JPS62125676A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPS62125676A
JPS62125676A JP26552185A JP26552185A JPS62125676A JP S62125676 A JPS62125676 A JP S62125676A JP 26552185 A JP26552185 A JP 26552185A JP 26552185 A JP26552185 A JP 26552185A JP S62125676 A JPS62125676 A JP S62125676A
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JP
Japan
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gate
region
floating gate
control gate
regions
Prior art date
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Application number
JP26552185A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshihisa Mizutani
水谷 嘉久
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS62125676A publication Critical patent/JPS62125676A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent information from erroneously writing and to improve reading speed of information by interposing an insulating film between a floating gate and a control gate, and providing a gate electrode through a thin insulating film at least on a part on the floating gate. CONSTITUTION:First and second regions to become source 113 or drain regions 112 provided on a surface region of a semiconductor substrate 101, a floating gate 107 and a control gate 104 provided through an insulating film 114 on a channel region between the first and second regions are provided. The gate 107 is disposed by displacing it on a channel region at the gate 104 side disposed near the first region, an insulating film is interposed between the gates 107 and 104, and a gate electrode 109 is provided through a thin insulating film at least on part of the gate 107. Thus, even if a channel length is shortened as highly integrated, it can prevent information from erroneously writing and improve reading speed of information.

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野〕 本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に浮
遊ゲートと制御ゲー1〜とを有する電気的に情報の再書
換え可能な読み出し専用半導体メモリ(E E P R
OM : E Iectrically E rasa
bleProorammable Read 0nly
 Memory )のメモリセルを伺えた半導体装置及
びその製造方法に係わる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field of the Invention) The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and in particular to an electrically rewritable read-only semiconductor memory ( E E P R
OM: E Electrically Erasa
bleProorammable Read 0nly
The present invention relates to a semiconductor device including a memory cell (Memory) and a method for manufacturing the same.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

例えば、EEPROMのメモリセルは、従来より第13
図に示す構造のものが知られている。即ち、図中の1は
p型車結晶シリコン基板であり、この基板1表面にはフ
ィールド酸化膜2が選択的に設けられている。このフィ
ールド酸化膜2で分離された島状の基板1領域には、互
いに電気的に分離されたn+型のソース、ドレイン領域
3.4が設けられており、かつこれら領域3.4間のチ
ャンネル領域を含む基板1領域上にはゲート酸化lll
5を介して浮遊ゲート6が設けられている。この浮遊グ
ー1−6上には、絶縁膜7を介して制御ゲート8が設け
られている。ぞして、前記制御ゲート8を含む全面には
局間絶縁膜9が被覆されており、かつ該絶縁膜9上には
コンタクトホールを通して前記ソース、ドレイン領域3
.4と接続するソース電極10、ドレイン電極11が夫
々設けられている(図中のA部)。一方、前記島状の基
板1領域に隣接して繋がった基板1領域表面には、同第
13図に示覆ように前記ドレイン領域4の延在部である
n+型拡散領域4−が設けられている。
For example, EEPROM memory cells have conventionally
The structure shown in the figure is known. That is, 1 in the figure is a p-type crystalline silicon substrate, and a field oxide film 2 is selectively provided on the surface of this substrate 1. In the island-shaped substrate 1 region separated by the field oxide film 2, n+ type source and drain regions 3.4 electrically isolated from each other are provided, and a channel between these regions 3.4 is provided. There is gate oxidation on the substrate 1 region including the
A floating gate 6 is provided via 5. A control gate 8 is provided on the floating goo 1-6 with an insulating film 7 interposed therebetween. The entire surface including the control gate 8 is covered with an inter-station insulating film 9, and the source and drain regions 3 are formed through contact holes on the insulating film 9.
.. A source electrode 10 and a drain electrode 11 connected to the electrode 4 are respectively provided (section A in the figure). On the other hand, an n+ type diffusion region 4-, which is an extension of the drain region 4, is provided on the surface of the substrate 1 region adjacent to and connected to the island-shaped substrate 1 region, as shown in FIG. ing.

この拡散領域4−上には、絶縁薄膜12を介して前記浮
遊ゲート6の延在部6′が設けられている。
An extended portion 6' of the floating gate 6 is provided on the diffusion region 4- with an insulating thin film 12 interposed therebetween.

こうしたn1型拡散領域4−1絶縁@膜12及び浮遊ゲ
ート6の延在部6″により図中の8に示すMOSキャパ
シタを構成している。
The n1 type diffusion region 4-1 insulating film 12 and the extending portion 6'' of the floating gate 6 constitute a MOS capacitor shown at 8 in the figure.

上述した構成のメモリセルにおいて、ドレイン電極11
と制御グー1−8の間に高1ffE、例えば20V以上
の電圧を印加することにより絶縁薄膜12を通して浮遊
ゲート6の延在部6−とn+型拡散領域4−の間に1〜
.ンネル電流が流れ、これによって浮遊グー1−6に対
して電荷の注入、排出が行われる。EEPROMでは、
通常、浮遊ゲート6に電荷が蓄積されている状態を「0
」、電荷が存在しない状態を「1」としており、第13
図中のA部にお(ブるトランジスタの閾値電圧(VTH
)が高い状態及び低い状態に夫々対応する。つまり、か
かる構成のEEPROMにおいては、絶縁薄膜12を通
して浮遊ゲート6に対して電荷の注入を行ない、その結
果として生じるA部のトランジスタの閾値電圧を検出す
ることにより、そのメモリセルに設定された情報を読み
出している。
In the memory cell configured as described above, the drain electrode 11
By applying a high voltage of 1ffE, for example, 20 V or more between the control group 1-8 and the control group 1-8, a voltage of 1 to 1 is applied between the extending portion 6- of the floating gate 6 and the n+ type diffusion region 4- through the insulating thin film 12.
.. A channel current flows, and charge is injected into and discharged from the floating goo 1-6. In EEPROM,
Normally, the state in which charges are accumulated in the floating gate 6 is defined as "0".
”, the state where there is no charge is “1”, and the 13th
In part A of the figure, the threshold voltage (VTH
) correspond to high and low states, respectively. In other words, in the EEPROM having such a configuration, information set in the memory cell is injected into the floating gate 6 through the insulating thin film 12, and the resulting threshold voltage of the transistor in section A is detected. is being read out.

ところで、上記構成のメモリセルを製造する工程はA部
のトランジスタ領域について、通常のシリコンゲートM
O8FETの作製工程と基本的に同一である。即ち、フ
ィールド酸化膜2により分離された島状の基板1領域の
表面に熱酸化によりゲート酸化膜5を形成させ、多結晶
シリコンよりなる浮遊ゲート6及びフィールド酸化膜2
をマスクどしてn型導電型を与える不純物、例えば砒素
をイオン注入等により基板1表面にドープしてn+型の
ソース、ドレイン領1ii1i3.4を形成している。
By the way, in the process of manufacturing the memory cell having the above structure, the transistor region of part A is formed using a normal silicon gate M.
The manufacturing process is basically the same as the O8FET manufacturing process. That is, a gate oxide film 5 is formed by thermal oxidation on the surface of an island-shaped substrate 1 region separated by a field oxide film 2, and a floating gate 6 made of polycrystalline silicon and a field oxide film 2 are formed.
Using a mask, the surface of the substrate 1 is doped with an impurity imparting n-type conductivity, such as arsenic, by ion implantation or the like to form n+ type source and drain regions 1ii1i3.4.

なお、前記浮遊ゲート6は同様な多結晶シリコンからな
る制御ゲート8のパターンと同時に制御ゲート8に対し
て整合的に形成される。
The floating gate 6 is formed at the same time as the pattern of the control gate 8 made of similar polycrystalline silicon so as to be aligned with the control gate 8.

しかしながら、上述した構成のEEPROMメモリセル
においては、B部のMOSキャパシタ領域が存在するた
め、製造工程が著しく複雑となる。
However, in the EEPROM memory cell having the above-described structure, the presence of the MOS capacitor region in part B significantly complicates the manufacturing process.

即ち、B部におけるn+型拡散領域4′は、A部のドレ
イン領域4の延在部であるが、この領域は同じくA部の
浮遊ゲート6の延在部6′の下に形成する必要があるた
め、前記工程のように浮遊ゲート6をマスクとして形成
されるドレイン領域4と同一工程で形成することができ
ず、浮遊ゲート6(6Mを形成する以前に予め形成する
必要がある。しかも、n+型拡散領域4−と浮遊ゲート
の延在部6−の間に形成される絶縁Wi1112は、ト
ンネル電流を流すに適当な厚さを持っていなければなら
ない。従って、前述したA部のトランジスタ領域のゲー
ト酸化膜5の形成前に同時に成長した酸化膜をそのまま
利用できず、この工程の後、一旦その部分を酸化膜を除
去し、新たに熱酸化を行なって絶縁薄膜12を形成する
必要がある。
That is, the n+ type diffusion region 4' in the B part is an extension of the drain region 4 in the A part, but this region also needs to be formed under the extension part 6' of the floating gate 6 in the A part. Therefore, it cannot be formed in the same process as the drain region 4, which is formed using the floating gate 6 as a mask, as in the above process, and it is necessary to form it in advance before forming the floating gate 6 (6M). The insulation Wi 1112 formed between the n+ type diffusion region 4- and the floating gate extension 6- must have an appropriate thickness to allow a tunnel current to flow. The oxide film grown at the same time before the formation of the gate oxide film 5 cannot be used as it is, and after this step, it is necessary to remove the oxide film from that part and perform new thermal oxidation to form the insulating thin film 12. be.

また、上記構成のメモリセルにおいて情報の読み出しを
行なう場合には、制御ゲート8及びドレ6一 イン電極11に対して適当な読み出し電圧を印加し、浮
遊ゲート6中に存在する電荷の有無に応じてソース、ド
レイン領域3.4間を流れる電流の大きさにより書込ま
れた情報を判別している。この時、浮遊ゲート6中に電
荷が存在しない状態は、1ヘランジスタの閾値電圧の低
い状態に対応しており、かかる際には読み出し電圧の印
加によりソース、ドレイン領域3.4間に電流が流れる
。しかしながら、デバイスの微細化に伴って、チャンネ
ル長が短くなったEEPROMのメモリセルでは読み出
しに用いられるような比較的低い電圧< +5 V )
のドレイン電圧及び制御ゲート8を印加した場合でも、
ソース領域3からドレイン領域4に向かって流れるエレ
クトロンは充分加速され、トレイン領域4近傍のチャン
ネル領域でインバク1ヘアイオニゼーシヨンを起こし得
るエネルギを持つようになる。従って、高集積化されて
チャンネル長の短くなったEFPROMでは、情報の読
み出しを行なっている際に、本来「1」の情報を持って
いるはずのメモリセルの浮遊グー1−6にもエレクトロ
ンが1〜ラツプされ、遂にはrOJの情報が書込まれた
時と同様の状態になってしまう結果が生じる。このよう
な現象を通常、情報の誤書込みと称し、第13図に示す
構成のメモリセルを高集積化した場合、誤書込みの発生
は電源電圧を低下しない限り防止できない。しかしなが
ら、電源電圧を低下させると、メモリヒルからの情報の
読み出し速度が低下してしまう。
In addition, when reading information from the memory cell having the above configuration, an appropriate read voltage is applied to the control gate 8 and the drain 6 to the in-electrode 11, and depending on the presence or absence of charge present in the floating gate 6, The written information is determined based on the magnitude of the current flowing between the source and drain regions 3.4. At this time, the state in which there is no charge in the floating gate 6 corresponds to the state in which the threshold voltage of the 1H transistor is low, and in this case, a current flows between the source and drain regions 3 and 4 due to the application of the read voltage. . However, with the miniaturization of devices, the channel length of EEPROM memory cells has become shorter, and the relatively low voltage used for reading (< +5 V)
Even when the drain voltage and control gate 8 are applied,
Electrons flowing from the source region 3 toward the drain region 4 are sufficiently accelerated to have energy capable of causing in-vacuum hair ionization in the channel region near the train region 4. Therefore, in EFPROMs that have become highly integrated and have shortened channel lengths, when reading information, electrons are also generated in the floating cells 1-6 of the memory cells that should originally hold the information "1". 1 to wrap, and the result is that the state is the same as when the rOJ information was written. Such a phenomenon is usually called erroneous writing of information, and when the memory cell having the configuration shown in FIG. 13 is highly integrated, the occurrence of erroneous writing cannot be prevented unless the power supply voltage is lowered. However, when the power supply voltage is lowered, the speed at which information is read from the memory hill decreases.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、高集積化に伴っ(ヂトンネル艮が短くなって
も、情報の誤書込みの防止及び情報の読み出し速度の向
上を達成したE E r” ROM等の半導体装置、並
びにがかるEEPROM等の半導体装置を著しく簡単な
工程により製造し得る方法を提供しようとするものであ
る。
The present invention relates to semiconductor devices such as ``Er'' ROM, which prevents erroneous writing of information and improves information read speed even when the tunnel length becomes shorter due to higher integration, and semiconductor devices such as EEPROM. It is an object of the present invention to provide a method by which a device can be manufactured through extremely simple steps.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本願箱1の発明は、半導体基体の表面領域に互いに分離
して設けられ、夫々ソース或いはドレイン領域となる第
1.第2領域と、これら第1.第2領域間のチャンネル
領域上に絶縁膜を介して設けられた浮遊ゲート及び制御
ゲートを具備し、前記浮遊ゲートを前記第1領域近傍に
位置する前記制御ゲート側面の前記チャンネル領域上に
偏在して配置すると共に、該浮遊ゲートと制御ゲートの
間に絶縁膜を介在させ、かつ該浮遊グー1へ上の少なく
とも一部に絶縁薄膜を介してゲート電極を設けたことを
特徴とする半導体装置である。
The invention in Box 1 of the present invention provides a first . a second region, and these first regions. A floating gate and a control gate are provided on a channel region between the second regions via an insulating film, and the floating gate is unevenly distributed over the channel region on a side surface of the control gate located near the first region. A semiconductor device characterized in that an insulating film is interposed between the floating gate and the control gate, and a gate electrode is provided on at least a part of the floating gate 1 through an insulating thin film. be.

本願箱2の発明は、半導体基体の表面一部に絶縁膜を介
して配置される制御ゲートを形成する工程と、この制御
ゲートの周囲に絶縁膜を形成する工程と、全面を導電性
物質膜で被覆する工程と、この導電性物質膜を異方性エ
ツチング法及び通常のエツヂフグ法を使用して順次除去
し、前記制御ゲートに沿った一部に導電性物質を残存さ
せて浮遊ゲートを形成する工程と、この浮遊ゲート周囲
の一部もしくは全部に絶縁薄膜を形成する工程と、前記
浮遊ゲートの上の少なくとも一部に前記絶縁薄膜を介し
て接触するゲート電極を形成する工程と、前記浮遊ゲー
ト周囲への絶縁薄膜の形成前から前記ゲート電極の形成
後までのいずれかの時期−〇− に前記制御ゲート及び浮遊ゲートをマスクとして不純物
を前記半導体基体表面にドーピングしてソース或いはド
レイン領域となる第1、第2領域を形成する工程とを具
備したことを特徴する半導体装置の製造方法である。
The invention in Box 2 includes a step of forming a control gate disposed on a part of the surface of a semiconductor substrate with an insulating film interposed therebetween, a step of forming an insulating film around the control gate, and a step of forming a conductive material film on the entire surface. This conductive material film is sequentially removed using an anisotropic etching method and a normal etching method, leaving a portion of the conductive material along the control gate to form a floating gate. forming an insulating thin film around part or all of the floating gate; forming a gate electrode in contact with at least a part of the floating gate through the insulating thin film; At any time from before the formation of the insulating thin film around the gate to after the formation of the gate electrode, impurities are doped into the surface of the semiconductor substrate using the control gate and the floating gate as a mask to form a source or drain region. A method of manufacturing a semiconductor device is characterized in that it comprises a step of forming first and second regions.

上述した本発明によれば、既述の如く高集積化に伴って
チャンネル長が短くなっても、情報の読み出し速度の低
下を招くことなく情報の誤書込みを防止できるEEPR
OM等の半導体装置、並びにかがるEEFROM等の半
導体装置を簡単な工程により製造できるものである。
According to the present invention described above, even if the channel length becomes shorter due to higher integration as described above, the EEPR can prevent erroneous writing of information without causing a decrease in the information read speed.
Semiconductor devices such as OM and EEFROM can be manufactured through simple steps.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明をnヂ17ンネルのEEPROMのメモリ
セルに適用した例について第1図〜第9図を参照して詳
細に説明する。なお、第1図〜第9図の(a)はパター
ン平面図、(b)は同(a、 )のA−A線に沿う断面
図、(C)は同(a)のB−B線に沿う断面図である。
Hereinafter, an example in which the present invention is applied to a memory cell of an N17-channel EEPROM will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 9. In addition, (a) of FIGS. 1 to 9 is a pattern plan view, (b) is a cross-sectional view along line A-A in (a), and (C) is a line BB in (a). FIG.

まず、p型シリコン基板101を選択酸化して該基板1
01の表面を島状に分離するためのフィー10= −ルド酸化膜102を形成した後、 900〜1000
℃の酸化雰囲気中で熱酸化して島状の基板101表面に
厚さ250人程度の酸化膜103を形成したく第1図図
示)。つづいて、全面にL P CV D法により厚さ
3000人のp型又はn型不純物をドープした多結晶シ
リコン膜を堆積した後、この多結晶シリコン膜をパター
ニングして多結晶シリコンからなる制御ゲート104を
形成した(第2図図示)。
First, a p-type silicon substrate 101 is selectively oxidized to form a p-type silicon substrate 101.
After forming field 10 = -field oxide film 102 for separating the surface of 01 into islands, 900 to 1000
It is desired to form an oxide film 103 with a thickness of about 250 mm on the surface of the island-shaped substrate 101 by thermal oxidation in an oxidizing atmosphere at .degree. C. (as shown in FIG. 1). Subsequently, a polycrystalline silicon film doped with p-type or n-type impurities is deposited on the entire surface to a thickness of 3000 nm using the L P CV D method, and then this polycrystalline silicon film is patterned to form a control gate made of polycrystalline silicon. 104 (as shown in FIG. 2).

次いで、900〜1000℃の酸化雰囲気中で熱酸化し
、多結晶シリコンからなる前記制御ゲート104の周囲
に厚さ500人の酸化膜105を成長させた後、再度全
面にLPCVD法によりp型又はn型不純物をドープし
た多結晶シリコン膜106を堆積させた(第3図図示)
。つづいて、異方性エツチング法、例えばリアクティブ
イオンエツチング法(RIE法)を用いて多結晶シリコ
ン膜106をその膜厚弁エツチング除去した。この工程
において、制御ゲート104の周囲は実効的に高さ方向
の膜厚が厚いため、それらの周囲に多結晶シリコン膜1
06′が残存した(第4図図示)。ひきつづき、写真蝕
刻法により形成したフォトレジストパターン(図示せず
)をマスクとして残存多結晶シリコン膜106′を選択
的にエツチング除去し、制御ゲート104の長手方向に
沿う一側面に酸化膜105を介して配置される浮遊ゲー
ト107を形成したく第5図図示)。
Next, thermal oxidation is performed in an oxidizing atmosphere at 900 to 1000°C to grow an oxide film 105 with a thickness of 500 nm around the control gate 104 made of polycrystalline silicon, and then a p-type or A polycrystalline silicon film 106 doped with n-type impurities was deposited (as shown in Figure 3).
. Subsequently, the polycrystalline silicon film 106 was etched away using an anisotropic etching method, such as reactive ion etching (RIE method). In this process, since the film around the control gate 104 is effectively thick in the height direction, a polycrystalline silicon film is formed around the control gate 104.
06' remained (as shown in Figure 4). Subsequently, using a photoresist pattern (not shown) formed by photolithography as a mask, the remaining polycrystalline silicon film 106' is selectively etched away, and an oxide film 105 is etched on one longitudinal side of the control gate 104. It is desired to form a floating gate 107 arranged as shown in FIG.

次いで、900〜1000℃の酸化雰囲気中で熱酸化し
、浮遊グー1−107の周囲に厚さ1o。
Then, it is thermally oxidized in an oxidizing atmosphere at 900 to 1000°C to form a layer around the floating goo 1-107 to a thickness of 10.

入程度の酸化薄膜108を成長させた(第6図図示)6
つづいて、再度、全面にL P CV D法により厚さ
3500人のp型又はp型の不純物をドープした多結晶
シリコン膜を堆積し、パターニングして前記浮遊ゲート
107の酸化薄膜108を少なくとも覆うゲート電極と
しての自込みゲート109を形成した(第7図図示)。
A thin oxide film 108 was grown to a certain extent (as shown in FIG. 6).
Subsequently, a polycrystalline silicon film doped with p-type or p-type impurities is deposited on the entire surface again to a thickness of 3,500 yen using the L P CV D method, and is patterned to at least cover the oxide thin film 108 of the floating gate 107. A built-in gate 109 was formed as a gate electrode (as shown in FIG. 7).

次いで、900〜1000℃の酸化雰囲気中で熱酸化を
行なって書込みグー1−109の周囲に厚さ500人の
酸化膜110を成長させた。この時、書込みゲート10
9下の領域を除く浮遊ゲート107表面の酸化薄膜10
8が酸化されて厚さ500人の酸化1111となる。こ
の後、フィールド酸化膜102、制御グーh 104及
び浮遊ゲート107をマスクとしてn型不純物、例えば
砒素を打込みエネルギー50kev、打込みドーズ11
1X 1 Q I 8 rt、yb4の条件でイオン注
入した(第8図図示)。つづいて、熱処理を施してイオ
ン注入した砒素を活性化してn+型抵拡散層11211
3を形成した。ひきつづき、全面にCVD法により5t
O2膜114を堆積し、コンタクトホール115を開孔
した後、Afi膜の蒸着、パターニングを行って前記n
+型型数散層12.113と夫々コンタクトホール11
5を通して接続するΔg電極116.117を形成し、
EEPROMのメモリセルを製造したく第9図図示)。
Next, thermal oxidation was performed in an oxidizing atmosphere at 900 to 1000° C. to grow an oxide film 110 with a thickness of 500 μm around the writing group 1-109. At this time, write gate 10
Oxide thin film 10 on the surface of the floating gate 107 except for the area under 9
8 is oxidized to form oxide 1111 with a thickness of 500. After that, using the field oxide film 102, the control layer 104 and the floating gate 107 as masks, an n-type impurity, for example arsenic, is implanted at an energy of 50keV and an implantation dose of 11.
Ion implantation was performed under the conditions of 1× 1 Q I 8 rt, yb4 (as shown in FIG. 8). Next, heat treatment is performed to activate the ion-implanted arsenic and form the n+ type resistive diffusion layer 11211.
3 was formed. Subsequently, 5t was applied to the entire surface using the CVD method.
After depositing an O2 film 114 and opening a contact hole 115, an Afi film is deposited and patterned to
+ type scattering layer 12, 113 and contact hole 11 respectively
forming Δg electrodes 116, 117 connected through 5;
When manufacturing an EEPROM memory cell (as shown in FIG. 9).

しかして、本発明のEEPROMのメモリセルは第9図
に示す如くフィールド酸化膜102で分離されたp型シ
リコン基板101の島状領域表面にソース又はドレイン
領域となるn++拡散領域112.113が互いに分離
して設けられ、これらn+型拡散領域ゴ12.113の
間の基板101領域(チャンネル領域)上に酸化膜10
3を介して制御ゲート104及び浮遊ゲート107を設
けると共に、これら制御ゲート10/I及び浮遊ゲート
107の間に酸化膜105を介在して互いに絶縁した構
造になっている。また、浮遊ゲート107上にはその表
面に形成した酸化薄膜108を介して接触する書込みゲ
ート109が配置されている。
As shown in FIG. 9, in the memory cell of the EEPROM of the present invention, n++ diffusion regions 112 and 113, which become source or drain regions, are mutually arranged on the surface of an island region of a p-type silicon substrate 101 separated by a field oxide film 102. An oxide film 10 is formed on the substrate 101 region (channel region) between these n+ type diffusion regions 12 and 113, which are provided separately.
A control gate 104 and a floating gate 107 are provided through the control gate 10/I and the floating gate 107, and an oxide film 105 is interposed between the control gate 10/I and the floating gate 107 to insulate them from each other. Further, a write gate 109 is arranged on the floating gate 107 and in contact with it via a thin oxide film 108 formed on the surface thereof.

このような構成のメモリセルにおいて、制御ゲート10
4と書込みグー1〜109との間に高電圧、例えば20
V程度の電圧を印加することにより、酸化1膜108を
通して書込みゲート109と浮遊ゲート107との間に
トンネル電流が流れ、その結果、浮遊グー1−107に
対して電荷の注入、排出が行われる。この際、基板10
1、n++拡散領域112.113は制御ゲート104
と同電位であることが望ましい。
In a memory cell having such a configuration, the control gate 10
4 and write goo 1-109, e.g. 20
By applying a voltage of about V, a tunnel current flows between the write gate 109 and the floating gate 107 through the oxide 1 film 108, and as a result, charges are injected and discharged into the floating gate 1-107. . At this time, the substrate 10
1, n++ diffusion regions 112 and 113 are control gates 104
It is desirable that the potential is the same as that of

情報の読み出しを行う場合には、一方のn++拡散領域
112をソース領域、他方のn型領域113をドレイン
領域として使用する。即ち、電極116をソース電極、
電極117をトレイン電極とし、ソース、ドレイン間に
適当な電位差く例えば5V)を印加した上で制御グー1
〜104に適当な電圧(例えば+5V)を印加して「1
」の情報の書込まれたセルとrOJの情報が書込まれた
セルの特性の差、例えば閾値電圧VTヨを調べることに
より情報が読み出される。この場合についても、ソース
、ドレイン間の電界は集中的にトレイン領域つまりn+
型拡散領域113近傍で強くなるため、この部分でホッ
トキャリアの発生が起こる場合がある。しかしながら、
かかる場合にはホットキャリアの発生する部分の近傍に
浮遊ゲートが存在しないため、発生したキャリアは浮遊
ゲートに注入されず、その結果、情報の誤書込みを防止
することができる。
When reading information, one n++ diffusion region 112 is used as a source region, and the other n-type region 113 is used as a drain region. That is, the electrode 116 is a source electrode,
The electrode 117 is used as a train electrode, and an appropriate potential difference (for example, 5 V) is applied between the source and drain, and then the control group 1 is applied.
~104 by applying an appropriate voltage (e.g. +5V)
The information is read by checking the difference in characteristics between the cell to which the information of `` is written and the cell to which the information of rOJ is written, for example, the threshold voltage VT. In this case as well, the electric field between the source and drain is concentrated in the train region, that is, n+
Since the intensity increases near the type diffusion region 113, hot carriers may be generated in this area. however,
In such a case, since there is no floating gate near the portion where hot carriers are generated, the generated carriers are not injected into the floating gate, and as a result, erroneous writing of information can be prevented.

また、上述した構成のメモリセルにおいては、次のよう
にして浮遊ゲート中に電荷を注入することもできる。ま
ず、一方のn+型拡散領域112をドレイン領域、他方
のn+型拡散領域113をソース領域として使用する。
Furthermore, in the memory cell having the above-described configuration, charge can also be injected into the floating gate in the following manner. First, one n+ type diffusion region 112 is used as a drain region, and the other n+ type diffusion region 113 is used as a source region.

即ち、電極116をドレイン電極、電極117をソース
電極とし、ドレイン電極116及び制御ゲート104の
両方に高電圧を印加する。この時、チャンネル領域にお
ける電位はソース、つまりn+型拡散領滅113の電位
と等しいか、もしくは極めて近い値の電位となるため、
ソース、ドレイン間の電荷は集中的にドレイン領域、つ
まりn+型拡散領域112近傍のチャンネル領域で強く
なり、この部分でインパクトアイオニゼーションによる
ホットキャリア(エレクトロン・ホール対)の発生及び
浮遊ゲート107へのエレクトロンの注入が起こる。
That is, the electrode 116 is used as a drain electrode, the electrode 117 is used as a source electrode, and a high voltage is applied to both the drain electrode 116 and the control gate 104. At this time, the potential in the channel region is equal to or very close to the potential of the source, that is, the n+ type diffusion region 113, so
The charge between the source and the drain becomes concentrated and strong in the drain region, that is, the channel region near the n+ type diffusion region 112, and in this region, hot carriers (electron-hole pairs) are generated by impact ionization and transferred to the floating gate 107. injection of electrons occurs.

上述したように本発明の構造のメモリセルにおいては、
情報読み出し時に誤書込みの起こる恐れがないため、チ
ャンネル長を充分に短くすることができると共に、情報
の読み出し時に印加する電源電圧を高くしておくことが
可能であり、その結果メモリセルからの情報の読み出し
速度を早くすることができる。
As described above, in the memory cell having the structure of the present invention,
Since there is no risk of erroneous writing when reading information, the channel length can be made sufficiently short, and the power supply voltage applied when reading information can be kept high, so that the information from the memory cell is The read speed can be increased.

また、上記構成のメモリセルでは、浮遊ゲート107に
対する電荷の注入、排出を行なう場合のトンネル電流の
通り道どなる酸化薄膜108が浮遊ゲート107の表面
に位置し、ドレイン領域つまり基板101上に形成され
ていないので、該酸化薄膜108とゲート酸化膜103
は全く独立に形成することができ、ゲート酸化膜を剥離
するという工程は必要なくなり、しかもドレイン領域の
延在部を形成するために必要であったn+型拡散領域の
形成工程が不要となる。従って、本発明方法によれば従
来法に比べて極めて簡単な工程により上述した効果を有
するEEPROMのメモリセルを製造できる。
Further, in the memory cell having the above configuration, the oxide thin film 108 is located on the surface of the floating gate 107 and is formed on the drain region, that is, on the substrate 101, which is the path of the tunnel current when charge is injected into and discharged from the floating gate 107. Therefore, the oxide thin film 108 and the gate oxide film 103
can be formed completely independently, eliminating the need for the step of peeling off the gate oxide film, and also eliminating the need for the step of forming an n+ type diffusion region, which was necessary to form the extended portion of the drain region. Therefore, according to the method of the present invention, an EEPROM memory cell having the above-mentioned effects can be manufactured through extremely simple steps compared to the conventional method.

なお、上記実施例では制御ゲート、浮遊ゲート及び書込
みゲート〈ゲート電極)をn型又はp型不純物をドープ
した多結晶シリコンから形成したが、これに限定されな
い。例えばモリブテン、タングステン、チタン、タンタ
ル等の高融点金属の硅化物から形成してもよい。
In the above embodiments, the control gate, floating gate, and write gate (gate electrode) are formed of polycrystalline silicon doped with n-type or p-type impurities, but the present invention is not limited thereto. For example, it may be formed from a silicide of a high melting point metal such as molybdenum, tungsten, titanium, or tantalum.

上記実施例では、第6図〜第8図の工程において書込み
ゲート109を形成した後、n+型拡散領域112.1
13形成のためのイオン注入を行なっているが、このイ
オン往入工稈は書込みゲート109の形成前に行なって
もよい。このような方法を採用することにより、幽込み
ゲート109をn+型拡散領域が形成される素子領域を
横切るように配置させても、該書込みゲートにより素子
領域へのn+型拡散領域112.113の形成が損われ
ることはない。また、このような方法を採用することに
よって、第6図に示ず浮遊ゲート107上に酸化薄膜1
08を形成する工程、又は第8図に示す書込みグーh 
109周囲に酸化膜110を形成する工程において、熱
酸化処理とイオン注入された不純物を活性化するための
熱処理とを兼用させることができる。
In the above embodiment, after the write gate 109 is formed in the steps shown in FIGS. 6 to 8, the n+ type diffusion region 112.1 is
Although ion implantation is performed to form the write gate 109, this ion implantation process may be performed before the write gate 109 is formed. By adopting such a method, even if the write gate 109 is placed across the device region in which the n+ type diffusion region is formed, the write gate does not inject the n+ type diffusion regions 112 and 113 into the device region. The formation is not impaired. Furthermore, by adopting such a method, a thin oxide film 1 is formed on the floating gate 107 (not shown in FIG. 6).
08 or the writing goo h shown in FIG.
In the step of forming the oxide film 110 around the oxide film 109, the thermal oxidation treatment and the heat treatment for activating the ion-implanted impurities can be used simultaneously.

また、本発明の半導体装置は上記実施例に示す構造のも
のに限定されない。例えば、以下に説明する第10図、
第11図又は第12図(a)、(b)に示す構造にして
もよい。第12図において、(a>は平面図、(b)は
(a)のA−A線に沿う断面図である。
Further, the semiconductor device of the present invention is not limited to the structure shown in the above embodiment. For example, FIG. 10 described below,
The structure shown in FIG. 11 or FIGS. 12(a) and (b) may be used. In FIG. 12, (a) is a plan view, and (b) is a sectional view taken along line A-A in (a).

即ち、第70図のメモリセルは情報読み出し時にドレイ
ンとなる拡散領域113を高濃度の領域1131と低濃
度の領域1132との2つのの領域で形成し、このうち
低濃度の領域1132がチャンネル領域と接するように
構成されている。かかる構成のメモリセルにおいて、情
報の読み出しを行なう場合には電極116をソース電極
、電極117をドレイン電極とし、ソース、トレイン間
に適当な電位差を印加した上で制御ゲート104に電圧
を印加する。この時、ドレイン領域となる拡散領域11
3のうち、チャンネル領域と接している部分が不純物濃
度の低いf!4域1132で構成されているので、ソー
ス、ドレイン間に印加される電圧の一部をこの部分で受
は持つことができる。
That is, in the memory cell of FIG. 70, the diffusion region 113 that becomes a drain when reading information is formed of two regions, a highly doped region 1131 and a lightly doped region 1132, of which the lightly doped region 1132 serves as a channel region. It is configured to be in contact with In a memory cell having such a configuration, when reading information, electrode 116 is used as a source electrode, electrode 117 is used as a drain electrode, and a voltage is applied to control gate 104 after applying an appropriate potential difference between the source and the train. At this time, the diffusion region 11 which becomes the drain region
3, the part in contact with the channel region has a low impurity concentration f! Since it is composed of four regions 1132, this region can receive part of the voltage applied between the source and drain.

従って、第10図に示すメモリセルでは、情報の読み出
し時におけるドレイン領域近傍でのホットキャリアの発
生をより効果的に抑制することができ、誤書込みを有効
に防止できる。
Therefore, in the memory cell shown in FIG. 10, the generation of hot carriers near the drain region when reading information can be more effectively suppressed, and erroneous writing can be effectively prevented.

第11図のメモリセルは、前述した第9図図示のn+型
拡散領域112に隣接するように基板101と同1j電
型でこれにりも不純物m度の高いp+型拡散領域118
を設けたものであり、特にチャンネル領域にポットキャ
リアを発生させて浮遊グー1〜に電荷を注入しようとす
る方式を採用した場合に適する構造で浮遊グー1〜10
7に注入される電荷の注入効率を高めるようにしたもの
である。即ち、かかる構成にすることによって、n1型
拡散領域112をドレイン領域、n+型拡散領域113
をソース領域として用いて情報rOJを書込む場合、新
たに股番プたp+型拡散領域118の部分に電界が集中
し易くなり、この部分でインパクトアイオニゼーション
が起き易くなって書込み効率が高められる。一方、n+
型拡散領域112をソース領域、n+型拡散領域113
をドレイン領域として用いる情報の読み出し時には、上
記p+型拡散領域は118はソース領域となるn+型拡
散領域112に隣接しでいるので、その存在は読み出し
特性にはと/uど影響せず、しがも誤書込みを起こす恐
れもない。
The memory cell shown in FIG. 11 has a p+ type diffusion region 118 which is of the same 1j type as the substrate 101 and also has a high impurity concentration, adjacent to the n+ type diffusion region 112 shown in FIG.
This is a structure suitable for injecting charge into the floating goose 1 to 10 by generating pot carriers in the channel region.
The injection efficiency of the charges injected into the cell 7 is increased. That is, by adopting such a configuration, the n1 type diffusion region 112 is used as a drain region, and the n+ type diffusion region 113 is used as a drain region.
When writing information rOJ using as a source region, the electric field tends to concentrate on the newly formed p+ type diffusion region 118, and impact ionization tends to occur in this region, increasing the writing efficiency. It will be done. On the other hand, n+
The type diffusion region 112 is used as a source region, and the n+ type diffusion region 113
When reading information using the p+ type diffusion region 118 as the drain region, since the p+ type diffusion region 118 is adjacent to the n+ type diffusion region 112 which becomes the source region, its presence does not affect the readout characteristics in the slightest. However, there is no risk of writing errors.

第12図のメモリセルは、n+型拡散領域113上の酸
化膜103の一部を除去してダイレクトコンタクト部1
19を開孔し、書込みゲート109の一部を該コンタク
1一部119まで延出して、同コンタクト部119を通
して前記n+型拡散領域113と接続し、書込みゲート
109とn+型拡散領域113とが同電位となるような
構造にしたものである。かかる第12図図示のメモリセ
ルでは、浮遊ゲート107に対する電荷の注入、排出が
制御ゲート104とn+型拡散領域113の間に印加さ
れる高電圧によって行われる。
In the memory cell shown in FIG. 12, a part of the oxide film 103 on the n+ type diffusion region 113 is removed to form a direct contact portion 1.
A hole 19 is opened, a part of the write gate 109 is extended to a part 119 of the contact 1, and the contact part 119 is connected to the n+ type diffusion region 113, so that the write gate 109 and the n+ type diffusion region 113 are connected to each other. The structure is such that they have the same potential. In the memory cell shown in FIG. 12, charges are injected into and discharged from the floating gate 107 by a high voltage applied between the control gate 104 and the n+ type diffusion region 113.

勿論、書込みゲート109とn+型拡散領域113とを
同電位とする手段は上述したように書込みゲート109
とn+型拡散領域113とを直接接触させる方法に限ら
ず、外部配線を用いてもよい。なお、書込みゲート10
9はn+型拡散領域113の代わりにn+型拡散領域1
12と接続させて、書込みゲート109の電位がn+型
拡散領域112と同電位となるような構造にしてもよい
Of course, the means for bringing the write gate 109 and the n+ type diffusion region 113 to the same potential is the write gate 109 as described above.
The method is not limited to the method of directly contacting the n+ type diffusion region 113, and external wiring may be used. Note that the write gate 10
9 is an n+ type diffusion region 1 instead of the n+ type diffusion region 113.
12 so that the potential of the write gate 109 is the same as that of the n+ type diffusion region 112.

更に、上記各実施例ではメモリセルとしてnチヤンネル
の場合について説明したが、これに限定されず、pチャ
ンネルのものでも同様な効果を得ることができる。
Further, in each of the above embodiments, the memory cell is an n-channel memory cell, but the present invention is not limited to this, and similar effects can be obtained with a p-channel memory cell.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳述した如く、本発明によれば高集積化に伴ってチ
ャンネル長が短くなっても、情報の誤書込みの防止及び
情報の読み出し速度の向上を達成したEEPROM等の
半導体装置、並びにがかるEEPROM等の半導体装置
を著しく簡単な工程により製造し得る方法を提供できる
As detailed above, the present invention provides a semiconductor device such as an EEPROM that can prevent erroneous writing of information and improve the speed of reading information even if the channel length becomes shorter due to higher integration, as well as the EEPROM. It is possible to provide a method for manufacturing semiconductor devices such as the above through extremely simple steps.

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

第1図〜第9図は本発明の実施例におけるEEPROM
のメモリセルの製造工程を示す説明図、第10図及び第
11図は夫々本発明の他の実施例を示すEEPROMの
メモリセルの断面図、第12図は本発明の更に他の実施
例を示すEEPROMのメモリセルの説明図、第13図
は従来のEEPROMのメモリセルを示す断面図である
。 101・・・p型シリコン基板、102・・・フィール
ド酸化膜、103・・・酸化膜、104・・・制御ゲー
ト、107・・・浮遊ゲート、108・・・酸化薄膜、
109・・・書込みゲート(ゲート電極)、112.1
13−=n+型拡散領域、114−8 i 02 ’F
A、116.117−AC!、電極、118 ・l)+
型拡散領域、119・・・ダイレクトコンタクト部。 出願人代理人 弁理士  鈴江武彦 「≧                  l・   
11 L+−−−−−−一−J の 【 第10図 第11図 第13図
1 to 9 are EEPROMs according to embodiments of the present invention.
10 and 11 are cross-sectional views of an EEPROM memory cell showing other embodiments of the present invention, and FIG. 12 shows still another embodiment of the present invention. FIG. 13 is a sectional view showing a conventional EEPROM memory cell. 101... P-type silicon substrate, 102... Field oxide film, 103... Oxide film, 104... Control gate, 107... Floating gate, 108... Oxide thin film,
109...Write gate (gate electrode), 112.1
13-=n+ type diffusion region, 114-8 i 02'F
A, 116.117-AC! , electrode, 118 ・l)+
Type diffusion region, 119...direct contact part. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue "≧ l・
11 L+-----1-J [Figure 10 Figure 11 Figure 13

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)、半導体基体の表面領域に互いに分離して設けら
れ、夫々ソース或いはドレイン領域となる第1、第2領
域と、これら第1、第2領域間のチャンネル領域上に絶
縁膜を介して設けられた浮遊ゲート及び制御ゲートを具
備し、前記浮遊ゲートを前記第1領域近傍に位置する前
記制御ゲート側面の前記チャンネル領域上に偏在して配
置すると共に、該浮遊ゲートと制御ゲートの間に絶縁膜
を介在させ、かつ該浮遊ゲート上の少なくとも一部に絶
縁薄膜を介してゲート電極を設けたことを特徴とする半
導体装置。
(1) First and second regions are provided separately on the surface region of the semiconductor substrate and serve as source or drain regions, respectively, and a channel region between these first and second regions is provided with an insulating film interposed therebetween. A floating gate and a control gate are provided, the floating gate is unevenly arranged on the channel region on the side surface of the control gate located near the first region, and the floating gate is located between the floating gate and the control gate. 1. A semiconductor device comprising an insulating film interposed therebetween and a gate electrode provided on at least a portion of the floating gate via the insulating thin film.
(2)、ゲート電極が第1領域又は第2領域と直接もし
くは外部配線により接続され、該第1領域又は第2領域
と同電位となっていることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の半導体装置。
(2) Claim 1, characterized in that the gate electrode is connected to the first region or the second region directly or by external wiring, and has the same potential as the first region or the second region. The semiconductor device described.
(3)、半導体基体の表面一部に絶縁膜を介して配置さ
れる制御ゲートを形成する工程と、この制御ゲートの周
囲に絶縁膜を形成する工程と、全面を導電性物質膜で被
覆する工程と、この導電性物質膜を異方性エッチング法
及び通常のエッチング法を使用して順次除去し、前記制
御ゲートに沿つた一部に導電性物質を残存させて浮遊ゲ
ートを形成する工程と、この浮遊ゲート周囲の一部もし
くは全部に絶縁薄膜を形成する工程と、前記浮遊ゲート
の上の少なくとも一部に前記絶縁薄膜を介して接触する
ゲート電極を形成する工程と、前記浮遊ゲート周囲への
絶縁薄膜の形成前から前記ゲート電極の形成後までのい
ずれかの時期に前記制御ゲート及び浮遊ゲートをマスク
として不純物を前記半導体基体表面にドーピングしてソ
ース或いはドレイン領域となる第1、第2領域を形成す
る工程とを具備したことを特徴する半導体装置の製造方
法。
(3) A step of forming a control gate disposed on a part of the surface of the semiconductor substrate via an insulating film, a step of forming an insulating film around the control gate, and a step of covering the entire surface with a conductive material film. and a step of sequentially removing the conductive material film using an anisotropic etching method and a normal etching method, leaving the conductive material in a portion along the control gate to form a floating gate. , a step of forming an insulating thin film around part or all of the floating gate, a step of forming a gate electrode in contact with at least a part of the upper part of the floating gate via the insulating thin film, and a step of forming an insulating thin film around the floating gate. The semiconductor substrate surface is doped with impurities using the control gate and the floating gate as a mask at any time from before the formation of the insulating thin film to after the formation of the gate electrode to form the first and second regions, which become source or drain regions. 1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of forming a region.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5455184A (en) * 1987-09-30 1995-10-03 Texas Instruments Incorporated Method of making high speed EPROM containing graded source/drain profile
US5747370A (en) * 1994-11-05 1998-05-05 Lg Semicon Co., Ltd. Method of manufacturing a non-volatile semiconductor device

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