JPS62134977A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置

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JPS62134977A
JPS62134977A JP60276248A JP27624885A JPS62134977A JP S62134977 A JPS62134977 A JP S62134977A JP 60276248 A JP60276248 A JP 60276248A JP 27624885 A JP27624885 A JP 27624885A JP S62134977 A JPS62134977 A JP S62134977A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulating film
gate electrode
floating gate
substrate
semiconductor regions
Prior art date
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Pending
Application number
JP60276248A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Iwahashi
岩橋 弘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPS62134977A publication Critical patent/JPS62134977A/ja
Pending legal-status Critical Current

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

Landscapes

  • Non-Volatile Memory (AREA)

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] この発明は電気的にデータの書込み及び消去が行なえる
浮遊ゲート構造のM OS l−ランジスタを用いた不
揮発性半導体記憶装置に関する。
[発明の技術的背景とその問題点] 浮遊ゲート構造のMOSトランジスタを用い、電気的に
データの書込み及び消去が可能な不揮発性半導体記憶装
置はよく知られている。この種の記憶装置の1ビット分
のメモリセルの従来の構成を第9図ないし第11図に示
す。ここで第9図はそのパターン平面図であり、第10
図は第9図のa−b線に沿って切った場合の断面図であ
り、第11図は第9図のc−d線に沿って切った場合の
断面図である。第9図ないし第11図において10は例
えばP型のシリコン半導体基板であり、この基板10内
には三箇所にN+型の半導体領域11ないし13が互い
に分離して形成されている。このうちN+型半導体領[
11はデータ記憶用MOSトランジスタのソース及び各
データ記憶用MOSトランジスタのソースどうしを接続
する配線、N4″型半導体領戚12はデータ記憶用MO
Sトランジスタのドレイン及びこのドレインを選択用M
OSトランジスタのソースと接続する配線となるもので
あり、両頭1iJ11.12相互間の基板10の表面上
にはゲート絶縁膜となり膜厚が比較的薄い、例えば数百
人程度以下にされたシリコン酸化膜14が形成されてい
る。同様にN′″型半導体領域12と13とは選択用M
OSトランジスタのソース、ドレイン及び配線となるも
のであり、この開領域12.13相互間の基板10の表
面上にもゲート絶縁膜となる数百人程度以下の膜厚のシ
リコン酸化WA14(図示せず)が形成されている。さ
らに上記N+型半導体領域12上の一部には極めて薄い
膜厚、例えば100人程人程シリコン酸化膜15が形成
されている。そして上記シリコン酸化膜14及び上記シ
リコン酸化l!15など比較的膜厚が薄いシリコン酸化
膜が形成された領域以外の基板表面上には膜厚が十分に
厚い、例えば2000人程度0フィールド酸化膜16が
形成されている。そして上記シリコン酸化膜14及び上
記シリコン酸化1115上を連続して覆うように多結晶
シリコン層などで構成された浮遊ゲート電極17が形成
されており、さらにこの浮遊ゲート電極17上にはシリ
コン酸化膜を介して廖結晶シリコン層などで構成された
制御ゲート電極18が形成されている。
また、上記N+型半導体領域12.13相互間の基板1
0の表面上に形成されているシリコン酸化膜上には多結
晶シリコン層などで構成されたゲート電極19が形成さ
れている。
このような構成のメモリセルにおけるデータの1込み及
び消去は、例えば100人程人程いうように極めて薄く
されたシリコン酸化膜15を介し、フ?ウラ・ノルドハ
イムのトンネル効果で電子を浮遊ゲート電極17に注入
したり、浮遊ゲート電極17から放出させたりすること
により行われる。すなわち、浮遊ゲート電極17への電
子の注入は、制御ゲート電極18を高電位に設定し、制
御ゲート電極18と浮遊ゲートl l 17どの間の容
量結合により浮遊グー1〜電曝17の電位を上昇させ、
トンネル効果によりシリコン酸化1115を通してN+
型半導体領域12から浮遊ゲート電極17に電子を移動
させることにより行われる。他方、浮遊ゲート電極17
からの電子の放出は、制御ゲート電(Φ18をアース電
位(OV)、 ゲート電極19を高電位、選択用MO3
1−ランジスタのドレインであるN+型半導体領域13
を高電位に設定してN0型半導体領域12を高電位に設
定し、トンネル効果によりシリコン酸化膜15を通して
浮遊ゲート電橋17からN+型半導体領[2に電子を移
動させることにより行われる。
このため、このメモリセルでは電子の注入時には浮遊ゲ
ート電極11の電位を高くする程、短時間で書込みを行
なうことができ、また放出時には浮遊ゲート1lli1
17の電位を低くする程、短時間で放出を行なうことが
できる。従って、浮遊ゲート電極17の電位を十分に高
くしたり低くしたりするためには、浮遊ゲート電極17
と制御ゲート電極18との間の容量結合をできるだけ大
きくしたほうがよく、このためには、浮遊ゲート電極1
7と制御ゲート電極18と重なり合っている部分の面積
を可能な限り大きくとることが必要である。ところで、
従来の記憶装置では、N+型半導体領域12の基板表面
上には、N+型半導体領域11と12との間に設けられ
ている比較的lI厚の薄いシリコン酸化膜14が延長し
て設けられているので、この上には浮遊ゲート電極17
を設けることができない。すなわち、浮遊ゲート電極1
7と制御ゲート電極18との間の容量結合が大きいほど
、制御ゲート電極18に所定の電位を供給したときに浮
遊ゲートr1極17の電位が上昇する割合いは大きくな
る。しかし、浮遊ゲート電極17と基板、浮遊ゲート電
極17とチャネル部との間の容量は小さい方が浮遊ゲー
ト電極17の電位はより上昇する。そして浮遊ゲート電
極1γとチャネル部との間の容量は極めて大きい。とこ
ろで、従来′a置ではN+型半導体領域12上に比較的
薄い積厚のシリコン酸化膜14が形成されており、この
シリコン酸化1$14上には浮遊ゲート電極17は設け
られていない。すなわち、この上に浮遊ゲート電極17
を設けると、この浮遊ゲート電極17とチャネル部との
間の容量が増加し、浮遊ゲート′R極17の電位を上昇
させることができすらくなるからである。
このため、従来装置ではN”型半導体領域12上を避け
て浮遊ゲート電極17を形成しており、浮遊ゲート電極
17と制御ゲート電1i18との重なり合っている部分
の面積を大きくとろうとするとメモリセルサイズが大き
くなり、これによりチップサイズが大きくなって製造価
格が高くなるという欠点がある。従って、従来ではデー
タの山込み、消去時間と製造価格とはある点で妥協が必
要である。
[発明の目的] この発明は上記のような事情を考慮してなされたもので
あり、その目的はメモリセルサイズを大きくしなくとも
データの書込み、消去時間を角線することができる不連
発性半導体記憶装置を提供することにある。
[発明の概要] 上記のような目的を達成するためこの発明にあっては、
第1導電型の半導体基体内に互いに分離して第2導電型
の第1ないし第3の半導体領域を形成し、上記第1及び
第2の半導体領域相互間の上記基体上に膜厚が比較的薄
くされた第1の絶縁膜を形成し、上記第2及び第3の半
導体領域相互間の上記基体上に膜厚が上記第1の絶縁膜
と同程度にされた第2の絶縁膜を形成し、上記第2の半
導体領域上の一部に膜厚が上記第1及び第2の絶縁膜よ
りも薄くされた第3の絶縁膜を形成し、上記第2の半導
体領域上を含み上記第1ないし第3の絶縁膜の形成領域
以外の基体上に膜厚が第1ないし第3の絶縁膜よりも十
分に厚くされた第4の絶縁膜を形成し、少なくとも上記
第3の絶縁膜及び上記第2の半導体領域上に形成された
上記第4の絶縁膜の一部を連続して覆うようにして電気
的に浮遊状態にされた第1の導電体層を形成し、絶縁膜
を介して少なくとも上記第1の導電体層を覆うようにし
て所定の電位が印加される第2の導電体層を形成し、上
記第2の絶縁膜を少なくとも覆うようにして所定の電位
が印加される第3の導電体層を形成し、上記第1及び第
2の半導体領域をソース、ドレイン、上記第1の導電体
層を浮遊ゲートN極、上記第2の導電体層を制御ゲート
電極とし、上記第3の絶縁膜を介して浮遊ゲートとの間
で電子を授受するデータ記憶用の浮遊ゲートルl08t
−ランジスタを構成し、上記第2及び第3の半導体領域
をソース、ドレイン、上記第3の導電体層をゲート電極
とする選択用のMO8i−ランジスタを構成するように
している。
[発明の実施例] 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。
第1図はこの発明に係る不連発性半導体記憶装置の1ビ
ット分のメモリセルの構成を示すパターン平面図であり
、第2図は第1図のa−b線に沿って切った場合の断面
図であり、第3図は第1図のe−f@に沿って切った場
合の断面図である。なお、第1図ないし第3図において
、前記第9図ないし第11図に示す従来装置と対応する
箇所には同じ符号を付して説明を行なう。
この実施例のI置が前記第9図ないし第11図に示す従
来のものと異なっている点は、N+型半導体領域12の
基板表面上にはN+型半導体領域11と12との間に設
けられている比較的膜厚の薄いシリコン酸化l114を
延長して設けるのではなく、この上には膜厚が十分に厚
い、例えば2000人程度O7ィールド酸化膜16を形
成するようにしたものである。さらにこの実施例装置で
は、上記フィールド酸化膜16を介してN+型半導体領
域12上の大部分に浮遊ゲーi−電極17を設けること
より、浮遊ゲート電極17とチャネル部との間の容Sを
増加させずに、ill 17Ilゲート電Ji18との
重なり合っている部分の面積を大きくとるようにしたも
のである。このため、浮遊ゲート1憧17を設ける際に
、従来ではその上に設けることを避けていたN+型半導
体領域12の部分も有効に使用することができ、その分
だけメモリセルサイズを小型化することができ、製造I
4の低下を図ることができる。また、浮遊ゲート電極1
7と制御ゲート電極18との重なり合っている部分の面
積は十分に大きくとることができるので、浮遊ゲート7
4極17の電位を十分に上昇させることができ、これに
よりデータの書込み、消去時間の短縮化を達成すること
ができる。
第4図ないし第8図はそれぞれ上記実施例装置を製造す
る際の各製造工程を示すものであり、第4図(a)ない
し第8図(a)はそれぞれパターン平面図、第4図(b
)ないし第8図(b)は第4図(a)ないし第8図(a
)のa−b線に沿って切った場合の断面図であり、第4
図(C)ないし第8図(C)は第4図(a)ないし第8
図(a)のe−f線に沿って切った場合の断面図である
まず、第40に示すように、P型のシリコン基板10の
表面に窒化シリコン膜(Si3N+)21を堆積形成し
、次にこの窒化シリコン1l121を前記N+型半導体
領滅11ないし13及びシリコン酸化膜14を形成する
部分にのみ選択的に残すようにバターニングし、次にこ
の残された窒化シリコンpIA21をマスクとして用い
て、例えば熱酸化法などにより基板10表面に例えば2
000人程度0膜厚のフィールド酸化l1116を形成
する。
次に第5図(a)の破線で示す領域上の窒化シリコン膜
21のみを選択的に除去し、この部分からリン(P)、
ヒ素(As)などのN型不純物イオンをイオン注入して
基板10の表面にN+型半導体領域11′及び12′ 
をそれぞれ形成する。さらにこの後、基板10の表面を
酸化して上記N+型半導体領域11′及び12′上に厚
いシリコン酸化膜16′ を形成する。
次に第6図に示すように上記窒化シリコンII!I21
を除去し、これにより露出した基板10の表面から選択
的にリン、ヒ素などのN型不純物イオンをイオン注入し
て上記N+型半導体領[12’ と連続したN+型半導
体領域12″を形成した後、その上に薄いrs厚のシリ
コン酸化M!14を形成する。
次に第7図に示すように、上記N+型半導体領lff1
2″上のシリコン酸化膜14を除去してN+型半導体領
11i!12″を露出させ、この露出した部分にさらに
憧めで薄い膜厚のシリコン酸化膜15を形成する。
この後、全面に多結晶シリコン1を堆積し、これをバタ
ーニングして第8図に示すように前記浮遊ゲート電極1
7を形成し、このとき同時にこの多結晶シリコン層によ
り選択用MO8l−ランジスタのゲート電極19を形成
する。
この後に全面にシリコン酸化膜を形成し、さらに全面に
多結晶シリコン層を堆積し、これをバターニングして前
記制御ゲート1擾18を形成し、さらにゲート1穫19
及び制御ゲート電極18をマスクとして用いてリン、ヒ
素などのN型不純物イオンを基板10の表面にイオン注
入して前記N+型半導体領域11ないし13を形成する
このような工程により、前記第1図ないし第3図に示す
ようなメモリセルを有する記憶装置が製造される。
[発明の効果] 以上説明したようにこの発明によれば、メモリセルサイ
ズを大きくしなくともデータの書込み、消去時間を短縮
することができる不揮発性半導体記憶装置を提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例に係る装置の構成を示すパ
ターン平面図、第2図及び第3図はそれぞれ上記第1図
の実施例装置の異なる断面図、第4図ないし第8図はそ
れぞれ上記実施例装置を製造する場合の各製造工程を順
次示す図、第9図は従来装置の構成を示すパターン平面
図、第10図及び第11図はそれぞれ上記第9図装置の
異なる断面図である。 10・・・P型のシリコン半導体基板、11.12.1
3・・・N+型半導体領域、14.15・・・シリコン
酸化膜、1G・・・フィールド酸化膜、17・・・浮遊
ゲート電穫、18・・・制御ゲート電極、19・・・ゲ
ート電極。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 ]] 第1図 第2図      第3図 (a) (t))                (C)第4
図 (a) (b)               (C)¥S5図 (−一一−−−−〜−ノ (a) 1す (b)               (c);−−2
−〜、−5−2.ノ (a) C−−−−−−++−−−3 (a) 第8図 ]1 第9図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 第1導電型の半導体基体と、上記基体内に互いに分離し
    て形成された第2導電型の第1ないし第3の半導体領域
    と、上記第1及び第2の半導体領域相互間の上記基体上
    に形成され、膜厚が比較的薄くされた第1の絶縁膜と、
    上記第2及び第3の半導体領域相互間の上記基体上に形
    成され、膜厚が上記第1の絶縁膜と同程度にされた第2
    の絶縁膜と、上記第2の半導体領域上の一部に形成され
    、膜厚が上記第1及び第2の絶縁膜よりも薄くされた第
    3の絶縁膜と、上記第2の半導体領域上を含み上記第1
    ないし第3の絶縁膜の形成領域以外の基体上に形成され
    、膜厚が第1ないし第3の絶縁膜よりも十分に厚くされ
    た第4の絶縁膜と、少なくとも上記第3の絶縁膜及び上
    記第2の半導体領域上に形成された上記第4の絶縁膜の
    一部を連続して覆うように形成され、電気的に浮遊状態
    にされた第1の導電体層と、絶縁膜を介して少なくとも
    上記第1の導電体層を覆うように形成され、所定の電位
    が印加される第2の導電体層と、上記第2の絶縁膜を少
    なくとも覆うように形成され、所定の電位が印加される
    第3の導電体層をとを具備し、上記第1及び第2の半導
    体領域をソース、ドレイン、上記第1の導電体層を浮遊
    ゲート電極、上記第2の導電体層を制御ゲート電極とし
    、上記第3の絶縁膜を介して浮遊ゲートとの間で電子を
    授受するデータ記憶用の浮遊ゲートMOSトランジスタ
    を構成し、上記第2及び第3の半導体領域をソース、ド
    レイン、上記第3の導電体層をゲート電極とする選択用
    のMOSトランジスタを構成するようにしたことを特徴
    とする不揮発性半導体記憶装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5225700A (en) * 1991-06-28 1993-07-06 Texas Instruments Incorporated Circuit and method for forming a non-volatile memory cell

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61194877A (ja) * 1985-02-25 1986-08-29 Nec Corp 絶縁ゲ−ト型不揮発性半導体メモリ

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