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JP2010073896A - Nonvolatile semiconductor storage device and method of manufacturing the same - Google Patents

Nonvolatile semiconductor storage device and method of manufacturing the same Download PDF

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JP2010073896A
JP2010073896A JP2008239820A JP2008239820A JP2010073896A JP 2010073896 A JP2010073896 A JP 2010073896A JP 2008239820 A JP2008239820 A JP 2008239820A JP 2008239820 A JP2008239820 A JP 2008239820A JP 2010073896 A JP2010073896 A JP 2010073896A
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JP
Japan
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gate electrode
insulating film
floating gate
semiconductor substrate
memory device
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Application number
JP2008239820A
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Japanese (ja)
Inventor
Hisafumi Ikeda
尚史 池田
Makoto Nakajima
誠 中島
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】カップリング比を減少させずにゲート電極と不純物拡散領域との位置が整合して形成される不揮発性半導体記憶装置、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板と、前記半導体基板に形成される複数の不純物拡散領域と、前記半導体基板上に形成される絶縁膜と、隣り合う前記不純物拡散領域を繋ぐように前記半導体基板上に前記絶縁膜を介して形成されるフローティングゲート電極と、前記フローティングゲートの上面及び側面に形成されるゲート間絶縁膜と、前記ゲート間絶縁膜を介して前記フローティングゲート電極の上面及び両側面と接するように形成されるコントロールゲート電極とを備える。
【選択図】図3B
A nonvolatile semiconductor memory device formed by aligning positions of a gate electrode and an impurity diffusion region without reducing a coupling ratio, and a method of manufacturing the same are provided.
A semiconductor substrate, a plurality of impurity diffusion regions formed in the semiconductor substrate, an insulating film formed on the semiconductor substrate, and the impurity diffusion regions adjacent to each other are connected to the semiconductor substrate. A floating gate electrode formed through an insulating film, an inter-gate insulating film formed on the upper surface and side surfaces of the floating gate, and an upper surface and both side surfaces of the floating gate electrode through the inter-gate insulating film And a control gate electrode formed.
[Selection] Figure 3B

Description

本発明は、不揮発性半導体記憶装置に係り、特に積層ゲート構造の不揮発性半導体記憶装置、及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly to a nonvolatile semiconductor memory device having a stacked gate structure and a manufacturing method thereof.

不揮発性半導体記憶装置を構成するメモリセルは、コントロールゲートを不純物拡散層領域(ドレイン/ソース)で挟むように形成される。   Memory cells constituting a nonvolatile semiconductor memory device are formed so that a control gate is sandwiched between impurity diffusion layer regions (drain / source).

コントロールゲートと不純物拡散領域との位置がズレて形成されないようにする方法として、自己整合(self−align)という方法がある。この方法は、コントロールゲートを堆積、加工後に、CGをマスクにして不純物注入を行い、不純物拡散領域を形成する(例えば、特許文献1参照)。   As a method for preventing the positions of the control gate and the impurity diffusion region from being shifted from each other, there is a method called self-alignment. In this method, after depositing and processing a control gate, impurity implantation is performed using CG as a mask to form an impurity diffusion region (see, for example, Patent Document 1).

しかし、マスクとなるコントロールゲートの高さが大きくなると、コントロールゲートの形状が異常な形状になりやすくなる。そして、その異常な形状のCGは、不純物注入を阻害し、更に異常な形状の不純物拡散領域を形成し、書き込み/消去動作におけるメモリセルの特性劣化を加速させる要因となっていた。   However, when the height of the control gate serving as a mask increases, the shape of the control gate tends to become an abnormal shape. The abnormally shaped CG hinders the impurity implantation, further forms an abnormally shaped impurity diffusion region, and accelerates the deterioration of the characteristics of the memory cell in the write / erase operation.

その対策として、コントロールゲートを薄膜にし、更にフローティングゲートを薄膜にする方法が考えられる。   As a countermeasure, it is conceivable that the control gate is made a thin film and the floating gate is made a thin film.

しかし、フローティングゲートの薄膜化は、コントロールゲートとフローティングゲートとが絶縁膜を介して接する面積を減少させる為、メモリセルの書き込み/消去特性に影響を与えるカップリング比を減少させてしまう、という問題があった。   However, the thinning of the floating gate reduces the area where the control gate and floating gate are in contact with each other via an insulating film, thereby reducing the coupling ratio that affects the write / erase characteristics of the memory cell. was there.

よって、従来の技術では、カップリング比を減少させずにゲート電極と不純物拡散領域との位相が整合して形成される不揮発性半導体記憶装置を提供することが困難であった。
特開2001−168215号公報
Therefore, in the conventional technique, it has been difficult to provide a nonvolatile semiconductor memory device formed by matching the phases of the gate electrode and the impurity diffusion region without reducing the coupling ratio.
JP 2001-168215 A

本発明は、カップリング比を減少させずにゲート電極と不純物拡散領域との位相が整合して形成される不揮発性半導体記憶装置、及びその製造方法を提供する。   The present invention provides a nonvolatile semiconductor memory device formed by matching the phases of a gate electrode and an impurity diffusion region without reducing the coupling ratio, and a method for manufacturing the same.

この発明の一態様による不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板と、前記半導体基板に形成される複数の不純物拡散領域と、前記半導体基板上に形成される絶縁膜と、隣り合う前記不純物拡散領域の間の前記半導体基板上に前記絶縁膜を介して形成されるフローティングゲート電極と、前記フローティングゲートの上面及び側面に形成されるゲート間絶縁膜と、前記ゲート間絶縁膜を介して前記フローティングゲート電極の上面及び両側面と接するように形成されるコントロールゲート電極とを備えることを特徴とする。   A nonvolatile semiconductor memory device according to one aspect of the present invention includes a semiconductor substrate, a plurality of impurity diffusion regions formed in the semiconductor substrate, an insulating film formed on the semiconductor substrate, and the adjacent impurity diffusion regions. A floating gate electrode formed on the semiconductor substrate via the insulating film, an inter-gate insulating film formed on an upper surface and a side surface of the floating gate, and the floating gate electrode via the inter-gate insulating film And a control gate electrode formed so as to be in contact with the upper surface and both side surfaces.

この発明の他の態様による不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板と、前記半導体基板に形成される複数の不純物拡散領域と、前記半導体基板上に形成される絶縁膜と、隣り合う前記不純物拡散領域の間の前記半導体基板上に前記絶縁膜を介して形成される下層フローティングゲート電極と、前記下層フローティングゲート電極よりも幅を広く形成され、前記下層フローティングゲート電極の上面に形成される上層フローティングゲート電極と、前記上層フローティングゲート電極の上面に形成されるゲート間絶縁膜と、前記下層フローティングゲート電極の両側面に形成されるスペーサ絶縁膜と、前記ゲート間絶縁膜を介して前記上層フローティングゲート電極の上面と接するように形成されるコントロールゲート電極とを備え、前記不純物拡散領域は、第1の不純物濃度を有する第1不純物拡散領域と前記第1の不純物濃度よりも大きい第2の不純物濃度を有する第2不純物拡散領域とからなり、前記第1不純物拡散領域は、前記下層フローティングゲート電極に整合するように形成され、前記第2不純物拡散領域は、前記スペーサ絶縁膜に整合するように形成されることを特徴とする。   A nonvolatile semiconductor memory device according to another aspect of the present invention includes a semiconductor substrate, a plurality of impurity diffusion regions formed in the semiconductor substrate, an insulating film formed on the semiconductor substrate, and the adjacent impurity diffusion regions. A lower floating gate electrode formed on the semiconductor substrate via the insulating film, and an upper floating gate formed wider than the lower floating gate electrode and formed on the upper surface of the lower floating gate electrode An intergate insulating film formed on the upper surface of the upper floating gate electrode, a spacer insulating film formed on both side surfaces of the lower floating gate electrode, and the upper floating gate electrode via the intergate insulating film A control gate electrode formed in contact with the upper surface of The diffusion region is composed of a first impurity diffusion region having a first impurity concentration and a second impurity diffusion region having a second impurity concentration higher than the first impurity concentration. The second impurity diffusion region is formed so as to match with the spacer insulating film, and is formed so as to match with the lower floating gate electrode.

この発明の一態様による不揮発性半導体装置の製造方法は、半導体基板上にフローティングゲート電極を形成する工程と、前記半導体基板に前記フローティングゲート電極をマスクとして不純物を注入することにより、不純物拡散領域を形成する工程と、前記半導体基板上及び前記フローティングゲート電極上に絶縁層を堆積させる工程と、前記絶縁層を前記フローティングゲート電極の上面よりも低くなるよう加工する工程と、前記半導体基板全面にゲート間絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート間絶縁膜上にコントロールゲート電極を形成する工程と、前記コントロールゲート電極及び前記ゲート間絶縁膜をエッチングすることにより、前記コントロール電極及び前記ゲート間絶縁膜のパターンを形成する工程とを備えることを特徴とする。   According to one aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor device, comprising: forming a floating gate electrode on a semiconductor substrate; and implanting impurities into the semiconductor substrate using the floating gate electrode as a mask. Forming an insulating layer on the semiconductor substrate and on the floating gate electrode, processing the insulating layer to be lower than an upper surface of the floating gate electrode, and forming a gate on the entire surface of the semiconductor substrate. Forming an inter-layer insulating film; forming a control gate electrode on the inter-gate insulating film; and etching the control gate electrode and the inter-gate insulating film to thereby form the control electrode and the inter-gate insulating film. Forming a pattern of .

この発明の他の態様による不揮発性半導体装置の製造方法は、半導体基板に下層フローティングゲート電極を形成する工程と、前記半導体基板に前記下層フローティングゲート電極をマスクとして不純物を注入することにより、第1不純物拡散領域を形成する工程と、スペーサ絶縁膜を前記下層フローティングゲート電極の両側面に形成する工程と、前記半導体基板に前記スペーサ絶縁膜及び前記下層フローティングゲート電極をマスクとして不純物を注入することにより、前記第2不純物拡散領域を形成する工程と、前記半導体基板上及び前記下層フローティングゲート電極上に絶縁層を堆積する工程と、前記下層フローティングゲート電極上及び前記絶縁層上に上層フローティングゲート電極を形成する工程と、前記上層フローティングゲート電極上にゲート間絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート間絶縁膜上に前記コントロールゲート電極を形成する工程と、前記上層フローティングゲート電極、前記下層フローティングゲート電極、及び前記ゲート間絶縁膜をエッチングすることにより、前記上層フローティングゲート電極、前記下層フローティングゲート電極、及び前記ゲート間絶縁膜のパターンを形成する工程とを備えることを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor device, comprising: forming a lower floating gate electrode on a semiconductor substrate; and implanting impurities into the semiconductor substrate using the lower floating gate electrode as a mask. A step of forming an impurity diffusion region, a step of forming a spacer insulating film on both side surfaces of the lower floating gate electrode, and implanting impurities into the semiconductor substrate using the spacer insulating film and the lower floating gate electrode as a mask. A step of forming the second impurity diffusion region, a step of depositing an insulating layer on the semiconductor substrate and the lower floating gate electrode, and an upper floating gate electrode on the lower floating gate electrode and the insulating layer. Forming and the upper layer floating Forming an intergate insulating film on the gate electrode, forming the control gate electrode on the intergate insulating film, the upper floating gate electrode, the lower floating gate electrode, and the intergate insulating film Forming a pattern of the upper layer floating gate electrode, the lower layer floating gate electrode, and the inter-gate insulating film.

本発明によれば、カップリング比を減少させずにゲート電極と不純物拡散領域との位相が整合して形成される不揮発性半導体記憶装置、及びその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a nonvolatile semiconductor memory device formed by matching the phases of the gate electrode and the impurity diffusion region without reducing the coupling ratio, and a method for manufacturing the same.

次に、本発明の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置を図面に基づいて説明する。   Next, a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の構成]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置(以下、フラッシュメモリと称する)100の主要部の構成を示すブロック図である。図1に示すように、本実施の形態に係るフラッシュメモリ100は、メモリセルアレイ10、ロウデコーダ30、カラムデコーダ40、カラムセレクタ50、ソース線ドライバ60、書き込みデータバッファ70、センスアンプ80、データ入出力回路90、入力バッファ110、アドレスバッファ120、アドレスレジスタ130、電圧発生回路140、電源回路150、及び制御回路160を備える。
[Configuration of Nonvolatile Semiconductor Memory Device According to First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a main part of a nonvolatile semiconductor memory device (hereinafter referred to as flash memory) 100 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the flash memory 100 according to the present embodiment includes a memory cell array 10, a row decoder 30, a column decoder 40, a column selector 50, a source line driver 60, a write data buffer 70, a sense amplifier 80, a data input. An output circuit 90, an input buffer 110, an address buffer 120, an address register 130, a voltage generation circuit 140, a power supply circuit 150, and a control circuit 160 are provided.

メモリセルアレイ10は、マトリクス状に配置された複数のNOR型フラッシュメモリセルMCを備える。各メモリセルMCは、ビット線BL(図1において図示略)、ワード線WL(図1において図示略)、及びソース線SL(図1において図示略)に接続される。   The memory cell array 10 includes a plurality of NOR type flash memory cells MC arranged in a matrix. Each memory cell MC is connected to a bit line BL (not shown in FIG. 1), a word line WL (not shown in FIG. 1), and a source line SL (not shown in FIG. 1).

ロウデコーダ30は、メモリセルアレイ10のロウ方向(第2方向)を選択する。   The row decoder 30 selects the row direction (second direction) of the memory cell array 10.

カラムデコーダ40は、メモリセルアレイ10のカラム方向(第1方向)を選択する。   The column decoder 40 selects the column direction (first direction) of the memory cell array 10.

カラムセレクタ50は、カラムデコーダ40の選択動作に基づいてビット線BLを選択し、ビット線を書き込みデータバッファ70またはセンスアンプ80に接続する。   The column selector 50 selects the bit line BL based on the selection operation of the column decoder 40 and connects the bit line to the write data buffer 70 or the sense amplifier 80.

ソース線ドライバ60は、ソース線SLに電圧を与える。   Source line driver 60 applies a voltage to source line SL.

センスアンプ80は、ロウデコーダ30及びカラムデコーダ40によって選択されたメモリセルMCから読み出されたデータをセンスして増幅する。   The sense amplifier 80 senses and amplifies data read from the memory cell MC selected by the row decoder 30 and the column decoder 40.

書き込みデータバッファ70は、メモリセルMCに対して書き込むべきデータを保持し、所定のメモリセルMC単位で、一括してデータをメモリセルMCに書き込む。   The write data buffer 70 holds data to be written to the memory cell MC, and writes data to the memory cell MC in batches in a predetermined memory cell MC unit.

入力バッファ110は、図示しないCPUから与えられる制御信号111を受信し、制御回路160へ出力する。制御信号111は、例えばチップイネーブル信号、ライトイネーブル信号、アウトプットイネーブル信号などである。チップイネーブル信号は、フラッシュメモリ100を動作可能とする信号である。ライトイネーブル信号は、フラッシュメモリ100に対してデータを書き込み可能とする信号である。またアウトプットイネーブル信号は、フラッシュメモリ100に対してデータを出力可能とする信号である。   The input buffer 110 receives a control signal 111 given from a CPU (not shown) and outputs it to the control circuit 160. The control signal 111 is, for example, a chip enable signal, a write enable signal, an output enable signal, or the like. The chip enable signal is a signal that enables the flash memory 100 to operate. The write enable signal is a signal that enables writing of data to the flash memory 100. The output enable signal is a signal that enables data to be output to the flash memory 100.

アドレスバッファ120は、図示しないCPUから与えられるアドレスを受信し、アドレスレジスタ130へ出力する。   The address buffer 120 receives an address given from a CPU (not shown) and outputs it to the address register 130.

データ入出力回路90は、図示しないCPUから与えられる書き込みデータを受け取り、書き込みデータバッファ70に転送する。また、センスアンプ80で増幅されたデータを、クロックに同期して連続的にCPUへ出力する。   The data input / output circuit 90 receives write data supplied from a CPU (not shown) and transfers it to the write data buffer 70. The data amplified by the sense amplifier 80 is continuously output to the CPU in synchronization with the clock.

アドレスレジスタ130は、アドレスバッファ120から与えられるアドレスに従って、カラムデコーダ40に対してカラムアドレスCAを出力し、ロウデコーダ30に対してロウアドレスRAを出力する。   The address register 130 outputs the column address CA to the column decoder 40 and outputs the row address RA to the row decoder 30 according to the address given from the address buffer 120.

カラムデコーダ40及びロウデコーダ30はそれぞれ、カラムアドレスCA及びロウアドレスRAに基づいて、ビット線BL及びワード線WLの選択動作を行う。   The column decoder 40 and the row decoder 30 perform the selection operation of the bit line BL and the word line WL based on the column address CA and the row address RA, respectively.

電圧発生回路140は、設定に従って電圧を発生する。電圧発生回路140によって発生された電圧は、例えばロウデコーダ30、メモリセルアレイ10、書き込みデータバッファ70、センスアンプ80等に与えられる。   The voltage generation circuit 140 generates a voltage according to the setting. The voltage generated by the voltage generation circuit 140 is supplied to, for example, the row decoder 30, the memory cell array 10, the write data buffer 70, the sense amplifier 80, and the like.

電源回路150は、発生させた電圧をデータ入出力回路90に供給する。データ入出力回路90は、電源回路22で発生された電圧Vを電源電圧として用いて動作する。 制御回路160は、上述の回路動作を制御する。   The power supply circuit 150 supplies the generated voltage to the data input / output circuit 90. The data input / output circuit 90 operates using the voltage V generated by the power supply circuit 22 as the power supply voltage. The control circuit 160 controls the circuit operation described above.

メモリセルアレイ10は、図2に示すように、第1方向及び第2方向に複数配設されるメモリセルMCmn(m、nは自然数)を有する。メモリセルMCmnは、フローティングゲート電極FG及びコントロールゲート電極CGを有するメモリトランジスタMTmnで構成される。   As shown in FIG. 2, the memory cell array 10 includes a plurality of memory cells MCmn (m and n are natural numbers) arranged in the first direction and the second direction. The memory cell MCmn is composed of a memory transistor MTmn having a floating gate electrode FG and a control gate electrode CG.

第1の実施の形態に係るフラッシュメモリ100を構成するメモリセルアレイ10は、図2に示すようにNOR型で形成される。なお、NOR型のメモリセルアレイ10は、以下のような構成となる。   The memory cell array 10 constituting the flash memory 100 according to the first embodiment is formed of a NOR type as shown in FIG. The NOR type memory cell array 10 has the following configuration.

第1方向に沿って形成される複数のメモリトランジスタMTmnのドレイン11はメモリトランジスタMTm−1nと共有され、ビット線BLnと接続される。   The drains 11 of the plurality of memory transistors MTmn formed along the first direction are shared with the memory transistor MTm-1n and connected to the bit line BLn.

第2方向に沿って形成される複数のメモリトランジスタMTmnのソース12は、共通のソース線SLと接続され、この共通のソース線SLの上部には、更に別のメモリトランジスタMTm+1n(図示せず)が、ソース線SLを共有するように形成されている。第2方向に沿って形成される複数のメモリトランジスタMTmnのコントロールゲート電極CGは、ワード線WLmによって共通接続される。   The sources 12 of the plurality of memory transistors MTmn formed along the second direction are connected to a common source line SL, and another memory transistor MTm + 1n (not shown) is provided above the common source line SL. Are formed so as to share the source line SL. The control gate electrodes CG of the plurality of memory transistors MTmn formed along the second direction are commonly connected by the word line WLm.

なお、図2においては、m=2、n=3の一例を示している。   FIG. 2 shows an example of m = 2 and n = 3.

メモリトランジスタMTmnに書き込む場合、カラムデコーダによりビット線BLnが、ロウデコーダ(図2において図示略)によりワード線WLmが選択され、書き込みデータバッファ70(図2において図示略)から印加される書き込み電圧がメモリトランジスタMTmnのゲート電極及びドレイン電極11に印加される。   When writing to the memory transistor MTmn, the bit line BLn is selected by the column decoder, the word line WLm is selected by the row decoder (not shown in FIG. 2), and the write voltage applied from the write data buffer 70 (not shown in FIG. 2) is applied. The voltage is applied to the gate electrode and drain electrode 11 of the memory transistor MTmn.

書き込み電圧により、ホットキャリアとなった電荷がメモリトランジスタMTmnのフローティングゲート電極FGに移動する。そして、フローティングゲート電極FGに電荷がたまることにより、メモリトランジスタMTmnの閾値電圧が上がる。   Due to the write voltage, the charges that have become hot carriers move to the floating gate electrode FG of the memory transistor MTmn. Then, the charge is accumulated in the floating gate electrode FG, so that the threshold voltage of the memory transistor MTmn is increased.

メモリトランジスタMTmnの閾値電圧が上がった状態が“0”データ状態となり、逆に、メモリトランジスタMTmnの閾値電圧が下がった状態が“1”データ状態となる。よって、本実施の形態に係るフラッシュメモリ100は、フローティングゲート電極に蓄積された電荷の有無でデータの“1”、“0”が決まる。   A state in which the threshold voltage of the memory transistor MTmn is increased is a “0” data state, and a state in which the threshold voltage of the memory transistor MTmn is decreased is a “1” data state. Therefore, in the flash memory 100 according to the present embodiment, data “1” and “0” are determined by the presence or absence of the electric charge accumulated in the floating gate electrode.

[第1の実施の形態に係るフラッシュメモリ100の具体的構成]
図3Aは、図2に示す第1の実施の形態に係るメモリセルアレイ10の上面図である。図3Bは、図3AのA−A断面図である。図3Cは、図3AのB−B断面図である。
[Specific Configuration of Flash Memory 100 According to First Embodiment]
FIG. 3A is a top view of the memory cell array 10 according to the first embodiment shown in FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 3A. 3C is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 3A.

図3Aに示すように、2本のコントロールゲート電極CGが図中第2方向に延びている。素子分離領域31が第2方向に直交する図中第1方向に延び、半導体基板20を複数の素子領域に分離している。この素子領域とコントロールゲート電極CGの交点にメモリセルトランジスタMTが形成されている。コントロールゲート電極CG間には第2方向に延びるソースコンタクト29が配置され、それぞれのメモリセルトランジスタMTのソース12を共通接続している。メモリセルトランジスタMTのドレイン31にはそれぞれドレインコンタクト28が形成されている。   As shown in FIG. 3A, two control gate electrodes CG extend in the second direction in the drawing. An element isolation region 31 extends in a first direction in the drawing orthogonal to the second direction, and separates the semiconductor substrate 20 into a plurality of element regions. A memory cell transistor MT is formed at the intersection of the element region and the control gate electrode CG. A source contact 29 extending in the second direction is disposed between the control gate electrodes CG, and commonly connects the sources 12 of the memory cell transistors MT. A drain contact 28 is formed at each drain 31 of the memory cell transistor MT.

図3Bに示すように、第1の実施の形態に係るフラッシュメモリ100を形成するメモリセルアレイ10は、半導体基板20、第1絶縁膜(絶縁膜)23、フローティングゲート電極FG、コントロールゲート電極CG、絶縁層24、第2絶縁膜(ゲート間絶縁膜)25、第3絶縁膜26、及び層間絶縁層27(図3Aにおいて図示略)を有する。   As shown in FIG. 3B, the memory cell array 10 forming the flash memory 100 according to the first embodiment includes a semiconductor substrate 20, a first insulating film (insulating film) 23, a floating gate electrode FG, a control gate electrode CG, It has an insulating layer 24, a second insulating film (inter-gate insulating film) 25, a third insulating film 26, and an interlayer insulating layer 27 (not shown in FIG. 3A).

半導体基板20には、複数の不純物拡散領域21、及び隣り合う不純物拡散領域21を繋ぐように形成される不純物領域22が形成される。   In the semiconductor substrate 20, a plurality of impurity diffusion regions 21 and impurity regions 22 formed so as to connect adjacent impurity diffusion regions 21 are formed.

不純物拡散領域21は、例えばn型で形成され、ドレイン11とソース12とから構成される。ドレイン11上にはドレインコンタクト28が積層方向に延びるように形成され、ソース12上にはソースコンタクト29が積層方向に延びるように形成される。ドレインコンタクト28は、ビット線BL(図3A〜Cにおいて図示略)と接続される。ソースコンタクト29は、ソース線SL(図3A〜Cにおいて図示略)と接続される。 The impurity diffusion region 21 is formed of, for example, an n + type and includes a drain 11 and a source 12. A drain contact 28 is formed on the drain 11 so as to extend in the stacking direction, and a source contact 29 is formed on the source 12 so as to extend in the stacking direction. The drain contact 28 is connected to the bit line BL (not shown in FIGS. 3A to 3C). Source contact 29 is connected to source line SL (not shown in FIGS. 3A to 3C).

不純物領域22は、例えばp型で形成され、ドレイン11及びソース12間のチャネルとして機能する。 The impurity region 22 is formed, for example, of a p type and functions as a channel between the drain 11 and the source 12.

フローティングゲート電極FGは、隣り合う不純物拡散領域21(ドレイン11とソース12)の間の半導体基板20上に第1絶縁膜23を介して形成され、電荷を蓄積する機能を持っている。   The floating gate electrode FG is formed on the semiconductor substrate 20 between the adjacent impurity diffusion regions 21 (drain 11 and source 12) via the first insulating film 23, and has a function of accumulating charges.

第1絶縁膜23は、半導体基板20上に形成され、トンネル酸化膜として機能する。よって、メモリトランジスタMTmnのフローティングゲート電極FGに蓄積された電荷は、フラッシュメモリ100への電源の供給が無くなっても、第1絶縁膜23(トンネル酸化膜)によって電荷を保持することができる。   The first insulating film 23 is formed on the semiconductor substrate 20 and functions as a tunnel oxide film. Therefore, the charge accumulated in the floating gate electrode FG of the memory transistor MTmn can be held by the first insulating film 23 (tunnel oxide film) even when power is not supplied to the flash memory 100.

図3Bに示すようにコントロールゲート電極CGは、第2絶縁膜25を介してフローティングゲート電極FGの第1方向における両側面の上部及び上面と接するように形成される。換言すると、コントロールゲート電極CGは、第2絶縁膜25を介してフローティングゲート電極FGを覆うように形成される。第1の実施の形態では、フローティングゲート電極FGの両側面に形成されるコントロールゲート電極CGの底面部分は、半導体基板20上に形成される第1絶縁膜23まで達しないように形成される。そして、コントロールゲート電極CGと半導体基板20上に形成される第1絶縁膜23との間には、絶縁層24が形成される。   As shown in FIG. 3B, the control gate electrode CG is formed so as to be in contact with the upper and upper surfaces of both side surfaces in the first direction of the floating gate electrode FG via the second insulating film 25. In other words, the control gate electrode CG is formed so as to cover the floating gate electrode FG via the second insulating film 25. In the first embodiment, the bottom surface portion of the control gate electrode CG formed on both side surfaces of the floating gate electrode FG is formed so as not to reach the first insulating film 23 formed on the semiconductor substrate 20. An insulating layer 24 is formed between the control gate electrode CG and the first insulating film 23 formed on the semiconductor substrate 20.

第2絶縁膜25は、フローティングゲート電極FGとコントロールゲート電極CGとの間だけでなく、コントロールゲート電極CGの底面部分と絶縁層24との間にも形成される。また、第2絶縁膜25は、例えばシリコン酸化膜、またはシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層構造であるON膜、NO膜、ONO膜、NONON膜、NOAON膜(AはAl等の高誘電体膜)で形成される。 The second insulating film 25 is formed not only between the floating gate electrode FG and the control gate electrode CG but also between the bottom surface portion of the control gate electrode CG and the insulating layer 24. The second insulating film 25 is, for example, a silicon oxide film, or a laminated structure of a silicon oxide film and a silicon nitride film, an ON film, a NO film, an ONO film, a NONON film, a NOAON film (A is Al 2 O 3 or the like High dielectric film).

第3絶縁膜26は、コントロールゲート電極CGの上面及び両側面と第1絶縁膜23上に形成される。   The third insulating film 26 is formed on the upper surface and both side surfaces of the control gate electrode CG and the first insulating film 23.

層間絶縁層27(図3Aにおいて図示略)は、図3Bに示すように半導体基板20上の隙間を埋めるように形成される。   The interlayer insulating layer 27 (not shown in FIG. 3A) is formed so as to fill a gap on the semiconductor substrate 20 as shown in FIG. 3B.

フラッシュメモリ100の特性は、フラッシュメモリ100を構成するメモリトランジスタMTmnの、半導体基板20とフローティングゲート電極FGとの接触面積、トンネル酸化膜(第1絶縁膜)の厚さ、フローティングゲート電極FGとコントロールゲート電極との接触面積、及び第2絶縁膜25の厚さに影響される。   The characteristics of the flash memory 100 are as follows: the contact area between the semiconductor substrate 20 and the floating gate electrode FG of the memory transistor MTmn constituting the flash memory 100, the thickness of the tunnel oxide film (first insulating film), and the control with the floating gate electrode FG. It is influenced by the contact area with the gate electrode and the thickness of the second insulating film 25.

フラッシュメモリの主要特性は、プログラム速度、消去速度等である。また、信頼性に係る特性は、プログラム/消去の反復特性、データ保持特性等がある。   The main characteristics of flash memory are program speed, erase speed, and the like. Further, the reliability-related characteristics include program / erase repetition characteristics and data retention characteristics.

プログラム速度及び消去速度は、半導体基板とフローティングゲート電極との間のキャパシタンス(C)と、フローティングゲート電極とコントロールゲート電極との間のキャパシタンス(C)との比率(以下、カップリング比と称する)で決定される。 Programming speed and erase speed, a capacitance (C 1) between the semiconductor substrate and the floating gate electrode, the ratio of the capacitance (C 2) between the floating gate electrode and control gate electrode (hereinafter, a coupling ratio Determined).

ここで、カップリング比は、半導体基板とフローティングゲート電極との間のキャパシタンス(C)と、フローティングゲート電極とコントロールゲート電極との間のキャパシタンス(C)とを用いて、次のように表すことができることが知られている。 Here, the coupling ratio, the capacitance between the semiconductor substrate and the floating gate electrode (C 1), the capacitance between the floating gate electrode and control gate electrode (C 2) and using, as follows It is known that it can be represented.

カップリング比=C/(C+C) …(1)
一定の動作電圧で速いプログラム速度及び消去速度を得るためには、高いカップリング比を確保する必要があり、それを達成するためには、式(1)に示すようにCを小さくするか、Cを大きくする必要がある。
Coupling ratio = C 2 / (C 1 + C 2 ) (1)
Or to obtain a fast programming speed and erase speed at a constant operating voltage, it is necessary to ensure a high coupling ratio, the order to achieve it, to reduce the C 1 as shown in equation (1) , C 2 needs to be increased.

第1の実施の形態では、Cを大きくするために、コントロールゲート電極CGをフローティングゲート電極の上面だけではなく、両側面にも形成している。それにより、フローティングゲート電極FGとコントロールゲート電極との接触面積を大きくなってカップリング比が向上し、プログラム速度及び消去速度を速くすることができる。 In the first embodiment, in order to increase the C 2, rather than the control gate electrode CG only the upper surface of the floating gate electrodes are formed also on both sides. Thereby, the contact area between the floating gate electrode FG and the control gate electrode is increased, the coupling ratio is improved, and the program speed and the erase speed can be increased.

また、第1の実施の形態では、絶縁層24が、フローティングゲート電極FGの側面に形成されたコントロールゲート電極CGの下面と半導体基板20内に形成されるドレイン11及びソース12との間に形成されるため、コントロールゲート電極CGの耐久性の劣化を防ぐこともできる。なお、絶縁層24の厚さは、コントロールゲート電極CGにデバイス動作上に必要な最大電圧を印加しても、第2絶縁膜25が破壊されないような厚さに設定される。   In the first embodiment, the insulating layer 24 is formed between the lower surface of the control gate electrode CG formed on the side surface of the floating gate electrode FG and the drain 11 and the source 12 formed in the semiconductor substrate 20. Therefore, it is possible to prevent deterioration of the durability of the control gate electrode CG. The thickness of the insulating layer 24 is set to such a thickness that the second insulating film 25 is not destroyed even when the maximum voltage necessary for device operation is applied to the control gate electrode CG.

[第1の実施の形態に係るフラッシュメモリ100の製造方法]
次に、図3A〜図3Cに示す第1の実施の形態に係るフラッシュメモリ100の製造方法について図4A〜図19A、図4B〜図19Bを用いて説明する。図4A〜図19Aは、図3AのA−A断面の製造フローであり、図4B〜図19Bは、図3AのB−B断面の製造フローである。なお、半導体基板20上に形成したパターンをマスクとして用いる自己整合(Self align)を例に説明する。
[Method of Manufacturing Flash Memory 100 According to First Embodiment]
Next, a method for manufacturing the flash memory 100 according to the first embodiment shown in FIGS. 3A to 3C will be described with reference to FIGS. 4A to 19A and FIGS. 4B to 19B. 4A to 19A are manufacturing flows of the AA cross section of FIG. 3A, and FIGS. 4B to 19B are manufacturing flows of the BB cross section of FIG. 3A. An example of self alignment using a pattern formed on the semiconductor substrate 20 as a mask will be described.

半導体基板20に不純物を注入して、不純物領域22(チャネル領域)を形成する(図4A、図4B)。   Impurities are implanted into the semiconductor substrate 20 to form impurity regions 22 (channel regions) (FIGS. 4A and 4B).

次に、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法、熱CVD法、光CVD法等を用いて半導体基板100の表面に第1絶縁膜23を形成する(図5A、図5B)。   Next, the first insulating film 23 is formed on the surface of the semiconductor substrate 100 by using a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a thermal CVD method, a photo CVD method, or the like (FIGS. 5A and 5B).

続いて、第1絶縁膜上にフローティングゲート電極FGとなる導電層101を堆積させる(図6A、図6B)。   Subsequently, a conductive layer 101 to be the floating gate electrode FG is deposited on the first insulating film (FIGS. 6A and 6B).

その後、導電層101上にストッパ材(例えば窒化シリコン膜)102を堆積させる(図7A、図7B)。なお、導電層101及びストッパ材102も第1絶縁膜23と同じようにプラズマCVD法、熱CVD法、光CVD法等を用いて形成することができる。   Thereafter, a stopper material (for example, a silicon nitride film) 102 is deposited on the conductive layer 101 (FIGS. 7A and 7B). Note that the conductive layer 101 and the stopper material 102 can also be formed by using a plasma CVD method, a thermal CVD method, a photo CVD method, or the like, like the first insulating film 23.

さらに、図示しないレジストパターンを用いて、異方性エッチング技術等により導電層101及びストッパ材102をエッチングし、フローティングゲート電極FGのパターンを形成する(図8A、図8B)。   Further, using a resist pattern (not shown), the conductive layer 101 and the stopper material 102 are etched by an anisotropic etching technique or the like to form a pattern of the floating gate electrode FG (FIGS. 8A and 8B).

そして、フローティングゲート電極FGをマスクとして、リン等のn型不純物を注入し、不純物拡散領域21(ドレイン11/ソース12)を形成する(図9A、図9B)。第1の実施の形態は、フローティングゲート電極FG及びコントロールゲート電極CGを積層した後に不純物を注入するのではなく、上述のように、フローティングゲート電極FGのみ積層した段階で不純物を注入する。よって、2層のゲート電極(フローティングゲート電極FG及びコントロールゲート電極CG)を積層した後に不純物を注入する場合より、マスクとするパターンの厚さが薄い段階で不純物を注入するため、フローティングゲート電極FGと不純物拡散領域21との位置ズレを少なく形成することができる。   Then, an n-type impurity such as phosphorus is implanted using the floating gate electrode FG as a mask to form the impurity diffusion region 21 (drain 11 / source 12) (FIGS. 9A and 9B). In the first embodiment, the impurity is not injected after the floating gate electrode FG and the control gate electrode CG are stacked, but the impurity is injected when only the floating gate electrode FG is stacked as described above. Therefore, since the impurity is implanted at a stage where the thickness of the pattern used as a mask is thinner than the case where the impurity is implanted after the two-layer gate electrodes (floating gate electrode FG and control gate electrode CG) are stacked, the floating gate electrode FG And the impurity diffusion region 21 can be formed with little positional deviation.

次に、プラズマCVD法、熱CVD法、光CVD法等を用いて半導体基板20の全面に絶縁層24を堆積させる(図10A、図10B)。   Next, the insulating layer 24 is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 20 by using a plasma CVD method, a thermal CVD method, a photo CVD method, or the like (FIGS. 10A and 10B).

続いて、CMP法(Chemical Mechanical Polishing)を用いて絶縁層24をストッパ材102の高さまで研磨する(図11A、図11B)。   Subsequently, the insulating layer 24 is polished to the height of the stopper material 102 by using a CMP method (Chemical Mechanical Polishing) (FIGS. 11A and 11B).

その後、エッチング技術を用いて、ストッパ材102を除去する(図12A、図12B)。   Thereafter, the stopper material 102 is removed using an etching technique (FIGS. 12A and 12B).

さらに、STI(Shallow Trench Isolation)技術等を用いて素子分離領域31を形成する(図13A、図13B)。なお、素子分離領域31の上面はフローティングゲート電極FGの上面より低くなるように調整する。   Further, the element isolation region 31 is formed using an STI (Shallow Trench Isolation) technique or the like (FIGS. 13A and 13B). The upper surface of the element isolation region 31 is adjusted to be lower than the upper surface of the floating gate electrode FG.

そして、異方性エッチング技術を用いて、絶縁層24をフローティングゲート電極FGよりも低くなるようエッチングする(図14A、図14B)。なお、この工程は素子分離領域31の形成と同時に行うことも可能である。この場合、絶縁層24を堆積させる前(図10前)、または フローティングゲート電極FGのパターンを形成する前(図8前)に 素子分離領域31を形成する。   Then, the insulating layer 24 is etched to be lower than the floating gate electrode FG using an anisotropic etching technique (FIGS. 14A and 14B). This step can be performed simultaneously with the formation of the element isolation region 31. In this case, the element isolation region 31 is formed before the insulating layer 24 is deposited (before FIG. 10) or before the pattern of the floating gate electrode FG is formed (before FIG. 8).

次に、半導体基板20の全面に第2絶縁膜(ゲート間絶縁膜)25を形成する(図15、図15B)。   Next, a second insulating film (inter-gate insulating film) 25 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 20 (FIGS. 15 and 15B).

続いて、第2絶縁膜25上にコントロールゲート電極CGとなる導電層103を堆積させる(図16A、図16B)。なお、第2絶縁膜及び導電層103は、プラズマCVD法、熱CVD法、光CVD法等を用いて形成することができる。   Subsequently, a conductive layer 103 to be the control gate electrode CG is deposited on the second insulating film 25 (FIGS. 16A and 16B). Note that the second insulating film and the conductive layer 103 can be formed by a plasma CVD method, a thermal CVD method, a photo CVD method, or the like.

その後、図示しないレジストパターンを用いて、異方性エッチング技術等により導電層103及び第2絶縁膜25をエッチングし、コントロールゲート電極CG及び第2絶縁膜25のパターンを形成する(図17A、図17B)。   Thereafter, using a resist pattern (not shown), the conductive layer 103 and the second insulating film 25 are etched by an anisotropic etching technique or the like to form a pattern of the control gate electrode CG and the second insulating film 25 (FIG. 17A, FIG. 17B).

さらに、プラズマCVD法、熱CVD法、光CVD法等を用いて半導体基板20の全面に第3絶縁膜26を形成する(図18A、図18B)。   Further, a third insulating film 26 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 20 by using a plasma CVD method, a thermal CVD method, a photo CVD method, or the like (FIGS. 18A and 18B).

そして、プラズマCVD法、熱CVD法、光CVD法等を用いて第3絶縁層26上に層間絶縁層27を堆積させた後CMP法を用いて上面を平坦化する(図19A、図19B)。   Then, an interlayer insulating layer 27 is deposited on the third insulating layer 26 using a plasma CVD method, a thermal CVD method, a photo CVD method, or the like, and then the upper surface is flattened using a CMP method (FIGS. 19A and 19B). .

以上に説明したように第1の実施の形態の製造方法によれば、マスクとなるゲートが低い段階で不純物を注入するため、フローティングゲート電極FGと不純物拡散領域21との位置ズレを少なく形成することができる。さらに、フローティングゲート電極FGの側面を利用してフローティングゲート電極FGとコントロールゲート電極CGとの接触面積を広く形成するため、カップリング比を向上することができる。   As described above, according to the manufacturing method of the first embodiment, the impurity is implanted when the gate serving as the mask is low, so that the positional deviation between the floating gate electrode FG and the impurity diffusion region 21 is reduced. be able to. Furthermore, since the contact area between the floating gate electrode FG and the control gate electrode CG is formed using the side surface of the floating gate electrode FG, the coupling ratio can be improved.

また、コントロールゲート電極CGと半導体基板20間に絶縁層24が形成されることにより、コントロールゲート電極CGに高電圧が加わった場合でもコントロールゲート電極と半導体基板20との絶縁破壊を防止することができる。   Further, by forming the insulating layer 24 between the control gate electrode CG and the semiconductor substrate 20, it is possible to prevent dielectric breakdown between the control gate electrode and the semiconductor substrate 20 even when a high voltage is applied to the control gate electrode CG. it can.

[第2の実施の形態に係るフラッシュメモリ100の具体的構成]
図20Aは第2の実施の形態に係るフラッシュメモリ100の上面図である。図20Bは図20AのA−A断面図である。図20Cは図20AのB−B断面図である。なお、図20A〜図20Cにおいて、第1の実施の形態と同一部分には同一符号が付されている。また、以下、第1の実施の形態と同一部分についての説明は省略する。第2の実施の形態に係るフラッシュメモリ100を構成するメモリセルアレイ10も、第1の実施の形態と同じようにNOR型で形成される。
[Specific Configuration of Flash Memory 100 According to Second Embodiment]
FIG. 20A is a top view of the flash memory 100 according to the second embodiment. 20B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 20A. 20C is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 20A. 20A to 20C, the same reference numerals are given to the same portions as those in the first embodiment. Hereinafter, description of the same parts as those of the first embodiment will be omitted. The memory cell array 10 constituting the flash memory 100 according to the second embodiment is also formed of a NOR type as in the first embodiment.

図20Bに示すように、第2の実施の形態の構成は、第2絶縁膜25がフローティングゲート電極FGの上面及び第1方向における側面から第1絶縁膜23の上面に至るまで形成され、フローティングゲート電極FGを覆うように形成されるコントロールゲート電極CGの第1方向における側面部分が、第1絶縁膜23上に形成される第2絶縁膜25の表面にまで達するように形成される。すなわち、フローティングゲート電極FGの上面及び側面のほぼ全てを覆うようにコントロールゲート電極CGが形成される。よって、第1の実施の形態で形成される絶縁層24は、第2の実施の形態では形成されない。   As shown in FIG. 20B, the configuration of the second embodiment is such that the second insulating film 25 is formed from the upper surface of the floating gate electrode FG and the side surface in the first direction to the upper surface of the first insulating film 23, and is floating. The side surface portion in the first direction of the control gate electrode CG formed so as to cover the gate electrode FG is formed so as to reach the surface of the second insulating film 25 formed on the first insulating film 23. That is, the control gate electrode CG is formed so as to cover almost the entire upper surface and side surfaces of the floating gate electrode FG. Therefore, the insulating layer 24 formed in the first embodiment is not formed in the second embodiment.

第2の実施の形態に係るフラッシュメモリ100の構成は、上述の点のみが第1の実施の形態とは異なり、その他は第1の実施の形態と同一となる。   The configuration of the flash memory 100 according to the second embodiment is different from that of the first embodiment only in the above points, and is otherwise the same as that of the first embodiment.

第1の実施の形態で説明したように、絶縁層24に必要な厚さは、第2絶縁膜25の耐圧によって決まる。よって、コントロールゲート電極CGに印加する最大電圧と第2絶縁膜の耐圧との関係によっては、絶縁層24が不要となる場合もある。図20A〜図20Cに示す第2の実施の形態は、上記のような絶縁層24が不要な場合の実施の形態である。   As described in the first embodiment, the thickness required for the insulating layer 24 is determined by the breakdown voltage of the second insulating film 25. Therefore, depending on the relationship between the maximum voltage applied to the control gate electrode CG and the breakdown voltage of the second insulating film, the insulating layer 24 may be unnecessary. The second embodiment shown in FIGS. 20A to 20C is an embodiment in which the insulating layer 24 as described above is unnecessary.

第2の実施の形態の構成は、上述のようにコントロールゲート電極CGの側面部分が、第1絶縁膜23の上面に形成される第2絶縁膜25の表面まで達するように形成される。したがって、第2の実施の形態は、第1の実施の形態の構成よりもフローティングゲート電極FGとコントロールゲート電極CGの接触面積が大きく形成するため、第1の実施の形態よりもカップリング比を高く形成することができる。   The configuration of the second embodiment is formed so that the side surface portion of the control gate electrode CG reaches the surface of the second insulating film 25 formed on the upper surface of the first insulating film 23 as described above. Therefore, in the second embodiment, the contact area between the floating gate electrode FG and the control gate electrode CG is formed to be larger than that of the configuration of the first embodiment, so that the coupling ratio is higher than that of the first embodiment. Highly formed.

[第2の実施の形態に係るフラッシュメモリ100の製造方法]
次に、図20A〜図20Cに示す第2の実施の形態に係るフラッシュメモリ100の製造方法について図21A〜図26A、図21B〜図26Bを用いて説明する。図21A〜図26Aは、図20AのA−A断面の製造フローであり、図21B〜図26Bは、図20AのB−B断面の製造フローである。なお、図21A〜図26A及び図21B〜図26Bにおいて、第1の実施の形態と同一部分には同一符号が付されている。また、第1の実施の形態と同じように、半導体基板20上に形成したパターンをマスクとして用いる自己整合(Self align)を例に説明し、第1の実施の形態と同一工程については説明を省略する。
[Method of Manufacturing Flash Memory 100 According to Second Embodiment]
Next, a method for manufacturing the flash memory 100 according to the second embodiment shown in FIGS. 20A to 20C will be described with reference to FIGS. 21A to 26A and FIGS. 21B to 26B. FIGS. 21A to 26A are manufacturing flows of the AA cross section of FIG. 20A, and FIGS. 21B to 26B are manufacturing flows of the BB cross section of FIG. 20A. In FIGS. 21A to 26A and FIGS. 21B to 26B, the same parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals. In addition, as in the first embodiment, self alignment using a pattern formed on the semiconductor substrate 20 as a mask will be described as an example, and the same steps as those in the first embodiment will be described. Omitted.

図4A〜図6A及び図4B〜図6Bまでの工程は、第1の実施の形態と同一のため説明を省略する。   The steps from FIG. 4A to FIG. 6A and FIG. 4B to FIG.

次に、STI技術等を用いて素子分離領域31を形成する(図21A、図21B)。なお、素子分離領域31の上面はフローティングゲート電極FGの上面より低くなるように調整する。   Next, the element isolation region 31 is formed using the STI technique or the like (FIGS. 21A and 21B). The upper surface of the element isolation region 31 is adjusted to be lower than the upper surface of the floating gate electrode FG.

続いて、図示しないレジストパターンを用いて、異方性エッチング技術等により導電層101をエッチングし、フローティングゲート電極FGのパターンを形成する(図22A、図22B)。   Subsequently, using a resist pattern (not shown), the conductive layer 101 is etched by an anisotropic etching technique or the like to form a pattern of the floating gate electrode FG (FIGS. 22A and 22B).

その後、フローティングゲート電極FGをマスクとして、リン等のn型不純物を注入し、不純物拡散領域21(ドレイン11/ソース12)を形成する(図23A、図23B)。第2の実施の形態も第1の実施の形態と同じように、フローティングゲート電極FG及びコントロールゲート電極CGを積層した後に不純物を注入するのではなく、上述のように、フローティングゲート電極FGのみ積層した段階で不純物を注入する。よって、2層のゲート電極(フローティングゲート電極FG及びコントロールゲート電極CG)を積層した後に不純物を注入する場合より、マスクとするパターンの厚さが薄い段階で不純物を注入するため、フローティングゲート電極FGと不純物拡散領域21との位置ズレを少なく形成することができる。   Thereafter, an n-type impurity such as phosphorus is implanted using the floating gate electrode FG as a mask to form an impurity diffusion region 21 (drain 11 / source 12) (FIGS. 23A and 23B). In the second embodiment, as in the first embodiment, the floating gate electrode FG and the control gate electrode CG are not stacked and then impurities are not implanted, but only the floating gate electrode FG is stacked as described above. Impurities are implanted at this stage. Therefore, since the impurity is implanted at a stage where the thickness of the mask pattern is thinner than when the impurity is implanted after the two layers of gate electrodes (floating gate electrode FG and control gate electrode CG) are stacked, the floating gate electrode FG And the impurity diffusion region 21 can be formed with little positional deviation.

さらに、半導体基板20の全面に第2絶縁膜25を形成する(図24A、図24B)。   Further, a second insulating film 25 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 20 (FIGS. 24A and 24B).

そして、第2絶縁膜25上にコントロールゲート電極CGとなる導電層103を堆積させる(図25A、図25B)。なお、第2絶縁膜25及び導電層103は、プラズマCVD法、熱CVD法、光CVD法等を用いて形成することができる。   Then, a conductive layer 103 to be the control gate electrode CG is deposited on the second insulating film 25 (FIGS. 25A and 25B). Note that the second insulating film 25 and the conductive layer 103 can be formed by a plasma CVD method, a thermal CVD method, a photo CVD method, or the like.

次に、図示しないレジストパターンを用いて、異方性エッチング技術等により導電層103及び第2絶縁膜25をエッチングし、コントロールゲート電極CG及び第2絶縁膜25のパターンを形成する(図26A、図26B)。   Next, using a resist pattern (not shown), the conductive layer 103 and the second insulating film 25 are etched by an anisotropic etching technique or the like to form a pattern of the control gate electrode CG and the second insulating film 25 (FIG. 26A, FIG. 26B).

以降は、第1の実施の形態(図18A〜図19A及び図18B〜図19B)と同一の工程のため説明を省略する。   Since the subsequent steps are the same as those of the first embodiment (FIGS. 18A to 19A and 18B to 19B), the description thereof is omitted.

以上に説明したように第2の実施の形態の製造方法によれば、マスクとなるゲートが低い段階で不純物を注入するため、フローティングゲート電極FGと不純物拡散領域21との位置ズレを少なく形成することができる。さらに、フローティングゲート電極FGの側面を利用してフローティングゲート電極FGとコントロールゲート電極CGとの接触面積を広く形成するため、第1の実施の形態よりもカップリング比を向上することができる。   As described above, according to the manufacturing method of the second embodiment, impurities are implanted when the gate serving as a mask is low, so that the positional deviation between the floating gate electrode FG and the impurity diffusion region 21 is reduced. be able to. Further, since the contact area between the floating gate electrode FG and the control gate electrode CG is formed using the side surface of the floating gate electrode FG, the coupling ratio can be improved as compared with the first embodiment.

[第3の実施の形態に係るフラッシュメモリ100の具体的構成]
図27Aは第3の実施の形態に係るフラッシュメモリ100の上面図である。図27Bは図27AのA−A断面図である。図27Cは図27AのB−B断面図である。なお、図27A〜図27Cにおいて、第1の実施の形態と同一部分には同一符号が付されている。また、以下、第1の実施の形態と同一部分についての説明は省略する。第3の実施の形態に係るフラッシュメモリ100を構成するメモリセルアレイ10も第1の実施の形態と同じようにNOR型で形成される。
[Specific Configuration of Flash Memory 100 According to Third Embodiment]
FIG. 27A is a top view of the flash memory 100 according to the third embodiment. 27B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 27A. 27C is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 27A. In FIGS. 27A to 27C, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. Hereinafter, description of the same parts as those of the first embodiment will be omitted. The memory cell array 10 constituting the flash memory 100 according to the third embodiment is also formed of a NOR type as in the first embodiment.

図27Bに示すように、第3の実施の形態は、不純物拡散領域21が第1不純物拡散領域21Aと第2不純物拡散領域21Bとからなる。さらに、フローティングゲート電極FGは、下層フローティングゲート電極FG1と第1方向において下層フローティングゲート電極FG1よりも幅を広く形成され且つ下層フローティングゲート電極FG1の上面に形成される上層フローティングゲート電極FG2とからなる。また、下層フローティングゲート電極FG1の第1方向における両側面にはスペーサ絶縁膜104が形成される。そして、コントロールゲート電極CGは、フローティングゲート電極FGを覆うように形成されず、第1方向において上層フローティングゲート電極FG2と同じ幅で形成され、第2絶縁膜25を介して積層される。なお、以下、本実施の形態のフローティングゲート電極FG及びコントロールゲート電極CGの形状を説明の都合上“T型”と称する。   As shown in FIG. 27B, in the third embodiment, the impurity diffusion region 21 includes a first impurity diffusion region 21A and a second impurity diffusion region 21B. Furthermore, the floating gate electrode FG includes a lower floating gate electrode FG1 and an upper floating gate electrode FG2 formed wider in the first direction than the lower floating gate electrode FG1 and formed on the upper surface of the lower floating gate electrode FG1. . In addition, spacer insulating films 104 are formed on both side surfaces of the lower floating gate electrode FG1 in the first direction. The control gate electrode CG is not formed so as to cover the floating gate electrode FG, is formed with the same width as the upper floating gate electrode FG2 in the first direction, and is stacked via the second insulating film 25. Hereinafter, the shapes of the floating gate electrode FG and the control gate electrode CG of the present embodiment are referred to as “T type” for convenience of description.

第3の実施の形態に係るフラッシュメモリ100の構成は、上述の点のみが第1の実施の形態とは異なり、その他は第1の実施の形態と同一となる。   The configuration of the flash memory 100 according to the third embodiment is different from that of the first embodiment only in the above points, and is otherwise the same as that of the first embodiment.

第1不純物拡散領域21Aは、図27Bに示すように、前記下層フローティングゲート電極と整合するように形成され、LDD(Lightly Doped Drain)構造のエクステンション部分となる。   As shown in FIG. 27B, the first impurity diffusion region 21A is formed so as to be aligned with the lower floating gate electrode, and becomes an extension portion of an LDD (Lightly Doped Drain) structure.

第2不純物拡散領域21Bは、前記スペーサ絶縁膜と整合するように形成され、ドレイン11又はソース12となる。   The second impurity diffusion region 21B is formed so as to be aligned with the spacer insulating film and serves as the drain 11 or the source 12.

また、第1不純物拡散領域21Aの不純物濃度(第1の不純物濃度)は、第2不純物拡散領域21Bの不純物濃度(第2の不純物濃度)よりも不純物の濃度を低く形成される。このように、ドレイン11又はソース12とフローティングゲート電極FGとの境界部分に不純物濃度の低い第1不純物拡散領域21Aを配設するLDD構造は、トランジスタの短チャネル効果を抑制する等の効果がある。   The impurity concentration (first impurity concentration) of the first impurity diffusion region 21A is formed to be lower than the impurity concentration (second impurity concentration) of the second impurity diffusion region 21B. As described above, the LDD structure in which the first impurity diffusion region 21A having a low impurity concentration is disposed at the boundary between the drain 11 or the source 12 and the floating gate electrode FG has an effect of suppressing the short channel effect of the transistor. .

さらに、図27Bに示すように、第3の実施の形態は、幅を広く形成した上層フローティングゲート電極FG2上にコントロールゲート電極CGが形成される。   Further, as shown in FIG. 27B, in the third embodiment, the control gate electrode CG is formed on the upper floating gate electrode FG2 having a large width.

このように、フローティングゲート電極FG及びコントロールゲート電極を“T型”で形成することにより、LDD構造を形成する際に必要なスペーサ絶縁膜104は、“T”の傘の中に形成されるため除去する必要がなくなる。すなわち、スペーサ絶縁膜104の下層フローティングゲート電極FG1と接する側と反対側の端部は上層フローティングゲート電極FG2の端部よりも内側にある。よって、スペーサ絶縁膜104は除去しやすい材料で形成されなければならない、という限定事項がなくなり、スペーサ絶縁膜104の材料選択性を広くすることができる。   Thus, by forming the floating gate electrode FG and the control gate electrode in the “T type”, the spacer insulating film 104 necessary for forming the LDD structure is formed in the “T” umbrella. No need to remove. That is, the end of the spacer insulating film 104 opposite to the side in contact with the lower floating gate electrode FG1 is inside the end of the upper floating gate electrode FG2. Therefore, the limitation that the spacer insulating film 104 must be formed using a material that can be easily removed is eliminated, and the material selectivity of the spacer insulating film 104 can be widened.

以上に説明したように第3の実施の形態は、短チャネル効果の抑制、製造工程の削減、及び材料選択性を広くすることができる。   As described above, the third embodiment can suppress the short channel effect, reduce the number of manufacturing steps, and widen the material selectivity.

[第3の実施の形態に係るフラッシュメモリ100の製造方法]
次に、図27A〜図27Cに示す第3の実施の形態に係るフラッシュメモリ100の製造方法について図28A〜図39A、図28B〜図39Bを用いて説明する。図28A〜図39Aは、図27AのA−A断面の製造フローであり、図28B〜図39Bは、図27AのB−B断面の製造フローである。
なお、図28A〜図39A及び図28B〜図39Bにおいて、第1の実施の形態と同一部分には同一符号が付されている。また、第1の実施の形態と同じように、半導体基板20上に形成したパターンをマスクとして用いる自己整合(Self align)を例に説明し、第1の実施の形態と同一工程については説明を省略する。
[Manufacturing Method of Flash Memory 100 According to Third Embodiment]
Next, a method for manufacturing the flash memory 100 according to the third embodiment shown in FIGS. 27A to 27C will be described with reference to FIGS. 28A to 39A and FIGS. 28B to 39B. FIGS. 28A to 39A are manufacturing flows of the AA cross section of FIG. 27A, and FIGS. 28B to 39B are manufacturing flows of the BB cross section of FIG. 27A.
In FIGS. 28A to 39A and FIGS. 28B to 39B, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. In addition, as in the first embodiment, self alignment using a pattern formed on the semiconductor substrate 20 as a mask will be described as an example, and the same steps as those in the first embodiment will be described. Omitted.

図4A〜図8A及び図4B〜図8Bまでの工程は、第1の実施の形態と同一のため説明を省略する。ただし、第3の実施の形態では、図8A、図8Bに示す工程において第1絶縁膜23上に形成されるのは、下層フローティングゲート電極FG1となる。   The steps from FIG. 4A to FIG. 8A and FIG. 4B to FIG. However, in the third embodiment, the lower floating gate electrode FG1 is formed on the first insulating film 23 in the steps shown in FIGS. 8A and 8B.

次に、下層フローティングゲート電極FG1をマスクとして、リン等のn型不純物を注入し、第1不純物拡散領域21Aを形成する(図28A、図28B)。なお、第1不純物拡散領域21Aは、不純物濃度(第1の不純物濃度)の薄いn型の不純物拡散領域となるよう、注入するリン等の濃度を薄くしたり、注入時間を短くしたりして行われる。 Next, using the lower floating gate electrode FG1 as a mask, an n-type impurity such as phosphorus is implanted to form a first impurity diffusion region 21A (FIGS. 28A and 28B). The first impurity diffusion region 21A has a low concentration of phosphorus or the like to be implanted, or the implantation time is shortened so that it becomes an n -type impurity diffusion region with a low impurity concentration (first impurity concentration). Done.

続いて、プラズマCVD法、熱CVD法、光CVD法等を用いて半導体基板20の全面にスペーサ絶縁膜104(例えば窒化シリコン)を堆積させる(図29A、図29B)。   Subsequently, a spacer insulating film 104 (for example, silicon nitride) is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 20 using a plasma CVD method, a thermal CVD method, a photo CVD method, or the like (FIGS. 29A and 29B).

その後、異方性エッチング技術等によりスペーサ絶縁膜104をエッチングし下層フローティングゲート電極FG1の側面にスペーサ絶縁膜104を形成する(図30A、図30B)。   Thereafter, the spacer insulating film 104 is etched by an anisotropic etching technique or the like to form the spacer insulating film 104 on the side surface of the lower floating gate electrode FG1 (FIGS. 30A and 30B).

さらに、下層フローティングゲート電極FG1及びスペーサ絶縁膜104をマスクとして、リン等のn型不純物を注入し、第2不純物拡散領域21B(ドレイン11/ソース12)を形成する(図31A、図31B)。なお、第2不純物拡散領域21Bは、不純物濃度(第2の不純物濃度)が第1不純物拡散領域21Aの不純物濃度(第1の不純物濃度)よりも濃いn型の不純物拡散領域となるよう、注入するリン等の濃度を濃くしたり、注入時間を長くしたりして行われる。 Further, using the lower floating gate electrode FG1 and the spacer insulating film 104 as a mask, an n-type impurity such as phosphorus is implanted to form a second impurity diffusion region 21B (drain 11 / source 12) (FIGS. 31A and 31B). The second impurity diffusion region 21B is an n + -type impurity diffusion region in which the impurity concentration (second impurity concentration) is higher than the impurity concentration (first impurity concentration) of the first impurity diffusion region 21A. The concentration of phosphorus or the like to be injected is increased, or the injection time is lengthened.

第3の実施の形態も第1の実施の形態と同じように、フローティングゲート電極FG及びコントロールゲート電極CGを積層した後に不純物を注入するのではなく、上述のように、フローティングゲート電極FGのみ積層した段階で不純物を注入する。よって、2層のゲート電極(フローティングゲート電極FG及びコントロールゲート電極CG)を積層した後に不純物を注入する場合より、マスクとするパターンの厚さが薄い段階で不純物を注入するため、フローティングゲート電極FGと不純物拡散領域21との位置ズレを少なく形成することができる。   In the third embodiment, as in the first embodiment, the floating gate electrode FG and the control gate electrode CG are not stacked and then impurities are not implanted, but only the floating gate electrode FG is stacked as described above. Impurities are implanted at this stage. Therefore, since the impurity is implanted at a stage where the thickness of the mask pattern is thinner than when the impurity is implanted after the two layers of gate electrodes (floating gate electrode FG and control gate electrode CG) are stacked, the floating gate electrode FG And the impurity diffusion region 21 can be formed with little positional deviation.

そして、プラズマCVD法、熱CVD法、光CVD法等を用いて半導体基板20の全面に絶縁層24を堆積する(図32A、図32B)。   Then, an insulating layer 24 is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 20 by using a plasma CVD method, a thermal CVD method, a photo CVD method, or the like (FIGS. 32A and 32B).

次に、CMP法を用いて絶縁層24をストッパ材102の高さまで研磨する(図33A、図33B)。   Next, the insulating layer 24 is polished to the height of the stopper material 102 using CMP (FIGS. 33A and 33B).

続いて、エッチング技術を用いて、ストッパ材102を除去する(図34A、図34B)。   Subsequently, the stopper material 102 is removed by using an etching technique (FIGS. 34A and 34B).

その後、プラズマCVD法、熱CVD法、光CVD法等を用いて、半導体基板20の全面に上層フローティングゲート電極FG2となる導電層105を堆積させる(図35A、図35B)。   Thereafter, a conductive layer 105 to be the upper floating gate electrode FG2 is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 20 by using a plasma CVD method, a thermal CVD method, a photo CVD method, or the like (FIGS. 35A and 35B).

さらに、STI技術等を用いて素子分離領域31を形成する(図36A、図36B)。なお、素子分離領域31の上面は上層フローティングゲート電極FG2の上面より低くなるように調整する。また、素子分離領域31の上面は下層フローティングゲート電極FG1の上面よりも低くすることも可能である。   Further, the element isolation region 31 is formed by using the STI technique or the like (FIGS. 36A and 36B). The upper surface of the element isolation region 31 is adjusted to be lower than the upper surface of the upper floating gate electrode FG2. Further, the upper surface of the element isolation region 31 can be made lower than the upper surface of the lower floating gate electrode FG1.

そして、半導体基板20の全面に第2絶縁膜(ゲート間絶縁膜)25を形成する(図37A、図37B)。   Then, a second insulating film (inter-gate insulating film) 25 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 20 (FIGS. 37A and 37B).

次に、第2絶縁膜25上にコントロールゲート電極CGとなる導電層103を堆積する(図38A、図38B)。なお、第2絶縁膜25及び導電層103は、プラズマCVD法、熱CVD法、光CVD法等を用いて形成することができる。   Next, a conductive layer 103 to be the control gate electrode CG is deposited on the second insulating film 25 (FIGS. 38A and 38B). Note that the second insulating film 25 and the conductive layer 103 can be formed by a plasma CVD method, a thermal CVD method, a photo CVD method, or the like.

続いて、図示しないレジストパターンを用いて、異方性エッチング技術等により導電層103、105及び第2絶縁膜25をエッチングし、上層フローティングゲート電極FG2、コントロールゲート電極CG、及び第2絶縁膜25のパターンを形成する(図39A、図39B)。   Subsequently, the conductive layers 103 and 105 and the second insulating film 25 are etched by an anisotropic etching technique or the like using a resist pattern (not shown), and the upper floating gate electrode FG2, the control gate electrode CG, and the second insulating film 25 are etched. Pattern is formed (FIGS. 39A and 39B).

以降は、第1の実施の形態(図18A〜図19A及び図18B〜図19B)と同一の工程のため説明を省略する。   Since the subsequent steps are the same as those of the first embodiment (FIGS. 18A to 19A and 18B to 19B), the description thereof is omitted.

以上に説明したように第3の実施の形態の製造方法によれば、マスクとなるゲートが低い段階で不純物を注入するため、フローティングゲート電極FGと不純物拡散領域21との位置ズレを少なく形成することができる。また、フローティングゲート電極及びコントロールゲート電極をT型で形成するため、スペーサ絶縁膜104の除去が不要であり製造工程の削減、及び材料選択性を広くすることができる。さらに、LDD構造で形成されるため、短チャネル効果を抑制することができる。   As described above, according to the manufacturing method of the third embodiment, since the impurity is implanted when the gate serving as the mask is low, the misalignment between the floating gate electrode FG and the impurity diffusion region 21 is reduced. be able to. In addition, since the floating gate electrode and the control gate electrode are formed in a T shape, it is not necessary to remove the spacer insulating film 104, and the manufacturing process can be reduced and the material selectivity can be increased. Furthermore, since it is formed with an LDD structure, the short channel effect can be suppressed.

[その他]
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更、置換等が可能である。たとえば、上記の実施の形態では、フラッシュメモリ100はNOR型で形成されたが、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、図40に示すようなNAND型、DINOR型(図示略)、AND型(図示略)等に用いてもよい。
[Others]
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this, and various changes, substitutions, and the like are possible without departing from the spirit of the invention. For example, in the above embodiment, the flash memory 100 is formed in the NOR type. However, the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention includes a NAND type, a DINOR type (not shown), and an AND type as shown in FIG. (Not shown) may be used.

この発明の一実施の形態による不揮発性半導体記憶装置100の主要部の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a main part of a nonvolatile semiconductor memory device 100 according to an embodiment of the present invention. 同不揮発性半導体記憶装置100を構成するメモリセルアレイ10の一部回路図である。2 is a partial circuit diagram of a memory cell array 10 included in the nonvolatile semiconductor memory device 100. FIG. 図2に示すメモリセルアレイ10の一部上面図である。FIG. 3 is a partial top view of the memory cell array 10 shown in FIG. 2. 図3AのA−A断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 3A. 図3AのB−B断面図である。It is BB sectional drawing of FIG. 3A. 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。FIG. 6A is a diagram showing the manufacturing method of the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (AA sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。FIG. 3B is a diagram showing the method for manufacturing the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (B-B cross-sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。FIG. 6A is a diagram showing the manufacturing method of the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (AA sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。FIG. 3B is a diagram showing the method for manufacturing the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (B-B cross-sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。FIG. 6A is a diagram showing the manufacturing method of the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (AA sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。FIG. 3B is a diagram showing the method for manufacturing the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (B-B cross-sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。FIG. 6A is a diagram showing the manufacturing method of the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (AA sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。FIG. 3B is a diagram showing the method for manufacturing the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (B-B cross-sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。FIG. 6A is a diagram showing the manufacturing method of the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (AA sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。FIG. 3B is a diagram showing the method for manufacturing the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (B-B cross-sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。FIG. 6A is a diagram showing the manufacturing method of the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (AA sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。FIG. 3B is a diagram showing the method for manufacturing the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (B-B cross-sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。FIG. 6A is a diagram showing the manufacturing method of the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (AA sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。FIG. 3B is a diagram showing the method for manufacturing the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (B-B cross-sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。FIG. 6A is a diagram showing the manufacturing method of the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (AA sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。FIG. 3B is a diagram showing the method for manufacturing the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (B-B cross-sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。FIG. 6A is a diagram showing the manufacturing method of the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (AA sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。FIG. 3B is a diagram showing the method for manufacturing the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (B-B cross-sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。FIG. 6A is a diagram showing the manufacturing method of the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (AA sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。FIG. 3B is a diagram showing the method for manufacturing the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (B-B cross-sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。FIG. 6A is a diagram showing the manufacturing method of the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (AA sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。FIG. 3B is a diagram showing the method for manufacturing the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (B-B cross-sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。FIG. 6A is a diagram showing the manufacturing method of the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (AA sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。FIG. 3B is a diagram showing the method for manufacturing the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (B-B cross-sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。FIG. 6A is a diagram showing the manufacturing method of the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (AA sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。FIG. 3B is a diagram showing the method for manufacturing the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (B-B cross-sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。FIG. 6A is a diagram showing the manufacturing method of the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (AA sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。FIG. 3B is a diagram showing the method for manufacturing the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (B-B cross-sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。FIG. 6A is a diagram showing the manufacturing method of the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (AA sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。FIG. 3B is a diagram showing the method for manufacturing the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (B-B cross-sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。FIG. 6A is a diagram showing the manufacturing method of the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (AA sectional view). 同不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。FIG. 3B is a diagram showing the method for manufacturing the same nonvolatile semiconductor memory device 100 (B-B cross-sectional view). 第2の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100を構成するメモリセルアレイ10の一部上面図である。4 is a partial top view of a memory cell array 10 included in a nonvolatile semiconductor memory device 100 according to a second embodiment. FIG. 図20AのA−A断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 20A. 図20AのB−B断面図である。It is BB sectional drawing of FIG. 20A. 第2の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 2nd Embodiment (AA sectional drawing). 第2の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 2nd Embodiment (BB sectional drawing). 第2の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 2nd Embodiment (AA sectional drawing). 第2の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 2nd Embodiment (BB sectional drawing). 第2の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 2nd Embodiment (AA sectional drawing). 第2の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 2nd Embodiment (BB sectional drawing). 第2の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 2nd Embodiment (AA sectional drawing). 第2の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 2nd Embodiment (BB sectional drawing). 第2の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 2nd Embodiment (AA sectional drawing). 第2の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 2nd Embodiment (BB sectional drawing). 第2の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 2nd Embodiment (AA sectional drawing). 第2の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 2nd Embodiment (BB sectional drawing). 第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100を構成するメモリセルアレイ10の一部上面図である。FIG. 6 is a partial top view of a memory cell array 10 included in a nonvolatile semiconductor memory device 100 according to a third embodiment. 図27AのA−A断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 27A. 図27AのB−B断面図である。It is BB sectional drawing of FIG. 27A. 第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 3rd Embodiment (AA sectional drawing). 第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 3rd Embodiment (BB sectional drawing). 第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 3rd Embodiment (AA sectional drawing). 第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 3rd Embodiment (BB sectional drawing). 第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 3rd Embodiment (AA sectional drawing). 第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 3rd Embodiment (BB sectional drawing). 第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 3rd Embodiment (AA sectional drawing). 第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 3rd Embodiment (BB sectional drawing). 第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 3rd Embodiment (AA sectional drawing). 第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 3rd Embodiment (BB sectional drawing). 第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 3rd Embodiment (AA sectional drawing). 第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 3rd Embodiment (BB sectional drawing). 第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 3rd Embodiment (AA sectional drawing). 第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 3rd Embodiment (BB sectional drawing). 第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 3rd Embodiment (AA sectional drawing). 第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 3rd Embodiment (BB sectional drawing). 第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 3rd Embodiment (AA sectional drawing). 第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 3rd Embodiment (BB sectional drawing). 第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 3rd Embodiment (AA sectional drawing). 第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 3rd Embodiment (BB sectional drawing). 第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 3rd Embodiment (AA sectional drawing). 第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 3rd Embodiment (BB sectional drawing). 第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(A−A断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 3rd Embodiment (AA sectional drawing). 第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置100の製造方法を示す図である(B−B断面図)。It is a figure which shows the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device 100 of 3rd Embodiment (BB sectional drawing). メモリセルアレイ10の他の構成を示す図である。3 is a diagram showing another configuration of the memory cell array 10. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10…メモリセルアレイ、11…ドレイン、12…ソース、20…半導体基板、21…不純物拡散領域、21A…低濃度の不純物拡散領域、21B…高濃度の不純物拡散領域、22…不純物領域(チャネル)、23…第1絶縁膜、24…絶縁層、25…第2絶縁膜、26…第3絶縁膜、27…層間絶縁層、28…ドレインコンタクト、29…ソースコンタクト、30…ロウデコーダ、31…素子分離領域、40…カラムデコーダ、50…アドレスバッファ、60…読み出し回路、70…出力バッファ、80…書き込み回路、90…入力バッファ、100…フラッシュメモリ、101、103、105…導電層、102…ストッパ材、104…スペーサ絶縁膜。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Memory cell array, 11 ... Drain, 12 ... Source, 20 ... Semiconductor substrate, 21 ... Impurity diffusion region, 21A ... Low concentration impurity diffusion region, 21B ... High concentration impurity diffusion region, 22 ... Impurity region (channel), DESCRIPTION OF SYMBOLS 23 ... 1st insulating film, 24 ... Insulating layer, 25 ... 2nd insulating film, 26 ... 3rd insulating film, 27 ... Interlayer insulating layer, 28 ... Drain contact, 29 ... Source contact, 30 ... Row decoder, 31 ... Element Separation region, 40 ... column decoder, 50 ... address buffer, 60 ... read circuit, 70 ... output buffer, 80 ... write circuit, 90 ... input buffer, 100 ... flash memory, 101, 103, 105 ... conductive layer, 102 ... stopper Material 104: spacer insulating film.

Claims (5)

半導体基板と、
前記半導体基板に形成される複数の不純物拡散領域と、
前記半導体基板上に形成される絶縁膜と、
隣り合う前記不純物拡散領域の間の前記半導体基板上に前記絶縁膜を介して形成されるフローティングゲート電極と、
前記フローティングゲートの上面及び側面に形成されるゲート間絶縁膜と、
前記ゲート間絶縁膜を介して前記フローティングゲート電極の上面及び両側面と接するように形成されるコントロールゲート電極と
を備えることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A semiconductor substrate;
A plurality of impurity diffusion regions formed in the semiconductor substrate;
An insulating film formed on the semiconductor substrate;
A floating gate electrode formed on the semiconductor substrate between the adjacent impurity diffusion regions via the insulating film;
An inter-gate insulating film formed on an upper surface and a side surface of the floating gate;
A non-volatile semiconductor memory device comprising: a control gate electrode formed so as to be in contact with an upper surface and both side surfaces of the floating gate electrode through the inter-gate insulating film.
前記フローティングゲート電極の両側面に形成される前記コントロールゲート電極の底面部分と前記半導体基板上の前記絶縁膜との間には絶縁層が形成され、
前記コントロールゲート電極の底面部分と前記絶縁層との間には前記ゲート間絶縁膜が形成される
ことを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。
An insulating layer is formed between a bottom surface portion of the control gate electrode formed on both side surfaces of the floating gate electrode and the insulating film on the semiconductor substrate,
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the inter-gate insulating film is formed between a bottom surface portion of the control gate electrode and the insulating layer.
前記ゲート間絶縁膜は、前記半導体基板上の前記絶縁膜と前記コントロールゲート電極の底面との間に形成される
ことを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the inter-gate insulating film is formed between the insulating film on the semiconductor substrate and a bottom surface of the control gate electrode.
半導体基板と、
前記半導体基板に形成される複数の不純物拡散領域と、
前記半導体基板上に形成される絶縁膜と、
隣り合う前記不純物拡散領域の間の前記半導体基板上に前記絶縁膜を介して形成される下層フローティングゲート電極と、
前記下層フローティングゲート電極よりも幅を広く形成され、前記下層フローティングゲート電極の上面に形成される上層フローティングゲート電極と、
前記上層フローティングゲート電極の上面に形成されるゲート間絶縁膜と、
前記下層フローティングゲート電極の両側面に形成されるスペーサ絶縁膜と、
前記ゲート間絶縁膜を介して前記上層フローティングゲート電極の上面と接するように形成されるコントロールゲート電極と
を備え、
前記不純物拡散領域は、第1の不純物濃度を有する第1不純物拡散領域と前記第1の不純物濃度よりも大きい第2の不純物濃度を有する第2不純物拡散領域とからなり、
前記第1不純物拡散領域は、前記下層フローティングゲート電極に整合するように形成され、
前記第2不純物拡散領域は、前記スペーサ絶縁膜に整合するように形成される
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A semiconductor substrate;
A plurality of impurity diffusion regions formed in the semiconductor substrate;
An insulating film formed on the semiconductor substrate;
A lower floating gate electrode formed on the semiconductor substrate between the adjacent impurity diffusion regions via the insulating film;
An upper floating gate electrode formed wider than the lower floating gate electrode and formed on the upper surface of the lower floating gate electrode;
An intergate insulating film formed on the upper surface of the upper floating gate electrode;
Spacer insulating films formed on both side surfaces of the lower floating gate electrode;
A control gate electrode formed so as to be in contact with the upper surface of the upper floating gate electrode via the inter-gate insulating film,
The impurity diffusion region comprises a first impurity diffusion region having a first impurity concentration and a second impurity diffusion region having a second impurity concentration higher than the first impurity concentration.
The first impurity diffusion region is formed to match the lower floating gate electrode,
The non-volatile semiconductor memory device, wherein the second impurity diffusion region is formed so as to be aligned with the spacer insulating film.
半導体基板上にフローティングゲート電極を形成する工程と、
前記半導体基板に前記フローティングゲート電極をマスクとして不純物を注入することにより、不純物拡散領域を形成する工程と、
前記半導体基板上及び前記フローティングゲート電極上に絶縁層を堆積させる工程と、
前記絶縁層を前記フローティングゲート電極の上面よりも低くなるよう加工する工程と、
前記半導体基板全面にゲート間絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート間絶縁膜上にコントロールゲート電極を形成する工程と、
前記コントロールゲート電極及び前記ゲート間絶縁膜をエッチングすることにより、前記コントロール電極及び前記ゲート間絶縁膜のパターンを形成する工程と
を備えることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
Forming a floating gate electrode on a semiconductor substrate;
Forming an impurity diffusion region by implanting impurities into the semiconductor substrate using the floating gate electrode as a mask;
Depositing an insulating layer on the semiconductor substrate and on the floating gate electrode;
Processing the insulating layer to be lower than the upper surface of the floating gate electrode;
Forming an inter-gate insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate;
Forming a control gate electrode on the inter-gate insulating film;
Etching the control gate electrode and the inter-gate insulating film to form a pattern of the control electrode and the inter-gate insulating film. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising:
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