WO2014115581A1 - 半導体不揮発性メモリ - Google Patents

半導体不揮発性メモリ Download PDF

Info

Publication number
WO2014115581A1
WO2014115581A1 PCT/JP2014/050191 JP2014050191W WO2014115581A1 WO 2014115581 A1 WO2014115581 A1 WO 2014115581A1 JP 2014050191 W JP2014050191 W JP 2014050191W WO 2014115581 A1 WO2014115581 A1 WO 2014115581A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
drain region
tunnel
trench
insulating film
floating gate
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/050191
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
智光 理崎
嘉胤 廣瀬
Original Assignee
セイコーインスツル株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by セイコーインスツル株式会社 filed Critical セイコーインスツル株式会社
Publication of WO2014115581A1 publication Critical patent/WO2014115581A1/ja

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66825Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET with a floating gate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/401Multistep manufacturing processes
    • H01L29/4011Multistep manufacturing processes for data storage electrodes
    • H01L29/40114Multistep manufacturing processes for data storage electrodes the electrodes comprising a conductor-insulator-conductor-insulator-semiconductor structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42324Gate electrodes for transistors with a floating gate
    • H01L29/42336Gate electrodes for transistors with a floating gate with one gate at least partly formed in a trench
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/788Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with floating gate
    • H01L29/7881Programmable transistors with only two possible levels of programmation

Definitions

  • the present invention relates to an electrically rewritable semiconductor nonvolatile memory.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor nonvolatile memory according to manufacturing process.
  • the left half in the figure shows an alignment key area in which an alignment key serving as a mask alignment reference is arranged.
  • the right half of the figure shows a memory area in which a semiconductor nonvolatile memory is arranged.
  • an oxide film 32 is formed on the semiconductor substrate 31, and then a nitride film 33 is formed on the oxide film 32.
  • the oxide film 32 and the nitride film 33 are patterned into a desired shape by a lithography method and an etching method.
  • the semiconductor substrate 31 is thermally oxidized to form a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) oxide film 34.
  • the nitride film 33 is removed.
  • an alignment key using a step between the oxide film 32 and the LOCOS 34 is formed.
  • an active region under the floating gate in the semiconductor nonvolatile memory is formed.
  • the oxide film 32 may be newly formed after the LOCOS oxide film 34 is formed.
  • the drain region 35 of the semiconductor nonvolatile memory is formed on the surface of the semiconductor substrate 31.
  • a tunnel window 36 of a semiconductor nonvolatile memory is formed in the oxide film 32 (see, for example, Patent Document 1).
  • the amount of protrusion of the drain region 35 from the tunnel window 36 is reduced.
  • the arrangement relationship between the drain region 35 and the tunnel window 36 is an indirect relationship via the alignment key. If the amount of protrusion of the region 35 is small, the tunnel window 36 is detached from the drain region 35 due to the above-described misalignment. If part or all of the tunnel window 36 is removed from the drain region 35, the amount of charge injected into the floating gate and the amount of charge extracted from the floating gate change, and the rewrite characteristics of the semiconductor nonvolatile memory become unstable. .
  • the amount of charge injected into the floating gate per unit time decreases, so that there is a problem that the charge cannot be sufficiently written and the write depth becomes shallow. Further, since the amount of charge passing through the tunnel window 36 per unit area is increased, the tunnel oxide film is easily deteriorated, and the endurance characteristics (rewriting characteristics) and the retention characteristics (holding characteristics) are deteriorated.
  • This invention is made in view of the said subject, and provides the semiconductor non-volatile memory which can implement
  • the present invention provides a source region and a drain region side tunnel drain region which are provided at intervals on the surface of a semiconductor substrate, and the source region and the drain region side tunnel on the surface of the semiconductor substrate.
  • a trench provided so as to overlap the drain region side tunnel drain region between the drain region, a second tunnel drain region provided on a side surface and a bottom surface of the trench, and for etching the trench located on the trench A mask and an opening functioning as an ion implantation mask for the second tunnel drain region; a floating gate insulating film provided on the semiconductor substrate; a tunnel insulating film provided on a side surface and a bottom surface of the trench;
  • the floating gate insulating film and the tunnel A semiconductor nonvolatile memory comprising: a floating gate provided on an insulating film; a control gate insulating film provided on the floating gate; and a control gate provided on the control gate insulating film I will provide a.
  • the opening functions as a trench etching mask and an ion implantation mask for the second tunnel drain region even if a part or all of the opening is removed from the drain region side tunnel drain region due to misalignment.
  • the misalignment of the tunnel window on the bottom and side surfaces of the trench and the second tunnel drain region does not occur (self-alignment), and the tunnel window does not deviate from the second tunnel drain region.
  • the tunnel window does not deviate from the second tunnel drain region even if the amount of protrusion of the drain region side tunnel drain region with respect to the opening is small due to chip size shrinkage. It can be avoided that the characteristics become unstable.
  • the tunnel window is not on the plane but on the bottom and side surfaces of the trench. For this reason, even if the opening is made small due to chip size shrinkage, the area of the tunnel window is not made small, so the problem of shallow write depth can be avoided, and the endurance and retention characteristics Can be prevented.
  • the present invention can realize chip-size shrink without degrading the rewriting characteristics of the semiconductor nonvolatile memory.
  • FIG. 1 to 3 are cross-sectional views of each manufacturing process of a semiconductor nonvolatile memory embodying the present invention.
  • a P-type semiconductor substrate 10 is prepared.
  • the drain region side tunnel drain region 11 and the source are formed on the surface of the semiconductor substrate 10 at a position sandwiching the channel region of the semiconductor nonvolatile memory by photolithography and ion implantation.
  • the region side tunnel drain region 12 is formed.
  • a floating gate insulating film 13 is formed on the surface of the semiconductor substrate 10 by thermal oxidation or CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
  • FIG. 2D a part of the floating gate insulating film 13 is removed by photolithography and etching, and an opening 14 is formed in the floating gate insulating film 13.
  • the boundary between the drain region side tunnel drain region 11 and the semiconductor substrate 10 is exposed in the opening 14.
  • the trench 15 is formed on the surface of the semiconductor substrate 10 below the opening 14 by etching.
  • the second tunnel drain region 16 is formed on the side surface and the bottom surface of the trench 15 by ion implantation using the opening 14 as a mask.
  • the second tunnel drain region 16 and the drain region side tunnel drain region 11 partially overlap and are not separated.
  • FIG. 3G a tunnel insulating film 17 is formed on the side and bottom surfaces of the trench 15 by thermal oxidation or CVD.
  • a floating gate 18 covering the tunnel insulating film 17 and the floating gate insulating film 13 is provided, and subsequently, a control gate insulating film 19 is provided around the floating gate 18, and the control gate is further provided.
  • a control gate 20 is sequentially provided on the floating gate 18 via the insulating film 19.
  • a region of the tunnel insulating film 17 sandwiched between the second tunnel drain region 16 and the floating gate 18 becomes a tunnel window. Since this tunnel window exists not only on the bottom surface of the trench 15 but also on the side surface, the region through which the tunnel current flows is widened accordingly.
  • drain regions 21 and source regions 22 are formed on the surface of the semiconductor substrate 10 on both sides of the channel region of the control gate 20 by ion implantation using the control gate 20 as a mask. .
  • the source region 22 and the drain region 21 are arranged on the surface of the semiconductor substrate 10 with a space, and the source region side tunnel drain region 12 and the drain region side tunnel drain region 11 are spaced on the surface of the semiconductor substrate 10. Placed.
  • the source region side tunnel drain region 12 and the drain region side tunnel drain region 11 are in contact with the channel region side of the source region 22 and the drain region 21, respectively.
  • Both the source region side tunnel drain region 12 and the source region 22 are the source regions of the semiconductor nonvolatile memory.
  • the trench 15 is provided on the surface of the semiconductor substrate 10 so as to overlap the drain region side tunnel drain region 11 between the source region side tunnel drain region 12 and the drain region side tunnel drain region 11.
  • the second tunnel drain region 16 is provided on the side surface and the bottom surface of the trench 15.
  • the floating gate insulating film 13 is located on the trench 15, has an opening 14 that functions as an etching mask for the trench 15 and an ion implantation mask for the second tunnel drain region 16, and is provided on the semiconductor substrate 10. .
  • the tunnel insulating film 17 is provided on the side surface and the bottom surface of the trench 15.
  • the floating gate 18 is provided on the floating gate insulating film 13 and the tunnel insulating film 17.
  • the control gate insulating film 19 is provided on the floating gate 18.
  • the control gate 20 is provided on the control gate insulating film 19.
  • the voltage difference between the voltage of the control gate 20 and the voltage of the drain region 22 is controlled to be, for example, about 15 volts.
  • a tunnel current flows between the floating gate 18 that is capacitively coupled to the control gate 20 and the second tunnel drain region 16.
  • writing in which charges are injected into the floating gate 18 through the tunnel insulating film 17 of the tunnel window and erasure in which the charges are extracted from the floating gate 18 are performed.
  • the charge amount of the floating gate 18 changes in this way, the floating gate 18 exists on the channel region of the semiconductor nonvolatile memory and determines its potential, so that the conductance of the channel region apparently changes, and the semiconductor nonvolatile memory The threshold voltage will change.
  • the floating gate 18 Since the floating gate 18 is electrically insulated from its surroundings, it is possible to store electric charges therein for a long time. That is, the threshold voltage of the semiconductor nonvolatile memory is maintained for a long time. Therefore, the semiconductor non-volatile memory can perform non-volatile storage using the threshold voltage (the magnitude) as information.
  • the opening 14 overlaps the drain region side tunnel drain region 11 on the plane.
  • the entire opening 14 may overlap the drain region side tunnel drain region 11a on the plane.
  • the crystal orientation of the surface of the semiconductor wafer can be made equal to the crystal orientation of the cross section of the orientation flat of the semiconductor wafer.
  • the crystal orientation is ⁇ 100 ⁇ . If the trench 15 is formed parallel to or perpendicular to the orientation flat as viewed from the semiconductor wafer surface, the crystal orientations of the bottom and side surfaces of the trench 15 are all ⁇ 100 ⁇ . Then, the tunnel insulating film 17 provided on the bottom surface of the trench 15 and the tunnel insulating film 17 provided on the side surface are formed to have the same film thickness.
  • the drain region side tunnel drain region 11 is named as such because it contributes to the tunnel current.
  • the source region side tunnel drain region 12 does not contribute to the tunnel current, but is formed using the same ion implantation mask as that of the drain region side tunnel drain region 11 and thus has such a designation.
  • the present invention is not limited to the formation of the drain region side tunnel drain region 11 and the source region side tunnel drain region 12 using the same ion implantation mask.
  • both the source region side tunnel drain region 12 and the source region 22 are the source regions of the semiconductor nonvolatile memory, any one of them can be appropriately deleted.
  • Drain region side tunnel drain region 12 Drain region side tunnel drain region 13 Floating gate insulating film 14 Opening 15 Trench 16 Second tunnel drain region 17 Tunnel insulating film 18 Floating gate 19 Control gate insulating film 20 Control gate 21 Drain region 22 Source region

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

 半導体不揮発性メモリは、チップサイズシュリンクと安定した書き換え特性が両立するように、半導体基板10の表面に、ソース領域側トンネルドレイン領域12とドレイン領域側トンネルドレイン領域11との間で、ドレイン領域側トンネルドレイン領域11と重なるよう設けられるトレンチ15と、トレンチ15の側面及び底面に設けられるセカンドトンネルドレイン領域16と、トレンチ15の上に位置して前記トレンチのエッチング用マスクおよびセカンドトンネルドレイン領域16のイオン注入用マスクとして機能する開口部14を有し、半導体基板10の上に設けられるフローティングゲート絶縁膜13と、トレンチ15の側面及び底面に設けられるトンネル絶縁膜17とを備える。

Description

半導体不揮発性メモリ
 本発明は、電気的書き換え可能な半導体不揮発性メモリに関する。
 従来の半導体不揮発性メモリについて図5を用いて説明する。図5は従来の半導体不揮発性メモリの製造工程別断面図である。ここで、図中左半分は、マスク合わせの基準になるアライメントキーが配置されるアライメントキー領域を示す。図中右半分は、半導体不揮発性メモリが配置されるメモリ領域を示す。
 まず、図5の(A)に示すように、半導体基板31の上に酸化膜32が形成され、その後、酸化膜32の上に窒化膜33が形成される。次に、図5の(B)に示すように、リソグラフィー法及びエッチング法により、酸化膜32及び窒化膜33はパターニングされ、所望の形状となる。次に、図5の(C)に示すように、パターニングされた窒化膜33をマスクとして、半導体基板31を熱酸化し、LOCOS(Local  Oxidation of Silicon)酸化膜34が形成される。次に、図5の(D)に示すように、窒化膜33が除去される。このとき、アライメントキー領域では、酸化膜32とLOCOS34との段差を利用するアライメントキーが形成される。また、メモリ領域では、半導体不揮発性メモリにおけるフローティングゲートの下のアクティブ領域が形成される。なお、酸化膜32はLOCOS酸化膜34の形成後に、新たに、形成されることもある。
 次に、図5の(E)に示すように、アライメントキーを用いたマスク合わせの後、半導体不揮発性メモリのドレイン領域35が半導体基板31の表面に形成される。次に、図5の(F)に示すように、アライメントキーを用いたマスク合わせの後、半導体不揮発性メモリのトンネル窓36が酸化膜32に形成される(例えば、特許文献1参照)。
特開2005-340654号公報(図3~図4)
 ドレイン領域35もしくはトンネル窓36の面積を小さくすることは、チップサイズのシュリンク(縮小)にとって効果がある。しかし、これらを小さくすると以下の問題が生じる。
 初めに、ドレイン領域35の面積を小さくする場合を考えると、トンネル窓36からドレイン領域35のはみ出し量が小さくなる。従来の技術では、ドレイン領域35及びトンネル窓36はアライメントキーを用いて形成されるので、ドレイン領域35とトンネル窓36との配置関係はアライメントキーを介する間接的な関係となり、トンネル窓36からドレイン領域35のはみ出し量が小さいと前述のアライメントずれにより、トンネル窓36がドレイン領域35から外れてしまう。トンネル窓36の一部もしくは全部がドレイン領域35から外れると、フローティングゲートへの電荷の注入量やフローティングゲートからの電荷の引き抜き量が変わり、半導体不揮発性メモリの書き換え特性が不安定になってしまう。
 次に、トンネル窓36の面積を小さくする場合を考えると、単位時間当たりのフローティングゲートへの電荷の注入量が減少するため、電荷が十分に書き込めず、書込み深さが浅くなる問題が生じる。また単位面積あたりのトンネル窓36を通過する電荷量が多くなってしまうため、トンネル酸化膜が劣化し易くなり、エンデュランス特性(書き換え特性)とリテンション特性(保持特性)が低下する。
 本発明は、上記課題に鑑みてなされ、半導体不揮発性メモリの特性を低下させることなくチップサイズシュリンクが実現できる半導体不揮発性メモリを提供する。
 本発明は、上記課題を解決するため、半導体基板の表面に、間隔をおいて設けられるソース領域及びドレイン領域側トンネルドレイン領域と、前記半導体基板の表面に、前記ソース領域と前記ドレイン領域側トンネルドレイン領域との間で、前記ドレイン領域側トンネルドレイン領域と重なるよう設けられるトレンチと、前記トレンチの側面及び底面に設けられるセカンドトンネルドレイン領域と、前記トレンチの上に位置して前記トレンチのエッチング用マスクおよび前記セカンドトンネルドレイン領域のイオン注入用マスクとして機能する開口部を有し、前記半導体基板の上に設けられるフローティングゲート絶縁膜と、前記トレンチの側面及び底面に、設けられるトンネル絶縁膜と、前記フローティングゲート絶縁膜及び前記トンネル絶縁膜の上に設けられるフローティングゲートと、前記フローティングゲートの上に設けられるコントロールゲート絶縁膜と、前記コントロールゲート絶縁膜の上に設けられるコントロールゲートと、を備えることを特徴とする半導体不揮発性メモリを提供する。
 本発明によれば、アライメントずれにより、開口部の一部もしくは全部がドレイン領域側トンネルドレイン領域から外れても、開口部がトレンチエッチング用マスクおよびセカンドトンネルドレイン領域のイオン注入用マスクとして機能するので、トレンチ底面と側面のトンネル窓とセカンドトンネルドレイン領域とのアライメントずれは発生せず(セルフアライン)、トンネル窓はセカンドトンネルドレイン領域から外れない。
 つまりチップサイズのシュリンクのために開口部に対するドレイン領域側トンネルドレイン領域の食み出し量が少なく形成されても、トンネル窓はセカンドトンネルドレイン領域から外れることはないため、半導体不揮発性メモリの書き換特性が不安定になることを回避することができる。
 更に本発明によれば、トンネル窓は平面ではなくトレンチ底面と側面に存在する。このため、チップサイズのシュリンクのために開口部が小さく形成されても、トンネル窓の面積は小さく形成されることがないので、書込み深さが浅くなる問題を避けられるとともに、エンデュランス特性とリテンション特性の低下を防ぐことが出来る。
 したがって、本発明は半導体不揮発性メモリの書き換特性を低下させることなくチップサイズのシュリンクを実現できる。
半導体不揮発性メモリの製造工程別断面図である。 半導体不揮発性メモリの製造工程別断面図である。 半導体不揮発性メモリの製造工程別断面図である。 半導体不揮発性メモリの断面図である。 従来の半導体不揮発性メモリの製造工程別断面図である。
 以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図1~3は、本願の発明を実施した半導体不揮発性メモリの製造工程別断面図である。
 まず、図1の(A)に示すように、P型の半導体基板10を用意する。続いて、図1の(B)に示すように、フォトリソグラフィ法及びイオン注入により、半導体基板10の表面に、半導体不揮発性メモリのチャネル領域を挟む位置に、ドレイン領域側トンネルドレイン領域11及びソース領域側トンネルドレイン領域12を形成する。そして、図1の(C)に示すように、熱酸化あるいはCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、半導体基板10の表面にフローティングゲート絶縁膜13を成膜する。
 次に、図2の(D)に示すように、フォトリソグラフィ法及びエッチングにより、フローティングゲート絶縁膜13の一部を除去し、開口部14をフローティングゲート絶縁膜13に形成する。この時、ドレイン領域側トンネルドレイン領域11と半導体基板10との境目が、開口部14において露出している。こうしておいて、図2の(E)に示すように、エッチングにより、トレンチ15を開口部14の下の半導体基板10の表面に形成する。この後、図2の(F)に示すように、開口部14をマスクとするイオン注入により、セカンドトンネルドレイン領域16をトレンチ15の側面及び底面に形成する。この時、セカンドトンネルドレイン領域16とドレイン領域側トンネルドレイン領域11とは、一部が重なっており、分離されてはいない。そして、図3の(G)に示すように、熱酸化あるいはCVD法により、トンネル絶縁膜17をトレンチ15の側面及び底面に成膜する。
 さらに、図3の(H)に示すように、トンネル絶縁膜17およびフローティングゲート絶縁膜13を覆うフローティングゲート18を設け、続いてフローティングゲート18の周囲にコントロールゲート絶縁膜19を設け、さらにコントロールゲート絶縁膜19を介してフローティングゲート18の上に重なるコントロールゲート20を順次設ける。ここで、トレンチ15において、セカンドトンネルドレイン領域16とフローティングゲート18により挟まれたトンネル絶縁膜17の領域がトンネル窓となる。このトンネル窓はトレンチ15の底面だけでなくて側面にも存在するので、その分、トンネル電流が流れる領域が広くなる。よって、トレンチ15に対する開口部14が小さくても、トンネル電流が流れる領域が十分確保されるので、半導体不揮発性メモリの面積を小さくすることができる。その後、図3の(I)に示すように、コントロールゲート20をマスクとするイオン注入により、コントロールゲート20のチャネル領域を挟む両側にドレイン領域21及びソース領域22を半導体基板10の表面に形成する。
 次に、半導体不揮発性メモリの構造について、同じく図3の(I)を用いて説明すると次のようになる。即ち、ソース領域22及びドレイン領域21は、半導体基板10の表面に、間隔をおいて配置され、ソース領域側トンネルドレイン領域12及びドレイン領域側トンネルドレイン領域11は、半導体基板10の表面に、間隔をおいて配置される。ソース領域側トンネルドレイン領域12及びドレイン領域側トンネルドレイン領域11は、それぞれソース領域22及びドレイン領域21のチャネル領域側に接している。ソース領域側トンネルドレイン領域12及びソース領域22の両方が、半導体不揮発性メモリのソース領域となっている。トレンチ15は、半導体基板10の表面に、ソース領域側トンネルドレイン領域12とドレイン領域側トンネルドレイン領域11との間で、ドレイン領域側トンネルドレイン領域11と重なるよう設けられている。セカンドトンネルドレイン領域16は、トレンチ15の側面及び底面に設けられる。フローティングゲート絶縁膜13は、トレンチ15の上に位置してトレンチ15のエッチング用マスクおよびセカンドトンネルドレイン領域16のイオン注入用マスクとして機能する開口部14を有し、半導体基板10の上に設けられる。トンネル絶縁膜17は、トレンチ15の側面及び底面に設けられている。フローティングゲート18は、フローティングゲート絶縁膜13及びトンネル絶縁膜17の上に設けられている。コントロールゲート絶縁膜19は、フローティングゲート18の上に設けられている。そして、コントロールゲート20は、コントロールゲート絶縁膜19の上に設けられている。
 ここで、コントロールゲート20の電圧とドレイン領域22の電圧との電圧差が、例えば、約15ボルトになるように制御する。すると、コントロールゲート20と容量結合するフローティングゲート18とセカンドトンネルドレイン領域16との間で、トンネル電流が流れる。このトンネル電流により、トンネル窓のトンネル絶縁膜17を介し、電荷がフローティングゲート18へ注入される書き込み、および電荷が、フローティングゲート18から引き抜かれる消去を行うことになる。こうしてフローティングゲート18の電荷量が変化すると、フローティングゲート18は半導体不揮発性メモリのチャネル領域の上に存在し、その電位を決定するので、見かけ上チャネル領域のコンダクタンスが変化し、半導体不揮発性メモリの閾値電圧が変化することになる。
 フローティングゲート18は、その周囲から電気的に絶縁されているので、その内部に電荷を長時間に渡って蓄えることができる。つまり、半導体不揮発性メモリの閾値電圧は、長時間に渡って維持される。従って、半導体不揮発性メモリは、閾値電圧(の大小)を情報として不揮発性の記憶が可能となる。
 なお、上記の説明では、開口部14の一部が、平面上、ドレイン領域側トンネルドレイン領域11と重なっていた。しかし、図4に示すように、開口部14の全部が、平面上、ドレイン領域側トンネルドレイン領域11aと重なっていても良い。
 また、半導体ウエハの表面の結晶方位を、半導体ウエハのオリフラの断面の結晶方位と等しくとることが可能であり、例えば、結晶方位を{100}とする。そして、半導体ウエハ面から見てトレンチ15はオリフラと平行または垂直に形成されるとすれば、トレンチ15の底面と側面の結晶方位は全て{100}となる。すると、トレンチ15の底面に設けられるトンネル絶縁膜17と側面に設けられるトンネル絶縁膜17の膜厚が等しく成膜される。
 また、上記の記載において、ドレイン領域側トンネルドレイン領域11は、トンネル電流に寄与することにより、このような呼称とした。一方、ソース領域側トンネルドレイン領域12は、トンネル電流に寄与するものではないが、ドレイン領域側トンネルドレイン領域11と同じイオン注入用マスクを用いて形成されることにより、このような呼称とした。なお、本発明は、ドレイン領域側トンネルドレイン領域11とソース領域側トンネルドレイン領域12とが同じイオン注入用マスクを用いて形成されることに、限定されるものではない。
 また、ソース領域側トンネルドレイン領域12及びソース領域22の両方が半導体不揮発性メモリのソース領域となっているが、いずれか一方を適宜削除することが可能である。
10 半導体基板
11 ドレイン領域側トンネルドレイン領域
12 ソース領域側トンネルドレイン領域
13 フローティングゲート絶縁膜
14 開口部
15 トレンチ
16 セカンドトンネルドレイン領域
17 トンネル絶縁膜
18 フローティングゲート
19 コントロールゲート絶縁膜
20 コントロールゲート
21 ドレイン領域
22 ソース領域

Claims (4)

  1.  半導体基板と、
     前記半導体基板の表面に、間隔をおいて設けられたソース領域及びドレイン領域側トンネルドレイン領域と、
     前記ソース領域と前記ドレイン領域側トンネルドレイン領域との間で、前記半導体基板の表面から内部に向けて、前記ドレイン領域側トンネルドレイン領域と重なるよう設けられたトレンチと、
     前記トレンチの側面及び底面に設けられたセカンドトンネルドレイン領域と、
     前記トレンチの上に位置して前記トレンチのエッチング用マスクおよび前記セカンドトンネルドレイン領域のイオン注入用マスクとして機能する開口部を有する、前記半導体基板の上に設けられたフローティングゲート絶縁膜と、
     前記トレンチの側面及び底面に設けられたトンネル絶縁膜と、
     前記フローティングゲート絶縁膜及び前記トンネル絶縁膜の上に設けられたフローティングゲートと、
     前記フローティングゲートの上に設けられたコントロールゲート絶縁膜と、
     前記コントロールゲート絶縁膜の上に設けられたコントロールゲートと、
    を備えることを特徴とする半導体不揮発性メモリ。
  2.  前記トレンチは、底面と側面との結晶方位が等しくなるよう配置されていることを特徴とする請求項1記載の半導体不揮発性メモリ。
  3.  前記開口部の一部が、平面上、前記ドレイン領域側トンネルドレイン領域と重なっていることを特徴とする請求項1または2記載の半導体不揮発性メモリ。
  4.  前記開口部の全部が、平面上、前記ドレイン領域側トンネルドレイン領域と重なっていることを特徴とする請求項1または2記載の半導体不揮発性メモリ。
PCT/JP2014/050191 2013-01-25 2014-01-09 半導体不揮発性メモリ WO2014115581A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013012385A JP2014143377A (ja) 2013-01-25 2013-01-25 半導体不揮発性メモリ
JP2013-012385 2013-01-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014115581A1 true WO2014115581A1 (ja) 2014-07-31

Family

ID=51227373

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/050191 WO2014115581A1 (ja) 2013-01-25 2014-01-09 半導体不揮発性メモリ

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2014143377A (ja)
TW (1) TW201448173A (ja)
WO (1) WO2014115581A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10256310B1 (en) 2017-12-04 2019-04-09 Vanguard International Semiconductor Corporation Split-gate flash memory cell having a floating gate situated in a concave trench in a semiconductor substrate
TWI662690B (zh) * 2018-01-16 2019-06-11 世界先進積體電路股份有限公司 分離式閘極快閃記憶體元件及其形成方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61276375A (ja) * 1985-05-29 1986-12-06 アドバンスト・マイクロ・デイバイシズ・インコ−ポレ−テツド 集積回路eepromセルおよびその製作方法
JPS6358876A (ja) * 1986-08-29 1988-03-14 Oki Electric Ind Co Ltd 不揮発性半導体装置
JPH04271177A (ja) * 1991-01-23 1992-09-28 Matsushita Electron Corp 不揮発性半導体記憶装置の製造方法
JPH06120518A (ja) * 1992-10-08 1994-04-28 Japan Radio Co Ltd 高効率増幅用半導体素子

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09129760A (ja) * 1995-11-06 1997-05-16 Seiko Epson Corp 半導体装置及びその製造方法
JP3303789B2 (ja) * 1998-09-01 2002-07-22 日本電気株式会社 フラッシュメモリ、その書き込み・消去方法
KR100642901B1 (ko) * 2003-10-22 2006-11-03 매그나칩 반도체 유한회사 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법
JP2011134981A (ja) * 2009-12-25 2011-07-07 Sanyo Electric Co Ltd 不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61276375A (ja) * 1985-05-29 1986-12-06 アドバンスト・マイクロ・デイバイシズ・インコ−ポレ−テツド 集積回路eepromセルおよびその製作方法
JPS6358876A (ja) * 1986-08-29 1988-03-14 Oki Electric Ind Co Ltd 不揮発性半導体装置
JPH04271177A (ja) * 1991-01-23 1992-09-28 Matsushita Electron Corp 不揮発性半導体記憶装置の製造方法
JPH06120518A (ja) * 1992-10-08 1994-04-28 Japan Radio Co Ltd 高効率増幅用半導体素子

Also Published As

Publication number Publication date
TW201448173A (zh) 2014-12-16
JP2014143377A (ja) 2014-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8106444B2 (en) Semiconductor device
US7238982B2 (en) Split gate type flash memory device and method for manufacturing same
JP5192636B2 (ja) スプリットゲート型フラッシュメモリ素子の製造方法
JP5546740B2 (ja) 半導体装置
JP5086558B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
TWI632669B (zh) 分離閘型雙位元非依電性記憶體單元
US20120018795A1 (en) Non-volatile memory and manufacturing method thereof
US20150194519A1 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2012186438A (ja) 不揮発性メモリ及びその製造方法
KR100546405B1 (ko) 스플릿 게이트형 비휘발성 반도체 메모리 소자 및 그제조방법
JP2006114921A (ja) Nromデバイス及びその製造方法
KR20230029954A (ko) 워드 라인 게이트 위에 소거 게이트가 배치된 분리형 게이트 비휘발성 메모리 셀, 및 이의 제조 방법
JP3544308B2 (ja) 不揮発性半導体記憶装置の製造方法
US7618864B2 (en) Nonvolatile memory device and methods of forming the same
CN109994542B (zh) 半导体器件及其制造方法
US7206226B2 (en) Non-volatile memory element having memory gate and control gate adjacent to each other
JP2006295191A (ja) 不揮発性メモリ装置及び製造方法
WO2014115581A1 (ja) 半導体不揮発性メモリ
KR100812080B1 (ko) 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조 방법
JP2004228575A (ja) Eepromセル及びその製造方法
JPWO2008050775A1 (ja) 半導体装置及びその製造方法
US9882033B2 (en) Method of manufacturing a non-volatile memory cell and array having a trapping charge layer in a trench
JP2006237244A (ja) 半導体記憶装置及びその製造方法
TWI845109B (zh) 非揮發性記憶體元件
US7999305B2 (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14743765

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14743765

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1