JPS62261176A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置

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JPS62261176A
JPS62261176A JP61105358A JP10535886A JPS62261176A JP S62261176 A JPS62261176 A JP S62261176A JP 61105358 A JP61105358 A JP 61105358A JP 10535886 A JP10535886 A JP 10535886A JP S62261176 A JPS62261176 A JP S62261176A
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JP
Japan
Prior art keywords
gate
floating gate
oxide film
insulating film
region
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Pending
Application number
JP61105358A
Other languages
English (en)
Inventor
Naotaka Sumihiro
住廣 直孝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B69/00Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices

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  • Non-Volatile Memory (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は不揮発性半導体記憶装置に関し、特に浮遊ゲー
トを有するMIS?[界効果トランジスタからなシ浮遊
ゲートにファウラー・ノルドハイムートンネリング(F
owler Nordheim  Tunneling
 )による電子注入電子注出をすることで’rlf。
気的書き込み消去を行な5E2FROM (Elect
rical Erasable Programabl
e KOM )に関する。
〔従来の技術〕
! 4図(al〜(CIK従来のファウラー−ノルドハ
イム・トンネリングによる電子注入注出法を用いるnチ
ャネルE2PROMメモリトランジスタの平面図とその
A−A’断面図およびB−B’断面図を示す。第4図(
al〜(Clにおいて、1はp型半導体基板、5.6は
それぞれn型のソース、ドレイン、7は第1ゲート酸化
膜、9は浮遊ゲートで、薄い第2ゲート酸化膜8を介し
てドレイン6間で電子が注入注出される。10は第3ゲ
ート酸化膜、11は制御ゲートである。各電極は第5図
の等価回路図に示す様釦容量結合している。C3は浮遊
ゲート9−制御ゲート10間容量tc2は浮遊ゲート9
−ドレイン6間の約100λ程度の薄い第2ゲート酸化
膜8の容’is CtDは浮遊ゲート9− ドレイン6
間の02以外のオーバーラツプ容量、cl は浮遊ゲー
ト9−半導体基板1間の容量、CFS  は浮遊ゲート
9−ソース5間のオーバーラツプ容量を示す。
書き込み動作は制御ゲート11.ソース5.半導体基板
1を接地しドレイン6に正の高電圧(例えば約20■)
を印加することにより前述した容量結合から薄い第2ゲ
ート酸化膜8に電界を集中させ、ファウラーeノルドハ
イムeトンネリングによりミ子が浮遊ゲート9からドレ
イン6に注出されることによってなされる。電子の注出
は結果的に浮遊ゲート9に正の電荷を蓄積させメモリト
ランジスタのしきい値は低下しいわゆるデプレッション
動作する。消去動作はドレイン6、ソース5、半導体基
板1を接地し、制御ゲートに正の高電圧(例えば約20
■)を印加することにより容量結合から薄い第2ゲート
酸化[8Vc電界を集中させる。この場合電界の向きは
書き込み動作と逆方向で電子はドレイン6から浮遊グー
)9に注入される。その結果浮遊ゲート9は負の電荷が
蓄積されメモリトランジスタのしきい値は高くなる。
書き込み情報の読み出しは読み出し時の制御ゲート電圧
を適当に設定し、メモリトランジスタのオン((JN)
、オフ(OFF)を判断することでなされる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
メモリトランジスタの書き込み消去特性は前述した様に
薄い第2ゲート酸化膜に効率よく安定に電界を集中する
ことにより電荷移動が速く安定し友特性が得られる。書
き込み動作は浮遊ゲート9中の電荷QFが負の状態から
電子を注出しQF  を正の状態にし、消去動作は逆に
正の状態から浮遊ゲートに電子を注入してQPを負の状
態にする。
書き込んだ状態と消去し友状態との遷移状態であるQp
が零近傍で薄い第2ゲート酸化膜8にかかる電界Ewは
曹き込み時には で表わされる。ここで12は薄い第2ゲート酸化膜8の
膜厚%VDはドレイン6に印加する正の高111圧であ
る。消去時に薄い第2ゲート酸化膜8にかかる電界EE
は で表わされる。ここでVCaは制御ゲート11に印加す
る正の高電圧である。書き込み、消去速度を速めるには
EW 、 EE  を大きくすることにより実現でき書
き込み消去特性の安定性はEWIEE  のバラツキを
おさえることで実現できる。(1) 、 (2)式から
れかる様にC2,CFDはEW、EE  を悪く(小さ
く)する要素として寄与する。しかしながらC2は曹き
込み、消去のファウラーφノルドハイム・トンネリング
によるトンネル電流が流れる約100〜150人の薄い
酸化膜の容量であるから無視できない十分に大きい値で
ある。またCFD  は以下に述べる様な目ズレマージ
ンのタメする程度大きくならざるを得ない。絶縁分離用
フィールド酸化膜と活性領域の境界はホワイトリボン(
ナイトライドリボン)やシリコン面の突形状(ノツチ)
等その部位に形成した薄い酸化膜の特性を悪くする要素
が多くしたがって第2の薄いゲート酸化膜が絶縁分離用
フィールド酸化膜と活性領域との境界にかからない様目
ズレマージンをとる必要がある。ま土弟2の薄いゲート
酸化膜部面積が変動しない様第2の薄いゲート酸化膜部
とドレイン−チャネル部境界及び浮遊ゲート端とには各
々目ズレマージンが必要である。この様にC2及びCF
Dはある程度大きな値となってしまうことは避けられな
い。しfcがってそのEw、EgK4える悪影響を極力
小さくするためにC′3を十分に大きく設定することに
よ#)C2,CFDの影響を補償する。第4図fat〜
(C1は従来技術によるメモリセルの平面及び断面図を
示すが、従来C3を十分に大きくする念めに浮遊ゲート
9の絶縁分離用フィールド酸化膜4上への突き出し長j
oyを大きく設定することにより浮遊ゲート9と制御ゲ
ー)110対向面積を広くし十分に大きなC3を得てい
友。しかしながらIovを大きく設定するためにはメモ
リセルサイズが犬きぐならざるを得す、メモリ容量の大
容量化及びセルサイズ小型化チップブイズ小型化による
コストダウン等において大きな障害となっていた。
本発明の目的は、浮遊ゲートと制御ゲート間容量を簡略
かつ安定性の良い製造方法で大きくすることが出来、よ
り高速安定な曹き込み消去特性が得られ、かつセルサイ
ズを小さくでき、大容量化。
チップサイズ縮小によるコストダウン等が可能な不揮発
性半導体記憶装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の不揮発性半導体記憶装置は浮遊ゲートと制御ゲ
ートの対向面積を増大させることによプC3を大きくす
る目的で、絶縁分離用フィールド酸化膜に設けられ九幅
員がすくなくとも浮遊ゲートの膜厚の2倍以上の凹領域
の段差部でも、浮遊ゲートと制御ゲートを第3のゲート
酸化膜を介して対向させた構造を有している。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。第1図(al〜tc+は本発明の一実施例の平面図と
A−A’i及びB −B’ 、[4の断面図である。
1はp型半導体基板、5はソース、6はドレイン、4は
絶縁分離用フィールド酸化膜で約1.0μの膜厚を有し
上面に深さd(約0.6μm)1幅員W(約0.6μm
以上)の凹領域を有している。9は多結晶シリコン層か
らなる浮遊ゲートでソース5−ドレイン6間のチャネル
部で約500人のglのゲート酸化膜7を介してチャネ
ル部半導体基板をおおい、ドレイン6上の一部の領域で
約100〜150人と薄い第2のゲート酸化膜8を介し
てドレインと対向し、フィールド酸化膜4の凹領域をお
おっている。この凹領域の幅員Wは浮遊ゲート9を形成
する多結晶シリコン層の膜厚的0.3μmのすくなくと
も2倍以上となっているため、浮遊ゲート多結晶シリコ
ン層の表面はフィールド酸化膜同様深さdの凹領域を有
し表面積は凹領域の段差部すなわち側面分だけ増す。1
0は約500人の第3のゲート酸化膜で浮遊ゲート9表
面を熱酸化することにより得られる。11は多結晶シリ
コンからなる制御ゲートで浮遊ゲート9の凹領域の段差
部(1111面部)においても約500人の第3のゲー
ト酸化[10を介して浮遊ゲートと対向している。その
結果従来技術でのIov (フィールド酸化膜上への浮
遊ゲートの突き出し)は本発明によυ実質1ov十2d
となプC3を大きくできよ)高速かつ安定な書き込み消
去特性が得られる。このことは逆に従来技術のIovを
03を減少させることなく1υV−2dに縮少すること
ができすなわち特性をそこなうことなくセルサイズの縮
少ができ大容量化。
チップサイズ縮少等によるコストダウンが実現できる。
第2図(al〜Telは本発明の別の実施例を説明する
平面図とA−A’線及びB−B’線の断面図である。
C3の増大効果は第1図fat〜(CIと同じであるが
凹領域内で浮遊ゲートをパターンニングする定め凹領域
の幅員は広く製造しやすくなっている。
次に本発明を実現するための製造プロセス70−の一例
を第3図ial〜(f)に従って説明する。第3図(a
l〜(f)は第2図talのB −B’ 線の各プロセ
ス工程での断面図を示すものである。まず、第3図ta
+に示すように、p型半導体基板1上にパッド酸化膜2
を形成しLPCVD法により窒化膜3を成長させ活性領
域以外の領域すなわち絶縁分離用フィールドとなる領域
の窒化膜を除去する。次に、第3図(b)に示すように
、熱酸化法により約1.0μmのフィールド酸化膜を形
成する。次に、第3図(CIK示すように1窒化膜を除
去し几後ソース5.ドレイン6を形成し熱酸化法により
約500人の第1のゲート酸化膜7を形成する。次に、
第3図(d)に示すように、PR工程によりトレイン6
上の薄いゲート酸化膜を形成する予定領域の第1のゲー
ト酸化膜と、フィールド酸化膜の凹領域となる予定領域
のフィールド酸化膜を深さdが約0.6μmとなる様に
エツチング除去する。次に、第3図ie)に示すように
、n型にドープした多結晶シリコン層をLPCVD法に
より成長させパターンニングして浮遊ゲート9を形成す
る。この時多結晶シリコン層はフィールド酸化膜凹領域
の段差部(0111面)にも平面と同様の厚さ約0.3
μmで成長する。したがって凹領域の幅員がすくなくと
も多結晶シリコン層の膜厚の2倍以上あれば多結晶シリ
コン層表面にも深さdの凹領域ができる。なお凹領域内
の浮遊ゲート9下のフィールド膜厚は約0.4μmあり
十分厚いのでこの部分での浮遊ゲート9−半導体基板1
間容量は無視できるほど小さい。次に、第3図(flに
示すように、熱酸化法によ)第3のゲート酸化膜10を
形成した後n型にドープし次長結晶シリコン層からなる
制御ゲート11を形成する。
デ壜4壜印曇4この時制御ゲート11は凹領域段部(側
面)においても浮遊ゲート9と第3のゲート酸化膜lO
を介して対向する。この場合熱酸化法による第3のゲー
ト酸化膜形成のかわシにLPCVD法により窒化膜を形
成しても同様の結果が得られる。以上説明したプロセス
フローにより本発明のフィールド酸化膜の凹領域段部に
おいても浮遊ゲートと制御ゲートを第3のゲート酸化膜
を介して対向させる構造が得られる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、絶縁分離用フィールド酸
化膜に設けられた幅員がすくなくとも浮遊ゲートの膜厚
の2倍以上の凹領域の段差部でも浮遊ゲートと制御ゲー
トを第3のゲート酸化膜を介して対向させることにより
、対向面積を簡略かつ安定性の良い製造方法で大きくす
ることができ、大きなC3を得ることができる。その結
果より高速安定な書き込み消去特性が得られる。
さらに本発明により浮遊ゲートのフィールド酸化膜上へ
の突き出しを小さくすることができるためセルサイズを
小さくでき大容量化、チップサイズ縮小によるコストダ
ウン等が実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(C1は本発明の一実施例の平面図およ
びそれぞれ第1図(a)のA −A’  線断面図並び
にB−B’ 線断面図、第2図(al〜fclは本発明
の別の実施例の平面−およびそれぞれ第2図in)のA
−A’線断面図並びにB−B’ 線断面図、第3図(a
l〜げ)は第2図181のA−A’線の製造プロセスフ
ローに従った各工程での断面図、第4図(al〜IcI
は従来技術によるE2)’l(0Mメモリセルの平面図
およびそれぞれ第4図181のA −A’線断面図並び
にH−B’線断面図、第5図は各電極間の容量結合を示
す等価回路図である。 1・・・・・・p型半導体基板、2・・・・・・バンド
酸化膜、3・・・・・・窒化膜、4・・・・・・絶縁分
離用フィールド酸化膜、5・・・・・・ソース、6・・
・・・・ドレイン、7・・・・・・mlのゲート酸化膜
、8・・・・・・第2の薄いゲート酸化膜、9・・・・
・・浮遊ゲート、10・・・・・・第3のゲート酸化膜
、11・・・・・・制御ゲート、C1・・・・・・浮遊
ゲート−半導体基板間容量、Cr2・・・・・・浮遊ゲ
ート−ソース間容量、C3・・・・・・浮遊ゲート−制
御ゲート間容量、C2・・・・・・浮遊ゲート−ドレイ
ン間の第2のゲート酸化膜部容量、CFD・・・・・・
浮遊ゲート−ドレイン−間のC2以外の容量。 M 、’J’ −” 代理人 弁理士  内 原   日 茅1図 半Z回 ¥づ辺 滲汐回

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 一導電型半導体基板の主平面上に設けられた絶縁分離用
    フィールド絶縁膜領域と、前記半導体基板の主平面近傍
    に設けられた該半導体基板と逆導電型のソース及びドレ
    イン領域と、該両領域間半導体基板上に第1のゲート絶
    縁膜を介して形成され、かつ前記ドレイン領域のすくな
    くとも一部の領域で薄い第2のゲート絶縁膜を介して該
    ドレイン領域と対向するが如く形成され、かつ前記絶縁
    分離用フィールド絶縁膜上に延在するが如く形成された
    多結晶シリコン層からなる浮遊ゲートと、該浮遊ゲート
    上に第3のゲート絶縁膜を介して形成された多結晶シリ
    コン層からなる制御ゲートとを含んで構成される不揮発
    性半導体記憶装置において、前記絶縁分離用フィールド
    絶縁膜領域が第1の膜厚からなる第1のフィールド絶縁
    膜領域と、該第1のフィールド絶縁膜領域の膜厚より薄
    い第2の膜厚からなり領域の幅員がすくなくとも前記浮
    遊ゲートの膜厚の2倍以上である第2のフィールド絶縁
    膜領域とからなり、該両フィールド絶縁膜領域間境界の
    段差部に前記浮遊ゲートがすくなくとも該段差部の1辺
    をこえて前記第1のフィールド絶縁膜領域と第2のフィ
    ールド絶縁膜領域にまたがるが如く延在し、かつ前記制
    御ゲートが前記段差部においても前記第3のゲート絶縁
    膜を介して前記浮遊ゲートと対向していることを特徴と
    する不揮発性半導体記憶装置。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5834979A (ja) * 1981-08-27 1983-03-01 Nec Corp 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法
JPS60167376A (ja) * 1984-02-09 1985-08-30 Toshiba Corp 半導体装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5834979A (ja) * 1981-08-27 1983-03-01 Nec Corp 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法
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