JPH11289021A - Semiconductor integrated-circuit device and its manufacture as well as microcomputer - Google Patents

Semiconductor integrated-circuit device and its manufacture as well as microcomputer

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JPH11289021A
JPH11289021A JP9006198A JP9006198A JPH11289021A JP H11289021 A JPH11289021 A JP H11289021A JP 9006198 A JP9006198 A JP 9006198A JP 9006198 A JP9006198 A JP 9006198A JP H11289021 A JPH11289021 A JP H11289021A
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JP
Japan
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film
insulating film
gate
floating gate
gate insulating
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JP9006198A
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Fukuo Owada
福夫 大和田
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Hitachi Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance a read characteristic and a memory holding characteristic, by a method wherein, as information storage means, a means which stores a positive electric charge, a means which stores a negative electric charge and a means which does not store an electric charge are installed. SOLUTION: Respective prescribed potentials are applied to a source region 8, a drain region 9 and a control gate 15. Then, a state that a positive electric charge is stored in a trap inside a gate insulating film, a state that a negative electric charge is stored in the trap inside the gate insulating film, a state that a negative electric charge is stored in the trap inside the gate insulating film and in a floating gate 11, and a state that an electric charge is not stored in the floating gate 11 and in the trap inside the gate insulating film, can be generated selectively. As a result, the information storage number of one flash EEPROM cell becomes a quaternary value, the information of two bits can be stored in one cell, and the large capacity of a memory can be achieved. When the quaternary value is constituted in this manner, a memory is held surely, and a read characteristic is made good.

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】本発明はフラッシュEEPR
OM(electrically erasable and programmableread o
nly memory)を有する半導体集積回路装置およびその製
造方法ならびにマイクロコンピュータに係わり、特にフ
ラッシュEEPROM(以下、フラッシュメモリとも呼
称する)の多値化技術に適用して有効な技術に関する。
The present invention relates to a flash EEPROM.
OM (electrically erasable and programmableread o
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device having an nly memory, a method of manufacturing the same, and a microcomputer, and more particularly to a technology effective when applied to a multi-valued technology of a flash EEPROM (hereinafter also referred to as a flash memory).

【0002】[0002]

【従来の技術】不揮発性記憶素子の一つとしてフラッシ
ュメモリが知られている。フラッシュメモリとして、F
LOTOX(floating-gate tunnel oxide)型やMNO
S(metal nitride oxide semiconductor)型等が知られ
ている。
2. Description of the Related Art A flash memory is known as one of nonvolatile storage elements. As flash memory, F
LOTOX (floating-gate tunnel oxide) type or MNO
An S (metal nitride oxide semiconductor) type or the like is known.

【0003】FLOTOX型は、半導体基板の表層部分
に形成したチャネル部上にトンネル酸化膜(第1ゲート
絶縁膜),浮遊ゲート(フローティングゲート:F
G),層間絶縁膜(第2ゲート絶縁膜)および制御ゲー
ト(コントロールゲート:CG)を順次重ねた構造にな
り、高電圧の印加によって前記浮遊ゲートに電荷を蓄積
したり、あるいは前記チャネル部に開放して、電荷蓄積
状態と消去状態を発生させ、この電荷蓄積状態と消去状
態を利用して1ビットの情報の書き込み,読み出しを行
う。
In the FLOTOX type, a tunnel oxide film (first gate insulating film) and a floating gate (floating gate: F) are formed on a channel portion formed in a surface portion of a semiconductor substrate.
G), an interlayer insulating film (second gate insulating film) and a control gate (control gate: CG) are sequentially stacked, and a charge is accumulated in the floating gate by applying a high voltage, or the charge is stored in the channel portion. When released, a charge storage state and an erase state are generated, and writing and reading of 1-bit information are performed using the charge storage state and the erase state.

【0004】MNOS型は、酸化膜(二酸化シリコン
膜)と窒化膜(ナイトライド膜)からなる2層の絶縁膜
の界面付近のトラップに電荷を蓄積する構造になってい
る。
The MNOS type has a structure in which charges are accumulated in traps near an interface between two insulating films composed of an oxide film (silicon dioxide film) and a nitride film (nitride film).

【0005】フラッシュメモリについては、たとえば、
工業調査会発行「電子材料」1993年4月号、P32〜P35
に記載されている。この文献には、16Mフラッシュメ
モリのブロック図や、メモリサイズを小さくする構成と
して、NOR形,NAND形,DINOR形,AND形
のメモリアレイについても記載されている。
For flash memories, for example,
Published by the Industrial Research Committee, "Electronic Materials", April 1993, P32-P35
It is described in. This document also describes a block diagram of a 16M flash memory and a NOR, NAND, DINOR, and AND memory array as a configuration for reducing the memory size.

【0006】また、単一のメモリセルを複数ビットで使
用する多値フラッシュメモリについては、日経BP社発
行「日経マイクロデバイス」1997年11月号、P124〜P1
31「製品化が始まった多値フラッシュ・メモリ」に記載
されている。多値技術の読み出し原理および動作につい
て説明されている。
A multi-level flash memory using a single memory cell with a plurality of bits is described in "Nikkei Micro Devices", November 1997, P124-P1 issued by Nikkei BP.
31 "Multi-level flash memory has begun commercialization". The readout principle and operation of the multi-valued technology are described.

【0007】また、日経BP社発行「日経マイクロデバ
イス」1997年2月号、P62〜P71「多値と3次元セルが
必須な大容量フラッシュ・メモリー」には8値,3ビッ
ト/セルおよび16値,4ビット/セルの実験データが
記載されている。
Also, "Nikkei Micro Devices", February 1997, published by Nikkei BP, P62 to P71, "High-capacity flash memory in which multi-valued and three-dimensional cells are indispensable" has eight values, three bits / cell and 16 bits. Value, experimental data of 4 bits / cell are described.

【0008】また、工業調査会発行「電子材料」1997年
1月号、P47〜P51には、マイコン(マイクロコンピュ
ータ)へのフラッシュメモリの多値化技術の展開につい
て記載されている。
[0008] Further, in the "Electronic Materials", January 1997 issue, P47 to P51, published by the Industrial Research Institute, the development of a multi-valued technology of a flash memory to a microcomputer (microcomputer) is described.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】微細加工限界および信
頼度特性によるスケーリング限界から、フラッシュメモ
リの大容量化は難しくなって来ている。そこで、メモリ
の大容量化を図る手法の一つとして、一つのメモリセル
で複数ビットのデータを保持する多値技術が開発されて
いる。
It is becoming difficult to increase the capacity of the flash memory due to the limit of fine processing and the limit of scaling due to reliability characteristics. Therefore, as one of the techniques for increasing the capacity of a memory, a multi-valued technology for holding a plurality of bits of data in one memory cell has been developed.

【0010】従来の多値技術は、消去状態と、複数の電
荷蓄積状態を発生させることによって多値を得るように
なっている。、複数の電荷蓄積状態は、たとえばフロー
ティングゲート中に蓄えるエレクトロンの量の違いで発
生させている。
In the conventional multi-value technique, multi-value is obtained by generating an erase state and a plurality of charge accumulation states. The plurality of charge storage states are generated by, for example, differences in the amount of electrons stored in the floating gate.

【0011】しかし、この方式では、前記文献にも記載
されているように、各々のしきい値電圧に対する蓄積電
荷の分布幅の制御が難しく、しきい値のバラツキ制御が
難しい。
However, in this method, as described in the above-mentioned document, it is difficult to control the distribution width of the accumulated charge with respect to each threshold voltage, and it is difficult to control the variation of the threshold value.

【0012】本発明の目的は、読み出し特性が良好な多
値フラッシュEEPROM(半導体集積回路装置)およ
びその製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a multilevel flash EEPROM (semiconductor integrated circuit device) having good read characteristics and a method of manufacturing the same.

【0013】本発明の他の目的は、メモリ保持特性の良
好な多値フラッシュEEPROM(半導体集積回路装
置)およびその製造方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a multilevel flash EEPROM (semiconductor integrated circuit device) having good memory retention characteristics and a method of manufacturing the same.

【0014】本発明の他の目的はメモリ保持特性が良好
で読み出し特性が優れたフラッシュEEPROMを有す
るマイクロコンピュータを提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a microcomputer having a flash EEPROM having good memory retention characteristics and excellent read characteristics.

【0015】本発明の前記ならびにそのほかの目的と新
規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきら
かになるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.

【0017】(1)不揮発性記憶素子を有し、かつ不揮
発性記憶素子の1セルの情報記憶数が3値以上になる半
導体集積回路装置であって、前記情報記憶手段が正の電
荷を蓄積する手段,負の電荷を蓄積する手段,電荷を蓄
積しない手段を有する。
(1) A semiconductor integrated circuit device having a nonvolatile storage element, wherein the number of information stored in one cell of the nonvolatile storage element is three or more, wherein the information storage means stores a positive charge. Means for accumulating negative charges, and means for not accumulating charges.

【0018】不揮発性記憶素子を有する半導体集積回路
装置であって、半導体基板の活性領域の表層部分に形成
された一対のソース領域およびドレイン領域と、前記ソ
ース領域と前記ドレイン領域の間のチャネル部上に形成
されかつ膜界面付近のトラップに電荷を蓄積できる多層
のトンネル絶縁膜からなるゲート絶縁膜と、前記ゲート
絶縁膜上に形成されかつ電荷を蓄積できる浮遊ゲート
と、前記浮遊ゲート上に層間絶縁膜を介して形成された
制御ゲートとを有し、前記ソース領域および前記ドレイ
ン領域ならびに前記制御ゲートにそれぞれ所定の電位を
印加することによって、前記ゲート絶縁膜内のトラップ
に正の電荷を蓄積する状態、前記ゲート絶縁膜内のトラ
ップに負の電荷を蓄積する状態、前記ゲート絶縁膜内の
トラップおよび前記浮遊ゲートに負の電荷を蓄積する状
態、前記浮遊ゲートおよび前記ゲート絶縁膜内のトラッ
プに電荷を蓄積しない状態を選択的に発生させるように
構成した不揮発性記憶素子を有する。
A semiconductor integrated circuit device having a non-volatile memory element, comprising: a pair of source and drain regions formed in a surface layer of an active region of a semiconductor substrate; and a channel portion between the source and drain regions A gate insulating film formed of a multilayer tunnel insulating film formed on the gate insulating film and capable of storing charges in traps near the film interface; a floating gate formed on the gate insulating film and capable of storing charges; And a control gate formed with an insulating film interposed therebetween. By applying a predetermined potential to each of the source region, the drain region, and the control gate, positive charges are accumulated in traps in the gate insulating film. A state in which negative charges are accumulated in traps in the gate insulating film; a trap in the gate insulating film; State to accumulate a negative charge Yu gate, having the nonvolatile memory element is configured to selectively generate a state of not storing charge in the trap of the floating gate and the gate insulating lining.

【0019】前記正の電荷を蓄積する手段では前記ゲー
ト絶縁膜内のトラップに正の電荷を蓄積し、前記負の電
荷を蓄積する手段では前記ゲート絶縁膜内のトラップに
負の電荷を蓄積または前記ゲート絶縁膜内のトラップお
よび前記浮遊ゲートに負の電荷を蓄積する構成になって
いる。
The means for storing positive charges stores positive charges in traps in the gate insulating film, and the means for storing negative charges stores or stores negative charges in traps in the gate insulating film. Negative charges are stored in the traps in the gate insulating film and the floating gate.

【0020】前記ゲート絶縁膜は前記活性領域上に順次
重ねて形成される二酸化シリコン膜と窒化膜、または二
酸化シリコン膜および窒化膜ならびに二酸化シリコン膜
で構成されている。
The gate insulating film is composed of a silicon dioxide film and a nitride film formed sequentially on the active region, or a silicon dioxide film and a nitride film and a silicon dioxide film.

【0021】前記浮遊ゲートは下層浮遊ゲート膜と上層
浮遊ゲート膜とからなる2層構造であり、下層浮遊ゲー
ト膜は前記ゲート絶縁膜と同一パターンであり、上層浮
遊ゲート膜は下層浮遊ゲート膜よりも面積が大きく前記
制御ゲートとの間の容量が前記下層浮遊ゲート膜と半導
体基板との間の容量よりも大きくなっている。
The floating gate has a two-layer structure composed of a lower floating gate film and an upper floating gate film. The lower floating gate film has the same pattern as the gate insulating film. And the capacitance between the control gate and the lower floating gate film is larger than the capacitance between the lower floating gate film and the semiconductor substrate.

【0022】前記ソース領域に電気的に接触するソース
線を構成する拡散層および前記ドレイン領域に電気的に
接触するビット線を構成する拡散層が前記活性領域に設
けられている。
A diffusion layer constituting a source line electrically contacting the source region and a diffusion layer constituting a bit line electrically contacting the drain region are provided in the active region.

【0023】前記構成の半導体集積回路装置において、
前記ソース領域および前記ドレイン領域ならびに前記制
御ゲートにそれぞれ所定の電位を印加することによっ
て、前記ゲート絶縁膜内のトラップに正の電荷を蓄積す
る状態、前記ゲート絶縁膜内のトラップに負の電荷を蓄
積する状態、前記ゲート絶縁膜内のトラップおよび前記
浮遊ゲートに負の電荷を蓄積する状態、前記浮遊ゲート
および前記ゲート絶縁膜内のトラップに電荷を蓄積しな
い状態を選択的に発生させ1不揮発性記憶素子で2ビッ
トの情報を記憶できる構成になっている。
In the semiconductor integrated circuit device having the above configuration,
By applying a predetermined potential to each of the source region, the drain region, and the control gate, a state in which positive charges are accumulated in traps in the gate insulating film, and negative charges are trapped in traps in the gate insulating film. A state in which a charge is accumulated, a state in which negative charges are accumulated in the traps in the gate insulating film and the floating gate, and a state in which charges are not accumulated in the traps in the floating gate and the gate insulating film are selectively generated. The storage element can store 2-bit information.

【0024】このような半導体集積回路装置は以下の方
法によって製造される。
Such a semiconductor integrated circuit device is manufactured by the following method.

【0025】半導体基板の活性領域の表層部分に形成さ
れた一対のソース領域およびドレイン領域と、前記ソー
ス領域と前記ドレイン領域の間のチャネル部上に形成さ
れかつ膜界面付近のトラップに電荷を蓄積できる多層の
トンネル絶縁膜からなるゲート絶縁膜と、前記ゲート絶
縁膜上に形成されかつ電荷を蓄積できる浮遊ゲートと、
前記浮遊ゲート上に層間絶縁膜を介して形成された制御
ゲートとを有し、前記ソース領域および前記ドレイン領
域ならびに前記制御ゲートにそれぞれ所定の電位を印加
することによって、前記ゲート絶縁膜内のトラップに正
の電荷を蓄積する状態、前記ゲート絶縁膜内のトラップ
に負の電荷を蓄積する状態、前記ゲート絶縁膜内のトラ
ップおよび前記浮遊ゲートに負の電荷を蓄積する状態、
前記浮遊ゲートおよび前記ゲート絶縁膜内のトラップに
電荷を蓄積しない状態を選択的に発生させるように構成
した不揮発性記憶素子を有する半導体集積回路装置を製
造する方法であって、表面の一部に少なくとも活性領域
を有する半導体基板を用意する工程と、前記活性領域上
に前記ゲート絶縁膜形成のためのトンネル絶縁膜を構成
する第1のゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第1の
ゲート絶縁膜上にトンネル絶縁膜を構成する第2のゲー
ト絶縁膜を形成して電荷を蓄積するための界面付近を形
成する工程と、前記第2のゲート絶縁膜上に浮遊ゲート
形成用導体膜を形成する工程と、前記浮遊ゲート形成用
導体膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁
膜上に制御ゲート形成用導体膜を形成する工程と、前記
制御ゲート形成用導体膜上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜およびその下層の前記制御ゲート形成用導体
膜をエッチングして絶縁膜が乗る制御ゲートを形成する
工程と、前記絶縁膜および前記制御ゲートをマスクとし
て前記層間絶縁膜,前記浮遊ゲート形成用導体膜,前記
第1および第2のゲート絶縁膜を順次エッチングして層
間絶縁膜,浮遊ゲート,前記第1および第2のゲート絶
縁膜からなるゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲー
ト絶縁膜,前記浮遊ゲート,前記層間絶縁膜,前記制御
ゲートおよび前記絶縁膜からなる多層膜をマスクとして
前記多層膜の両端側の前記活性領域にソース領域または
ドレイン領域となる半導体領域を形成する工程と、前記
多層膜の両端面に絶縁膜からなる側壁を形成する工程と
を有する。
An electric charge is accumulated in a pair of source and drain regions formed in the surface layer of the active region of the semiconductor substrate, and in a trap formed near the interface between the source region and the drain region on the channel between the source region and the drain region. A gate insulating film made of a multi-layered tunnel insulating film, and a floating gate formed on the gate insulating film and capable of storing electric charge,
A control gate formed on the floating gate with an interlayer insulating film interposed therebetween, and applying a predetermined potential to each of the source region, the drain region, and the control gate to generate a trap in the gate insulating film. A state in which a positive charge is stored, a state in which a negative charge is stored in a trap in the gate insulating film, a state in which a negative charge is stored in the trap and the floating gate in the gate insulating film,
A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a nonvolatile memory element configured to selectively generate a state in which no charge is accumulated in a trap in the floating gate and a trap in the gate insulating film. A step of preparing a semiconductor substrate having at least an active region; a step of forming a first gate insulating film constituting a tunnel insulating film for forming the gate insulating film on the active region; Forming a second gate insulating film constituting a tunnel insulating film on the film to form a vicinity of an interface for accumulating charges, and forming a floating gate forming conductor film on the second gate insulating film Performing a step of forming an interlayer insulating film on the floating gate forming conductor film; forming a control gate forming conductor film on the interlayer insulating film; Forming an insulating film on the body layer,
Etching the insulating film and the control gate forming conductor film thereunder to form a control gate on which an insulating film is to be formed; and using the insulating film and the control gate as a mask to form the interlayer insulating film and the floating gate. Forming a gate insulating film including an interlayer insulating film, a floating gate, and the first and second gate insulating films by sequentially etching the conductive film and the first and second gate insulating films; Forming a semiconductor region serving as a source region or a drain region in the active region on both ends of the multilayer film using a multilayer film including the floating gate, the interlayer insulating film, the control gate, and the insulating film as a mask; Forming sidewalls made of an insulating film on both end surfaces of the multilayer film.

【0026】前記第2のゲート絶縁膜形成膜の上に第3
のゲート絶縁膜形成膜を形成する。前記第1のゲート絶
縁膜形成膜を二酸化シリコン膜で形成し、前記第2のゲ
ート絶縁膜形成膜を窒化膜で形成し、前記第3のゲート
絶縁膜形成膜を二酸化シリコン膜で形成する。
A third gate insulating film is formed on the second gate insulating film forming film.
Is formed. The first gate insulating film forming film is formed of a silicon dioxide film, the second gate insulating film forming film is formed of a nitride film, and the third gate insulating film forming film is formed of a silicon dioxide film.

【0027】(2)前記手段(1)の構成の半導体集積
回路装置は以下の方法によって製造される。
(2) The semiconductor integrated circuit device having the structure of the means (1) is manufactured by the following method.

【0028】半導体基板の活性領域の表層部分に形成さ
れた一対のソース領域およびドレイン領域と、前記ソー
ス領域と前記ドレイン領域の間のチャネル部上に形成さ
れかつ膜界面付近のトラップに電荷を蓄積できる多層の
トンネル絶縁膜からなるゲート絶縁膜と、前記ゲート絶
縁膜上に形成されかつ電荷を蓄積できる浮遊ゲートと、
前記浮遊ゲート上に層間絶縁膜を介して形成された制御
ゲートとを有し、前記浮遊ゲートは下層浮遊ゲート膜と
上層浮遊ゲート膜とからなる2層構造であり、下層浮遊
ゲート膜は前記ゲート絶縁膜と同一パターンであり、上
層浮遊ゲート膜は下層浮遊ゲート膜よりも面積が大きく
前記制御ゲートとの間の容量が前記下層浮遊ゲート膜と
半導体基板との間の容量よりも大きくなり、前記ソース
領域および前記ドレイン領域ならびに前記制御ゲートに
それぞれ所定の電位を印加することによって、前記ゲー
ト絶縁膜内のトラップに正の電荷を蓄積する状態、前記
ゲート絶縁膜内のトラップに負の電荷を蓄積する状態、
前記ゲート絶縁膜内のトラップおよび前記浮遊ゲートに
負の電荷を蓄積する状態、前記浮遊ゲートおよび前記ゲ
ート絶縁膜内のトラップに電荷を蓄積しない状態を選択
的に発生させるように構成した不揮発性記憶素子を有す
る半導体集積回路装置を製造する方法であって、前記活
性領域上に前記ゲート絶縁膜形成のためのトンネル絶縁
膜を構成する第1のゲート絶縁膜を形成する工程と、前
記第1のゲート絶縁膜形成膜上にトンネル絶縁膜を構成
する第2のゲート絶縁膜形成膜を形成して電荷を蓄積す
るための界面付近を形成する工程と、前記第2のゲート
絶縁膜形成膜上に下層浮遊ゲート膜形成用導体膜を形成
する工程と、前記下層浮遊ゲート膜形成用導体膜上に保
護膜を形成する工程と、前記保護膜,下層浮遊ゲート膜
形成用導体膜および第2のゲート絶縁膜形成膜を同一パ
ターンにエッチングして下層浮遊ゲート膜および第2の
ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記窒化膜を選択的に
エッチングしてゲート用マスクを形成した後、このゲー
ト用マスクを用いて下層浮遊ゲート膜形成用導体膜,第
2のゲート絶縁膜形成膜をエッチングして下層浮遊ゲー
ト膜および第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、前記
第2のゲート絶縁膜,前記下層浮遊ゲート膜および前記
ゲート用マスクをマスクとして前記下層浮遊ゲート膜の
両端側の前記活性領域にソース領域またはドレイン領域
となる半導体領域を形成する工程と、前記第2のゲート
絶縁膜,前記下層浮遊ゲート膜および前記ゲート用マス
クの前記ソース領域およびドレイン領域側の端面に側壁
を形成する工程と、前記ゲート用マスクを除去した後前
記下層浮遊ゲート膜上に下層浮遊ゲート膜よりも面積の
広い上層浮遊ゲート膜を形成して下層浮遊ゲート膜と上
層浮遊ゲート膜で構成される浮遊ゲートを形成する工程
と、前記上層浮遊ゲート膜を被うように層間絶縁膜を形
成するとともにこの層間絶縁膜上に制御ゲートを形成す
る工程とを有する。
An electric charge is accumulated in a pair of source and drain regions formed on the surface layer of the active region of the semiconductor substrate, and on a channel formed between the source region and the drain region and near a film interface. A gate insulating film made of a multi-layered tunnel insulating film, and a floating gate formed on the gate insulating film and capable of storing electric charge,
A control gate formed on the floating gate with an interlayer insulating film interposed therebetween, wherein the floating gate has a two-layer structure including a lower floating gate film and an upper floating gate film, and the lower floating gate film is In the same pattern as the insulating film, the upper floating gate film has a larger area than the lower floating gate film, and the capacitance between the control gate and the upper floating gate film is larger than the capacitance between the lower floating gate film and the semiconductor substrate. A state in which positive charges are accumulated in traps in the gate insulating film by applying a predetermined potential to the source region, the drain region, and the control gate, respectively, and negative charges are accumulated in traps in the gate insulating film. State,
Nonvolatile memory configured to selectively generate a state in which negative charges are stored in traps and floating gates in the gate insulating film, and a state in which no charges are stored in traps in the floating gates and traps in the gate insulating film. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having an element, comprising: forming a first gate insulating film constituting a tunnel insulating film for forming the gate insulating film on the active region; Forming a second gate insulating film forming film constituting a tunnel insulating film on the gate insulating film forming film and forming an area near an interface for accumulating electric charges; and forming a second gate insulating film forming film on the second gate insulating film forming film. Forming a lower floating gate film forming conductor film, forming a protective film on the lower floating gate film forming conductor film, forming the lower floating gate film forming conductor film on the lower floating gate film forming conductor film; Forming a lower floating gate film and a second gate insulating film by etching the second gate insulating film forming film in the same pattern, and selectively forming the gate mask by selectively etching the nitride film; Etching the lower floating gate film forming conductor film and the second gate insulating film forming film by using the gate mask to form a lower floating gate film and a second gate insulating film; Forming a semiconductor region serving as a source region or a drain region in the active region on both ends of the lower floating gate film using the insulating film, the lower floating gate film, and the gate mask as masks; Forming side walls on the end surfaces of the film, the lower floating gate film, and the gate mask on the side of the source region and the drain region; Forming a floating gate composed of a lower floating gate film and an upper floating gate film by forming an upper floating gate film having a larger area than the lower floating gate film on the lower floating gate film after removing the mask, Forming an interlayer insulating film so as to cover the upper floating gate film and forming a control gate on the interlayer insulating film.

【0029】前記第2のゲート絶縁膜形成膜の上に第3
のゲート絶縁膜形成膜を形成する。前記第1のゲート絶
縁膜形成膜を二酸化シリコン膜で形成し、前記第2のゲ
ート絶縁膜形成膜を窒化膜で形成し、前記第3のゲート
絶縁膜形成膜を二酸化シリコン膜で形成する。
A third gate insulating film is formed on the second gate insulating film forming film.
Is formed. The first gate insulating film forming film is formed of a silicon dioxide film, the second gate insulating film forming film is formed of a nitride film, and the third gate insulating film forming film is formed of a silicon dioxide film.

【0030】(3)前記手段(1)または手段(2)の
構成において、前記ソース領域および前記ドレイン領域
ならびに前記制御ゲートにそれぞれ所定の電位を印加す
ることによって、前記ゲート絶縁膜内のトラップに正の
電荷を蓄積する状態、前記ゲート絶縁膜内のトラップに
負の電荷を蓄積する状態、前記ゲート絶縁膜内のトラッ
プおよび前記浮遊ゲートに負の電荷を蓄積する状態、前
記浮遊ゲートおよび前記ゲート絶縁膜内のトラップに電
荷を蓄積しない状態を選択的に発生させ、かつ前記浮遊
ゲートにあっては負の電荷量の異なる状態を複数状態発
生させるように構成し、前記ゲート絶縁膜内のトラップ
にあっては正の電荷量の異なる状態を複数状態発生させ
るように構成されていることを特徴とする半導体集積回
路装置。
(3) In the configuration of the means (1) or (2), by applying a predetermined potential to each of the source region, the drain region and the control gate, the trap in the gate insulating film is reduced. A state in which positive charges are stored, a state in which negative charges are stored in traps in the gate insulating film, a state in which negative charges are stored in traps and the floating gate in the gate insulating film, the floating gate and the gate A structure in which a state in which no charge is accumulated in a trap in an insulating film is selectively generated, and a plurality of states having different negative charge amounts are generated in the floating gate, and a trap in the gate insulating film is generated. Wherein the semiconductor integrated circuit device is configured to generate a plurality of states having different positive charge amounts.

【0031】(4)制御部やメモリ部を有するマイクロ
コンピュータであって、前記メモリ部の一部または全部
は前記手段(1),手段(2),手段(3)のうちのい
ずれかの構成の不揮発性記憶素子で構成されている。
(4) A microcomputer having a control unit and a memory unit, wherein a part or all of the memory unit is any one of the means (1), (2) and (3). Of nonvolatile storage elements.

【0032】前記(1)の手段によれば、(a)ソース
領域およびドレイン領域ならびに制御ゲートにそれぞれ
所定の電位を印加することによって、ゲート絶縁膜内の
トラップに正の電荷を蓄積する状態、ゲート絶縁膜内の
トラップに負の電荷を蓄積する状態、ゲート絶縁膜内の
トラップおよび浮遊ゲートに負の電荷を蓄積する状態、
浮遊ゲートおよびゲート絶縁膜内のトラップに電荷を蓄
積しない状態を選択的に発生させることができるので、
フラッシュEEPROMの1セルの情報記憶数は4値に
なり、1セルで2ビットの情報を記憶させることがで
き、メモリの大容量化が図れる。
According to the means (1), (a) a state in which positive charges are accumulated in traps in the gate insulating film by applying a predetermined potential to each of the source region, the drain region, and the control gate; A state where negative charges are stored in traps in the gate insulating film, a state where negative charges are stored in traps and floating gates in the gate insulating film,
Since a state in which no charge is accumulated in the trap in the floating gate and the gate insulating film can be selectively generated,
The number of information stored in one cell of the flash EEPROM becomes quaternary, and two bits of information can be stored in one cell, so that the capacity of the memory can be increased.

【0033】(b)4値は相互に異なる電位印加で行
え、従来のように同一状態での電荷蓄積量の違いを利用
しないことから、メモリ保持特性が良好になり、読み出
し特性が高くなる。すなわち、4値を構成する手段は、
電荷を蓄積しない手段,正の電荷を蓄積する手段,ゲー
ト絶縁膜内のトラップに負の電荷を蓄積する手段,ゲー
ト絶縁膜内のトラップおよび浮遊ゲートに負の電荷を蓄
積する手段となり、メモリ保持が確実になり、かつ読み
出し特性が良好になる。
(B) The four values can be obtained by applying different potentials, and the difference in the amount of charge stored in the same state is not used as in the prior art, so that the memory retention characteristics are improved and the read characteristics are improved. That is, the means for forming the four values is:
Means for storing no charge, means for storing positive charge, means for storing negative charge in traps in the gate insulating film, means for storing negative charges in traps and floating gates in the gate insulating film, and retains memory. And readout characteristics are improved.

【0034】(c)前記ゲート絶縁膜を二酸化シリコン
膜および窒化膜ならびに二酸化シリコン膜で構成した場
合には、浮遊ゲートから前記層間絶縁膜を介して制御ゲ
ートへの電荷の漏れを抑止できる。
(C) When the gate insulating film is composed of a silicon dioxide film, a nitride film and a silicon dioxide film, leakage of electric charge from the floating gate to the control gate via the interlayer insulating film can be suppressed.

【0035】(d)浮遊ゲートが下層浮遊ゲート膜と上
層浮遊ゲート膜で形成され、下層浮遊ゲート膜は前記ゲ
ート絶縁膜と同一パターンであり、上層浮遊ゲート膜は
下層浮遊ゲート膜よりも面積が大きく前記制御ゲートと
の間の容量が前記下層浮遊ゲート膜と半導体基板との間
の容量よりも大きくなり、容量結合比が大きくなり、浮
遊ゲートの電界を高めることができ、制御ゲートへの印
加電圧の低下を図ることができ、素子の低電圧化が達成
できる。
(D) The floating gate is formed of a lower floating gate film and an upper floating gate film, and the lower floating gate film has the same pattern as the gate insulating film, and the upper floating gate film has an area larger than that of the lower floating gate film. The capacitance between the control gate and the lower floating gate film is larger than the capacitance between the lower floating gate film and the semiconductor substrate, the capacitance coupling ratio is increased, and the electric field of the floating gate can be increased. The voltage can be reduced, and the voltage of the element can be reduced.

【0036】前記(2)の手段も前記手段(1)の場合
と同様な効果を得ることができる。
The means (2) can provide the same effect as the means (1).

【0037】前記(3)の手段によれば、前記浮遊ゲー
トにあっては負の電荷量の異なる状態を複数状態発生さ
せるように構成し、前記ゲート絶縁膜内のトラップにあ
っては正の電荷量の異なる状態を複数状態発生させるよ
うに構成されていることから、1セル当たりの情報記憶
数を4値よりも多くすることができ、さらにフラッシュ
EEPROMの大容量化を図ることができる。
According to the means of (3), the floating gate is configured to generate a plurality of states having different negative charge amounts, and the trap in the gate insulating film is configured to have a positive state. Since a plurality of states having different charge amounts are generated, the number of information stored per cell can be made larger than four values, and the capacity of the flash EEPROM can be increased.

【0038】前記(4)の手段によれば、メモリ部を構
成するフラッシュEEPROMは1セル当たりの情報記
憶数が4値以上になることから、メモリ部の大容量化が
図れる。また、メモリ部の信頼性も高いものとなり、マ
イクロコンピュータの信頼性向上が図れる。
According to the means (4), since the number of information stored in one cell of the flash EEPROM constituting the memory section becomes four or more, the capacity of the memory section can be increased. Further, the reliability of the memory section is also high, and the reliability of the microcomputer can be improved.

【0039】[0039]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を
説明するための全図において、同一機能を有するものは
同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments of the present invention, components having the same functions are denoted by the same reference numerals, and their repeated description will be omitted.

【0040】(実施形態1)本実施形態1では不揮発性
記憶素子としてのフラッシュEEPROM(フラッシュ
メモリ)に本発明を適用した例について説明する。
(Embodiment 1) In Embodiment 1, an example in which the present invention is applied to a flash EEPROM (flash memory) as a nonvolatile storage element will be described.

【0041】図1乃至図17は本発明の一実施形態(実
施形態1)であるフラッシュEEPROMに係わる図で
ある。
FIGS. 1 to 17 are diagrams relating to a flash EEPROM according to an embodiment (Embodiment 1) of the present invention.

【0042】本実施形態1のフラッシュEEPROM
は、たとえば、図5に示すマイクロコンピュータに組み
込まれている。マイクロコンピュータは、1チップのマ
イクロコンピュータチップ40で構成されている。マイ
クロコンピュータチップ40は、矩形状のシリコンから
なる半導体基板1に形成され、制御部41,演算部4
2,メモリ部43,入力部44,出力部45等を有して
いる。また、マイクロコンピュータチップ40の周縁に
は、電極パッド46が配置されている。
The flash EEPROM of the first embodiment
Is incorporated in the microcomputer shown in FIG. 5, for example. The microcomputer is composed of one microcomputer chip 40. The microcomputer chip 40 is formed on the semiconductor substrate 1 made of rectangular silicon, and includes the control unit 41 and the arithmetic unit 4.
2, a memory unit 43, an input unit 44, an output unit 45, and the like. Further, an electrode pad 46 is arranged on the periphery of the microcomputer chip 40.

【0043】本実施形態1では前記メモリ部43がフラ
ッシュEEPROMで構成されている。
In the first embodiment, the memory section 43 is constituted by a flash EEPROM.

【0044】フラッシュEEPROMは、たとえば図6
の等価回路に示すように、AND型のメモリアレイ構成
になっている。
A flash EEPROM is, for example, shown in FIG.
Has an AND type memory array configuration.

【0045】AND型のメモリアレイ構成では、複数
(1〜n)のフラッシュEEPROM(FM:FM1〜
FMn)が並列に接続されて1ブロックを構成し、この
1ブロックの最初のフラッシュメモリ(FM1)のドレ
インが、グローバルビット(グローバルデータ)線50
のコンタクト51にドレインを介して接続されるブロッ
ク選択トランジスタ52のソースに接続される構造にな
っている。
In the AND type memory array configuration, a plurality (1 to n) of flash EEPROMs (FM: FM1 to FM1)
FMn) are connected in parallel to form one block, and the drain of the first flash memory (FM1) of this block is connected to the global bit (global data) line 50.
Is connected to the source of a block selection transistor 52 connected to the contact 51 of the block transistor via the drain.

【0046】また、1ブロックの最後のフラッシュメモ
リ(FMn)のソースが、グローバルソース線55のコ
ンタクト56にソースを介して接続されるブロック選択
トランジスタ57のドレインに接続される構造になって
いる。
The source of the last flash memory (FMn) in one block is connected to the drain of a block select transistor 57 connected to the contact 56 of the global source line 55 via the source.

【0047】1ブロックの各フラッシュメモリFM(F
M1〜FMn)のドレインはローカルビット(ローカル
データ)線59に接続され、ソースはローカルソース線
58に接続されている。
Each block of flash memory FM (F
The drains of M1 to FMn) are connected to a local bit (local data) line 59, and the sources are connected to a local source line 58.

【0048】なお、各フラッシュメモリFMの制御ゲー
トは各ワード線に接続される。
The control gate of each flash memory FM is connected to each word line.

【0049】通常の場合、すなわち、フラッシュメモリ
の1セルの情報記憶数が2値(1ビット)の場合は、6
4Mフラッシュメモリの場合、1ブロックのメモリセル
数(ワード線)は128となるが、本実施形態1の場
合、後述するようにフラッシュメモリの1セルの情報記
憶数が4値(2ビット)となることから、メモリセル数
(ワード線)は半分の64となる。
In the normal case, that is, when the number of information stored in one cell of the flash memory is binary (1 bit), 6
In the case of a 4M flash memory, the number of memory cells (word lines) in one block is 128. In the case of the first embodiment, however, the number of information stored in one cell of the flash memory is four values (two bits) as described later. Therefore, the number of memory cells (word lines) is halved to 64.

【0050】この結果、メモリ部43の面積の縮小化あ
るいはメモリの大容量化が図れることになる。
As a result, the area of the memory section 43 can be reduced or the capacity of the memory can be increased.

【0051】前記制御部41には、特に図示しないが、
前記4値の書き込み,消去および読み出しを行う制御回
路も組み込まれている。
Although not shown, the control unit 41 includes:
A control circuit for writing, erasing, and reading the four values is also incorporated.

【0052】前記メモリ部43を構成するフラッシュメ
モリの構造について説明する前に、本発明のフラッシュ
メモリの特徴について簡単に説明する。
Before describing the structure of the flash memory constituting the memory section 43, the features of the flash memory of the present invention will be briefly described.

【0053】本発明のフラッシュメモリは単一のメモリ
セルにおける情報記憶数が3値以上となる。
In the flash memory of the present invention, the number of information stored in a single memory cell is three or more.

【0054】また、本発明のフラッシュメモリは、情報
記憶手段が正の電荷を蓄積する手段,負の電荷を蓄積す
る手段,電荷を蓄積しない手段を有する構成になってい
る。すなわち、半導体基板の活性領域の表層部分に形成
された一対のソース領域およびドレイン領域と、前記ソ
ース領域と前記ドレイン領域の間のチャネル部上に形成
されかつ膜界面付近のトラップに電荷を蓄積できる多層
のトンネル絶縁膜からなるゲート絶縁膜と、前記ゲート
絶縁膜上に形成されかつ電荷を蓄積できる浮遊ゲート
と、前記浮遊ゲート上に層間絶縁膜を介して形成された
制御ゲートとを有し、前記正の電荷を蓄積する手段では
前記ゲート絶縁膜内のトラップに正の電荷を蓄積し、前
記負の電荷を蓄積する手段では前記ゲート絶縁膜内のト
ラップに負の電荷を蓄積または前記ゲート絶縁膜内のト
ラップおよび前記浮遊ゲートに負の電荷を蓄積する構成
になっている。
In the flash memory of the present invention, the information storage means has a means for storing positive charges, a means for storing negative charges, and a means for not storing charges. That is, electric charges can be accumulated in a pair of source and drain regions formed in the surface layer of the active region of the semiconductor substrate, and in a trap formed near a film interface formed on a channel between the source region and the drain region. A gate insulating film formed of a multilayer tunnel insulating film, a floating gate formed on the gate insulating film and capable of storing electric charge, and a control gate formed on the floating gate via an interlayer insulating film; The means for accumulating positive charges accumulates positive charges in traps in the gate insulating film, and the means for accumulating negative charges accumulates negative charges in traps in the gate insulating film or the gate insulating film. Negative charges are stored in traps in the film and the floating gate.

【0055】また、前記ソース領域および前記ドレイン
領域ならびに前記制御ゲートにそれぞれ電位を印加する
形態によっては、前記浮遊ゲートにあっては負の電荷量
の異なる状態を複数状態発生させることができるととも
に、前記ゲート絶縁膜内のトラップにあっては正の電荷
量の異なる状態を複数状態発生させることができ、より
多値化が可能な構成になっている。
Further, depending on the form in which a potential is applied to each of the source region, the drain region, and the control gate, a plurality of states having different negative charge amounts can be generated in the floating gate. In the trap in the gate insulating film, a plurality of states having different positive charge amounts can be generated, so that the configuration can be made more multi-valued.

【0056】つぎに、フラッシュメモリ20の構造につ
いて説明する。
Next, the structure of the flash memory 20 will be described.

【0057】本実施形態1のフラッシュメモリ20は、
図3に示すように、たとえばp型のシリコン(Si)か
らなる半導体基板1の活性領域に形成されている。同図
および以下の同様の図では、説明の便宜上ウェルは省略
してある。すなわち、フラッシュメモリ20は、たとえ
ばダブルウェル構造のp型ウェルに形成される。
The flash memory 20 according to the first embodiment includes:
As shown in FIG. 3, it is formed in an active region of a semiconductor substrate 1 made of, for example, p-type silicon (Si). In this figure and the following similar figures, wells are omitted for convenience of explanation. That is, flash memory 20 is formed in, for example, a p-type well having a double well structure.

【0058】半導体基板1の活性領域の表層部分には、
多層のトンネル絶縁膜からなるゲート絶縁膜21が形成
されている。この多層のトンネル絶縁膜からなるゲート
絶縁膜21は、前記半導体基板1上に順次重ねられる薄
膜ゲート酸化膜3,ゲート窒化膜4,薄膜ゲート酸化膜
5からなり、酸化膜は熱酸化による二酸化シリコン(S
iO2 )膜となっている。ゲート窒化膜4はSi3 4
膜(ナイトライド膜)で形成されている。各膜の厚さの
一例を挙げると、薄膜ゲート酸化膜3は3nm程度、ゲ
ート窒化膜4は10nm程度、薄膜ゲート酸化膜5は5
nm程度である。
In the surface layer of the active region of the semiconductor substrate 1,
A gate insulating film 21 made of a multilayer tunnel insulating film is formed. The gate insulating film 21 made of a multilayer tunnel insulating film is composed of a thin gate oxide film 3, a gate nitride film 4, and a thin gate oxide film 5 sequentially stacked on the semiconductor substrate 1, and the oxide film is formed of silicon dioxide by thermal oxidation. (S
iO 2 ) film. The gate nitride film 4 is made of Si 3 N 4
It is formed of a film (nitride film). As an example of the thickness of each film, the thin gate oxide film 3 is about 3 nm, the gate nitride film 4 is about 10 nm, and the thin gate oxide film 5 is 5 nm.
nm.

【0059】また、前記ゲート絶縁膜21の両端側の半
導体基板1の表層部分にはそれぞれn型の半導体領域が
形成されている。この半導体領域の一方はソース領域8
であり、他方はドレイン領域9である。
Further, n-type semiconductor regions are formed in the surface layer portions of the semiconductor substrate 1 at both ends of the gate insulating film 21, respectively. One of the semiconductor regions is a source region 8
And the other is the drain region 9.

【0060】前記ソース領域8とドレイン領域9との間
の前記ゲート絶縁膜21の真下の表層部分がチャネル部
となる。
The surface portion immediately below the gate insulating film 21 between the source region 8 and the drain region 9 becomes a channel portion.

【0061】前記チャネル部,ソース領域8,ドレイン
領域9は、SiO2 膜からなる素子間分離絶縁膜2の内
側に形成されたSiO2 膜からなるフィールド絶縁膜1
2の内側の領域に形成されている。素子間分離絶縁膜2
およびフィールド絶縁膜12の厚さの一例を挙げると、
素子間分離絶縁膜2は400nm程度、フィールド絶縁
膜12は200nm程度である。
[0061] The channel portion, the source region 8, the drain region 9, a field insulating film 1 made of SiO 2 film formed on the inner side of the element isolation insulating film 2 made of SiO 2 film
2 is formed in the area inside. Element isolation insulating film 2
And an example of the thickness of the field insulating film 12 is as follows:
The element isolation insulating film 2 has a thickness of about 400 nm, and the field insulating film 12 has a thickness of about 200 nm.

【0062】前記フィールド絶縁膜12の下の半導体領
域には拡散によって高不純物濃度のn型領域が設けられ
配線層18,19を形成している。一方の前記配線層1
8はソース領域8に接触してローカルソース線58にな
り、他方の配線層19はドレイン領域9に接触してロー
カルビット線59になる。
In the semiconductor region under the field insulating film 12, an n-type region having a high impurity concentration is provided by diffusion to form wiring layers 18 and 19. One of the wiring layers 1
8 contacts the source region 8 to become a local source line 58, and the other wiring layer 19 contacts the drain region 9 to become a local bit line 59.

【0063】前記ゲート絶縁膜21上にはゲート絶縁膜
21と同一形状となりかつ一致して重なる下層浮遊ゲー
ト膜6が形成されている。この下層浮遊ゲート膜6は、
たとえば、100nm程度のポリシリコンで形成されて
いる。また、前記ゲート絶縁膜21および下層浮遊ゲー
ト膜6のソース領域8およびドレイン領域9の端面には
絶縁膜スペーサ10が設けられている。この絶縁膜スペ
ーサ10は盛り上がった前記フィールド絶縁膜12の端
との間に形成され、下層浮遊ゲート膜6とソース領域
8,配線層18,ドレイン領域9,配線層19との間の
電気的絶縁分離を図っている。
On the gate insulating film 21, a lower floating gate film 6, which has the same shape as the gate insulating film 21 and overlaps with the gate insulating film 21, is formed. This lower floating gate film 6
For example, it is formed of polysilicon of about 100 nm. Insulating film spacers 10 are provided on the end surfaces of the source region 8 and the drain region 9 of the gate insulating film 21 and the lower floating gate film 6. The insulating film spacer 10 is formed between the raised end of the field insulating film 12 and electrically insulates the lower floating gate film 6 from the source region 8, the wiring layer 18, the drain region 9, and the wiring layer 19. We are trying to separate.

【0064】また、前記下層浮遊ゲート膜6,絶縁膜ス
ペーサ10およびフィールド絶縁膜12上には、前記下
層浮遊ゲート膜6よりも長い上層浮遊ゲート膜13が設
けられている。この上層浮遊ゲート膜13は、下層浮遊
ゲート膜6の幅と同じ幅になっているが、その長さが長
くなっている。上層浮遊ゲート膜13は、たとえば、4
0nm程度の厚さになっている。
On the lower floating gate film 6, the insulating film spacer 10, and the field insulating film 12, an upper floating gate film 13 longer than the lower floating gate film 6 is provided. The upper floating gate film 13 has the same width as the lower floating gate film 6, but has a longer length. The upper floating gate film 13 is, for example, 4
The thickness is about 0 nm.

【0065】これは、下層浮遊ゲート膜6と上層浮遊ゲ
ート膜13によって構成される浮遊ゲートの下部と上部
の容量を変えて、容量の結合比をかえるためである。し
たがって、容量結合比を変えない場合には、浮遊ゲート
はこのように2層構造にする必要はない。
This is because the capacitance between the lower and upper portions of the floating gate formed by the lower floating gate film 6 and the upper floating gate film 13 is changed to change the capacitance coupling ratio. Therefore, if the capacitance coupling ratio is not changed, the floating gate does not need to have a two-layer structure.

【0066】また、前記上層浮遊ゲート膜13を被うよ
うに層間絶縁膜14が設けられている。この層間絶縁膜
14は、たとえばCVD(気相化学成長法)によって形
成されるSiN膜/SiO2 膜/SiN膜/SiO2
からなっている。最下層のSiO2 膜は5nm程度,他
のSiO2 膜は3nm程度,SiN膜は10nm程度
で、全体で30nm程度になっている。
An interlayer insulating film 14 is provided so as to cover the upper floating gate film 13. This interlayer insulating film 14 is composed of, for example, a SiN film / SiO 2 film / SiN film / SiO 2 film formed by CVD (vapor phase chemical growth). The lowermost SiO 2 film is about 5 nm, the other SiO 2 films are about 3 nm, and the SiN film is about 10 nm, which is about 30 nm in total.

【0067】また、前記層間絶縁膜14および素子間分
離絶縁膜2上には制御ゲート15が設けられている。こ
の制御ゲート15は長く延在してワード線となる。制御
ゲート15は、たとえば、上層がタングステンシリサイ
ド(WSi)からなるシリサイド層と、このシリサイド
層下のポリシリコン膜とからなるポリサイド膜で構成さ
れている。前記シリサイド層は、たとえば150nm程
度,ポリシリコン膜は100nm程度である。
A control gate 15 is provided on the interlayer insulating film 14 and the element isolation insulating film 2. The control gate 15 extends to be a word line. The control gate 15 is formed of, for example, a polycide film whose upper layer is formed of a silicide layer made of tungsten silicide (WSi) and a polysilicon film below this silicide layer. The silicide layer has a thickness of about 150 nm, and the polysilicon film has a thickness of about 100 nm.

【0068】前記下層浮遊ゲート膜6と上層浮遊ゲート
膜13によって、浮遊ゲート(フローティングゲート:
FG)11が形成される。
By the lower floating gate film 6 and the upper floating gate film 13, a floating gate (floating gate:
FG) 11 are formed.

【0069】上層浮遊ゲート膜13は下層浮遊ゲート膜
6よりも面積が大きく前記制御ゲート15との間の容量
が、前記下層浮遊ゲート膜6と半導体基板1との間の容
量よりも大きくなり、容量結合比が大きくなり、浮遊ゲ
ート11の電界を高めることができ、制御ゲート15へ
の印加電圧の低下を図ることができる。この結果、フラ
ッシュメモリ素子の低電圧化が達成できることになる。
The upper floating gate film 13 has a larger area than the lower floating gate film 6 and the capacitance between the upper floating gate film 13 and the control gate 15 is larger than the capacitance between the lower floating gate film 6 and the semiconductor substrate 1. The capacitance coupling ratio increases, the electric field of the floating gate 11 can be increased, and the voltage applied to the control gate 15 can be reduced. As a result, a lower voltage of the flash memory device can be achieved.

【0070】前記制御ゲート15上にはメモリセル保護
絶縁膜16が形成されている。このメモリセル保護絶縁
膜16上には層間絶縁膜17が設けられている。
On the control gate 15, a memory cell protection insulating film 16 is formed. An interlayer insulating film 17 is provided on the memory cell protection insulating film 16.

【0071】また、層間絶縁膜17上には、Al等によ
るメタル配線によるグローバルビット線50が設けられ
ている。
On the interlayer insulating film 17, a global bit line 50 made of metal wiring of Al or the like is provided.

【0072】図4はフラッシュメモリの1セル部分の浮
遊ゲート11(下層浮遊ゲート膜6,上層浮遊ゲート膜
13)および制御ゲート15を示す模式的平面図であ
る。下層浮遊ゲート膜6と上層浮遊ゲート膜13の幅
(W)は同一であるが、長さは下層浮遊ゲート膜6の長
さ(L1 )に比較して上層浮遊ゲート膜13の長さ(L
2)が長くなっている。
FIG. 4 is a schematic plan view showing the floating gate 11 (the lower floating gate film 6 and the upper floating gate film 13) and the control gate 15 in one cell portion of the flash memory. The width (W) of the lower floating gate film 6 and that of the upper floating gate film 13 are the same, but the length is longer than the length (L 1 ) of the lower floating gate film 6 (L 1 ). L
2 ) is longer.

【0073】また、単一のメモリセル30の幅はWC
長さはLC になっている。
The width of a single memory cell 30 is W C ,
The length is L C.

【0074】ここで、各部の寸法の一例を挙げと、WC
は0.8μm程度、LC は1.6μm程度、Wは0.4
μm程度、L1 は0.4μm程度、L2 は1.2μm程
度である。
Here, as an example of the dimensions of each part, W C
Is about 0.8 μm, L C is about 1.6 μm, and W is 0.4
μm, L 1 is about 0.4 μm, and L 2 is about 1.2 μm.

【0075】つぎに、このようなフラッシュメモリ20
の製造方法について、図7乃至図17を参照しながら説
明する。
Next, such a flash memory 20
Will be described with reference to FIGS. 7 to 17.

【0076】最初に単結晶シリコンからなる半導体基板
1を用意した後、常用の選択的熱酸化処理によって、図
7に示すように、メモリセルを形成する領域以外の半導
体基板1の主面に二酸化シリコン膜(SiO2 膜)から
なる厚い素子間分離絶縁膜2を形成する。素子間分離絶
縁膜2の厚さは、たとえば400nm程度である。
First, a semiconductor substrate 1 made of single crystal silicon is prepared, and then, as shown in FIG. 7, the main surface of the semiconductor substrate 1 other than the region where the memory cell is formed is subjected to a conventional selective thermal oxidation treatment. A thick element isolation insulating film 2 made of a silicon film (SiO 2 film) is formed. The thickness of the isolation insulating film 2 is, for example, about 400 nm.

【0077】つぎに、図7に示すように、ゲート絶縁膜
21を形成するためのトンネル絶縁膜を構成する第1の
ゲート絶縁膜として薄膜ゲート酸化膜3を形成する。薄
膜ゲート酸化膜3は、熱酸化によるSiO2 膜によって
半導体基板1の表面に形成される。薄膜ゲート酸化膜3
の厚さは、たとえば3nm程度である。
Next, as shown in FIG. 7, a thin gate oxide film 3 is formed as a first gate insulating film constituting a tunnel insulating film for forming a gate insulating film 21. The thin gate oxide film 3 is formed on the surface of the semiconductor substrate 1 by a thermal oxidation SiO 2 film. Thin gate oxide film 3
Is about 3 nm, for example.

【0078】つぎに、前記第1のゲート絶縁膜上にトン
ネル絶縁膜を構成する第2のゲート絶縁膜形成膜として
窒化膜(Si3 4 膜)からなるゲート窒化膜4を形成
する。これにより、電荷を蓄積する界面付近(トラッ
プ)が、前記薄膜ゲート酸化膜3とゲート窒化膜4との
間に形成される。
Next, a gate nitride film 4 made of a nitride film (Si 3 N 4 film) is formed as a second gate insulating film forming film constituting a tunnel insulating film on the first gate insulating film. As a result, an area (trap) near the interface where charges are accumulated is formed between the thin gate oxide film 3 and the gate nitride film 4.

【0079】電荷を蓄積する界面付近を形成するだけな
らば、前記薄膜ゲート酸化膜3とゲート窒化膜4だけで
もよいが、本実施形態1では制御ゲートへの電荷の漏れ
を抑止するために、図8に示すように、第3のゲート絶
縁膜形成膜を形成する。この膜はSiO2 膜からなる薄
膜ゲート酸化膜5である。
If only the vicinity of the interface for storing charges is formed, only the thin gate oxide film 3 and the gate nitride film 4 may be used. In the first embodiment, however, in order to suppress the leakage of charges to the control gate, As shown in FIG. 8, a third gate insulating film forming film is formed. This film is a thin gate oxide film 5 made of a SiO 2 film.

【0080】薄膜ゲート酸化膜3およびゲート窒化膜4
はCVD装置やプラズマCVD装置等によって形成され
る。
Thin gate oxide film 3 and gate nitride film 4
Is formed by a CVD apparatus, a plasma CVD apparatus, or the like.

【0081】たとえば、薄膜ゲート酸化膜3の厚さは3
nm程度、ゲート窒化膜4の厚さは10nm程度、薄膜
ゲート酸化膜5の厚さは5nm程度である。
For example, the thickness of the thin gate oxide film 3 is 3
The thickness of the gate nitride film 4 is about 10 nm, and the thickness of the thin gate oxide film 5 is about 5 nm.

【0082】前記薄膜ゲート酸化膜3,ゲート窒化膜4
および薄膜ゲート酸化膜5によって多層構造のゲート絶
縁膜21が形成される。
The thin gate oxide film 3 and the gate nitride film 4
The gate insulating film 21 having a multilayer structure is formed by the thin gate oxide film 5.

【0083】つぎに、CVD装置によって、図9に示す
ように、前記ゲート窒化膜4および薄膜ゲート酸化膜5
からなる第2のゲート絶縁膜形成用絶縁膜上に浮遊ゲー
ト形成用導体膜6aと、窒化膜からなる保護膜23を順
次形成する。前記保護膜23の厚さは、たとえば、12
0nm程度になる。
Next, as shown in FIG. 9, the gate nitride film 4 and the thin gate oxide film 5 are formed by a CVD apparatus.
A conductive film 6a for forming a floating gate and a protective film 23 made of a nitride film are sequentially formed on a second insulating film for forming a gate insulating film made of. The thickness of the protective film 23 is, for example, 12
It becomes about 0 nm.

【0084】つぎに、前記保護膜23およびその保護膜
23以下の各層を順次選択的にエッチングし、図4に示
すような幅W,長さL1 の保護膜23,下層浮遊ゲート
膜6,薄膜ゲート酸化膜5,ゲート窒化膜4を形成す
る。この際、薄膜ゲート酸化膜3は途中深さまでエッチ
ングする。
[0084] Then, the protective film 23 and protective film 23 are sequentially selectively etching the following layers, the width W as shown in FIG. 4, the length L 1 of the protective film 23, the lower the floating gate layer 6, A thin gate oxide film 5 and a gate nitride film 4 are formed. At this time, the thin gate oxide film 3 is etched to an intermediate depth.

【0085】つぎに、図10に示すように、保護膜2
3,素子間分離絶縁膜2をマスクとして、砒素等のn型
決定不純物の注入(打ち込み)と拡散(アニール)処理
によって、半導体基板1の表層部分にソース領域8とド
レイン領域9を形成する。
Next, as shown in FIG.
3. Using the inter-element isolation insulating film 2 as a mask, a source region 8 and a drain region 9 are formed in the surface layer of the semiconductor substrate 1 by implantation (implantation) and diffusion (annealing) of an n-type determining impurity such as arsenic.

【0086】つぎに、図11に示すように、半導体基板
1の主面全域に絶縁膜24を形成する。
Next, as shown in FIG. 11, an insulating film 24 is formed over the entire main surface of the semiconductor substrate 1.

【0087】つぎに、図12に示すように異方性エッチ
ングによって前記絶縁膜24をエッチングして、ゲート
窒化膜4,薄膜ゲート酸化膜5,下層浮遊ゲート膜6
の、ソース領域8およびドレイン領域9側の端面に側壁
(絶縁膜スペーサ)10を形成する。
Next, as shown in FIG. 12, the insulating film 24 is etched by anisotropic etching to form a gate nitride film 4, a thin gate oxide film 5, and a lower floating gate film 6.
Then, a side wall (insulating film spacer) 10 is formed on the end face on the source region 8 and drain region 9 side.

【0088】つぎに、前記保護膜23,絶縁膜スペーサ
10,素子間分離絶縁膜2をマスクとして、半導体基板
1の表層に砒素等のn型決定不純物を注入(打ち込み)
しかつ拡散(アニール)処理することによって高濃度の
n型からなる配線層18,19を形成する(図12参
照)。これら配線層18,19はソース領域8やドレイ
ン領域9に接触し、ローカルソース線58やローカルビ
ット線59として使用される。なお、前記処理によっ
て、図13に示すように、高濃度領域上には厚さ200
nm程度の厚さのフィールド絶縁膜12が形成される。
Next, n-type determining impurities such as arsenic are implanted (implanted) into the surface layer of the semiconductor substrate 1 by using the protective film 23, the insulating film spacer 10, and the element isolation insulating film 2 as a mask.
Then, by performing diffusion (annealing), wiring layers 18 and 19 made of high concentration n-type are formed (see FIG. 12). These wiring layers 18 and 19 are in contact with the source region 8 and the drain region 9 and are used as local source lines 58 and local bit lines 59. By the above-described processing, as shown in FIG.
A field insulating film 12 having a thickness of about nm is formed.

【0089】つぎに、前記保護膜23は除去され、前記
下層浮遊ゲート膜6,絶縁膜スペーサ10を被い、絶縁
膜スペーサ10の外側にまで延在する上層浮遊ゲート膜
13が、被膜形成と選択エッチングによって形成される
(図14参照)。この上層浮遊ゲート膜13は、ポリシ
リコン膜からなり、たとえば、厚さは40nm程度とな
る。
Next, the protective film 23 is removed, and the upper floating gate film 13 covering the lower floating gate film 6 and the insulating film spacer 10 and extending to the outside of the insulating film spacer 10 is formed. It is formed by selective etching (see FIG. 14). The upper floating gate film 13 is made of a polysilicon film and has a thickness of, for example, about 40 nm.

【0090】前記上層浮遊ゲート膜13は、図4に示す
ようなパターンになり、幅W、長さL2 になる。
The upper floating gate film 13 has a pattern as shown in FIG. 4, having a width W and a length L 2 .

【0091】これにより、前記下層浮遊ゲート膜6と上
層浮遊ゲート膜13によって、浮遊ゲート(フローティ
ングゲート:FG)11が形成される。
Thus, a floating gate (floating gate: FG) 11 is formed by the lower floating gate film 6 and the upper floating gate film 13.

【0092】つぎに、半導体基板1の主面全域にCVD
法によって層間絶縁膜14を形成する(図15参照)。
前記層間絶縁膜14は、たとえばSiN膜/SiO2
/SiN膜/SiO2 膜からなっている。最下層のSi
2 膜は5nm程度,他のSiO2 膜は3nm程度,S
iN膜は10nm程度で、全体で30nm程度になって
いる。
Next, the entire main surface of the semiconductor substrate 1 is subjected to CVD.
The interlayer insulating film 14 is formed by the method (see FIG. 15).
The interlayer insulating film 14 is composed of, for example, a SiN film / SiO 2 film / SiN film / SiO 2 film. Lowermost Si
O 2 film is about 5 nm, other SiO 2 films are about 3 nm, S
The iN film has a thickness of about 10 nm, and has a total thickness of about 30 nm.

【0093】つぎに、CVD法とこれに続く熱処理およ
びエッチングによって、前記層間絶縁膜14および素子
間分離絶縁膜2等の上に、制御ゲート15が形成される
(図16参照)。この制御ゲート15は、たとえば、上
層がタングステンシリサイド(WSi)からなるシリサ
イド層と、このシリサイド層下のポリシリコン膜とから
なるポリサイド膜で構成されている。前記シリサイド層
は、たとえば150nm程度,ポリシリコン膜は100
nm程度である。この制御ゲート15は長く延在してワ
ード線となる。制御ゲート15の幅もWとなり、浮遊ゲ
ート11の幅(W)と同じになり、たとえば0.4μm
程度となっている。
Next, a control gate 15 is formed on the interlayer insulating film 14, the element isolation insulating film 2 and the like by the CVD method and the subsequent heat treatment and etching (see FIG. 16). The control gate 15 is formed of, for example, a polycide film whose upper layer is formed of a silicide layer made of tungsten silicide (WSi) and a polysilicon film below this silicide layer. The silicide layer is, for example, about 150 nm, and the polysilicon film is 100
nm. The control gate 15 extends to be a word line. The width of the control gate 15 is also W, which is the same as the width (W) of the floating gate 11, for example, 0.4 μm.
It has become about.

【0094】つぎに、図17に示すように、半導体基板
1の主面全域にはメモリセル保護絶縁膜16が形成され
る。
Next, as shown in FIG. 17, a memory cell protective insulating film 16 is formed over the entire main surface of the semiconductor substrate 1.

【0095】さらに図17には図示しないが、半導体基
板1の主面には層間絶縁膜17が設けられるとともに、
コンタクト穴が形成され、かつ配線を形成するメタル被
膜の形成とパターニング等が行われ、層間絶縁膜17上
にグローバルビット線50等が形成される。また、図示
はしないが、半導体基板1の主面はファイナルパッシベ
ーション膜が設けられ、半導体基板1の主面に形成され
る各回路を保護するようになる。前記各絶縁膜はCVD
法等によるSiO2 膜やSi3 4 膜、あるいはその複
合膜となっている。
Although not shown in FIG. 17, an interlayer insulating film 17 is provided on the main surface of semiconductor substrate 1.
A contact hole is formed, and a metal film for forming a wiring is formed, patterned, and the like, and a global bit line 50 and the like are formed on the interlayer insulating film 17. Although not shown, a final passivation film is provided on the main surface of the semiconductor substrate 1 to protect each circuit formed on the main surface of the semiconductor substrate 1. Each insulating film is formed by CVD
It is a SiO 2 film or a Si 3 N 4 film by a method or the like, or a composite film thereof.

【0096】つぎに、半導体基板1は縦横に切断され
て、図5に示すようなマイクロコンピュータチップ40
が多数製造されることになる。
Next, the semiconductor substrate 1 is cut lengthwise and widthwise to form a microcomputer chip 40 as shown in FIG.
Will be manufactured in large numbers.

【0097】つぎに、本実施形態1のフラッシュメモリ
20において、1メモリセルの情報記憶数が4値になる
状態について説明する。
Next, a state where the number of information stored in one memory cell becomes four values in the flash memory 20 of the first embodiment will be described.

【0098】図1(a)〜(d)は本発明に係わるフラ
ッシュメモリの消去・書込み状態を示す模式図、図2は
フラッシュメモリにおける1セル当たりの4値の情報保
持形態を示すグラフである。
FIGS. 1A to 1D are schematic diagrams showing an erased / written state of a flash memory according to the present invention, and FIG. 2 is a graph showing a quaternary information holding mode per cell in the flash memory. .

【0099】本実施形態1のフラッシュメモリ20で
は、電荷を蓄積する場所がゲート絶縁膜内のトラップに
電荷を蓄積するMNOS(MONOS)構造と、浮遊ゲ
ートに電荷を蓄積するFLOTOX構造を有している。
The flash memory 20 according to the first embodiment has an MNOS (MONOS) structure in which charges are stored in traps in the gate insulating film and a FLOTOX structure in which charges are stored in the floating gate. I have.

【0100】すなわち、薄膜ゲート酸化膜3とゲート窒
化膜4との界面付近に正の電荷または負の電荷を蓄積す
るトラップが存在(MNOS構造)し、浮遊ゲート11
に電荷が蓄積できるようになっている(FLOTOX構
造)。
That is, a trap for storing a positive charge or a negative charge exists near the interface between the thin gate oxide film 3 and the gate nitride film 4 (MNOS structure), and the floating gate 11
Can accumulate electric charges (FLOTOX structure).

【0101】また、前記浮遊ゲート11には印加電圧を
変えることによって蓄積する電荷量が変わる。これは、
前記トラップにおいても行えるものである。
The amount of charge stored in the floating gate 11 is changed by changing the applied voltage. this is,
This can also be done in the trap.

【0102】図1(a)〜(d)は1メモリセルの情報
記憶数が4値となる状態を示すものである。
FIGS. 1A to 1D show a state in which the number of information stored in one memory cell is quaternary.

【0103】図1(a)は消去状態を示すものであり、
制御ゲート15に高い負電圧(たとえば、−5〜−10
V)を印加することで、チャネル全面で半導体基板(シ
リコン基板)1側からホール(正孔)26を薄膜ゲート
酸化膜3とゲート窒化膜4との界面付近(トラップ)に
蓄積した状態である。
FIG. 1A shows an erased state.
A high negative voltage (for example, -5 to -10
By applying V), holes (holes) 26 are accumulated near the interface (trap) between the thin gate oxide film 3 and the gate nitride film 4 from the semiconductor substrate (silicon substrate) 1 side over the entire channel. .

【0104】この消去状態の場合は、図2に示すよう
に、基準電位V1 の左側にメモリセルの電位が位置する
ことになり、2ビット情報で(0,0)になる。
[0104] In this erased state, as shown in FIG. 2, the potential of the memory cell on the left side of the reference potential V 1 will be is positioned, the 2 bit information (0, 0).

【0105】図1(b)は書込み状態(1)を示すもの
であり、制御ゲート15には低い正の電圧(たとえば、
5V程度)を印加することで、FLOTOX構造の浮遊
ゲート11に蓄積されている負の電荷を半導体基板1側
へ放出させるとともに、MNOSによるトラップ(薄膜
ゲート酸化膜3とゲート窒化膜4との界面付近)に蓄積
されている正の電荷や負の電荷を半導体基板1側へ放出
させ、電荷を蓄積しない状態になる。
FIG. 1B shows a write state (1), in which a low positive voltage (for example,
By applying a voltage of about 5 V, negative charges accumulated in the floating gate 11 having the FLOTOX structure are released toward the semiconductor substrate 1 and trapped by MNOS (the interface between the thin gate oxide film 3 and the gate nitride film 4). (Nearby), the positive charge or the negative charge is released to the semiconductor substrate 1 side, so that no charge is stored.

【0106】この書込み状態(1)の場合は、図2に示
すように、基準電位V1 と基準電位V2 の間にメモリセ
ルの電位が位置することになり、2ビット情報で(0,
1)になる。
In the case of this write state (1), as shown in FIG. 2, the potential of the memory cell is located between the reference potential V 1 and the reference potential V 2 , and (0,
1).

【0107】図1(c)は書込み状態(2)を示すもの
であり、制御ゲート15には前記書込み状態(1)より
も高い正の電圧(たとえば、10V程度)を印加するこ
とで、今度はチャネル全面で半導体基板1側からエレク
トロン27をMNOS部のトラップ(薄膜ゲート酸化膜
3とゲート窒化膜4との界面付近)に蓄積させる。
FIG. 1C shows a write state (2). By applying a positive voltage (for example, about 10 V) higher than that in the write state (1) to the control gate 15, this time, Accumulates electrons 27 from the semiconductor substrate 1 side in the entire surface of the channel in traps (near the interface between the thin gate oxide film 3 and the gate nitride film 4) in the MNOS portion.

【0108】この書込み状態(2)の場合は、図2に示
すように、基準電位V2 と基準電位V2 の間にメモリセ
ルの電位が位置することになり、2ビット情報で(1,
0)になる。
In the write state (2), as shown in FIG. 2, the potential of the memory cell is located between the reference potential V 2 and the reference potential V 2 .
0).

【0109】図1(d)は書込み状態(3)を示すもの
であり、制御ゲート15に高い正電圧を印加するか、あ
るいは書込み時間を長くしてエレクトロン27をMNO
S部のトラップ(薄膜ゲート酸化膜3とゲート窒化膜4
との界面付近)と、FLOTOX構造の浮遊ゲート11
に蓄積する状態であり、エレクトロン27が蓄積量が最
も大きい状態である。
FIG. 1D shows the write state (3), in which a high positive voltage is applied to the control gate 15 or the write time is lengthened to change the electrons 27 to MNO.
S trap (thin gate oxide film 3 and gate nitride film 4)
And the floating gate 11 of the FLOTOX structure
And the state in which the electrons 27 are stored in the largest amount.

【0110】この書込み状態(2)の場合は、図2に示
すように、基準電位V3 よりも高い位置にメモリセルの
電位が位置することになり、2ビット情報で(1,1)
になる。
[0110] In the case of the write state (2), as shown in FIG. 2, it will be the potential of the memory cell is located at a position higher than the reference potential V 3, with 2 bit information (1, 1)
become.

【0111】したがって、メモリセルの電位の読み出し
を前記基準電位V1 2 3 に基づいて区分け検出する
ことによって、1メモリセルに4値の情報を記憶させる
ことかできる。
Therefore, by detecting the reading of the potentials of the memory cells separately based on the reference potentials V 1, V 2 and V 3 , it is possible to store four-level information in one memory cell.

【0112】本実施形態1によれば、以下の効果を奏す
る。
According to the first embodiment, the following effects can be obtained.

【0113】(1)ソース領域8およびドレイン領域9
ならびに制御ゲート15にそれぞれ所定の電位を印加す
ることによって、ゲート絶縁膜21内のトラップに正の
電荷を蓄積する状態、ゲート絶縁膜21内のトラップに
負の電荷を蓄積する状態、ゲート絶縁膜21内のトラッ
プおよび浮遊ゲート11に負の電荷を蓄積する状態、浮
遊ゲート11およびゲート絶縁膜内21のトラップに電
荷を蓄積しない状態を選択的に発生させることができる
ので、フラッシュEEPROMの1セルの情報記憶数は
4値になり、1セルで2ビットの情報を記憶させること
ができ、メモリの大容量化が図れる。
(1) Source region 8 and drain region 9
A state where positive charges are stored in traps in the gate insulating film 21 by applying a predetermined potential to the control gate 15, a state where negative charges are stored in traps in the gate insulating film 21, A state in which negative charges are accumulated in the trap and floating gate 11 in the cell 21 and a state in which electric charges are not accumulated in the trap in the floating gate 11 and the trap 21 in the gate insulating film 21 can be selectively generated. Has four values, and one cell can store two bits of information, thereby increasing the capacity of the memory.

【0114】(2)前記(1)により、フラッシュEE
PROMの面積の縮小が達成できる。
(2) According to the above (1), the flash EE
The area of the PROM can be reduced.

【0115】(3)4値は相互に異なる電位印加でで行
え、従来のように同一状態での電荷蓄積量の違いを利用
しないことから、メモリ保持特性が良好になり、読み出
し特性が高くなる。すなわち、4値を構成する手段は、
電荷を蓄積しない手段,正の電荷を蓄積する手段,ゲー
ト絶縁膜21内のトラップに負の電荷を蓄積する手段,
ゲート絶縁膜21内のトラップおよび浮遊ゲート11に
負の電荷を蓄積する手段となり、メモリ保持が確実にな
り、かつ読み出し特性が良好になる。
(3) The four values can be obtained by applying different potentials, and the difference in the amount of charge stored in the same state is not used as in the prior art, so that the memory retention characteristics are improved and the read characteristics are improved. . That is, the means for forming the four values is:
Means for not storing charges, means for storing positive charges, means for storing negative charges in traps in the gate insulating film 21,
This serves as a means for accumulating negative charges in the trap and the floating gate 11 in the gate insulating film 21, so that memory retention is ensured and read characteristics are improved.

【0116】(4)前記ゲート絶縁膜21を二酸化シリ
コン膜および窒化膜ならびに二酸化シリコン膜で構成し
ていることから、浮遊ゲート11から前記層間絶縁膜1
4を介して制御ゲート15への電荷の漏れを抑止でき
る。
(4) Since the gate insulating film 21 is composed of a silicon dioxide film, a nitride film and a silicon dioxide film, the floating gate 11
4, leakage of electric charge to the control gate 15 can be suppressed.

【0117】(5)浮遊ゲート11が下層浮遊ゲート膜
6と上層浮遊ゲート膜13で形成され、下層浮遊ゲート
膜6は前記ゲート絶縁膜21と同一パターンであり、上
層浮遊ゲート膜13は下層浮遊ゲート膜6よりも面積が
大きく前記制御ゲート15との間の容量が前記下層浮遊
ゲート膜6と半導体基板1との間の容量よりも大きくな
り、容量結合比が大きくなり、浮遊ゲート11の電界を
高めることができ、制御ゲート15への印加電圧の低下
を図ることができ、素子の低電圧化が達成できる。
(5) The floating gate 11 is formed by the lower floating gate film 6 and the upper floating gate film 13, and the lower floating gate film 6 has the same pattern as the gate insulating film 21, and the upper floating gate film 13 is lower floating. The capacitance between the control gate 15 and the lower floating gate film 6 is larger than the capacitance between the lower floating gate film 6 and the semiconductor substrate 1, the capacitance coupling ratio increases, and the electric field of the floating gate 11 increases. , The voltage applied to the control gate 15 can be reduced, and the voltage of the device can be reduced.

【0118】(6)本実施形態1のフラッシュEEPR
OMによってメモリ部43を構成したマイクロコンピュ
ータでは、1メモリセル当たりの情報記憶数が4値以上
になることから、メモリ部の大容量化が図れる。また、
メモリ部43の信頼性も高いものとなり、マイクロコン
ピュータの信頼性向上が図れる。さらに、マイクロコン
ピュータチップの小型化も達成できる。
(6) Flash EEPROM of Embodiment 1
In the microcomputer in which the memory unit 43 is configured by the OM, the number of stored information per memory cell is four or more, so that the capacity of the memory unit can be increased. Also,
The reliability of the memory unit 43 is also high, and the reliability of the microcomputer can be improved. Further, downsizing of the microcomputer chip can be achieved.

【0119】なお、本実施形態1のフラッシュメモリ2
0において、制御ゲート15等に印加する電位をそれぞ
れ変えて、前記浮遊ゲート11において負の電荷量の異
なる状態を複数状態発生させるように構成して、1メモ
リセル当たりの情報記憶数を4値よりも多い多値構成に
することか可能である。この多値構成は、前記ゲート絶
縁膜21内のトラップにおいて、正の電荷量の異なる状
態を複数状態発生させるように構成しても行えるととも
に、前記浮遊ゲート11での多値化との併用によってさ
らに多値化が達成できる。この結果、3ビット,4ビッ
ト化も可能である。
Note that the flash memory 2 of the first embodiment
0, the potential applied to the control gate 15 or the like is changed to generate a plurality of states with different amounts of negative charges in the floating gate 11, and the number of information stored per memory cell is quaternary. More multi-valued configurations are possible. This multi-level configuration can be performed by generating a plurality of states having different positive charge amounts in traps in the gate insulating film 21, and by using the multi-level configuration in the floating gate 11 together. Further, multi-value can be achieved. As a result, 3-bit or 4-bit conversion is possible.

【0120】(実施形態2)図18乃至図27は本発明
の他の実施形態(実施形態2)であるフラッシュEEP
ROMに係わる図である。
(Embodiment 2) FIGS. 18 to 27 show a flash EEP according to another embodiment (Embodiment 2) of the present invention.
FIG. 3 is a diagram related to a ROM.

【0121】本実施形態2のフラッシュメモリ20は、
前記実施形態1のフラッシュメモリ20と同様に、電荷
を蓄積する場所がゲート絶縁膜内のトラップに電荷を蓄
積するMNOS(MONOS)構造と、浮遊ゲートに電
荷を蓄積するFLOTOX構造を有している。
The flash memory 20 of the second embodiment is
As in the flash memory 20 of the first embodiment, the charge storage locations have an MNOS (MONOS) structure in which charges are stored in traps in the gate insulating film, and a FLOTOX structure in which charges are stored in the floating gate. .

【0122】すなわち、薄膜ゲート酸化膜とゲート窒化
膜との界面付近に正の電荷または負の電荷を蓄積するト
ラップが存在(MNOS構造)し、浮遊ゲートに電荷が
蓄積できるようになっている(FLOTOX構造)。
That is, a trap for storing a positive charge or a negative charge exists near the interface between the thin gate oxide film and the gate nitride film (MNOS structure), so that the charge can be stored in the floating gate ( FLOTOX structure).

【0123】また、制御ゲート等に印加する電位制御に
よって、前記実施形態1と同様にMNOS部およびFL
OTOX部に、電荷量の異なる複数の状態をそれぞれ発
生させることができ、1メモリセル当たりの情報記憶数
を4値よりも多くすることができる。
Further, by controlling the potential applied to the control gate and the like, the MNOS section and the FL
A plurality of states having different charge amounts can be respectively generated in the OTOX section, and the number of information stored per memory cell can be made larger than four values.

【0124】また、本実施形態2のフラッシュメモリ
は、NOR,NAND,DiNOR等のアレイ構成に適
する構造になっている。これらの構成において、メモリ
セルは同一構造となるが配線は異なる。
The flash memory according to the second embodiment has a structure suitable for an array configuration such as NOR, NAND, DiNOR, and the like. In these configurations, the memory cells have the same structure but different wirings.

【0125】つぎに、本実施形態2のフラッシュメモリ
20の構造について、図18を参照しながら説明する。
本実施形態2ではNOR型構成で説明する。
Next, the structure of the flash memory 20 according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
In the second embodiment, a NOR type configuration will be described.

【0126】本実施形態2のフラッシュメモリ20は、
たとえばp型のシリコン(Si)からなる半導体基板1
に形成されている。
The flash memory 20 according to the second embodiment includes:
For example, a semiconductor substrate 1 made of p-type silicon (Si)
Is formed.

【0127】半導体基板1の活性領域の表層部分には、
多層のトンネル絶縁膜からなるゲート絶縁膜21が形成
されている。このゲート絶縁膜21は、前記半導体基板
1上に順次重ねられる薄膜ゲート酸化膜3,ゲート窒化
膜4,薄膜ゲート酸化膜5からなり、酸化膜は熱酸化に
よる二酸化シリコン(SiO2 )膜となっている。ゲー
ト窒化膜4はSi3 4 膜(ナイトライド膜)で形成さ
れている。各膜の厚さの一例を挙げると、薄膜ゲート酸
化膜3は3nm程度、ゲート窒化膜4は10nm程度、
薄膜ゲート酸化膜5は5nm程度であり、前記実施形態
1の場合と同様である。
In the surface portion of the active region of the semiconductor substrate 1,
A gate insulating film 21 made of a multilayer tunnel insulating film is formed. The gate insulating film 21 is composed of a thin gate oxide film 3, a gate nitride film 4, and a thin gate oxide film 5 sequentially stacked on the semiconductor substrate 1, and the oxide film is a silicon dioxide (SiO 2 ) film formed by thermal oxidation. ing. Gate nitride film 4 is formed of a Si 3 N 4 film (nitride film). As an example of the thickness of each film, the thin gate oxide film 3 is about 3 nm, the gate nitride film 4 is about 10 nm,
The thickness of the thin gate oxide film 5 is about 5 nm, which is the same as in the first embodiment.

【0128】また、前記ゲート絶縁膜21上には浮遊ゲ
ート11,層間絶縁膜14,制御ゲート15,絶縁膜7
が積層形成されている。
On the gate insulating film 21, the floating gate 11, the interlayer insulating film 14, the control gate 15, the insulating film 7
Are laminated.

【0129】前記浮遊ゲート11は100nm程度のポ
リシリコンで形成されている。層間絶縁膜14は、たと
えばCVD法によって形成されるSiN膜/SiO2
/SiN膜/SiO2 膜からなっている。最下層のSi
2 膜は5nm程度,他のSiO2 膜は3nm程度,S
iN膜は10nm程度で、全体で30nm程度になって
いる。制御ゲート15はたとえば、上層がタングステン
シリサイド(WSi)からなるシリサイド層と、このシ
リサイド層下のポリシリコン膜とからなるポリサイド膜
で構成されている。前記シリサイド層は、たとえば15
0nm程度,ポリシリコン膜は100nm程度である。
前記絶縁膜7はCVD法によるSiO膜等で形成され
ている。
The floating gate 11 is formed of polysilicon of about 100 nm. The interlayer insulating film 14 is composed of, for example, a SiN film / SiO 2 film / SiN film / SiO 2 film formed by a CVD method. Lowermost Si
O 2 film is about 5 nm, other SiO 2 films are about 3 nm, S
The iN film has a thickness of about 10 nm, and has a total thickness of about 30 nm. The control gate 15 is formed of, for example, a polycide film whose upper layer is formed of a silicide layer made of tungsten silicide (WSi) and a polysilicon film below this silicide layer. The silicide layer is, for example, 15
The thickness is about 0 nm, and the thickness of the polysilicon film is about 100 nm.
The insulating film 7 is formed of a SiO 2 film or the like by a CVD method.

【0130】前記ゲート絶縁膜21,浮遊ゲート11,
層間絶縁膜14,制御ゲート15および絶縁膜7は同一
矩形パターンの積層構造になっている。
The gate insulating film 21, the floating gate 11,
The interlayer insulating film 14, the control gate 15, and the insulating film 7 have a laminated structure of the same rectangular pattern.

【0131】また、これらゲート絶縁膜21,浮遊ゲー
ト11,層間絶縁膜14,制御ゲート15および絶縁膜
7の両端には側壁(絶縁膜スペーサ)10が設けられて
いる。この絶縁膜スペーサ10は、たとえば、CVD法
によるSiO膜で形成され、たとえばゲート長方向
に延在している。この延在長さ(張出長さ)は、たとえ
ば0.3nm程度である。
Further, sidewalls (insulating film spacers) 10 are provided at both ends of the gate insulating film 21, the floating gate 11, the interlayer insulating film 14, the control gate 15, and the insulating film 7. This insulating film spacer 10 is formed of, for example, a SiO 2 film by a CVD method, and extends, for example, in the gate length direction. The extension length (overhang length) is, for example, about 0.3 nm.

【0132】また、前記ゲート絶縁膜21の両端側の半
導体基板1の表層部分には、それぞれn型の半導体領域
が形成されている。この半導体領域の一方はソース領域
8であり、他方はドレイン領域9である。そして、前記
ソース領域8とドレイン領域9との間の前記ゲート絶縁
膜21の真下の表層部分がチャネル部となる。
Further, n-type semiconductor regions are formed in the surface layer portions of the semiconductor substrate 1 at both ends of the gate insulating film 21, respectively. One of the semiconductor regions is a source region 8 and the other is a drain region 9. Then, a surface portion directly below the gate insulating film 21 between the source region 8 and the drain region 9 becomes a channel portion.

【0133】また、前記絶縁膜スペーサ10の外側の端
部分から外側に掛けて高不純物濃度のn型領域が設けら
れ配線層18,19を形成している。一方の前記配線層
18はソース領域8に接触してローカルソース線58に
なり、他方の配線層19はドレイン領域9に接触してロ
ーカルビット線59になる。
A high impurity concentration n-type region is provided from the outer end portion of the insulating film spacer 10 to the outside to form wiring layers 18 and 19. One of the wiring layers 18 is in contact with the source region 8 to be a local source line 58, and the other wiring layer 19 is in contact with the drain region 9 to be a local bit line 59.

【0134】前記ソース領域8およびドレイン領域9
は、その形成時、絶縁膜7をマスクとする不純物注入と
拡散によって形成され、前記配線層18,19は、その
形成時、絶縁膜7およびその両端の絶縁膜スペーサ10
をマスクとする不純物注入と拡散によって形成されるこ
とから、高精度に形成される。
The source region 8 and the drain region 9
Are formed by implanting and diffusing impurities using the insulating film 7 as a mask, and the wiring layers 18 and 19 are formed at the time of forming the insulating film 7 and the insulating film spacers 10 at both ends thereof.
Since it is formed by impurity implantation and diffusion using as a mask, it is formed with high precision.

【0135】前記半導体基板1の表面や絶縁膜7および
絶縁膜スペーサ10は、メモリセル保護絶縁膜16で被
われている。前記メモリセル保護絶縁膜16は層間絶縁
膜17によって被われている。また、前記層間絶縁膜1
7上には、Al等によるメタル配線によるビット線(デ
ータ)35が設けられている。このビット線35は、コ
ンタクト穴に充填された導体36を介して前記配線層1
9(ローカルビット線59)に接続されている。
The surface of the semiconductor substrate 1, the insulating film 7 and the insulating film spacer 10 are covered with a memory cell protective insulating film 16. The memory cell protective insulating film 16 is covered with an interlayer insulating film 17. Further, the interlayer insulating film 1
A bit line (data) 35 made of metal wiring of Al or the like is provided on 7. This bit line 35 is connected to the wiring layer 1 through a conductor 36 filled in a contact hole.
9 (local bit line 59).

【0136】図19はメモリセルのセルサイズ(長さf
C ,幅hC )と、ゲート絶縁膜21や浮遊ゲート11等
のサイズ(長さf,幅h)を示す図である。すなわち、
ゲート絶縁膜21のトラップ領域や浮遊ゲート11によ
る電荷蓄積領域の大きさは、長さf,幅hになり、たと
えば長さfは0.6nm程度、幅hは1.2nm程度に
なる。また、メモリセルの長さfC は1.2nm程度、
幅hC は1.6nm程度である。
FIG. 19 shows a cell size (length f) of a memory cell.
C , width h C ) and the size (length f, width h) of the gate insulating film 21, the floating gate 11, and the like. That is,
The size of the trap region of the gate insulating film 21 or the charge storage region formed by the floating gate 11 is a length f and a width h. For example, the length f is about 0.6 nm and the width h is about 1.2 nm. The length f C of the memory cell is about 1.2 nm,
The width h C is about 1.6 nm.

【0137】本実施形態2のフラッシュメモリ20は、
前記実施形態1のフラッシュメモリ20と同一の効果を
有する。
The flash memory 20 of the second embodiment is
It has the same effect as the flash memory 20 of the first embodiment.

【0138】すなわち、本実施形態2のフラッシュメモ
リ20においては、ソース領域8およびドレイン領域9
nm程度制御ゲート15それぞれ所定の電位を印加する
ことによって、前記ゲート絶縁膜21内のトラップに正
の電荷を蓄積する状態、前記ゲート絶縁膜21内のトラ
ップに負の電荷を蓄積する状態、前記ゲート絶縁膜21
内のトラップおよび前記浮遊ゲート11に負の電荷を蓄
積する状態、前記浮遊ゲート11および前記ゲート絶縁
膜21内のトラップに電荷を蓄積しない状態を選択的に
発生させ1メモリセル(不揮発性記憶素子)で2ビット
の情報を記憶できることができる。
That is, in the flash memory 20 according to the second embodiment, the source region 8 and the drain region 9
a state where positive charges are stored in traps in the gate insulating film 21 by applying a predetermined potential to each of the control gates 15 of about nm, a state where negative charges are stored in traps in the gate insulating film 21, Gate insulating film 21
A state in which negative charges are stored in traps in the floating gate 11 and a state in which charges are not stored in the floating gate 11 and traps in the gate insulating film 21 are selectively generated to generate one memory cell (nonvolatile storage element). ) Can store 2-bit information.

【0139】つぎに、このようなフラッシュメモリ20
の製造方法について、図20乃至図27を参照しながら
説明する。
Next, such a flash memory 20
Will be described with reference to FIGS. 20 to 27.

【0140】最初に単結晶シリコンからなる半導体基板
1を用意した後、図20に示すように、ゲート絶縁膜2
1を形成するためのトンネル絶縁膜を構成する第1のゲ
ート絶縁膜として薄膜ゲート酸化膜3を形成する。薄膜
ゲート酸化膜3は、熱酸化によるSiO2 膜によって半
導体基板1の表面に形成される。薄膜ゲート酸化膜3の
厚さは、たとえば3nm程度である。
First, after preparing a semiconductor substrate 1 made of single crystal silicon, as shown in FIG.
A thin gate oxide film 3 is formed as a first gate insulating film constituting a tunnel insulating film for forming the gate insulating film 1. The thin gate oxide film 3 is formed on the surface of the semiconductor substrate 1 by a thermal oxidation SiO 2 film. The thickness of the thin gate oxide film 3 is, for example, about 3 nm.

【0141】つぎに、前記第1のゲート絶縁膜上にトン
ネル絶縁膜を構成する第2のゲート絶縁膜形成膜として
窒化膜(Si3 4 膜)からなるゲート窒化膜4を形成
する。これにより、電荷を蓄積する界面付近(トラッ
プ)が、前記薄膜ゲート酸化膜3とゲート窒化膜4との
間に形成される。
Next, a gate nitride film 4 made of a nitride film (Si 3 N 4 film) is formed on the first gate insulating film as a second gate insulating film forming film constituting a tunnel insulating film. As a result, an area (trap) near the interface where charges are accumulated is formed between the thin gate oxide film 3 and the gate nitride film 4.

【0142】電荷を蓄積する界面付近を形成するだけな
らば、前記薄膜ゲート酸化膜3とゲート窒化膜4だけで
もよいが、本実施形態2では制御ゲートへの電荷の漏れ
を抑止するために、図21に示すように、第3のゲート
絶縁膜形成膜を形成する。この膜はSiO2 膜からなる
薄膜ゲート酸化膜5である。
If only the vicinity of the interface for accumulating charges is formed, only the thin gate oxide film 3 and the gate nitride film 4 may be used. However, in the second embodiment, in order to suppress the leakage of charges to the control gate, As shown in FIG. 21, a third gate insulating film forming film is formed. This film is a thin gate oxide film 5 made of a SiO 2 film.

【0143】薄膜ゲート酸化膜3およびゲート窒化膜4
はCVD装置やプラズマCVD装置等によって形成され
る。
Thin gate oxide film 3 and gate nitride film 4
Is formed by a CVD apparatus, a plasma CVD apparatus, or the like.

【0144】たとえば、薄膜ゲート酸化膜3の厚さは3
nm程度、ゲート窒化膜4の厚さは10nm程度、薄膜
ゲート酸化膜5の厚さは5nm程度である。
For example, the thickness of the thin gate oxide film 3 is 3
The thickness of the gate nitride film 4 is about 10 nm, and the thickness of the thin gate oxide film 5 is about 5 nm.

【0145】つぎに、CVD装置によって、図22に示
すように、前記ゲート窒化膜4および薄膜ゲート酸化膜
5からなる第2のゲート絶縁膜上に浮遊ゲート形成用導
体膜11aと層間絶縁膜14を順次形成する。前記浮遊
ゲート形成用導体膜11aはポリシリコンからなり、そ
の厚さはたとえば100nm程度である。また、層間絶
縁膜14は、たとえばSiN膜/SiO2 膜/SiN膜
/SiO2 膜からなっている。最下層のSiO2 膜は5
nm程度,他のSiO2 膜は3nm程度,SiN膜は1
0nm程度で、全体で30nm程度になっている。
Next, as shown in FIG. 22, a conductive film 11a for forming a floating gate and an interlayer insulating film 14 are formed on the second gate insulating film comprising the gate nitride film 4 and the thin gate oxide film 5 by a CVD apparatus. Are sequentially formed. The floating gate forming conductor film 11a is made of polysilicon and has a thickness of, for example, about 100 nm. The interlayer insulating film 14 is composed of, for example, a SiN film / SiO 2 film / SiN film / SiO 2 film. The lowest SiO 2 film is 5
nm, the other SiO 2 film is about 3 nm, and the SiN film is 1 nm.
It is about 0 nm, which is about 30 nm in total.

【0146】つぎに、CVD装置によって、図23に示
すように、前記層間絶縁膜14上に制御ゲート形成用導
体膜15aと絶縁膜7を形成する。この制御ゲート形成
用導体膜15aは、たとえば、上層がタングステンシリ
サイド(WSi)からなるシリサイド層と、このシリサ
イド層下のポリシリコン膜とからなるポリサイド膜で構
成されている。前記シリサイド層は、たとえば150n
m程度,ポリシリコン膜は100nm程度である。前記
絶縁膜7はSiO2 膜で形成されている。
Next, as shown in FIG. 23, a control gate forming conductor film 15a and an insulating film 7 are formed on the interlayer insulating film 14 by a CVD apparatus. The control gate forming conductor film 15a is formed of, for example, a polycide film whose upper layer is formed of a silicide layer made of tungsten silicide (WSi) and a polysilicon film below this silicide layer. The silicide layer is, for example, 150 n
m, and the thickness of the polysilicon film is about 100 nm. The insulating film 7 is formed of a SiO 2 film.

【0147】つぎに、図24に示すように、前記絶縁膜
7およびその下層の前記制御ゲート形成用導体膜15a
をエッチングして絶縁膜7が乗る制御ゲート15を形成
する。
Next, as shown in FIG. 24, the insulating film 7 and the control gate forming conductor film 15a thereunder are formed.
Is etched to form a control gate 15 on which the insulating film 7 rides.

【0148】つぎに、図25に示すように、前記絶縁膜
7および制御ゲート15をマスクとして、下層の層間絶
縁膜14,浮遊ゲート形成用導体膜11a,薄膜ゲート
酸化膜5,ゲート窒化膜4,薄膜ゲート酸化膜3を順次
エッチングして層間絶縁膜14,浮遊ゲート11,薄膜
ゲート酸化膜5,ゲート窒化膜4,薄膜ゲート酸化膜3
を形成する。薄膜ゲート酸化膜3,ゲート窒化膜4およ
び薄膜ゲート酸化膜5によってゲート絶縁膜21が形成
される。
Next, as shown in FIG. 25, using the insulating film 7 and the control gate 15 as a mask, the lower interlayer insulating film 14, the floating gate forming conductor film 11a, the thin gate oxide film 5, the gate nitride film 4 , The thin gate oxide film 3 is sequentially etched to form an interlayer insulating film 14, a floating gate 11, a thin gate oxide film 5, a gate nitride film 4, a thin gate oxide film 3.
To form A gate insulating film 21 is formed by the thin gate oxide film 3, the gate nitride film 4, and the thin gate oxide film 5.

【0149】つぎに、図25に示すように、前記ゲート
絶縁膜21(薄膜ゲート酸化膜3,ゲート窒化膜4,薄
膜ゲート酸化膜5),浮遊ゲート11,層間絶縁膜1
4,制御ゲート15,絶縁膜7からなる多層膜の両端側
の半導体基板1の活性領域表層部に、n型決定不純物の
注入(打ち込み)と拡散(アニール)処理によってn型
のソース領域8とドレイン領域9を形成する。
Next, as shown in FIG. 25, the gate insulating film 21 (thin gate oxide film 3, gate nitride film 4, thin gate oxide film 5), floating gate 11, interlayer insulating film 1
4, the n-type source region 8 is implanted (implanted) and diffused (annealed) with an n-type determining impurity into the active region surface layer of the semiconductor substrate 1 at both ends of the multilayer film including the control gate 15 and the insulating film 7. A drain region 9 is formed.

【0150】つぎに、図26に示すように、半導体基板
1の主面全域にSiO2 膜からなる絶縁膜24を形成し
た後、この絶縁膜24を異方エッチングして、前記ゲー
ト絶縁膜21から絶縁膜7による積層構成される多層膜
のソース領域8およびドレイン領域9側の端面に側壁
(絶縁膜スペーサ)10を形成する(図27参照)。こ
の絶縁膜スペーサ10の張り出し長さは、たとえば0.
3mm程度である。
Next, as shown in FIG. 26, after forming an insulating film 24 made of a SiO 2 film over the entire main surface of the semiconductor substrate 1, the insulating film 24 is anisotropically etched to form the gate insulating film 21. Then, a side wall (insulating film spacer) 10 is formed on the end face of the multilayer film composed of the insulating film 7 on the side of the source region 8 and the drain region 9 (see FIG. 27). The overhang length of the insulating film spacer 10 is, for example, 0.1 mm.
It is about 3 mm.

【0151】つぎに、絶縁膜7および絶縁膜スペーサ1
0をマスクとして、半導体基板1の主面にn型決定不純
物の注入(打ち込み)と拡散(アニール)処理を行い、
高濃度のn型拡散層からなる配線層18,19を形成す
る。
Next, the insulating film 7 and the insulating film spacer 1
0 is used as a mask, n-type determining impurity implantation (implantation) and diffusion (annealing) are performed on the main surface of the semiconductor substrate 1,
Wiring layers 18 and 19 made of a high concentration n-type diffusion layer are formed.

【0152】その後、図18に示すように、半導体基板
1の主面全域にメモリセル保護絶縁膜16を形成する。
ついで前記メモリセル保護絶縁膜16上に層間絶縁膜1
7を設けられるとともに、コンタクト穴が形成され、か
つ配線を形成するメタル被膜の形成とパターニング等が
行われ、層間絶縁膜17上にビット線35およびビット
線35と配線層19を接続する導体36等が形成され
る。
Thereafter, as shown in FIG. 18, a memory cell protection insulating film 16 is formed over the entire main surface of the semiconductor substrate 1.
Then, the interlayer insulating film 1 is formed on the memory cell protective insulating film 16.
7, a contact hole is formed, and a metal film for forming a wiring is formed and patterned, and a bit line 35 and a conductor 36 connecting the bit line 35 and the wiring layer 19 are formed on the interlayer insulating film 17. Are formed.

【0153】また、図示はしないが、半導体基板1の主
面はファイナルパッシベーション膜が設けられ、半導体
基板1の主面に形成される各回路を保護するようにな
る。前記各絶縁膜はCVD法等によるSiO2 膜やSi
3 4 膜、あるいはその複合膜となっている。
Although not shown, a final passivation film is provided on the main surface of the semiconductor substrate 1 to protect each circuit formed on the main surface of the semiconductor substrate 1. Each of the insulating films is made of a SiO 2 film or Si
3 N 4 film or has its composite membrane.

【0154】つぎに、半導体基板1は縦横に切断されて
マイクロコンピュータチップとされる。
Next, the semiconductor substrate 1 is cut vertically and horizontally to form a microcomputer chip.

【0155】本実施形態2のフラッシュメモリ20も前
記実施形態1のフラッシュメモリ20と同様な効果が得
られる。
The flash memory 20 according to the second embodiment has the same effects as the flash memory 20 according to the first embodiment.

【0156】以上本発明者によってなされた発明を実施
形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形
態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment, the invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention. Needless to say.

【0157】本発明は少なくとも不揮発性記憶素子を有
する半導体集積回路装置には適用できる。
The present invention can be applied to a semiconductor integrated circuit device having at least a nonvolatile memory element.

【0158】[0158]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0159】(1)ソース領域およびドレイン領域なら
びに制御ゲートにそれぞれ所定の電位を印加することに
よって、ゲート絶縁膜内のトラップに正の電荷を蓄積す
る状態、ゲート絶縁膜内のトラップに負の電荷を蓄積す
る状態、ゲート絶縁膜内のトラップおよび浮遊ゲートに
負の電荷を蓄積する状態、浮遊ゲートおよびゲート絶縁
膜内のトラップに電荷を蓄積しない状態を選択的に発生
させることができるので、フラッシュEEPROMの1
セルの情報記憶数は4値になり、1セルで2ビットの情
報を記憶させることができ、メモリの大容量化が図れ
る。
(1) A state where positive charges are accumulated in traps in the gate insulating film by applying predetermined potentials to the source region, the drain region, and the control gate, respectively, and a negative charge is applied to traps in the gate insulating film. Can be selectively generated in a state in which negative charge is stored in traps and floating gates in the gate insulating film and a state in which no charge is stored in traps in the floating gate and gate insulating film. EEPROM 1
The number of information stored in the cell becomes four values, and two bits of information can be stored in one cell, so that the capacity of the memory can be increased.

【0160】(2)4値は相互に異なる電位印加で行
え、従来のように同一状態での電荷蓄積量の違いを利用
しないことから、メモリ保持特性が良好になり、読み出
し特性が高くなる。
(2) The four values can be obtained by applying different potentials, and the difference in charge accumulation amount in the same state is not used as in the prior art, so that the memory retention characteristics are improved and the read characteristics are improved.

【0161】(3)浮遊ゲートを下層浮遊ゲート膜と上
層浮遊ゲート膜で形成し、かつ下層浮遊ゲート膜よりも
上層浮遊ゲート膜の面積を大きくし、制御ゲートとの間
の容量が下層浮遊ゲート膜と半導体基板との間の容量よ
りも大きくなっていることから、容量結合比が大きくな
り、浮遊ゲートの電界を高めることができ、制御ゲート
への印加電圧の低下を図ることができる。これにより、
素子の低電圧化が達成できる。
(3) The floating gate is formed by the lower floating gate film and the upper floating gate film, and the area of the upper floating gate film is made larger than that of the lower floating gate film, and the capacitance between the control gate and the lower floating gate film is increased. Since the capacitance is larger than the capacitance between the film and the semiconductor substrate, the capacitance coupling ratio increases, the electric field of the floating gate can be increased, and the voltage applied to the control gate can be reduced. This allows
Low voltage of the element can be achieved.

【0162】(4)浮遊ゲートにおいて負の電荷量の異
なる状態を複数状態発生させたり、ゲート絶縁膜のトラ
ップに正の電荷量の異なる状態を複数状態発生させたり
する構成にすることによって、4値よりも多い多値化が
可能になり、さらにフラッシュEEPROMの大容量
化、または小型化が達成できる。
(4) A plurality of states with different amounts of negative charges are generated in the floating gate, and a plurality of states with different amounts of positive charges are generated in the trap of the gate insulating film. It is possible to increase the number of values to be larger than the value, and to achieve a larger capacity or a smaller size of the flash EEPROM.

【0163】(5)本発明のフラッシュEEPROMの
製造においては、新たに特別の加工技術を必要としない
ことから安価に製造することができる。
(5) In the manufacture of the flash EEPROM of the present invention, it is possible to manufacture the flash EEPROM at a low cost because no new special processing technique is required.

【0164】(6)本発明のフラッシュEEPROMを
メモリ部に組み込んだマイクロコンピュータでは、メモ
リ部を構成するフラッシュEEPROMは1セル当たり
の情報記憶数が4値以上になることからメモリ部の大容
量化が図れる。また、メモリ部の信頼性も高いものとな
り、マイクロコンピュータの信頼性向上が図れる。
(6) In a microcomputer in which the flash EEPROM of the present invention is incorporated in a memory unit, the number of information stored per cell of the flash EEPROM constituting the memory unit is four or more, so that the capacity of the memory unit is increased. Can be achieved. Further, the reliability of the memory section is also high, and the reliability of the microcomputer can be improved.

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

【図1】本発明に係わるフラッシュメモリの消去・書込
み状態を示す原理的模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a principle of an erase / write state of a flash memory according to the present invention.

【図2】本発明に係わるフラッシュメモリにおける1セ
ル当たりの4値の情報保持形態分布を示すグラフであ
る。
FIG. 2 is a graph showing a quaternary information storage mode distribution per cell in a flash memory according to the present invention.

【図3】本発明の一実施形態(実施形態1)であるフラ
ッシュメモリの1セル部分を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing one cell portion of a flash memory according to an embodiment (Embodiment 1) of the present invention;

【図4】本実施形態1のフラッシュメモリの1セル部分
の浮遊ゲートおよび制御ゲートを示す模式的平面図であ
る。
FIG. 4 is a schematic plan view showing a floating gate and a control gate in one cell portion of the flash memory according to the first embodiment.

【図5】本実施形態1のフラッシュメモリが組み込まれ
たマイクロコンピュータチップの内部構成を示す模式的
平面図である。
FIG. 5 is a schematic plan view showing an internal configuration of a microcomputer chip in which the flash memory according to the first embodiment is incorporated.

【図6】本実施形態1のマイクロコンピュータチップに
おけるメモリ部を構成するAND形メモリセルの等価回
路図である。
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of an AND-type memory cell constituting a memory unit in the microcomputer chip of the first embodiment.

【図7】本実施形態1のフラッシュメモリの製造におい
て、半導体基板の主面に薄膜ゲート酸化膜を形成した一
部の断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a part of the main surface of the semiconductor substrate in which a thin gate oxide film is formed in the manufacture of the flash memory according to the first embodiment.

【図8】本実施形態1のフラッシュメモリの製造におい
て、薄膜ゲート酸化膜およびゲート窒化膜を形成した一
部の断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a part where a thin gate oxide film and a gate nitride film are formed in the manufacture of the flash memory according to the first embodiment.

【図9】本実施形態1のフラッシュメモリの製造におい
て、下層浮遊ゲート膜形成用導体膜および保護膜を形成
した一部の断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view of a part of the lower floating gate film forming conductor film and the protective film formed in the manufacture of the flash memory according to the first embodiment;

【図10】本実施形態1のフラッシュメモリの製造にお
いて、ソース領域およびドレイン領域を形成した一部の
断面図である。
FIG. 10 is a partial cross-sectional view in which a source region and a drain region are formed in the manufacture of the flash memory according to the first embodiment;

【図11】本実施形態1のフラッシュメモリの製造にお
いて、側壁形成用の絶縁膜を形成した一部の断面図であ
る。
FIG. 11 is a cross-sectional view of a part of the flash memory according to the first embodiment in which an insulating film for forming a sidewall is formed.

【図12】本実施形態1のフラッシュメモリの製造にお
いて、側壁を形成した一部の断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view of a part of a side wall formed in the manufacture of the flash memory according to the first embodiment;

【図13】本実施形態1のフラッシュメモリの製造にお
いて、ローカルビット線およびローカルソース線を構成
する配線層を形成した一部の断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view of a part of the manufacturing process of the flash memory according to the first embodiment, in which wiring layers forming local bit lines and local source lines are formed;

【図14】本実施形態1のフラッシュメモリの製造にお
いて、上層浮遊ゲート膜を形成して浮遊ゲートを形成た
一部の断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view of a part in which an upper floating gate film is formed to form a floating gate in the manufacture of the flash memory according to the first embodiment.

【図15】本実施形態1のフラッシュメモリの製造にお
いて、層間絶縁膜を形成した一部の断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view of a part of the flash memory according to the first embodiment in which an interlayer insulating film is formed.

【図16】本実施形態1のフラッシュメモリの製造にお
いて、制御ゲートを形成した一部の断面図である。
FIG. 16 is a cross-sectional view of a portion where a control gate is formed in the manufacture of the flash memory according to the first embodiment.

【図17】本実施形態1のフラッシュメモリの製造にお
いて、メモリセル保護絶縁膜を形成した一部の断面図で
ある。
FIG. 17 is a cross-sectional view of a part of the flash memory according to the first embodiment in which a memory cell protection insulating film is formed.

【図18】本発明の他の実施形態(実施形態2)である
フラッシュメモリの1セル部分を示す断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing one cell portion of a flash memory according to another embodiment (Embodiment 2) of the present invention.

【図19】本実施形態2のフラッシュメモリの1セル部
分の浮遊ゲートおよび制御ゲートを示す模式的平面図で
ある。
FIG. 19 is a schematic plan view showing a floating gate and a control gate of one cell portion of the flash memory according to the second embodiment.

【図20】本実施形態2のフラッシュメモリの製造にお
いて、半導体基板の主面に薄膜ゲート酸化膜を形成した
一部の断面図である。
FIG. 20 is a cross-sectional view of a part of a semiconductor substrate in which a thin gate oxide film is formed on a main surface in manufacturing the flash memory according to the second embodiment;

【図21】本実施形態1のフラッシュメモリの製造にお
いて、薄膜ゲート酸化膜およびゲート窒化膜ならびに薄
膜ゲート酸化膜を形成した一部の断面図である。
FIG. 21 is a cross-sectional view of a part of the thin film gate oxide film, the gate nitride film, and the thin film gate oxide film formed in the manufacture of the flash memory according to the first embodiment;

【図22】本実施形態1のフラッシュメモリの製造にお
いて、前記薄膜ゲート酸化膜上に浮遊ゲート形成用導体
膜および層間絶縁膜を形成した一部の断面図である。
FIG. 22 is a cross-sectional view of a part in which a floating gate forming conductor film and an interlayer insulating film are formed on the thin gate oxide film in the manufacture of the flash memory according to the first embodiment.

【図23】本実施形態1のフラッシュメモリの製造にお
いて、前記層間絶縁膜上に制御ゲート形成用導体膜およ
び絶縁膜を形成した一部の断面図である。
FIG. 23 is a cross-sectional view of a part in which a control gate forming conductor film and an insulating film are formed on the interlayer insulating film in the manufacture of the flash memory of the first embodiment.

【図24】本実施形態1のフラッシュメモリの製造にお
いて、絶縁膜と制御ゲートを形成した一部の断面図であ
る。
FIG. 24 is a cross-sectional view of a part of the flash memory according to the first embodiment in which an insulating film and a control gate are formed.

【図25】本実施形態1のフラッシュメモリの製造にお
いて、半導体基板の主面にゲート絶縁膜,浮遊ゲート,
層間絶縁膜,制御ゲートおよび絶縁膜を選択的に形成し
た一部の断面図である。
FIG. 25 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a flash memory according to the first embodiment.
FIG. 5 is a partial cross-sectional view in which an interlayer insulating film, a control gate, and an insulating film are selectively formed.

【図26】本実施形態1のフラッシュメモリの製造にお
いて、半導体基板の主面に側壁形成用の絶縁膜を形成し
た一部の断面図である。
FIG. 26 is a cross-sectional view of a part of the main surface of the semiconductor substrate on which an insulating film for forming a side wall is formed in the manufacture of the flash memory according to the first embodiment;

【図27】本実施形態1のフラッシュメモリの製造にお
いて、側壁を形成した一部の断面図である。
FIG. 27 is a cross-sectional view of a part of the flash memory according to the first embodiment in which side walls are formed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体基板、2…素子間分離絶縁膜、3…薄膜ゲー
ト酸化膜、4…ゲート窒化膜、5…薄膜ゲート酸化膜、
6…下層浮遊ゲート膜、6a…下層浮遊ゲート膜形成用
導体膜、8…ソース領域、9…ドレイン領域、10…側
壁(絶縁膜スペーサ)、11…浮遊ゲート、12…フィ
ールド絶縁膜、13…上層浮遊ゲート膜、14…層間絶
縁膜、15…制御ゲート、16…メモリセル保護絶縁
膜、17…層間絶縁膜、18,19…配線層、20…フ
ラッシュメモリ、21…ゲート絶縁膜、23…保護膜、
24…絶縁膜、30…メモリセル、40…マイクロコン
ピュータチップ、41…制御部、42…演算部、43…
メモリ部、44…入力部、45…出力部、46…電極パ
ッド、50…グローバルビット線、51…コンタクト、
52…ブロック選択トランジスタ、55…グローバルソ
ース線、56…コンタクト、57…ブロック選択トラン
ジスタ、58…ローカルビット線、59…ローカルソー
ス線。
REFERENCE SIGNS LIST 1 semiconductor substrate 2 element isolation insulating film 3 thin gate oxide film 4 gate nitride film 5 thin gate oxide film
6 ... Lower floating gate film, 6a ... Lower floating gate film forming conductor film, 8 ... Source region, 9 ... Drain region, 10 ... Side wall (insulating film spacer), 11 ... Floating gate, 12 ... Field insulating film, 13 ... Upper floating gate film, 14 ... interlayer insulating film, 15 ... control gate, 16 ... memory cell protection insulating film, 17 ... interlayer insulating film, 18, 19 ... wiring layer, 20 ... flash memory, 21 ... gate insulating film, 23 ... Protective film,
24 insulating film, 30 memory cell, 40 microcomputer chip, 41 control unit, 42 arithmetic unit, 43 ...
Memory unit, 44 input unit, 45 output unit, 46 electrode pad, 50 global bit line, 51 contact,
52: Block select transistor, 55: Global source line, 56: Contact, 57: Block select transistor, 58: Local bit line, 59: Local source line.

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 不揮発性記憶素子を有し、かつ不揮発性
記憶素子の1セルの情報記憶数が3値以上になる半導体
集積回路装置であって、前記情報記憶手段が正の電荷を
蓄積する手段,負の電荷を蓄積する手段,電荷を蓄積し
ない手段を有することを特徴とする半導体集積回路装
置。
1. A semiconductor integrated circuit device having a nonvolatile memory element, wherein the number of information stored in one cell of the nonvolatile memory element is three or more, wherein the information storage means stores a positive charge. A semiconductor integrated circuit device comprising: means for storing negative charges; and means for not storing charges.
【請求項2】 半導体基板の活性領域の表層部分に形成
された一対のソース領域およびドレイン領域と、前記ソ
ース領域と前記ドレイン領域の間のチャネル部上に形成
されかつ膜界面付近のトラップに電荷を蓄積できる多層
のトンネル絶縁膜からなるゲート絶縁膜と、前記ゲート
絶縁膜上に形成されかつ電荷を蓄積できる浮遊ゲート
と、前記浮遊ゲート上に層間絶縁膜を介して形成された
制御ゲートとを有し、前記正の電荷を蓄積する手段では
前記ゲート絶縁膜内のトラップに正の電荷を蓄積し、前
記負の電荷を蓄積する手段では前記ゲート絶縁膜内のト
ラップに負の電荷を蓄積または前記ゲート絶縁膜内のト
ラップおよび前記浮遊ゲートに負の電荷を蓄積する構成
になっていることを特徴とする請求項1に記載の半導体
集積回路装置。
2. A pair of source and drain regions formed in a surface portion of an active region of a semiconductor substrate, and electric charges are trapped near a film interface formed on a channel portion between the source and drain regions. A gate insulating film composed of a multilayer tunnel insulating film capable of accumulating electric charges, a floating gate formed on the gate insulating film and capable of accumulating electric charges, and a control gate formed on the floating gate via an interlayer insulating film. The means for accumulating positive charges accumulates positive charges in traps in the gate insulating film, and the means for accumulating negative charges accumulates or accumulates negative charges in traps in the gate insulating film. 2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein a negative charge is stored in a trap in said gate insulating film and in said floating gate.
【請求項3】 不揮発性記憶素子を有する半導体集積回
路装置であって、半導体基板の活性領域の表層部分に形
成された一対のソース領域およびドレイン領域と、前記
ソース領域と前記ドレイン領域の間のチャネル部上に形
成されかつ膜界面付近のトラップに電荷を蓄積できる多
層のトンネル絶縁膜からなるゲート絶縁膜と、前記ゲー
ト絶縁膜上に形成されかつ電荷を蓄積できる浮遊ゲート
と、前記浮遊ゲート上に層間絶縁膜を介して形成された
制御ゲートとを有し、前記ソース領域および前記ドレイ
ン領域ならびに前記制御ゲートにそれぞれ所定の電位を
印加することによって、前記ゲート絶縁膜内のトラップ
に正の電荷を蓄積する状態、前記ゲート絶縁膜内のトラ
ップに負の電荷を蓄積する状態、前記ゲート絶縁膜内の
トラップおよび前記浮遊ゲートに負の電荷を蓄積する状
態、前記浮遊ゲートおよび前記ゲート絶縁膜内のトラッ
プに電荷を蓄積しない状態を選択的に発生させるように
構成した不揮発性記憶素子を有することを特徴とする半
導体集積回路装置。
3. A semiconductor integrated circuit device having a nonvolatile memory element, comprising: a pair of source and drain regions formed in a surface layer of an active region of a semiconductor substrate; A gate insulating film formed of a multilayer tunnel insulating film formed on the channel portion and capable of storing charges in traps near the film interface; a floating gate formed on the gate insulating film and capable of storing charges; And a control gate formed through an interlayer insulating film, and by applying a predetermined potential to each of the source region, the drain region, and the control gate, a positive charge is applied to a trap in the gate insulating film. , A state in which negative charges are stored in traps in the gate insulating film, a trap in the gate insulating film and A semiconductor having a nonvolatile memory element configured to selectively generate a state in which negative charge is stored in a floating gate and a state in which no charge is stored in traps in the floating gate and the gate insulating film. Integrated circuit device.
【請求項4】 前記ゲート絶縁膜は前記活性領域上に順
次重ねて形成される二酸化シリコン膜と窒化膜、または
二酸化シリコン膜および窒化膜ならびに二酸化シリコン
膜で構成されていることを特徴とする請求項2または請
求項3に記載の半導体集積回路装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate insulating film is formed of a silicon dioxide film and a nitride film, or a silicon dioxide film, a nitride film, and a silicon dioxide film formed sequentially on the active region. The semiconductor integrated circuit device according to claim 2 or 3.
【請求項5】 前記浮遊ゲートは下層浮遊ゲート膜と上
層浮遊ゲート膜とからなる2層構造であり、下層浮遊ゲ
ート膜は前記ゲート絶縁膜と同一パターンであり、上層
浮遊ゲート膜は下層浮遊ゲート膜よりも面積が大きく前
記制御ゲートとの間の容量が前記下層浮遊ゲート膜と半
導体基板との間の容量よりも大きくなっていることを特
徴とする請求項2乃至請求項4のいずれか1項に記載の
半導体集積回路装置。
5. The floating gate has a two-layer structure including a lower floating gate film and an upper floating gate film, wherein the lower floating gate film has the same pattern as the gate insulating film, and the upper floating gate film is a lower floating gate film. 5. The semiconductor device according to claim 2, wherein the area between the lower floating gate film and the control gate is larger than the capacitance between the lower floating gate film and the semiconductor substrate. 6. Item 13. The semiconductor integrated circuit device according to Item 1.
【請求項6】 前記請求項2乃至請求項5に記載の半導
体集積回路装置において、前記ソース領域および前記ド
レイン領域ならびに前記制御ゲートにそれぞれ所定の電
位を印加することによって、前記ゲート絶縁膜内のトラ
ップに正の電荷を蓄積する状態、前記ゲート絶縁膜内の
トラップに負の電荷を蓄積する状態、前記ゲート絶縁膜
内のトラップおよび前記浮遊ゲートに負の電荷を蓄積す
る状態、前記浮遊ゲートおよび前記ゲート絶縁膜内のト
ラップに電荷を蓄積しない状態を選択的に発生させ1不
揮発性記憶素子で2ビットの情報を記憶できる構成にな
っていることを特徴とする半導体集積回路装置。
6. The semiconductor integrated circuit device according to claim 2, wherein a predetermined potential is applied to each of the source region, the drain region, and the control gate, so that the potential in the gate insulating film is reduced. A state where positive charges are stored in traps, a state where negative charges are stored in traps in the gate insulating film, a state where negative charges are stored in traps and floating gates in the gate insulating film, the floating gate and A semiconductor integrated circuit device having a configuration in which a state in which no charge is accumulated in a trap in the gate insulating film is selectively generated so that two bits of information can be stored in one nonvolatile memory element.
【請求項7】 前記請求項2乃至請求項5に記載の半導
体集積回路装置において、前記ソース領域および前記ド
レイン領域ならびに前記制御ゲートにそれぞれ所定の電
位を印加することによって、前記ゲート絶縁膜内のトラ
ップに正の電荷を蓄積する状態、前記ゲート絶縁膜内の
トラップに負の電荷を蓄積する状態、前記ゲート絶縁膜
内のトラップおよび前記浮遊ゲートに負の電荷を蓄積す
る状態、前記浮遊ゲートおよび前記ゲート絶縁膜内のト
ラップに電荷を蓄積しない状態を選択的に発生させ、か
つ前記浮遊ゲートにあっては前記制御ゲートの電位を変
えて前記浮遊ゲートに負の電荷量の異なる状態を複数状
態発生させるように構成されていることを特徴とする半
導体集積回路装置。
7. The semiconductor integrated circuit device according to claim 2, wherein a predetermined potential is applied to each of said source region, said drain region, and said control gate, whereby said gate insulating film has A state where positive charges are stored in traps, a state where negative charges are stored in traps in the gate insulating film, a state where negative charges are stored in traps and floating gates in the gate insulating film, the floating gate and A state in which no charge is accumulated in traps in the gate insulating film is selectively generated, and in the case of the floating gate, the potential of the control gate is changed to change a state in which the amount of negative charge is different in the floating gate into a plurality of states. A semiconductor integrated circuit device configured to generate the signal.
【請求項8】 前記請求項2乃至請求項5に記載の半導
体集積回路装置において、前記ソース領域および前記ド
レイン領域ならびに前記制御ゲートにそれぞれ所定の電
位を印加することによって、前記ゲート絶縁膜内のトラ
ップに正の電荷を蓄積する状態、前記ゲート絶縁膜内の
トラップに負の電荷を蓄積する状態、前記ゲート絶縁膜
内のトラップおよび前記浮遊ゲートに負の電荷を蓄積す
る状態、前記浮遊ゲートおよび前記ゲート絶縁膜内のト
ラップに電荷を蓄積しない状態を選択的に発生させ、か
つ前記浮遊ゲートにあっては負の電荷量の異なる状態を
複数状態発生させるように構成し、前記ゲート絶縁膜内
のトラップにあっては正の電荷量の異なる状態を複数状
態発生させるように構成されていることを特徴とする半
導体集積回路装置。
8. The semiconductor integrated circuit device according to claim 2, wherein a predetermined potential is applied to each of the source region, the drain region, and the control gate, so that the potential in the gate insulating film is reduced. A state where positive charges are stored in traps, a state where negative charges are stored in traps in the gate insulating film, a state where negative charges are stored in traps and floating gates in the gate insulating film, the floating gate and A structure in which a state in which no charge is accumulated in a trap in the gate insulating film is selectively generated, and a plurality of states having different negative charge amounts are generated in the floating gate, and a plurality of states are formed in the gate insulating film. A semiconductor integrated circuit device wherein a plurality of states having different amounts of positive charges are generated in the trap.
【請求項9】 半導体基板の活性領域の表層部分に形成
された一対のソース領域およびドレイン領域と、前記ソ
ース領域と前記ドレイン領域の間のチャネル部上に形成
されかつ膜界面付近のトラップに電荷を蓄積できる多層
のトンネル絶縁膜からなるゲート絶縁膜と、前記ゲート
絶縁膜上に形成されかつ電荷を蓄積できる浮遊ゲート
と、前記浮遊ゲート上に層間絶縁膜を介して形成された
制御ゲートとを有し、前記ソース領域および前記ドレイ
ン領域ならびに前記制御ゲートにそれぞれ所定の電位を
印加することによって、前記ゲート絶縁膜内のトラップ
に正の電荷を蓄積する状態、前記ゲート絶縁膜内のトラ
ップに負の電荷を蓄積する状態、前記ゲート絶縁膜内の
トラップおよび前記浮遊ゲートに負の電荷を蓄積する状
態、前記浮遊ゲートおよび前記ゲート絶縁膜内のトラッ
プに電荷を蓄積しない状態を選択的に発生させるように
構成した不揮発性記憶素子を有する半導体集積回路装置
を製造する方法であって、 表面の一部に少なくとも活性領域を有する半導体基板を
用意する工程と、 前記活性領域上に前記ゲート絶縁膜形成のためのトンネ
ル絶縁膜を構成する第1のゲート絶縁膜を形成する工程
と、 前記第1のゲート絶縁膜上にトンネル絶縁膜を構成する
第2のゲート絶縁膜を形成して電荷を蓄積するための界
面付近を形成する工程と、 前記第2のゲート絶縁膜上に浮遊ゲート形成用導体膜を
形成する工程と、 前記浮遊ゲート形成用導体膜上に層間絶縁膜を形成する
工程と、 前記層間絶縁膜上に制御ゲート形成用導体膜を形成する
工程と、 前記制御ゲート形成用導体膜上に絶縁膜を形成する工程
と、 前記絶縁膜およびその下層の前記制御ゲート形成用導体
膜をエッチングして絶縁膜が乗る制御ゲートを形成する
工程と、 前記絶縁膜および前記制御ゲートをマスクとして前記層
間絶縁膜,前記浮遊ゲート形成用導体膜,前記第1およ
び第2のゲート絶縁膜を順次エッチングして層間絶縁
膜,浮遊ゲート,前記第1および第2のゲート絶縁膜か
らなるゲート絶縁膜を形成する工程と、 前記ゲート絶縁膜,前記浮遊ゲート,前記層間絶縁膜,
前記制御ゲートおよび前記絶縁膜からなる多層膜をマス
クとして前記多層膜の両端側の前記活性領域にソース領
域またはドレイン領域となる半導体領域を形成する工程
と、 前記多層膜の両端面に絶縁膜からなる側壁を形成する工
程とを有することを特徴とする半導体集積回路装置の製
造方法。
9. A pair of source and drain regions formed in a surface layer of an active region of a semiconductor substrate, and electric charges are trapped near a film interface formed on a channel portion between the source and drain regions. A gate insulating film composed of a multilayer tunnel insulating film capable of accumulating electric charges, a floating gate formed on the gate insulating film and capable of accumulating electric charges, and a control gate formed on the floating gate via an interlayer insulating film. A state in which positive electric charges are accumulated in traps in the gate insulating film by applying predetermined potentials to the source region, the drain region, and the control gate, respectively. A state where negative charges are stored in the trap and floating gate in the gate insulating film, And a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a nonvolatile memory element configured to selectively generate a state in which no charge is accumulated in a trap in the gate insulating film, wherein at least an active region is formed on a part of the surface. Preparing a semiconductor substrate having: a step of forming a first gate insulating film constituting a tunnel insulating film for forming the gate insulating film on the active region; and forming a first gate insulating film on the first gate insulating film. Forming a second gate insulating film constituting the tunnel insulating film to form a vicinity of an interface for accumulating charges, and forming a floating gate forming conductor film on the second gate insulating film. Forming an interlayer insulating film on the floating gate forming conductor film; forming a control gate forming conductive film on the interlayer insulating film; A step of forming an edge film; a step of etching the insulating film and the control gate forming conductor film thereunder to form a control gate on which an insulating film rides; and a step of using the insulating film and the control gate as a mask to form the interlayer. An insulating film, the floating gate forming conductor film, and the first and second gate insulating films are sequentially etched to form an interlayer insulating film, a floating gate, and a gate insulating film including the first and second gate insulating films. Performing the step of: forming the gate insulating film, the floating gate, the interlayer insulating film,
Forming a semiconductor region serving as a source region or a drain region in the active region on both ends of the multilayer film using the multilayer film formed of the control gate and the insulating film as a mask; Forming a side wall of the semiconductor integrated circuit device.
【請求項10】 半導体基板の活性領域の表層部分に形
成された一対のソース領域およびドレイン領域と、前記
ソース領域と前記ドレイン領域の間のチャネル部上に形
成されかつ膜界面付近のトラップに電荷を蓄積できる多
層のトンネル絶縁膜からなるゲート絶縁膜と、前記ゲー
ト絶縁膜上に形成されかつ電荷を蓄積できる浮遊ゲート
と、前記浮遊ゲート上に層間絶縁膜を介して形成された
制御ゲートとを有し、前記浮遊ゲートは下層浮遊ゲート
膜と上層浮遊ゲート膜とからなる2層構造であり、下層
浮遊ゲート膜は前記ゲート絶縁膜と同一パターンであ
り、上層浮遊ゲート膜は下層浮遊ゲート膜よりも面積が
大きく前記制御ゲートとの間の容量が前記下層浮遊ゲー
ト膜と半導体基板との間の容量よりも大きくなり、前記
ソース領域および前記ドレイン領域ならびに前記制御ゲ
ートにそれぞれ所定の電位を印加することによって、前
記ゲート絶縁膜内のトラップに正の電荷を蓄積する状
態、前記ゲート絶縁膜内のトラップに負の電荷を蓄積す
る状態、前記ゲート絶縁膜内のトラップおよび前記浮遊
ゲートに負の電荷を蓄積する状態、前記浮遊ゲートおよ
び前記ゲート絶縁膜内のトラップに電荷を蓄積しない状
態を選択的に発生させるように構成した不揮発性記憶素
子を有する半導体集積回路装置を製造する方法であっ
て、前記活性領域上に前記ゲート絶縁膜形成のためのト
ンネル絶縁膜を構成する第1のゲート絶縁膜を形成する
工程と、 前記第1のゲート絶縁膜形成膜上にトンネル絶縁膜を構
成する第2のゲート絶縁膜形成膜を形成して電荷を蓄積
するための界面付近を形成する工程と、 前記第2のゲート絶縁膜形成膜上に下層浮遊ゲート膜形
成用導体膜を形成する工程と、 前記下層浮遊ゲート膜形成用導体膜上に保護膜を形成す
る工程と、 前記保護膜,下層浮遊ゲート膜形成用導体膜および第2
のゲート絶縁膜形成膜を同一パターンにエッチングして
下層浮遊ゲート膜および第2のゲート絶縁膜を形成する
工程と、 前記第2のゲート絶縁膜,前記下層浮遊ゲート膜および
前記ゲート用マスクをマスクとして前記下層浮遊ゲート
膜の両端側の前記活性領域にソース領域またはドレイン
領域となる半導体領域を形成する工程と、 前記第2のゲート絶縁膜,前記下層浮遊ゲート膜および
前記ゲート用マスクの前記ソース領域およびドレイン領
域側の端面に側壁を形成する工程と、 前記ゲート用マスクを除去した後前記下層浮遊ゲート膜
上に下層浮遊ゲート膜よりも面積の広い上層浮遊ゲート
膜を形成して下層浮遊ゲート膜と上層浮遊ゲート膜で構
成される浮遊ゲートを形成する工程と、 前記上層浮遊ゲート膜を被うように層間絶縁膜を形成す
るとともにこの層間絶縁膜上に制御ゲートを形成する工
程とを有することを特徴とする半導体集積回路装置の製
造方法。
10. A pair of source and drain regions formed in a surface layer portion of an active region of a semiconductor substrate, and electric charges are trapped near a film interface formed on a channel portion between the source region and the drain region. A gate insulating film composed of a multilayer tunnel insulating film capable of accumulating electric charges, a floating gate formed on the gate insulating film and capable of accumulating electric charges, and a control gate formed on the floating gate via an interlayer insulating film. Wherein the floating gate has a two-layer structure comprising a lower floating gate film and an upper floating gate film, the lower floating gate film has the same pattern as the gate insulating film, and the upper floating gate film is The area between the control gate and the control gate is larger than the capacity between the lower floating gate film and the semiconductor substrate, the source region and the A state where positive electric charges are accumulated in traps in the gate insulating film, a state where negative electric charges are accumulated in traps in the gate insulating film, by applying a predetermined potential to the drain region and the control gate, respectively, A nonvolatile memory element configured to selectively generate a state in which negative charges are stored in traps in the gate insulating film and the floating gate and a state in which no charges are stored in the floating gate and traps in the gate insulating film. Forming a first gate insulating film constituting a tunnel insulating film for forming the gate insulating film on the active region; and forming the first gate on the active region. Forming a second gate insulating film forming film constituting a tunnel insulating film on the insulating film forming film and forming an area near an interface for accumulating charges; Forming a lower floating gate film forming conductor film on the second gate insulating film forming film; forming a protective film on the lower floating gate film forming conductor film; Conductor film for forming lower floating gate film and second conductive film
Forming the lower floating gate film and the second gate insulating film by etching the gate insulating film forming film in the same pattern, and masking the second gate insulating film, the lower floating gate film, and the gate mask. Forming a semiconductor region serving as a source region or a drain region in the active region on both ends of the lower floating gate film; and forming the source of the second gate insulating film, the lower floating gate film, and the gate mask. Forming a side wall on the end surface on the side of the region and the drain region; forming an upper floating gate film having a larger area than the lower floating gate film on the lower floating gate film after removing the gate mask; Forming a floating gate composed of a film and an upper floating gate film; forming an interlayer insulating film so as to cover the upper floating gate film And a step of forming a control gate on the interlayer insulating film.
【請求項11】 前記第2のゲート絶縁膜形成膜の上に
第3のゲート絶縁膜形成膜を形成することを特徴とする
請求項9または請求項10に記載の半導体集積回路装置
の製造方法。
11. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 9, wherein a third gate insulating film forming film is formed on the second gate insulating film forming film. .
【請求項12】 前記第1のゲート絶縁膜形成膜を二酸
化シリコン膜で形成し、前記第2のゲート絶縁膜形成膜
を窒化膜で形成し、前記第3のゲート絶縁膜形成膜を二
酸化シリコン膜で形成することを特徴とする請求項9乃
至請求項11のいずれか1項に記載の半導体集積回路装
置の製造方法。
12. The first gate insulating film forming film is formed of a silicon dioxide film, the second gate insulating film forming film is formed of a nitride film, and the third gate insulating film forming film is formed of silicon dioxide. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 9, wherein the semiconductor integrated circuit device is formed of a film.
【請求項13】 制御部やメモリ部を有するマイクロコ
ンピュータであって、前記メモリ部の一部または全部は
前記請求項1乃至請求項8に記載の不揮発性記憶素子で
構成されていることを特徴とするマイクロコンピュー
タ。
13. A microcomputer having a control unit and a memory unit, wherein a part or all of the memory unit is constituted by the nonvolatile memory element according to any one of claims 1 to 8. And a microcomputer.
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