbance characteristics of the device are enhanced.

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】本発明は、フローティングゲ
ート電極を備えた不揮発性半導体記憶装置及びその製造
方法に係り、特にドレインディスターブ特性の改善対策
に関するものである。
The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device having a floating gate electrode and a method of manufacturing the same, and more particularly to a measure for improving drain disturb characteristics.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、フローティングゲート電極を
有するメモリセルトランジスタを備えたメモリセル構造
を有する不揮発性半導体記憶装置として、特開昭60−
134477号公報や、論文(Process and
Device Technologies For
16Mbit EPROMs with LargeT
ilt Angle Implanted P−Poc
ket cell)(IEDM90のpp.95−9
8)に開示されるように、高集積化を図るものが知られ
ている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a nonvolatile semiconductor memory device having a memory cell structure including a memory cell transistor having a floating gate electrode is disclosed in
No. 134377 and a paper (Process and
Device Technologies For
16Mbit EPROMs with LargeT
ilt Angle Implanted P-Poc
Ket cell) (pp. 95-9 of IEDM90)
As disclosed in 8), there is known one that achieves high integration.

【0003】図16(a)は、上記論文に記載されてい
る不揮発性半導体記憶装置のメモリセル構造を示す断面
図である。同図に示すように、メモリセルにおいて、p
型Si基板101の上には、トンネル絶縁膜としても機
能するゲート酸化膜102と、ポリシリコン膜から形成
されたフローティングゲート電極103と、ONO膜か
ら形成された容量絶縁膜104と、ポリシリコン膜から
形成されたコントロールゲート電極105とにより構成
される積層ゲート部110を備えている。積層ゲート部
110の上には保護絶縁膜106が設けられている。p
型Si基板101内には、高濃度のヒ素(As)を含む
ドレインn++層126a(n++ディープドレイン)及び
ソースn++層126bと、低濃度のヒ素を含むドレイン
n+ 層123(シャロードレイン)と、リン(P)を含
みパンチスルーストッパーとして機能するp−ポケット
124a,124bとが設けられている。
FIG. 16A is a cross-sectional view showing a memory cell structure of a nonvolatile semiconductor memory device described in the above article. As shown in FIG.
A gate oxide film 102 also functioning as a tunnel insulating film, a floating gate electrode 103 formed of a polysilicon film, a capacitance insulating film 104 formed of an ONO film, and a polysilicon film And a control gate electrode 105 formed from the same. The protective insulating film 106 is provided on the stacked gate portion 110. p
In the type Si substrate 101, a drain n ++ layer 126a (n ++ deep drain) and a source n ++ layer 126b containing a high concentration of arsenic (As), and a drain n + layer 123 containing a low concentration of arsenic (Shallow drain) and p-pockets 124a and 124b containing phosphorus (P) and functioning as punch-through stoppers are provided.

【0004】図16(b)は、上記不揮発性半導体記憶
装置の製造工程を示すフロー図である。まず、積層ゲー
ト部110を形成した後、シャロードレイン(ドレイン
n+層123)形成のためのヒ素(As)のイオン注入
を行なう。次に、大傾角イオン注入法によりp−ポケッ
ト124a,124b形成のためのボロン(B)のイオ
ン注入を行なう。その後、周辺トランジスタの形成を行
なった後、n++ディープドレイン(ドレインn++層12
6a)形成のためのヒ素(As)のイオン注入を行な
い、続いて、熱処理により各領域の不純物の活性化を行
なう。その後、周辺トランジスタのLDD領域形成のた
めの低濃度のn型不純物のイオン注入を行なう。なお、
同論文中の図1には示されていないが、積層ゲート部1
10の側面上には図16(a)中の破線で示す絶縁体サ
イドウォールが形成され、ディープドレイン形成のため
のイオン注入は、積層ゲート部110及び絶縁体サイド
ウォールをマスクとして行なわれるものと思われる。
FIG. 16B is a flow chart showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device. First, after forming the stacked gate portion 110, arsenic (As) ions are implanted for forming a shallow drain (drain n + layer 123). Next, boron (B) ions for forming p-pockets 124a and 124b are implanted by a large tilt ion implantation method. Then, after forming a peripheral transistor, an n ++ deep drain (drain n ++ layer 12
6a) Arsenic (As) ions are implanted for formation, followed by activation of impurities in each region by heat treatment. Thereafter, ion implantation of a low-concentration n-type impurity for forming an LDD region of the peripheral transistor is performed. In addition,
Although not shown in FIG.
On the side surface of the insulator 10, an insulator sidewall indicated by a broken line in FIG. 16A is formed, and ion implantation for forming a deep drain is performed using the stacked gate portion 110 and the insulator sidewall as a mask. Seem.

【0005】次に、従来の不揮発性半導体記憶装置の動
作を説明する。
Next, the operation of the conventional nonvolatile semiconductor memory device will be described.

【0006】書き込みは、コントロールゲート電極10
5に10V程度の電圧を印加し、ドレインn++層126
aに5V程度の電圧を印加し、p−ポケット124aと
n+層123との接合部の近傍でチャネルホットエレク
トロンを発生させ、チャネルホットエレクトロンをフロ
ーティングゲート電極103に注入して蓄積する。消去
は、ソースn++層126bに約12Vの電圧を印加し、
FN(Fowler−Nordheim)電流により、
フローティングゲート電極103に蓄積されている電子
を引き抜く。読み出しは、コントロールゲート電極10
5に5Vの電圧を印加し、ドレインn++層126aに1
V程度の電圧を印加して、ドレイン電流の大小で、フロ
ーティングゲート電極103の電子の蓄積量を検知す
る。フローティングゲート電極103に電子が多く蓄積
されているときはドレイン電流はほとんど流れないが、
フローティングゲート電極103に電子がほとんど蓄積
されていないときはドレイン電流が十分流れる。このド
レイン電流の大きさの相違により、記憶情報を読み取
る。
Writing is performed on the control gate electrode 10.
5 is applied to the drain n ++ layer 126.
A voltage of about 5 V is applied to a to generate channel hot electrons near the junction between the p − pocket 124a and the n + layer 123, and the channel hot electrons are injected into the floating gate electrode 103 and accumulated. For erasing, a voltage of about 12 V is applied to the source n ++ layer 126b,
By Fowler-Nordheim (FN) current,
Electrons stored in the floating gate electrode 103 are extracted. Reading is performed using the control gate electrode 10.
5 is applied to the drain n ++ layer 126a.
A voltage of about V is applied, and the amount of accumulated electrons in the floating gate electrode 103 is detected based on the magnitude of the drain current. When a large amount of electrons are accumulated in the floating gate electrode 103, almost no drain current flows,
When electrons are hardly accumulated in the floating gate electrode 103, a sufficient drain current flows. The stored information is read based on the difference in the magnitude of the drain current.

【0007】このような不揮発性半導体記憶装置では、
p−ポケット124aと、ドレインn+ 層123との間
のpn接合が急峻なほど、書き込み時のホットエレクト
ロンが多く発生することが知られている。そして、p−
ポケット124a,124bによりパンチスルーを確実
に防止できることで、ゲート長が0.4μm程度である
微細なメモリセル構造の実現を図ろうとしている。
In such a nonvolatile semiconductor memory device,
It is known that the steeper the pn junction between the p- pocket 124a and the drain n + layer 123, the more hot electrons are generated during writing. And p-
The pockets 124a and 124b can surely prevent punch-through, so that a fine memory cell structure having a gate length of about 0.4 μm is to be realized.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の論文に記載されているようなシャロードレインを有
するメモリセル構造を備えた不揮発性半導体記憶装置に
おいて、以下のような問題があった。
However, the nonvolatile semiconductor memory device having a memory cell structure having a shallow drain as described in the above-mentioned conventional paper has the following problems.

【0009】メモリセルへの書き込み動作において、選
択されたメモリセルではないが選択されたメモリセルと
共通のビットラインつまり選択ビットラインに接続され
る非選択のメモリセルにおいて、ドレインには5V、コ
ントロールゲート電極には0Vの電圧が印加される。こ
こで、フローティングゲート電極に電子が注入されてい
る場合には、フローティングゲート電極の電位は−2V
程度であるので、フローティングゲート電極とドレイン
との間にはかなりの大きさの電界が生じる。そして、ド
レイン近傍では、GIDL(Gate Induced
DrainLeakage Current)と呼ば
れる電子とホールの対が生成され、このホールがこの電
界に引っ張られてゲート酸化膜内に侵入する(ホットホ
ールトラップ)。あるいはフローティングゲート電極近
くに到達する。このゲート酸化膜へのホールの蓄積によ
って、以下のような2つの不具合が発生する。
In a write operation to a memory cell, in a non-selected memory cell which is not a selected memory cell but is connected to a selected bit line common to a selected memory cell, that is, a non-selected memory cell, a drain of 5 V is applied to a drain. A voltage of 0 V is applied to the gate electrode. Here, when electrons are injected into the floating gate electrode, the potential of the floating gate electrode is -2 V
Therefore, a considerable electric field is generated between the floating gate electrode and the drain. In the vicinity of the drain, GIDL (Gate Induced)
A pair of electrons and holes called “DrainLakage Current” is generated, and the holes are pulled by the electric field and enter the gate oxide film (hot hole trap). Alternatively, it reaches near the floating gate electrode. The accumulation of holes in the gate oxide film causes the following two problems.

【0010】第1に、フローティングゲート電極内の電
子の蓄積が減少することにより、書き込み動作時におけ
る非選択メモリセルトランジスタのしきい値電圧が変動
し(ドレインディスターブ)、誤書き込みが生じるおそ
れがある。
First, since the accumulation of electrons in the floating gate electrode is reduced, the threshold voltage of a non-selected memory cell transistor during a write operation varies (drain disturb), and erroneous writing may occur. .

【0011】上述のようなしきい値電圧の変動は、当該
メモリセルのフローティングゲート電極−ドレイン間に
長時間の間高電圧が印加された状態になっているときに
生じやすい。ここで、1つのビット線に接続されるメモ
リセルの数は、不揮発性半導体記憶装置の集積度が高く
なるほど増大する。たとえば、1メガビットのメモリセ
ルアレイにおいては、1024個のメモリセルが共通の
ビット線に接続されている。そのため、書き込み動作時
において、1つのメモリセルのフローティングゲート電
極−ドレイン間に高電圧が印加される時間は1秒間以上
になっており、今後も不揮発性半導体記憶装置の高集積
化に伴いこの時間が長くなる傾向がある。言い換える
と、不揮発性半導体記憶装置の高集積化のためには、ド
レインディスターブ特性の向上が必須である。
The above-described fluctuation of the threshold voltage tends to occur when a high voltage is applied between the floating gate electrode and the drain of the memory cell for a long time. Here, the number of memory cells connected to one bit line increases as the integration degree of the nonvolatile semiconductor memory device increases. For example, in a 1 megabit memory cell array, 1024 memory cells are connected to a common bit line. Therefore, during the write operation, the time during which a high voltage is applied between the floating gate electrode and the drain of one memory cell is 1 second or more, and this time will continue in accordance with the high integration of the nonvolatile semiconductor memory device. Tend to be longer. In other words, for high integration of the nonvolatile semiconductor memory device, it is essential to improve drain disturb characteristics.

【0012】第2に、ホールの蓄積によってゲート酸化
膜の膜質が劣化するので、これによっても信頼性が低下
するという問題がある。
Second, since the film quality of the gate oxide film is degraded due to the accumulation of holes, there is a problem that the reliability is also lowered.

【0013】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、メモリセルにフローティングゲー
ト電極を備えた不揮発性半導体記憶装置において、ゲー
ト酸化膜へのホールの侵入及び蓄積を防止する手段を講
ずることにより、ドレインディスターブ特性を改善し、
もって、不揮発性半導体記憶装置の高集積化と信頼性の
向上とを図ることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to prevent penetration and accumulation of holes into a gate oxide film in a nonvolatile semiconductor memory device having a floating gate electrode in a memory cell. Measures to improve drain disturb characteristics,
Accordingly, it is an object of the present invention to improve the integration and reliability of a nonvolatile semiconductor memory device.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の不揮発性半導体
記憶装置は、第1導電型の半導体基板と、上記半導体基
板上にトンネル絶縁膜,フローティングゲート電極,容
量絶縁膜,コントロールゲート電極を順に積層して設け
られた積層ゲート部と、上記半導体基板の表面の素子形
成領域に上記積層ゲート部を挟んで設けられた第2導電
型のソース領域およびドレイン領域と、上記第2導電型
のドレイン領域の底部を囲む第1導電型領域とを備え、
上記ドレイン−ソース間に電圧を印加してホットキャリ
アを発生させることで書き込む機能を有するとともに、
上記ドレイン領域は、第2導電型の第1の不純物を含む
第1の拡散層と、上記第1の不純物よりもイオン注入時
における飛程が大きい第2導電型の第2の不純物を含む
第2の拡散層とを少なくとも有し、少なくとも上記第2
の拡散層は、平面視において、上記素子形成領域におけ
る上記積層ゲート部のゲート幅方向に沿った端部とその
全体に亘ってオーバーラップしている。
According to the present invention, there is provided a nonvolatile semiconductor memory device comprising a semiconductor substrate of a first conductivity type, and a tunnel insulating film, a floating gate electrode, a capacitor insulating film, and a control gate electrode formed on the semiconductor substrate in this order. A stacked gate portion provided by stacking; a second conductivity type source region and a drain region provided in an element formation region on the surface of the semiconductor substrate with the stacked gate portion interposed therebetween; and a drain of the second conductivity type A first conductivity type region surrounding the bottom of the region;
A function of writing by applying a voltage between the drain and the source to generate hot carriers,
The drain region includes a first diffusion layer containing a second impurity of a first conductivity type and a second diffusion layer containing a second impurity of a second conductivity type having a greater range during ion implantation than the first impurity. At least the second diffusion layer.
In the plan view, the diffusion layer overlaps the entire end of the stacked gate portion along the gate width direction in the element formation region.

【0015】これにより、ドレイン領域が少なくとも2
種類の第2導電型の不純物を含む第1,第2拡散層を有
しており、そのうちの少なくとも第2の拡散層が素子形
成領域上における積層ゲート部のゲート幅方向の全体に
亘って積層ゲート部とオーバーラップしている。したが
って、ドレイン領域が第1導電型領域との間で急峻なp
n接合を形成しながら、ドレイン領域がフローティング
ゲート電極とオーバーラップしていない部分をなくすこ
とができる。よって、書き込み速度の低下や短チャネル
効果の増大を招くことなく、ドレインディスターブ特性
を改善することができ、信頼性の向上と高集積化とを図
ることができる。
Thus, the drain region has at least 2
And a first diffusion layer containing impurities of the second conductivity type. At least a second diffusion layer of the first and second diffusion layers is stacked over the entire gate width direction of the stacked gate portion on the element formation region. It overlaps with the gate. Therefore, the drain region has a sharp p-type between the drain region and the first conductivity type region.
While the n-junction is formed, a portion where the drain region does not overlap with the floating gate electrode can be eliminated. Therefore, the drain disturb characteristic can be improved without lowering the writing speed and increasing the short channel effect, and the reliability and the integration can be improved.

【0016】上記不揮発性半導体記憶装置において、上
記第1の不純物をヒ素とし、上記第2の不純物をリンと
することにより、リンの飛程及び拡散係数がヒ素の飛程
及び拡散係数よりも大きいことを利用して上述の効果を
有効に発揮することができる。
In the nonvolatile semiconductor memory device, the first impurity is arsenic and the second impurity is phosphorus, so that the range and diffusion coefficient of phosphorus are larger than the range and diffusion coefficient of arsenic. By utilizing this, the above effects can be effectively exhibited.

【0017】上記不揮発性半導体記憶装置において、上
記ソース領域は、第2導電型の領域のみにより構成され
ていることが好ましい。
In the nonvolatile semiconductor memory device, it is preferable that the source region is constituted only by a region of the second conductivity type.

【0018】上記不揮発性半導体記憶装置において、不
純物活性化のための熱処理における上記第2の不純物の
拡散係数は上記第1の不純物の拡散係数よりも大きいこ
とが好ましい。
In the nonvolatile semiconductor memory device, it is preferable that the diffusion coefficient of the second impurity in the heat treatment for activating the impurity is larger than the diffusion coefficient of the first impurity.

【0019】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方
法は、第1導電型の半導体基板上に、トンネル絶縁膜,
フローティングゲート電極,容量絶縁膜,コントロール
ゲート電極を順に積層して積層ゲート部を形成する第1
の工程と、上記半導体基板の表面の素子形成領域に上記
積層ゲート部を挟んで第2導電型のソース領域およびド
レイン領域を形成する第2の工程と、上記第2導電型の
ドレイン領域の底部を覆うように第1導電型領域を形成
する第3の工程とを備え、上記第2の工程では、飛程が
互いに異なる少なくとも2種類の第2導電型不純物のイ
オン注入を行って熱処理を行うことにより、少なくとも
2種類の第2導電型の拡散層を形成し、そのうちの飛程
が大きい方の不純物を含む拡散層を、平面視において、
上記素子形成領域上における上記積層ゲート部のゲート
幅方向に沿った端部とその全体に亘ってオーバーラップ
させる方法である。
According to the method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, a tunnel insulating film,
A first method of forming a stacked gate portion by sequentially stacking a floating gate electrode, a capacitor insulating film, and a control gate electrode;
A second step of forming a source region and a drain region of a second conductivity type in the element formation region on the surface of the semiconductor substrate with the stacked gate portion interposed therebetween; and a bottom portion of the drain region of the second conductivity type Forming a first conductivity type region so as to cover the first conductive type region, and in the second step, heat treatment is performed by ion-implanting at least two types of second conductive type impurities having different ranges. Thereby, at least two types of diffusion layers of the second conductivity type are formed, and the diffusion layer containing the impurity having the larger range is formed in plan view.
This is a method in which an end of the stacked gate portion along the gate width direction on the element formation region is entirely overlapped.

【0020】この方法により、上述の効果を発揮する不
揮発性半導体記憶装置を容易に形成することができる。
According to this method, a nonvolatile semiconductor memory device exhibiting the above effects can be easily formed.

【0021】上記不揮発性半導体記憶装置の製造方法に
おいて、上記第2の工程では、飛程が大きい方の不純物
イオンのドーズ量を、飛程が小さい方の不純物イオンの
ドーズ量よりも少なくすることが好ましい。
In the method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, in the second step, the dose of impurity ions having a larger range is set smaller than that of impurity ions having a smaller range. Is preferred.

【0022】上記不揮発性半導体記憶装置の製造方法に
おいて、上記第2の工程では、上記少なくとも2種類の
第2導電型不純物のイオン注入のうち少なくとも1種類
の不純物のイオン注入を、積層ゲート部を形成した直後
に行うことにより、ドレイン領域における上記第2の拡
散層を積層ゲート部の内方側にまで形成することができ
る。
In the method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, in the second step, ion implantation of at least one of the at least two types of impurities of the second conductivity type is performed by using By performing the step immediately after the formation, the second diffusion layer in the drain region can be formed to the inner side of the stacked gate portion.

【0023】上記不揮発性半導体記憶装置の製造方法に
おいて、上記第3の工程では、上記第1導電型領域を形
成するための第1導電型不純物のイオン注入は、積層ゲ
ート部の下部領域にも注入されるように半導体基板の法
線方向に対して20度以上の角度を有する方向から行う
大傾角イオン注入を用いることにより、第1導電型領域
を積層ゲート部の下部において第2導電型のドレイン領
域の底部を覆うように形成することが容易になる。
In the method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, in the third step, the ion implantation of the first conductivity type impurity for forming the first conductivity type region may be performed also in the lower region of the stacked gate portion. By using the large-angle ion implantation performed from a direction having an angle of 20 degrees or more with respect to the normal direction of the semiconductor substrate so as to be implanted, the first conductivity type region is formed under the stacked gate portion under the second conductivity type. It is easy to form so as to cover the bottom of the drain region.

【0024】上記不揮発性半導体記憶装置の製造方法に
おいて、上記飛程が大きい方の不純物は、上記飛程が小
さい方の不純物よりも不純物活性化のための熱処理にお
ける拡散係数が大きいことが好ましい。
In the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, it is preferable that the impurity having the larger range has a larger diffusion coefficient in the heat treatment for activating the impurity than the impurity having the smaller range.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態)以下、本発明
の第1の実施形態について、図面を参照しながら説明す
る。図1は、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置
の構成を示す断面図であり、図2(a)〜(c)および
図3(a)〜(c)は本実施形態に係る不揮発性半導体
記憶装置の製造工程を示す断面図である。
(First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment. FIGS. 2A to 2C and 3A to 3C show the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment. FIG. 14 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor memory device.

【0026】図1に示すように、本実施形態に係る不揮
発性半導体記憶装置は、第1導電型であるB(ボロン)
を含むp型Si基板1の上に、シリコン酸化膜から形成
されたトンネル絶縁膜2と、ポリシリコン膜から形成さ
れたフローティングゲート電極3と、ONO膜から形成
された容量絶縁膜4と、ポリシリコン膜から形成されワ
ード線としても機能するコントロールゲート電極5とを
順次積層して設けられた積層ゲート部10を備えてい
る。上記積層ゲート部10全体の側面にはシリコン酸化
膜から形成された絶縁体サイドウォール25が設けられ
ている。また、p型Si基板1内において、絶縁体サイ
ドウォール25の側方に位置する領域には、高濃度のヒ
素を含むドレインn++層26a及びソースn++層26b
と、やや高濃度のヒ素を含みドレインn++層26a及び
ソースn++層26bの底部をそれぞれ囲むように形成さ
れたドレインn+ 層22及びソースn+ 層20とが設け
られている。そして、p型Si基板1のソース側には、
P(リン)を含みソースn+層20の底部を囲むように
形成されたソースn- 層21が設けられている一方、p
型Si基板1のドレイン側には、P(リン)を含みドレ
インn+ 層22の内方側で積層ゲート部10とオーバー
ラップする位置に形成されたドレインn- 層23と、ド
レインn+ 層22及びドレインn- 層23の底部を囲む
ように形成されたp層24とが設けられている。
As shown in FIG. 1, the nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment has a first conductivity type of B (boron).
A tunnel insulating film 2 formed of a silicon oxide film, a floating gate electrode 3 formed of a polysilicon film, a capacitance insulating film 4 formed of an ONO film, A control gate electrode 5 formed of a silicon film and also functioning as a word line is provided in a laminated gate portion 10 which is sequentially laminated. An insulator sidewall 25 formed of a silicon oxide film is provided on a side surface of the entire stacked gate unit 10. In the p-type Si substrate 1, a region located on the side of the insulator sidewall 25 includes a drain n ++ layer 26a containing a high concentration of arsenic and a source n ++ layer 26b.
And a drain n.sup. + Layer 22 and a source n.sup. + Layer 20 which contain arsenic at a relatively high concentration and are formed to surround the bottoms of the drain n.sup. ++ layer 26a and the source n.sup. ++ layer 26b, respectively. Then, on the source side of the p-type Si substrate 1,
A source n- layer 21 containing P (phosphorus) and surrounding the bottom of the source n + layer 20 is provided.
On the drain side of the type Si substrate 1, a drain n− layer 23 containing P (phosphorus) and formed at a position overlapping the stacked gate portion 10 on the inner side of the drain n + layer 22, and a drain n + layer 22 and a p layer 24 formed so as to surround the bottom of the drain n− layer 23.

【0027】すなわち、本実施形態に係る不揮発性半導
体記憶装置の第1の特徴は、ドレイン領域が、第2導電
型不純物であるヒ素を含むドレインn++層26aと、ヒ
素を含むドレインn+ 層22と、イオン注入時における
飛程及び熱処理時における拡散係数がヒ素よりも大きい
第2導電型不純物であるリンを含むドレインn- 層23
とにより構成されている点である。すなわち、ドレイン
n- 層23が設けられている点が上記論文中の図に記載
されている不揮発性半導体記憶装置のメモリセル構造と
は大きく異なる。そして、このドレインn- 層23が、
LOCOS分離膜(図示せず)で分離された素子形成領
域上における積層ゲート部10の幅方向(図1に示す断
面に直交する方向)に沿った端部とその全体に亘ってオ
ーバーラップしている。また、本実施形態に係る不揮発
性半導体記憶装置の第2の特徴は、ドレイン側にのみp
層24が設けられており、ソース領域には、上記論文中
の図に記載されているp−ポケット124bに相当する
p型の拡散層は設けられていない点である。
That is, the first feature of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment is that the drain region has a drain n ++ layer 26a containing arsenic as a second conductivity type impurity and a drain n + containing arsenic. A layer 22 and a drain n− layer 23 containing phosphorus, which is a second conductivity type impurity having a greater diffusion range during ion implantation and a larger diffusion coefficient than arsenic during heat treatment.
This is the point that is constituted. That is, the point that the drain n− layer 23 is provided is greatly different from the memory cell structure of the nonvolatile semiconductor memory device described in the figure in the above-mentioned article. The drain n− layer 23
An end along the width direction (a direction orthogonal to the cross section shown in FIG. 1) of the stacked gate portion 10 on the element formation region separated by the LOCOS separation film (not shown) overlaps the whole. I have. Further, the second feature of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment is that p
The point is that the layer 24 is provided, and the source region is not provided with a p-type diffusion layer corresponding to the p-pocket 124b described in the figure in the above-mentioned article.

【0028】なお、ソース領域およびドレイン領域と近
接するフローティングゲート電極3の稜線部には、ポリ
シリコン膜の酸化によりゲートバーズビーク7が形成さ
れており、いわばフローティングゲート電極3の稜線部
が面取りされた状態となっている。
A gate bird's beak 7 is formed at the ridge of the floating gate electrode 3 adjacent to the source region and the drain region by oxidation of the polysilicon film, so that the ridge of the floating gate electrode 3 is chamfered. It is in a state of being left.

【0029】次に、図1に示す不揮発性半導体記憶装置
の製造方法について、図2(a)〜(c)及び図3
(a)〜(c)を参照しながら説明する。
Next, a method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to (a) to (c).

【0030】まず、図2(a)に示す工程で、p型Si
基板1に、図示はしないが、pウエルとLOCOS分離
膜を形成する。次に、p型Si基板1の上に、厚みが1
0nm程度のシリコン酸化膜と、第1ポリシリコン膜
と、厚みが18nm程度のONO膜と、第2ポリシリコ
ン膜とを順次形成する。そして、この第2ポリシリコン
膜,ONO膜,第1ポリシリコン膜及びシリコン酸化膜
を順次パターニングして、コントロールゲート電極5
と、容量絶縁膜4と、フローティングゲート電極3と、
トンネル絶縁膜2とからなる積層ゲート部10を形成す
る。
First, in the step shown in FIG.
Although not shown, a p-well and a LOCOS isolation film are formed on the substrate 1. Next, on the p-type Si substrate 1, a thickness of 1
A silicon oxide film having a thickness of about 0 nm, a first polysilicon film, an ONO film having a thickness of about 18 nm, and a second polysilicon film are sequentially formed. Then, the second polysilicon film, the ONO film, the first polysilicon film, and the silicon oxide film are sequentially patterned to form the control gate electrode 5.
, A capacitive insulating film 4, a floating gate electrode 3,
A stacked gate portion 10 including the tunnel insulating film 2 is formed.

【0031】次に、図2(b)に示す工程で、熱酸化処
理を行なって、基板の全面に保護酸化膜6を形成する。
その際、フローティングゲート電極3の下端側の稜線部
が酸化されてゲートバーズビーク7が形成される。保護
酸化膜6は、各種イオン注入時の不要な汚染を防止する
ものである。また、同時に形成されるゲートバーズビー
ク7により、フローティングゲート電極3の稜線部は面
取り状態となり、フローティングゲート電極3のゲート
端部の電界集中を緩和することができる。
Next, in the step shown in FIG. 2B, a thermal oxidation process is performed to form a protective oxide film 6 on the entire surface of the substrate.
At this time, the ridge portion on the lower end side of the floating gate electrode 3 is oxidized to form a gate bird's beak 7. The protective oxide film 6 prevents unnecessary contamination at the time of various ion implantations. Further, the gate bird's beak 7 formed at the same time causes the ridge portion of the floating gate electrode 3 to be chamfered, so that the electric field concentration at the gate end of the floating gate electrode 3 can be reduced.

【0032】次に、図2(c)に示す工程で、積層ゲー
ト部10のほぼ半分とp型Si基板1のドレイン側とを
覆い、p型Si基板1のソース側を開口したレジスト膜
8を形成した後、このレジスト膜8をマスクとしてp型
Si基板1のソース領域への不純物のイオン注入を行な
う。まず、加速電圧が30〜80keV好ましくは35
〜60keV,ドーズ量が約6×1015cm-2の条件で
ヒ素イオン(As+ )の注入を行なってヒ素イオン注入
層11を形成した後、加速電圧が30〜80keV好ま
しくは35〜60keV,ドーズ量が約1.5×1015
cm-2の条件でリンイオン(P+ )の注入を行なって、
リンイオン注入層12を形成する。同図には、ヒ素イオ
ン注入層11及びリンイオン注入層12のピーク部のみ
が示されているが、実際にはヒ素イオン注入層11及び
リンイオン注入層12は、いずれも深さ方向に広い範囲
に広がっている。
Next, in a step shown in FIG. 2C, a resist film 8 covering substantially half of the laminated gate portion 10 and the drain side of the p-type Si substrate 1 and opening the source side of the p-type Si substrate 1 is formed. Is formed, ions of impurities are implanted into the source region of the p-type Si substrate 1 using the resist film 8 as a mask. First, the acceleration voltage is 30 to 80 keV, preferably 35
~60KeV, after forming the arsenic ion implanted layer 11 by performing implantation of arsenic ions (As +) at a dose of about 6 × 10 15 cm -2, an acceleration voltage is 30~80keV preferably 35~60KeV, Dose amount is about 1.5 × 10 15
implanting phosphorus ions (P +) under the condition of cm -2 ,
A phosphorus ion implanted layer 12 is formed. Although only the peak portions of the arsenic ion-implanted layer 11 and the phosphorus ion-implanted layer 12 are shown in the figure, in actuality, the arsenic ion-implanted layer 11 and the phosphorus ion-implanted layer 12 each have a wide range in the depth direction. It has spread.

【0033】次に、図3(a)に示す工程で、積層ゲー
ト部10のほぼ半分とp型Si基板1のソース側とを覆
いp型Si基板1のドレイン側を開口したレジスト膜1
3を形成した後、このレジスト膜13をマスクとしてp
型Si基板1のドレイン領域への不純物のイオン注入を
行なう。まず、加速電圧が30〜80keV好ましくは
35〜60keV,ドーズ量が約5×1014cm-2の条
件でヒ素イオン(As+ )を注入してヒ素イオン注入層
17を形成した後、加速電圧が30〜80keV好まし
くは35〜60keV,ドーズ量が約1×1014cm-2
の条件でリンイオン(P+ )を注入してリンイオン注入
層18を形成し、さらに、加速電圧が40〜70keV
好ましくは45〜60keV,ドーズ量が約2.5×1
13cm -2の条件でボロンイオン(B+ )を注入してボ
ロンイオン注入層19を形成する。同図には、ヒ素イオ
ン注入層17,リンイオン注入層18及びボロンイオン
注入層19のピーク部のみが示されているが、実際には
ヒ素イオン注入層17,リンイオン注入層18及びボロ
ンイオン注入層19は、深さ方向に広い範囲に広がって
いる。ここで、ボロンイオンの注入は、大傾角イオン注
入法により、p型Si基板1の主面に垂直な方向に対し
て45°傾いた方向から行なっており、これにより、ボ
ロンイオン注入層19を積層ゲート部10とオーバーラ
ップする領域まで形成できる。
Next, in the step shown in FIG.
Cover half of the gate portion 10 and the source side of the p-type Si substrate 1.
Film 1 having an opening on the drain side of a p-type Si substrate 1
3 is formed, and using this resist film 13 as a mask, p
Implantation of impurities into the drain region of the silicon substrate 1
Do. First, an acceleration voltage of 30 to 80 keV, preferably
35-60 keV, dose amount is about 5 × 1014cm-2Article
Arsenic ion (As +) is implanted into the arsenic ion implanted layer
After forming 17, the accelerating voltage is preferably 30 to 80 keV.
35 to 60 keV, dose about 1 × 1014cm-2
Phosphorus ion (P +) implantation under the conditions described above
The layer 18 is formed, and the accelerating voltage is 40 to 70 keV.
Preferably 45-60 keV, dose amount about 2.5 × 1
013cm -2Implant boron ions (B +)
An ion implantation layer 19 is formed. In the figure, arsenic ion
Implanted layer 17, phosphorus ion implanted layer 18, and boron ion
Although only the peak portion of the injection layer 19 is shown, actually
Arsenic ion implantation layer 17, phosphorus ion implantation layer 18,
The ion implantation layer 19 extends over a wide range in the depth direction.
I have. Here, boron ions are implanted with a large tilt ion injection.
By the implantation method, the direction perpendicular to the main surface of the p-type Si substrate 1 is
From a direction inclined by 45 °.
The ion implantation layer 19 is overlapped with the stacked gate portion 10.
It can be formed up to the region to be dropped.

【0034】次に、図3(b)に示す工程で、約900
℃で熱処理を行うことにより、ヒ素イオン注入層11,
リンイオン注入層12,ヒ素イオン注入層17,リンイ
オン注入層18及びボロンイオン注入層19中の不純物
を活性化させると共に拡散させて、p型Si基板1内の
ソース側においては、ソースn+ 層20とソースn-層
21とを形成する一方、ドレイン側においては、ドレイ
ンn+ 層22とドレインn- 層23とp層24とを形成
する。ここで、この熱処理により、p型Si基板1内の
ソース領域においては、飛程及び拡散係数の大きいリン
を含むソースn- 層21は、リンよりも飛程及び拡散係
数の小さいヒ素を含むソースn+ 層20の底部を囲み、
かつ、p型Si基板1の表面付近の領域においては積層
ゲート部10とオーバーラップするように広い範囲に形
成される。
Next, in the step shown in FIG.
By performing the heat treatment at ℃, the arsenic ion-implanted layer 11,
The impurities in the phosphorus ion implanted layer 12, the arsenic ion implanted layer 17, the phosphorus ion implanted layer 18, and the boron ion implanted layer 19 are activated and diffused, and on the source side in the p-type Si substrate 1, the source n @ + layer 20 is formed. On the drain side, a drain n + layer 22, a drain n− layer 23, and a p layer 24 are formed. Here, due to this heat treatment, in the source region in the p-type Si substrate 1, the source n − layer 21 containing phosphorus having a large range and diffusion coefficient becomes a source n − layer containing arsenic having a small range and diffusion coefficient than phosphorus. surrounding the bottom of the n + layer 20,
Further, in a region near the surface of the p-type Si substrate 1, it is formed in a wide range so as to overlap with the laminated gate portion 10.

【0035】ただし、「飛程」とは、たとえば基板への
イオン注入時における基板表面から打ち込まれたイオン
の密度の分布の中心までの距離をいい、同じ打ち込みエ
ネルギーであっても打ち込まれるイオンの質量や原子半
径などによって飛程が異なる。また、「拡散係数」と
は、粒子の広がり易さを表す概念であり、温度,不純物
濃度,面方位によって同じ不純物でも拡散係数が変化す
るが、ここでは、これらのパラメータを共通化したとき
の拡散係数の大小を比較している。
Here, the "range" means, for example, the distance from the surface of the substrate to the center of the distribution of the density of the implanted ions when the ions are implanted into the substrate. The range varies depending on the mass and the atomic radius. Further, the “diffusion coefficient” is a concept indicating the ease of spreading of particles, and the diffusion coefficient changes with the same impurity depending on the temperature, impurity concentration, and plane orientation. Here, when these parameters are shared, The magnitude of the diffusion coefficient is compared.

【0036】一方、p型Si基板1内のドレイン領域に
おいては、飛程及び拡散係数の大きいリンを含むドレイ
ンn- 層23は、リンよりも飛程及び拡散係数の小さい
ヒ素を含むドレインn+ 層22よりも広い範囲に形成さ
れ、p型Si基板1の表面付近の領域においては積層ゲ
ート部10とオーバーラップするように形成される。た
だし、リンイオン注入層18には比較的低濃度のリンが
含まれているので、p型Si基板1の奥方領域において
はボロンイオン注入層19のボロンにより中和される。
したがって、ドレインn- 層23はp型Si基板1の表
面付近の領域にのみ形成され、かつ、積層ゲート部10
とオーバーラップするように形成される。また、比較的
高エネルギーで注入され、かつ拡散係数の大きいボロン
を含むp層24は、ドレインn+ 層22及びドレインn
- 層23の底部を囲み、かつ、p型Si基板1の表面付
近の領域においては、ドレインn- 層23よりも積層ゲ
ート部10の内方に入り込むように形成される。
On the other hand, in the drain region in the p-type Si substrate 1, the drain n− layer 23 containing phosphorus having a larger range and diffusion coefficient has a drain n + containing arsenic having a smaller range and diffusion coefficient than phosphorus. The p-type Si substrate 1 is formed in a range wider than the layer 22 and in a region near the surface of the p-type Si substrate 1 so as to overlap the stacked gate portion 10. However, since the phosphorus ion-implanted layer 18 contains a relatively low concentration of phosphorus, the region behind the p-type Si substrate 1 is neutralized by boron of the boron ion-implanted layer 19.
Therefore, the drain n− layer 23 is formed only in the region near the surface of the p-type Si substrate 1 and
And are formed so as to overlap. Further, the p layer 24 containing boron which is implanted with relatively high energy and has a large diffusion coefficient includes the drain n + layer 22 and the drain n
-In a region surrounding the bottom of the layer 23 and near the surface of the p-type Si substrate 1, it is formed so as to enter the inside of the laminated gate portion 10 more than the drain n- layer 23.

【0037】その後、図3(c)に示す工程で、基板の
全面上に、シリコン酸化膜を堆積した後これをエッチバ
ックして、積層ゲート部10の側面上に絶縁体サイドウ
オール25を形成する。その後、積層ゲート部10及び
絶縁体サイドウォール25をマスクとして高濃度のヒ素
イオンの注入を行なって、p型Si基板1内の絶縁体サ
イドウォール25の側方に位置する領域に、ドレインn
++層26aとソースn++層26bとを形成する。
Thereafter, in the step shown in FIG. 3C, a silicon oxide film is deposited on the entire surface of the substrate and then etched back to form an insulator sidewall 25 on the side surface of the laminated gate portion 10. I do. Thereafter, high concentration arsenic ions are implanted using the stacked gate portion 10 and the insulator sidewall 25 as a mask, and a drain n is formed in a region located on the side of the insulator sidewall 25 in the p-type Si substrate 1.
++ layer 26a and source n ++ layer 26b.

【0038】本実施形態における不揮発性半導体記憶装
置の製造方法の特徴は、ドレイン領域における各n型層
の形成に飛程及び拡散係数が相異なる2種類のイオン
(P+,As+ )を用いている点である。なお、飛程及
び拡散係数の大きいリンのイオン注入の際のドーズ量
は、飛程及び拡散係数の小さいヒ素のイオン注入の際の
ドーズ量よりも少ないようにしている。これは、ドレイ
ンのn型層とp層24との間で急峻なpn接合を維持す
るためである。このような製造工程を採用することで、
以下に説明するようなメモリセルの平面構造及び断面構
造を実現することができる。
The feature of the method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment is that two types of ions (P +, As +) having different ranges and diffusion coefficients are used for forming each n-type layer in the drain region. That is the point. Note that the dose in the ion implantation of phosphorus having a large range and diffusion coefficient is set to be smaller than the dose in the ion implantation of arsenic having a small range and diffusion coefficient. This is to maintain a sharp pn junction between the drain n-type layer and the p layer 24. By adopting such a manufacturing process,
A planar structure and a cross-sectional structure of a memory cell as described below can be realized.

【0039】(第1の実施形態に対する比較例)次に、
上記第1の実施形態によって得られる効果を調べるため
に、上記論文記載の不揮発性半導体記憶装置のメモリセ
ルの構造において、ソース側及びドレイン側にp−ポケ
ット124a,124bを設ける代わりに、上記第1の
実施形態と同様に、ドレイン側にのみp型層を設けた比
較例について説明する。
(Comparative Example to First Embodiment) Next,
In order to examine the effects obtained by the first embodiment, instead of providing the p-pockets 124a and 124b on the source side and the drain side in the structure of the memory cell of the nonvolatile semiconductor memory device described in the above article, As in the first embodiment, a comparative example in which a p-type layer is provided only on the drain side will be described.

【0040】図12(a)〜(g)は、比較例に係る不
揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。
FIGS. 12A to 12G are cross-sectional views showing the steps of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to a comparative example.

【0041】まず、図12(a)〜(c)に示す工程で
は、上記第1の実施形態における図2(a)〜(c)に
示す工程と同様の処理を行なう。すなわち、p型Si基
板1の上に、トンネル絶縁膜2,フローティングゲート
電極3,容量絶縁膜4及びコントロールゲート電極5か
らなる積層ゲート部10を形成した後、基板の全面上に
保護酸化膜6を形成し、p型Si基板1のソース領域に
ヒ素イオン注入層11及びリンイオン注入層12を形成
する。このときの処理条件は、第1の実施形態における
条件と同じである。
First, in the steps shown in FIGS. 12A to 12C, the same processes as those shown in FIGS. 2A to 2C in the first embodiment are performed. That is, after a stacked gate portion 10 including a tunnel insulating film 2, a floating gate electrode 3, a capacitor insulating film 4 and a control gate electrode 5 is formed on a p-type Si substrate 1, a protective oxide film 6 is formed on the entire surface of the substrate. Is formed, and an arsenic ion implantation layer 11 and a phosphorus ion implantation layer 12 are formed in the source region of the p-type Si substrate 1. The processing conditions at this time are the same as the conditions in the first embodiment.

【0042】次に、図12(d)に示す工程では、第1
の実施形態における図3(a)に示す工程と同様に、積
層ゲート部10のほぼ半分とp型Si基板1のソース側
とを覆いp型Si基板1のドレイン側を開口したレジス
ト膜13を形成した後、このレジスト膜13をマスクと
してp型Si基板1のドレイン領域への不純物のイオン
注入を行なう。ただし、ヒ素イオン注入層17とボロン
イオン注入層19とは形成するが、図3(a)に示すリ
ンイオン注入層18は形成しない。ヒ素イオン注入層1
7及びボロンイオン注入層19を形成するためのイオン
注入条件は、第1の実施形態における条件と同じであ
る。
Next, in the step shown in FIG.
Similarly to the process shown in FIG. 3A in the embodiment, the resist film 13 covering substantially half of the stacked gate portion 10 and the source side of the p-type Si substrate 1 and opening the drain side of the p-type Si substrate 1 is formed. After the formation, impurity ions are implanted into the drain region of the p-type Si substrate 1 using the resist film 13 as a mask. However, the arsenic ion implantation layer 17 and the boron ion implantation layer 19 are formed, but the phosphorus ion implantation layer 18 shown in FIG. 3A is not formed. Arsenic ion implanted layer 1
The ion implantation conditions for forming the 7 and boron ion implantation layers 19 are the same as those in the first embodiment.

【0043】次に、図12(e)に示す工程で、900
℃の熱処理を行うことで、ヒ素イオン注入層11,リン
イオン注入層12,ヒ素イオン注入層17及びボロンイ
オン注入層19中の不純物を活性化させると共に拡散さ
せて、ソース領域にソースn+ 層20とソースn- 層2
1を形成し、ドレイン領域にはドレインn+ 層22とp
層24を形成する。すなわち、ドレインn- 層が存在し
ていない点が第1の実施形態と異なっている。
Next, in the step shown in FIG.
By performing a heat treatment at a temperature of about 5 ° C., the impurities in the arsenic ion-implanted layer 11, the phosphorus ion-implanted layer 12, the arsenic ion-implanted layer 17, and the boron ion-implanted layer 19 are activated and diffused. And source n- layer 2
1 and a drain n + layer 22 and p
The layer 24 is formed. That is, the second embodiment differs from the first embodiment in that the drain n− layer does not exist.

【0044】次に、図12(f)に示す工程では、絶縁
体サイドウオール25を形成した後、ヒ素のイオン注入
を行なって、ドレインn++層26aとソースn++層26
bとを形成する。
Next, in the step shown in FIG. 12F, after the insulator sidewall 25 is formed, arsenic ions are implanted to form the drain n ++ layer 26a and the source n ++ layer 26.
and b.

【0045】(第1の実施形態と比較例との対比)図4
は、第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメ
モリセルの平面図である。また、図5(a),(b)
は、図4に示すVa−Va線における断面図及びゲート長方
向に沿った不純物の種類と濃度の変化を示す図である。
図6(a),(b),(c)は、図4に示すVIa-VIa 線
における断面図,ゲート長方向に沿った不純物の種類と
濃度の変化を示す図,及びドレイン端部におけるホット
ホールの蓄積抑制作用を説明するための図である。
(Comparison of First Embodiment and Comparative Example) FIG. 4
FIG. 2 is a plan view of a memory cell of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment. FIGS. 5A and 5B
5 is a cross-sectional view taken along line Va-Va shown in FIG. 4 and a diagram showing changes in impurity types and concentrations along the gate length direction.
6 (a), 6 (b) and 6 (c) are cross-sectional views taken along the line VIa-VIa shown in FIG. 4, a diagram showing changes in impurity types and concentrations along the gate length direction, and hot spots at the drain end. It is a figure for demonstrating the accumulation | storage suppression effect of a hole.

【0046】一方、図13は、比較例に係る不揮発性半
導体記憶装置のメモリセルの平面図である。また、図1
4(a),(b)は、図13に示すXIVa-XIVa線におけ
る断面図及び不純物の種類と濃度とを示す図である。図
15(a),(b),(c)は、図13に示すXVa-XVa
線における断面図,ゲート長方向に沿った不純物の種類
と濃度とを示す図,及びドレイン端部におけるホットホ
ールの蓄積及び侵入の抑制作用を説明するための図であ
る。図17(a)は、図4のXVIIa-XVIIa 線断面におけ
る不純物のイオン注入時におけるイオン注入層の形成状
態を示す断面図、図17(b)は同じ断面における活性
化処理後における不純物拡散領域の形成状態を示す図で
ある。図18(a)は、図13のXVIIIa−XVIIIa線断面
における不純物のイオン注入時におけるイオン注入層の
形成状態を示す断面図、図18(b)は同じ断面におけ
る活性化処理後における不純物拡散領域の形成状態を示
す図である。
FIG. 13 is a plan view of a memory cell of the nonvolatile semiconductor memory device according to the comparative example. FIG.
FIGS. 4A and 4B are a cross-sectional view taken along line XIVa-XIVa shown in FIG. 13 and a diagram showing types and concentrations of impurities. FIGS. 15A, 15B, and 15C show XVa-XVa shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along a line, a diagram showing types and concentrations of impurities along a gate length direction, and a diagram for explaining an action of suppressing accumulation and intrusion of hot holes at a drain end portion. FIG. 17A is a cross-sectional view showing a state of formation of an ion-implanted layer at the time of impurity ion implantation in the cross section taken along line XVIIa-XVIIa in FIG. 4, and FIG. 17B is an impurity diffusion region after activation processing in the same cross-section. It is a figure showing the state of formation of. FIG. 18A is a cross-sectional view showing a state of formation of an ion-implanted layer at the time of impurity ion implantation in a cross section taken along line XVIIIa-XVIIIa in FIG. 13, and FIG. 18B is an impurity diffusion region after activation processing in the same cross-section. It is a figure showing the state of formation of.

【0047】図13に示すように、比較例のメモリセル
のドレイン領域においては、ドレインn+ 層22とLO
COS分離膜27とワード線であるコントロールゲート
電極5(フローティングゲート電極3)とが交わる点P
tの近傍で、ヒ素のイオン注入によって形成されたドレ
インn+ 層22がフローティングゲート電極3の下方に
まで広がっていない。これは、以下の理由による。
As shown in FIG. 13, in the drain region of the memory cell of the comparative example, the drain n + layer 22 and the LO
The point P at which the COS isolation film 27 intersects the control gate electrode 5 (floating gate electrode 3) as a word line
In the vicinity of t, the drain n + layer 22 formed by arsenic ion implantation does not extend below the floating gate electrode 3. This is for the following reason.

【0048】まず、ヒ素のイオン注入時に、比較的飛程
の小さいヒ素イオンはLOCOS膜27のバーズビーク
によってほとんどが遮られる。一方、ボロンイオンはヒ
素に比べて飛程が大きいのでLOCOS分離膜27のバ
ーズビークを通過する。したがって、図18(a)に示
すように、フローティングゲート電極3のゲート長方向
に直交する断面において、ボロンイオン注入層19はL
OCOS分離膜27のバーズビークの直下方の領域にま
で形成されるのに対し、ヒ素イオン注入層17はLOC
OS分離膜27のバーズビークの直下方の領域には形成
されない。しかも、活性化のための熱処理においても、
ヒ素の拡散係数は小さい。その結果、図18(b)に示
すように、不純物の活性化のための熱処理後において、
p層24がLOCOS分離膜27の下方まで深く入り込
むのに対し、ドレインn+ 層22はLOCOS分離膜2
7の下方まで入り込まない。
First, at the time of arsenic ion implantation, most of arsenic ions having a relatively small range are blocked by bird's beaks of the LOCOS film 27. On the other hand, boron ions have a larger range than arsenic, and therefore pass through the bird's beak of the LOCOS separation membrane 27. Therefore, as shown in FIG. 18A, in the cross section orthogonal to the gate length direction of the floating gate electrode 3, the boron ion implanted layer 19 has L
The arsenic ion-implanted layer 17 is formed in the region just below the bird's beak of the OCOS separation film 27.
It is not formed in a region of the OS isolation film 27 immediately below the bird's beak. Moreover, even in the heat treatment for activation,
The diffusion coefficient of arsenic is small. As a result, as shown in FIG. 18B, after the heat treatment for activating the impurities,
While the p layer 24 enters deeply below the LOCOS isolation film 27, the drain n + layer 22
7 does not enter below.

【0049】それに対し、図4に示すように、第1の実
施形態のメモリセルのドレイン領域においては、LOC
OS分離膜27とワード線であるコントロールゲート5
との交点Ptの近傍において、ヒ素のイオン注入によっ
て形成されたドレインn+ 層22がフローティングゲー
ト電極3の下方にまで広がっていない点は比較例と同じ
であるが、ドレインn- 層23がフローティングゲート
電極3の下方にまで十分広く形成されている。これは以
下の理由による。
On the other hand, as shown in FIG. 4, in the drain region of the memory cell of the first embodiment, LOC
OS isolation film 27 and control gate 5 as word line
Is similar to the comparative example in that the drain n + layer 22 formed by arsenic ion implantation does not extend below the floating gate electrode 3 in the vicinity of the intersection Pt. It is formed sufficiently wide below the gate electrode 3. This is for the following reason.

【0050】リンイオンの注入時に、飛程がヒ素よりも
大きく、ボロンよりも小さいリンイオンは、LOCOS
膜27のバーズビークの厚みの大きい部分ではバーズビ
ークによって遮られるが、バーズビークの厚みの小さい
部分ではバーズビークを通過する。したがって、図17
(a)に示すように、フローティングゲート電極3のゲ
ート長方向に直交する断面において、リンイオン注入層
18はLOCOS分離膜27のバーズビークの薄膜部の
直下方の領域、つまり、ボロンイオン注入層19とヒ素
イオン注入層17との中間的な位置まで形成される。し
かも、リンの拡散係数はヒ素の拡散係数よりも大きい。
その結果、図17(b)に示すように、不純物の活性化
のための熱処理後において、ドレインn- 層23がLO
COS分離膜27の下方まで入り込んで形成される。
When phosphorus ions are implanted, phosphorus ions whose range is larger than that of arsenic and smaller than that of boron are LOCOS
The portion of the film 27 where the bird's beak is thick is blocked by the bird's beak, but the portion where the bird's beak is thin passes through the bird's beak. Therefore, FIG.
As shown in (a), in the cross section orthogonal to the gate length direction of the floating gate electrode 3, the phosphorus ion implanted layer 18 is located immediately below the bird's beak thin film portion of the LOCOS isolation film 27, that is, the boron ion implanted layer 19 is formed. The arsenic ion implantation layer 17 is formed up to an intermediate position. Moreover, the diffusion coefficient of phosphorus is larger than that of arsenic.
As a result, as shown in FIG. 17B, after the heat treatment for activating the impurities, the drain n−
It is formed to penetrate below the COS separation film 27.

【0051】上述のような構造上の相違を、フローティ
ングゲート電極3のゲート長方向をに沿った断面におけ
る構造について詳しく比較する。比較例のメモリセルに
おいては、図14(a),(b)に示すように、ドレイ
ン中央部を通る断面においては、ドレインn+ 層22
は、フローティングゲート電極3の下方の領域まで広が
っている。一方、第1の実施形態のメモリセルにおいて
も、図5(a),(b)に示すように、ドレイン中央部
を通る断面においては、ドレインn+ 層22は、フロー
ティングゲート電極3の下方の領域にまで広がってお
り、ドレインn- 層23とほぼ同じ程度にフローティン
グゲート電極3とオーバーラップしている。つまり、ド
レイン中央部においては、ドレインn- 層23はきわめ
て狭くなっているので、p層24とドレインn+ 層22
との間には、比較例のメモリセルと同様に急峻なpn接
合が形成されている。したがって、第1の実施形態のメ
モリセルにおいても、不揮発性半導体記憶装置の書き込
み動作に必要なチャネルホットエレクトロンを十分発生
でき、書き込み動作が阻害されるおそれはないことがわ
かる。
The difference in the structure as described above will be compared in detail with respect to the structure of the cross section of the floating gate electrode 3 along the gate length direction. In the memory cell of the comparative example, as shown in FIGS. 14A and 14B, in the cross section passing through the central portion of the drain, the drain n + layer 22
Extends to a region below the floating gate electrode 3. On the other hand, also in the memory cell of the first embodiment, as shown in FIGS. 5A and 5B, in the cross section passing through the central portion of the drain, the drain n + layer 22 is located below the floating gate electrode 3. It extends to the region and overlaps with the floating gate electrode 3 almost to the same extent as the drain n− layer 23. That is, at the central portion of the drain, the drain n− layer 23 is extremely narrow, so that the p layer 24 and the drain n + layer 22
Between them, a steep pn junction is formed as in the memory cell of the comparative example. Therefore, it can be seen that also in the memory cell of the first embodiment, sufficient channel hot electrons necessary for the write operation of the nonvolatile semiconductor memory device can be generated, and there is no possibility that the write operation is hindered.

【0052】一方、ドレイン端部(つまり交点Ptの近
傍)を通る断面においては、比較例のメモリセルでは、
図15(a),(b)に示すように、ドレインn+ 層2
2はフローティングゲート電極3の下方の領域まで広が
っておらず、フローティングゲート電極3と平面的にみ
てオーバーラップしていない。その結果、pn接合すな
わちGIDLによるホットホール発生位置と電界が集中
するゲート端部とが一致し、図15(c)に示すよう
に、書き込み動作時において、選択ビット線に接続され
る非選択メモリセルのフローティングゲート電極−ドレ
イン間に印加される電界が、約7MV/cmと大きくな
るので、発生したホットホールがトンネル絶縁膜2の内
部にまで侵入してホットホールトラップやホールがフロ
ーティングゲート電極3に到達する確率が高くなる。一
方、第1の実施形態のメモリセルにおいては、図6
(a),(b)に示すように、ドレイン端部を通る断面
において、ドレインn+ 層22はフローティングゲート
電極3の下方の領域まで広がっていないが、ドレインn
- 層23がフローティングゲート電極3の下方の領域ま
で広がっている。その結果、図6(c)に示すように、
書き込み動作時において、選択ビット線に接続される非
選択メモリセルにおいて、pn接合すなわちGIDLに
よるホットホール発生位置と電界が集中するゲート端部
とが一致せず、GIDLによるホットホール発生位置で
はゲート酸化膜の電界が約3MV/cmに緩和される。
したがって、書き込み時に発生したホットホールがトン
ネル絶縁膜2の内部にまで浸透する確率が低くなる。つ
まり、トンネル絶縁膜2内にホットホールトラップが発
生したとしても、その位置はトンネル絶縁膜2の表面に
限られる。以上の効果は、ヒ素イオンよりも飛程が大き
い不純物イオンを用いることにより得られるが、リンの
ように飛程だけなく熱処理時における拡散係数も大きい
不純物を用いることで、より確実に上述の効果を発揮す
ることができる。
On the other hand, in the cross section passing through the drain end (that is, near the intersection Pt), in the memory cell of the comparative example,
As shown in FIGS. 15A and 15B, the drain n + layer 2
2 does not extend to a region below the floating gate electrode 3 and does not overlap with the floating gate electrode 3 in plan view. As a result, the hot hole generation position due to the pn junction, that is, GIDL coincides with the gate end where the electric field is concentrated, and as shown in FIG. 15C, during the write operation, the unselected memory connected to the selected bit line Since the electric field applied between the floating gate electrode and the drain of the cell becomes as large as about 7 MV / cm, the generated hot holes penetrate into the inside of the tunnel insulating film 2 and the hot hole traps and the holes become floating gate electrodes 3. Is more likely to be reached. On the other hand, in the memory cell of the first embodiment, FIG.
As shown in (a) and (b), in the cross section passing through the drain end, the drain n + layer 22 does not extend to the region below the floating gate electrode 3, but
The layer 23 extends to the region below the floating gate electrode 3; As a result, as shown in FIG.
During a write operation, in a non-selected memory cell connected to a selected bit line, the position of a hot hole generated by a pn junction, ie, GIDL, and the gate end where an electric field is concentrated do not match. The electric field of the film is reduced to about 3 MV / cm.
Therefore, the probability that hot holes generated at the time of writing penetrate into the tunnel insulating film 2 is reduced. That is, even if a hot hole trap occurs in the tunnel insulating film 2, its position is limited to the surface of the tunnel insulating film 2. Although the above effects can be obtained by using impurity ions having a larger range than arsenic ions, the above effects can be more reliably achieved by using impurities such as phosphorus that have a large diffusion coefficient at the time of heat treatment as well as the range. Can be demonstrated.

【0053】なお、ヒ素を打ち込む際の加速エネルギー
を大きくすることによっても、ヒ素イオンをバーズビー
クの一部を通過させることが考えられるが、加速エネル
ギーが大きいとドレインn+ 層22の濃度ピークが基板
の奥深くに位置することになるので、フローティングゲ
ート電極3への書き込み動作などに支障をきたし、不揮
発性半導体記憶装置の基本的な性能が低下するか、ある
いは、高加速エネルギーのヒ素が保護酸化膜6を突き抜
け、トンネル絶縁膜2にダメージを与えたり、ドレイン
n+ 層22が基板奥深くに位置することでLOCOS分
離膜27の特性を低下させるおそれがある。
It is conceivable that arsenic ions may pass through a part of the bird's beak by increasing the acceleration energy at the time of arsenic implantation. However, when the acceleration energy is large, the concentration peak of the drain n + layer 22 may be reduced. Therefore, the write operation to the floating gate electrode 3 is hindered, the basic performance of the nonvolatile semiconductor memory device is reduced, or arsenic having high acceleration energy is deposited on the protective oxide film. 6, the tunnel insulating film 2 may be damaged, or the characteristics of the LOCOS isolation film 27 may be deteriorated due to the fact that the drain n + layer 22 is located deep in the substrate.

【0054】図7は、書き込み時のドレインディスター
ブ特性を示す図である。図7において、横軸のTime
は、ワード線に0Vの電圧をドレインに5Vの電圧をそ
れぞれ印加したまま放置するドレインストレス時間を示
し、縦軸のしきい値電圧は、ドレイン電圧を1.0Vに
し、ゲート電圧を上昇させたときにドレイン電流が一定
以上流れはじめるゲート電圧である。また、縦軸に示す
VTW,VTEはそれぞれ不揮発性半導体記憶装置の書
き込み後のしきい値電圧,消去後のしきい値電圧であ
る。同図を参照するとわかるように、比較例に係る不揮
発性半導体記憶装置においては、ドレインストレス時間
が10秒程度に達すると、書き込み後のしきい値電圧V
TWと消去後のしきい値電圧VTEとが近づいて、消去
状態のメモリセルを書き込み状態と判断したり、あるい
は書き込み状態のメモリセルを消去状態と判断するおそ
れがある。それに対し、第1の実施形態に係る不揮発性
半導体記憶装置においては、ドレインストレス時間が1
00秒程度に達するまで、このような誤判断のおそれは
生じない。つまり、第1の実施形態により、しきい値電
圧の変動を生じないと保証できるドレインストレス時間
が従来の不揮発性半導体記憶装置の10倍程度にまで向
上する。このように、第1の実施形態に係る不揮発性半
導体記憶装置のドレインディスターブ特性は、従来の不
揮発性半導体記憶装置のドレインディスターブ特性に比
べて大幅に改善されている。
FIG. 7 is a diagram showing drain disturb characteristics at the time of writing. In FIG. 7, the horizontal axis Time
Indicates a drain stress time in which a voltage of 0 V is applied to the word line and a voltage of 5 V is applied to the drain, and the threshold voltage on the vertical axis indicates that the drain voltage is 1.0 V and the gate voltage is increased. It is a gate voltage at which the drain current starts flowing more than a certain amount. Also, VTW and VTE shown on the vertical axis are the threshold voltage after writing and the threshold voltage after erasing of the nonvolatile semiconductor memory device, respectively. As can be seen from the drawing, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the comparative example, when the drain stress time reaches about 10 seconds, the threshold voltage V
TW may approach the threshold voltage VTE after erasure, so that an erased memory cell may be determined to be in a written state, or a written memory cell may be determined to be in an erased state. On the other hand, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment, the drain stress time is 1
Until the time reaches about 00 seconds, there is no possibility of such erroneous determination. That is, according to the first embodiment, the drain stress time that can guarantee that the threshold voltage does not fluctuate is improved to about ten times that of the conventional nonvolatile semiconductor memory device. As described above, the drain disturb characteristic of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment is significantly improved as compared with the drain disturb characteristic of the conventional nonvolatile semiconductor memory device.

【0055】なお、IEDM90中の論文に記載されて
いる不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの構造は、上
記比較例のソース領域におけるソースn- 層21をp型
のポケット層に置き換えたものに相当するが、ドレイン
領域における構造は上述の比較例に係るメモリセルの構
造と基本的に同じである。したがって、上記論文に記載
されている不揮発性半導体記憶装置のドレインディスタ
ーブ特性は上記比較例のメモリセルのそれとほぼ同等と
見なすことができる。
The structure of the memory cell of the nonvolatile semiconductor memory device described in the article in IEDM 90 corresponds to the structure in which the source n − layer 21 in the source region of the comparative example is replaced with a p-type pocket layer. However, the structure in the drain region is basically the same as the structure of the memory cell according to the comparative example. Therefore, the drain disturb characteristic of the nonvolatile semiconductor memory device described in the above-mentioned paper can be considered to be substantially equivalent to that of the memory cell of the comparative example.

【0056】以上のように、第1の実施形態に係る不揮
発性半導体記憶装置によれば、メモリセルのドレイン中
央部を通る断面では、ドレインn+ 型層22がフローテ
ィングゲート電極3と十分オーバーラップしながらp層
24と急峻なpn接合を形成しているので、不揮発性半
導体記憶装置の書き込み動作におけるチャネルホットエ
レクトロンが十分発生して、従来の不揮発性半導体記憶
装置と同等の書き込み速度を保つことができる。一方、
ドレイン端部では、平面的にみてドレインn-層23が
フローティングゲート電極3と十分オーバーラップして
いるので、書き込み動作時のドレインディスターブ状態
でのpn接合近傍におけるフローティングゲート電極−
ドレイン間に印加される電界が緩和され、図7に示すよ
うに書き込み時のドレインディスターブの向上を図るこ
とができる。すなわち、信頼性の高い不揮発性半導体記
憶装置を実現することができる。
As described above, according to the nonvolatile semiconductor memory device of the first embodiment, in the cross section passing through the central portion of the drain of the memory cell, the drain n + -type layer 22 sufficiently overlaps with the floating gate electrode 3. However, since a sharp pn junction is formed with the p-layer 24, sufficient channel hot electrons are generated in the write operation of the nonvolatile semiconductor memory device, and the write speed is maintained at the same level as that of the conventional nonvolatile semiconductor memory device. Can be. on the other hand,
At the drain end, the drain n− layer 23 sufficiently overlaps with the floating gate electrode 3 in plan view, so that the floating gate electrode near the pn junction in the drain disturb state during the write operation is
The electric field applied between the drains is alleviated, and the drain disturbance at the time of writing can be improved as shown in FIG. That is, a highly reliable nonvolatile semiconductor memory device can be realized.

【0057】なお、ドレインn- 層23はLOCOS分
離膜27の近傍部でフローティングゲート電極3に十分
オーバーラップする程度に形成すればよく、短チャネル
効果が助長されるおそれはない。
The drain n − layer 23 may be formed so as to sufficiently overlap the floating gate electrode 3 in the vicinity of the LOCOS isolation film 27, and there is no possibility that the short channel effect is promoted.

【0058】また、ドレインディスターブ特性の向上に
よって、本発明では、以下のような効果を発揮すること
ができる。
The following effects can be exhibited in the present invention by improving the drain disturb characteristic.

【0059】図8(a),(b)は、従来の不揮発性半
導体記憶装置のメモリセルアレイの構造と第1の実施形
態の不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイの構造
とをそれぞれ示す平面図である。従来のメモリセルの構
造では、ドレインディスターブ特性が劣っていることを
考慮すると、図8(a)に示すように、メモリセルアレ
イを複数のブロックに分割して、各ブロックごとにビッ
ト線にセンスアンプSAを配置し、各ブロックごとに書
き込み動作を行なう必要がある。共通のビット線に接続
されるメモリセルの数が多すぎると、ドレインストレス
時間が長くなり、しきい値電圧の変動を生じるおそれが
あるからである。
FIGS. 8A and 8B are plan views showing the structure of the memory cell array of the conventional nonvolatile semiconductor memory device and the structure of the memory cell array of the nonvolatile semiconductor memory device of the first embodiment, respectively. is there. Considering that the conventional memory cell structure has poor drain disturb characteristics, the memory cell array is divided into a plurality of blocks as shown in FIG. It is necessary to arrange an SA and perform a write operation for each block. This is because, if the number of memory cells connected to the common bit line is too large, the drain stress time becomes long, and the threshold voltage may fluctuate.

【0060】それに対し、本発明の不揮発性半導体記憶
装置のメモリセルアレイの場合には、図8(b)に示す
ように、単一のブロック内にすべてのメモリセルを配置
して、各ビット線に1つのセンスアンプSAを配置する
だけでよい。共通のビット線に接続されるメモリセルの
数が多くてドレインストレス時間が長くなっても、しき
い値電圧の変動を生じるおそれがほとんど生じないから
である。もちろん、飛躍的に集積度が高くなると、メモ
リセルアレイを複数のブロックに分割する必要が生じる
かもしれないが、その場合でも従来の不揮発性半導体記
憶装置のメモリセルアレイに比べれば、ブロック数を1
0分の1程度に低減できる。そのため、コストを低減で
きるだけでなく、大面積をしめるセンスアンプの個数を
低減することで、不揮発性半導体記憶装置の高集積化を
図ることができる。
On the other hand, in the case of the memory cell array of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, as shown in FIG. 8B, all the memory cells are arranged in a single block and each bit line is Need only be provided with one sense amplifier SA. This is because even if the number of memory cells connected to the common bit line is large and the drain stress time is long, there is almost no possibility that the threshold voltage will fluctuate. Of course, when the degree of integration is dramatically increased, it may be necessary to divide the memory cell array into a plurality of blocks. However, even in such a case, the number of blocks is reduced by one in comparison with the memory cell array of the conventional nonvolatile semiconductor memory device.
It can be reduced to about 1/0. Therefore, not only can the cost be reduced, but also the number of sense amplifiers for increasing the area can be reduced, whereby high integration of the nonvolatile semiconductor memory device can be achieved.

【0061】上述のような第1の実施形態の効果を得る
ためには、図1に示すドレインn-層23におけるリン
の濃度が3×1018〜1×1019cm-2であることが好
ましい。また、このような適正濃度範囲を得るために
は、図3(a)に示すイオン注入工程では、リンイオン
のドーズ量が3×1013〜1×1014cm-2であること
が好ましい。一方、ボロン注入層24におけるボロンの
濃度は、1×1019cm-2以上であればよく、濃度の上
限は不揮発性半導体記憶装置に配置されるメモリセルト
ランジスタの構造や種類によって変わり、メモリセルト
ランジスタの動作を円滑に保持できる範囲であればよ
い。
In order to obtain the effect of the first embodiment as described above, the concentration of phosphorus in the drain n − layer 23 shown in FIG. 1 must be 3 × 10 18 to 1 × 10 19 cm −2. preferable. Further, in order to obtain such an appropriate concentration range, in the ion implantation step shown in FIG. 3A, the dose of phosphorus ions is preferably 3 × 10 13 to 1 × 10 14 cm −2 . On the other hand, the boron concentration in the boron implanted layer 24 may be 1 × 10 19 cm −2 or more, and the upper limit of the concentration varies depending on the structure and type of the memory cell transistor arranged in the nonvolatile semiconductor memory device. Any range may be used as long as the operation of the transistor can be held smoothly.

【0062】(第2の実施形態)本実施形態では、不揮
発性半導体記憶装置の検査方法について説明する。第1
の実施形態の不揮発性半導体記憶装置の製造方法におい
ても、工程中のダストや欠陥などによって、ドレインの
ドレインn- 層23などがフローティングゲート電極3
と十分にオーバーラップしていない場合が起こることが
ありうる。その場合には、トンネル絶縁膜2にホットホ
ールのトラップが形成されて、ドレインディスターブ特
性の悪化や、フローティングゲート電極3の電子量の変
動を起こす不良が生じてしまう。その場合、図9(a)
〜(e)に示すような方法で、不良になった不揮発性半
導体記憶装置(メモリセル)を検知することができる。
ただし、このような検査方法は、必ずしも本発明の構成
を有する不揮発性半導体記憶装置を前提として成立する
ものではなく、フローティングゲート電極を有するメモ
リセルを配置した不揮発性半導体記憶装置全般に適用で
きる方法である。
(Second Embodiment) In this embodiment, a method for testing a nonvolatile semiconductor memory device will be described. First
In the method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the embodiment, the drain n− layer 23 and the like of the drain are
May not overlap sufficiently. In such a case, hot hole traps are formed in the tunnel insulating film 2, causing a problem that the drain disturb characteristic deteriorates and the amount of electrons of the floating gate electrode 3 fluctuates. In that case, FIG.
A defective nonvolatile semiconductor memory device (memory cell) can be detected by the methods shown in FIGS.
However, such an inspection method is not necessarily established based on the nonvolatile semiconductor memory device having the configuration of the present invention, and is applicable to all nonvolatile semiconductor memory devices having memory cells having floating gate electrodes. It is.

【0063】図9(a)は、メモリセルアレイを構造を
簡略的に示す図であって、メモリセルアレイ内にはたと
えば第1の実施形態のような構造を有するメモリセルが
行列上に配置されている。検査に際しては、NOR型に
配置された全メモリセルをあらかじめ消去状態にした
後、全メモリセルの読み出し電流を検知する。ワード線
29は、複数の不揮発性半導体記憶装置(メモリセル)
のコントロールゲート5が接続されたものであり、ビッ
ト線30には複数の不揮発性半導体記憶装置(メモリセ
ル)の各ドレインn++層26aが接続されている。な
お、NOR型に配置したメモリセルの構成は、複数のワ
ード線29と複数のビット線30とを格子状に配置し、
その各交差点にメモリセルが1個配置されたものであ
る。
FIG. 9A is a diagram schematically showing the structure of a memory cell array. In the memory cell array, for example, memory cells having the structure as in the first embodiment are arranged in a matrix. I have. At the time of inspection, after all the memory cells arranged in the NOR type are set in an erased state in advance, the read current of all the memory cells is detected. The word line 29 includes a plurality of nonvolatile semiconductor memory devices (memory cells).
, And each drain n ++ layer 26a of a plurality of nonvolatile semiconductor memory devices (memory cells) is connected to the bit line 30. Note that the configuration of the NOR-type memory cells is such that a plurality of word lines 29 and a plurality of bit lines 30 are arranged in a lattice,
One memory cell is arranged at each intersection.

【0064】次に、図9(b)に示すように、全ビット
線30に、ドレインにホットホールが発生する程度の電
圧、例えば5Vの電圧を所定の時間だけ印加する。この
状態では、フローティングゲート電極3には電子が蓄積
されていないので、フローティングゲート電極−ドレイ
ン間に印加される電界は比較的小さい。したがって、不
良のメモリセルにのみ図9(c)に示すようなホットホ
ールのトラップが発生する。
Next, as shown in FIG. 9B, a voltage sufficient to generate hot holes in the drain, for example, a voltage of 5 V is applied to all the bit lines 30 for a predetermined time. In this state, since no electrons are stored in the floating gate electrode 3, the electric field applied between the floating gate electrode and the drain is relatively small. Therefore, a hot hole trap as shown in FIG. 9C occurs only in the defective memory cell.

【0065】その後、図9(d)に示すように、全ワー
ド線29に一定の高電圧例えば8Vの電圧を所定の時間
だけ印加した後、NOR型に配置された全メモリセルの
読み出し電流を検知する。このとき、すでに測定されて
いる消去状態にしたときの読み出し電流とは異なる読み
出し電流を示すメモリセルにおいて、トンネル絶縁膜に
ホットホールのトラップが形成されている。これによ
り、検知した不良メモリセルを冗長セルと置き換えるよ
うにするか、あるいは、記憶装置全体を不良として判定
する。図9(e)に示すように、不良メモリセルにおい
ては、ドレイン近傍のトンネル絶縁膜中またはトンネル
絶縁膜の表面に正電荷のトラップが形成されているの
で、トンネル絶縁膜内のポテンシャルが低下し、トラッ
プを通じてフローティングゲート電極3に電子が注入さ
れ、メモリセルの状態が変動する。
Thereafter, as shown in FIG. 9D, a constant high voltage, for example, a voltage of 8 V is applied to all the word lines 29 for a predetermined time, and then the read current of all the memory cells arranged in the NOR type is reduced. Detect. At this time, a hot hole trap is formed in the tunnel insulating film in a memory cell showing a read current different from the read current when the erase state is already measured. As a result, the detected defective memory cell is replaced with a redundant cell, or the entire storage device is determined to be defective. As shown in FIG. 9E, in the defective memory cell, since a trap of positive charges is formed in the tunnel insulating film near the drain or on the surface of the tunnel insulating film, the potential in the tunnel insulating film decreases. Then, electrons are injected into the floating gate electrode 3 through the trap, and the state of the memory cell changes.

【0066】本実施形態によると、製造工程の進行中に
ダストの付着,欠陥の発生などによって特別にドレイン
ディスターブが生じやすくなったメモリセルを電気的に
迅速に発見することができる。特に、本発明の構造を有
する不揮発性半導体記憶装置においては、上述のような
トラブルによってドレイン領域がフローティングゲート
電極と十分オーバーラップして形成されなかったメモリ
セルを電気的に発見できるという効果が得られる。
According to the present embodiment, it is possible to quickly and electrically find a memory cell in which drain disturb is particularly likely to occur due to adhesion of dust, generation of defects, and the like during the manufacturing process. In particular, in the nonvolatile semiconductor memory device having the structure of the present invention, there is obtained an effect that a memory cell whose drain region does not sufficiently overlap with the floating gate electrode due to the above-described trouble can be electrically detected. Can be

【0067】(第3の実施形態)次に、本発明の第3の
実施形態について説明する。図10(a)〜(c)およ
び図11(a)〜(c)は、第3の実施形態における不
揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。
本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、図1に示
す第1の実施形態の構成と同じ構造を有するが、製造方
法が異なる。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIGS. 10A to 10C and FIGS. 11A to 11C are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of the nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment.
The nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment has the same structure as that of the first embodiment shown in FIG. 1, but differs in the manufacturing method.

【0068】図10(a)に示す工程で、p型Si基板
1に、図示はしないが、pウエルとLOCOS分離膜を
形成する。次に、p型Si基板1の上に、厚みが10n
m程度のシリコン酸化膜と、第1ポリシリコン膜と、厚
みが18nm程度のONO膜と、第2ポリシリコン膜と
を順次形成する。そして、形成しようとするゲートのパ
ターンを有するレジスト膜31を形成した後、レジスト
膜31をマスクとする異方性エッチングを行なうことに
より、第2ポリシリコン膜,ONO膜,第1ポリシリコ
ン膜及びシリコン酸化膜を順次パターニングして、コン
トロールゲート電極5と、容量絶縁膜4と、フローティ
ングゲート電極3と、トンネル絶縁膜2とからなる積層
ゲート部10を形成する。
In the step shown in FIG. 10A, a p-well and a LOCOS isolation film (not shown) are formed on the p-type Si substrate 1. Next, on the p-type Si substrate 1, a thickness of 10 n
A silicon oxide film having a thickness of about m, a first polysilicon film, an ONO film having a thickness of about 18 nm, and a second polysilicon film are sequentially formed. Then, after forming a resist film 31 having a pattern of a gate to be formed, anisotropic etching is performed using the resist film 31 as a mask, so that the second polysilicon film, the ONO film, the first polysilicon film and The silicon oxide film is sequentially patterned to form a laminated gate portion 10 including the control gate electrode 5, the capacitor insulating film 4, the floating gate electrode 3, and the tunnel insulating film 2.

【0069】次に、図10(b)に示す工程で、加速電
圧が30〜80keV好ましくは35〜60keV,ド
ーズ量が約1×1014cm-2の条件でリンイオン(P+
)の注入を行い、p型Si基板1のソース側およびド
レイン側にリンイオン注入層33を形成する。
Next, in the step shown in FIG. 10B, the phosphorus ion (P +) is applied under the conditions of an acceleration voltage of 30 to 80 keV, preferably 35 to 60 keV, and a dose of about 1 × 10 14 cm −2.
) Is implanted to form a phosphorus ion implanted layer 33 on the source side and the drain side of the p-type Si substrate 1.

【0070】次に、図10(c)に示す工程で、熱酸化
処理を行なって、基板の全面に保護酸化膜6を形成す
る。その際、フローティングゲート電極3の下端側の稜
線部が酸化されてゲートバーズビーク7が形成される。
保護酸化膜6は、各種イオン注入時の不要な汚染を防止
するものである。また、同時に形成されるゲートバーズ
ビーク7により、フローティングゲート電極3の稜線部
は面取り状態となる。
Next, in the step shown in FIG. 10C, a thermal oxidation process is performed to form a protective oxide film 6 on the entire surface of the substrate. At this time, the ridge portion on the lower end side of the floating gate electrode 3 is oxidized to form a gate bird's beak 7.
The protective oxide film 6 prevents unnecessary contamination at the time of various ion implantations. The ridge of the floating gate electrode 3 is chamfered by the gate bird's beak 7 formed at the same time.

【0071】次に、図11(a)に示す工程で、積層ゲ
ート部10のほぼ半分とp型Si基板1のドレイン側と
を覆い、p型Si基板1のソース側を開口したレジスト
膜8を形成した後、このレジスト膜8をマスクとしてp
型Si基板1のソース領域への不純物のイオン注入を行
なう。まず、加速電圧が30〜80keV好ましくは3
5〜60keV,ドーズ量が約6×1015cm-2の条件
でヒ素イオン(As+)の注入を行なってヒ素イオン注
入層11を形成した後、加速電圧が30〜80keV好
ましくは35〜60keV,ドーズ量が約1.5×10
15cm-2の条件でリンイオン(P+ )の注入を行なっ
て、リンイオン注入層12を形成する。同図には、ヒ素
イオン注入層11及びリンイオン注入層12のピーク部
のみが示されているが、実際にはヒ素イオン注入層11
及びリンイオン注入層12は、いずれも深さ方向に広い
範囲に広がっている。
Next, in the step shown in FIG. 11A, a resist film 8 covering substantially half of the laminated gate portion 10 and the drain side of the p-type Si substrate 1 and opening the source side of the p-type Si substrate 1 is formed. Is formed, and using this resist film 8 as a mask, p
Impurity ions are implanted into the source region of type Si substrate 1. First, the acceleration voltage is 30 to 80 keV, preferably 3
After arsenic ions (As +) are implanted under the conditions of 5 to 60 keV and a dose of about 6 × 10 15 cm −2 to form the arsenic ion implanted layer 11, the acceleration voltage is 30 to 80 keV, preferably 35 to 60 keV. , Dose amount is about 1.5 × 10
By implanting phosphorus ions (P +) under the condition of 15 cm -2 , a phosphorus ion implanted layer 12 is formed. Although only the peak portions of the arsenic ion-implanted layer 11 and the phosphorus ion-implanted layer 12 are shown in FIG.
Each of the phosphorus ion implanted layers 12 extends over a wide range in the depth direction.

【0072】次に、図11(b)に示す工程で、積層ゲ
ート部10のほぼ半分とp型Si基板1のソース側とを
覆いp型Si基板1のドレイン側を開口したレジスト膜
13を形成した後、このレジスト膜13をマスクとして
p型Si基板1のドレイン領域への不純物のイオン注入
を行なう。まず、加速電圧が30〜80keV好ましく
は35〜60keV,ドーズ量が約5×1014cm-2
条件でヒ素イオン(As+ )を注入してヒ素イオン注入
層17を形成した後、加速電圧が40〜70keV好ま
しくは45〜60keV,ドーズ量が約2.5×1013
cm-2の条件でボロンイオン(B+ )を注入してボロン
イオン注入層19を形成する。同図には、ヒ素イオン注
入層17,リンイオン注入層33及びボロンイオン注入
層19のピーク部のみが示されているが、実際にはヒ素
イオン注入層17,リンイオン注入層33及びボロンイ
オン注入層19は、深さ方向に広い範囲に広がってい
る。ここで、ボロンイオンの注入は、大傾角イオン注入
法により、p型Si基板1の主面に垂直な方向に対して
45°傾いた方向から行なっており、これにより、ボロ
ンイオン注入層19を積層ゲート部10とオーバーラッ
プする領域まで形成できる。
Next, in the step shown in FIG. 11B, a resist film 13 covering substantially half of the stacked gate portion 10 and the source side of the p-type Si substrate 1 and opening the drain side of the p-type Si substrate 1 is formed. After the formation, impurity ions are implanted into the drain region of the p-type Si substrate 1 using the resist film 13 as a mask. First, the acceleration voltage is 30~80keV Preferably 35~60KeV, after forming the arsenic ions implanted layer 17 by implanting arsenic ions (As +) at a dose of about 5 × 10 14 cm -2, an acceleration voltage Is 40 to 70 keV, preferably 45 to 60 keV, and the dose is about 2.5 × 10 13
Boron ions (B +) are implanted under the condition of cm -2 to form a boron ion implanted layer 19. Although only the peak portions of the arsenic ion-implanted layer 17, the phosphorus ion-implanted layer 33, and the boron ion-implanted layer 19 are shown in FIG. Reference numeral 19 extends over a wide range in the depth direction. Here, boron ions are implanted in a direction inclined by 45 ° with respect to a direction perpendicular to the main surface of the p-type Si substrate 1 by a large-angle ion implantation method. It can be formed up to a region overlapping with the stacked gate section 10.

【0073】次に、図11(c)に示す工程で、約90
0℃で熱処理を行うことで、ヒ素イオン注入層11,リ
ンイオン注入層12,ヒ素イオン注入層17,リンイオ
ン注入層33及びボロンイオン注入層19中の不純物を
活性化させると共に拡散させて、p型Si基板1内のソ
ース側には、ソースn+ 層20とソースn- 層21とを
形成する一方、ドレイン側にはドレインn+ 層22とド
レインn- 層23とp層24とを形成する。ここで、こ
の熱処理により、p型Si基板1内のソース領域におい
ては、リンイオン注入層33内にはリンイオン注入層1
2よりも低濃度のリンが導入されているだけであるの
で、もっぱらリンイオン注入層12内のリンの拡散によ
ってソースn- 層21が形成されることになる。そし
て、飛程及び拡散係数の大きいリンを含むソースn- 層
21は、リンよりも飛程及び拡散係数の小さいヒ素を含
むソースn+ 層20の底部を囲み、かつ、p型Si基板
1の表面付近の領域においては積層ゲート部10とオー
バーラップするように広い範囲に形成される。
Next, in the step shown in FIG.
By performing the heat treatment at 0 ° C., the impurities in the arsenic ion-implanted layer 11, the phosphorus ion-implanted layer 12, the arsenic ion-implanted layer 17, the phosphorus ion-implanted layer 33, and the boron ion-implanted layer 19 are activated and diffused. On the source side in the Si substrate 1, a source n + layer 20 and a source n− layer 21 are formed, while on the drain side, a drain n + layer 22, a drain n− layer 23 and a p layer 24 are formed. . Here, due to this heat treatment, in the source region in the p-type Si substrate 1, the phosphorus ion implanted layer 1
Since only phosphorus at a concentration lower than 2 is introduced, the source n − layer 21 is formed solely by diffusion of phosphorus in the phosphorus ion implanted layer 12. The source n − layer 21 containing phosphorus having a large range and diffusion coefficient surrounds the bottom of the source n + layer 20 containing arsenic having a small range and diffusion coefficient than phosphorus. In a region near the surface, the layer is formed in a wide range so as to overlap with the stacked gate portion 10.

【0074】一方、p型Si基板1内のドレイン領域に
おいては、飛程及び拡散係数の大きいリンを含むドレイ
ンn- 層23は、リンよりも飛程及び拡散係数の小さい
ヒ素を含むドレインn+ 層22よりも広い範囲に形成さ
れ、p型Si基板1の表面付近の領域においては積層ゲ
ート部10とオーバーラップするように形成される。た
だし、リンイオン注入層33には比較的低濃度のリンが
含まれているので、p型Si基板1の奥方領域において
はボロンイオン注入層24のボロンにより中和される。
したがって、ドレインn- 層23はp型Si基板1の表
面付近の領域にのみ形成され、かつ、積層ゲート部10
とオーバーラップするように形成される。また、比較的
高エネルギーで注入され、かつ拡散係数の大きいボロン
を含むp層24は、ドレインn+ 層22及びドレインn
- 層23の底部を囲み、かつ、p型Si基板1の表面付
近の領域においては、ドレインn- 層23よりも積層ゲ
ート部10の内方に入り込むように形成される。
On the other hand, in the drain region in the p-type Si substrate 1, the drain n− layer 23 containing phosphorus having a larger range and diffusion coefficient has a drain n + containing arsenic having a smaller range and diffusion coefficient than phosphorus. The p-type Si substrate 1 is formed in a range wider than the layer 22 and in a region near the surface of the p-type Si substrate 1 so as to overlap the stacked gate portion 10. However, since the phosphorus ion-implanted layer 33 contains a relatively low concentration of phosphorus, the region in the back of the p-type Si substrate 1 is neutralized by boron of the boron ion-implanted layer 24.
Therefore, the drain n− layer 23 is formed only in the region near the surface of the p-type Si substrate 1 and
And are formed so as to overlap. Further, the p layer 24 containing boron which is implanted with relatively high energy and has a large diffusion coefficient includes the drain n + layer 22 and the drain n
-In a region surrounding the bottom of the layer 23 and near the surface of the p-type Si substrate 1, it is formed so as to enter the inside of the laminated gate portion 10 more than the drain n- layer 23.

【0075】その後は、上記第1の実施形態における図
3(c)に示す工程と同じ処理を行なって、絶縁体サイ
ドウォールや、ドレインn++層26a,ソースn++層2
6bを形成する。
Thereafter, the same processing as the step shown in FIG. 3C in the first embodiment is performed to form the insulator sidewall, the drain n ++ layer 26a, the source n ++ layer 2
6b is formed.

【0076】第3の実施形態によれば、第1の実施形態
の効果に加え、リンイオンの注入を、保護酸化膜6とゲ
ートバーズビーク7を形成する前、すなわちトンネル絶
縁膜2と第1ポリシリコン膜3と容量絶縁膜4と第2ポ
リシリコン膜5とをパターニングして積層ゲート部10
を形成した直後に行っているため、第1の実施形態の場
合よりも、リンイオン注入層33をフローティングゲー
ト電極3の下方の領域に深く拡散させることができると
いう効果がある。
According to the third embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, phosphorus ions are implanted before forming the protective oxide film 6 and the gate bird's beak 7, that is, the tunnel insulating film 2 and the first polysilicon. The silicon film 3, the capacitor insulating film 4, and the second polysilicon film 5 are patterned to form a laminated gate portion 10.
Is performed immediately after the formation, the effect that the phosphorus ion implanted layer 33 can be diffused deeper into the region below the floating gate electrode 3 than in the first embodiment.

【0077】なお、第3の実施形態では、ドレイン領域
のドレインn+ 層22とドレインn- 層23を形成する
ために、保護酸化膜6とゲートバーズビーク7の形成前
にリンのイオン注入を行い、保護酸化膜6とゲートバー
ズビーク7の形成後にヒ素のイオン注入を行っている
が、保護酸化膜6とゲートバーズビーク7の形成前にヒ
素のイオン注入を行い、保護酸化膜6とゲートバーズビ
ーク7の形成後にリンのイオン注入を行うようにしても
よいし、また、保護酸化膜6とゲートバーズビーク7の
形成前にリンのイオン注入とヒ素のイオン注入との両方
を行うようにしてもよい。
In the third embodiment, in order to form the drain n + layer 22 and the drain n − layer 23 in the drain region, phosphorus ion implantation is performed before forming the protective oxide film 6 and the gate bird's beak 7. The arsenic ion implantation is performed after the formation of the protective oxide film 6 and the gate bird's beak 7, but the arsenic ion implantation is performed before the formation of the protection oxide film 6 and the gate bird's beak 7. Phosphorus ion implantation may be performed after the bird's beak 7 is formed, or both phosphorus ion implantation and arsenic ion implantation may be performed before the protective oxide film 6 and the gate bird's beak 7 are formed. You may.

【0078】また、上記第1および第3の実施形態で
は、ドレイン領域形成のために飛程及び拡散係数の異な
る2種類(P+ ,As+ )のイオン注入を行うようにし
たが、3種類以上のイオン注入を行ってもよく、その場
合、ドレイン領域のドレインn- 層23がフローティン
グゲート電極3とオーバーラップしている状態と同様
に、3種類以上のうちの飛程の大きい少なくとも1種類
のイオン注入による不純物層が素子形成領域上における
積層ゲート部10のゲート幅方向全体に亘って積層ゲー
ト部10とオーバーラップするように形成すればよい。
In the first and third embodiments, two types of ions (P + and As +) having different ranges and diffusion coefficients are used for forming the drain region. The above-described ion implantation may be performed. In this case, at least one of the three or more types having a large range is used, similarly to the state where the drain n− layer 23 of the drain region overlaps the floating gate electrode 3. The impurity layer formed by the ion implantation described above may be formed so as to overlap the stacked gate portion 10 over the entire gate width direction of the stacked gate portion 10 on the element formation region.

【0079】なお、上記第1および第3の実施形態にお
いて、n型とp型の領域を全て逆に構成するようにして
もよい。
In the first and third embodiments, all the n-type and p-type regions may be configured to be reversed.

【0080】[0080]

【発明の効果】本発明によると、ドレイン領域に互いに
飛程が異なる少なくとも2種類の第2導電型の不純物を
含む2つの拡散層を設け、そのうちの少なくとも飛程の
大きい不純物を含む拡散層が、平面視において、素子形
成領域上における積層ゲート部のゲート幅方向に沿った
端部とその全体に亘ってオーバーラップするようにした
ことにより、ドレイン領域と第1導電型領域との間で急
峻なpn接合を形成しながら、ドレイン領域がフローテ
ィングゲートとオーバーラップしていない部分をなく
し、書き込み速度の低下や短チャネル効果の増大を招く
ことなく、ドレインディスターブ特性を改善することが
でき、よって、信頼性の向上と高集積化とを図ることが
できる。
According to the present invention, two diffusion layers containing at least two types of impurities of the second conductivity type having different ranges from each other are provided in the drain region, and the diffusion layer containing at least the impurity having a large range is provided. In plan view, the end portion of the stacked gate portion on the element formation region along the gate width direction overlaps the entire portion, so that the drain region and the first conductivity type region are steep. The drain disturb characteristic can be improved without forming a portion where the drain region does not overlap with the floating gate while forming a proper pn junction, and without reducing the writing speed or increasing the short channel effect. It is possible to improve reliability and increase integration.

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

【図1】第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置
のメモリセルの構造を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a memory cell of a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment.

【図2】第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置
の製造工程のうち前半部分を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the first half of the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment.

【図3】第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置
の製造工程のうち後半部分を示す工程断面図である。
FIG. 3 is a process cross-sectional view showing a latter half of the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment.

【図4】第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置
のメモリセルアレイ中の一部を示す平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing a part of the memory cell array of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment.

【図5】図4のVa−Va線における断面図及びゲート長方
向に沿った不純物の種類と濃度の変化を示す図である。
5 is a cross-sectional view taken along line Va-Va of FIG. 4 and a diagram showing changes in impurity type and concentration along the gate length direction.

【図6】図4のVIa-VIa 線における断面図,ゲート長方
向に沿った不純物の種類と濃度の変化を示す図,及びド
レイン端部におけるホットホールの蓄積抑制作用を説明
するための概略的な断面図である。
6 is a cross-sectional view taken along the line VIa-VIa of FIG. 4, a diagram showing changes in impurity type and concentration along the gate length direction, and a schematic diagram for explaining the effect of suppressing accumulation of hot holes at the drain end. FIG.

【図7】第1の実施形態及び比較例に係る不揮発性半導
体記憶装置のドレインディスターブ特性を示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram illustrating drain disturb characteristics of the nonvolatile semiconductor memory devices according to the first embodiment and a comparative example.

【図8】従来及び第1の実施形態に係る不揮発性半導体
記憶装置のメモリセルアレイの構造を示すブロック回路
図である。
FIG. 8 is a block circuit diagram showing a structure of a memory cell array of the nonvolatile semiconductor memory device according to the related art and the first embodiment.

【図9】第2の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置
のメモリセルアレイの検査方法を説明するためのブロッ
ク回路図及び概略的な断面図である。
FIGS. 9A and 9B are a block circuit diagram and a schematic cross-sectional view illustrating a method for testing a memory cell array of a nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment.

【図10】第3の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装
置の製造工程のうち前半部分を示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the first half of the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment.

【図11】第3の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装
置の製造工程のうち後半部分を示す断面図である。
FIG. 11 is a sectional view showing the latter half of the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment.

【図12】比較例に係る不揮発性半導体記憶装置の製造
工程を示す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device according to the comparative example.

【図13】比較例に係る不揮発性半導体記憶装置のメモ
リセルアレイ中の一部を示す平面図である。
FIG. 13 is a plan view showing a part in a memory cell array of a nonvolatile semiconductor memory device according to a comparative example.

【図14】図13のXIVa-XIVa線における断面図及びゲ
ート長方向に沿った不純物の種類と濃度の変化を示す図
である。
14 is a cross-sectional view taken along line XIVa-XIVa in FIG. 13 and a diagram showing changes in impurity types and concentrations along the gate length direction.

【図15】図13のXVa-XVa 線における断面図,ゲート
長方向に沿った不純物の種類と濃度の変化を示す図,及
びドレイン端部におけるホットホールの蓄積抑制作用を
説明するための概略的な断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line XVa-XVa of FIG. 13, a diagram showing changes in impurity type and concentration along the gate length direction, and a schematic diagram for explaining the effect of suppressing accumulation of hot holes at the drain end. FIG.

【図16】IEDM90中の論文に記載されている従来
の不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの構造を示す断
面図及び製造工程を示すフロー図である。
16A and 16B are a cross-sectional view showing a structure of a memory cell of a conventional nonvolatile semiconductor memory device described in a paper in IEDM 90, and a flow diagram showing a manufacturing process.

【図17】図4のXVIIa-XVIIa 線断面における不純物の
イオン注入時におけるイオン注入層及び不純物拡散領域
の形成状態をそれぞれ示す断面図である。
17 is a cross-sectional view showing a state of formation of an ion-implanted layer and an impurity diffusion region at the time of impurity ion-implantation in a cross section taken along line XVIIa-XVIIa in FIG. 4;

【図18】図13のXVIIIa−XVIIIa線断面における不純
物のイオン注入時におけるイオン注入層及び不純物拡散
領域の形成状態をそれぞれ示す断面図である。
18 is a cross-sectional view showing a state of formation of an ion implantation layer and an impurity diffusion region at the time of impurity ion implantation in a cross section taken along line XVIIIa-XVIIIa in FIG. 13;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p型Si基板 2 トンネル絶縁膜 3 フローティングゲート電極 4 容量絶縁膜 5 コントロールゲート電極 6 保護酸化膜 7 ゲートバーズビーク 8 レジスト膜 11 ヒ素イオン注入層 12 リンイオン注入層 13 レジスト膜 17 ヒ素イオン注入層 18 リンイオン注入層 19 ボロンイオン注入層 20 ソースn+ 層 21 ソースn- 層 22 ドレインn+ 層 23 ドレインn- 層 24 p層 25 絶縁体サイドウオール 26a ドレインn++層 26b ソースn++層 27 LOCOS分離膜 29 ワード線 30 ビット線 31 レジスト膜 33 リンイオン注入層 REFERENCE SIGNS LIST 1 p-type Si substrate 2 tunnel insulating film 3 floating gate electrode 4 capacitance insulating film 5 control gate electrode 6 protective oxide film 7 gate bird's beak 8 resist film 11 arsenic ion implanted layer 12 phosphorus ion implanted layer 13 resist film 17 arsenic ion implanted layer 18 Phosphorus ion implanted layer 19 Boron ion implanted layer 20 Source n + layer 21 Source n− layer 22 Drain n + layer 23 Drain n− layer 24 P layer 25 Insulator sidewall 26a Drain n ++ layer 26b Source n ++ layer 27 LOCOS Separation film 29 Word line 30 Bit line 31 Resist film 33 Phosphorus ion implantation layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 三喜 大阪府高槻市幸町1番1号 松下電子工業 株式会社内 (72)発明者 久保田 俊元 大阪府高槻市幸町1番1号 松下電子工業 株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Miki Ando 1-1, Kochi-cho, Takatsuki-shi, Osaka Matsushita Electronics Co., Ltd. (72) Inventor Toshimoto Kubota 1-1, Kochi-cho, Takatsuki-shi, Osaka Matsushita Electronics Industrial Co., Ltd.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型の半導体基板と、 上記半導体基板上にトンネル絶縁膜,フローティングゲ
ート電極,容量絶縁膜,及びコントロールゲート電極を
順に積層して設けられた積層ゲート部と、 上記半導体基板の表面の素子形成領域に上記積層ゲート
部を挟んで設けられた第2導電型のソース領域およびド
レイン領域と、 上記第2導電型のドレイン領域の底部を囲む第1導電型
領域とを備え、 上記ドレイン−ソース間に電圧を印加してホットキャリ
アを発生させることで書き込む機能を有するとともに、 上記ドレイン領域は、第2導電型の第1の不純物を含む
第1の拡散層と、上記第1の不純物よりもイオン注入時
における飛程が大きい第2導電型の第2の不純物を含む
第2の拡散層とを少なくとも有し、 少なくとも上記第2の拡散層は、平面視において、上記
素子形成領域における上記積層ゲート部のゲート幅方向
に沿った端部とその全体に亘ってオーバーラップしてい
ることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A semiconductor substrate of a first conductivity type; a stacked gate portion formed by sequentially stacking a tunnel insulating film, a floating gate electrode, a capacitor insulating film, and a control gate electrode on the semiconductor substrate; A second conductivity type source region and a drain region provided in the element formation region on the surface of the substrate with the stacked gate portion interposed therebetween; and a first conductivity type region surrounding a bottom of the second conductivity type drain region. A writing function by generating a hot carrier by applying a voltage between the drain and the source; the drain region includes a first diffusion layer containing a first impurity of a second conductivity type; At least a second diffusion layer containing a second impurity of a second conductivity type having a greater range at the time of ion implantation than the first impurity. Is a non-volatile semiconductor memory device, wherein in a plan view, an end of the stacked gate portion in the element formation region along a gate width direction is entirely overlapped.
【請求項2】 請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置
において、 上記第1の不純物はヒ素であり、 上記第2の不純物はリンであることを特徴とする不揮発
性半導体記憶装置。
2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein said first impurity is arsenic, and said second impurity is phosphorus.
【請求項3】 請求項1または2記載の不揮発性半導体
記憶装置において、 上記ソース領域は、第2導電型の領域のみにより構成さ
れていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
3. The non-volatile semiconductor storage device according to claim 1, wherein said source region comprises only a second conductivity type region.
【請求項4】 請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置
において、 不純物活性化のための熱処理における上記第2の不純物
の拡散係数は上記第1の不純物の拡散係数よりも大きい
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
4. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein a diffusion coefficient of said second impurity in a heat treatment for activating said impurity is larger than a diffusion coefficient of said first impurity. Non-volatile semiconductor storage device.
【請求項5】 第1導電型の半導体基板上に、トンネル
絶縁膜,フローティングゲート電極,容量絶縁膜,コン
トロールゲート電極を順に積層して積層ゲート部を形成
する第1の工程と、 上記半導体基板の表面の素子形成領域に上記積層ゲート
部を挟んで第2導電型のソース領域およびドレイン領域
を形成する第2の工程と、 上記第2導電型のドレイン領域の底部を覆うように第1
導電型領域を形成する第3の工程とを備え、 上記第2の工程では、飛程が互いに異なる少なくとも2
種類の第2導電型不純物のイオン注入を行って熱処理を
行うことにより、少なくとも2種類の第2導電型の拡散
層を形成し、そのうちの飛程が大きい方の不純物を含む
拡散層を、平面視において、上記素子形成領域上におけ
る上記積層ゲート部のゲート幅方向に沿った端部とその
全体に亘ってオーバーラップさせ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。
5. A first step of forming a stacked gate portion by sequentially stacking a tunnel insulating film, a floating gate electrode, a capacitor insulating film, and a control gate electrode on a semiconductor substrate of a first conductivity type; A second step of forming a source region and a drain region of the second conductivity type in the element formation region on the surface of the semiconductor device with the stacked gate portion interposed therebetween; and a first step of covering the bottom of the drain region of the second conductivity type.
And a third step of forming a conductivity type region. In the second step, at least two steps having different ranges are provided.
At least two types of diffusion layers of the second conductivity type are formed by ion-implanting impurities of the second conductivity type to form at least two types of diffusion layers of the second conductivity type. A method of manufacturing a non-volatile semiconductor memory device, wherein, as viewed from the outside, an end portion of the stacked gate portion along the gate width direction on the element formation region is entirely overlapped.
【請求項6】 請求項5記載の不揮発性半導体記憶装置
の製造方法において、 上記第2の工程では、飛程が大きい方の不純物イオンの
ドーズ量を、飛程が小さい方の不純物イオンのドーズ量
よりも少なく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。
6. The method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 5, wherein in the second step, the dose of the impurity ion having a larger range is determined by the dose of the impurity ion having a smaller range. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, wherein the amount is smaller than the amount.
【請求項7】 請求項5または6記載の不揮発性半導体
記憶装置の製造方法において、 上記第2の工程では、上記少なくとも2種類の第2導電
型不純物のイオン注入のうち少なくとも1種類の不純物
のイオン注入を、積層ゲート部を形成した直後に行うこ
とを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
7. The method of manufacturing a non-volatile semiconductor storage device according to claim 5, wherein in the second step, at least one type of ion implantation of the at least two types of second conductivity type impurities is performed. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, wherein ion implantation is performed immediately after forming a stacked gate portion.
【請求項8】 請求項5〜7のうちいずれか1つに記載
の不揮発性半導体記憶装置の製造方法において、 上記第3の工程では、上記第1導電型領域を形成するた
めの第1導電型不純物のイオン注入は、積層ゲート部の
下部領域にも注入されるように半導体基板の法線方向に
対して20度以上の角度を有する方向から行う大傾角イ
オン注入を用い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. The method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 5, wherein in the third step, a first conductive type for forming the first conductive type region is provided. The ion implantation of the impurity is characterized by using a large angle ion implantation performed from a direction having an angle of 20 degrees or more with respect to a normal direction of the semiconductor substrate so as to be implanted also into a lower region of the stacked gate portion. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device.
【請求項9】 請求項5〜8のうちいずれか1つに記載
の不揮発性半導体記憶装置の製造方法において、 上記飛程が大きい方の不純物は、上記飛程が小さい方の
不純物よりも不純物活性化のための熱処理における拡散
係数が大きいことを特徴とする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 5, wherein the impurity having the larger range has a higher impurity content than the impurity having the smaller range. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, wherein a diffusion coefficient in a heat treatment for activation is large.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002184879A (en) * 2000-12-19 2002-06-28 Hitachi Ltd Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2004095910A (en) * 2002-08-30 2004-03-25 Fujitsu Ltd Semiconductor memory device and its manufacturing method
JP2006294841A (en) * 2005-04-11 2006-10-26 Renesas Technology Corp Manufacturing method for semiconductor device
JP2007500457A (en) * 2003-02-05 2007-01-11 アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド How to improve the characteristics of flash memory devices
JP2008153567A (en) * 2006-12-20 2008-07-03 Elpida Memory Inc Semiconductor memory and method of manufacturing the same
CN105845688A (en) * 2015-02-03 2016-08-10 精工半导体有限公司 Semiconductor nonvolatile memory element and manufacturing method thereof
JP2016146463A (en) * 2015-02-03 2016-08-12 エスアイアイ・セミコンダクタ株式会社 Semiconductor nonvolatile memory element and manufacturing method of the same

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002184879A (en) * 2000-12-19 2002-06-28 Hitachi Ltd Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2004095910A (en) * 2002-08-30 2004-03-25 Fujitsu Ltd Semiconductor memory device and its manufacturing method
US7759745B2 (en) 2002-08-30 2010-07-20 Fujitsu Limited Semiconductor memory device
JP2007500457A (en) * 2003-02-05 2007-01-11 アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド How to improve the characteristics of flash memory devices
JP4698598B2 (en) * 2003-02-05 2011-06-08 スパンション エルエルシー Manufacturing method of semiconductor device having flash memory
JP2006294841A (en) * 2005-04-11 2006-10-26 Renesas Technology Corp Manufacturing method for semiconductor device
JP2008153567A (en) * 2006-12-20 2008-07-03 Elpida Memory Inc Semiconductor memory and method of manufacturing the same
CN105845688A (en) * 2015-02-03 2016-08-10 精工半导体有限公司 Semiconductor nonvolatile memory element and manufacturing method thereof
JP2016146463A (en) * 2015-02-03 2016-08-12 エスアイアイ・セミコンダクタ株式会社 Semiconductor nonvolatile memory element and manufacturing method of the same

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