JPH06237002A - Memory cell - Google Patents
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Landscapes
- Non-Volatile Memory (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は不揮発性の半導体メモリ
デバイスに関するものであり、更に詳細には浮遊ゲート
型のメモリセルを有する電気的に消去可能で電気的にプ
ログラム可能な読み出し専用メモリ(EEPROM)に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-volatile semiconductor memory device, and more particularly to an electrically erasable and electrically programmable read only memory (EEPROM) having floating gate type memory cells. ) Is related to.
【0002】[0002]
【従来の技術】ここに述べる型のEEPROMはプログ
ラミングのためにセルのドレイン−基板接合においてチ
ャネルホット電子注入を利用し、また消去のためにソー
ス−基板接合においてファウラ・ノルトハイム(Fowler
-Nordheim )トンネリングを利用して、セルゲート絶縁
体の過度なストレスを回避している。プログラミングと
消去の領域を分離することで各々の接合の最適化が独立
に行える。EEPROMs of the type described herein utilize channel hot electron injection at the cell's drain-substrate junction for programming and Fowler-Nordheim at the source-substrate junction for erasing.
-Nordheim) tunneling is used to avoid excessive stress on the cell gate insulator. By separating the programming and erasing areas, each junction can be optimized independently.
【0003】ドレイン側でチャネルホット電子注入を使
用するため、効率的なプログラミングを行うためにはド
レイン−基板接合分布は急峻なものであるべきである。
この急峻な分布を持つ接合を用いて電子がセルの浮遊ゲ
ート中へ注入される。浮遊ゲートは電子を帯電された場
合、そのセルを”オフ”または非導通状態にする。例え
ば砒素の拡散係数がリンのそれと比べて比較的小さいの
で、従来の急峻な接合は砒素の打ち込みによってドレイ
ン側に形成される。Since channel hot electron injection is used on the drain side, the drain-substrate junction distribution should be steep for efficient programming.
Electrons are injected into the floating gate of the cell using the junction having this steep distribution. The floating gate turns the cell "off" or non-conducting when charged with electrons. For example, since the diffusion coefficient of arsenic is relatively smaller than that of phosphorus, a conventional steep junction is formed on the drain side by implanting arsenic.
【0004】急峻な分布の接合は比較的低い接合崩壊電
圧をもたらす。一般に、ドレイン側で必要とされるプロ
グラミング電圧は急峻な分布の低い降伏電圧よりも低い
ので、低い降伏電圧というのは重大な問題ではない。し
かし、ソース側の低い降伏電圧は消去において重大な制
限となる。それはファウラ・ノルトハイムトンネリング
機構の性格のためである。消去は電子を浮遊ゲートから
量子機構のトンネリングを経てソースへ強制的に移動さ
せることによって実現される。正確な量の電子が移動す
ると、浮遊ゲートは電気的に中性な状態、すなわちその
セルは”オン”または導通状態に置かれる。A steeply distributed junction results in a relatively low junction breakdown voltage. In general, a low breakdown voltage is not a serious problem, since the programming voltage required on the drain side is lower than the steeply distributed low breakdown voltage. However, the low source side breakdown voltage is a serious limitation in erase. It is due to the nature of the Fowler-Nordheim tunneling mechanism. Erasing is accomplished by forcing electrons to move from the floating gate to the source via quantum mechanical tunneling. When the correct amount of electrons have moved, the floating gate is placed in an electrically neutral state, ie the cell is "on" or conducting.
【0005】ソース−基板接合において効果的な消去が
行われるためには次の条件が要求される: 1)電子のトンネリングが発生するためにはセルのゲー
ト絶縁体を横切る高電界が存在しなければならない。 2)優れた接合降伏電圧のためと消去の間のリーク電流
を減らすためには、ソース分布は傾斜していなければな
らない。 3)浮遊ゲート端/制御ゲート端に隣接して浮遊ゲート
の下側に適当なN+領域が、表面電荷の空乏化とそのN
+領域での電圧降下を避けるために必要であり、また浮
遊ゲートとソース領域との間のゲート絶縁体を横切って
最大の電界を提供するために必要である。 4)この浮遊ゲート下のN+領域は最大の電界を得るた
めには最適の打ち込みドーズとアニールドライブを有す
るべきであるが、過剰なアンダーラップ(underlap)を
有するべきではない。The following conditions are required for effective erase to occur at the source-substrate junction: 1) There must be a high electric field across the gate insulator of the cell for electron tunneling to occur. I have to. 2) The source distribution must be graded for good junction breakdown voltage and to reduce leakage current during erase. 3) Adjacent to the floating gate end / control gate end, an appropriate N + region under the floating gate is depleted of surface charge and its N
It is necessary to avoid a voltage drop in the + region and to provide a maximum electric field across the gate insulator between the floating gate and the source region. 4) The N + region under this floating gate should have optimal implant dose and anneal drive for maximum electric field, but not excessive underlap.
【0006】過剰なN+アンダーラップはソース領域と
浮遊ゲートとの間の容量結合を強め、浮遊ゲートとソー
ス領域との間に効果的な電圧降下の減少、従って電界の
減少をもたらす。The excess N + underlap strengthens the capacitive coupling between the source region and the floating gate, resulting in an effective reduction of the voltage drop between the floating gate and the source region, and thus of the electric field.
【0007】もし、ソース−基板接合降伏電圧が消去電
圧よりも低いかあるいはそれと同程度であれば、望まし
くない効果が発生する。例えば、セルのゲート絶縁体中
へ”ホット電子”が注入されるであろう。接合降伏の間
に接合の空乏領域中で電子−正孔対が生成し、大きいリ
ーク電流につながる。これらの電子−正孔対のいくらか
が空乏領域を通って、接合の比較的高い横方向電界によ
って加速される(これが接合降伏の原因である)。これ
らの正孔は高いエネルギーを獲得する(”ホット”にな
る)。これらの正孔のいくらかは縦方向電界によってセ
ルのゲート絶縁体中へ掃き出される。ゲート絶縁体を通
って移動するホットな正孔は浮遊ゲートに集められ、そ
こでそれらは電子と再結合し、浮遊ゲート上の電荷を中
性化する。ホット正孔によってアシストされる消去は望
ましくない。それは注入された正孔のいくらかがゲート
絶縁体中に捕獲され、信頼性の劣化につながるためであ
る。劣化にはゲート絶縁体の消耗(デバイスの耐性の劣
化)と、しきい値電圧Vtの不安定、電流駆動劣化が含
まれる。If the source-substrate junction breakdown voltage is lower than or about the same as the erase voltage, an undesired effect will occur. For example, "hot electrons" will be injected into the gate insulator of the cell. During junction breakdown, electron-hole pairs are generated in the depletion region of the junction, leading to large leakage currents. Some of these electron-hole pairs pass through the depletion region and are accelerated by the relatively high lateral electric field of the junction (which is responsible for the junction breakdown). These holes gain high energy (become "hot"). Some of these holes are swept into the gate insulator of the cell by the longitudinal electric field. Hot holes moving through the gate insulator are collected in the floating gate where they recombine with the electrons and neutralize the charge on the floating gate. Erase assisted by hot holes is undesirable. This is because some of the injected holes are trapped in the gate insulator, leading to deterioration in reliability. The deterioration includes consumption of the gate insulator (deterioration of device resistance), instability of the threshold voltage Vt, and current drive deterioration.
【0008】更に、1トランジスタメモリセルを有する
EEPROMの各セルに対して初期の消去状態(中性浮
遊ゲート状態)において高いしきい値電圧Vtが要求さ
れる。この高い初期しきい値電圧Vtは、浮遊ゲートが
正の電荷を持つような過剰消去しきい値電圧からの十分
大きいマージンをセルに対して与える。セルのしきい値
電圧を、要求される高い値に調節することは、普通には
ホウ素のしきい値調節打ち込みによって行われている。
ホウ素の打ち込みはソースとドレインの各接合を更に急
峻なものとし、望ましくない接合降伏電圧の低下を引き
起こす。このため、上述のように砒素によって対称的に
形成されたソースとドレインの接合を有するセルは、電
気的なEEPROMの消去に必要な高電圧という要求に
適切に対応するためには最適なものとはいえない。Further, a high threshold voltage Vt is required for each cell of the EEPROM having a one-transistor memory cell in the initial erased state (neutral floating gate state). This high initial threshold voltage Vt provides the cell with a sufficiently large margin from the overerased threshold voltage that the floating gate has a positive charge. Adjusting the cell threshold voltage to the required high value is commonly done by boron threshold adjustment implants.
The implantation of boron makes the source and drain junctions steeper, causing an undesired reduction in junction breakdown voltage. Therefore, the cell having the source-drain junction symmetrically formed of arsenic as described above is the most suitable for appropriately meeting the requirement of the high voltage necessary for electrically erasing the EEPROM. I can't say.
【0009】上記の問題に対する従来からの1つの解答
は、ソースへのリンの打ち込みを追加することによっ
て、ソースとドレインの接合に非対称性を持ち込むこと
である。リンは拡散係数が大きいため、砒素よりも広が
ってセル浮遊ゲート下にアンダーラップし、砒素のみに
よるドレイン接合よりも高い降伏電圧を有する、より傾
斜した分布の接合を生成する。しかし、このことは問題
を持ち込む。One conventional solution to the above problem is to introduce asymmetry in the source-drain junction by adding a phosphorus implant into the source. Because phosphorus has a large diffusion coefficient, it spreads out more than arsenic and underlaps under the cell floating gate, producing a more graded distribution of junctions with a higher breakdown voltage than a drain junction with arsenic alone. But this introduces problems.
【0010】1つの問題はソース接合へリンを導入する
ことが浮遊ゲート下のソース接合の不均一な表面境界を
生成することである。浮遊ゲート端のすぐ下側のソース
領域の部分では砒素の濃度のほうが優勢である。浮遊ゲ
ートの下へ更に進んだソース領域の部分ではリンの濃度
のほうが優勢である。これらの領域中での砒素とリンと
のそれぞれの表面濃度はイオン打ち込みのドーズ量のレ
ベルに依存し、またそれに引き続く熱処理工程の時間と
温度とに依存する。典型的な場合、砒素の打ち込みドー
ズは約5E15(5×1015)イオン/cm2 である。
このドーズと、それに続く900ないし1000℃での
打ち込み領域アニール/ドライブとは、安定した接合を
提供し、周辺のトランジスタと共にメモリセルトランジ
スタの設計要求に応える。対応する砒素の表面濃度は約
5E20(5×1020)原子/cm3 である。砒素およ
びリンの表面濃度はそれらがバンド間トンネリングに影
響し、またホット正孔によってアシストされた消去によ
ってもたらされるのと同じ問題を引き起こすため、重要
である。One problem is that the introduction of phosphorus into the source junction creates a non-uniform surface boundary of the source junction under the floating gate. The concentration of arsenic is predominant in the portion of the source region just below the end of the floating gate. In the part of the source region that goes further below the floating gate, the phosphorus concentration is dominant. The respective surface concentrations of arsenic and phosphorus in these regions depend on the dose level of ion implantation and also on the time and temperature of the subsequent heat treatment step. Typically, the arsenic implant dose is about 5E15 (5 × 10 15 ) ions / cm 2 .
This dose, followed by the implant region anneal / drive at 900-1000 ° C., provides a stable junction to meet the memory cell transistor design requirements along with the surrounding transistors. The corresponding arsenic surface concentration is about 5E20 (5 × 10 20 ) atoms / cm 3 . The surface concentrations of arsenic and phosphorus are important because they affect band-to-band tunneling and cause the same problems introduced by hot-hole assisted erase.
【0011】N+接合に逆バイアスを供給すること(こ
れはセル消去のために必要である)はシリコンのエネル
ギーバンドを空乏領域において平衡値よりも曲げてしま
うことの原因となる。もし、その曲がりがシリコンのエ
ネルギーバンドギャップよりも大きければ、三角形のト
ンネル障壁が形成される。この障壁を通して電子がソー
スの価電子帯からソースの伝導帯へトンネルすることが
でき、背後に正孔を残し、それが絶縁体中へ加速される
ことになる。それらの正孔は、接合降伏間に発生する絶
縁体中へのホット正孔注入によって引き起こされるのと
同様の信頼性に関わる問題を引き起こす。このバンド間
のトンネリングは浮遊ゲート下のソース接合の少なくと
も砒素部分の表面濃度を高い値に保証することによって
減らすことができる。この高い表面濃度は接合領域が空
乏化することを妨げる。典型的な場合、従来のフラッシ
ュ型のEEPROMに使用される、厚さが100−13
0オングストロームのセル絶縁体に対して、約5E19
(5×1019)原子/cm 3 またはそれ以上の表面濃度
が要求される。既に述べたように、従来の高温および長
時間のアニールドライブでの砒素打ち込みは、表面の砒
素部分がバンド間のトンネリングに寄与しないことを保
証するために必要な濃度を提供する。Supplying a reverse bias to the N + junction (this
This is necessary for cell erase) is the silicon energy
Bend the gee-band above the equilibrium value in the depletion region.
It causes a cry. If the bend is silicon
If it is larger than the energy band gap, the triangle
A tunnel barrier is formed. Through this barrier, the electrons
Tunneling from the valence band of the source to the conduction band of the source
Done, leaving behind holes that are accelerated into the insulator
It will be. These holes are isolated from the breakdown that occurs during junction breakdown.
Caused by hot hole injection into the rim
It causes similar reliability issues. Between this band
Tunneling of at least the source junction under the floating gate
Also by guaranteeing a high surface concentration in the arsenic part
Can be reduced. This high surface concentration leaves the bonding area empty.
Prevent starvation. Traditional flash, typically
Thickness of 100 to 13 used for a dual-type EEPROM
About 5E19 for 0 angstrom cell insulator
(5 x 1019) Atom / cm 3Or higher surface concentration
Is required. As already mentioned, conventional high temperature and long
Arsenic implantation in a time annealing drive is
Make sure that the elementary parts do not contribute to tunneling between the bands.
Provides the concentration needed to prove.
【0012】1ミクロンよりも小さい寸法の集積回路を
製造する場合、高温および長時間の熱プロセスは、周辺
論理回路トランジスタの働きに悪影響を及ぼすため、望
ましくない。例えば、表面のリンの部分は高温、長時間
の熱プロセスで浮遊ゲート下で十分遠くまで拡散し、デ
バイスに短チャネル効果が現れるような悪い影響を及ぼ
す。また、ソース接合は十分深くも拡散し、ソースから
ドレインへのパンチスルーの恐れも生まれる。砒素/リ
ン組み合わせN+領域が浮遊ゲート下へ広がることを制
限するために、製造プロセスは低温と短時間で実施され
るべきである。When manufacturing integrated circuits of dimensions less than 1 micron, high temperatures and long thermal processes are undesirable because they adversely affect the operation of peripheral logic circuit transistors. For example, the phosphorus portion of the surface diffuses sufficiently far under the floating gate by a high temperature and long time thermal process, and has a bad influence such that a short channel effect appears in the device. The source junction also diffuses deep enough that there is a risk of punch-through from the source to the drain. The manufacturing process should be performed at low temperatures and short times to limit the spread of the arsenic / phosphorus combination N + region under the floating gate.
【0013】上述の問題を解消する、構造と方法とが必
要とされている。What is needed is a structure and method that overcomes the above problems.
【0014】[0014]
【発明の概要】本発明の1つの実施例に従えば、消去時
にエンハンスされたファウラ・ノルトハイムトンネリン
グを起こすEEPROMメモリセルについて述べられて
いる。ソース領域は傾いた方向から砒素またはアンチモ
ンを打ち込みして形成した傾斜角度拡散領域を含む。傾
斜角度拡散領域は一般的にはリンの打ち込みによって形
成された拡散領域中に囲まれている。トンネリングウイ
ンドウ端近くのソース・基板接合は砒素またはアンチモ
ンの打ち込みによって形成される。ソース・基板接合は
リン打ち込みによってゲート下で遠くまで広がる。SUMMARY OF THE INVENTION In accordance with one embodiment of the present invention, an EEPROM memory cell that undergoes enhanced Fowler-Nordheim tunneling during erase is described. The source region includes a tilt angle diffusion region formed by implanting arsenic or antimony from the tilted direction. The tilt angle diffusion region is generally surrounded by a diffusion region formed by implanting phosphorus. The source-substrate junction near the edge of the tunneling window is formed by implanting arsenic or antimony. The source-substrate junction extends far below the gate by phosphorous implantation.
【0015】傾いた方向からの打ち込みによって砒素ま
たはアンチモンイオン(原子)は標準的な垂直方向から
の打ち込みによるイオンの進入よりもずっと大きな距離
だけ浮遊ゲート下で横方向へ進入する。(イオンは基板
に到達すると原子になる。)傾いた方向からの打ち込み
によって形成された傾斜分布拡散領域は浮遊ゲート下に
高い表面濃度のエリアを提供するが、それは上述のよう
にエンハンスされたファウラ・ノルトハイムトンネリン
グのために必要であり、またバンド間トンネリングを減
らすために必要である。高い接合降伏電圧に対する要求
は第2の(リン)の打ち込みによって満たされる。引き
続く熱サイクルの間、打ち込まれたリンは十分拡散し、
傾斜分布のソース接合を形成し、従って接合の降伏電圧
を増大させる。Implantation from a tilted direction causes arsenic or antimony ions (atoms) to enter laterally under the floating gate a much larger distance than the entry of ions by a standard vertical implant. (Ions become atoms when they reach the substrate.) The graded diffusion region formed by the implantation from the inclined direction provides an area of high surface concentration under the floating gate, which is enhanced by the Fowler enhanced as described above. -Necessary for Northeim tunneling and also for reducing band-to-band tunneling. The requirement for high junction breakdown voltage is met by a second (phosphorus) implant. During the subsequent thermal cycle, the implanted phosphorus diffused sufficiently,
It forms a graded source junction and thus increases the breakdown voltage of the junction.
【0016】[0016]
【実施例】図1を参照すると、メモリセルアレイに関す
る従来技術の回路例がメモリチップの集積回路の一部分
として、本発明の用途を説明する目的で示されている。
各セルはソース11、ドレイン12、浮遊ゲート13、
そして制御ゲート14を備えた浮遊ゲートトランジスタ
10である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Referring to FIG. 1, a prior art example circuit for a memory cell array is shown as part of an integrated circuit of a memory chip for purposes of illustrating the application of the present invention.
Each cell has a source 11, a drain 12, a floating gate 13,
A floating gate transistor 10 having a control gate 14 is provided.
【0017】セル10の1つの行中の制御ゲート14の
各々はワードライン15へつながれ、ワードライン15
の各々はワードラインデコーダ16へつながれている。
セル10の1つの行中のソースの各々はソースライン1
7へつながれている。セル10の1つの列中のドレイン
12の各々はドレイン列ライン18へつながれている。
ソースライン17の各々は列ライン17aによって列デ
コーダ19へつながれ、ドレイン列ライン18の各々は
列デコーダ19へつながれている。Each of the control gates 14 in one row of cells 10 is connected to a word line 15 and word line 15
Are connected to the word line decoder 16.
Each of the sources in one row of cells 10 is source line 1
It is connected to 7. Each of the drains 12 in one column of cells 10 is connected to a drain column line 18.
Each source line 17 is connected to a column decoder 19 by a column line 17a, and each drain column line 18 is connected to a column decoder 19.
【0018】書き込みまたはプログラムモードにおい
て、ワードラインデコーダ16はライン20r上のワー
ドラインアドレス信号と読み出し/書き込み/消去制御
回路21(またはマイクロプロセッサ21)からの信号
とに応答して、選ばれた制御ゲート導体14を含む選ば
れたワードライン15上へ予め選ばれた第1のプログラ
ム電圧Vrw(約+12ボルト)を供給するように機能
する。列デコーダ19もまた、選ばれたドレイン列ライ
ン18上へ、そして従って選ばれたセル10のドレイン
12上へ第2のプログラム電圧Vpp(約+5ボルトな
いし+10ボルト)を供給するように機能する。ソース
ライン17は基準電位Vssへつながれている。選ばれ
なかったすべてのドレイン列ライン18は基準電位Vs
sへつながれる。これらのプログラム電圧は選ばれたメ
モリセル10のチャネル中に高電流(ドレイン12から
ソース11へ)状態を生成し、その結果ドレイン−チャ
ネル接合近傍にチャネルホット電子とアバランシェ降伏
電子を生成し、それらがチャネル酸化物を横切って選ば
れたセル10の浮遊ゲート13へ注入される。プログラ
ム時間は、チャネル領域に対して約−2ないし−6ボル
トの負のプログラム電荷で浮遊ゲート13をプログラム
するのに十分なように十分長く選ばれる。本発明の好適
実施例に従って作製されたメモリセル10に関して、制
御ゲート14/ワードライン15と浮遊ゲート13との
間の結合係数は約0.5ないし0.6である。従って、
選ばれた制御ゲート14を含む選ばれたワードライン1
5上の、例えば12ボルトのプログラム電圧Vrwは、
選ばれた浮遊ゲート13上へ約+5ないし+7ボルトの
電圧を供給する。選ばれたセル10の浮遊ゲート13は
プログラミングの間にチャネルホット電子によって充電
され、その電子は次に、選ばれたセル10の浮遊ゲート
13下のソース−ドレイン経路を非導通化し、その状態
は”0”ビットとして読み出される。選ばれなかったセ
ル10は浮遊ゲート13下のソース−ドレイン経路を導
通状態に残され、それらのセル10は”1”ビットとし
て読み出される。In the write or program mode, the word line decoder 16 responds to the word line address signal on line 20r and the signal from the read / write / erase control circuit 21 (or microprocessor 21) to select the selected control. It serves to provide a preselected first programming voltage Vrw (about +12 volts) on a selected wordline 15 including gate conductor 14. The column decoder 19 also functions to provide a second program voltage Vpp (about +5 to +10 volts) on the selected drain column line 18, and thus on the drain 12 of the selected cell 10. The source line 17 is connected to the reference potential Vss. All the drain column lines 18 which are not selected have the reference potential Vs.
s is connected. These program voltages produce high current (drain 12 to source 11) states in the channel of the selected memory cell 10, resulting in channel hot electrons and avalanche breakdown electrons near the drain-channel junction, which Is implanted across the channel oxide into the floating gate 13 of the selected cell 10. The programming time is chosen long enough to program the floating gate 13 with a negative program charge of about -2 to -6 volts for the channel region. For a memory cell 10 made in accordance with the preferred embodiment of the present invention, the coupling coefficient between the control gate 14 / word line 15 and the floating gate 13 is about 0.5 to 0.6. Therefore,
Selected word line 1 including selected control gate 14
The program voltage Vrw of 5, for example, 12 volts is
A voltage of approximately +5 to +7 volts is provided on the selected floating gate 13. The floating gate 13 of the selected cell 10 is charged by channel hot electrons during programming, which electron then de-conducts the source-drain path under the floating gate 13 of the selected cell 10, the state of which is It is read as a "0" bit. The cells 10 that have not been selected have their source-drain paths under the floating gate 13 left conductive, and those cells 10 are read as "1" bits.
【0019】フラッシュ消去モードでは、列デコーダ1
9はすべてのドレイン列ライン18を浮遊状態のままに
残すように機能する。ワードラインデコーダ16はすべ
てのワードライン15を基準電位Vssへつなぐように
機能する。列デコーダ19はまた、すべてのソースライ
ン17へ高い正の電圧Vee(約+10ないし+15ボ
ルト)を供給するように機能する。これらの消去電圧は
浮遊ゲート13とソース11との間にトンネルエリアを
横切って十分な電界強度を作りだし、浮遊ゲート13か
ら電荷を転送させてメモリセル10を消去するファウラ
・ノルトハイムトンネル電流を発生させる。ワードライ
ン15上の電位は0ボルトであるのでセル10は消去の
間非導通状態に留まり、従ってチャネルホットキャリア
は発生しない。ソース11接合のフィールドプレート降
伏電圧はホットキャリア注入を禁止するのに十分なだけ
高くされている。ソース11接合の高いフィールドプレ
ート降伏電圧は本発明によって達成できる。それについ
ては後に述べる。In the flash erase mode, the column decoder 1
9 functions to leave all drain column lines 18 floating. The word line decoder 16 functions to connect all the word lines 15 to the reference potential Vss. The column decoder 19 also functions to supply all source lines 17 with a high positive voltage Vee (about +10 to +15 volts). These erase voltages create a sufficient electric field intensity between the floating gate 13 and the source 11 across the tunnel area, and transfer a charge from the floating gate 13 to generate a Fowler-Nordheim tunnel current that erases the memory cell 10. Let Since the potential on word line 15 is 0 volts, cell 10 remains non-conductive during erase and thus no channel hot carriers are generated. The field plate breakdown voltage at the source 11 junction is made high enough to inhibit hot carrier injection. A high field plate breakdown voltage at the source 11 junction can be achieved by the present invention. It will be described later.
【0020】読み出しモードにおいて、ワードラインデ
コーダ16はライン20r上のワードラインアドレス信
号と読み出し/書き込み/消去制御回路21からの信号
とに応答して、選ばれたワードライン15へ予め選ばれ
た正の電圧Vcc(約+5ボルト)を供給し、選ばれな
かったワードライン15へ低電圧(アース電位またはV
ss)を供給するように機能する。列デコーダ19は少
なくとも選ばれたドレイン列ライン18へ予め選ばれた
正の電圧Vsen(約+1.0ボルト)を供給し、ソー
スライン17へ低電圧(0ボルト)を供給するように機
能する。列デコーダ19はまたアドレスライン20d上
の信号に応答して、選ばれたセル10の選ばれたドレイ
ン列ライン18をデータ出力端子へつなぐように機能す
る。選ばれたドレイン列ライン18へつながれたセル1
0の導通あるいは非導通状態はDATA OUT端子へ転送され
る。メモリアレイへ供給される読み出し電圧は、選ばれ
たセル10に関するチャネルインピーダンスを決定する
のに十分であるが、どれかの浮遊ゲート13の電荷状態
を乱すようなホットキャリア注入またはファウラ・ノル
トハイムトンネリングを起こすには不十分である。In the read mode, the word line decoder 16 responds to the word line address signal on the line 20r and the signal from the read / write / erase control circuit 21 to select a preselected positive line for the selected word line 15. Voltage Vcc (approx. +5 V) of the low voltage (ground potential or V
ss). The column decoder 19 functions to provide a preselected positive voltage Vsen (about +1.0 volt) to at least the selected drain column line 18 and a low voltage (0 volt) to the source line 17. The column decoder 19 also functions in response to the signal on the address line 20d to connect the selected drain column line 18 of the selected cell 10 to the data output terminal. Cell 1 connected to selected drain column line 18
The conductive or non-conductive state of 0 is transferred to the DATA OUT terminal. The read voltage provided to the memory array is sufficient to determine the channel impedance for the selected cell 10, but does not disturb the charge state of any floating gate 13 such as hot carrier injection or Fowler-Nordheim tunneling. Is not enough to cause.
【0021】便宜上、次のように表1に、読み出し、書
き込み、そして消去の各電圧の表を示しておく:For convenience, Table 1 shows a table of read, write, and erase voltages as follows:
【表1】 [Table 1]
【0022】浮遊ゲート13下の高濃度N+表面領域は
ホットキャリアでアシストされる消去を最小にするのに
必要である。傾いた方向からの砒素打ち込みはいくつか
の点で有利である: 1)傾いた方向からの打ち込みによるN+アンダーラッ
プは標準的な垂直方向からの打ち込みに比べて高温処理
の時間を短縮する。高温処理時間の短縮はセル10およ
び周辺論理回路トランジスタ中の短チャネル効果を減ら
す。 2)5E19(5×1019)原子/cm3 あるいはそれ
以上のオーダが必要とされるN+表面領域濃度が達成で
き、従って消去の間にソース11を横切って重大な電圧
降下は発生しない。このことはソース11と浮遊ゲート
13との間のゲート酸化物30中の電界を増大させる。
このように、ファウラ・ノルトハイムトンネリングでア
シストされる消去は、傾いた方向からの砒素打ち込みに
よるソース11によって増進される。The high concentration N + surface area under the floating gate 13 is necessary to minimize hot carrier assisted erase. Arsenic implantation from a tilted direction is advantageous in several respects: 1) N + underlap with a tilted implantation reduces the time of high temperature processing compared to standard vertical implantation. Reducing the high temperature processing time reduces short channel effects in the cell 10 and peripheral logic circuit transistors. 2) The required N + surface region concentration on the order of 5E19 (5 × 10 19 ) atoms / cm 3 or more can be achieved, so that no significant voltage drop occurs across source 11 during erase. This increases the electric field in the gate oxide 30 between the source 11 and the floating gate 13.
Thus, the Fowler-Nordheim tunneling assisted erasure is enhanced by the source 11 by arsenic implantation from the tilted direction.
【0023】ゲート下のN+ドーパントの拡散量は、打
ち込み角度、打ち込みドーズ、そして打ち込みエネルギ
ーに依存する。これらのプロセスパラメータのN+接合
分布に対する効果の模擬例が、砒素について図2−図5
と図6−図9に示されている。図3−図5と図7−図9
は、傾斜砒素打ち込みドーズ、打ち込みエネルギー、そ
して打ち込み角度の適当な選択によってN+領域のアン
ダーラップが従来技術の図2および図6のアンダーラッ
プに比べて促進されることを示している。これらの図
で、打ち込まれ、拡散した砒素領域の分布が立方センチ
メートル当たり、1E20(1×1020)、1E19
(1×1019)、1E18(1×1018)、1E17
(1×1017)、そして1E16(1×1016)原子の
各場合について示されている。The amount of diffusion of N + dopant under the gate depends on the implantation angle, the implantation dose, and the implantation energy. A simulated example of the effect of these process parameters on the N + junction distribution is shown in FIG.
And in FIGS. 6-9. 3 to 5 and 7 to 9
Show that proper selection of the graded arsenic implant dose, implant energy, and implant angle facilitates the N + region underlap compared to the prior art FIGS. 2 and 6 underlaps. In these figures, the distribution of implanted and diffused arsenic regions is 1E20 (1 × 10 20 ) per cubic centimeter and 1E19.
(1 × 10 19 ), 1E18 (1 × 10 18 ), 1E17
It is shown for each case of (1 × 10 17 ) and 1E16 (1 × 10 16 ) atoms.
【0024】ソース11中での接合降伏電圧の最適化は
リンの打ち込みによって行われ、それは垂直からかある
いは傾斜角度で行われる。垂直方向からのリンの打ち込
みと垂直方向からと傾斜した方向からの砒素の打ち込み
を用いた場合の計算機模擬の結果がそれぞれ、図2−図
5と図6−図9に示されている。これらの例は、70k
eVのエネルギーで5E15イオン/cm2 のドーズの
砒素のドーピングと、140keVで4E14イオン/
cm2 のリンのドーピングを示す。図2−図5と図6−
図9に示されたように、砒素の等濃度曲線が領域11A
を形作り、リンの等濃度曲線が領域11Bを形作り、領
域11Aと11Bがソース11A、11Bに対する傾斜
したソース・基板接合を形成している。The optimization of the junction breakdown voltage in the source 11 is done by implanting phosphorus, which can be from vertical or at a tilt angle. The results of the computer simulations using the phosphorus implantation from the vertical direction and the arsenic implantation from the vertical direction and the inclined direction are shown in FIGS. 2 to 5 and 6 to 9, respectively. These examples are 70k
Doping with arsenic at a dose of 5E15 ions / cm 2 at an energy of eV and 4E14 ions / at 140 keV
cm 2 phosphorus doping is shown. 2-5 and 6-
As shown in FIG. 9, the arsenic isoconcentration curve shows the region 11A.
, The isoconcentration curve of phosphorus shapes region 11B, and regions 11A and 11B form a sloping source-substrate junction with respect to sources 11A, 11B.
【0025】従来技術の垂直方向からの砒素の打ち込み
11Aとそれに続く従来の垂直方向からのリンの打ち込
み11Bとを用いた従来技術の打ち込み模擬が図2と図
6に示されている。図2と図6において、砒素打ち込み
のアンダーラップ距離の深さ距離に対する比率は、1E
20原子/cm3 砒素濃度分布に対して、低ドライブ
(すなわち900℃で35分間)と中程度ドライブ(す
なわち1000℃で10分間)との両方について0.4
以下である。同様に、1E19原子/cm3 の砒素濃度
分布についてのアンダーラップの距離の深さ距離に対す
る比率は低ドライブと中程度ドライブとのどちらも0.
6以下である。A prior art implant simulation using a prior art vertical arsenic implant 11A followed by a conventional vertical phosphorus implant 11B is shown in FIGS. 2 and 6, the ratio of the underlap distance of arsenic implantation to the depth distance is 1E.
0.4 for both low drive (ie 900 ° C. for 35 minutes) and medium drive (ie 1000 ° C. for 10 minutes) for a 20 atom / cm 3 arsenic concentration distribution.
It is the following. Similarly, the ratio of underlap distance to depth distance for an arsenic concentration distribution of 1E19 atoms / cm 3 is 0.
It is 6 or less.
【0026】図3−図5と図7−図9の模擬結果で、砒
素打ち込み11Aのアンダーラップ距離の深さ距離に対
する比率は1E20原子/cm3 の濃度分布について、
低ドライブと中程度ドライブとの両方で0.4よりも大
きい。これらの比率は、例えば15°の打ち込み角度で
約0.5−0.6、60°の打ち込み角度で約0.8−
1.0の範囲にある。同様に、1E19原子/cm3 の
砒素濃度分布についても低ドライブおよび中程度ドライ
ブの両方でアンダーラップ距離の深さ距離に対する比率
は0.6よりも大きい。それらの比率は、例えば15°
の打ち込み角度について約0.65−0.75、60°
の打ち込み角度で約0.9−1.0の範囲にある。In the simulation results of FIGS. 3-5 and 7-9, the ratio of the underlap distance of the arsenic implantation 11A to the depth distance is 1E20 atoms / cm 3 for the concentration distribution.
Greater than 0.4 for both low and medium drives. These ratios are, for example, about 0.5-0.6 at a driving angle of 15 ° and about 0.8-at a driving angle of 60 °.
It is in the range of 1.0. Similarly, for the arsenic concentration distribution of 1E19 atoms / cm 3 , the ratio of the underlap distance to the depth distance is larger than 0.6 in both low drive and medium drive. Their ratio is, for example, 15 °
About the driving angle of about 0.65-0.75, 60 °
The driving angle is about 0.9-1.0.
【0027】図3−図5および図7−図9のデバイスを
作製する方法について、図10、図11A−図11D、
そして図12A−図12Gを参照して説明する。出発点
の材料はp形シリコンのスライスで、基板22はそれの
ほんの一部である。スライスは多分、直径約15センチ
メートル(6インチ)であり、個々のメモリセル10は
わずか幅数ミクロンで長さ数ミクロンの大きさである。
メモリアレイの周辺のトランジスタを作製するために通
常複数のプロセス工程が実行されるが、それらについて
はここでは説明しない。例えば、EEPROMメモリデ
バイスは相補型の電界効果(CMOS)デバイスで、周
辺トランジスタを作製するための先行プロセスの一部と
して基板22中に形成されたNウエルとPウエルとを有
する。For a method of making the device of FIGS. 3-5 and 7-9, FIGS. 10, 11A-11D,
Then, description will be made with reference to FIGS. 12A to 12G. The starting material is a slice of p-type silicon, the substrate 22 of which is only a small part. The slices are probably about 15 centimeters (6 inches) in diameter and the individual memory cells 10 are only a few microns wide and a few microns long.
Multiple process steps are typically performed to fabricate the transistors around the memory array, which are not described here. For example, an EEPROM memory device is a complementary field effect (CMOS) device that has N-wells and P-wells formed in a substrate 22 as part of a prior process for making peripheral transistors.
【0028】図11Aと図12Aとに示したように、基
板22表面上に約400オングストロームの厚さのパッ
ド酸化物層23が成長もしくは堆積される。このパッド
酸化物層は初期の製造工程中に基板11を保護し、後で
除去されよう。次に減圧CVD(low pressure chemica
l vapor deposition)法を用いてパッド酸化物層23を
覆うシリコン窒化物層24が堆積される。このシリコン
窒化物層24は次にパターン化され、プラズマエッチさ
れて、セル分離の厚いフィールド絶縁体25を形成すべ
きエリアを露出させる。As shown in FIGS. 11A and 12A, a pad oxide layer 23 about 400 angstroms thick is grown or deposited on the surface of the substrate 22. This pad oxide layer protects the substrate 11 during the initial fabrication process and will be removed later. Next, low pressure CVD (low pressure chemica
A silicon nitride layer 24 is deposited over the pad oxide layer 23 using a vapor deposition method. This silicon nitride layer 24 is then patterned and plasma etched to expose areas where thick cell isolation field insulators 25 are to be formed.
【0029】メモリセルを分離するP+チャネルストッ
プ領域26を形成するために、約7E12イオン/cm
2 のドーズのホウ素打ち込みが行われる。フォトレジス
ト層の除去の後で、図11Aに示されたようにセル分離
の厚いフィールド絶縁体25を形成する厚いフィールド
酸化物が、約900℃で1気圧の蒸気に数時間曝すこと
によって約6000−10000オングストロームの厚
さに、局所的な酸化工程で熱成長される。これとは別の
やり方として、酸化時間を短縮するために、加圧酸化
(HIPOX:high pressure oxidation )を利用する
こともできる。良く知られたように、酸化物はシリコン
−窒化物層の端部の下側に成長し、急峻な遷移の代わり
に”バーズ・ビーク”エリアが形成される。About 7E12 ions / cm 2 to form the P + channel stop region 26 separating the memory cells.
A dose of 2 boron implants is made. After removal of the photoresist layer, the thick field oxide forming thick field insulator 25 of the cell isolation, as shown in FIG. 11A, was exposed to steam at 1 atmosphere pressure at about 900 ° C. for about 6000 hours. Thermally grown to a thickness of -10000 Å with a local oxidation step. Alternatively, high pressure oxidation (HIPOX) can be used to shorten the oxidation time. As is well known, oxide grows underneath the edges of the silicon-nitride layer, forming "bird's beak" areas instead of sharp transitions.
【0030】次に図11B−図11Cおよび図12B−
図12Cを参照すると、シリコン窒化物およびパッド酸
化物層の残っている部分が除去される。この処理はセル
分離の厚いフィールド絶縁体25間のシリコン基板22
を露出させる。次にセルのしきい値電圧Vtを設定する
ためにアレイへの打ち込みが実行される。次に、レジス
トの除去の後、またゲート形成前の洗浄の後、高品質の
ゲート酸化物30が熱成長される。基板22の表面を覆
って第1レベルの多結晶シリコン28aの層を堆積させ
ることによって浮遊ゲート導体13を形成するプロセス
が実行される。この第1レベルの多結晶シリコン層28
aは約1500−3000オングストロームの厚さに堆
積される。層28aはそれが導電性になるようにドープ
されたN形であって、必要であればデグレーズ(de-gla
ze)される。11B-FIG. 11C and FIG. 12B-
Referring to FIG. 12C, the remaining portions of silicon nitride and pad oxide layers are removed. This process is performed on the silicon substrate 22 between the thick field insulators 25 for cell separation.
Expose. An implant is then performed to set the cell threshold voltage Vt. A high quality gate oxide 30 is then thermally grown after resist removal and after pre-gate cleaning. A process is performed to form floating gate conductor 13 by depositing a layer of first level polycrystalline silicon 28a over the surface of substrate 22. This first level polycrystalline silicon layer 28
a is deposited to a thickness of about 1500-3000 Angstroms. Layer 28a is N-type doped to make it conductive and de-glaze if necessary.
ze) will be done.
【0031】次に、基板上にレジスト層が形成され、そ
れに続いて多結晶シリコンのパターニング、エッチ、レ
ジスト除去、そして洗浄が行われる。等価な酸化物(誘
電的)厚さとして200−400オングストロームに相
当する、酸化物/窒化物/酸化物(ONO)のような中
間レベルの絶縁体層27が第1レベル多結晶シリコン層
28aの上に従来の方法によって形成される。約200
0−4500オングストロームの厚さの第2レベル多結
晶シリコン層28bが中間レベルの絶縁体層27を覆っ
て形成され、それは導電性とするためにN+にドープさ
れ、デグレーズされる。付加的に、そして良く知られた
方法を用いて、次に多結晶シリコンの表面を覆う250
0オングストロームの厚さのタングステンシリサイド
(WSi2)膜の層29が堆積され、次に速度改善のた
めにアニール雰囲気中で900℃ないし1000℃で加
熱処理される。Next, a resist layer is formed on the substrate, followed by patterning, etching, resist removal, and cleaning of polycrystalline silicon. An intermediate level insulator layer 27, such as oxide / nitride / oxide (ONO), corresponding to an equivalent oxide (dielectric) thickness of 200-400 Angstroms, is formed on the first level polycrystalline silicon layer 28a. Formed by conventional methods. About 200
A second level polycrystalline silicon layer 28b, 0-4500 angstroms thick, is formed over the intermediate level insulator layer 27, which is N + doped and deglaze to render it conductive. Additionally and using well-known methods, the surface of the polycrystalline silicon is then covered 250.
A 0 Å thick layer of tungsten silicide (WSi 2) film 29 is deposited and then heat treated at 900 ° C. to 1000 ° C. in an annealing atmosphere for speed improvement.
【0032】次に、図11Dおよび図12Dに示された
ような積層(stack )エッチ処理が施されて、メモリセ
ル10の各々に対して浮遊ゲート13と制御ゲート14
とが形成される。第2レベルの多結晶シリコン層28
b、中間レベルの絶縁体27、そして第1レベルの多結
晶シリコン層28aを含む浮遊ゲート13と制御ゲート
14の積層構造を定義するためにフォトレジスト(図示
されていない)が取り付けられる。制御ゲート14は対
応する下層の浮遊ゲート13に対して、中間レベルの絶
縁体27の対応する部分を通して容量的に結合する。積
層エッチによって形成されたチャネルChは予め定めら
れた長さに整形され、また積層エッチされた第1、第2
レベルの多結晶シリコン層28a、28bはソース11
とドレイン12の間のチャネル領域の長さを確立するた
めの打ち込みマスクとして後の製造工程で使用される。
このようにしてチャネル接合は、ドレイン領域12での
プログラミング効率を最適化するように、またソース領
域11での消去効率を最適化するように、誂えることが
できる。Next, a stack etching process is performed as shown in FIGS. 11D and 12D to perform floating gate 13 and control gate 14 for each memory cell 10.
And are formed. Second level polycrystalline silicon layer 28
b, intermediate level insulator 27, and photoresist (not shown) is applied to define the stack structure of floating gate 13 and control gate 14 including first level polycrystalline silicon layer 28a. The control gate 14 is capacitively coupled to the corresponding lower floating gate 13 through a corresponding portion of the intermediate level insulator 27. The channel Ch formed by the laminated etching is shaped into a predetermined length, and the first and second laminated etching is performed.
The level polysilicon layer 28a, 28b is the source 11
It will be used later in the fabrication process as an implant mask to establish the length of the channel region between the drain and the drain 12.
In this way the channel junction can be tailored to optimize programming efficiency in the drain region 12 and to optimize erase efficiency in the source region 11.
【0033】次に図12Eを参照すると、ソース領域1
1A分布は単一のフォトレジスト処理工程を用いて傾い
た方向から砒素を打ち込むことによって形成される。フ
ォトレジスト(図示されていない)が取り付けられて、
打ち込みに先だってソース領域を定義し、それによって
ドレイン領域12が打ち込みから保護される。砒素打ち
込みは垂直方向に対して15ないし75度の傾いた方向
から約60ないし120keVのエネルギー、約1E1
5ないし5E15イオン/cm2 のドーズで実行され、
チャネル領域の下側に自己整合されたN+ソース領域1
1Aを形成する。傾斜角度は浮遊ゲート13下のN+ア
ンダーラップのために重要なプロセスである。傾いた方
向からの打ち込み11Aがなければ、ゲート下へN+ド
ーパントを適切に拡散させるために高温プロセスが必要
となる;しかし高温プロセスはサブミクロンMOSプロ
セスと両立しない。Referring now to FIG. 12E, source region 1
The 1A distribution is formed by implanting arsenic from a tilted direction using a single photoresist processing step. Photoresist (not shown) is attached,
The source region is defined prior to implantation, thereby protecting the drain region 12 from implantation. Arsenic implantation has an energy of about 60 to 120 keV from a direction inclined by 15 to 75 degrees with respect to the vertical direction, about 1E1.
Performed at a dose of 5 to 5E15 ions / cm 2 ,
N + source region 1 self-aligned below channel region
Form 1A. The tilt angle is an important process for N + underlap under the floating gate 13. Without the tilted implant 11A, a high temperature process is required to properly diffuse the N + dopant under the gate; however, the high temperature process is not compatible with the submicron MOS process.
【0034】図12Fを参照すると、傾いた方向からの
砒素打ち込み11Aに続いて低濃度にドープされた(N
−)リン接合分布打ち込み11Bが実行される。この打
ち込みは約80ないし170keVの範囲のエネルギ
ー、約1E14ないし1E15イオン/cm2 のドーズ
で、垂直方向または傾いた方向から行われる。ソース打
ち込み11Aおよび11B、レジスト除去、そして適切
な洗浄に続いて、基板22はアニール雰囲気中で850
ないし1000℃に加熱される。付加的に、N−(リ
ン)が打ち込まれる前に、プロセスを適当に修正してN
+砒素打ち込みのアニールを実行してもよい。リンの拡
散係数は大きいので、リンは砒素よりも外側まで拡散
し、従ってこの打ち込みはソース−チャネル接合をより
傾斜した接合分布に調整する。二重打ち込みによってソ
ース領域11Aは浮遊ゲート13の下でN+/N−分布
を持つようになり、それのためにこの接合は比較的より
高い降伏電圧を持つことができる。Referring to FIG. 12F, the arsenic implant 11A from the tilted direction is followed by a lightly doped (N).
-) Phosphorus junction distribution implantation 11B is executed. This implantation is performed from a vertical or tilted direction with an energy in the range of about 80 to 170 keV and a dose of about 1E14 to 1E15 ions / cm 2 . Subsequent to source implants 11A and 11B, resist removal, and proper cleaning, substrate 22 is exposed to an annealing atmosphere at 850.
To 1000 ° C. Additionally, before the N- (phosphorus) is implanted, the process is appropriately modified to N
Annealing of + arsenic implantation may be performed. Since phosphorus has a large diffusion coefficient, phosphorus diffuses more outward than arsenic, and thus this implant tunes the source-channel junction to a more graded junction distribution. The double implant causes the source region 11A to have an N + / N- distribution under the floating gate 13, which allows this junction to have a relatively higher breakdown voltage.
【0035】ソース11A、11B接合の形成の後にド
レイン12接合が形成される。フォトレジスト層が定義
され、打ち込みのためのソース11A、11Bとドレイ
ン12の両方が露出される。The drain 12 junction is formed after the formation of the source 11A, 11B junction. A photoresist layer is defined, exposing both the sources 11A, 11B and the drain 12 for implantation.
【0036】図12Gは、プログラミングの効率化のた
めのホットキャリア注入を容易にする浅く、しかも急峻
なドレイン12接合を形成する高ドーズ、低エネルギー
の標準的な砒素のソース/ドレイン打ち込みの後の、完
成したメモリセル10の本質的な特徴を示している。ソ
ース11A、11Bとドレイン12領域の両方のために
用いられる砒素打ち込み(50ないし90keV、約1
E15ないし5E15イオン/cm2 )はドレイン−チ
ャネル接合をより急峻な接合分布のものとする。FIG. 12G shows a high dose, low energy standard arsenic source / drain implant after a shallow yet sharp drain 12 junction that facilitates hot carrier injection for efficient programming. , Show essential features of the completed memory cell 10. Arsenic implant (50-90 keV, about 1) used for both source 11A, 11B and drain 12 regions.
E15 to 5E15 ions / cm 2 ) make the drain-channel junction have a steeper junction distribution.
【0037】上述の製造工程で、砒素の代わりに、ある
いは砒素と組み合わせてアンチモンを用いることもでき
る。In the above manufacturing process, antimony can be used instead of arsenic or in combination with arsenic.
【0038】この工程の後に周辺論理CMOSデバイス
が完成される。データ保持を改善するために、積層構造
の両側および上側に、このプロセスの後に酸化物層31
を成長もしくは堆積させることもできる。次にスライス
表面を覆ってホウ素リン珪酸ガラス(BPSG)層(図
示されていない)が堆積される。BPSG堆積に続いて
基板は再びアニール雰囲気中で850ないし900℃に
加熱され、BPSGの稠密化、打ち込み損傷の回復、そ
して更なる接合分布のドライブが行われる。アレイから
はずれたコンタクトが、アレイ中のコンタクトと共にB
PSG層を通して形成される。アレイ中のコンタクトは
金属ビットラインから、対応する拡散領域へ、y方向に
周期的に形成されている。金属ビットラインはBPSG
層上に、それを乗り越えて拡散領域に平行に形成され
る。これは保護のための被覆の後に行われる。After this step, the peripheral logic CMOS device is completed. To improve data retention, both sides and the top side of the stack have oxide layers 31 after this process.
Can also be grown or deposited. A borophosphosilicate glass (BPSG) layer (not shown) is then deposited over the slice surface. Following BPSG deposition, the substrate is again heated in an annealing atmosphere to 850-900 ° C. to densify the BPSG, recover the implant damage, and drive further junction distribution. A contact that is out of the array, along with a contact in the array
It is formed through the PSG layer. The contacts in the array are periodically formed in the y direction from the metal bit lines to the corresponding diffusion regions. Metal bit line is BPSG
It is formed on the layer, overcoming it and parallel to the diffusion region. This is done after the protective coating.
【0039】特別なデバイスに対する設計要求があれ
ば、それに依存して、砒素およびリンの打ち込みに関す
るアニール温度とアニール時間の異なる組み合わせ、お
よび/あるいは打ち込み/アニールプロセス順序の異な
る組み合わせが使用される。例えば、上述のアニール工
程を、BPSG堆積に続く単一の高温工程で置き換える
こともできる。Depending on the design requirements of a particular device, different combinations of anneal temperature and anneal time for arsenic and phosphorus implants and / or different combinations of implant / anneal process sequences are used. For example, the anneal step described above could be replaced by a single high temperature step following BPSG deposition.
【0040】本発明は特定の実施例に関連して説明して
きたが、この説明は限定的な意図で行われたものではな
い。本発明の別の実施例と共に、ここに引用した実施例
に対する各種の修正が可能であることは本明細書を参考
にすることによって当業者には明かであろう。これまで
述べてきたように、砒素、アンチモン、そしてリンの打
ち込みおよび/あるいはアニール工程の各種の組み合わ
せを用いてソース接合特性の最適化を行うこともでき
る。従って、本発明の特許請求の範囲は、それらの修正
や実施例を本発明の範囲にあるものとして、それらを包
含すると解釈されるべきである。Although the present invention has been described in relation to particular embodiments, this description is not meant to be limiting. It will be apparent to those skilled in the art, after having read this specification, that various modifications to the embodiments cited herein, as well as alternative embodiments of the invention, are possible. As mentioned above, various combinations of arsenic, antimony, and phosphorus implanting and / or annealing steps can be used to optimize the source junction characteristics. Therefore, the claims of the present invention should be construed as including those modifications and embodiments as being within the scope of the present invention.
【0041】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 (1)浮遊ゲート、前記浮遊ゲートから電気的に絶縁さ
れた制御ゲート、表面を有する基板、前記基板中にあっ
て前記浮遊ゲートの下側にそれから絶縁されたチャネル
領域、そして前記基板中にあって前記チャネル領域の対
向する両端に位置するソースとドレイン、を有する型の
メモリセルであって、前記ソースが:砒素またはアンチ
モンのうちの1つの1E20原子/cm3 の濃度分布を
有する傾斜した分布の拡散領域であって、前記浮遊ゲー
トの下側に前記濃度分布の深さの40パーセントよりも
大きい距離だけアンダーラップしている拡散領域、を含
んでいるメモリセル。With respect to the above description, the following items will be further disclosed. (1) a floating gate, a control gate electrically insulated from the floating gate, a substrate having a surface, a channel region in the substrate below the floating gate and insulated from the floating gate, and in the substrate. A memory cell of a type having a source and a drain located at opposite ends of the channel region, the source having a concentration distribution of 1E20 atom / cm 3 of one of: arsenic or antimony. A diffusion region under the floating gate that is underlapped by a distance greater than 40 percent of the depth of the concentration distribution.
【0042】(2)第1項記載のメモリセルであって、
前記ソースがリンを含んでいるメモリセル。(2) The memory cell according to item 1,
A memory cell in which the source comprises phosphorus.
【0043】(3)第1項記載のメモリセルであって、
前記チャネル領域がホウ素を含んでいるメモリセル。(3) The memory cell according to item 1,
A memory cell in which the channel region comprises boron.
【0044】(4)浮遊ゲート、前記浮遊ゲートから電
気的に絶縁された制御ゲート、表面を有する基板、前記
基板中にあって前記浮遊ゲートの下側にそれから絶縁さ
れたチャネル領域、そして前記基板中にあって前記チャ
ネル領域の対向する両端に位置するソースとドレイン、
を有する型のメモリセルであって、前記ソースが:砒素
またはアンチモンのうちの1つの1E20原子/cm3
の濃度分布を有する傾斜した分布の拡散領域であって、
前記浮遊ゲートの下側に前記濃度分布の深さの50パー
セントよりも大きい距離だけアンダーラップしている拡
散領域、を含んでいるメモリセル。(4) Floating gate, control gate electrically isolated from the floating gate, substrate having a surface, channel region in the substrate underneath the floating gate and insulated therefrom, and the substrate A source and a drain located at opposite ends of the channel region,
A memory cell of the type having: 1E20 atoms / cm 3 of one of: Arsenic or Antimony.
A diffusion region with a sloped distribution having a concentration distribution of
A memory cell including a diffusion region under the floating gate, the diffusion region being underlapped by a distance greater than 50 percent of the depth of the concentration distribution.
【0045】(5)第4項記載のメモリセルであって、
前記ソースがリンを含んでいるメモリセル。(5) The memory cell according to item 4,
A memory cell in which the source comprises phosphorus.
【0046】(6)第4項記載のメモリセルであって、
前記チャネル領域がホウ素を含んでいるメモリセル。(6) The memory cell according to item 4,
A memory cell in which the channel region comprises boron.
【0047】(7)浮遊ゲート、前記浮遊ゲートから電
気的に絶縁された制御ゲート、表面を有する基板、前記
基板中にあって前記浮遊ゲートの下側にそれから絶縁さ
れたチャネル領域、そして前記基板中にあって前記チャ
ネル領域の対向する両端に位置するソースとドレイン、
を有する型のメモリセルであって、前記基板中の前記ソ
ースが:1E20原子/cm3 の濃度分布を有する傾斜
した分布の拡散領域であって、前記浮遊ゲートの下側に
前記拡散領域の深さの半分よりも大きい距離だけアンダ
ーラップしている拡散領域、を含み、前記傾斜した拡散
領域が砒素とアンチモンのうちの1つを含んでおり、前
記ソースがリンを含んでおり、前記チャネル領域がホウ
素を含んでいる、メモリセル。(7) Floating gate, control gate electrically insulated from the floating gate, substrate having a surface, channel region in the substrate below and insulated from the floating gate, and the substrate A source and a drain located at opposite ends of the channel region,
Wherein the source in the substrate is an inclined diffusion region having a concentration distribution of 1E20 atoms / cm 3 , and the depth of the diffusion region is below the floating gate. A diffusion region underlapped by a distance greater than half the length, the graded diffusion region including one of arsenic and antimony, the source including phosphorus, and the channel region. A memory cell containing boron.
【0048】(8)第1の伝導形の半導体基板の表面に
不揮発性メモリセルを作製する方法であって:前記基板
上に、下側にゲート絶縁体を備えた第1の導電性細線を
形成すること、前記基板表面と前記第1の導電性細線上
に中間レベル絶縁体層を形成すること、前記中間レベル
絶縁体層の上に第2の導電層を形成すること、前記第2
の導電層、前記中間レベルの絶縁体層、そして前記第1
の導電性細線をエッチングして、制御ゲート/浮遊ゲー
トの積層構造を定義することであって、前記積層構造が
前記表面に本質的に垂直な端を有するように定義するこ
と、第2の伝導形の少なくとも1つのドーパントを選択
的に打ち込みして、前記積層構造の前記端に傾斜した分
布の拡散領域を形成することであって、前記少なくとも
1つのドーパントを前記積層構造の前記端に対して角度
をなして打ち込んで形成すること、の工程を含む方法。(8) A method of manufacturing a non-volatile memory cell on the surface of a semiconductor substrate of the first conductivity type, wherein a first conductive thin wire having a gate insulator on the lower side is formed on the substrate. Forming, forming an intermediate level insulator layer on the substrate surface and the first conductive thin line, forming a second conductive layer on the intermediate level insulator layer, and forming a second conductive layer on the intermediate conductive layer.
A conductive layer, the intermediate level insulator layer, and the first
Defining a control gate / floating gate stack structure, the stack structure having edges that are essentially perpendicular to the surface. Selectively implanting at least one dopant of a shape to form a graded distribution diffusion region at the edge of the stack, the at least one dopant being relative to the edge of the stack. Forming at an angle.
【0049】(9)第8項記載の方法であって、前記傾
斜分布拡散領域が前記浮遊ゲート下の前記基板中へ広が
っている方法。(9) The method according to the eighth item, wherein the gradient distribution diffusion region extends into the substrate under the floating gate.
【0050】(10)第8項記載の方法であって、前記
傾斜分布拡散領域が前記基板中へ下方に第1の距離だけ
広がっており、前記傾斜分布拡散領域の1E20原子/
cm3の濃度分布が前記浮遊ゲート下で横方向へ第2の
距離だけ広がっており、前記第2の距離が前記第1の距
離の少なくとも50パーセントである方法。(10) The method according to item 8, wherein the gradient distribution diffusion region extends downward into the substrate by a first distance, and the gradient distribution diffusion region has 1E20 atoms /
The method wherein the concentration distribution in cm 3 extends laterally below the floating gate by a second distance, the second distance being at least 50 percent of the first distance.
【0051】(11)第8項記載の方法であって、前記
少なくとも1つのドーパントが砒素である方法。(11) The method described in the eighth item, wherein the at least one dopant is arsenic.
【0052】(12)第8項記載の方法であって、前記
少なくとも1つのドーパントがアンチモンである方法。(12) A method according to item 8, wherein the at least one dopant is antimony.
【0053】(13)第8項記載の方法であって、前記
積層構造が形成された後に前記基板中へリンドーパント
が打ち込まれる方法。(13) The method according to the eighth item, wherein a phosphorus dopant is implanted into the substrate after the laminated structure is formed.
【0054】(14)第8項記載の方法であって、前記
積層構造が形成された後に、前記積層構造の前記端に対
して角度をなして前記基板中へリンドーパントが打ち込
まれる方法。(14) The method according to item 8, wherein after the laminated structure is formed, a phosphorus dopant is implanted into the substrate at an angle with respect to the end of the laminated structure.
【0055】(15)第8項記載の方法であって、前記
第1の導電層を形成するのに先だって前記基板中へホウ
素が打ち込まれる方法。(15) The method described in the eighth item, wherein boron is implanted into the substrate prior to forming the first conductive layer.
【0056】(16)第8項記載の方法であって、前記
積層構造の前記端に対する前記角度が15から75度の
範囲にある方法。(16) The method described in the eighth item, wherein the angle with respect to the edge of the laminated structure is in the range of 15 to 75 degrees.
【0057】(17)電気的に消去可能で、電気的にプ
ログラム可能な読み出し専用メモリセル10は、消去時
にエンハンスされたファウラ・ノルトハイムトンネリン
グを提供するための優れたソース接合11を有する。セ
ル10は半導体本体22の表面に配列をなして形成さ
れ、ソース11とドレイン12を含み、ソース11とド
レイン12との間の浮遊ゲート13の下側にチャネルを
有する。進歩したソース11は半導体本体22中へ傾い
た方向から砒素Asまたはアンチモンを打ち込み、それ
に続いてリンを打ち込むことによって形成された傾斜分
布の拡散領域11Bを含む。ソース11は浮遊ゲート1
3/制御ゲート14の積層構造の端近傍に高濃度のN+
領域を有すると共に高いフィールドプレート降伏電圧を
有する。(17) The electrically erasable and electrically programmable read-only memory cell 10 has a superior source junction 11 to provide enhanced Fowler-Nordheim tunneling during erase. The cell 10 is formed in an array on the surface of the semiconductor body 22, includes a source 11 and a drain 12, and has a channel below the floating gate 13 between the source 11 and the drain 12. The advanced source 11 includes a graded diffusion region 11B formed by implanting arsenic As or antimony from a tilted direction into the semiconductor body 22, followed by phosphorus. Source 11 is floating gate 1
3 / High concentration N + near the edge of the laminated structure of the control gate 14.
It has a region and a high field plate breakdown voltage.
【0058】注意 著作権 テキサスインスツルメンツ社1992年。本特
許のドキュメントの一部は著作権保護の対象となってい
る。テキサスインスツルメンツ社は発行された特許もし
くは発行された特許に関連する特許および商標事務所の
特許ファイル中のそれらドキュメントの複写に対して意
義をとなえるものではない。その他すべての著作権に関
する権利を保有する。Attention Copyright Texas Instruments Incorporated 1992. Portions of the document in this patent are subject to copyright protection. Texas Instruments, Inc. makes no sense for the patents issued or any copy of those documents in the patent files of the patents and trademark offices related to the issued patents. All other copyright rights are reserved.
【図1】従来技術のメモリセルアレイの部分的にブロッ
ク図で示した電気回路図。FIG. 1 is a partial block diagram of an electric circuit diagram of a conventional memory cell array.
【図2】垂直方向からの砒素打ち込みに関する低いドラ
イブ(例えば900℃で35分間)温度/時間サイクル
の後の従来技術の模擬されたドーピング分布と標準的な
リン打ち込みに関する模擬されたドーピング分布とを示
す、図10のラインA−A’に沿って取った、メモリセ
ルの小さい部分の拡大断面図。FIG. 2 shows a prior art simulated doping profile and a standard phosphorus implant simulated doping profile after a low drive (eg, 900 ° C. for 35 minutes) temperature / time cycle for vertical arsenic implants. FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view of a small portion of a memory cell taken along line AA ′ of FIG.
【図3】垂直から15°傾いた角度で砒素を打ち込んだ
場合の、図2と同様な図。FIG. 3 is a view similar to FIG. 2 when arsenic is implanted at an angle inclined by 15 ° from the vertical.
【図4】垂直から30°傾いた角度で砒素を打ち込んだ
場合の、図2と同様な図。FIG. 4 is a view similar to FIG. 2 in the case of implanting arsenic at an angle inclined by 30 ° from the vertical.
【図5】垂直から60°傾いた角度で砒素を打ち込んだ
場合の、図2と同様な図。FIG. 5 is a view similar to FIG. 2 when arsenic is implanted at an angle of inclination of 60 ° from the vertical.
【図6】垂直方向からの砒素打ち込みに関する中程度の
ドライブ(例えば1000℃で10分間)温度/時間サ
イクルの後の従来技術の模擬されたドーピング分布と標
準的なリン打ち込みに関するドーピング分布とを示す、
図10のラインA−A’に沿って取った、メモリセルの
小さい部分の拡大断面図。FIG. 6 shows a prior art simulated doping profile and a standard phosphorus implant doping profile after a medium drive (eg, 1000 ° C. for 10 minutes) temperature / time cycle for vertical arsenic implants. ,
FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view of a small portion of the memory cell taken along the line AA ′ of FIG. 10.
【図7】垂直から15°傾いた角度で砒素を打ち込んだ
場合の、図6と同様な図。FIG. 7 is a view similar to FIG. 6 when arsenic is implanted at an angle inclined by 15 ° from the vertical.
【図8】垂直から30°傾いた角度で砒素を打ち込んだ
場合の、図6と同様な図。FIG. 8 is a view similar to FIG. 6 when arsenic is implanted at an angle inclined by 30 ° from the vertical.
【図9】垂直から60°傾いた角度で砒素を打ち込んだ
場合の、図6と同様な図。FIG. 9 is a view similar to FIG. 6 when arsenic is implanted at an angle of inclination of 60 ° from the vertical.
【図10】メモリセルアレイの小さい部分の拡大平面
図。FIG. 10 is an enlarged plan view of a small portion of the memory cell array.
【図11】製造の種々の段階を示す、図10のラインB
−B’に沿って取った、メモリセルアレイの小さい部分
の拡大断面図。FIG. 11: Line B of FIG. 10, showing various stages of manufacture
-B 'is an enlarged cross-sectional view of a small portion of the memory cell array taken along B'.
【図12】製造の種々の段階を示す、図10のラインA
−A’に沿って取った、メモリセルアレイの小さい部分
の拡大断面図。FIG. 12: Line A of FIG. 10 showing various stages of manufacture
-A 'is an enlarged cross-sectional view of a small portion of the memory cell array taken along A'.
10 浮遊ゲートトランジスタ 11 ソース 11A,11B ソース領域 12 ドレイン 13 浮遊ゲート 14 制御ゲート 15 ワードライン 16 ワードラインデコーダ 17 ソースライン 17a 列ライン 18 ドレイン列ライン 19 列デコーダ 20r ワードラインアドレス信号ライン 20d アドレスライン 21 読み出し/書き込み/消去制御回路(マイクロプ
ロセッサ) 22 基板 23 パッド酸化物層 24 シリコン窒化物層 25 フィールド絶縁体 26 チャネルストップ領域 27 中間レベル絶縁体層 28a 第1レベル多結晶シリコン層 28b 第2レベル多結晶シリコン層 29 タングステンシリサイド層 30 ゲート酸化物 31 酸化物層10 floating gate transistor 11 source 11A, 11B source region 12 drain 13 floating gate 14 control gate 15 word line 16 word line decoder 17 source line 17a column line 18 drain column line 19 column decoder 20r word line address signal line 20d address line 21 read / Program / erase control circuit (microprocessor) 22 Substrate 23 Pad oxide layer 24 Silicon nitride layer 25 Field insulator 26 Channel stop region 27 Intermediate level insulator layer 28a First level polycrystalline silicon layer 28b Second level polycrystalline Silicon layer 29 Tungsten silicide layer 30 Gate oxide 31 Oxide layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G11C 16/04 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI technical display location G11C 16/04
Claims (2)
に絶縁された制御ゲート、表面を有する基板、前記基板
中にあって前記浮遊ゲートの下側にそれから絶縁された
チャネル領域、そして前記基板中にあって前記チャネル
領域の対向する両端に位置するソースとドレイン、を有
する型のメモリセルであって、前記ソースが:砒素また
はアンチモンのうちの1つの1E20原子/cm3 の濃
度分布を有する傾斜した分布の拡散領域であって、前記
浮遊ゲートの下側に前記濃度分布の深さの40パーセン
トよりも大きい距離だけアンダーラップしている拡散領
域、を含んでいるメモリセル。1. A floating gate, a control gate electrically insulated from the floating gate, a substrate having a surface, a channel region in the substrate below and insulated from the floating gate, and in the substrate. A memory cell of the type having a source and a drain located at opposite ends of the channel region, wherein the source has a concentration distribution of 1E20 atom / cm 3 of one of: arsenic or antimony. A diffusion region having a distributed distribution, the diffusion region being underlapped below the floating gate by a distance greater than 40 percent of the depth of the concentration distribution.
発性メモリセルを作製する方法であって:前記基板上
に、下側にゲート絶縁体を備えた第1の導電性細線を形
成すること、 前記基板表面と前記第1の導電性細線上に中間レベル絶
縁体層を形成すること、 前記中間レベル絶縁体層の上に第2の導電層を形成する
こと、 前記第2の導電層、前記中間レベルの絶縁体層、そして
前記第1の導電性細線をエッチングして、制御ゲート/
浮遊ゲートの積層構造を定義することであって、前記積
層構造が前記表面に本質的に垂直な端を有するように定
義すること、 第2の伝導形の少なくとも1つのドーパントを選択的に
打ち込みして、前記積層構造の前記端に傾斜した分布の
拡散領域を形成することであって、前記少なくとも1つ
のドーパントを前記積層構造の前記端に対して角度をな
して打ち込んで形成すること、の工程を含む方法。2. A method of making a non-volatile memory cell on the surface of a first conductivity type semiconductor substrate, the method comprising: forming on the substrate a first conductive wire with a gate insulator underneath. Forming an intermediate level insulator layer on the substrate surface and the first conductive thin wire; forming a second conductive layer on the intermediate level insulator layer; A layer, the intermediate level insulator layer, and the first conductive wire to etch the control gate /
Defining a stack of floating gates, wherein the stack has an edge that is essentially perpendicular to the surface; selectively implanting at least one dopant of a second conductivity type; Forming a diffusion region having a tilted distribution at the edge of the laminated structure, the at least one dopant being formed at an angle to the edge of the laminated structure. Including the method.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US83159192A | 1992-02-05 | 1992-02-05 | |
| US831591 | 1992-02-05 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06237002A true JPH06237002A (en) | 1994-08-23 |
Family
ID=25259418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1897393A Pending JPH06237002A (en) | 1992-02-05 | 1993-02-05 | Memory cell |
Country Status (1)
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