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JPH11220044A - Low-voltage eeprom/nvram transistor and manufacture thereof - Google Patents

Low-voltage eeprom/nvram transistor and manufacture thereof

Info

Publication number
JPH11220044A
JPH11220044A JP10051220A JP5122098A JPH11220044A JP H11220044 A JPH11220044 A JP H11220044A JP 10051220 A JP10051220 A JP 10051220A JP 5122098 A JP5122098 A JP 5122098A JP H11220044 A JPH11220044 A JP H11220044A
Authority
JP
Japan
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channel
floating gate
drain
vertical
gate
Prior art date
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Application number
JP10051220A
Other languages
Japanese (ja)
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JP4367979B2 (en
Inventor
Masaki Ogura
正気 小椋
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of JPH11220044A publication Critical patent/JPH11220044A/en
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  • Non-Volatile Memory (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the electron injection efficiency strikingly, by providing the step-difference channel/drain structure, wherein a vertical channel/drain part is added under a floating gate, in the horizontal channel structure. SOLUTION: A transistor 400a has a P-type silicon substrate 401, N+ source diffusion 404, the horizontal channel part of 410, drain diffusion 406, a floating gate 440 which covers both a horizontal channel and a step-difference channel, and a control gate 445. The floating gate is dielectrically separated by a dielectric layer 42, which is the dioxide thermally grown from the surface of a seiconductor substrate. The control gate 445 is capacitively coupled (capacitive coupling) to the control gate 440 through a dielectric film 430. The dielectric film can be any of the thermally grown silicon dioxide or the combination layer of the silicon dioxide and silicon nitride.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】 不揮発性半導体記憶装置係わ
り,エレクトロンの注入効率を改善,低電圧化,書き込
み時間の短縮,不揮発性のランダムアクセスメモリー動
作を図るデバイス構造とその製造法。
The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, and relates to a device structure for improving electron injection efficiency, lowering voltage, shortening writing time, and performing nonvolatile random access memory operation, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来技術の説明】ホットエレクトロンのゲート絶縁膜
を通り抜けゲートへのエミッションのメカニズムは、
A.フィリップ(A.Phillips et al.
1975 IEDM Technical Diges
t,P.39)で確認されている。以後その現象はタク
ニン(T.Ning et al.Applied P
hysics 1997 Vol48,P.286)等
多くの科学者によって詳しく調べられている。ホットエ
レクトロンエミッションの確認前は電気的プログラマブ
ルメモリー(EPROM)はチャンネルホットエレクト
ロンEPROMに大変良く似たメモリー構造を使ってい
た。しかしそれはフローマン.ベンチカウスキーによる
(Froman−Bentchkowsky:P−ch
annel 1971 ISSCC P.80’a F
ully decoded 2048 bit Ele
ctricany−ProgrammableMOS−
ROM″)と″FAMOS−a New Semico
nductor Change Sterage De
v1ce″,(Solid StateElectro
nics,1974,vol17,P.517)に示さ
れるように高電界なだれメカニズム(アバランチ ブレ
ークダウン メカニズム)を使ってメモリーセルをプロ
グラムしたが,シリコンゲート上でのホットエレクトロ
ンエミッション機構の発見直後に,この注入機構がn−
MOSFET EPROMセルのプログラミングにJ.
バーンス(J.Barnes et al,1976
IEDM P.177,″Operation and
Characterization of N−ch
annel EPROM cell″)とP.サルスベ
リー(P,Salsbury 1977 ISSCC
P.186,″High Performance M
OSEPROM using a stuck−gat
e cell″)によって使われた。J.バーンズは2
つの基本的なタイプのダブルポリシリコンCHEEPR
OMトランジスターを示した。図1Aのスタックゲート
トランジスター100aと図1Bのスプリットゲートト
ランジスター100bである。両方共N+ソースジャン
クション104,N+ドレインジャンクション106、
P−基板101,チャンネルゲート絶縁膜120,フロ
ーティングゲート(浮遊ゲート)140,ポリオキサイ
ド130,そしてコントロールゲート145を持ってい
る。
2. Description of the Prior Art The mechanism of emission of hot electrons through a gate insulating film to a gate is as follows.
A. Phillip (A. Phillips et al.
1975 IEDM Technical Diges
t, P. 39). Since then, the phenomenon has been described by Tac Nin (T. Ning et al. Applied P
physics 1997 Vol 48, P.M. 286) and many more. Prior to confirmation of hot electron emissions, electrically programmable memories (EPROMs) used a memory structure very similar to channel hot electron EPROMs. But it is Flowman. From Bench cow ski (From-Bentchkowsky: P-ch
Annell 1971 ISSCC P.S. 80'a F
uly decoded 2048 bit Ele
ctricany-ProgrammableMOS-
ROM ") and" FAMOS-a New Semico
nector Change Stage De
v1ce ″, (Solid StateElectro
nics, 1974, vol 17, P.N. As shown in 517), the memory cell was programmed using a high electric field avalanche mechanism (avalanche breakdown mechanism).
For the programming of MOSFET EPROM cells, see
Barnes (J. Barnes et al, 1976)
IEDM P.A. 177, "Operation and
Characterization of N-ch
Ann EPROM cell ") and P. Salsbury 1977 ISSCC
P. 186, "High Performance M
OSEPROM using a stack-gat
e cell "). J. Burns is 2
Two basic types of double polysilicon CHEEPR
OM transistors are shown. The stack gate transistor 100a of FIG. 1A and the split gate transistor 100b of FIG. 1B. Both have N + source junction 104, N + drain junction 106,
It has a P-substrate 101, a channel gate insulating film 120, a floating gate (floating gate) 140, a polyoxide 130, and a control gate 145.

【0003】トランジスター100bはスプリットチャ
ンネルを持ち、それは電導性がフローティングゲート1
40によってコントロールされる部分110とそれにつ
ながった電導性がコントロールゲート145によってコ
ントロールされる部分118とで成り立っている。図1
Bでの900はパッシベーション層である。トランジス
ター100aと100bのどちらのタイプもプログラミ
ングはシリコン表面に近く,且つドレインジャンクショ
ンの近くでホットエレクトロンの注入がおこなわれる。
[0003] Transistor 100b has a split channel, which is electrically conductive and has a floating gate.
A portion 110 controlled by 40 and a portion 118 connected to it by a control gate 145 are connected. FIG.
900 in B is a passivation layer. For both types of transistors 100a and 100b, programming is performed near the silicon surface and near the drain junction by hot electron injection.

【0004】フローティングゲートへのホットエレクト
ロンエミッションを正しく予想する数値モデルはケェミ
ン・フー(Cheming Hu,IEDM 197
9,P.223″Lucky−Electron Mo
del of ChannelHotElectron
Emission″)によって確立された。図2は、
一般的なダブルポリシリコンスタックゲートEPROM
トランジスー200の断面図であり、ラッキーモデルを
説明するのに使われたものである。トランジスターはN
MOSトランジスターでソース204、ドレイン20
6,基板201,フローティングゲート240,コント
ロールゲート245がある。電圧Vcgがコントロール
ゲート245にかかるとキャパシティブカプリング(容
量結合)によりCcg−fg/(Ccg−fg+Cfg
−si)のキャパシタンス比(=カプリングレシオ(結
合率))に応じてフローティングゲートの電圧が増加す
る。ここでCcg−fgはコントロールゲート−フロー
ティングゲート間のキャパシタンス(容量)であり、C
fg−siはフローティングゲートとチャンネル,ソー
ス/ドレインのキャパシタンスである。一旦フローティ
ングゲート電圧がしきい電圧を越えるとエレクトロンは
ソースからドレインに流れ始める。シリコン表面から1
0nm以内の表面に近いチャンネル中のエレクトロンは
ドレイン・ソース間のポテンシャルにより水平方向に加
速する。エレクトロンは水平方向の電界からエネルギー
とモーメンタムを得てドレイン端206付近で最高エネ
ルギーに達する。ほんの一部のエレクトロンはトンネル
絶縁膜(220)のバリアの高さより高いエネルギーを
得る。エレクトロンのエネルギーが絶縁膜のバリアの高
さを超える時、エレクトロンのモーメンタムがエネルギ
ーのロス無く音響フォノンの散乱により上方向に変わり
フローティングゲートに向かって行くとエレクトロンが
絶縁膜220の中に注入されて、フローティングゲート
ポリシリコン240に至達する可能性が生ずる。チャン
ネルからポリシリコンへの注入の可能性は、IE−6か
らIE−9の間のレベルのものである事が観察されてい
る。フローティングゲートへのチャンネルホットエレク
トロンエミッションは、どんなにチャンネル長やジャン
クションの深さが小さくても、もしVd−Vsが2.5
V以下なら、ほとんど無い事がこのモデルで提案されて
いる。
[0004] A numerical model that correctly predicts hot electron emission to a floating gate is described in Cheming Hu, IEDM 197.
9, p. 223 "Lucky-Electron Mo
del of ChannelHotElectron
Emission "). FIG.
General double polysilicon stack gate EPROM
FIG. 2 is a cross-sectional view of the transistor 200, used to explain a lucky model. Transistor is N
MOS transistor with source 204, drain 20
6, a substrate 201, a floating gate 240, and a control gate 245. When the voltage Vcg is applied to the control gate 245, Ccg−fg / (Ccg−fg + Cfg) due to capacitive coupling (capacitive coupling).
The voltage of the floating gate increases according to the capacitance ratio (= caprin ratio (coupling ratio)) of −si). Here, Ccg-fg is the capacitance (capacitance) between the control gate and the floating gate,
fg-si is the capacitance between the floating gate, the channel, and the source / drain. Once the floating gate voltage exceeds the threshold voltage, electrons begin to flow from the source to the drain. 1 from silicon surface
Electrons in the channel close to the surface within 0 nm are accelerated in the horizontal direction by the potential between the drain and source. The electrons gain energy and momentum from the horizontal electric field and reach maximum energy near the drain end 206. Only a fraction of the electrons gain energy above the barrier height of the tunnel insulating film (220). When the energy of the electrons exceeds the height of the barrier of the insulating film, the momentum of the electrons changes upward due to the scattering of acoustic phonons without energy loss, and the electrons are injected into the insulating film 220 when going toward the floating gate. , Floating gate polysilicon 240 may be reached. It has been observed that the likelihood of channel to polysilicon injection is at a level between IE-6 and IE-9. The channel hot electron emission to the floating gate, no matter how small the channel length or junction depth, is, if Vd-Vs is 2.5
It is proposed in this model that there is little if V or less.

【0005】[0005]

【従来技術の問題点】チャンネルエレクトロンのフロー
ティングゲートへの注入率は、小さ過ぎて色いろな面で
問題を生じる。EPROMとEEPROMメモリー動作
に対するチャンネルホットエレクトロン注入の問題点
は:
2. Description of the Related Art The injection rate of channel electrons into a floating gate is too small, which causes problems in various aspects. The problems of channel hot electron injection for EPROM and EEPROM memory operation are:

【0006】エレクトロンがフォノン散乱により上方向
に方向転換している可能性は、ホットエレクトロンはほ
とんどがドレイン電圧加速によって作らなければならな
い為、2.5V−3Vと云う論理上の必要量よりドレイ
ン電圧をずっと高くしなければならない事(たとえば5
V以上)。
The possibility that the electrons are turned upward due to phonon scattering is that most of the hot electrons must be produced by drain voltage acceleration. Must be much higher (eg 5
V or more).

【0007】コントロール電圧が高くなければならない
事(カップリングレシオの0.6〜0.5に対し9−1
0V)。それは注入されたエレクトロンがフローティン
グゲートポリシリコンに達する為には(フローティング
ゲート電圧はドレイン電圧を越える必要がある)電界の
助けが要るからである。フローティングゲート電圧がド
レイン電圧より低い時絶縁膜に注入されたエレクトロン
は、チャンネルに押し戻される。
[0007] The control voltage must be high (9-1 for the coupling ratio of 0.6 to 0.5).
0V). This is because the help of an electric field is required for the injected electrons to reach the floating gate polysilicon (the floating gate voltage must exceed the drain voltage). When the floating gate voltage is lower than the drain voltage, the electrons injected into the insulating film are pushed back to the channel.

【0008】エレクトロンをフローティングゲートに貯
めるプログラム時間が長い。読み出し時間がナノ秒単位
であるのに比べ、エレクトロンの注入効率がIE−6以
下である為普通マイクロ秒の単位である。
The program time for storing electrons in the floating gate is long. The readout time is on the order of microseconds since the electron injection efficiency is IE-6 or less, compared to the readout time on the order of nanoseconds.

【0009】注入電流が小さ過ぎる為,注入電流コント
ロールを、ドレイン電圧とコントロールゲート電圧の両
方に頼る為にエレクトロンの蓄積レベルを1度のプログ
ラムサイクルでコントロールするのは難しい。
[0009] Since the injection current is too small, it is difficult to control the electron accumulation level in one program cycle because the injection current control depends on both the drain voltage and the control gate voltage.

【0010】メモリーアレイでコントロールゲートをデ
コードする高電圧デバイスが必要な事。コントロールゲ
ートの電圧が高ければ高い程厚いゲート絶縁膜と長いチ
ャンネル長が必要である。これが集積度にペナルティと
なりスケーリング技術に障壁となる。
The need for a high voltage device to decode the control gates in the memory array. The higher the control gate voltage, the thicker the gate insulating film and the longer the channel length. This penalizes the degree of integration and becomes a barrier to scaling technology.

【0011】高いドレイン電圧のため、必要以上の高エ
ネルギーのホットエレクトロンが使われオキサイドクリ
スタルラチスをダメージし、トラップを造るので絶縁膜
が早く疲幣し耐性が悪くなる。
[0011] Because of the high drain voltage, hot electrons with higher energy than necessary are used to damage the oxide crystal lattice and form traps, so that the insulating film is quickly worn out and has poor durability.

【0012】低い注入効率のためドレインとコントロー
ルゲートに於いて高電圧が必要な為消費電力とドレイン
電流が高い。
Since high voltage is required at the drain and control gate for low injection efficiency, power consumption and drain current are high.

【0013】電気的消去可能なプログラマブルリードオ
ンリーメモリー(EEPROM)に於いてはフローティ
ングゲートに貯められたエレクトロンはトランジスター
ターミナルに適切な電圧を加える事により除かれる。E
EPROMのフローティングゲートからエレクトロンを
除去する消去の方法は2つある。1つは、ダブルポリシ
リコンEEPROMセルを使ってエレクトロンをフロー
ティングゲートから下方のシリコンに(つまりソース,
ドレイン拡散または基板)除去する方法である。もう1
つは、トリプルポリシリコンEEPROMセルを使って
エレクトロンをフローティングゲートから別の第3のゲ
ートへ除去する方法である。
In an electrically erasable programmable read only memory (EEPROM), electrons stored in the floating gate are removed by applying an appropriate voltage to the transistor terminals. E
There are two erasing methods for removing electrons from the floating gate of an EPROM. One is to use double polysilicon EEPROM cells to transfer electrons from the floating gate to the silicon below (ie, source,
(Drain diffusion or substrate) removal method. Another one
One is to use a triple polysilicon EEPROM cell to remove electrons from the floating gate to another third gate.

【0014】ダブルポリシリコンセルの方法は、サマチ
ュサ(G.Samechusa etal.1987
IEEE Journal ofSolid Circ
uits,Vol.SC−22,No.5,P.67
6,″0/2 Flash EEPROM using
double polysilicontechno
logy″)によって述べられている。このダブルポリ
シリコンセルの変形はクメ(,H.Kumeet a
l.″Flash−Erase EEPROM cel
l with an Asymmetric Sour
ce and Drain Structure,″T
echnical Digest of the IE
EE International Electron
Device Meeting,December
1987,P.560)とキネット(V.N.Kyne
tt et al.″An In−system Re
programmable 256K CMOS Fl
ashMemory″,Digest of Tech
nical papers,IEEE Interna
tional Solid−State Circui
ts Conference,February198
8,P.132)によって述べられている。
The method of the double polysilicon cell is described in Samachusa (G. Samechusa et al. 1987).
IEEE Journal of Solid Circ
uits, Vol. SC-22, No. 5, p. 67
6, "0/2 Flash EEPROM using
double polysilicontechno
This double polysilicon cell deformation is described by H. Kumeet a.
l. "Flash-Erase EEPROM cell
l with an Asymmetric Sour
ce and Drain Structure, "T
technical Digest of the IE
EE International Electron
Device Meeting, December
1987, p. 560) and Kinet (VN Kyne)
tt et al. "An In-system Re
programmable 256K CMOS Fl
ashMemory ", Digest of Tech
nickal papers, IEEE Interna
Tional Solid-State Circuit
ts Conference, February 198
8, p. 132).

【0015】クメによる一般的なダブルポリシリコンス
タックゲート EEPROMセルは、図3Aに示される
ようにエレクトロンをフローティングゲートから下方の
シリコンに除く。ダブルポリシリコンEEPROMトラ
ンジスター300aに於ける消去は、フローティングゲ
ート340とソース拡散ジャンクション304の間でト
ンネルオキサイドの電界がF−Nトンネリングのクリテ
ィカル電界〜10MV/cmを越えるとトンネルオキサ
イド320を通して達成される。普通の消去の電圧であ
るとトンネルオキサイドが10nm、拡散ジャンクショ
ンが12V、コントロールゲートがφVでドレイン電圧
はフロートしている。この方法は、ソースジャンクショ
ンに高電圧が必要なので、ジャンクションはアバランチ
ブレークダウンになり易い。このブレークダウンから守
る為にソースジャンクションは、ドレインジャンクショ
ンより深くしてある。(ドレインジャンクションは浅く
しておかなければならない。ホットチャンネルエレクト
ロンの為にドレイン端の高電界を作る為である。)この
スタックゲートセルは、図1AのEEPROMセル10
0aのバリエーションであるが、非対称の深いソースジ
ャンクションを持っている。
A typical double polysilicon stack gate EEPROM cell by Kume removes electrons from the floating gate to the silicon below as shown in FIG. 3A. Erasing in the double polysilicon EEPROM transistor 300a is accomplished through the tunnel oxide 320 when the tunnel oxide electric field between the floating gate 340 and the source diffusion junction 304 exceeds the FN tunneling critical electric field of 10 MV / cm. With a normal erase voltage, the tunnel oxide is 10 nm, the diffusion junction is 12 V, the control gate is φV, and the drain voltage is floating. Since this method requires a high voltage at the source junction, the junction is prone to avalanche breakdown. To protect against this breakdown, the source junction is deeper than the drain junction. (The drain junction must be shallow, to create a high electric field at the drain end for hot channel electrons.) This stacked gate cell is the EEPROM cell 10 of FIG. 1A.
0a, but has an asymmetric deep source junction.

【0016】ダブルポリスプリットゲート トランジス
ター100bは、ジャンクションが片方だけしか無いの
で、非対称の拡散の書き換え回数の多いアプリケーショ
ンには使えない事が記録されている。
It is recorded that the double-poly split gate transistor 100b cannot be used for an application in which the number of times of rewriting of asymmetrical diffusion is large because only one junction is provided.

【0017】トリプルポリシリコントランジスターはこ
の問題を解決する。エレクトロンがジャンクションでは
なく第3のポリシリコンを通うして除かれるからであ
る。又トリプルポリシリコンEEPROMセルはスケー
ルダウンメモリー技術用の深いジャンクションの問題を
解決する。トリプルポリシリコンデバイスは、キューペ
ック(J.Kupec et al.1980 IED
M TechnicalDigest,P.602″T
riple Level Polysilicon E
EPROM with Single Transis
tor perBit″)によって説明されている。こ
のキューペックデバイスの改良がマスオカ(F.Mas
uoka,H.Iizuka US PatNo.4,
531,203 Issued July 23,19
85)によって提案されている。同じセルのバリエーシ
ョンがクオ(C.K.Kuo and S.C.Tsa
nUS Pat.No.4,561,004 issu
ed Dec24,1985)とウー(A.T.Wu
et al,1986IEDM Technical
Digest,P.584″Q Novel High
−speed,5−V ProgrammingEPR
OM structure with source−
side injection″)とハラリ(E.Ha
rariUS Pat,No.5,198,380is
sued Mar30,1993)によって述べられて
いる。
A triple polysilicon transistor solves this problem. This is because electrons are removed through the third polysilicon instead of the junction. Also, triple polysilicon EEPROM cells solve the deep junction problem for scale-down memory technology. Triple polysilicon devices are described in J. Kupec et al. 1980 IED.
M TechnicalDigest, P.M. 602 "T
ripple Level Polysilicon E
EPROM with Single Transmission
tor per Bit ″).
uoka, H .; Iizuka US PatNo. 4,
531,203 Issued July 23,19
85). A variation of the same cell is Kuo (CK Kuo and SC Tsa).
nUS Pat. No. 4,561,004 issu
ed Dec 24, 1985) and Wu (AT Wu)
et al, 1986 IEDM Technical.
Digest, P .; 584 "Q Novel High
-Speed, 5-V Programming EPR
OM structure with source-
side injection ") and Harari (E. Ha
RariUS Pat, No. 5,198,380is
sued Mar 30, 1993).

【0018】これら全てのトリプルポリシリコンメモリ
ーセルは、ポリシリコンレベルの1つを消去ゲートとし
て使っている。消去ゲートは、フローティングゲートの
近くにあり、薄いトンネルダイエレクトリックによって
絶縁されている。トランジスターの全てのエレメントに
適切な電圧がかかると、フローティングゲートから消去
ゲートに電荷が除去される。色々なトリプルポリシリコ
ンEEPROMセルの中のキューペックによる第3ポリ
シリコンを消去用に使ったEEPROMトランジスター
300bを図3Bに示す。
All of these triple polysilicon memory cells use one of the polysilicon levels as the erase gate. The erase gate is near the floating gate and is insulated by a thin tunnel die electric. When the proper voltage is applied to all elements of the transistor, charge is removed from the floating gate to the erase gate. FIG. 3B shows an EEPROM transistor 300b that uses a third polysilicon for erasing by Cupec in various triple polysilicon EEPROM cells.

【0019】トランジスター300bでは、フローティ
ングゲート340に貯められたエレクトロンはフローテ
ィングゲート側壁から第3ポリシリコン350へと除去
される。消去中に各々のノードにかかる電圧の一般的な
例としては,20nm ONO325の為のトリプル消
去ポリシリコン上に12−15Vが、コントロールゲー
トの第2ポリシリコン345上と拡散ジャンクション3
04と306にOVがかけられる。プログラム中のドレ
イン上の電圧は約5Vと低いので,トリプルポリシリコ
ンEEPROMトランジスターでは、ジャンクションで
のアバランチブレークダウンやジャンクションリークの
問題が存在しない。しかし、トリプルポリシリコントラ
ンジスターにも問題はある。問題は次の通りである:
In the transistor 300b, the electrons stored in the floating gate 340 are removed from the side wall of the floating gate to the third polysilicon 350. A common example of voltage applied to each node during erase is 12-15V on triple erase polysilicon for 20nm ONO 325, on control polysilicon second polysilicon 345 and diffusion junction 3
OV is applied to 04 and 306. Since the voltage on the drain during programming is as low as about 5V, triple polysilicon EEPROM transistors do not suffer from avalanche breakdown or junction leakage at the junction. However, triple polysilicon transistors also have problems. The problem is as follows:

【0020】余分な消去用のポリシリコンのデボジショ
ンが要る事と、トンネル消去用にダイイレクトリックレ
ヤー(絶縁層)が要る為余分な工程がトリプルポリシリ
コン形成に必要な事である。これは、工程を複雑にする
のみではなくメモリーセルの集積度にも影響する。
Extra polysilicon devotion for erasing is required, and an extra step is necessary for forming triple polysilicon because a dielectric layer (insulating layer) is required for tunnel erasing. This not only complicates the process but also affects the degree of integration of the memory cells.

【0021】消去用の高電圧をつくる為の余分なサーキ
ットが必要である。余分なサーキットが集積度に悪影響
を与えるのを極力押さえる為に、消去のブロックサイズ
を比較的大きなものしなければならない。大きなブロッ
クサイズの消去は、不必要なプログラムと消去サイクル
を増やす為メモリーアレイの全体的な寿命を縮める。
An extra circuit is required to generate a high voltage for erasing. The block size for erasure must be relatively large in order to minimize the adverse effect of the extra circuit on the degree of integration. Erasing large block sizes reduces the overall life of the memory array because it increases unnecessary program and erase cycles.

【0022】[0022]

【発明が解決しようとする課題】本発明は電気的プログ
ラマブルリードオンリーメモリー(EPROM)と電気
的消去可能なプログラマブルリードオンリーメモリー
(EEPROM)においてに、特にデバイス構造を改
良,動作技術を効率的にすることにより不揮発性メモリ
ーの応用を広くするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to an electrically programmable read only memory (EPROM) and an electrically erasable programmable read only memory (EEPROM). This broadens the application of the nonvolatile memory.

【0023】電気的にプログラマブルリードオンリーメ
モリー(EEPROM)はフローティングゲートコンダ
クティブ(導電的)ゲート(コネクトしていない)をフ
ィールドイフェクト(電界効果)トランジスター構造に
使用し、それをソースとドレイン領域間の半導体基板上
のチャンネルの上に絶縁して配置する。コントロールゲ
ートはフローティングゲート上にやはり絶縁して提供さ
れる。メモリーの状態はフローティングゲート上に保た
れる電荷の量によって決まり、それがトランジスターの
しきい値をコントロールする。チャンネルホットエレク
トロン(CHE)に於ける電荷の蓄積のメカニズムを次
に説明する。
An electrically programmable read only memory (EEPROM) uses a floating gate conductive gate (not connected) in a field effect transistor structure and uses it as a semiconductor between source and drain regions. Place insulated over the channel on the substrate. The control gate is also provided insulated on the floating gate. The state of the memory is determined by the amount of charge held on the floating gate, which controls the threshold of the transistor. Next, the mechanism of charge accumulation in channel hot electrons (CHE) will be described.

【0024】フローティングゲート上にあるコントロー
ルゲートに電圧がかけられた時,コントロールゲートか
らのフローティングゲートへキャパシティブカプリング
によりフローティングゲートのポーテンシャルが増加す
る。一旦フローティングゲート電圧がしきい電圧を越え
ると、エレクトロンはソースからドレインへ流れ始め
る。水平の電界が、ドレイン−ソース間のポーテンシャ
ルの差によりチャンネル中のエレクトロンの水平な動き
を加速する。エレクトロンはフィールドからエネルギー
とモーメンタムを得てドレイン端で最高エネルギーに達
する。エレクトロンのエネルギーが絶縁バリアの高さを
超える時、エレクトロンが絶縁膜に注入され,もしエレ
クトロンのモーメンタム(モーション)がフローティン
グゲートの方向ならばフローティングゲートポリシリコ
ンに到達する可能性がある。しかし、この可能性は大変
小さい為、低効率で長いプログラム時間が必要になる。
一旦エレクトロンが注入されフローティングゲートに蓄
積されると、メモリーのしきい値電圧が増加する。
When a voltage is applied to the control gate on the floating gate, the potential of the floating gate increases due to the capacitive coupling from the control gate to the floating gate. Once the floating gate voltage exceeds the threshold voltage, electrons begin to flow from source to drain. The horizontal electric field accelerates the horizontal movement of the electrons in the channel due to the potential difference between the drain and the source. Electrons gain energy and momentum from the field and reach maximum energy at the drain end. When the electron energy exceeds the height of the insulating barrier, the electrons are injected into the insulating film and can reach the floating gate polysilicon if the momentum of the electrons is in the direction of the floating gate. However, this possibility is very small and requires low efficiency and long program time.
Once the electrons are injected and stored in the floating gate, the threshold voltage of the memory increases.

【0025】メモリートランジスターの状態は、ソース
とドレインとコントロールゲート上に電圧をかける事に
より読み取りがなされ、これは普通のMOSFETトラ
ンジスターの動作と同じである。ソースとドレイン間の
電流の流れる量は、しきい電圧によって影響される。つ
まり蓄積されたエレクトロンの量によってきまる。フロ
ーティングゲートに蓄積されたエレクトロンが多ければ
多い程、しきい電圧が高くなり電流が低くなる。メモリ
ー状態は電流レベルによって決まる。一般的に何百万分
の一と云うチャンネルエレクトロンの小さな量がフロー
ティングゲートに注入される為フローティングゲートに
エレクトロンを注入するプログラミング時間は、同じメ
モリートランジスターの読み取り時間に比較すると大変
遅いものである。それゆえプログラム時間を少しでも改
良する為に高いドレインとコントロールゲート電圧が、
EPROMとフラッシュEEPROMで使われる。この
高電圧の必要性がメモリーアレイのスケールダウンにと
って、大きな障害となっている。
The state of the memory transistor is read by applying voltages on the source, drain and control gate, which is similar to the operation of a normal MOSFET transistor. The amount of current flowing between the source and the drain is affected by the threshold voltage. That is, it depends on the amount of accumulated electrons. The more electrons stored in the floating gate, the higher the threshold voltage and the lower the current. The memory state depends on the current level. The programming time for injecting electrons into the floating gate is very slow compared to the read time for the same memory transistor, since a small amount of channel electrons, typically one millionth, is injected into the floating gate. Therefore, a high drain and control gate voltage to improve the programming time even a little
Used in EPROMs and Flash EEPROMs. The need for this high voltage is a major obstacle to scaling down memory arrays.

【0026】本発明の主目的は、新しいメモリーセルの
デザインと構造を提供しエレクトロン注入効率を著しく
改良する事である。
It is a primary object of the present invention to provide a new memory cell design and structure to significantly improve electron injection efficiency.

【0027】本発明の他の目的は、新しいメモリーセル
のデザインと構造を提供し、信頼性のあるプログラミン
グと消去を同一のドレインジャンクションから行う事を
可能にする事である。
It is another object of the present invention to provide a new memory cell design and structure that allows for reliable programming and erasing from the same drain junction.

【0028】本発明の他の目的は、エレクトロン注入に
必要なドレインとコントロールゲートの電圧を減らし、
将来のメモリーセルのスケーリングと高集積を可能にす
ると共に、メモリーセルの信頼性を上げ耐性(書き込
み,消去回数)を良くする事である。
Another object of the present invention is to reduce the drain and control gate voltages required for electron injection,
In addition to enabling scaling and high integration of memory cells in the future, it is also necessary to improve the reliability of the memory cells and improve the durability (the number of times of writing and erasing).

【0029】本発明の他の目的は、ターゲットレベルの
エレクトロン蓄積を早いプログラミング時間で可能にし
て、それによってエレクトロン注入のコントローラビリ
ティと組み合わせシングルメモリートランジスターのマ
ルチレベル/マルチビットのアプリケーションをもっと
効果的に得る事である。
Another object of the present invention is to enable target-level electron accumulation with a fast programming time, thereby more effectively combining multi-level / multi-bit applications of single memory transistors in combination with the controllability of electron injection. It is gaining.

【0030】本発明の他の目的は、シングルポリシリコ
ンセル内のEPROM機能にプログラム読み出しの新し
い構造と動作技術を提供する事を特徴とする。
It is another object of the present invention to provide a new program reading structure and operation technique for the EPROM function in a single polysilicon cell.

【0031】本発明の他の目的は、フローティングゲー
トからコントロールゲートへのトンネリング消去の為の
動作技術を従来技術によるトリプル(3重)ポリシリコ
ンEEPROMの代わりに、ダブル(2重)ポリシリコ
ンEEPROMセルで可能とする新しい構造を提供す
る。
Another object of the present invention is to provide an operation technique for tunneling erasure from a floating gate to a control gate instead of a triple polysilicon EEPROM according to the prior art, instead of a double polysilicon EEPROM cell. Provide a new structure that is possible with

【0032】本発明の他の目的は、新しい構造を持った
スプリットゲートセルの不揮発性RAMの機能の特徴を
提供し,ワードライン(コントロールゲート)が選択さ
れたとき,‘φ’(プログラム)が1,(消去)を書く
動作技術を提供する事である。
Another object of the present invention is to provide a feature of the function of a nonvolatile RAM of a split gate cell having a new structure, and that when a word line (control gate) is selected, 'φ' (program) is changed. 1, (erase) is to be provided.

【0033】本発明の他の目的は、EPROMやフラッ
シュEEPROMや不揮発性メモリーアプリケーション
用のもっと簡単でコントロール性のある製造工程を提供
する事である。
It is another object of the present invention to provide a simpler and more controllable manufacturing process for EPROM, flash EEPROM and non-volatile memory applications.

【0034】[0034]

【発明のまとめ】そして、これらの本発明によって達成
される色々な特徴は単一で使われても,組み合わせても
良い。主な特徴を以下に簡単にまとめる:
SUMMARY OF THE INVENTION The various features achieved by the present invention may be used alone or in any combination. The key features are briefly summarized below:

【0035】従来技術によるチャンネルホットエレクト
ロン注入タイプのEPROMとEEPROMの問題はこ
れ迄、水平だったチャンネル構造にフローティングゲー
トの下に垂直なチャンネル/ドレイン部を加えた段差チ
ャンネル/ドレイン構造を提供する事により解決出来
る。これにより、チャンネルからフローティングゲート
へのエレクトロン注入の効率性は著しく向上する。水平
チャンネルで加速されたエレクトロンが直接進行方向の
フローティングゲートの垂直部分に突入するからであ
る。これと反対に、従来の技術はフォトンによるエレク
トロンの散乱とフローティングゲートへの90度の上方
向への方向転換と云う非直接的方法に頼っていた。段差
による垂直注入の特徴は高注入効率、プログラミング時
間を短縮しマルチレベルのストーレージを容易にし、コ
ントロール性を向上し動作を低電圧で動作する事を可能
にし信頼性と全工程の簡易化を達成する。
The problem with prior art channel hot electron injection type EPROMs and EEPROMs has been to provide a stepped channel / drain structure in which a vertical channel / drain portion is added below a floating gate to a horizontal channel structure. Can be solved by This significantly improves the efficiency of electron injection from the channel to the floating gate. This is because the electrons accelerated in the horizontal channel directly enter the vertical portion of the floating gate in the traveling direction. On the contrary, the prior art relied on the indirect method of scattering electrons by photons and turning up 90 degrees to the floating gate. The features of vertical injection by steps are high injection efficiency, shorten programming time, facilitate multi-level storage, improve controllability, enable operation at low voltage, and achieve reliability and simplification of all processes I do.

【0036】ドレインオーバーラップ領域を水平チャン
ネルの長さより少し長めに調整するだけで段差チャンネ
ル/ドレイン構造の本発明の第1の特徴を使って、従来
技術のダブルポリシリコンの代わりに5Vの低電圧プロ
グラム可能なシングルポリシリコンEPROMセルが達
成される。その構造と生産工程の簡素さと低電圧動作の
ためロジック或いはDRAMのプロセスを使いそのチッ
プ上にEPROMをインテグレーションすると云ったア
プリケーションに使われうる,又DRAMチップ上の冗
長パーソナライゼーション用のアルミ線,ポリシリコン
フユーズを置き換えることが出来る。
By using the first feature of the present invention of the step channel / drain structure only by adjusting the drain overlap region slightly longer than the length of the horizontal channel, a low voltage of 5V can be used instead of the prior art double polysilicon. A programmable single polysilicon EPROM cell is achieved. Because of its structure and simplification of production process and low voltage operation, it can be used for applications such as integrating EPROM on its chip using logic or DRAM process, and aluminum wire, poly for redundancy personalization on DRAM chip. Silicon fuse can be replaced.

【0037】段差チャンネル/ドレインのあるダブルポ
リシリコンEEPROMトランジスターに於いて消去と
プログラム動作が同一のジャンクションを使い信頼性を
持つて行えると云う新しい特徴を達成出来る。注入効率
に大きな悪影響を与えずにフローティングゲートから拡
散へとF−Nトンネリングを起こすのに必要な高電圧に
耐えるように、N−ドレインの長さをより長くし,ジャ
ンクションの深さをより深くし、量(ドース)を軽くし
たり調整する。従来技術のEEPROMはトンネリング
から拡散への信頼性の高い消去動作は、深いソース側の
ジャンクションでのみ行う事が出来たが、プログラミン
グに使われる浅いドレインジャンクションでは出来なか
った。従来型のスプリットゲートセルでは、フローティ
ングゲートは一方にジャンクションがあるだけでなの
で、同じサイドでの消去とプログラムはできない。しか
し,スプリットゲート構造もスタックゲート構造でもこ
の新しい特徴を使うことにより同一のジャンクションを
使いEEPROMトランジスター可能にする。段差チャ
ンネル/ドレインのあるダブルポリシリコンEEPRO
Mトランジスターに於けるフローティングゲートからコ
ントロールゲートへのトンネリングによる消去動作の他
の新しい特徴も、N−ドレイン拡散上のオーバラツプ
(重複)したフローティングゲートの長さを調整する事
によって可能になる。
A new feature can be achieved in a double polysilicon EEPROM transistor with a step channel / drain that the erase and program operations can be performed reliably using the same junction. Increase the length of the N-drain and increase the depth of the junction to withstand the high voltage required to cause FN tunneling from the floating gate to the diffusion without significantly affecting the injection efficiency. And lighten or adjust the dose. In the prior art EEPROM, a reliable erase operation from tunneling to diffusion can be performed only at a deep source side junction, but not at a shallow drain junction used for programming. In a conventional split gate cell, the floating gate has only one junction, so erasing and programming cannot be performed on the same side. However, using this new feature in both split-gate and stacked-gate structures allows the use of the same junction and EEPROM transistors. Double polysilicon EEPRO with step channel / drain
Another new feature of the erase operation by tunneling from the floating gate to the control gate in the M transistor is made possible by adjusting the length of the overlapping floating gate on the N-drain diffusion.

【0038】従来技術では、フローティングゲートから
他のポリシリコンへのトンネリングによるエレクトロン
の除去は、EEPROMトランジスターではトリプルポ
リシリコン構造が必要だった。この新しいダブルポリシ
リコンEEPROMトランジスターの特徴は、浅いドレ
インジャンクション(フローティングゲートから拡散へ
の)、工程の複雑さをシンプルにし(ダブルポリシリコ
ン対トリプルポリシリコン)、ワードライン(コントロ
ールライン)レベルのような小さなブロックサイズの消
去を可能にし、不必要なプログラム/消去サイクルが減
らされる事による長寿命性等を提供する事である。従来
技術のEEPROMでは出来なかったことであるが,段
差チャンネル/ドレイン構造のあるスプリットゲートダ
ブルポリシリコントランジスターを使った不揮発性RA
M動作は、低電圧プログラミングとポリからポリへのト
ンネル消去の動作特徴を組み合わせて可能にされる。ラ
ンダムアクセスメモリーの定義は選択されたコントロー
ルゲートに対して同時に違った場所にある(異なるビツ
ト)トランジスターに″0″(プログラム)と″1″
(消去)書き込める事である。最適化されたデザインと
ドレインとソース上の電圧の課し方で,段差チャンネル
/ドレイン構造のあるスプリットゲートダブルポリシリ
コントランジスターはこのRAM機能を達成出来る。こ
の注入段差チャンネルのあるダブルポリシリコンスプリ
ットゲートトランジスターは、不揮発性である上しかも
RAMのように動作するので、ずっと広いアプリケーシ
ョンにつかえる。又、ビット毎のプログラムと消去が可
能な為プログラム/消去時間を短くすると共にプログラ
ム/消去への耐性が延びる。
In the prior art, removing electrons by tunneling from the floating gate to another polysilicon required a triple polysilicon structure in the EEPROM transistor. Features of this new double polysilicon EEPROM transistor include shallow drain junctions (from floating gate to diffusion), simplifying process complexity (double polysilicon vs. triple polysilicon), as well as word line (control line) levels An object of the present invention is to enable erasure of a small block size and provide a long life and the like by reducing unnecessary program / erase cycles. A nonvolatile RA using a split-gate double-polysilicon transistor having a step channel / drain structure, which could not be achieved by the conventional EEPROM.
M operation is enabled by a combination of low voltage programming and the operation characteristics of poly-to-poly tunnel erasure. The definition of the random access memory is "0" (program) and "1" for transistors in different locations (different bits) at the same time for the selected control gate.
(Erase) can be written. With an optimized design and imposing a voltage on the drain and source, a split gate double polysilicon transistor with a step channel / drain structure can achieve this RAM function. The double polysilicon split gate transistor with the injection step channel is non-volatile and operates like a RAM, so that it can be used for much wider applications. Further, since programming and erasing can be performed for each bit, the programming / erasing time is shortened and the durability to programming / erasing is extended.

【0039】水平チャンネルと垂直チャンネル(しかし
N−ドレイン領域の無い)があるトリプルポリシリコン
EEPROMトランジスターを提供する。これは段差チ
ャンネル/ドレインのあるダブルポリシリコンEEPR
OMトランジスターのバリエーションであり、エレクト
ロンの直進走方向がフローティングゲートに垂直である
為高注入効率があると云う同じ概念を使っている。
A triple polysilicon EEPROM transistor with horizontal and vertical channels (but no N-drain region) is provided. This is a double polysilicon EEPR with step channel / drain
This is a variation of the OM transistor, and uses the same concept that high injection efficiency is obtained because the straight traveling direction of electrons is perpendicular to the floating gate.

【0040】本発明の主目的は、段差チャンネルデバイ
ス構造が生産可能な事をデモンストレートする事であ
る。まず、段差にセルフアラインしたN−ドレインを持
つ段差チャンネルを形成する簡単な方法を示す。その中
でフローティングポリシリコンゲートは段差チャンネル
をセルフアラインでない工程でおおう。段差を作るこの
簡単な方法を使いERPROM/EEPROMに於ける
スタックとスプリットゲートトランジスターを形成する
基本的な工程が示されている。
A primary object of the present invention is to demonstrate that a stepped channel device structure can be produced. First, a simple method for forming a step channel having an N-drain self-aligned to the step will be described. The floating polysilicon gate covers the step channel by a non-self-aligned process. The basic steps of forming a stack and split gate transistor in an ERPROM / EEPROM using this simple method of creating steps are shown.

【0041】スプリットゲートトランジスターの別の形
成方法も提供されている。その中でフローティングゲー
ト下のチャンネルと段差の長さは正確に形成出来、スペ
ーサー技術をフルに使って誤差はほとんど無視できる。
Another method of forming a split gate transistor is provided. Among them, the length of the channel and the step under the floating gate can be accurately formed, and the error can be almost ignored by making full use of the spacer technology.

【発明動作の説明】Description of the operation of the present invention

【0042】 ドレイン端に段差注入チャンネルのある
EEPROMNチャンネルトランジスター図4Aと図4
Bは本発明の第1請求項の段差注入チャンネルトランジ
スターの断面図である。図4Aのトランジスター400
aはPタイプのシリコン基板401(P+を添加した半
導体基板上のpタイプのエピタキシャル層でも良い)、
N+ソース拡散404、410の水平チャンネル部、ド
レイン拡散406、水平チャンネルと段差チャンネルの
両方を均一におおうフローティングゲート440,コン
トロールゲート445を持っている。フローティングゲ
ートは半導体基板表面より熱生成されたダイオキサイド
である誘電層420により誘電的に分離されている。コ
ントロールゲート445はフローティングゲート440
に誘電膜430を通じキャパシティブリーにカップル
(容量結合)されており,その誘電膜は熱生成のシリコ
ンダイオキサイドかシリコンダイオキサイドとシリコン
ナイトライドのコンビネーション層のどちらでも良い。
pタイプ401は一般的に約1E16cm−3から5E
17cm−3の間で添加される。ダイエレクトリック膜
420は一般に5から10ナノメートルの厚さで、フロ
ーティングゲート440は、普通ポリシリコンの厚いN
+添加膜で厚さは100nmでも300nmでも良い。
コントロールゲート445は厚いN+添加膜の付いたポ
リシリコンシリサイドの様な低抵抗の配線材料か他のリ
フラクトリー(不反応)材料又はメタルでも良い。パシ
ベーションは層900で示され既知のシリコンオキサイ
ド、シリコンナイトライド、シリコンオキシナイトライ
ドかその組み合わせの様なもので作れる。N+ソース拡
散404はヒ素、リン、アンチモン、イオン注入で作ら
れる。段差形成前にボロンヘイロー(ポケット)を浅く
注入してコーナ415の電界を増し注入効率を高め手も
良いNチャンネルドレイン402は同じイオン不純物材
料が使われるが,段差チャンネル端413に段差が形成
された直後でオキサイドレイヤーの作られるまえにセル
フアラインで注入される。
EEPROM N-Channel Transistor with Step Injection Channel at Drain End FIGS. 4A and 4
B is a sectional view of the step-injection channel transistor according to the first aspect of the present invention. Transistor 400 of FIG. 4A
a is a P-type silicon substrate 401 (which may be a p-type epitaxial layer on a semiconductor substrate to which P + is added);
It has a horizontal channel portion of the N + source diffusions 404 and 410, a drain diffusion 406, a floating gate 440 and a control gate 445 which cover both the horizontal channel and the step channel uniformly. The floating gate is dielectrically separated from the surface of the semiconductor substrate by a dielectric layer 420 which is a thermally generated dioxide. The control gate 445 is a floating gate 440
The capacitor is capacitively coupled (capacitively coupled) through a dielectric film 430, and the dielectric film may be either heat-generated silicon dioxide or a combination layer of silicon dioxide and silicon nitride.
The p type 401 is generally about 1E16cm -3 to 5E
Added between 17 cm -3 . Dielectric film 420 is typically 5 to 10 nanometers thick and floating gate 440 is typically a thick N
The thickness of the + additive film may be 100 nm or 300 nm.
Control gate 445 may be a low resistance interconnect material, such as polysilicon silicide with a thick N + doped film, or other refractory material or metal. Passivation is indicated by layer 900 and can be made of any of the known silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or combinations thereof. N + source diffusion 404 is made by arsenic, phosphorus, antimony, or ion implantation. Before the step is formed, a shallow boron halo (pocket) is implanted to increase the electric field at the corner 415 to increase the injection efficiency and the N-channel drain 402 is easy to use. The same ion impurity material is used. Immediately before the oxide layer is formed, it is injected in a self-aligned manner.

【0043】図4Cに示されるように半導体基板のオリ
ジナル表面の水平面から計られた段差の角度はの際にそ
んなにクリティカルではなく垂直のふかさにして20n
m以上のある限り高注入条件を満たす。この角度が小さ
過ぎると段差チャンネル部の長さが長くなり過ぎ、集積
度が悪くなる。其れ故段差角度が30度以上が良い。こ
の段差413の深さは少なくとも20nmかそれ以上で
ある。段差413の目的はフローティングゲート440
にホットエレクトロンを効率的に注入する事である。
As shown in FIG. 4C, the angle of the step measured from the horizontal plane of the original surface of the semiconductor substrate is not so critical, and is 20 n
The high injection condition is satisfied as long as m or more. If this angle is too small, the length of the step channel portion becomes too long, and the degree of integration is deteriorated. Therefore, the step angle is preferably 30 degrees or more. The depth of the step 413 is at least 20 nm or more. The purpose of the step 413 is to use the floating gate 440.
To efficiently inject hot electrons into the

【0044】コントロールゲート445に適切な電圧を
加えると容量結合(キャパシティブリーカップルド)に
よりフローティングゲートのポーテンシャルは上がりエ
レクトロン層がチャンネル部410に形成される。その
エレクトロンは,その後MOSFETトランジスターで
見られるようにドレイン拡散406が正電圧をかけられ
たとき,その水平ドレイン電界により加速される。エレ
クトロンはシリコン表面の水平チャンネル部410のイ
ンバージョンレイヤー内(普通10nm程度)を流れ
る。もしN−ドレインがチャンネル415の角(かど)
を適度の添加濃度で(普通cm−3に付IE18以下で
あるが)であると,最高の電界がサイドチャンネル41
3にそって角415近辺に作られる事が出来エレクトロ
ンがそこで最高スピードに達し、エレクトロンの進行が
まだ水平に近いのでこれが注入点になる。従来のCHE
EPROMではチャンネルで加速されたエレクトロン
はフォノン散乱後,フローティングゲート方向へ90度
上方転換されたうちでもエネルギーが3eV以上のもの
がフローティングゲートへ注入されると云う非直接的な
方法に頼っていた。フローティングゲートへのエレクト
ロンの注入の段差構造において,トランスポートで得ら
れたエレクトロンのチャンネルエネルギーがバリアの高
さ(シリコンダイオキサイドなら3eV)より高いもの
は全て,フローティングゲートポーテンシャルが角41
5のポーテンシャルより高いと,フローティングゲート
に真っ直ぐフォノン散乱の必要なく注入される。又コン
トロールゲートからの容量結合によるフローティングゲ
ートポーテンシャルは,トンネルオキサイドのバリアの
高さをショトキー効果で下げる一方,水平方向の電界を
増しチャンネルエレクトロンを加速する。このようにし
て、本発明の段差構造の構成はチャンネルからフローテ
ィングゲートへのエレクトロンの注入効率を著しく向上
する。
When an appropriate voltage is applied to the control gate 445, the potential of the floating gate increases due to capacitive coupling, and an electron layer is formed in the channel portion 410. The electrons are then accelerated by the horizontal drain field when the drain diffusion 406 is subjected to a positive voltage, as seen in a MOSFET transistor. Electrons flow in the inversion layer (typically about 10 nm) of the horizontal channel section 410 on the silicon surface. If N-drain is the corner of channel 415
At a moderate addition concentration (normally less than IE18 per cm -3 ), the highest electric field
Around 415 can be made along 3 and the electrons reach their maximum speed there, and this is the injection point because the electron travel is still nearly horizontal. Conventional CHE
In the EPROM, the electrons accelerated in the channel rely on an indirect method in which electrons having an energy of 3 eV or more are injected into the floating gate even if the electrons accelerated upward by 90 degrees toward the floating gate after phonon scattering. In the step structure of the injection of electrons into the floating gate, the floating gate potential of each of the electrons whose channel energy is higher than the barrier height (3 eV in the case of silicon dioxide) is 41
When the potential is higher than 5, the floating gate is injected straight without the need for phonon scattering. The floating gate potential due to capacitive coupling from the control gate lowers the height of the tunnel oxide barrier by the Schottky effect, while increasing the horizontal electric field and accelerating the channel electrons. Thus, the configuration of the step structure of the present invention significantly improves the efficiency of electron injection from the channel to the floating gate.

【0045】フローティングゲート電圧がエレクトロン
蓄積の為に下がり,しきい電圧より下がるとチャンネル
エレクトロンは消え電流は流れない。読み取りモードの
際パワーノイズによる電圧サージの為フローティングゲ
ートへエレクトロンの注入が起こるのを防ぐ為にドレイ
ンとソースを切り替えるのが好ましい;つまり段差側を
ソースにし、もう一方の端をドレインにする。
When the floating gate voltage drops due to electron accumulation and drops below the threshold voltage, the channel electrons disappear and no current flows. In read mode, it is preferable to switch between the drain and the source in order to prevent injection of electrons into the floating gate due to a voltage surge due to power noise; that is, the step side is the source and the other end is the drain.

【0046】チャンネルホットエレクトロンプログラム
で段差ドレイン/チャンネルEPROMトランジスター
を使い低電圧で高い注入効率を得る為の条件を次にまと
める: 構造条件: (1)段差の深さは20nm以上で水平チャンネル面か
らの角度は30度以上が好ましい。 (2)ドレインジャンクション端はチャンネルの角にと
どくのが好ましいがpタイプ段差チャンネルでも高い注
入効率を達成する。
The conditions for obtaining a high injection efficiency at a low voltage using a step drain / channel EPROM transistor in a channel hot electron program are summarized below: Structural conditions: (1) The depth of the step is 20 nm or more and from the horizontal channel plane. Is preferably 30 degrees or more. (2) The drain junction end is preferably located at the corner of the channel, but a high injection efficiency can be achieved even with a p-type step channel.

【0047】選択随意条件: (1)段差チャンネル角の注入点のポーテンシャル(ソ
ースジャンクションに比べ)は2.5〜3.0V以上で
ある。 (2)フローティングゲートのポーテンシャルは注入点
角のポーテンシャルより少なくとも大きい事。
Optional conditions for selection: (1) The potential (compared to the source junction) at the injection point of the step channel angle is 2.5 to 3.0 V or more. (2) The potential of the floating gate must be at least larger than the potential at the injection point angle.

【0048】従来のEPROMに比べ本発明のEPRO
M構造は従来のEPROMセルの低注入効率で必要とさ
れた5Vよりずっと低い3V程のドレイン電圧によって
得られ,ホットエレクトロンのフローティングゲートへ
の注入効率が高い事を特徴とする。それで従来の発明に
よるEPROMセルに必要とされるコントロールゲート
電圧も相対的に大幅に減らされ得る。低電圧での高注入
は″従来技術の説明″のセクションで説明された多くの
問題点を解決出来る。
The EPRO of the present invention is compared with a conventional EPROM.
The M structure is obtained by a drain voltage of about 3V which is much lower than the required 5V at the low injection efficiency of the conventional EPROM cell, and is characterized by a high injection efficiency of hot electrons into the floating gate. Thus, the control gate voltage required for the EPROM cell according to the prior art can also be relatively significantly reduced. High implantation at low voltage can solve many of the problems described in the "Description of the Prior Art" section.

【0049】本発明のドレイン電圧は,ホットエレクト
ロンエミッションが高い注入効率で既に達成される為,
理論限界の2.5−3.0V程に下げる事が出来、従来
発明によるEPROMに必要とされる電圧のほぼ半分に
近いものである。
The drain voltage of the present invention can be achieved because hot electron emission is already achieved with high injection efficiency.
It can be reduced to the theoretical limit of 2.5-3.0 V, which is almost half of the voltage required for the EPROM according to the prior art.

【0050】本発明のコントロール電圧もドレイン電圧
の削減と相対的に減らすことが出来る。
The control voltage of the present invention can be relatively reduced with the reduction of the drain voltage.

【0051】本発明の高い注入効率の為ターゲットレベ
ルの注入エレクトロンをフローティングゲートに貯める
プログラム時間が減る。グゲートに貯めるプログラム時
間が減る。
Because of the high injection efficiency of the present invention, the program time for storing the target level injection electrons in the floating gate is reduced. The program time saved in the gate is reduced.

【0052】フローティングゲート上のマルチレベルス
トーレージがコントロールゲート電圧によって決められ
たターゲットレベルを達成するプログラム時間が短い為
に簡単になる。
This is simplified because the programming time for the multi-level storage on the floating gate to achieve the target level determined by the control gate voltage is short.

【0053】従来発明のEEPROMセルに於けるホッ
トエレクトロンを書き込む為の電界が高くなくて済む
為、本発明によるとメモリーセルの信頼性と耐性が良く
なる。
Since the electric field for writing hot electrons in the conventional EEPROM cell does not need to be high, the reliability and durability of the memory cell are improved according to the present invention.

【0054】コントロールゲート用の電圧の高さが低く
なる為支援回路オキサイドの厚さとチャンネル長が大き
く減らされる。
Since the height of the voltage for the control gate is reduced, the thickness of the support circuit oxide and the channel length are greatly reduced.

【0055】高注入効率と低電圧動作の為プログラミン
グ中の電力消費が著しく減り,ポータブルオペレーショ
ンに大変魅力的である。
High injection efficiency and low voltage operation significantly reduce power consumption during programming, making it very attractive for portable operation.

【0056】[0056]

【実施例】【Example】

【実施例:シングルポリシリコン段差チャンネル ドレ
インEPROMトランジスターとその動作】本発明の目
的である段差注入チャンネル/ドレインを使い従来技術
より低電圧プログラマビリティーを達成したシングルポ
リシリコンn−チャンネルEPROMセルを可能にし
た。
Embodiment: Single-Polysilicon Step-Channel Drain EPROM Transistor and Its Operation A single-polysilicon n-channel EPROM cell which achieves lower voltage programmability than the prior art using a step-injection channel / drain, which is the object of the present invention, is possible. I made it.

【0057】5V以下の低電圧動作は高圧デバイス用の
厚い絶縁膜とドレインエンジニアリングプロセスが必要
ないので魅力的である。図5A,5Bと5Cは本発明に
よる第2の特徴であるシングルポリシリコンのチャンネ
ルEPROMトランジスターの断面図である。このトラ
ンジスターはトランジスター400aを改造したもので
第2のポリシリコンが除かれドレインLn領域に重複す
るゲートのサイズが調整される。トランジスター500
aはpタイプの基板501、N+ソース拡散504、水
平チャンネル部510、段差513(ボロンヘイローを
入れても良い)、Nドレイン拡散502、N+ドレイン
506、(水平及び段差チャンネルを均一におおう)フ
ローティングゲート540より成る。フローティングゲ
ート540は半導体基板表面より熱生成によって作られ
た誘電的な絶縁膜520によって誘電的に分離されてい
る。パシベーション層900は第1の特徴で説明されて
いるものと同じである。良くなった(エンハンストされ
た)デバイスには普通pタイプ501がIE16cm
−3 から5E17cm−3 の間で添加されている。
誘電膜520は普通5−10nm厚でフローティングゲ
ート540は普通ポリシリコンの厚いN+膜が添加され
厚さは100nmから400nmの間である。N+ソー
ス拡散504はヒ素、リン、アンチモンのイオン注入で
作られる。Nチャネルドレイン502は同じ注入材料で
作られるがオキサイド層520生成前で段差作りの直後
に段差チャンネル端513にセルフアラインさせる。フ
ローティングゲート部の下の502の濃度はIE17〜
5E19cm−3の間で5E20cm−3以上の拡散ジ
ャンクション504と506の濃度より少し低めであ
る。段差の角度は水平面から測って30度以上が好まし
い。段差513の深さは30nm以上である。
Low voltage operation below 5V is attractive because it does not require a thick insulating film for high voltage devices and a drain engineering process. 5A, 5B and 5C are cross-sectional views of a single polysilicon channel EPROM transistor according to a second feature of the present invention. This transistor is a modified version of the transistor 400a. The second polysilicon is removed, and the size of the gate overlapping the drain Ln region is adjusted. Transistor 500
a is a p-type substrate 501, an N + source diffusion 504, a horizontal channel portion 510, a step 513 (a boron halo may be inserted), an N drain diffusion 502, an N + drain 506, and a floating (horizontal and step channels are uniformly covered). It comprises a gate 540. The floating gate 540 is dielectrically separated from the surface of the semiconductor substrate by a dielectric insulating film 520 formed by heat generation. The passivation layer 900 is the same as that described in the first feature. For improved (enhanced) devices, usually p-type 501 is IE16cm
-3 to 5E17 cm -3 .
The dielectric film 520 is typically 5-10 nm thick and the floating gate 540 is typically a thick N + film of polysilicon, with a thickness between 100 nm and 400 nm. The N + source diffusion 504 is made by ion implantation of arsenic, phosphorus, and antimony. The N-channel drain 502 is made of the same implantation material, but is self-aligned to the step channel end 513 immediately before forming the step before the oxide layer 520 is formed. The concentration of 502 below the floating gate is IE17 or higher.
It is slightly lower than the concentration of 5E20cm -3 or more diffusion junction 504 and 506 between 5E19 cm -3. The angle of the step is preferably 30 degrees or more measured from the horizontal plane. The depth of the step 513 is 30 nm or more.

【0058】段差513の目的は段差チャンネル515
の角でフローティングゲート604により効率よくホッ
トエレクトロンを注入する事である。
The purpose of the step 513 is to use the step channel 515.
In this case, hot electrons are more efficiently injected into the floating gate 604 at the corners.

【0059】フローティングゲートへのエレクトロン注
入の条件は、前記の第1の特徴のセクション″ドレイン
端に段差チャンネルのあるEPROM N−チャンネル
トランジスター″で説明したのと同じである: (1)注入点515のポーテンシャルが2.5V〜3.
0Vより高い事。 (2)フローティングゲートポーテンシャル2.5V〜
3.0Vが注入点の電圧より高い事。
The conditions for injecting electrons into the floating gate are the same as those described in the first feature section "EPROM N-Channel Transistor with Step Channel at Drain" described above: (1) Injection point 515 Is 2.5V-3.
Be higher than 0V. (2) Floating gate potential 2.5V ~
3.0 V must be higher than the voltage at the injection point.

【0060】第1の条件(1)は3V以上のドレイン電
圧を加える事により簡単に達成出来る。第2の条件
(2)のフローティングゲートポーテンシャルが2.5
V〜3.0V以上でなければならない事は2つの方法で
得られる。
The first condition (1) can be easily achieved by applying a drain voltage of 3 V or more. The floating gate potential of the second condition (2) is 2.5
What must be above V-3.0V can be obtained in two ways.

【0061】第1の方法はLn(502)の長さを水平
チャンネル部の長さ(510)より少し長くする。それ
によりドレインからフローティングゲートへのカップリ
ングキャパシタンスが増える。この場合5Vがドレイン
506に加えられた時フローティングゲート電圧が2.
5〜3.0Vになる。注入点のポーテンシャルが約3V
にとどまるようにジャンクション端502を注入点51
5から段差底の角へとオフセットする事も良い。第2の
方法は図5Aで示されるようにフローティングゲート5
40と同じポリシリコンで電気的にお互いに接続したキ
ャパシター541のゲートとEPROMトランジスター
の外側のカップリングキャパシタンス500bを作る事
である。カップリングキャパシタンスの部分は0.6a
カップリングレシオを得る為にEPROMトランジスタ
ーゲート領域より少し大きくデザインされている。この
ように5Vがキャパシタージャンクション556の拡散
に加えられた時にフローティングゲートポーテンシャル
はキャパシターを通して結合され約3Vになる。一旦条
件(1)と(2)が満たすとチャンネルホットエレクト
ロンは効率よく直接に(フォノン散乱を必要とせずに)
フローティングゲートに注入される。
In the first method, the length of Ln (502) is made slightly longer than the length (510) of the horizontal channel portion. This increases the coupling capacitance from the drain to the floating gate. In this case, when 5 V is applied to the drain 506, the floating gate voltage becomes 2.
It becomes 5-3.0V. Potential at injection point is about 3V
The junction end 502 so that it stays at the injection point 51
It is also good to offset from 5 to the corner of the step bottom. The second method is to use a floating gate 5 as shown in FIG. 5A.
To make the gate of the capacitor 541 electrically connected to each other with the same polysilicon as 40 and the coupling capacitance 500b outside the EPROM transistor. The coupling capacitance part is 0.6a
It is designed to be slightly larger than the EPROM transistor gate area in order to obtain a coupling ratio. Thus, when 5V is applied to the diffusion of capacitor junction 556, the floating gate potential is coupled through the capacitor to about 3V. Once the conditions (1) and (2) are satisfied, the channel hot electrons are efficiently and directly (without needing phonon scattering).
Injected into the floating gate.

【0062】第2の方法は外のキャパシターがダブルポ
リシリコンEEPROMメモリーセルのコントロールゲ
ートと同じ機能をする。第1の方法ではトランジスター
はストーレージの役割を果たすが選択の機能がない。そ
の為EEPROMメモリーセルとしてこのデバイスを使
用する為には図5Aに示されているように従来のn−チ
ャンネルFETデバイス500cがこのシングルEPR
OMトランジスター500aに直列に加えらる。この従
来のFETトランジスター500cのゲートはストーレ
ージトランジスター500aの情報をアクセスする為の
選択機能(コントロールゲート)を提供する。この方法
ではストーレージEPROMトランジスターは普通‘オ
ン’になっている。(5E16/cm〜5E17/c
の間の濃度でヒ素かリンをチャンネル領域510に
使ったデプリーションデバイス)注入したエレクトロン
を貯めた後しきい電圧は増加され‘オフ’の状態を得ら
れる。
In the second method, the outer capacitor performs the same function as the control gate of a double polysilicon EEPROM memory cell. In the first method, the transistor plays the role of storage, but has no function of selection. Therefore, in order to use this device as an EEPROM memory cell, a conventional n-channel FET device 500c can be used as a single EPR as shown in FIG. 5A.
It is added in series to the OM transistor 500a. The gate of this conventional FET transistor 500c provides a selection function (control gate) for accessing information of the storage transistor 500a. In this method, the storage EPROM transistor is normally 'on'. (5E16 / cm 3 ~5E17 / c
A depletion device using arsenic or phosphorus in channel region 510 at a concentration between m 3 ) After storing the injected electrons, the threshold voltage is increased to obtain an 'off' state.

【0063】本発明の主目的の段差注入チャンネル/ド
レインを使い,シングルポリシリコンn−チャンネルE
PROMセルは、5V程度の低電圧プログラミングを提
供する。このシングルポリEPROMから得られる利点
は、(i)ダブルポリシリコンの必然性が除去される事
(ii)高電圧デバイスが要らない事(iii)工程
簡易化によるダブルポリシリコンと高電圧デバイスの除
去によりロジック或いはDRAMとEPROMコンバタ
ビリティーが出来る事(iv)EPROMをロジックチ
ップ上にインテグレーションする広域のアプリケーショ
ンが生まれること,DRAMチップのフユーズを置き換
えリダンダンシーパーソナナライゼーションに使えるこ
とである。
The main object of the present invention is to use a step injection channel / drain to form a single polysilicon n-channel E
PROM cells provide low voltage programming as low as 5V. The advantages obtained from this single-poly EPROM are that (i) the necessity of double-polysilicon is eliminated, (ii) no high-voltage device is required, and (iii) the elimination of double-polysilicon and high-voltage devices by simplifying the process EPROM convertibility with logic or DRAM can be achieved. (Iv) A wide area application for integrating EPROM on a logic chip can be created, and the fuse of DRAM chip can be replaced and used for redundancy personalization.

【0064】[0064]

【実施例:段差チャンネル ドレインのあ
るダブルポリシリコンEEPROMに於けるフローティ
ングゲートから拡散へのトンネリングによる電気消去】
ダブルポリシリコンEEPROMに於いては消去はフロ
ーティングゲートから拡散へのエレクトロントンネリン
グによりなされ、本発明の第3の特徴は同じ段差ドレイ
ン−拡散での消去とプログラムが可能になることであ
る。
[Embodiment: Electric erase by tunneling from floating gate to diffusion in double polysilicon EEPROM with step channel drain]
In double polysilicon EEPROMs, erasing is by electron tunneling from the floating gate to the diffusion, and a third feature of the present invention is that erasing and programming with the same step drain-diffusion is possible.

【0065】図4Aのトランジスター400aは図3A
のダブルポリシリコンEEPROMトランジスター30
0aを改造したものであり、ドレインジャンクションが
段差チャンネル/ドレインによって置き換えられ,ソー
スジャンクション404の深さが減っている。ソースジ
ャンクションの深さが減らせるのは、消去がソース側で
なく段差チャンネル/ドレインの側壁でなされるからで
ある。この段差ジャンクションはすでに軽く添加された
n−ジャンクションを持っており,ブレークダウン迄1
0−12Vは耐えられるようにデザインされている。ト
ランジスター400b(図4B)はEEPROMのスプ
リットゲートのものであり、拡散へトンネル消去を行
う。従来発明では出来なかったことである。従来発明で
は拡散へのトンネル消去は消去とプログラムが同じジャ
ンクションでなされ無ければならない,それは相反する
性格のものであったため不可能だった。二つともトラン
ジスター400aと400bはP型半導体基板401,
N+ソース拡散404、導電性がフローティングゲート
440でコントロールされている水平な410のチャン
ネル領域、コントロールゲート445、段差413、N
−ドレイン拡散404、N+ドレイン拡散、水平なチャ
ンネルと段差チャンネルの両方を覆うフローティングゲ
ート440、コントロールゲート445からなる。
The transistor 400a of FIG.
Double Polysilicon EEPROM Transistor 30
0a, wherein the drain junction is replaced by a step channel / drain and the depth of the source junction 404 is reduced. The source junction depth can be reduced because erasing is done on the side walls of the step channel / drain rather than on the source side. This step junction already has a lightly added n-junction, one to the breakdown.
0-12V is designed to withstand. Transistor 400b (FIG. 4B) is the split gate of an EEPROM and performs tunneling to diffusion. This is something that could not be done with the conventional invention. In the prior art, tunnel erasure to diffusion has been impossible because erasure and programming must be done at the same junction, which are of opposite nature. In both cases, the transistors 400a and 400b have a P-type semiconductor substrate 401,
N + source diffusion 404, horizontal 410 channel region whose conductivity is controlled by floating gate 440, control gate 445, step 413, N
-A drain diffusion 404, an N + drain diffusion, a floating gate 440 covering both the horizontal channel and the step channel, and a control gate 445.

【0066】スプリットゲート400bは余分なチャン
ネル領域418を持ちその伝導性はチャンネル410の
一部と直列なゲート445によってコントロールされ
る。フローティングゲートは半導体基板表面から誘電膜
420によって誘電的に分離されており、誘電膜420
は熱処理で成長させたダイオキサイドである。コントロ
ールゲート445は絶縁膜430を通じフローティング
ゲート440にキャパシティブにカップリングされてお
り,その絶縁膜は熱成長させたシリコンダイオキサイド
かシリコンダイオキサイドとシリコンナイトライドの組
み合わせたものかのどちらでも良い。Pタイプ401は
普通1E16cm−3から5E17cm−3の間で添加
され,ダイエレクトリック膜420は普通5から10ナ
ノメートル厚で,フローティングゲート440はN+添
加されたポリシリコン膜でありその厚さは100nm〜
300nmの間が良い。コントロールゲート445は厚
くN+添加したポリシリコン膜かシリサイドのような低
抵抗の配線材料または,リフラクトリーメタル材料のい
ずれかである。N+拡散404と406はヒ素、リンか
アンチモンのイオン注入で作られる。N−ドレイン40
2は段差形成の直後かオキサイド層420の形成前に段
差チャンネル端413にセルフアラインで同じイオン注
入で作られる。この時点でヘイローのp−タイプの添加
して電界を高くして注入を高めることも良い。Nジャン
クション402は10Vの消去に普通1E17から1E
18cm−3の間の添加(ドーピング)がなされ、その
深さは250から300nmを選び、ソースジャンクシ
ョン150から200nmより少し深めである。
The split gate 400 b has an extra channel region 418 and its conductivity is controlled by a gate 445 in series with a portion of the channel 410. The floating gate is dielectrically separated from the semiconductor substrate surface by a dielectric film 420.
Is a dioxide grown by heat treatment. The control gate 445 is capacitively coupled to the floating gate 440 through an insulating film 430, and the insulating film may be either thermally grown silicon dioxide or a combination of silicon dioxide and silicon nitride. P type 401 is added between the common 1E16 cm -3 of 5E17 cm -3, a die electric layer 420 is usually 5 to 10 nm thick, a floating gate 440 is a polysilicon film that is N + added thickness thereof is 100nm ~
A distance between 300 nm is good. The control gate 445 is made of a thick N + -added polysilicon film, a low-resistance wiring material such as silicide, or a refractory metal material. N + diffusions 404 and 406 are made by arsenic, phosphorus or antimony ion implantation. N-drain 40
2 is formed by self-aligning the same ion implantation into the step channel end 413 immediately after the step formation or before the oxide layer 420 is formed. At this point, it is also possible to increase the electric field by adding a p-type halo to enhance the injection. N junction 402 is typically 1E17 to 1E for 10V erase
An addition (doping) of between 18 cm -3 is made, the depth of which is chosen between 250 and 300 nm, a little deeper than the source junction 150 to 200 nm.

【0067】プログラミングの必要条件と説明はセクシ
ョンI.a“段差チャンネルがドレイン端にあるEEP
ROMn−チャンネルトランジスターと全く同一であ
る。この段差の角度は水平面より計って一般的に30度
以上である。
The programming requirements and explanation are described in Section I. a "EEP with step channel at drain end
Exactly the same as a ROM n-channel transistor. The angle of this step is generally 30 degrees or more as measured from the horizontal plane.

【0068】段差413の深さは最低30nmである。
この段差413の目的はホットエレクトロンをもっと効
率的に段差チャンネル415の角のフローティングゲー
ト440に注入する事である。
The depth of the step 413 is at least 30 nm.
The purpose of step 413 is to more efficiently inject hot electrons into floating gate 440 at the corner of step channel 415.

【0069】消去動作は基本的にはトランジスター30
0aの説明と同一であり業界でもっとも一般的に使われ
ているトランジスターと同じである。トンネルオキサイ
ド410が9nm、ONO430が20nm、カップリ
ングレシオが0.55と仮定すると約10Vがドレイン
ジャンクションに加えられトランジスター400aか4
00bのどちらにおいてもコントロールゲートがφVに
されると、オキサイド422の電界はF−Nトンネリン
グのクリティカル値(約10MV/cm)を越える。フ
ローティングゲートに畜られたエレクトロンは300a
ではFNトンネルによりソース側にのぞかれるが,ここ
ではドレイン側に作られた段差チャンネル/ドレインで
F−Nトンネリングによって除かれる。この方法ではド
レインジャンクションに高圧が必要なので,ドレインジ
ャンクションはアバランチブレークダウンにかかり易
い。消去中のブレークダウンをなくすにはN−ジャンク
ション402はより軽くドーピングされ、ソースジャン
クション404より深くなっている。このようにしてデ
ザインを最適化することにより段差チャンネル/ドレイ
ンジャンクションを使ったプログラムと消去の動作の発
明が達成出来る。スプリットゲート構造もスタックゲー
ト構造と同様に本発明のダブルポリシリコンEEPRO
Mトランジスターで作ることが出来る。
The erasing operation is basically performed by the transistor 30
0a and the same as the most commonly used transistor in the industry. Assuming that the tunnel oxide 410 is 9 nm, the ONO 430 is 20 nm, and the coupling ratio is 0.55, about 10 V is applied to the drain junction and the transistor 400a or 400
In either case, when the control gate is set to φV, the electric field of the oxide 422 exceeds the critical value of FN tunneling (about 10 MV / cm). Electrons captured by the floating gate are 300a
In this case, the source side is looked at by the FN tunnel, but here, it is removed by FN tunneling at a step channel / drain formed on the drain side. In this method, since a high voltage is required at the drain junction, the drain junction is liable to avalanche breakdown. N-junction 402 is lightly doped and deeper than source junction 404 to eliminate breakdown during erase. By optimizing the design in this way, the invention of the programming and erasing operation using the step channel / drain junction can be achieved. The split gate structure is the same as the stacked gate structure, and the double polysilicon EEPRO of the present invention is used.
It can be made with M transistors.

【0070】[0070]

【実施例:段差チャンネルのあるダブルポ
リシリコンEEPROMに於けるフローティングゲート
からコントロールゲートへのトンネリングによる電気消
去】従来発明の説明に置いてにフローティングゲートか
ら他のポリシリコンへのエレクトロンのトンネリング除
去は三重ポリシリコン構造を必要とした。二層ポリシリ
コンのスタック,スプリットゲートトランジスターセル
に於いて,コントロールゲートに電圧がかけられると,
フローティングゲート上にコントロールゲート電圧の半
分以上の電圧が誘導されるようにデザインされていた。
その為トンネルオキサイドの厚さは上部のポリ層間のダ
イイレクトリックNOより著しく薄いため、トンネルオ
キサイドにかかる電界は上部にかかる電界より何倍も大
きくなる。ということはトンネルがまず上方向にトンネ
ルオキサイドで始まり、消去でなくプログラミング(注
入)が起こり,ポリ消去が出来なかつた。それで第3ポ
リシリコンを消去の為に加え,フローティングゲートと
第3消去ゲートの間のトンネリングによって消去を行っ
た。しかし、本発明の段差チャンネル/ドレイントラン
ジスターでは,適当なNOの厚さとLGの長さを選ぶこ
とによりフローティングゲートからコントロールゲート
へのトンネル消去がダブルポリシリコンでも安全に達成
できる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Electrical Erasing by Tunneling from Floating Gate to Control Gate in Double-Polysilicon EEPROM with Step Channel In the description of the prior art, the removal of tunneling of electrons from a floating gate to another polysilicon is performed in triple. A polysilicon structure was required. When a voltage is applied to the control gate in a two-layer polysilicon stack, split gate transistor cell,
The design was such that more than half the control gate voltage was induced on the floating gate.
Therefore, the thickness of the tunnel oxide is much thinner than the dielectric NO between the upper poly layers, so that the electric field applied to the tunnel oxide is many times larger than the electric field applied to the upper portion. This means that the tunnel started with the tunnel oxide first upward, and programming (injection) occurred instead of erasing, and poly erasing could not be performed. Then, third polysilicon was added for erasing, and erasing was performed by tunneling between the floating gate and the third erasing gate. However, in the step channel / drain transistor of the present invention, the tunnel erasure from the floating gate to the control gate can be safely achieved by double polysilicon by selecting an appropriate NO thickness and LG length.

【0071】段差チャンネル/ドレインのあるダブルポ
リシリコンEEPROMトランジスターに於けるフロー
ティングゲートからコントロールゲートへの消去動作の
他の新しい特徴は、本発明の第4の特徴である。ダブル
ポリシリコンEEPROMトランジスター600aと6
00bに於いて、電気消去とプログラムの必要条件は
(i)トンネルゲートオキサイド620が5〜10nm
の間である事。(ii)ONO或いはナイトライドオキ
サイドのようなダイイレクトリック630はトンネルオ
キサイドと同等か、より厚いものである事。普通8−1
5nmである。(iii)チャンネル領域610の長さ
とオーバーラップ拡散(重複拡散)Ln602が大体同
じか以上である事。
Another new feature of the floating gate to control gate erase operation in a double polysilicon EEPROM transistor with a step channel / drain is the fourth feature of the present invention. Double polysilicon EEPROM transistors 600a and 6
At 00b, the requirements for electrical erase and programming are:
(I) Tunnel gate oxide 620 is 5 to 10 nm
Things between. (Ii) Dielectric 630, such as ONO or nitride oxide, should be as thick or thicker than tunnel oxide. Normal 8-1
5 nm. (Iii) The length of the channel region 610 and the overlap spread (overlap spread) Ln 602 are substantially equal to or greater than each other.

【0072】ポリシリコン上の熱酸化膜又はCVDでデ
ポジットされたオキサイド/ナイトライドを通してポリ
シリコンからポリシリコンへのトンネリングの一般的な
クリティカル電界は約6−7MV/cmとされている。
(ハラリとマスオカ(E.Harari and F.
Masuoka)によると熱処理された基板のオキサイ
ドの電界は10MV/cmとされ、これより低い。)そ
れでダイエレクトリック630の電界はフローティング
ゲートからコントロールゲートへのトンネルを消去する
には6MV/cmより高くなければならない。一方チャ
ンネルホットエレクトロンで注入された電荷のディスタ
ーバンスを考慮に入れるとポリ層間の電界は3MV/c
m以下に保たれなければならない。トランジスター60
0aと600bに於けるダブルポリシリコンEEPRO
Mのデザインと動作を簡単なモデルを使って図示する。
図7Aにトランジスター600aと600bの簡略化し
たキャパシタンスモデルが示されている。キャパシター
Ccg−fgはコントロールゲート645とフローティ
ングゲート640の間のキャパシタンスである。Cfg
−Lnはフローティングゲート640とn−拡散領域6
02の間のキャパシタンスである。Cfg−chはフロ
ーティングゲート640とチャンネル領域610の間の
キャパシタンスである。(もっと正確にはCfg−ch
のソースからフローティングゲートへのオーバーラップ
キャパシタンスも含まれるべきである。)ここで説明を
簡単にするために3つのキャパシタンスが同じおおきさ
に仮定されるが,この選択は現実的な想定である。どの
ターミナルノードにでも電圧が加圧されるとその1/3
の電圧がフローティングゲートノードにキャパシティブ
カプリングによりかかり,各電圧は加算される。(スー
パーインポーズする。)
A typical critical electric field for tunneling from polysilicon to polysilicon through thermal oxide on polysilicon or oxide / nitride deposited by CVD is about 6-7 MV / cm.
(E. Harari and F.O.
According to Masuka), the electric field of the oxide of the heat-treated substrate is 10 MV / cm, which is lower than this. ) So the electric field of the die electric 630 must be higher than 6 MV / cm to eliminate the tunnel from the floating gate to the control gate. On the other hand, taking into account the disturbance of the charge injected by the channel hot electrons, the electric field between the poly layers is 3 MV / c.
m or less. Transistor 60
Double polysilicon EEPRO at 0a and 600b
The design and operation of M are illustrated using a simple model.
FIG. 7A shows a simplified capacitance model of transistors 600a and 600b. Capacitor Ccg-fg is the capacitance between control gate 645 and floating gate 640. Cfg
-Ln is the floating gate 640 and the n-diffusion region 6
02. Cfg-ch is the capacitance between floating gate 640 and channel region 610. (More precisely, Cfg-ch
Should also be included from the source to floating gate overlap capacitance. 3.) Here, for simplicity, the three capacitances are assumed to be of the same size, but this choice is a realistic assumption. When voltage is applied to any terminal node, 1/3
Are applied to the floating gate node by capacitive coupling, and each voltage is added. (Superimpose.)

【0073】フローティングゲートへのエレクトロン注
入のプログラム条件は上記の第1セクションで述べられ
たが(1)フローティングゲート電圧>3V(2)注入
点ポテンシャルが>2.5〜3.0Vである。全てのキ
ャパシタンスが同じとする仮定に基づくと(フラットチ
ャンネル長=Ln)コントロールゲートとドレインノー
ドに5Vが荷電された時、フローティングゲート電圧は
キャパシティブカプリングの為3.3Vになりプログラ
ム条件を満たす。例えばトンネルゲートオキサイド8n
mとONO11nmを例に取るとONO11nmのポテ
ンシャルは1.7V=5V−3.3Vであり、電界は
1.55MV/cm(=1.7V/11nm)である。
コントロールゲートが5Vであったとして、ソース/ド
レインが接地されていてもフローティング電圧は1.7
VでありONOの電界は3MV/cm(=3.3V/1
1nm)である。それでプログラミング中はONOの電
界はデザインターゲットの3MV/cm以下に保たれて
いる。消去動作ではコントロールゲート電圧はもっと増
加される,一方ソースとドレインはφvに保たれる。コ
ントロールゲート電圧が10Vに増圧されたときキャパ
シティブカプリングによりフローティングゲート電圧は
3.3Vになり,ONOにかかる電位差は6.7V=1
0V−3.3Vとなる。ONOの電界は6MV/cm
(=6.7V/11nm)になりフローティングゲート
ポリシリコンからコントロールゲートポリシリコンへの
エレクトロントンネリングのターゲット条件を満たす。
このようにしてポリからポリへのトンネリング消去が1
0Vで及びチャンネルホットエレクトロン注入によるプ
ログラミングが5Vでが達成される。この消去電圧の条
件は従来発明のトリプル(三層)ポリシリコンEEPR
OMセルに必要とされる電圧レベルとほとんど変わらな
い。
The program conditions for injecting electrons into the floating gate are described in the first section above. (1) The floating gate voltage is> 3 V. (2) The injection point potential is> 2.5 to 3.0 V. Based on the assumption that all capacitances are the same (flat channel length = Ln), when 5 V is charged to the control gate and the drain node, the floating gate voltage becomes 3.3 V due to the capacitive coupling and satisfies the program condition. For example, tunnel gate oxide 8n
Taking m and ONO 11 nm as an example, the potential of ONO 11 nm is 1.7 V = 5 V-3.3 V, and the electric field is 1.55 MV / cm (= 1.7 V / 11 nm).
Assuming that the control gate is 5 V, the floating voltage is 1.7 even if the source / drain is grounded.
V and the electric field of the ONO is 3 MV / cm (= 3.3 V / 1
1 nm). Thus, during programming, the electric field of the ONO is kept below the design target of 3 MV / cm. In the erase operation, the control gate voltage is further increased, while the source and drain are kept at φv. When the control gate voltage is increased to 10 V, the floating gate voltage becomes 3.3 V due to the capacitive coupling, and the potential difference applied to the ONO is 6.7 V = 1.
0V-3.3V. ONO electric field is 6 MV / cm
(= 6.7 V / 11 nm), which satisfies the target condition for electron tunneling from the floating gate polysilicon to the control gate polysilicon.
In this manner, the poly-to-poly tunneling erasure can be reduced by one.
At 0V and programming with channel hot electron injection at 5V is achieved. The condition of the erase voltage is the triple (three-layer) polysilicon EEPR of the prior art.
It is almost the same as the voltage level required for the OM cell.

【0074】トランジスター600c、600dと60
0eは図6Cに示されトランジスター600cの段差チ
ャンネルのあるダブルポリスプリットゲートトランジス
ターで600bを少し改造したものである。これらのト
ランジスターのバリエーションは全て前記のトランジス
ター600bと同じエレクトロン注入メカニズムを使っ
ている。トランジスターエレメントラベル番号は前記の
トランジスター600bの構造と機能の説明と一致する
ものを600c、600dと600eにも使用してい
る。
The transistors 600c, 600d and 60
Reference numeral 0e denotes a double polysplit gate transistor shown in FIG. 6C having a stepped channel of the transistor 600c, which is slightly modified from 600b. All of these transistor variations use the same electron injection mechanism as transistor 600b described above. The same transistor element label numbers as those used in the description of the structure and function of the transistor 600b are used for 600c, 600d, and 600e.

【0075】トランジスター600cのフローティング
ゲートは図6Cに示されたようにスプリットゲートの側
壁に形成されている。600cに於いては、カプリング
キャパシターはスプリットゲートとフローティングゲー
ト間の側壁を通して得られる。消去はその側壁を通して
トンネリングによりなされる。トランジスター600d
のフローティングゲートはシリコン基板に埋め込まれて
いる。トランジスター600eはトランジスター600
dの埋め込まれたフローティングゲートを持っている
が,N+ドレイン606の機能はより高いシート抵抗の
ペナルティーを持って602領域に連結されている。ト
ランジスター600eを並べて高集積のメモリーアレイ
を作ることが出来る。
The floating gate of the transistor 600c is formed on the side wall of the split gate as shown in FIG. 6C. At 600c, a coupling capacitor is obtained through the sidewall between the split gate and the floating gate. Erasing is done by tunneling through the side walls. Transistor 600d
Are embedded in a silicon substrate. The transistor 600e is the transistor 600
Although it has a floating gate embedded with d, the function of N + drain 606 is coupled to region 602 with a higher sheet resistance penalty. A highly integrated memory array can be manufactured by arranging the transistors 600e.

【0076】ポリ消去使用の段差チャンネル/ドレイン
のある電気消去可能なプログラマブル読み出し専用メモ
リートランジスターで得られる利点をまとめる: 1)本発明段差チャンネル/ドレインを備えた付きダブ
ルシリコンEEPROMセルはポリシリコンからポリシ
リコンへの消去を可能にする。プログラムコントロール
ゲートと消去ゲートが別々になる三層ポリシリコンEE
PROMと異なり、同じコントロールゲートを使っての
CHEプログラミングと消去を可能にする。このスプリ
ットゲートトランジスターはドレインとソースが低電圧
で動作するためメモリーセルに浅いジャンクションを使
う利点を達成できる。またポリシリコン層が3層から2
層になった事により工程が簡単になる。
Summarizing the advantages obtained with an electrically erasable programmable read only memory transistor with a step channel / drain using poly-erase: 1) The double silicon EEPROM cell with step channel / drain of the present invention is a poly-silicon EEPROM. Enables erasure to silicon. Three-layer polysilicon EE with separate program control gate and erase gate
Unlike PROM, it allows CHE programming and erasing using the same control gate. This split gate transistor can achieve the advantage of using a shallow junction for the memory cell because the drain and source operate at low voltage. In addition, the polysilicon layer is changed from three layers to two.
The layers simplify the process.

【0077】2)各々のコントロールゲート(=ワード
ライン)が消去動作とプログラミング動作に使える為三
層ポリシリコンEEPROMにみられる大きなブロック
サイズ消去のかわりにワードラインレベルの小さな単位
の消去が可能になる。その為不必要な大ブロックの消去
のかわりに小単位のローカルメモリーデータの消去が出
来るようになる。プログラム/消去サイクルを必要以上
に使わなく済むのでEEPROMの寿命を長くする。
2) Since each control gate (= word line) can be used for the erasing operation and the programming operation, it is possible to erase a small unit at the word line level instead of erasing a large block size seen in a three-layer polysilicon EEPROM. . Therefore, local memory data in small units can be erased instead of unnecessary large blocks. Since the program / erase cycle is not used more than necessary, the life of the EEPROM is extended.

【0078】[0078]

【実施例:ダブルポリシリコンスプリットゲート構造に
於ける不揮発性ランダムアクセスメモリー動作】従来発
明によるフラッシュEEPROM動作ではプログラムと
消去はシクエンシャリーに(順番に)なされた。プログ
ラムと消去動作条件がコンパチブルでなかったからであ
る。プログラム動作はまず全メモリーチップ又はメモリ
ーチップの一部分が消去されてその部分が再プログラム
された。選ばれたコントロールゲート(ワードライン)
上で“φ″と“1″を任意に異なる(ビット)トランジ
スターに同時に書き込むことが出来なかった為である。
その為EEPROMは順番に“φ″と“1″を書き込め
たがRAMとは呼ばれずROMとよばれた。
EXAMPLE: Non-Volatile Random Access Memory Operation in a Double-Polysilicon Split-Gate Structure In a flash EEPROM operation according to the prior art, programming and erasing were performed sequentially. This is because the program and erase operation conditions were not compatible. The program operation was to first erase the entire memory chip or a portion of the memory chip and reprogram that portion. Selected control gate (word line)
This is because "φ" and "1" could not be simultaneously written into arbitrarily different (bit) transistors.
For this reason, the EEPROM was able to write "φ" and "1" in order, but was not called RAM but was called ROM.

【0079】段差チャンネル600bの二層ポリシリコ
ンスプリットゲートトランジスターに於けるポリからポ
リへの消去機能と低電圧プログラミングを組み合わせる
ことにより,電気的に接続されたコントロールゲートを
持つ限り任意のトランジスターロケーションにプログラ
ムと消去が同時に出来るようになる。こうしてEEPR
OMに欠けていたランダムアクセスメモリーの特徴が段
差チャンネルのあるスプリットゲートトランジスターを
適切なデザインと動作を使うことにより達成できる。
By combining the poly-to-poly erasure function and low-voltage programming in the double-layer polysilicon split-gate transistor of the step channel 600b, any transistor location can be programmed as long as it has an electrically connected control gate. And erasure can be performed at the same time. Thus EEPR
The features of the random access memory lacking in the OM can be achieved by using a split gate transistor having a step channel with proper design and operation.

【0080】第4の特徴であるスプリットゲートトラン
ジスター600bを使ってランダムアクセスメモリーの
動作とデザインの概念が本発明の第5の特徴である。
The concept of the operation and design of the random access memory using the split gate transistor 600b, which is the fourth feature, is the fifth feature of the present invention.

【0081】プログラムと消去の動作の原則は前記と同
じである。電気消去はフローティングゲートからコント
ロールゲートへのエレクトロンのトンネリングによって
達成でき、プログラミングは段差チャンネルへの進行方
向の注入によって達成出来る。説明を確にする為に同じ
モデルとそのトランジスターの説明をくりかえす。二層
ポリシリコンEEPROMトランジスター600bでは
不揮発性動作の条件は(i)トンネルゲートオキサイド
620の厚さが5から10nmの間であること。(i
i)ONOやナイトライドオキサイドのような絶縁層6
30はトンネルオキサイドの厚さよりももうすこし厚い
か同じで普通8から15nmの間である。(iii)チ
ャンネル領域610の長さとオーバーラップ拡散Ln6
02は同じ長さまたわそれ以上である。
The principles of the program and erase operations are the same as described above. Electrical erasure can be accomplished by tunneling electrons from the floating gate to the control gate, and programming can be accomplished by forward injection into the step channel. Repeat the description of the same model and its transistor to make the description clear. In the double-layer polysilicon EEPROM transistor 600b, the condition of the nonvolatile operation is that (i) the thickness of the tunnel gate oxide 620 is between 5 and 10 nm. (I
i) Insulating layer 6 such as ONO or nitride oxide
Numeral 30 is slightly thicker or equal to the thickness of the tunnel oxide, usually between 8 and 15 nm. (Iii) Length of channel region 610 and overlap diffusion Ln6
02 is the same length or more.

【0082】ポリシリコン上の熱酸化オキサイド又はC
VDでデポジットされたオキサイド/ナイトライドを通
してポリシリコンからポリシリコンへのトンネリングの
一般的なクリティカル電界は約6−7MV/cmとされ
ている。(ハラリとマスオカ(E.Harari an
d F.Masuoka)によると熱処理された基板の
オキサイドの電界は10MV/cmとされ、これより低
い。)それでダイエレクトリック630の電界はフロー
ティングゲートからコントロールゲートへのトンネル消
去するには6MV/cmより高くなければならない。一
方チャンネルホットエレクトロンで注入された電荷のデ
ィスターバンスを考慮に入れるとポリ層間の電界は3M
V/cm以下に保たれなければならない。トランジスタ
ー600bに於けるダブルポリシリコンEEPROMの
デザインと動作を簡単なモデルを使って図示する。図7
Aにトランジスター600bの簡略化したキャパシタン
スモデルが示されている。キャパシターCcg−fgは
コントロールゲート645とフローティングゲート64
0の間のキャパシタンスである。Cfg−Lnはフロー
ティングゲート640とn−拡散領域602の間のキャ
パシタンスである。Cfg−chはフローティングゲー
ト640とチャンネル領域610の間のキャパシタンス
である。この概念を使いもっと正確なモデルで適切な電
圧とキャパシターのパラメーターを選択することによ
り、もっと細かくオプティマイズ出来るのであるが,こ
こで説明を簡単にするために3つのキャパシタンスが同
じおおきさであると仮定する。(この選択は現実的な想
定である。)どのターミナルのノードにでも電圧が加圧
されるとその1/3の電圧がフローティングゲートノー
ドにキャパシティブカプリングにより誘起きされ,各電
圧は加算される。(スーパーインポーズする。) フローティングゲートへのエレクトロン注入のプログラ
ム条件は下記の通りで(i)フローティングゲート電圧
>3V(ii)注入ポイントポーテンシャルは615の
注入ポイントで>2.5〜3.0Vである。チャンネル
長とLnのサイズは下記のデザインリクワイアメントを
満たすように調整される。
Thermal oxide on polysilicon or C
A typical critical electric field for tunneling from polysilicon to polysilicon through oxide / nitride deposited with VD is about 6-7 MV / cm. (E. Harari an
d F. According to Masuka), the electric field of the oxide of the heat-treated substrate is 10 MV / cm, which is lower than this. 3.) The electric field of the die electric 630 must therefore be higher than 6 MV / cm for tunnel erasure from the floating gate to the control gate. On the other hand, considering the disturbance of the charge injected by the channel hot electrons, the electric field between the poly layers becomes 3M.
It must be kept below V / cm. The design and operation of a double polysilicon EEPROM in the transistor 600b is illustrated using a simple model. FIG.
A shows a simplified capacitance model of the transistor 600b. The capacitor Ccg-fg is connected to the control gate 645 and the floating gate 64
It is a capacitance between zero. Cfg-Ln is the capacitance between floating gate 640 and n-diffusion region 602. Cfg-ch is the capacitance between floating gate 640 and channel region 610. By using this concept and choosing the appropriate voltage and capacitor parameters in a more accurate model, we can optimize more finely, but for the sake of simplicity we assume that the three capacitances are the same size. I do. (This choice is a realistic assumption.) When a voltage is applied to any terminal node, one-third of that voltage is induced by capacitive coupling at the floating gate node, and each voltage is added. (Superimpose.) The program conditions for electron injection into the floating gate are as follows: (i) Floating gate voltage> 3 V (ii) Injection point potential is> 2.5-3.0 V at 615 injection points It is. The channel length and the size of Ln are adjusted to satisfy the following design requirements.

【0083】 トンネルゲートオキサイドが8nm、O
NOが11nm、そして書込動作電圧条件が満たされた
ときの例を図7Bの表に、書き込み″φ″、″1″、そ
して″変化なし(非選択)″を満たすフローティングゲ
ートポテンシャルとONOの電界を表した。ここで使わ
れた最低電圧のゼロボルトをレファレンスとしてある。
コントロールゲート電圧は5Vが選択されない時,10
Vが選択された時である。ドレインとソース電圧は書き
込み″φ″(エレクトロン注入により高いVtを得る)
の時、Vs=5VとVd=10V、そして書き込み″
1″(ONOを通じてトンネル消去による低いVt)に
たいしVs=φVとVd=φV、そして″変化なし″の
時Vs=5VでVd=5Vである。10Vがコントロー
ルゲートとドレインノードにかかるとフローティングゲ
ート電圧はキャパシティブカプリングで8.3V(その
結果Vds=3.3V,Vgs=5V)になり,プログ
ラム条件を満たす。その時,11nmのONOにかかる
ポテンシャルは1.7V=10V−8.3Vで、電界は
1.55MV/cm(1.7V/11nm)である。コ
ントロールゲートが10Vで、ソース/ドレインが5V
の場合にはフローティング電圧は(浮遊電圧)6.7V
でONOの電界は3MV/cm(=3.3V/11n
m)である。それでプログラミング中のONOの電界は
3MV/cm以下に保たれターゲット条件を満たすこと
が出来る。
When the tunnel gate oxide is 8 nm and O
FIG. 7B shows an example in which NO is 11 nm and the write operation voltage condition is satisfied. FIG. 7B shows a table of the floating gate potential and ONO satisfying the write “φ”, “1”, and “no change (unselected)”. The electric field was represented. The reference is the lowest voltage of zero volts used here.
The control gate voltage is 10 V when 5 V is not selected.
It is when V is selected. Drain and source voltage are written "φ" (high Vt is obtained by electron injection)
, Vs = 5V and Vd = 10V, and write
Vs = φV and Vd = φV for 1 ″ (low Vt due to tunnel erasure through ONO), and Vd = 5V with Vs = 5V when “no change”. Floating when 10V is applied to control gate and drain node The gate voltage is 8.3 V (resulting in Vds = 3.3 V, Vgs = 5 V) by capacitive coupling, which satisfies the program condition, and the potential applied to the 11 nm ONO is 1.7 V = 10 V-8.3 V, The electric field is 1.55 MV / cm (1.7 V / 11 nm), the control gate is 10 V, and the source / drain is 5 V.
, The floating voltage (floating voltage) is 6.7V
And the electric field of the ONO is 3 MV / cm (= 3.3 V / 11 n
m). Thus, the electric field of the ONO during programming is kept below 3 MV / cm, and the target condition can be satisfied.

【0084】消去動作にはコントロール電圧は10Vに
保たれるがソースとドレインはφVに減圧される。フロ
ーティングゲート電圧はキャパシティブカプリングで
3.3Vになり、ONOの電圧は6.7V=10V−
3.3Vになる。ONOの電界は6MV/cm(=6.
7V/11nm)になり、これはフローティングゲート
ポリシリコンからコントロールゲートポリシリコンへの
エレクトロントンネリングのターゲットを満たしフロー
ティングゲート上に貯められたエレクトロンはコントロ
ールゲートに除去される。ONOの電界はいつも3MV
/cm以下に保たれている。コントロールゲートが選択
されないVfg=5V、Vd=10V、Vs=5Vの非
選択時にフローティングゲートは6.7V即ちVgs=
1.7Vになりこれはドレインとソースがオンになる電
圧に近い。この非選択時の誤動作はスプリットゲート6
20をフローティングゲートに直列に設置する事により
防ぐことが出来る。
In the erase operation, the control voltage is maintained at 10 V, but the source and drain are reduced to φV. The floating gate voltage becomes 3.3 V by capacitive coupling, and the ONO voltage becomes 6.7 V = 10 V−
It becomes 3.3V. The ONO electric field is 6 MV / cm (= 6.
7V / 11 nm), which fills the target for electron tunneling from the floating gate polysilicon to the control gate polysilicon, and the electrons stored on the floating gate are removed by the control gate. ONO electric field is always 3MV
/ Cm or less. When the control gate is not selected and Vfg = 5V, Vd = 10V, and Vs = 5V are not selected, the floating gate is 6.7V, that is, Vgs =
1.7V, which is close to the voltage at which the drain and source are turned on. This malfunction when not selected is caused by the split gate 6
20 can be prevented by installing them in series with the floating gate.

【0085】コントロールゲートをアクセスするにあた
り″φ″か″1″を書き込む事はコントロールゲートが
10Vに選ばれている時,ドレイン(ビツト)とソース
に適切な電圧を選ぶことによりいつでも出来る。、選ば
れたコントロールゲートに電気的に接続されているメモ
リーセルのうち,同時に任意のロケーションに″φ″
と″1″を書き込む事は、ランダムアクセスメモリーの
動作そのものである。こうして従来技術のEEPROM
では達成できなかったことが、本発明のスプリットゲー
トダブルポリシリコントランジスターによって不揮発性
RAMも出来るようになる。
Writing "φ" or "1" in accessing the control gate can be performed at any time by selecting appropriate voltages for the drain (bit) and source when the control gate is selected to be 10V. At the same time, among the memory cells electrically connected to the selected control gate, "φ"
Writing “1” with “1” is the operation of the random access memory itself. Thus, the prior art EEPROM
However, the split gate double polysilicon transistor of the present invention enables a nonvolatile RAM to be achieved.

【0086】段差チャンネル/ドレインのあるダブルポ
リシリコンスプリットゲートトランジスターの動作で得
られる利点をつぎに上げる。 1)ビット単位でプログラミングと消去が必要に応じて
出来る。従来発明によるトリプルポリシリコンEEPR
OMに於いてデータ書き換えの際の不必要な消去サイク
ルが省かれる。ビット単位の書き込みが可能なためプロ
グラム/消去サイクルへの耐性が向上する。
The advantages obtained by the operation of the double polysilicon split gate transistor having the step channel / drain are as follows. 1) Programming and erasing can be performed in bit units as needed. Conventional triple polysilicon EEPR
Unnecessary erase cycles at the time of data rewriting in the OM are omitted. Since writing can be performed in bit units, resistance to program / erase cycles is improved.

【0087】2)本発明の段差チャンネル/ドレインの
あるダブルポリシリコンスプリットセルと適切な動作と
デザインが不揮発性RAMを提供する。本発明は不揮発
性でありながらRAMのように振るまう事を提供する為
広い分野のアプリケーションに使われ得る。
2) The double polysilicon split cell with step channel / drain of the present invention and proper operation and design provide a non-volatile RAM. The present invention can be used in a wide variety of applications to provide non-volatile but behavior like a RAM.

【0088】[0088]

【実施例:垂直フローティングゲートチャンネルのある
トリプルポリシリコンEEPROM】本発明のもう一つ
の特徴は段差注入チャンネルのあるEPROMトランジ
スター800aと800bのバリエーションで第6の特
徴に関連する。図8Aと8Bは任意の垂直のフローティ
ングゲートチャンネルと水平チャンネルが直列に繋いだ
トリプルポリシリコンEEPROMトランジスターの断
面図である。トランジスター800aと800bはP型
シリコン基板801、N+ソース拡散804;水平のチ
ャンネル領域818(選択ワードゲートの第3のポリシ
リコンによって導性がコントロールされている)で出来
ている。垂直チャンネル810はフローティングゲート
840とコントロールゲート845によって制御され
る。
Embodiment: Triple Polysilicon EEPROM with Vertical Floating Gate Channel Another feature of the present invention is a variation of EPROM transistors 800a and 800b with a step injection channel and relates to the sixth feature. FIGS. 8A and 8B are cross-sectional views of a triple polysilicon EEPROM transistor with any vertical floating gate channel and horizontal channel connected in series. Transistors 800a and 800b are made of P-type silicon substrate 801, N + source diffusion 804; horizontal channel region 818 (conductivity is controlled by the third polysilicon of the selected word gate). The vertical channel 810 is controlled by a floating gate 840 and a control gate 845.

【0089】フローティングゲート840は垂直チャン
ネルと垂直トレンチの底のドレイン拡散806を覆って
いる。このフローティングゲートは熱成長させたシリコ
ンダイオキサイド820により誘電的に分離されてい
る。コントロールゲート845はフローティングゲート
840に誘電膜830を通じて誘電結合(キャパシティ
ブリーにカップルされている)されており誘電膜は熱成
長させたシリコンダイオキサイドかシリコンダイオキサ
イドとシリコンナイトライドの薄膜のどちらでも良い。
Pタイプ801は普通1E16cm−3から5E17c
−3の間でドーピングされており水平のチャンネルゲ
ートオキサイドは8から15nmの間で少し厚めで、フ
ローティングゲート840は普通N+でドーピングされ
たポリシリコン膜であり厚さは100nmから300n
mの間で良い。コントロールゲート845はN+でドー
ピングされたポリシリコン膜である。選択ゲート850
はポリシリコンか低抵抗のシリサイド或いはリフラクト
リー材料でも良い。N+ソース拡散804はヒ素、リ
ン、アンチモニーのイオン注入によって形成する。N+
ドレイン806は同じイオン注入材料で形成されるが垂
直のチャンネル端810にセルフアライされており、こ
れは段差形成直後、フローティングゲートポリシリコン
840のデポジションの直前に行われる。N+ジャンク
ション806が消去に使われるときジャンクション80
6はジャンクションのブレークダウンをより高くなるよ
うジャンクションの深さを増すためにリンをドーピング
する。フローティングゲート840と選択ゲート850
の間でトンネリングにより消去がなされる時、ドレイン
ジャンクションの深さは普通のヒ素でドーピングされた
ジャンクションで良い。ここでチャンネルエレクトロン
がN+ジャンクション804から提供されるが、エレク
トロンが選択ゲートチャンネルに提供されるならばN+
ジャンクションのかわりにチャンネルエレクトロンの反
転層(インバーテッドレヤー)を使つても良い。
The floating gate 840 covers the vertical channel and the drain diffusion 806 at the bottom of the vertical trench. The floating gate is dielectrically separated by thermally grown silicon dioxide 820. The control gate 845 is dielectrically coupled (capacitively coupled) to the floating gate 840 through a dielectric film 830, and the dielectric film may be either thermally grown silicon dioxide or a thin film of silicon dioxide and silicon nitride. .
P type 801 is usually 1E16cm -3 to 5E17c
channel gate oxide horizontal is doped among the m -3 is slightly thicker at between 8 and 15 nm, 300n from the floating gate 840 is normally N + in be a doped polysilicon film thickness of 100nm
Good between m. The control gate 845 is a polysilicon film doped with N +. Select gate 850
May be polysilicon or a low resistance silicide or refractory material. The N + source diffusion 804 is formed by ion implantation of arsenic, phosphorus, and antimony. N +
The drain 806 is formed of the same ion implanted material, but is self-aligned to the vertical channel end 810, which occurs immediately after the step formation and immediately before the deposition of the floating gate polysilicon 840. Junction 80 when N + junction 806 is used for erasure
6 is doped with phosphorus to increase the junction depth so that the junction breakdown is higher. Floating gate 840 and select gate 850
The drain junction depth may be a normal arsenic doped junction when erasing is performed by tunneling between. Here, channel electrons are provided from N + junction 804, but if electrons are provided to the select gate channel, N +
A channel electron inversion layer (inverted layer) may be used instead of the junction.

【0090】コントロールゲート845にある一定レベ
ル以上の電圧がかかるとコントロールゲートからキャパ
シティブリーにカップルされたフローティングゲートの
ポーテンシャルは垂直チャンネル領域810のしきい値
電圧より高くなる、もし選択ゲート850もしきい電圧
より高くするとエレクトロンがソースジャンクション8
04からドレインジャンクション806に流れ始める。
エレクトロンはMOSFETトランジスターで見られる
様に水平の電界により加速される。
When a voltage above a certain level is applied to the control gate 845, the potential of the floating gate capacitively coupled from the control gate becomes higher than the threshold voltage of the vertical channel region 810. If the select gate 850 also has a threshold. When the voltage is higher than the voltage, the electrons are connected to the source junction 8
From 04, it starts flowing to the drain junction 806.
Electrons are accelerated by a horizontal electric field as seen in MOSFET transistors.

【0091】コントロールゲート845ポテンシャルが
充分高く,フローティングゲートのポテンシャルがドレ
インとしきい電圧を加えた値より高くなると同時に,選
択ゲート850がしきい電圧より少し高めで水平チャン
ネル抵抗が垂直チャンネル抵抗に比べて高くなっている
限り、815に於けるチャンネルポーテンシャルはドレ
イン806に加えられた電圧に近づいて行く。そうする
と水平と垂直チャンネルの交差点815で最高の電界が
作られ、エレクトロンが最高スピードになり、エレクト
ロンの動きはまだ水平なので815のコーナーが注入点
になる。チャンネルで加速されたエレクトロンのエネル
ギーレベルがバリアの高さより高くなると、高エネルギ
ーのエレクトロンはフローティングゲートにオキサイド
を真っ直ぐに通し注入される。これと反対に、従来発明
はエレクトロンのフォノン散乱により上方90度の方向
転換いう非直接的プロセスによりフローティングゲート
へ注入された。このようにして、垂直チャンネル構造を
用いてチャンネルからフローティングゲートへのエレク
トロン注入効率を何桁も向上する。
The potential of the control gate 845 is sufficiently high so that the potential of the floating gate becomes higher than the sum of the drain and the threshold voltage, and the horizontal gate resistance is slightly higher than the threshold voltage when the select gate 850 is slightly higher than the threshold voltage. As long as it is high, the channel potential at 815 will approach the voltage applied to drain 806. This produces the highest electric field at the intersection 815 of the horizontal and vertical channels, the highest speed of the electrons and the movement of the electrons is still horizontal, so the corner of 815 is the injection point. When the energy level of the electrons accelerated in the channel becomes higher than the height of the barrier, the high-energy electrons are injected straight through the oxide into the floating gate. In contrast, the prior art was injected into the floating gate by an indirect process of turning 90 degrees upward due to phonon scattering of electrons. In this way, the efficiency of electron injection from the channel to the floating gate is improved by orders of magnitude using the vertical channel structure.

【0092】[0092]

【実施例:段差チャンネル ドレインのあるEEPRO
M NVRAMトランジスターの製造方法】本発明の主
目的はEEPROMデバイス構造の新しい構造を示すこ
と、新構造のEPROM、EEPROMとNVRAMト
ランジスターのデバイス動作を示すこと,もう一つその
構造を作る方法を示すことである。段差チャンネルをド
レイン端に作るには多くの方法があるが,その中からい
くつかを選んで説明する。第1の方法は、チャンネル段
差をフローティングゲートポリシリコンでおおうセルフ
ァラインを使わない簡単な方法である。第2の方法は、
第1のセルファラインでない方法によるマスク工程中の
ミスアラインメントをミニマイズする方法である。
Example: EEPRO with step channel drain
The main object of the present invention is to show a new structure of the EEPROM device structure, to show the device operation of the new structure EPROM, EEPROM and NVRAM transistor, and to show another method of making the structure. It is. There are many ways to create a step channel at the drain end, but some of them will be explained. The first method is a simple method that does not use a self-aligned line in which a channel step is covered with floating gate polysilicon. The second method is
This is a method of minimizing misalignment during a mask process by a method other than the first self-alignment.

【0093】[0093]

【実施例:簡単な段差チャンネルドレイン形成方法】図
9Aと9Bは、本発明の第7の特徴である段差チャンネ
ル/ドレイン構造を第1の方法で作る方法を示す。LO
COSのデバイス分離かシャロートレンチ分離454の
直後に,段差作りは図9Aに示された様に始まる。この
デバイスの領域は、まだ薄いシリコンオキサイドとCV
Dデポジットしたナイトライドのダイエレクトリック
(誘電膜)425で覆われている。図9Bのフォトレジ
スト462は、設定された段差領域定義するのに使われ
る。フォトレジスト層462をマスクとして使い、誘電
層452がドライRIE又はKOHのようなウエットエ
ッチでエッチされる。それから、シリコン基板が少なく
とも30nmの深さに注意深くエッチされる。段差の角
度は水平のシリコンの表面より計って30度以上に保持
されるべきであり、これは高注入効率を達成する為で、
エレクトロンを水平方向にフローティングゲートへと注
入する為である。この角度はRIEにおけるエッチ条件
を設定することでコントロール出来る。それからn−領
域402は、チャンネルドレイン端415にヒ素、リン
かアンチモンでセルフアラインメントによって注入され
る。n−領域の注入量は段差413上のチャンネルオキ
サイド厚さをコントロールし、良好のゲートオキサイド
の質を保つ為に5E19cm−3より少ない。n−ジャ
ンクションの構造は段差チャンネル/ドレイン領域にセ
ルファラインと云う簡単なプロセスで達成出来る。フォ
トレジスト462とダイレトリック層452を除去した
後、トンネルオキサイド420を熱成長させる。この段
差チャンネル/ドレイン形成後、普通のEEPROMの
工程が続けられる。
Embodiment: Simple Step Channel Drain Forming Method FIGS. 9A and 9B show a method of forming a step channel / drain structure which is the seventh feature of the present invention by a first method. LO
Immediately after the COS device isolation or shallow trench isolation 454, step building begins as shown in FIG. 9A. The area of this device is still thin silicon oxide and CV
It is covered with a D-deposited nitride dielectric (dielectric film) 425. The photoresist 462 of FIG. 9B is used to define the set step region. Using the photoresist layer 462 as a mask, the dielectric layer 452 is etched by a wet etch such as dry RIE or KOH. Then the silicon substrate is carefully etched to a depth of at least 30 nm. The angle of the step should be kept at least 30 degrees, measured from the horizontal silicon surface, to achieve high implantation efficiency,
This is for injecting electrons horizontally into the floating gate. This angle can be controlled by setting etch conditions in RIE. The n-region 402 is then implanted at the channel drain end 415 with arsenic, phosphorus or antimony by self-alignment. The implantation amount of the n− region is smaller than 5E19 cm −3 in order to control the thickness of the channel oxide on the step 413 and maintain good gate oxide quality. The structure of the n-junction can be achieved by a simple process called self-alignment in the step channel / drain region. After the removal of the photoresist 462 and the dielectric layer 452, the tunnel oxide 420 is thermally grown. After forming the step channel / drain, the normal EEPROM process is continued.

【0094】[0094]

【実施例:簡単な段差形成法を用いたスタックゲートト
ランジスターの製造方法】図4Aに於けるトランジスタ
ー400aと図6Aのトランジスター600aの形成方
法を次に提供する。この2つのトランジスターの違い
は、単にN−ドレインジャンクションにある。フローテ
ィングゲートからN−ドレインへのトンネル消去の為の
高電圧の為、トランジスター400aのN−ドレインジ
ャンクションは600aのそれより深い。これはリンの
ような高拡散不純物の注入によって得られ、5E13/
cm2〜5E14/cm2の量のリンを100KeV〜
180KeV のエネルギーで注入したものである。一
方N−ドレイントランジスタ−600aはリンのイオン
注入を30KeV〜100KeVのエネルギーで作られ
る。トランジスター600aにはN−ドレイン用にヒ素
も使える。その時トランジスター600aのNドレイン
ジャンクションの深さはヒ素のソースジャンクション位
浅くなる。フローティングゲートポリシリコン440は
熱成長させたトンネルオキサイド420上にディポジッ
トされ、ポリシリコン層上に薄いオキサイドが成長され
る。それからフォトレジストマスク464がつけられ、
図9Cに示されるようにフローティングゲートを隣のセ
ルから分離させる。
EXAMPLE: Method of Manufacturing Stacked Gate Transistor Using Simple Step Forming Method A method of forming the transistor 400a in FIG. 4A and the transistor 600a in FIG. 6A will now be provided. The difference between the two transistors is simply the N-drain junction. The N-drain junction of transistor 400a is deeper than that of 600a because of the high voltage for tunnel erasure from the floating gate to the N-drain. This is obtained by implanting highly diffused impurities such as phosphorus,
cm2-5E14 / cm2 phosphorus at 100 KeV ~
It is implanted at an energy of 180 KeV. On the other hand, the N-drain transistor 600a is formed by implanting phosphorus ions at an energy of 30 to 100 KeV. Arsenic can also be used for N-drain in transistor 600a. At that time, the depth of the N drain junction of the transistor 600a becomes shallower than the source junction of arsenic. Floating gate polysilicon 440 is deposited on thermally grown tunnel oxide 420, and a thin oxide is grown on the polysilicon layer. Then a photoresist mask 464 is applied,
The floating gate is separated from the neighboring cells as shown in FIG. 9C.

【0095】ONOやナイトライドを加えたオキサイド
のようなコンポジットの(合成の)誘電層430がデポ
ジットで作られ,その上に第2のコントロールゲートポ
リシリコン445を作る。誘電層455をコントロール
ゲートポリシリコン上に作成後、図9Dに於けるフォト
レジストマスク466を使い,注意深くリアクティブイ
オンエッチングでコントロールゲートとフローティング
ゲートをエツチする,その次にステップのソース/ドレ
インジャンクション領域にイオン注入をする。普通のF
ET工程での側壁スペーサー形成、拡散アニーリング、
パシベーション、コンタクトホール穴開け、配線用の金
属工程等が続く。こうして図仏に示されるスタックトラ
ンジスター400aや図6Aに示されるトランジスター
600aの最終的デバイス構造が得られる。
A composite (synthetic) dielectric layer 430, such as ONO or nitrided oxide, is made of a deposit, on which a second control gate polysilicon 445 is made. After forming a dielectric layer 455 on the control gate polysilicon, carefully etch the control gate and floating gate by reactive ion etching using the photoresist mask 466 in FIG. 9D, and then step source / drain junction regions Ion implantation. Ordinary F
ET process for sidewall spacer formation, diffusion annealing,
Passivation, drilling of contact holes, metal processes for wiring, etc. follow. Thus, a final device structure of the stacked transistor 400a shown in FIG. 6 and the transistor 600a shown in FIG. 6A is obtained.

【0096】[0096]

【実施例:簡単な段差形成法を用いたスプリットゲート
トランジスターの製造方法】段差チャンネル形成後は段
差チャンネル/ドレインのあるスプリットゲートトラン
ジスター400bと600bの製造工程は一般的に作ら
れているスプリットゲート工程と少しも異ならない。段
差チャンネル形成中はN−ドレインジャンクションの要
求条件は2つのトランジスターで異なる。トランジスタ
ー400bのN−ドレインはフローティングゲートから
N−ドレインへのトンネル消去のため高電圧用にデザイ
ンされており、その為トランジスタ−400bのN−ド
レインジャンクションは600bのそれより深く、高拡
散リンの注入によって得られるが、5E13/cm
5E14/cmの量のリンを100KeV〜180K
eV間のエネルギーで注入する。一方トランジスター0
0bのN−ドレインは30KeV〜100KeVと云っ
たリンイオン注入の小さいエネルギーによって形成され
る。トランジスター600bにはN−ドレインの為のヒ
素を使っても良い。こうしてトランジスター600bの
N−ドレインジャンクションの深さはヒ素ソースジャン
クションと同じくらい浅い。
EXAMPLE: Method of manufacturing split gate transistor using a simple step forming method After forming a step channel, split gate transistors 400b and 600b having a step channel / drain are manufactured by a common split gate process. Is no different. During formation of the step channel, the requirements for the N-drain junction are different for the two transistors. The N-drain of transistor 400b is designed for high voltage to eliminate tunneling from the floating gate to the N-drain, so that the N-drain junction of transistor 400b is deeper than that of 600b and has a high diffusion of phosphorus. 5E13 / cm 3 ~
5E14 / cm 3 of phosphorus at 100 KeV to 180 K
Implant with energy between eV. On the other hand, transistor 0
The N-drain of Ob is formed by the small energy of the phosphorus ion implantation of 30 KeV to 100 KeV. Arsenic for the N-drain may be used for the transistor 600b. Thus, the depth of the N-drain junction of transistor 600b is as shallow as the arsenic source junction.

【0097】図10Bに於いてフォトレジストマスク4
65がN+ジャンクション形成のために使われる、そし
てヒ素、リン或いはアンチモンの種類を使ったN+イオ
ンを注入する。そして隣接したセル間のフローティング
ゲートを図9Cのようにフィールドオキサイド上で分離
する。チャンネル418上の薄いオキサイドを除去した
後、スプリットゲートチャンネルゲートオキサイドとポ
リオキサイドを熱成長させる。それからONOやナイト
ライドオキサイドと云ったコンポジットの誘電層、その
後図10Cに示された第2コントロールゲートポリシリ
コン445がデポジットされる。404のN+のイオン
注入量は5E20 から5E21cm−3云ったかなり
高いものが選ばれているが、これはオキサイド424を
図10Cに於けるスプリットチャンネルゲート418上
のゲートオキサイド428と比較しN+拡散404上に
厚く成長させる為である。
In FIG. 10B, the photoresist mask 4 is formed.
65 is used for N + junction formation and implant N + ions using the arsenic, phosphorus or antimony species. Then, the floating gate between adjacent cells is separated on the field oxide as shown in FIG. 9C. After removing the thin oxide on the channel 418, the split gate channel gate oxide and poly oxide are thermally grown. Then, a composite dielectric layer such as ONO or nitride oxide is deposited, followed by a second control gate polysilicon 445 shown in FIG. 10C. The N + ion implantation dose of 404 has been chosen to be quite high, such as 5E20 to 5E21 cm -3 , which compares the oxide 424 with the gate oxide 428 on the split channel gate 418 in FIG. It is for growing thickly on top.

【0098】誘電コンポジット層430(合成誘電層)
とスプリットチャンネル領域428を作成後,コントロ
ールゲートポリシリコンはデボされ,フォトレジストマ
スクを使い注意深いリアクティブィオンエッチングによ
りコントロールゲートとフローティングゲートを同時に
エツチする。それから側壁スペーサー作成、拡散アニー
リング、パシペーション、コンタクトホール穴開けと配
線メタライゼーション等の普通のFET工程が続く。こ
うしてスプリットゲートトランジスター(図4Aの)4
00bと図6Aのトランジスター600bの最終的なデ
バイス構造が得られる。
Dielectric composite layer 430 (synthetic dielectric layer)
After the formation of the control channel polysilicon 428 and the split channel region 428, the control gate and the floating gate are simultaneously etched by careful reactive ion etching using a photoresist mask. This is followed by the usual FET processes such as sidewall spacer creation, diffusion annealing, passivation, contact hole drilling and wiring metallization. Thus, the split gate transistor (of FIG. 4A) 4
00b and the final device structure of transistor 600b of FIG. 6A.

【0099】各々の方法により簡易な工程によりセルフ
アラインの拡散領域を持った高注入段差チャンネル構造
を持つトランジスター400a、400b、600aと
600bが得られる。一旦段差チャンネル/ドレインが
形成されると従来のスタックゲートトランジスターやス
プリットゲートトランジスターの工程が続く。
According to each method, transistors 400a, 400b, 600a and 600b having a high injection step channel structure having a self-aligned diffusion region can be obtained by simple steps. Once the step channel / drain is formed, the conventional stack gate transistor or split gate transistor process continues.

【0100】[0100]

【実施例:大きな側面ゲートを持つ段差ス
プリットゲートトランジスターの製造 【実施例:大きな側面ゲートを持つ段差スプリットゲー
トトランジスターの製造方法】スプリットゲートトラン
ジスター600cの第2の製造方法は水平チャンネルと
フローティングゲート下のオーバーラップしたLnの長
さを正確にコントロールする方法である。2つの製造方
法を次に説明する;第1は比較的に大きな水平チャンネ
ルをフローティングゲートの下に作るもので、第2は水
平チャンネルの長さが短いものである。図11A〜11
Gは上述の本発明の特徴に関連した段差チャンネル/ド
レイン構造のあるスプリットゲートトランジスター60
0cの製造方法のバリエーションを示す。LOCOSの
デバイス分離又は浅いトレンチの分離の後、ワードライ
ンゲート645(トランジスター600bに於けるスプ
リットゲートチャンネル618の機能にあたるもの)が
図11Aに示されている、そこでポリシリコン645の
高さは約250nmから400nmの間で,ポリシリコ
ンは100から200nmの誘電層655で覆われてい
る。ポリシリコンが定義された後薄いオキサイド(10
〜20nm)656がポリ側壁上に熱成長され、その後
薄いナイトライド657がCVDデポジションによって
作られる(図11B)。フォトレジスト661はコンタ
クト領域を設定するのに使われる。フォトレジストマス
クを使ってナイトライド膜657がRIEによって等方
的にエッチされ、N+ソースジャンクションをの為にヒ
素等のイオンが注入される。フォトレジストを除去した
後,図11Cの側壁オキサイド(50〜80nm)65
8を反対側のポリシリコンゲート645の656のそれ
より数倍厚い熱酸化膜をコンタクトホール領域に選択的
に熱成長させる。
EXAMPLE: Manufacturing of a stepped split gate transistor having a large side gate Example: Method of manufacturing a stepped split gate transistor having a large side gate This is a method for accurately controlling the length of the overlapped Ln. Two fabrication methods will now be described; the first is to create a relatively large horizontal channel below the floating gate, and the second is a short horizontal channel. 11A-11
G denotes a split gate transistor 60 having a stepped channel / drain structure related to the above-described features of the present invention.
0c shows a variation of the manufacturing method. After LOCOS device isolation or shallow trench isolation, the word line gate 645 (which functions as the split gate channel 618 in the transistor 600b) is shown in FIG. 11A, where the height of the polysilicon 645 is about 250 nm. Between 400 and 400 nm, the polysilicon is covered with a 100 to 200 nm dielectric layer 655. After the polysilicon is defined, a thin oxide (10
(5620 nm) 656 is thermally grown on the poly sidewall, after which a thin nitride 657 is created by CVD deposition (FIG. 11B). The photoresist 661 is used to set a contact area. The nitride film 657 is isotropically etched by RIE using a photoresist mask, and ions such as arsenic are implanted to form an N + source junction. After removing the photoresist, the sidewall oxide (50-80 nm) 65 of FIG.
8, a thermal oxide film several times thicker than that of 656 of the polysilicon gate 645 on the opposite side is selectively thermally grown in the contact hole region.

【0101】コンタクトホールの底部のオキサイドは垂
直なRIEによってエッチされる,その間フローティン
グゲート側のナイトライド656が下部の酸化を防ぎジ
ャンクションN+604上の酸化膜のエッチ時のエッチ
ストップともなる。ポリシリコン670は180〜20
0nmの厚さがあり、デポジットされた時点では図11
Dの点線で示される。
The oxide at the bottom of the contact hole is etched by vertical RIE, during which the nitride 656 on the floating gate side prevents oxidation of the lower part and also serves as an etch stop when etching the oxide film on the junction N + 604. 180 to 20 for polysilicon 670
There is a thickness of 0 nm, and when deposited, FIG.
D is shown by the dotted line.

【0102】フローティングゲート上の水平チャンネル
長610を決める側壁スペーサー672を形成する為に
垂直ドライエッチがなされる。0.3μmのリソグラフ
ィーが使われる時、ゲート幅とスペース645は0.3
μmであり、厚い側壁オキシデーション658の後のコ
ンタクト穴は0.25μm位である。それ故コンタクト
ホール671はポリシリコン670が150nmより厚
いときにはポリ側壁エッチ後でさえまだこのポリシリコ
ンで完全に埋まっている。埋まったポリシリコンはセル
フアラインしたコンタクトを形成するのに使われる。ポ
リシリコンスペーサーをエツチした後N−ドレイン62
0用のリンが1cmにつき1E14−7E15の量が
50.100KeVで注入される。それから薄いナイト
ライド層657がポリスペーサー672をエッチマスク
として垂直方向にエッチされる。ここに於ける断面は図
11Dのようになる。1回のポリシリコンデボジション
で水平チャンネル部を作ると同時に、コンタクト穴を埋
めるセルフアラインしたボーダーレスコンタクトを提供
することがこの工程のユニークな特徴の一つである。図
11Eのフォトレジスト662はセルフアラインで作ら
れた側壁ポリシリコンの除去中コンタクトホール内のポ
リシリコンを守る為に使われる。側壁ポリシリコンをマ
スクとして薄いナイトライド657をエツチする。つぎ
に薄いナイトライド657をマスクとして熱オキサイド
の656をエツチ,引き続き基板をドライエッチして約
50nmの垂直段差を作る。次に熱オキサイドを形成,
その後選択的且つ等方的に化学ドライエッチによりナイ
トライド657を除去する。この点で断面図が11Eで
ある。フォトレジスト662を除去した後オキサイド6
56はHF液の薄い液でウエットエッチする。再び熱オ
キサイド(50−100nm)をチャンネル領域620
とポリシリコン630の側壁に成長させ(側壁ポリ上の
オキサイドはシングルクリスタルシリコン基板上より少
々厚めである)。このオキサイド層にNO環境でナイ
トライド化を加えてその後酸化を繰り返えしてピンホー
ルを最小にとどめる。
A vertical dry etch is performed to form sidewall spacers 672 that define the horizontal channel length 610 on the floating gate. When 0.3 μm lithography is used, the gate width and space 645 are 0.3
μm and the contact hole after the thick sidewall oxidation 658 is on the order of 0.25 μm. Therefore, contact hole 671 is still completely filled with polysilicon 670 even after polysilicon sidewall etch when polysilicon 670 is thicker than 150 nm. The buried polysilicon is used to form a self-aligned contact. After etching the polysilicon spacer, the N-drain 62 is removed.
Phosphorus for 0 is implanted at 50.100 KeV in an amount of 1E14-7E15 per cm 2 . The thin nitride layer 657 is then etched vertically using the polyspacer 672 as an etch mask. The cross section here is as shown in FIG. 11D. One of the unique features of this process is to provide a self-aligned borderless contact that fills the contact hole while creating a horizontal channel in one polysilicon devotion. The photoresist 662 of FIG. 11E is used to protect the polysilicon in the contact holes during the removal of the self-aligned sidewall polysilicon. A thin nitride 657 is etched using the sidewall polysilicon as a mask. Next, using the thin nitride 657 as a mask, the thermal oxide 656 is etched, and then the substrate is dry-etched to form a vertical step of about 50 nm. Next, thermal oxide is formed,
Thereafter, the nitride 657 is selectively and isotropically removed by chemical dry etching. The sectional view at this point is 11E. After removing the photoresist 662, the oxide 6 is removed.
Reference numeral 56 denotes wet etching with a thin HF solution. The thermal oxide (50-100 nm) is again applied to the channel region 620.
On the sidewalls of polysilicon 630 (the oxide on the sidewall poly is slightly thicker than on a single crystal silicon substrate). The oxide layer is nitrided in an N 2 O environment and then oxidized repeatedly to minimize pinholes.

【0103】ナイトライゼーションのかわりに薄いCV
Dのナイトライド層(約6nm)をデポジットしても良
い。それからフローティングゲートポリシリコンをCV
Dによりコンフォーマルにデポジットし,図11Fに示
されるようにRIEによって垂直にエッチする。ポリシ
リコンの厚さが側壁の寸法を決め,それがフローティン
グゲートの長さを決める。CVDの厚さは大変正確にコ
ントロールされ得るので(5%以内)水平チャンネル長
とLn長の寸法は非常に正確に設定される。この2つの
側壁工程を使い正確にデザインゴールを満たすことが出
来る。ナイトライデーションとポリの側壁オキサイド6
30上のナイトライド層の存在の目的はリテンションタ
イムをよくするためで,ワードゲート645とフローテ
ィングゲート640の間のリーク電流を減らす事にあ
る。トンネル消去電圧減少のためにシリコンナイトライ
ドをシリコンに富んだシリコンオキサイドに更えても良
い。側壁ポリのフローティングゲートの隣接セル分離,
コンタクトポリの分離は同時にフォトレジストマスク
(従来発明によるフローティングゲートEEPROM工
程に使われるスリットマスクに相当)を使い図11Hの
640Sと671Sで示されるようにリアクティブイオ
ンエッチにより分離される。 その後ポリシリコンフロ
ーティングゲートの熱酸化とCVDオキサイドのデポジ
ションとナイトライドコンポジット層629が続く。コ
ンポジット層629の目的はフローティングゲートポリ
シリコン640をコンタミネーションと湿気から守るた
めである。ここより普通の工程に入る:フォスフォシリ
ケートガラス(PSG)のようなパシベーション層のデ
ポジション、CMPによる平旦化、コンタクトホールの
穴開け、タングステンかアルミニウムか銅を使ったコン
タクトホール埋め込み、そして配線用メタライゼーショ
ンである。この工程が終わった後の断面図を図11Gに
示す。図11Hにメモリーセルを上から見た図を示す。
この簡単なプロセスでセルフアラインで段差チャンネル
/n−ドレイン領域の構造が達成できる。
Thin CV instead of nightization
A nitride layer of D (about 6 nm) may be deposited. Then the floating gate polysilicon is converted to CV
Conformally deposit by D and etch vertically by RIE as shown in FIG. 11F. The thickness of the polysilicon determines the dimensions of the sidewall, which determines the length of the floating gate. Since the thickness of the CVD can be very precisely controlled (within 5%), the dimensions of the horizontal channel length and the Ln length are very precisely set. By using these two side wall processes, it is possible to exactly meet the design goal. Night Lighting and Poly Sidewall Oxide 6
The purpose of the nitride layer on 30 is to improve the retention time and to reduce the leakage current between the word gate 645 and the floating gate 640. Silicon nitride may be replaced with silicon-rich silicon oxide to reduce tunnel erasing voltage. Separation of cells adjacent to floating gate of sidewall poly,
The contact poly is simultaneously separated by reactive ion etching as shown by 640S and 671S in FIG. This is followed by thermal oxidation of the polysilicon floating gate, CVD oxide deposition, and nitride composite layer 629. The purpose of the composite layer 629 is to protect the floating gate polysilicon 640 from contamination and moisture. Here is the normal process: deposition of passivation layer such as phosphosilicate glass (PSG), flattening by CMP, drilling of contact holes, filling of contact holes with tungsten, aluminum or copper, and wiring Metallization. FIG. 11G shows a cross-sectional view after this step is completed. FIG. 11H shows the memory cell viewed from above.
With this simple process, the structure of the step channel / n-drain region can be achieved in a self-aligned manner.

【0104】このようにしてチャンネル長、水平チャン
ネル及びスプリットゲートのフローティングゲート下の
段差N−ドレインの長さを側壁技術を使って正確に細か
く形成することが出来る。そしてフローティングゲート
下の水平チャンネルを設定するために使われるポリシリ
コンはセルフアラインされるコンタクトホールを埋め込
むためにも使われている。
In this manner, the channel length, the horizontal channel, and the length of the step N-drain under the floating gate of the split gate can be accurately and finely formed by using the sidewall technique. The polysilicon used to set the horizontal channel below the floating gate is also used to fill the self-aligned contact holes.

【0105】[0105]

【実施例:小さな側面ゲートを持つ段差スプリットゲー
トトランジスターの製造方法】図12Aから図12C迄
に段差チャンネル/ドレイン構造のあるスプリットゲー
トトランジスター600cのバリエーションの製造方法
を示す。ここでフローティングゲート下の水平チャンネ
ル長は100nm以下で従来の水平チャンネル長(15
0nm以上)と比べて大変小さい。これらの2つのトラ
ンジスターの工程は大変似ている。
Embodiment: Manufacturing method of a stepped split gate transistor having a small side gate FIG. 12A to FIG. 12C show a manufacturing method of a variation of a split gate transistor 600c having a stepped channel / drain structure. Here, the horizontal channel length under the floating gate is 100 nm or less and the conventional horizontal channel length (15
(0 nm or more). The process for these two transistors is very similar.

【0106】LOCOS分離か浅いトレンチ分離による
デバイス分離の後,ワードラインゲート645(トラン
ジスター600bのスプリットゲートチャンネル618
の機能に相当する)は図11Aに示されているように設
定されているがポリシリコン645の高さは約250n
mから400nmの間である,そのポリシリコンは10
0から200nmの誘電層655で覆われている。そし
て薄い酸化膜(10−20nm)656がポリシリコン
側壁上に熱成長され、薄いシリコンナイトライド657
が図11Bで示されるようにCVDでデポジションされ
る。ここでナイトライドの厚さが水平チャンネルの長さ
(100nm以下)を決定する。フォトレジスト661
はコンタクト領域を保護するのに使用される。フォトレ
ジストマスクを使ってナイトライド膜657はRIEに
より等方的にエッチされヒ素等のイオンが注入されてN
+ソースジャンクションを形成する。
After device isolation by LOCOS isolation or shallow trench isolation, the word line gate 645 (the split gate channel 618 of the transistor 600b).
11A) is set as shown in FIG. 11A, but the height of the polysilicon 645 is about 250 n.
m is between 400 nm and 400 nm.
It is covered with a 0 to 200 nm dielectric layer 655. Then, a thin oxide film (10-20 nm) 656 is thermally grown on the polysilicon sidewall, and a thin silicon nitride 657 is formed.
Is deposited by CVD as shown in FIG. 11B. Here, the thickness of the nitride determines the length of the horizontal channel (100 nm or less). Photoresist 661
Is used to protect the contact area. The nitride film 657 is isotropically etched by RIE using a photoresist mask, ions of arsenic or the like are implanted, and
+ Form a source junction.

【0107】フォトレジストを除去した後側壁オキサイ
ド(50−80nm)、図11Cの658は反対側のポ
リシリコンゲート645の656より数倍厚いコンタク
ト領域に選択的に熱成長させる。コンタクトホールの底
のオキサイドはRIEで垂直にエッチされる。その間ナ
イトライド657がその他の領域の酸化を防ぐと共にジ
ャンクションN+604上のオキサイドのエッチング中
のエッチストップともなる。そして図11Dの点線で示
されるように180−200nm厚のポリシリコン67
0がデポジットされる。側壁スペーサー672を形成す
るため方向性のドライエッチをする。0.3μmリソグ
ラフィーを使うとゲート幅とスペース645が0.3μ
mになる。それで厚い側壁オキシデーション658の後
のコンタクトホールは約0.25μmになる。それでコ
ンタクトホール671はポリシリコン670が150n
m以上であればポリ側壁エッチの後、まだ完全に埋め込
まれている。この埋め込まれたポリシリコンはセルフア
ラインコンタクトを形成するのに使われる。フォトレジ
スト662は側壁ポリシリコンを除去する時にコンタク
トホールの中のポリシリコンを守るために提供されてい
る。そしてナイトライド657が垂直にエッチされ図1
2Bの点線で示されたナイトライドスペーサーが層65
6の下の熱オキサイドの設定に使われる。それからナイ
トライド657が選択的に化学ドライエッチによって除
去される。ナイトライドスペーサーの設定後にN−ドレ
イン602の為にリンがcmに付き1E14.7E1
5の間のドーズ量で50−100KeVのエネルギーで
注入される。シリコンの基板の垂直ドライエッチを続け
て50nmの段差を作る。N−ドレインのイオン注入は
段差形成後でも良い。ここでの断面図が図12Bであ
る。フォトレジスト662を除去した後オキサイド66
5は薄められたHFバッファー液でウエットエッチされ
る。熱酸化膜(50−100nm)はチャンネル領域6
20上と側壁ポリシリコン630に成長させられる。
(ポリ上の側壁酸化膜はシングルクリスタルシリコン基
板上より少々厚めである。)
After removing the photoresist, the sidewall oxide (50-80 nm), 658 in FIG. 11C, is selectively thermally grown in a contact region several times thicker than the 656 of the polysilicon gate 645 on the opposite side. The oxide at the bottom of the contact hole is vertically etched by RIE. During this time, the nitride 657 prevents oxidation of other regions and also serves as an etch stop during the etching of the oxide on junction N + 604. Then, as shown by the dotted line in FIG.
0 is deposited. A directional dry etch is performed to form the sidewall spacers 672. When using 0.3μm lithography, gate width and space 645 become 0.3μ
m. The contact hole after the thick sidewall oxidation 658 is then about 0.25 μm. Therefore, the contact hole 671 is made of 150 n of polysilicon 670.
If m or more, it is still completely buried after the poly sidewall etching. This buried polysilicon is used to form a self-aligned contact. Photoresist 662 is provided to protect the polysilicon in the contact holes when removing the sidewall polysilicon. Then, the nitride 657 is vertically etched, and FIG.
The nitride spacer indicated by the dotted line in FIG.
Used to set the thermal oxide below 6. The nitride 657 is then selectively removed by a chemical dry etch. Phosphorous per cm 2 for N-drain 602 after setting nitride spacers 1E14.7E1
A dose of between 5 and 5 is implanted at an energy of 50-100 KeV. Continue the vertical dry etch of the silicon substrate to create a 50 nm step. The ion implantation of the N-drain may be performed after the step is formed. A cross-sectional view here is FIG. 12B. After removing the photoresist 662, the oxide 66 is removed.
5 is wet-etched with a diluted HF buffer solution. The thermal oxide film (50-100 nm) has a channel region 6
20 and on the sidewall polysilicon 630 are grown.
(The sidewall oxide film on poly is slightly thicker than on a single crystal silicon substrate.)

【0108】オキサイド層はNO環境でナイトライド
化されオキシデーションを繰り返しピンホールを最小限
にとどめる。ナイトライドの代わりに薄いCVDのシリ
コンナイトライド層(約6nm)にしても良い。それか
らフローティングゲートポリシリコンが図12Cに示さ
れるようにCVDでコンフォーマルにデポジットされ,
その後RIEによる垂直エッチをほどこす。ポリシリコ
ンの厚さが側壁の寸法をコントロールし、側壁の寸法が
フローティングゲート長をコントロールする。CVDの
厚さは(5%以内)大変正確にコントロールされるの
で,ナイトライドとポリシリコンのCVDを使う2つの
側壁工程により水平チャンネルの長さとLnの長さを大
変正確に設定することが出来る。窒化とポリ側壁オキサ
イド630上のナイトライド層を作る目的はワードゲー
ト645とフローティングゲート640の間のリーク電
流を減少し、リテンションタイムを良くすることにあ
る。窒化膜はトンネル消去電圧を減らす為にシリコンに
富んだオキサイドに変えても良い。側壁ポリエッチの後
フローティングゲートと隣接のセル間のコンタクトポリ
は同時にフォトレジストマスクを使って(従来のEEP
ROMフローティングゲート工程に使われるスリットマ
スクのように)図11Hの640Sと671Sに示され
る様に注意深いリアクティブイオンエッチで分離する。
それからポリシリコンフローティングゲートの熱酸化と
ナイトライドコンポジット層629が続く。コンポジッ
ト層629の目的はフローティングゲートポリシリコン
640をコンタミネーションと湿気から守る事である。
The oxide layer is nitrided in an N 2 O environment and repeats oxidation to minimize pinholes. Instead of nitride, a thin CVD silicon nitride layer (about 6 nm) may be used. The floating gate polysilicon is then conformally deposited by CVD as shown in FIG.
Thereafter, a vertical etch by RIE is performed. The thickness of the polysilicon controls the sidewall dimensions, and the sidewall dimensions control the floating gate length. Since the thickness of the CVD is very precisely controlled (within 5%), the length of the horizontal channel and the length of Ln can be set very accurately by the two sidewall processes using nitride and polysilicon CVD. . The purpose of nitriding and forming a nitride layer on poly sidewall oxide 630 is to reduce leakage current between word gate 645 and floating gate 640 and improve retention time. The nitride film may be changed to a silicon-rich oxide to reduce the tunnel erase voltage. After the sidewall polyetch, the contact poly between the floating gate and the adjacent cell is simultaneously formed using a photoresist mask (conventional EEP).
Separate by careful reactive ion etching as shown at 640S and 671S in FIG. 11H (like the slit mask used in the ROM floating gate process).
This is followed by the thermal oxidation of the polysilicon floating gate and the nitride composite layer 629. The purpose of the composite layer 629 is to protect the floating gate polysilicon 640 from contamination and moisture.

【0109】それから普通の工程が続く:PSGの様な
パシベーション層のデポジション、CMPによる平旦
化、コンタクトホールの穴埋め、そして配線金属工程で
ある。そのメモリーセルを上から見るとちようど図10
Hの様に見える。こうしてセルフアラインで水平段差チ
ャンネル/n−ドレイン領域を達成できる。
Then follow the usual steps: deposition of a passivation layer such as PSG, flattening by CMP, filling of contact holes, and wiring metal steps. If you look at the memory cell from above,
Looks like H. Thus, a horizontal step channel / n-drain region can be achieved by self-alignment.

【0110】こうしてチャンネル長とスプリットゲート
のフローティングゲート下の水平チャンネル長とN−ド
レイン長は2つの側壁技術を使って正確に設定できる。
ポリシリコンで埋め込まれたセルフアラインしたコンタ
クトも提供されている。
In this way, the channel length, the horizontal channel length below the floating gate of the split gate, and the N-drain length can be accurately set by using two side wall techniques.
Self-aligned contacts embedded in polysilicon have also been provided.

【0111】[0111]

【実施例:トレンチスプリットゲートトランジスターの
製造方法】図13Aから図13Gはトランジスタ−60
0dと600eの製造方法を示すが600eはトランジ
スタ−600dのバリエーションである。デバイス分離
形成(浅いトレンチかLOCOS)直後,図13Aに示
されたデバイス領域に50nm厚のナイトライド層65
2がまだ残っている。このナイトライド層のソース60
4とドレイン606領域(図13B)はフォトレジスト
マスクを使って除去される。それから窒化膜より少し厚
めにCVD酸化膜を図13Cの点線で示すようにデポジ
ットしCMPをする。平旦化は拡散層上の穴を埋め少な
くとも50nmの厚さのオキサイドを提供する。段差領
域に埋め込みフローティングゲートを形成するために図
13Dで示されるようにフォトレジストマスク662を
使ってフローティングゲート領域を露出し緩やかなRI
Eでシリコンを100nm〜300nmエッチする。複
数のヒ素注入を違った量,注入の傾斜角度を調整しなが
ら浅いジャンクション603を達成する,段差側壁61
3では、1E17cmから5E17cmの間の表面
濃度になり段差602の底面ではもっと高い添加レベル
を持つが、それは5E19cm以下である。オプショ
ンとして水平面と垂直面の角に於ける電界を高くする為
に浅いヒ素化側壁ジャンクションよりも少し深めにボロ
ンヘイローを注入しても良く、その場合ここが注入点に
なる。
Embodiment: Method of Manufacturing Trench Split Gate Transistor FIGS. 13A to 13G show a transistor-60.
The manufacturing method of 0d and 600e is shown, but 600e is a variation of the transistor -600d. Immediately after device isolation (shallow trench or LOCOS), a 50 nm thick nitride layer 65 is formed in the device region shown in FIG. 13A.
Two still remain. Source 60 of this nitride layer
4 and the drain 606 region (FIG. 13B) are removed using a photoresist mask. Then, a CVD oxide film is deposited slightly thicker than the nitride film as shown by a dotted line in FIG. Flattening fills the holes on the diffusion layer and provides at least 50 nm thick oxide. In order to form a buried floating gate in the step region, the floating gate region is exposed by using a photoresist mask 662 as shown in FIG.
Etch silicon 100 nm to 300 nm with E. Step side wall 61 to achieve shallow junction 603 while adjusting the implantation amount of arsenic by different amounts and the inclination angle of implantation
In 3, but has a higher addition levels in the bottom of the step 602 becomes the surface concentration of between 5E17 cm 3 from 1E17 cm 3, it is 5E19 cm 3 or less. Optionally, boron halo may be implanted slightly deeper than the shallow arsenic sidewall junction to increase the electric field at the corners of the horizontal and vertical planes, in which case this is the injection point.

【0112】フォトレジストマスク662除去後は段差
シリコン表面をクリーンにし、図13Eに示される様に
薄い7〜12nmの酸化膜を熱成長させる。それからポ
リシリコン層を段差の深さより少し厚めにすべきだが図
13Eの点線で示されるようにCVDでコンフォーマル
にデポジットする。そのポリシリコン層は化学研磨(C
MP)によって平担化されドライRIEによって表面を
少しだけ低くする。図13Eの段差領域の残りの埋め込
まれたポリシリコンはフローティングゲートになる。薄
い酸化膜を熱成長させた後窒化膜652をリン酸(フォ
スフォリックアシッド)か化学研磨で選択的に除く。表
面をクリーンにした後、酸化膜628(7nm〜15n
m厚)を選択チャンネルゲート618とフローティング
ゲート上のカプリングオキサイド630上に熱成長す
る。ポリシリコン上の酸化膜630はシリコン基板上の
酸化膜より少し厚めである。これはポリシリコンのドー
ピングの成長率が高い為である。酸化膜はNO環境で窒
化せれ、ピンホールを最小限にとどめる為にもう一度軽
く酸化を繰り返す。窒化のかわりにCVDでナイトライ
ド層(約6nm)又はシリコンリツチオキサイドを図1
3Fに示すようにデポジットしても良い。選択ゲートの
ポリシリコンはCVDでコンフォーマルにデポジットす
る。図13Gに示すように隣接したSTI領域上で選択
ゲートを分離する為にポリシリコン層をエッチする。こ
のようにしてメモリートランジスター600dが得られ
る。それからパシベーション、コンタクトホール設定、
配線と云った普通のFET工程が続く。上から見たメモ
リーセルが図13Hである。同じ工程を使い前記のデザ
インのN+ドレイン形成部分を除くと高集積のセル60
0eのバリエーションが得られる。高集積のメモリーア
レイは多くの600eタイプのトランジスターをへいれ
つに並べることにより実現できる。
After removing the photoresist mask 662, the surface of the stepped silicon is cleaned and a thin oxide film of 7 to 12 nm is thermally grown as shown in FIG. 13E. The polysilicon layer should then be slightly thicker than the depth of the step, but is conformally deposited by CVD as shown by the dashed line in FIG. 13E. The polysilicon layer is chemically polished (C
MP), and slightly lower the surface by dry RIE. The remaining buried polysilicon in the step region of FIG. 13E becomes a floating gate. After thermally growing a thin oxide film, the nitride film 652 is selectively removed by phosphoric acid (phosphoric acid) or chemical polishing. After cleaning the surface, the oxide film 628 (7 nm to 15 n
m thickness) is thermally grown on the coupling oxide 630 on the select channel gate 618 and the floating gate. The oxide film 630 on polysilicon is slightly thicker than the oxide film on the silicon substrate. This is because the growth rate of polysilicon doping is high. The oxide film is nitrided in a NO environment and lightly oxidized again to minimize pinholes. Instead of nitriding, use a nitride layer (about 6 nm) or silicon lithoxide by CVD.
Deposit may be made as shown in 3F. The polysilicon of the select gate is conformally deposited by CVD. As shown in FIG. 13G, the polysilicon layer is etched to separate the selection gate on the adjacent STI region. Thus, a memory transistor 600d is obtained. Then passivation, contact hole setting,
The usual FET process, called wiring, follows. FIG. 13H shows a memory cell viewed from above. Using the same process, except for the N + drain forming portion of the above design, a highly integrated cell 60
0e is obtained. A highly integrated memory array can be realized by arranging many 600e-type transistors in a convoluted manner.

【0113】[0113]

【発明の効果】チャンネルホツトエレクトロンの速度方
向の水平面に対し,垂直にフローテイングゲートを置く
と同時に垂直面チャンネルの不純物分布を最適化した,
垂直段差トランジスター構造を構成することにより,垂
直ゲートとドレイン電圧の水平電界相乗効果と非散乱直
進注入はエレクトロンのフローテイングゲートへの注入
効率を著しく高める事が出来る。それは低電圧,高速の
EEPROM,Flashメモリーに応用され得るが,
ビツト線の電圧選択時に同時に書き込み消去も出来るN
VRAMをも可能とする。
According to the present invention, the floating gate is placed perpendicularly to the horizontal plane in the direction of the velocity of the channel hot electrons, and the impurity distribution in the vertical channel is optimized.
By constructing the vertical step transistor structure, the horizontal electric field synergistic effect of the vertical gate and drain voltage and the non-scattering straight injection can significantly increase the efficiency of electron injection into the floating gate. It can be applied to low voltage, high speed EEPROM, Flash memory,
N can be written and erased simultaneously when the bit line voltage is selected.
VRAM is also possible.

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

図1Aはチャンネルホットエレクトロンをフローティン
グゲートに注入してプログラムする従来技術によるEP
ROMセルの断面図である。図1Bは従来技術によるス
プリットEPROMセルの断面図であり,チャンネルホ
ットエレクトロンをフローティングゲートへの注入によ
ってプログラムする。図2は従来技術によるスタックE
PROMセルの断面図であり,‘ラッキーエレクトロン
モデル’のフローティングゲートへのチャンネルホット
エレクトロン注入の説明に使われている。図3Aは、従
来技術によるスタックEEPROMセルの断面図でフロ
ーティングゲートからソース領域へのエレクトロンのト
ンネリングによって消去する。図3Bは従来技術のトリ
プルポリシリコンフラッシュEEPROMの断面図でフ
ローティングゲートから消去ゲートへのトンネリングに
よって消去する。図4Aと4Bは本発明の第1特徴に関
連する段差チャンネル/ドレイン構造のあるスタックゲ
ートEEPROMセルの断面図でチャンネルホットエレ
クトロンはエレクトロンの進行方向へ垂直に存在するフ
ローティングゲートへと真っ直ぐに側壁チャンネルオキ
サイドを通って注入される。本発明の第3の特徴ではフ
ローティングゲートから段差ドレイン拡散へトンネリン
グによってフローティングゲートのエレクトロンは除去
される。図4Cは段差の角度測定図であり集積度を考慮
に入れる為チャンネルシリコン表面より測って30度以
上が適切な角度である。図5Aは本発明の第2の特徴に
関連する段差チャンネル/ドレイン構造を持つシングル
ポリシリコンEPROMセルの断面図でチャンネルホッ
トエレクトロンはエレクトロンの進行方向へ垂直に存在
するフローティングゲートへと真っ直ぐに側壁チャンネ
ルオキサイドを通って注入される。図5Bはキャパシタ
ーの断面図であり、ポリシリコンゲートは図5AのEP
ROMセルのフローティングゲートポリシリコンに電気
的に接続されコントロール/セレクト(選択)ゲートの
機能を提供する。図5CはEPROMメモリーセルの断
面図で図5AのEPROMトランジスター500aがメ
モリートランジスターの選択機能を提供する普通のFE
Tトランジスター500cに直列につながれている。図
6Aは本発明の第4の特徴に関連する段差チャンネル/
重複ドレインの大きい構造をもつスタックEEPROM
セルの断面図に於いてトンネル消去を行うものである。
ここで、フローティングゲート上のエレクトロンは段差
チャンネルオキサイドを通じて進行方向に真っ直ぐに注
入される第1特徴に加えてフローティングゲート上のエ
レクトロンはフローティングゲートからコントロールゲ
ートへのトンネリングによって除去される。図6Bは、
本発明の第4特徴に関連する段差チャンネル/大重複ド
レイン構造のあるスプリットゲートEEPROMの断面
図においてでトンネル消去を行うものある。ここでフロ
ーティングゲート上のエレクトロンはトンネリングによ
りフローティングゲートからコントロールゲートへと除
去される。又このトランジスターは本発明の第5の特徴
である適切なデザインと条件により不揮発性RAMとし
て動作する。図6Cは段差チャンネルを持つ他のスプリ
ットゲートEEPROMセル構造の断面図でありこれは
図6Bのトランジスター600bと同一の動作機能を持
つバリエーションである。図6Dと6Eは段差チャンネ
ルのある図6Bのダブルポリシリコンスプリットゲート
トランジスターのバリエーションである。図7Aは図6
A、6B、6C、6D、6Eのトランジスターの簡略化
されたキャパシタンスモデルでポリトンネル消去EEP
ROMと不揮発性(ノンボラタイル)RAMの動作の説
明の為のものである。図7Bは本発明の第5の特徴に関
連する不揮発性RAMの‘φ’と‘1’の書き込みの電
圧条件の例を示すテーブルである。図8Aはトリプルポ
リシリコンスプリットゲートEEPROMセルの断面図
で本発明の第6の特徴に関連するフローティングゲート
において垂直(段差)の長いチャンネルをもち,チャン
ネルホットエレクトロンはエレクトロンの直進行方向に
垂直なチャンネルオキサイドを通ってフローティングゲ
ートへ注入される。フローティングゲートのエレクトロ
ンはトンネリングによってフローティングゲートからド
レイン拡散(ディフージョン)成いはフローティングゲ
ートから選択ゲートへと除かれる。図8Bはトリプルポ
リシリコンスプリットゲートEEPROMセルの断面で
図8Aのトランジスターのバリエーションであり、本発
明の第6の特徴に関連する普通ゲート用の垂直チャンネ
ルであり,ここでもホットエレクトロンは真っ直ぐに進
行方向のフローティングゲートへと水平チャンネルオキ
サイドを通して注入される。フローティングゲートのエ
レクトロンはフローティングゲートからドレイン拡散へ
とトンネリングによって除去される。図9Aと9Bは本
発明の第7の特徴に於いて段差チャンネル形成段階中に
セルフアラインのドレインn−拡散をつくる工程をしめ
す断面図である。図9Cと9Dは図4A、図5A、図6
Aの生産工程の色々な段階のスタックゲートセル形成の
断面図である。図10Aから10Cは,図4B、図6B
の生産工程の色々な段階のスプリットゲートセル形成の
断面図である。図11Aから11Gは図6Cのスプリッ
トゲート形成中の各く生産工程中の断面図でありここで
フローティングゲート幅は少なくとも150nmある。
図11Hは図11Hのライン11G−11G’にそって
とられた断面図である。図11Hは段差注入チャンネル
のあるスプリットゲート トランジスターを上から見た
図である。図12Aから12Cは図6Cスプリットゲー
ト トランジスター形成生産工程の色々な段階に於ける
断面図で水平フローティングチャンネルは100nm以
下である。図13Aから13Gはトランジスター600
dとトランジスター600eの生産工程の色々な段階に
於ける断面図である。図13Gは図13Hのライン13
G−13G’にそってとった断面図である。図13Hは
工程完了後のメモリーアレイのトランジスター600d
を上方から見た図である。
FIG. 1A shows a prior art EP in which channel hot electrons are injected into a floating gate and programmed.
It is sectional drawing of a ROM cell. FIG. 1B is a cross-sectional view of a prior art split EPROM cell in which channel hot electrons are programmed by injection into a floating gate. FIG. 2 shows a stack E according to the prior art.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a PROM cell, used to describe channel hot electron injection into the floating gate of the 'lucky electron model'. FIG. 3A is a cross-sectional view of a stacked EEPROM cell according to the prior art, erased by tunneling electrons from the floating gate to the source region. FIG. 3B is a cross-sectional view of a prior art triple polysilicon flash EEPROM that erases by tunneling from the floating gate to the erase gate. FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views of a stacked gate EEPROM cell having a step channel / drain structure according to the first aspect of the present invention, in which channel hot electrons are straightened to a floating gate which is present perpendicular to the electron traveling direction. Injected through oxide. In a third aspect of the invention, electrons in the floating gate are removed by tunneling from the floating gate to the step drain diffusion. FIG. 4C is an angle measurement diagram of the step, and an appropriate angle is 30 degrees or more measured from the channel silicon surface in order to take the degree of integration into consideration. FIG. 5A is a cross-sectional view of a single-polysilicon EPROM cell having a stepped channel / drain structure according to the second aspect of the present invention, in which channel hot electrons are straightened into a floating gate existing perpendicularly to the electron traveling direction. Injected through oxide. FIG. 5B is a cross-sectional view of the capacitor, and the polysilicon gate is the EP of FIG. 5A.
It is electrically connected to the floating gate polysilicon of the ROM cell to provide a control / select (select) gate function. FIG. 5C is a cross-sectional view of an EPROM memory cell. The EPROM transistor 500a of FIG. 5A is a conventional FE that provides a memory transistor selection function.
It is connected in series with the T transistor 500c. FIG. 6A shows a step channel / channel related to the fourth aspect of the present invention.
Stacked EEPROM with large overlapping drain structure
Tunnel erasure is performed in a sectional view of a cell.
Here, the electrons on the floating gate are removed by tunneling from the floating gate to the control gate, in addition to the first feature that electrons on the floating gate are injected straight through the step channel oxide in the traveling direction. FIG. 6B
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a sectional view of a split gate EEPROM having a step channel / large overlapping drain structure, in which tunnel erasing is performed. Here, electrons on the floating gate are removed from the floating gate to the control gate by tunneling. The transistor operates as a non-volatile RAM with an appropriate design and conditions, which is the fifth feature of the present invention. FIG. 6C is a cross-sectional view of another split gate EEPROM cell structure having a step channel, which is a variation having the same operation function as the transistor 600b of FIG. 6B. 6D and 6E are variations of the double polysilicon split gate transistor of FIG. 6B with a step channel. FIG. 7A is FIG.
A, 6B, 6C, 6D, 6E transistors with simplified capacitance model for polytunnel erase EEP
This is for explaining the operation of the ROM and the nonvolatile (non-volatile) RAM. FIG. 7B is a table showing an example of voltage conditions for writing “φ” and “1” of the nonvolatile RAM related to the fifth feature of the present invention. FIG. 8A is a cross-sectional view of a triple polysilicon split gate EEPROM cell having a long vertical (step) channel in the floating gate related to the sixth aspect of the present invention, and the channel hot electrons are channels perpendicular to the direction in which electrons travel in a straight line. It is injected into the floating gate through the oxide. Electrons in the floating gate are removed by tunneling from the floating gate to drain diffusion (diffusion) or from the floating gate to the select gate. FIG. 8B is a cross section of a triple polysilicon split gate EEPROM cell which is a variation of the transistor of FIG. 8A, and is a vertical channel for a normal gate in accordance with the sixth aspect of the present invention, where hot electrons are also directed straight ahead. Is implanted into the floating gate through the horizontal channel oxide. Electrons in the floating gate are removed by tunneling from the floating gate to the drain diffusion. 9A and 9B are cross-sectional views illustrating a process for creating a self-aligned drain n-diffusion during a step channel formation step according to a seventh aspect of the present invention. 9C and 9D show FIGS. 4A, 5A,
FIG. 4B is a cross-sectional view of stack gate cell formation at various stages of the production process A. 10A to 10C show FIGS. 4B and 6B
5A to 5C are cross-sectional views of various stages of the production process of the split gate cell. FIGS. 11A to 11G are cross-sectional views during each production step during the formation of the split gate of FIG. 6C, where the floating gate width is at least 150 nm.
FIG. 11H is a cross-sectional view taken along line 11G-11G ′ of FIG. 11H. FIG. 11H is a top view of a split gate transistor having a step injection channel. 12A to 12C are cross-sectional views at various stages of the split gate transistor formation manufacturing process of FIG. 6C, where the horizontal floating channel is less than 100 nm. 13A to 13G show a transistor 600
FIGS. 4D and 4D are cross-sectional views at various stages of the production process of the transistor 600e. FIG. 13G shows line 13 in FIG. 13H.
It is sectional drawing which followed G-13G '. FIG. 13H shows a transistor 600d of the memory array after the process is completed.
FIG. 4 is a view of the device viewed from above.

Claims (43)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】チャンネルからフローティングゲートへの
チャンネルホツトエレクトロンの注入をより効率的に出
来る、電気的にプログラム出来るメモリーデバイスで次
の特徴を持つもの:ソースとドレイン間にチャンネルを
持つ基板;前記のチャンネル領域とソース/ドレインの
一部の上に電導層のフローティングゲート層があり,前
記の基板とフローティングゲート層間に誘電層を持つ構
造;前記フローティングゲート下の前記のチャンネルに
水平と垂直な部分を両方持つもの
1. An electrically programmable memory device which can more efficiently inject channel hot electrons from a channel to a floating gate, having the following characteristics: a substrate having a channel between a source and a drain; A structure in which a floating gate layer of a conductive layer is provided on the channel region and a part of the source / drain, and a dielectric layer is provided between the substrate and the floating gate layer; Have both
【請求項2】請求項1の電気的にプログラマブルなメモ
リーデバイスで前記の水平と垂直な部分は水平チャンネ
ルと垂直チャンネルであり、前記の垂直チャンネルは前
記のドレイン領域に隣接しており、水平チャンネルは前
記のソース領域に隣接しており、そのデバイスは動作す
る時、水平チャンネルで加速されたエレクトロンはその
運動方向に直進し,その進行方向て対し前記の垂直なチ
ャンネルオキサイドを通りぬけて前記の垂直チャンネル
上の前記フローティングゲートの垂直部分に注入される
ことを提供するもの
2. The electrically programmable memory device of claim 1 wherein said horizontal and vertical portions are a horizontal channel and a vertical channel, wherein said vertical channel is adjacent to said drain region. Is adjacent to the source region, and when the device is operating, the electrons accelerated in the horizontal channel travel straight in the direction of motion and pass through the vertical channel oxide in the direction of travel. Providing for being injected into a vertical portion of the floating gate on a vertical channel
【請求項3】請求項2の電気的プログラマブルメモリー
デバイスの前記の垂直チャンネルは深さが約20から2
00nmであるもの
3. The electrically programmable memory device of claim 2 wherein said vertical channel has a depth of about 20 to 2
What is 00nm
【請求項4】請求項2の電気的プログラマブルメモリー
デバイスの前記の垂直チャンネルの角度が水平面から計
ったときに30度から150度の間であるもの
4. The electrically programmable memory device of claim 2 wherein said vertical channel angle is between 30 degrees and 150 degrees as measured from a horizontal plane.
【請求項5】請求項2の電気的プログラマブルメモリー
デバイスの前記のフローティングゲート下の垂直チャン
ネルがNタイプの材料であり、1E17cmから1E
19cmの間で軽くドーピングされているもの
5. The electrically programmable memory device of claim 2, wherein the vertical channel under said floating gate is of N-type material, wherein 1E17 cm 3 to 1E.
Lightly doped between 19 cm 3
【請求項6】請求項1の電気的にプログラマブルメモリ
ーデバイスに於て、前記の水平チャンネルの延長が他の
別の(フローティングしていない)コントロールゲート
で覆われている;そして前記の垂直な段差チャンネルは
フローティングゲートで覆われる、それにより前記の水
平チャンネルと垂直チャンネルが電気的に2つの隔離さ
れたゲートによって制御される。水平チャンネルで加速
されたエレクトロンは進行方向に直進して垂直なフロー
ティングゲートへ注入されるもの
6. The electrically programmable memory device of claim 1, wherein said horizontal channel extension is covered by another separate (non-floating) control gate; and said vertical step. The channels are covered by floating gates, whereby the horizontal and vertical channels are electrically controlled by two isolated gates. Electrons accelerated in the horizontal channel go straight in the direction of travel and are injected into the vertical floating gate
【請求項7】シングルポリシリコンEEPROMメモリ
ーセルで次の特徴を持っているもの;従来のFETラン
ジスターとフローティングゲートデバイスを直列につな
いだもの;フローティングゲートデバイスのフローティ
ングゲート下に前記の水平と垂直段差チャンネル/ドレ
インを持っが,フローティングゲート下の段差N−ドレ
インの長さが意図的に長くされドレイン間のカプリング
キャパシタンスを増やすもの;そして上記の水平チャン
ネル/ドレインが普通‘オン’になっているもの
7. A single polysilicon EEPROM memory cell having the following characteristics: a conventional FET transistor and a floating gate device connected in series; said horizontal and vertical lines below a floating gate of the floating gate device. Having a step channel / drain, but the length of the step N-drain under the floating gate is intentionally lengthened to increase the coupling capacitance between the drains; and the horizontal channel / drain is normally 'on' thing
【請求項8】シングルポリシリコンEEPROMメモリ
ーセルで次の特徴を持つもの;フローティングゲートメ
モリートランジスターが水平と垂直な段差チャンネル/
ドレインを持つもの;そして外側にカプリングキャパシ
ターがあるもの;で前記のキャパシターのゲートはフロ
ーティングゲートと同じ導伝材料で形成されているもの
で一緒に接続されているもの;前記の水平チャンネルが
普通‘オフ’になっており;そして前記のカプリングキ
ャパシターの他のターミナルである拡散層に電圧をかけ
る事により前記のフローティングゲートメモリートラン
ジスターが選択されるもの
8. A single-polysilicon EEPROM memory cell having the following characteristics: a floating gate memory transistor having horizontal and vertical step channels /
One with a drain; and one with an external coupling capacitor; the gate of the capacitor being made of the same conductive material as the floating gate and connected together; "Off"; and the floating gate memory transistor is selected by applying a voltage to the diffusion layer, the other terminal of the coupling capacitor
【請求項9】シングルポリシリコンEPROMメモリー
セルデバイス次の特徴を持つもの;フローティングゲー
トメモリーセルトランジスターで水平と垂直な段差チャ
ンネル/ドレインを持つもの;そしてカプリングキャパ
シターがあり;前記のカプリングキャパシターに前記の
のトランジスターのフローティングゲートが接続してい
るものでフローティングゲート下の段差N−ドレインの
長さの水平部の長さよりも小さくても良いが、カプリン
グキャパシターはカプリングレシオを増やす為前記のフ
ローティングゲートトランジスター領域より少なくとも
より大きいもの;前記の水平チャンネルが普通‘オフ’
になっており、前記のメモリートランジスターがカプリ
ングキャパシターに電圧をかけると選択出来るもの
9. A single-polysilicon EPROM memory cell device having the following characteristics: a floating gate memory cell transistor having a horizontal and vertical step channel / drain; and a coupling capacitor; Although the floating gate of the transistor is connected and may be smaller than the length of the horizontal portion of the length of the step N-drain below the floating gate, the coupling capacitor is used in the floating gate transistor Greater than at least; the horizontal channel is usually 'off'
The memory transistor can be selected by applying a voltage to the coupling capacitor
【請求項10】請求項9のEPROMメモリーセルに於
いて段差チャンネル/ドレイン構造のある前記のフロー
ティングゲートメモリートランジスターの前記の段差N
ジャンクションの同じサイドで消去とプログラム動作が
信頼性を持って行われるもので、フローティングゲート
からN−ドレイン拡散(ディフュージョン)へのトンネ
リングの為の高電圧に耐えるようにソースよりも深いN
−ドレインジャンクションを軽くドーピングをするもの
10. The EPROM memory cell of claim 9 wherein said step N of said floating gate memory transistor having a step channel / drain structure.
Erasing and programming operations are performed reliably on the same side of the junction, with N deeper than the source to withstand high voltages for tunneling from the floating gate to the N-drain diffusion.
-Lightly doping the drain junction
【請求項11】ダブルポリシリコンメモリーセルで次の
特徴を持つもの;ソース、ドレインとチャンネルのある
フローティングスタックゲートメモリートランジスター
でチャンネルから前記のフローティングゲートへと効率
よいエレクトロンの注入を提供する水平と垂直の段差チ
ャンネル/ドレインを持つもの;フローティングゲート
からN−ドレイン拡散(ディフュージョン)へのトンネ
リングの為の高電圧に耐えられるように,前記の水平と
垂直な段差ジャンクションにおいてソースよりも深いN
−ドレインジャンクションを軽くドーピングをすること
により提供される信頼性のある前記のメモリーセルの消
去動作を提供するもの
11. A double-polysilicon memory cell having the following characteristics: a horizontal and vertical floating stack gate memory transistor having a source, a drain and a channel for providing efficient electron injection from a channel to said floating gate. At the horizontal and vertical step junctions above the source so as to withstand the high voltage for tunneling from the floating gate to the N-drain diffusion (diffusion).
-Providing a reliable erase operation of said memory cell provided by lightly doping the drain junction;
【請求項12】ダブルポリシリコンスプリットゲートE
PROMメモリーセルで次の特徴を持つもの;ソースと
ドレインとチャンネルを持つフローティングスプリット
ゲートメモリートランジスターで水平と垂直な段差チャ
ンネル/ドレイン構造を持ち、前記のフローティングゲ
ートへチャンネルから効率の良いエレクトロン注入を提
供するもの;フローティングゲートからN−ドレイン拡
散へトンネリングの為の高電圧に耐えるよう軽いドーピ
ングと、より深いN−ドレインジャンクションによって
提供される前記の水平と垂直段差ジャンクションでの前
記のメモリーセルの信頼性のある消去方法を提供するも
12. A double polysilicon split gate E
A PROM memory cell having the following characteristics: a floating split gate memory transistor having a source, a drain and a channel, having a horizontal and vertical step channel / drain structure, and providing efficient electron injection from the channel to the floating gate. What to do; light doping to withstand high voltage for tunneling from floating gate to N-drain diffusion, and reliability of the memory cell at the horizontal and vertical step junction provided by deeper N-drain junction That provide a reliable erasure method
【請求項13】ダブルポリシリコンゲートEPROMメ
モリーセルでダブルポリシリコンフローティングゲート
トランジスターが水平と垂直な段差チャンネル/ドレイ
ンをもっている;前記のフローティングゲートにチャン
ネルから効率よくエレクトロン注入をする構造を持って
いる;コントロールゲートがある;N−ドレイン拡散上
のフローティングゲート上の重複した部分の長さが水平
チャンネルの長さより長く調整してある;そして前記の
フローティングゲートから前記のコントロールゲートへ
のトンネリングにより前記のメモリーセルの消去が出来
るもの
13. A double polysilicon floating gate transistor in a double polysilicon gate EPROM memory cell having a horizontal / vertical step channel / drain; having a structure for efficiently injecting electrons from said channel into said floating gate; There is a control gate; the length of the overlap on the floating gate over the N-drain diffusion is adjusted to be longer than the length of the horizontal channel; and the memory is tunneled from the floating gate to the control gate. What can erase cells
【請求項14】請求項9のシングルポリシリコンEPR
OMメモリーセルで選択されたワードライン消去が小さ
な消去ブロックサイズで行われ、不必要なプログラム消
去サイクルがフローティングゲートトランジスターで最
小限にとどめられる為耐性が良くなることを提供するも
14. The single polysilicon EPR according to claim 9,
The word line selected by the OM memory cell is erased with a small erase block size, and unnecessary program erase cycles are minimized by the floating gate transistor, thereby improving the durability.
【請求項15】請求項11のダブルポリシリコンスタッ
クEPROMメモリーセルに於いてN−ドレイン拡散
(ディフュージョン)上の重複したフローティングゲー
トの長さを水平チャンネルの長さより長く調整して、又
前記のドレインジャンクションを前記のソースジャンク
ションと同じ程浅くしても消去動作を提供するもの
15. A double polysilicon stacked EPROM memory cell according to claim 11, wherein the length of the overlapping floating gate on the N-drain diffusion is adjusted to be longer than the length of the horizontal channel. Providing erase operation even when the junction is as shallow as the source junction
【請求項16】請求項12のダブルポリシリコンスプリ
ットゲートEPROMメモリーセルでN−ドレイン拡散
(ディフュージョン)上の重複したフローティングゲー
トの長さを水平チャンネルの長さより長く調整して、又
前記のドレインジャンクションを前記のソースジャンク
ションと同じ程浅くしても消去動作を提供するもの
16. The double polysilicon split gate EPROM memory cell of claim 12, wherein the length of the overlapped floating gate on the N-drain diffusion is adjusted to be longer than the length of the horizontal channel and the drain junction. That provides an erase operation even if it is as shallow as the source junction
【請求項17】不揮発性RAMで低電圧プログラミング
とポリシリコンからポリシリコンへの消去動作の両方が
出来るもので次の特徴を持つもの;基板にソースとドレ
イン領域がありその間にチャンネルがあるもの;フロー
ティングゲート層が前記のソースとドレイン領域と前記
のチャンネルの一部の上にあり、その構造はダイイレク
トリックレヤーとコンダクターレヤーが含まれている;
前記のフローティングゲートの下の前記のチャンネルが
水平と垂直の部分の両方を持っている;そしてワードラ
イン選択ゲートが前記の水平チャンネル部の一部分にあ
るもの
17. A non-volatile RAM capable of both low voltage programming and erasing from polysilicon to polysilicon and having the following characteristics: a substrate having source and drain regions and a channel between them; A floating gate layer overlying the source and drain regions and a portion of the channel, the structure including a dielectric layer and a conductor layer;
The channel below the floating gate has both horizontal and vertical portions; and a wordline select gate in a portion of the horizontal channel portion
【請求項18】請求項17の不揮発性RAMで低電圧プ
ログラミングの方法とポリシリコンからポリシリコンへ
の消去動作方法を又その二つを同時に提供するもの
18. A nonvolatile RAM according to claim 17, wherein a low voltage programming method and a polysilicon to polysilicon erasing operation method are provided simultaneously.
【請求項19】トリプルポリシリコン電気的プログラマ
ブルメモリーデバイスでチャンネルからフローティング
ゲートへのエレクトロンの注入がより効率的に行えるも
ので次の特徴を持つもの:ソースとドレインの間にチャ
ンネル領域をもつ基板;垂直チャンネル部上にフローテ
ィングゲートとスタックしたもう一つのポリ合わせて二
層のポリシリコンの構造が前記のドレインの一部分上に
存在し,且つ前記の水平チャンネル部分とソースの一部
分上に三層めのポリシリコンが存在し,その基板,ポリ
シリコン間にダイイレクトリックレヤーの絶縁膜を持つ
もの;そして前記の垂直チャンネルスタックフローティ
ングゲート構造は水平FETデバイスと直結されてお
り,別々に分離されたポリシリコンゲートを持つ水平チ
ャンネルの中で加速されたエレクトロンが垂直フローテ
ィングゲートに注入される前記のエレクトロン注入メカ
ニズムを利用するもの
19. A triple-polysilicon electrically programmable memory device for more efficiently injecting electrons from a channel to a floating gate with the following characteristics: a substrate having a channel region between a source and a drain; Another polysilicon double layer polysilicon structure stacked with the floating gate on the vertical channel portion is present on a portion of the drain and a third layer is formed on the horizontal channel portion and a portion of the source. The presence of polysilicon, with a dielectric layer of a dielectric layer between the substrate and the polysilicon; and the vertical channel stack floating gate structure directly connected to the horizontal FET device and separated polysilicon. Accelerate in horizontal channel with gate Those electrons which utilizes the electron injection mechanism that is injected into the vertical floating gate
【請求項20】請求項19のトリプルポリシリコン電気
的プログラマブルメモリーデバイスに於いて前記のフロ
ーティングゲート上に前記の水平なポリシリコンゲート
の延長が提供されており、それによりフローティングゲ
ート上に蓄えられたエレクトロンはフローティングゲー
トから水平ポリシリコンゲートへのトンネリングにより
消去され除去されるもの
20. The triple polysilicon electrically programmable memory device of claim 19, wherein an extension of said horizontal polysilicon gate is provided on said floating gate, thereby storing on said floating gate. Electrons are erased and removed by tunneling from the floating gate to the horizontal polysilicon gate
【請求項21】電気的にプログラマブルなメモリーデバ
イスでチャンネルからフローティングゲートへのエレク
トロン注入が効率的に行われるものの製造方法で次の特
徴を持つもの;ソースとドレイン間にチャンネルを持つ
基板;前記のチャンネル領域とソース/ドレインの一部
の上に電導層のフローティングゲート層があり,前記の
基板とフローティングゲート層間に誘電層を持つ構造;
前記フローティングゲート下の前記のチャンネルに水平
と垂直な部分を両方持つ;N−ドレインの端は垂直段差
にセルフアラインで形成される;そのN−領域はソース
領域よりも低い位置にある
21. A method of manufacturing an electrically programmable memory device in which electrons are efficiently injected from a channel to a floating gate, the method having the following characteristics: a substrate having a channel between a source and a drain; A structure having a floating gate layer of a conductive layer on the channel region and part of the source / drain, and having a dielectric layer between the substrate and the floating gate layer;
The channel below the floating gate has both horizontal and vertical portions; the edge of the N-drain is formed self-aligned to a vertical step; its N-region is lower than the source region
【請求項22】請求項21の電気的にプログラマブルな
メモリーデバイスに於いて前記の水平と垂直な部分が水
平チャンネルと垂直チャンネルであり、前記の垂直チャ
ンネルは前記のドレイン領域に隣接して存在し、前記の
水平チャンネルは前記のソース領域に隣接して存在し、
そのデバイスは動作するとき,水平チャンネルで加速さ
れたエレクトロンは進行方向に直進して,その進行方向
に垂直に存在する前記垂直チャンネルと前記の垂直チャ
ンネル上のフローティングゲート構造の垂直部分に,注
入される事を提供するもの。
22. The electrically programmable memory device of claim 21, wherein said horizontal and vertical portions are horizontal and vertical channels, said vertical channels being adjacent to said drain region. The horizontal channel is adjacent to the source region;
When the device operates, the electrons accelerated in the horizontal channel travel straight in the direction of travel and are injected into the vertical channel lying perpendicular to the direction of travel and the vertical portion of the floating gate structure on the vertical channel. That provide
【請求項23】前記の垂直チャンネルの角度が水平面か
ら計って30から150度の間である請求項22の電気
的にプログラマブルなメモリーの方法
23. The method of claim 22, wherein the angle of the vertical channel is between 30 and 150 degrees measured from a horizontal plane.
【請求項24】前記の垂直チャンネルがフィールドエヘ
クトデバイス製造の初期の段階でエッチングによって形
成される;その深さが20から100nmである請求項
23の電気的にプログラマブルなメモリーの方法
24. The method of claim 23, wherein said vertical channel is formed by etching at an early stage of field effect device fabrication; its depth is 20 to 100 nm.
【請求項25】前記の垂直チャンネルがフィールドエヘ
クトデバイス製造の初期の段階でエッチングによって形
成され、その深さが20から300nmである請求項2
3の電気的にプログラマブルなメモリーの方法
25. The vertical channel according to claim 2, wherein said vertical channel is formed by etching at an early stage of the field effect device manufacturing and has a depth of 20 to 300 nm.
Method 3 of electrically programmable memory
【請求項26】前記の垂直チャンネル形成後に同じマス
クを使って垂直チャンネル段差を設定する;リン、ヒ
素、アンチモンから成るグループからのイオンを注入に
使って垂直チャンネル段差領域にセルフアラインしたチ
ャンネル/N−ドレインを形成する請求項25の電気的
にプログラマブルなメモリーの方法
26. A vertical channel step is set using the same mask after the vertical channel formation; a channel / N self-aligned to the vertical channel step region using ions from the group consisting of phosphorus, arsenic, and antimony for implantation. 26. The method of electrically programmable memory of claim 25, forming a drain.
【請求項27】前記のチャンネル上にトンネルシリコン
オキサイドを形成してその上に前記のフローティングゲ
ートになる前記の第1のポリシリコンレヤーをパターニ
ングをして、前記の垂直チャンネル段差上にフローティ
ングゲートを形成する請求項26の方法
27. Forming a tunnel silicon oxide on said channel, patterning said first polysilicon layer to become said floating gate thereon, and forming a floating gate on said vertical channel step. 27. The method of claim 26, wherein forming.
【請求項28】請求項27の方法に於いてスタックゲー
トメモリーセルが形成される方法
28. The method of claim 27, wherein a stacked gate memory cell is formed.
【請求項29】請求項27の方法に於いてスプリットゲ
ートメモリーセルが形成される方法
29. The method according to claim 27, wherein the split gate memory cell is formed.
【請求項30】前記のフローティングゲートになる前記
の第1ポリシリコンレヤーと,その上にデポジットされ
たダイエレクトリックレヤーと,その上に前記のコント
ロールゲート用の第2ポリシリコンレヤーをパターニン
グする事により形成される請求項26の方法
30. By patterning the first polysilicon layer to be the floating gate, a die electric layer deposited thereon, and a second polysilicon layer for the control gate thereon. 27. The method of claim 26 formed.
【請求項31】チャンネルからフローティングゲートへ
のエレクトロン注入の効率を良くする電気的なプログラ
マブルメモリーデバイスを形成する方法で次の特徴を持
つもの:分離された表面領域を持つ半導体基板を提供す
る;ソースとドレイン領域間に少なくとも1つの分離領
域がある;前記のソースとドレインの間に望む深さに前
記の基板をエッチングすることにより,少なくとも1つ
の前記の分離領域内に垂直段差が形成される;垂直段差
にイオン注入してN領域が形成されが,そのN領域は前
記のソースとドレイン領域のいずれかに隣接している;
前記ノN−ドレインはセルフアラインでステツプの端に
つくられ,N−ドレインはソースよりも低い位置にあ
る;前記のソースとドレイン領域の一部と前記のチャン
ネル上にフローティングゲートを持ち、そのコンダクタ
ー(フローティングゲートポリ)レヤーと前記のチャン
ネル間にダイイレクトリックレヤーからなる;そして前
記のフローティングゲート下の前記のチャンネルは水平
と垂直の両部分を持つ
31. A method of forming an electrically programmable memory device that improves the efficiency of electron injection from a channel to a floating gate, having the following features: providing a semiconductor substrate having an isolated surface area; There is at least one isolation region between the source and drain regions; by etching the substrate to a desired depth between the source and drain, a vertical step is formed in at least one of the isolation regions; Implanting ions into the vertical steps to form an N region, which is adjacent to one of the source and drain regions;
The N-drain is self-aligned and formed at the end of the step, the N-drain being lower than the source; having a portion of the source and drain regions and a floating gate on the channel, the conductor of which (Floating gate poly) A layer consisting of a dielectric layer between the layer and the channel; and the channel below the floating gate has both horizontal and vertical portions
【請求項32】請求項31の方法においてコントロール
ゲートは前記のフローティングゲート上のコンポジット
(合成)ダイエレクトリックレヤーの上に形成され;ポ
リシリコン層を形成し前記のポリシリコン層をパターニ
ングすることにより前記のコントロールゲートを設定す
32. The method of claim 31, wherein a control gate is formed on the composite die electric layer on said floating gate; forming a polysilicon layer and patterning said polysilicon layer. The control gate of
【請求項33】請求項31の電気的にプログラマブルな
メモリーデバイスの製造法において,前記の水平部分と
垂直部分が水平チャンネルと垂直チャンネルであり、前
記の垂直チャンネルは前記のドレイン領域に隣接してお
り、前記の水平チャンネルは前記のソース領域に隣接し
ており、そのデバイスの動作中に水平チャンネル内で加
速したエレクトロンをモーメンタム方向に,垂直チャン
ネルと前記の垂直チャンネル上のフローティングゲート
の垂直部に,直進して注入する,
33. The method of claim 31, wherein said horizontal and vertical portions are horizontal and vertical channels, wherein said vertical channel is adjacent to said drain region. The horizontal channel is adjacent to the source region, and during the operation of the device, the electrons accelerated in the horizontal channel are directed in the momentum direction to the vertical channel and the vertical portion of the floating gate on the vertical channel. , Go straight and inject,
【請求項34】前記の垂直チャンネルの深さが20−3
00nmの間である事を特徴とする請求項31の電気的
にプログラマブルなメモリー方法
34. The vertical channel has a depth of 20-3.
32. The electrically programmable memory method of claim 31, wherein the distance is between 00 nm.
【請求項35】前記の垂直チャンネルの角度が水平面か
ら計って30−150度の間である事を特徴とする請求
項31の電気的にプログラマブルなメモリー方法
35. The method of claim 31, wherein the angle of the vertical channel is between 30 and 150 degrees measured from a horizontal plane.
【請求項36】前記の垂直チャンネル形成後同じマスク
を使って垂直チャンネルの段差を設定する(デファイン
する)請求項31の電気的にプログラマブルなメモリー
方法
36. The electrically programmable memory method according to claim 31, wherein after the vertical channel is formed, the step of the vertical channel is set (defined) using the same mask.
【請求項37】前記の垂直チャンネル上に前記のフロー
ティングゲートを形成する請求項31の方法で,前記の
チャンネル上に前記のダイエレクトリック層であるトン
ネルシリコンオキサイドを形成し,その上に前記のコン
ダクティブ層である第1ポリシリコン層を形成し,それ
をフローティングゲートにパターニングすること
37. The method of claim 31, wherein said floating gate is formed on said vertical channel, wherein said dielectric layer, said tunnel silicon oxide, is formed on said channel and said conductive layer is formed thereon. Forming a first polysilicon layer and patterning it into a floating gate
【請求項38】請求項31に於いてスタックゲートメモ
リーセルを形成する方法
38. The method for forming a stacked gate memory cell according to claim 31.
【請求項39】請求項31に於いてドレインが段差底に
あるスプリットゲートメモリーセルを形成する方法
39. The method according to claim 31, wherein the drain is at the bottom of the step.
【請求項40】チャンネルからフローティングゲートへ
のエレクトロン注入をより効率的にする電気的にプログ
ラマブルなメモリーデバイスの形成方法で次の特徴を持
つもの:半導体基板の表面に分離領域をもつ;少なくと
も1つの前記の領域にワードラインゲート構造を形成す
る;ワードラインゲート構造に隣接してソース領域を形
成する;前記のワードラインゲート構造に隣接してN−
ドレイン領域を形成するが前記のソース領域からスペー
スを空けて置かれている;前記の1つの分離領域に垂直
段差をもち,前記のN−ドレイン領域を前記のソースと
ドレインの間に基板に望む深さにエッチする事によりそ
の垂直段差は形成される;前記のN−ドレイン領域内
で,より低い位置にあるドレイン領域を高濃度にイオン
注入して形成する;ワードラインに隣接して前記のソー
スコンタクトを形成し;前記のチャンネルと一部の前記
のソースとドレイン領域上にフローティングゲート構造
を形成し、その構造はダイエレクトリック層とその上の
コンダクター層からなり;そして前記のフローティング
ゲート下の前記のチャンネルは水平と垂直部分を両方持
っている。
40. A method of forming an electrically programmable memory device for more efficiently injecting electrons from a channel to a floating gate, the method comprising: having an isolation region on a surface of a semiconductor substrate; Forming a source region adjacent to the word line gate structure; forming a source region adjacent to the word line gate structure;
Forming a drain region but spaced from said source region; having a vertical step in said one isolation region, with said N-drain region on the substrate between said source and drain The vertical step is formed by etching to the depth; in the N-drain region, the lower drain region is formed by high-concentration ion implantation; Forming a source contact; forming a floating gate structure on the channel and a portion of the source and drain regions, the structure comprising a die electric layer and a conductor layer thereon; and forming a floating gate structure below the floating gate. The channel has both horizontal and vertical parts.
【請求項41】チャンネルからフローティングゲートへ
のより効率的なエレクトロン注入の出来る電気的プログ
ラマブルメモリーデバイスの形成方法で次の特徴を持つ
もの:半導体基板表面に分離領域を提供する;前記の分
離領域内に,ソースとドレイン領域間にチャンネル領域
がはさまれている;前記のソースとドレインドレイン領
域が前記の分離領域の表面より低い位置に存在する;前
記の分離領域内に前記のソースとドレインドレイン領域
ををもち,前記のソースとドレインの間に300nm以
上の深さに前記の基板内へとエッチングする事によりト
レンチドレイン領域を形成,そのトレンチにより垂直段
差を形成する;前記のドレイン領域に接する垂直段差の
N−領域をイオン注入で形成する;前記のソースとドレ
イン領域の部分と前記のチャンネル上にフローティング
ゲート構造を形成し、その構造はダイエレクトリックレ
ヤーとその上のコンダクターレヤーを含む;前記のダイ
イレクトリックレヤーは前記の段差上と前記のトレンチ
上に形成され,そのダイイレクトリックレヤー上に前記
のコンダクターレヤーのポリシリコンがあり、それは前
記のトレンチ内外の前記のダイイレクトリックレヤー上
にデポジットされた;前記のポリシリコンレヤーは、前
記のフローティングゲート構造を完成させる為に前記の
トレンチに内にある前記のレヤーのその部分のみ残して
平旦化される;そして前記のフローティングゲートの下
にある前記のチャンネルは水平と垂直の両部分を持って
いる。
41. A method of forming an electrically programmable memory device capable of more efficient electron injection from a channel to a floating gate having the following characteristics: providing an isolation region on a surface of a semiconductor substrate; A channel region interposed between the source and drain regions; the source, drain and drain regions being lower than the surface of the isolation region; and the source and drain drains within the isolation region. A trench drain region is formed by etching into the substrate to a depth of 300 nm or more between the source and the drain, and a vertical step is formed by the trench; contacting the drain region Forming a vertical stepped N- region by ion implantation; Forming a floating gate structure on said channel, said structure including a die electric layer and a conductor layer thereon; said die electric layer being formed on said step and on said trench, and On the rick layer is the conductor layer polysilicon, which is deposited on the die electric layer inside and outside the trench; the polysilicon layer is used to complete the floating gate structure. The channel is flattened, leaving only that portion of the layer within the trench; and the channel below the floating gate has both horizontal and vertical portions.
【請求項42】前記の垂直チャンネルが水平面から計っ
て30−150度の間である事を特徴とする請求項41
の電気的にプログラマブルなメモリー方法
42. The method according to claim 41, wherein said vertical channel is between 30 and 150 degrees measured from a horizontal plane.
Electrically programmable memory method
【請求項43】前記の垂直チャンネルが100−300
nmの間の深さにエッチングされる事によって形成され
る請求項41の電気的にプログラマブルなメモリー方法
43. The method according to claim 43, wherein the vertical channel is 100-300.
42. The electrically programmable memory method of claim 41 formed by etching to a depth between nm.
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