JP2000150684A - 不揮発性メモリ素子及びその製造方法 - Google Patents
不揮発性メモリ素子及びその製造方法Info
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Abstract
し、メモリセルの集積度を向上させ得る不揮発性メモリ
素子及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板300上に第1絶縁膜70
0、浮遊ゲ−ト340、第2絶縁膜350及び制御ゲ−
ト360が順次に形成されており、半導体基板300の
表面にドレ−ン領域310、低濃度ド−ピングされたソ
−ス領域602及び高濃度ド−ピングされたソ−ス領域
600が形成されている。この際、高濃度ド−ピングさ
れたソ−ス領域600はドレ−ン領域310より浅く形
成されており、浮遊ゲ−ト340と重ねられないことを
特徴とする。これにより、メモリセルの集積度を向上さ
せ、浮遊ゲ−ト340と低濃度ド−ピングされたソ−ス
領域602との間に形成されている第1絶縁膜700内
に電子が捕獲されることを減少させてメモリセルの特性
を向上させ得る。
Description
及びその製造方法に関し、詳しくは低濃度ドーピングさ
れたソース領域を有するフラッシュメモリ素子及びその
製造方法に関する。
が1985年IDEM PP616-619の“A SINGLE TRANS
ISTOR EPROM CELL AND ITS IMPLEMENTATION IN A 51
2K CMOS EEPROM”に記述されている。図1は従来の不
揮発性メモリ素子のEPROM(Erasable Programmabl
e Read Only Memory)型NORフラッシュ(Flash)メ
モリセルを示した断面図である。図1を参照すれば、半
導体基板300の上部に第1絶縁膜330、浮遊ゲート
340、第2絶縁膜350及び制御ゲート360が順次
に形成されている。そして、半導体基板300表面の一
定領域にドレーン領域310及びソース領域320,3
22が形成されている。ソース領域は高濃度不純物領域
320及びこれを取り囲む低濃度不純物領域322より
成っており、低濃度不純物領域322及び高濃度不純物
領域320の一部領域は浮遊ゲート340の一部と重ね
られている。又、ドレーン領域310は不純物が高濃度
でドーピングされており、ドレーン領域310の一部領
域は浮遊ゲート340の一部領域と重ねられている。第
1絶縁膜330は電子がトンネルリングできるトンネル
酸化膜が使用される。
リセルの動作を説明する。EPROM型NORフラッシ
ュメモリセルの動作には書き込み動作、消去動作及び読
み出し動作がある。セルを書き込みするためにドレーン
領域310に連結されるビットラインと制御ゲートとに
連結されるワードラインに高電圧を印加すると、ドレー
ン接合でホット電子が発生する。ホット電子が第1絶縁
膜330を通過して浮遊ゲート340内へ注入されてホ
ット電子が浮遊ゲート340内に蓄積される。従って、
素子のスレッショルド電圧が増加され、その結果素子が
書き込みされる。書き込みされた素子を消去(erase)
するために浮遊ゲート340内に蓄積された電子を除去
しなければならない。ソース領域に高電圧が印加される
と浮遊ゲート340内に蓄積された電子はFーNトンネ
ルリング(Fowler-Nordheim tunneling)方式を用いて
ソース領域で消去される。
作はドレーン領域310での電子注入により成る。この
際、浮遊ゲート340内へ注入される電子の一部が第1
絶縁膜330に捕獲(trap)される。このように捕獲さ
れた電子により第1絶縁膜の特性が劣化される。又、素
子の消去動作はソース領域で成る。この際、トンネルリ
ングされる電子が浮遊ゲート340とソース領域32
2,320との間に形成される第1絶縁膜330に捕獲
されて素子の特性を劣化させる問題点がある。
めセルのサイズが縮小されている。しかし、ドレーン領
域は浮遊ゲートの下にホットキャリヤ発生のための空乏
領域が形成されなければならないのでドレーン領域と浮
遊ゲートとは重ねられなければならない。又、消去動作
時の印加電圧を低めるために、キャリヤが浮遊ゲートか
ら高濃度ドーピングされたソース領域へ直接トンネルリ
ングしなければならない。キャリヤが直接トンネルリン
グできるようにするために高濃度ドーピングされたソー
ス領域は浮遊ゲートと一部重ねられなければならない。
又、高濃度ドーピングされたソース領域で消去動作時の
印加電圧により降伏現象が発生することを防止するため
に、低濃度ドーピングされたソース領域が高濃度ドーピ
ングされたソース領域をくるむ構造にならなければなら
ない。従って、ソース領域及びドレーン領域と重ねられ
る領域だけではなく、浮遊ゲートの下のソース領域とド
レーン領域との間にメモリ素子で動作できる有効チャン
ネル長さを確保しなければならないので、不揮発性メモ
リ素子の集積度が減少する問題点がある。
320と浮遊ゲート340が重ねられたメモリセルを示
した断面図である。参照符号324は消去動作のためソ
ース領域に電圧を印加した時低濃度ドーピングされたソ
ース領域322と半導体基板300の接合領域に形成さ
れる空乏領域を示す。この際、浮遊ゲート340に蓄積
された電子が矢印で表示されたソース領域へトンネルリ
ングされる。従って、高濃度ドーピングされたソース領
域320と浮遊ゲート340が重ねられたメモリセルは
ソース領域に低い電圧を印加して電子がトンネルリング
できる。もし、高濃度ドーピングされたソース領域32
0が浮遊ゲート340と重ねられなければ、浮遊ゲート
340に蓄積された電子が空乏領域を通過して高濃度ド
ーピングされたソース領域320へトンネルリングされ
る。従って、高濃度ドーピングされたソース領域320
と浮遊ゲート340が重ねられないメモリセルは電子を
トンネルリングするために高濃度ドーピングされたソー
ス領域320に高い電圧を印加しなければならない。従
って、消去動作時の印加電圧を低めるために高濃度でド
ーピングされたソース領域320と浮遊ゲート340は
重ねられることが望ましい。従って、ソース領域でFー
Nトンネルリング方式を用いてゲート内に蓄積された電
子を消去するメモリセルは高濃度ドーピングされたソー
ス領域とドレーン領域とが浮遊ゲートと重ねられなけれ
ばならないので不揮発性メモリ素子の集積度を向上させ
ることが難しくなる問題点がある。
ドーピングされたソース領域(Lightly Doped Source)
を有するEPROMが開示されている。図3及び図4を
参照して米国特許番号4,652,897に開示された素
子の構造を説明する。図3を参照すれば、半導体基板3
00上に第1絶縁膜510、浮遊ゲート340、第2絶
縁膜350及び制御ゲート360が順次に積層されてい
る。そして、半導体基板300の表面にドレーン領域3
10、低濃度ドーピングされたソース領域502及び高
濃度ドーピングされたソース領域500が形成されてい
る。この際、低濃度ドーピングされたソース領域の不純
物濃度は1×1016〜1×1017atoms/cm3であり、そ
の長さ(図3のW1)はゲート方向へ0.3〜0.4μm
である。ドレーン領域310及び低濃度ドーピングされ
たソース領域502が浮遊ゲート340と各々重ねられ
ている。第1絶縁膜510はゲート酸化膜である。図4
はメモリセルの書き込み時セル内の電界強度b1及び電
位a1を示したグラフである。図4を参照すれば、抵抗
が高い低濃度ドーピングされたソース領域502で電界
強度b1が増加することが分かる。従って、図3に開示
されたメモリセルは低濃度ドーピングされたソース領域
502に発生したホットキャリヤが浮遊ゲート340内
へ注入されることにより、メモリセルが書き込みされ
る。又、図3に開示されたメモリセルは電気的消去が不
可能であり、紫外線に露光して浮遊ゲート340内に蓄
積された電子を消去する。
子をソース領域で電気的に消去できるメモリセルを示し
た断面図である。図5を参照すれば、図3の第1絶縁膜
の代わりにゲート酸化膜512及び薄いトンネル酸化膜
514が形成されている。従って、書き込み動作は図3
に開示されたメモリセルと同一なのが、消去動作はソー
ス領域で電気的に成る。即ち、浮遊ゲート340内に蓄
積された電子を消去するために高濃度ドーピングされた
ソース領域500に高い電圧を印加すれば、電子がトン
ネル酸化膜514をトンネルリングして消去される。
れたメモリセルは高濃度ドーピングされたソース領域5
00と浮遊ゲート340が重ねられない。従って、浮遊
ゲート340内に蓄積された電子をトンネルリングさせ
るために、低濃度ドーピングされたソース領域502の
抵抗及び空乏領域を考慮した相当高い電圧が高濃度ドー
ピングされたソース領域500に印加されなければなら
ない。従って、このようなメモリセルは使用上に不便な
問題点がある。又、消去動作時低濃度ドーピングされた
ソース領域502に高い電界が印加されるので、低濃度
ドーピングされたソース領域502で多くのホットキャ
リヤが発生して、これによりトンネル酸化膜514と低
濃度ドーピングされたソース領域502との間にトラッ
プが増加される。従って、メモリセルの抵抗が増加さ
れ、その結果メモリセルの特性が変わる問題点がある。
電子を半導体基板で電気的に消去させることにより第1
絶縁膜内に捕獲された電子により第1絶縁膜の特性が劣
化されることを防止し、高濃度ドーピングされたソース
領域の深さを縮めてメモリセルの集積度を向上させ得る
不揮発性メモリ素子及びその製造方法を提供することに
ある。
の本発明の不揮発性メモリ素子は、第1導電型の半導体
基板と、半導体基板上に順次に形成されている第1絶縁
膜、浮遊ゲート、第2絶縁膜及び制御ゲートと、半導体
基板の表面に形成されて浮遊ゲートの側壁と離隔されて
形成されている第2導電型の高濃度ドーピングされたソ
ース領域と、半導体基板の表面に形成されており、高濃
度ドーピングされたソース領域と連結されて浮遊ゲート
と重ねられており、不純物濃度が高濃度ドーピングされ
たソース領域の不純物濃度より低い第2導電型の低濃度
ドーピングされたソース領域と、半導体基板の表面に形
成されており、浮遊ゲートと重ねられて高濃度ドーピン
グされたソース領域よりさらに深く形成されており、不
純物濃度が高濃度ドーピングされたソース領域と同一な
第2導電型のドレーン領域とを備える。
ることが望ましく、70〜100Åの厚さを有すること
が望ましい。又、低濃度ドーピングされたソース領域は
5×1017〜5×1018atoms/cm3の不純物濃度を有す
るのが望ましい。又、低濃度ドーピングされたソース領
域は高濃度ドーピングされたソース領域の角部からゲー
ト方向へ0.2μm以下の長さを有するのが望ましい。
又、前記不揮発性メモリ素子の書き込み動作は、ドレー
ン領域と制御ゲートとに電圧が印加されると、ドレーン
領域の空乏領域にホットキャリヤが発生され、発生され
たホットキャリヤの一部がドレーン領域と浮遊ゲートの
重畳領域とで浮遊ゲート内へ注入されて浮遊ゲート内に
蓄積されることにより成ることが望ましい。又、前記不
揮発性メモリ素子の消去動作は、半導体基板に電圧が印
加されると、書き込み動作により浮遊ゲート内に蓄積さ
れたホットキャリヤが浮遊ゲートから半導体基板へトン
ネルリングされることにより成ることが望ましい。
セル領域と周辺回路領域とを備える不揮発性メモリ素子
は、セル領域の半導体基板上に順次に形成されている第
1絶縁膜、浮遊ゲート、第2絶縁膜及び制御ゲートと、
セル領域の半導体基板の表面に形成されており、浮遊ゲ
ートの側壁と離隔されて形成されている第2導電型の高
濃度ドーピングされたソース領域と、セル領域の半導体
基板の表面に形成されており、高濃度ドーピングされた
ソース領域と連結されて浮遊ゲートと重ねられており、
不純物濃度が高濃度ドーピングされたソース領域の不純
物濃度より低い第2導電型の低濃度ドーピングされたソ
ース領域と、セル領域の半導体基板の表面に形成されて
おり、浮遊ゲートと重ねられて不純物濃度が高濃度ドー
ピングされたソース領域と同一な第2導電型のドレーン
領域と、周辺回路領域に形成されており、低濃度ドーピ
ングされたドレーン構造を有するMOSトランジスタと
を備える。この際、セル領域の低濃度ドーピングされた
ソース領域の不純物濃度は周辺回路領域のMOSトラン
ジスタの低濃度ドーピングされたドレーン領域の不純物
濃度より高いことが望ましい。又、セル領域のドレーン
領域の深さは周辺回路領域のMOSトランジスタのドレ
ーン領域とソース領域との深さ及びセル領域の高濃度ド
ーピングされたソース領域の深さよりさらに深いことが
望ましい。
揮発性メモリ素子の製造方法は、半導体基板上のセル領
域に第1絶縁膜、浮遊ゲート、第2絶縁膜及び制御ゲー
トが積層された積層ゲートを形成する段階と、不純物を
イオン注入した後拡散して積層ゲートの一部と重ねられ
るドレーン領域を形成する段階と、ドレーン領域の不純
物濃度より低濃度で不純物をイオン注入して積層ゲート
の一部と重ねられる低濃度ドーピングされたソース領域
を形成する段階と、積層ゲートの側面にスペーサを形成
する段階と、ドレーン領域上に感光膜パターンを形成す
る段階と、積層ゲート、スペーサ及び感光膜パターンを
マスクとして低濃度ドーピングされたソース領域にイオ
ン注入して低濃度ドーピングされたソース領域と連結さ
れて積層ゲートとは重ねられなく、ドレーン領域より低
い深さを有する高濃度ドーピングされたソース領域を形
成する段階とを備える。
×1015〜6×1015ions/cm2のドーズでイオン注入す
るのが望ましい。又、低濃度ドーピングされたソース領
域を形成する段階は、感光膜パターンを形成する段階
と、感光膜パターンをマスクとして不純物をイオン注入
する段階と、感光膜パターンを除去した後半導体基板の
全面に不純物をイオン注入する段階より成ることが望ま
しい。この際、感光膜パターンをマスクとして不純物を
イオン注入する段階は3×1013〜6×1013ions/cm2
のドーズでイオン注入し、半導体基板の全面に不純物を
イオン注入する段階は1×1013〜3×1013ions/cm2
のドーズでイオン注入するのが望ましい。又。半導体基
板の全面に不純物をイオン注入する段階と同時に半導体
基板上の周辺回路領域にMOSトランジスタの低濃度ド
ーピングされたドレーン領域を形成するのが望ましい。
又、高濃度ドーピングされたソース領域を形成する段階
は2×1015〜6×1015ions/cm2の濃度でイオン注入
するのが望ましい。さらに望ましくは6×1015ions/c
m2の濃度でイオン注入する。又、低濃度ドーピングされ
たソース領域を形成する段階と同時に半導体基板上の周
辺回路領域にMOSトランジスタの低濃度ドーピングさ
れたドレーン領域を形成することが望ましい。又、高濃
度ドーピングされたソース領域を形成する段階と同時に
半導体基板上の周辺回路領域にMOSトランジスタの高
濃度ドーピングされたドレーン領域を形成するのが望ま
しい。又、半導体基板上の周辺回路領域にあるMOSト
ランジスタの低濃度ドーピングされたドレーン領域はセ
ル領域の低濃度ドーピングされたソース領域より不純物
濃度を低く形成するのが望ましい。又、セル領域のドレ
ーン領域はセル領域の高濃度ドーピングされたソース領
域及び半導体基板上の周辺回路領域の高濃度ドーピング
されたドレーン領域よりさらに深く形成するのが望まし
い。又、前記不揮発性メモリ素子はフラッシュメモリ素
子であることが望ましい。
ソース領域の深さを縮めて浮遊ゲートと高濃度でドーピ
ングされたソース領域が重ねられないことにより、メモ
リセルの集積度を向上させ得る。そして、メモリセルの
消去動作時浮遊ゲート内に蓄積された電子を半導体基板
へトンネルリングさせることにより、低濃度ドーピング
されたソース領域と浮遊ゲートとの間に形成される第1
絶縁膜内に電子が捕獲されることを減少させられ、その
結果メモリ素子の動作特性を安定的に得られる。
発明に係る望ましい実施例を詳細に説明する。尚、本発
明は詳述する実施例に限らずに、ただ本実施例は本発明
の開示が完全になるようにし、通常の知識を持つ者に発
明の範疇を完全に知らせるために提供されることであっ
て、本発明の技術思想及び範囲内で当分野の通常の知識
を持つ者により各種変形及び改良が可能なのは明白であ
る。又、図面で層や領域の厚さは説明を明確のため誇張
されたことである。図面で同一な参照符号は同一な構成
要素を示す。又、ある層が他の層又は基板の“上部”に
あると記載された場合、前記ある層が前記他の層又は基
板の上部に直接接触しながら存在することもでき、その
間に他の第3層が介在されることもできる。
発明による不揮発性メモリ素子を示した断面図である。
以下、図6を参照して本発明に係る不揮発性メモリ素子
の構成を説明する。p型の半導体基板300上に第1絶
縁膜700、浮遊ゲート340、第2絶縁膜350及び
制御ゲート360が順次に形成されている。第1絶縁膜
700、浮遊ゲート340、第2絶縁膜350及び制御
ゲート360の側壁には側壁スペーサ970が形成され
ている。そして、ドレーン領域310、低濃度ドーピン
グされたソース領域602及び高濃度ドーピングされた
ソース領域600が半導体基板300の表面に形成され
ている。第1絶縁膜700はキャリヤがトンネルリング
できるトンネル酸化膜であることが望ましく、70ー1
00Åの厚さを有するのが望ましい。第2絶縁膜はON
O(酸化膜/窒化膜/酸化膜)構造であることが望まし
い。低濃度ドーピングされたソース領域602は5×1
017〜5×1018atoms/cm3の不純物濃度を有するのが
望ましく、図6でW2として表示された低濃度ドーピン
グされたソース領域の長さはゲート方向へ0.2μm以下
であることが望ましい。従って、本発明の低濃度ドーピ
ングされたソース領域602の長さ(図6のW2)は従
来の低濃度ドーピングされたソース領域の長さ(図3の
W1)より短く、本発明の低濃度ドーピングされたソー
ス領域602の不純物濃度は従来の低濃度ドーピングさ
れたソース領域502の不純物濃度より高い。又、従来
に比べて低濃度ドーピングされたソース領域602の長
さが短くて不純物濃度が高いので、低濃度ドーピングさ
れたソース領域602と高濃度ドーピングされたソース
領域600との抵抗変化及び電位変化が高濃度ドーピン
グされたソース領域のみで形成されたメモリセルの場合
に似ている。
は低濃度ドーピングされたソース領域602より不純物
濃度が高くならなければならなく、ドレーン領域310
は高濃度ドーピングされたソース領域600と同一な不
純物濃度を有するのが望ましい。高濃度ドーピングされ
たソース領域600は浮遊ゲート340の側壁と離隔さ
れて形成されている。だが、低濃度ドーピングされたソ
ース領域602は高濃度ドーピングされたソース領域6
00に連結されており、低濃度ドーピングされたソース
領域602の一部が浮遊ゲート340と重ねられてい
る。そして、ドレーン領域310の一部も浮遊ゲート3
40と重ねられている。高濃度ドーピングされたソース
領域600の深さ(図6のd2)はドレーン領域310
の深さ(図6のd1)より浅く形成されている。高濃度
ドーピングされたソース領域600を浅く形成すること
により、側面拡散を縮められる。従って、本発明に係る
メモリセルはメモリセルの動作には影響を及ばずソース
領域が占める面積を縮小させることにより、メモリセル
の集積度が向上できる。本発明に係る不揮発性メモリ素
子はフラッシュメモリ素子であることが望ましい。
の動作を説明する。メモリセルを書き込みするために、
ドレーン領域310と連結されたビットライン6−7ボ
ルトを、制御ゲート360と連結されたワードラインに
10−12ボルトを、高濃度ドーピングされたソース領
域600及び半導体基板300に0ボルトを各々印加す
る。その結果、浮遊ゲート340下の半導体基板300
の表面にチャンネルが形成され、形成されたチャンネル
を通じてドレーン領域310から高濃度ドーピングされ
たソース領域600へ電流が流れる。この際、ドレーン
領域310の空乏領域で高いエネルギーを有するホット
電子が発生される。発生されたホット電子の一部がドレ
ーン領域310と浮遊ゲート340との重畳領域で第1
絶縁膜700を通過して浮遊ゲート340内へ注入され
る。浮遊ゲート340内へ注入されたホット電子は浮遊
ゲート340内に蓄積されることにより、メモリセルの
スレッショルド電圧が増加されてメモリセルが書き込み
される。図7は本発明に係る不揮発性メモリ素子に書き
込みするために電圧が印加された時の電位a2及び電界
強度b2を各々示す。図7を参照すれば、ドレーン領域
310の空乏領域に高い電界が形成されることが分か
る。図7に示されたグラフと図4に示された従来のメモ
リ素子に関するグラフを比較すると、従来のメモリ素子
はソース領域に高い電界が形成される反面、本発明に係
るメモリセルはドレーン領域に高い電界が形成される。
これは低濃度ドーピングされたソース領域602が従来
のメモリセルでの低濃度ドーピングされたソース領域
(図3の502参照)より高濃度でドーピングされてそ
の長さも短く、その結果低濃度ドーピングされたソース
領域602の抵抗が従来の場合より減少したからであ
る。又、低濃度ドーピングされたソース領域602の抵
抗と高濃度ドーピングされたソース領域600の抵抗差
が従来の場合より小さいので、低濃度ドーピングされた
ソース領域602及び高濃度ドーピングされたソース領
域600での電位が急激に変わらない。従って、低濃度
ドーピングされたソース領域602及び高濃度ドーピン
グされたソース領域600でのホットキャリヤ発生が減
少される。その結果、本発明に係る不揮発性メモリ素子
はメモリ素子の特性が劣化されることが防止できる。
に蓄積された電子を消去するために、半導体基板300
に正電圧を印加して制御ゲート360に負や零の電圧を
印加する。従って、浮遊ゲート340内に蓄積された電
子は第1絶縁膜700をF−Nトンネルリングして半導
体基板300で消去される。このような消去動作は従来
の低濃度ドーピングされたソース領域(図3の502参
照)を有するメモリセルでの消去動作とは比較される。
即ち、本発明に係るメモリセルの消去動作は電子が半導
体基板300へトンネルリングされるので、高濃度ドー
ピングされたソース領域600が浮遊ゲート340と重
ねられなくても良い。従って、従来(図1の参照符号3
20参考)の不揮発性メモリ素子とは違って、本発明は
浮遊ゲート340下の半導体基板300の表面に高濃度
ドーピングされたソース領域600が形成されないの
で、浮遊ゲート340の長さが縮小できる。その結果、
メモリセルの集積度を向上させ得る。又、電子が高濃度
ドーピングされたソース領域600へトンネルリングさ
れないので、低濃度ドーピングされたソース領域602
と浮遊ゲート340との間に形成されている第1絶縁膜
700内に電子の捕獲される現象が減少される。又、書
き込み動作時にドレーン領域310と浮遊ゲート340
との第1絶縁膜700内に捕獲された電子が消去動作時
に形成される電界により第1絶縁膜700から抜け出る
効果を得られる。本発明に係る不揮発性メモリセルは浮
遊ゲート340内に蓄積された電子を半導体基板300
で消去することにより、従来のソース領域で電子を消去
するメモリセルよりメモリセルの動作を安定的に具現で
きる。又、低濃度ドーピングされたソース領域602及
び高濃度ドーピングされたソース領域600をドレーン
領域310の深さより浅く形成することにより、低濃度
ドーピングされたソース領域602及び高濃度ドーピン
グされたソース領域600の面積を縮小してメモリセル
の集積度を向上させ得る。
例>図8から図13に不揮発性メモリセルの製造方法を
順次に示す。図8を参照すれば、半導体基板900上に
局部酸化工程(Local Oxidation ofSilicon)等を用い
て素子分離領域910を形成する。素子分離領域910
が形成された半導体基板900の全面に第1絶縁膜91
2を形成する。この際、第1絶縁膜912は電子がトン
ネルリングできるトンネル酸化膜であることが望まし
く、70〜100Åの厚さで形成するのが望ましい。第
1絶縁膜912が形成された半導体基板900上に多結
晶シリコンを蒸着した後不純物、例えばPOCl 3をド
ーピングしてパターニングして浮遊ゲート膜920を形
成する。その後、浮遊ゲート920上にONO(酸化膜
/窒化膜/酸化膜)構造を有する第2絶縁膜922を形
成する。第2絶縁膜922は140〜200Åの厚さを
有することが望ましい。この際、浮遊ゲート920及び
第2絶縁膜922はメモリセル領域(図8のa領域)に
形成し、周辺回路領域(図8のb領域)には形成しな
い。その後、周辺回路領域にゲート絶縁膜924を形成
する。
絶縁膜924が形成された半導体基板900の全面に多
結晶シリコンを蒸着した後不純物、例えばPOCl3を
ドーピングして制御ゲート膜930を形成する。その
後、制御ゲート膜930の抵抗を減少させるために制御
ゲート膜930上にタングステンシリサイド、チタンシ
リサイド又はタンタルシリサイド等のシリサイド(図示
せず)を形成するのが望ましい。その後、制御ゲート膜
930及びシリサイドをイオン注入等の後続工程から保
護する保護膜932を形成するのが望ましい。保護膜9
32は酸化膜、窒化膜又は酸化膜と窒化膜との積層構造
等で形成され、約2000Åの厚さで形成するのが望ま
しい。
0、第2絶縁膜922、制御ゲート膜930及び保護膜
932をパターニングし、メモリセル領域aには浮遊ゲ
ート920'、第2絶縁膜パターン922'、制御ゲート
930'及び保護膜パターン932'より成る積層ゲート
構造を形成する。又、周辺回路領域bには制御ゲート9
30'及び保護膜パターン932'より成るMOSトラン
ジスタ用ゲートを形成する。
ドレーン領域950を限定してn型の不純物、例えば砒
素(As)又は燐(P)をイオン注入する。この際、不純
物のイオン注入ドーズは2×1015〜6×1015ions/c
m2であることが望ましい。不純物をイオン注入した後1
00〜300Å厚さの酸化膜(図示せず)を半導体基板
900の全面に成長させた後、熱処理工程を実施して注
入された不純物を拡散する。
領域を限定してn型の不純物をイオン注入する。この
際、不純物のイオン注入ドーズは3×1013〜6×10
13ions/cm2であることが望ましい。その後、半導体基板
900の全面にn型の不純物を1×1013〜3×1013i
ons/cm2のドーズでイオン注入し、周辺回路領域bに低濃
度ドーピングされたソース及びドレーン領域962を形
成し、メモリセル領域aに形成された低濃度ドーピング
されたソース領域960の不純物濃度を増加させる。従
って、メモリセル領域に形成された低濃度ドーピングさ
れたソース領域960の不純物濃度は周辺回路領域に形
成されたMOSトランジスタの低濃度ドーピングされた
ソース及びドレーン領域962の不純物濃度より高い。
全面に酸化膜又は窒化膜を1000〜1500Å蒸着し
た後、乾式蝕刻してスペーサ970を形成する。その
後、メモリセル領域にあるドレーン領域950を感光膜
で塗布した後、保護膜932、スペーサ970及び感光
膜をマスクとしてn型の不純物を2×1015〜6×101
5ions/cm2のドーズでイオン注入する。その結果、メモ
リセル領域に高濃度ドーピングされたソース領域972
を形成し、周辺回路領域に高濃度ドーピングされたソー
ス及びドレーン領域974を形成する。この際、メモリ
セル領域の高濃度ドーピングされたソース領域972及
び周辺回路領域の高濃度ドーピングされたソース及びド
レーン領域974はメモリセル領域のドレーン領域95
0より浅く形成するのが望ましい。
形成された不揮発性メモリ素子は高濃度ドーピングされ
たソース領域の深さを縮めて浮遊ゲートと高濃度ドーピ
ングされたソース領域とが重ねられないことにより、メ
モリセルの集積度を向上させ得る。そして、メモリセル
の消去動作時浮遊ゲート内に蓄積された電子を半導体基
板へトンネルリングさせることにより、低濃度でドーピ
ングされたソース領域と浮遊ゲートとの間に形成される
第1絶縁膜に電子が捕獲されることを減少させることに
より素子の動作特性を安定的に得られる。
図である。
ートに蓄積された電子が消去される地点を示した断面図
である。
である。
ルの書き込み時セル内の電界強度及び電位を示したグラ
フである。
断面図である。
図である。
ルの書き込み時セル内の電界強度及び電位を示したグラ
フである。
を示した断面図である。
を示した断面図である。
法を示した断面図である。
法を示した断面図である。
法を示した断面図である。
法を示した断面図である。
972 ソース領域 330,510,700,912 第1絶縁膜 340,920' 浮遊ゲート 350,922 第2絶縁膜 360,930' 制御ゲート 512 ゲート酸化膜 514 トンネル酸化膜 910 素子分離領域 920 浮遊ゲート膜 922' 第2絶縁膜パターン 924 ゲート絶縁膜 930 制御ゲート膜 932 保護膜 932' 保護膜パターン 962,974 ソース及びドレーン領域 970 側壁スペーサ a メモリセル領域 a1,a2 電位 b 周辺回路領域 b1,b2 電界強度
Claims (17)
- 【請求項1】 第1導電型の半導体基板と、 前記半導体基板上に順次に形成されている第1絶縁膜、
浮遊ゲート、第2絶縁膜及び制御ゲートと、 前記半導体基板の表面に前記浮遊ゲートの側壁と離隔さ
れて形成されている第2導電型の高濃度ドーピングされ
たソース領域と、 前記半導体基板の表面に前記高濃度ドーピングされたソ
ース領域と連結されて前記浮遊ゲートと重ねられて形成
されており、不純物濃度が前記高濃度ドーピングされた
ソース領域の不純物濃度より低い第2導電型の低濃度ド
ーピングされたソース領域と、 前記半導体基板の表面に前記浮遊ゲートと重ねられ前記
高濃度ドーピングされたソース領域より深く形成されて
おり、不純物濃度が前記高濃度ドーピングされたソース
領域と同一な第2導電型のドレーン領域とを備えること
を特徴とする不揮発性メモリ素子。 - 【請求項2】 前記低濃度ドーピングされたソース領域
は5×1017〜5×1018atoms/cm3の不純物濃度を有
することを特徴とする請求項1に記載の不揮発性メモリ
素子。 - 【請求項3】 前記低濃度ドーピングされたソース領域
は前記高濃度ドーピングされたソース領域の角部から浮
遊ゲート方向へ0.2μm以下の長さを有することを特徴
とする請求項1に記載の不揮発性メモリ素子。 - 【請求項4】 前記ドレーン領域と前記制御ゲートとに
電圧が印加されると、ドレーン領域の空乏領域にホット
キャリヤが発生し、このホットキャリヤの一部が前記ド
レーン領域と前記浮遊ゲートの重畳領域とから前記浮遊
ゲート内へ注入されて前記浮遊ゲート内に蓄積されるこ
とによりデータが書き込まれることを特徴とする請求項
1に記載の不揮発性メモリ素子。 - 【請求項5】 前記不揮発性メモリ素子の消去動作は、
前記半導体基板に電圧が印加されると、前記浮遊ゲート
内に蓄積された前記ホットキャリヤが前記浮遊ゲートか
ら前記半導体基板へトンネルリングされることによりデ
ータが消去されることを特徴とする請求項4に記載の不
揮発性メモリ素子。 - 【請求項6】 第1導電型の半導体基板上にセル領域と
周辺回路領域とを備える不揮発性メモリ素子において、 前記セル領域の前記半導体基板上に順次に形成されてい
る第1絶縁膜、浮遊ゲート、第2絶縁膜及び制御ゲート
と、 前記セル領域の半導体基板の表面に前記浮遊ゲートの側
壁から離隔されて形成されている第2導電型の高濃度ド
ーピングされたソース領域と、 前記セル領域の半導体基板の表面に前記高濃度ドーピン
グされたソース領域と連結されて前記浮遊ゲートと重ね
られて形成されており、不純物濃度が前記高濃度ドーピ
ングされたソース領域の不純物濃度より低い第2導電型
の低濃度ドーピングされたソース領域と、 前記セル領域の半導体基板の表面に前記浮遊ゲートと重
ねられて形成されており、不純物濃度が前記高濃度ドー
ピングされたソース領域と同一な第2導電型のドレーン
領域と、 前記周辺回路領域に形成されており、低濃度ドーピング
されたドレーン構造を有するMOSトランジスタとを備
え、 前記セル領域の前記低濃度ドーピングされたソース領域
の不純物濃度は前記周辺回路領域のMOSトランジスタ
の低濃度ドーピングされたドレーン領域の不純物濃度よ
り高いことを特徴とする不揮発性メモリ素子。 - 【請求項7】 前記セル領域のドレーン領域の深さは前
記セル領域の高濃度ドーピングされたソース領域の深さ
より深いことを特徴とする請求項6に記載の不揮発性メ
モリ素子。 - 【請求項8】 セル領域と周辺回路領域とを備える半導
体基板上の前記セル領域に第1絶縁膜、浮遊ゲート、第
2絶縁膜及び制御ゲートが積層された積層ゲートを形成
する段階と、 不純物をイオン注入した後拡散して前記積層ゲートの一
部と重ねられるドレーン領域とを形成する段階と、 前記ドレーン領域の不純物濃度より低濃度で不純物をイ
オン注入して前記積層ゲートの一部と重ねられる低濃度
ドーピングされたソース領域を形成する段階と、 前記積層ゲートの側面にスペーサを形成する段階と、 前記ドレーン領域上に感光膜パターンを形成する段階
と、 前記積層ゲート、前記スペーサ及び前記感光膜パターン
をマスクとして前記低濃度ドーピングされたソース領域
にイオン注入して前記低濃度ドーピングされたソース領
域と連結され、前記積層ゲートとは重ねられずに、前記
ドレーン領域より低い深さを有する高濃度ドーピングさ
れたソース領域を形成する段階とを備えることを特徴と
する不揮発性メモリ素子の製造方法。 - 【請求項9】 前記ドレーン領域を形成する段階は2×
1015〜6×1015ions/cm2のドーズでイオン注入する
ことを特徴とする請求項8に記載の不揮発性メモリ素子
の製造方法。 - 【請求項10】 前記低濃度ドーピングされたソース領
域を形成する段階は、前記セル領域のソース領域を露出
させる感光膜パターンを形成する段階と、 前記感光膜パターンをマスクとして不純物をイオン注入
する段階と、 前記感光膜パターンを除去した後前記半導体基板の全面
に不純物をイオン注入する段階とを含むことを特徴とす
る請求項8に記載の不揮発性メモリ素子の製造方法。 - 【請求項11】 前記感光膜パターンをマスクとして不
純物をイオン注入する段階は3×1013〜6×1013io
ns/cm2のドーズでイオン注入することを特徴とする請求
項10に記載の不揮発性メモリ素子の製造方法。 - 【請求項12】 前記半導体基板の全面に不純物をイオ
ン注入する段階は1×1013〜3×1013ions/cm2のド
ーズでイオン注入することを特徴とする請求項10に記
載の不揮発性メモリ素子の製造方法。 - 【請求項13】 前記半導体基板の全面に不純物をイオ
ン注入する段階は前記セル領域に低濃度でドーピングさ
れたソース領域を形成するのと同時に、前記半導体基板
上の前記周辺回路領域にMOSトランジスタの低濃度ド
ーピングされたソース領域及びドレーン領域を形成する
段階であることを特徴とする請求項10に記載の不揮発
性メモリ素子の製造方法。 - 【請求項14】 前記セル領域の低濃度ドーピングされ
たソース領域より不純物濃度を低くして前記半導体基板
上の前記周辺回路領域にあるMOSトランジスタの低濃
度ドーピングされたソース領域及びドレーン領域を形成
することを特徴とする請求項13に記載の不揮発性メモ
リ素子の製造方法。 - 【請求項15】 前記高濃度ドーピングされたソース領
域を形成する段階は2×1015〜6×1015ions/cm2の
ドーズでイオン注入することを特徴とする請求項8に記
載の不揮発性メモリ素子の製造方法。 - 【請求項16】 前記セル領域の前記高濃度ドーピング
されたソース領域を形成する段階と同時に前記半導体基
板上の前記周辺回路領域にMOSトランジスタの高濃度
ドーピングされたソース領域及びドレーン領域を形成す
ることを特徴とする請求項8に記載の不揮発性メモリ素
子の製造方法。 - 【請求項17】 前記セル領域のドレーン領域より不純
物濃度を低くして前記セル領域の高濃度ドーピングされ
たソース領域及び前記半導体基板上の前記周辺回路領域
の高濃度ドーピングされたソース領域及びドレーン領域
を形成することを特徴とする請求項16に記載の不揮発
性メモリ素子の製造方法。
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