JP2003124461A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2003124461A
JP2003124461A JP2001316666A JP2001316666A JP2003124461A JP 2003124461 A JP2003124461 A JP 2003124461A JP 2001316666 A JP2001316666 A JP 2001316666A JP 2001316666 A JP2001316666 A JP 2001316666A JP 2003124461 A JP2003124461 A JP 2003124461A
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JP
Japan
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region
source
channel region
floating gate
semiconductor device
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Application number
JP2001316666A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideaki Fujiwara
英明 藤原
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of preventing effectively the generation of a leak current even when a distance between a source and a drain is small. SOLUTION: This semiconductor device is provided with a source region 2 and a drain region 3 in a pair formed in a silicon substrate 1 and with a channel region 4 which is formed between the source region 2 and the drain region 3 and has a larger band gap than that of the silicon substrate 1.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置に関
し、より特定的には、電界効果型トランジスタ(FE
T)や半導体メモリなどの半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more specifically, to a field effect transistor (FE).
T) and semiconductor devices such as semiconductor memories.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、磁気メモリであるハードディスク
およびフロッピー(登録商標)ディスクに代替可能な半
導体メモリとして、EPROM(Erasable a
nd Programmable Read Only
Memory)やEEPROM(Electrica
lly Erasable and Programm
able Read Only Memory)などの
不揮発性の半導体メモリが注目されている。
2. Description of the Related Art In recent years, EPROM (Erasable a) has been used as a semiconductor memory that can replace magnetic disks such as hard disks and floppy (registered trademark) disks.
nd Programmable Read Only
Memory) and EEPROM (Electrica)
ly Erasable and Program
Non-volatile semiconductor memories such as Able Read Only Memory) are receiving attention.

【0003】EPROMやEEPROMのメモリセルで
は、浮遊ゲート電極にキャリアを蓄積し、キャリアの有
無によりデータの記憶を行うとともに、キャリアの有無
によるしきい値電圧の変化を検出することによりデータ
の読み出しを行っている。特に、EEPROMには、メ
モリセルアレイ全体でデータの消去を行うか、または、
メモリセルアレイを任意のブロックに分けて各ブロック
単位でデータの消去を行うフラッシュEEPROMがあ
る。このフラッシュEEPROMは、フラッシュメモリ
とも呼ばれ、大容量化、低消費電力化および高速化が可
能で耐衝撃性に優れるという特長を有する。このため、
フラッシュEEPROMは、種々の携帯機器で使用され
ている。また、フラッシュEEPROMのメモリセル
は、EEPROMと比べて高集積化が容易であるという
利点を有する。
In an EPROM or EEPROM memory cell, carriers are stored in a floating gate electrode, data is stored depending on the presence or absence of carriers, and data is read by detecting a change in threshold voltage depending on the presence or absence of carriers. Is going. Especially, in the EEPROM, data is erased in the entire memory cell array, or
There is a flash EEPROM that divides a memory cell array into arbitrary blocks and erases data in each block. This flash EEPROM is also called a flash memory, and has features that it can have a large capacity, low power consumption, high speed, and excellent impact resistance. For this reason,
Flash EEPROMs are used in various portable devices. Further, the memory cell of the flash EEPROM has an advantage that it can be easily highly integrated as compared with the EEPROM.

【0004】従来、フラッシュEEPROMを構成する
メモリセルとして、スタックトゲート型およびスプリッ
トゲート型が提案されている。
Conventionally, a stacked gate type and a split gate type have been proposed as memory cells constituting a flash EEPROM.

【0005】スタックトゲート型メモリセルにおいて、
浮遊ゲート電極に電子を蓄積させる書き込み動作では、
半導体基板のチャネル中の電子をホットエレクトロンに
して浮遊ゲートに注入する。その際、制御ゲート電極に
10数Vの電圧を印加する必要がある。また、スタック
トゲート型メモリセルにおいて、浮遊ゲート電極に蓄積
した電子を引き抜く消去動作では、ソース領域から浮遊
ゲート電極にファウラーノルドハイム・トンネル電流
(Fowler−Nordheim Tunnel C
urrent、以下、FNトンネル電流という)を流
す。その際、ソース領域に10数Vの電圧を印加する必
要がある。
In the stacked gate type memory cell,
In the write operation that accumulates electrons in the floating gate electrode,
The electrons in the channel of the semiconductor substrate are made into hot electrons and injected into the floating gate. At that time, it is necessary to apply a voltage of ten and several volts to the control gate electrode. In the stacked gate type memory cell, in the erase operation for extracting the electrons accumulated in the floating gate electrode, the Fowler-Nordheim Tunnel current (Fowler-Nordheim Tunnel C
current, hereinafter referred to as FN tunnel current). At that time, it is necessary to apply a voltage of ten and several volts to the source region.

【0006】スプリットゲート型メモリセルにおいて、
浮遊ゲート電極に電子を蓄積させる書き込み動作では、
半導体基板のチャネル中の電子をホットエレクトロンに
して浮遊ゲート電極に注入する。その際、ソース領域に
10数Vの電圧を印加する必要がある。また、スプリッ
トゲート型メモリセルにおいて、浮遊ゲート電極から電
子を引き抜く消去動作では、制御ゲート電極から浮遊ゲ
ート電極にFNトンネル電流を流す。その際、制御ゲー
ト電極に10数Vの電圧を印加する必要がある。
In the split gate type memory cell,
In the write operation that accumulates electrons in the floating gate electrode,
Electrons in the channel of the semiconductor substrate are made into hot electrons and injected into the floating gate electrode. At that time, it is necessary to apply a voltage of ten and several volts to the source region. Further, in the split gate type memory cell, in the erase operation of drawing out electrons from the floating gate electrode, an FN tunnel current flows from the control gate electrode to the floating gate electrode. At that time, it is necessary to apply a voltage of ten and several volts to the control gate electrode.

【0007】このように、従来のスタックトゲート型お
よびスプリットゲート型のメモリセルでは、書き込み動
作において浮遊ゲート電極に電子を注入するのにホット
エレクトロンを利用し、消去動作において浮遊ゲート電
極に蓄積された電子を引き抜くのにFNトンネル電流を
利用している。
As described above, in the conventional stacked gate type and split gate type memory cells, hot electrons are used to inject electrons into the floating gate electrode in the write operation, and accumulated in the floating gate electrode in the erase operation. The FN tunnel current is used to extract the electrons.

【0008】ところで、浮遊ゲート電極に蓄積されたキ
ャリアを長期間にわたって保持するには、浮遊ゲート電
極を取り囲む絶縁膜の膜厚を厚くする必要がある。しか
し、浮遊ゲート電極に電子を注入または引き抜く際に、
ホットエレクトロンまたはFNトンネル電流を利用して
いる。このため、浮遊ゲート電極を取り囲む絶縁膜の膜
厚を厚くするほど、書き込み動作または消去動作におい
て制御ゲート電極やソース領域に印加する電圧(以下、
メモリセルの動作電圧)を高くする必要がある。
By the way, in order to retain the carriers accumulated in the floating gate electrode for a long period of time, it is necessary to increase the thickness of the insulating film surrounding the floating gate electrode. However, when injecting or extracting electrons into the floating gate electrode,
It utilizes hot electrons or FN tunnel current. Therefore, as the thickness of the insulating film surrounding the floating gate electrode is increased, the voltage applied to the control gate electrode or the source region in the write operation or the erase operation (hereinafter, referred to as
It is necessary to increase the operating voltage of the memory cell).

【0009】また、メモリセルの動作電圧は昇圧回路で
生成される。この場合、実用的な電圧は10数Vまでで
ある。一方、浮遊ゲート電極を取り囲む絶縁膜としてシ
リコン酸化膜を用いた場合、メモリセルの動作電圧を1
0数Vとすると、そのシリコン酸化膜の膜厚を、10数
nm以上にするのは困難である。したがって、従来は、
メモリセルの動作電圧を10数Vに抑えるために、浮遊
ゲート電極を取り囲む絶縁膜としてシリコン酸化膜を用
いる場合、シリコン酸化膜の膜厚を10数nm以下とし
ている。そのシリコン酸化膜の膜厚が、8nm以上であ
れば、浮遊ゲート電極に蓄積された電子を実用上ある程
度満足できる期間保持することができることが知られて
いる。
The operating voltage of the memory cell is generated by the booster circuit. In this case, the practical voltage is up to ten and several volts. On the other hand, when a silicon oxide film is used as the insulating film surrounding the floating gate electrode, the operating voltage of the memory cell is set to 1
When the voltage is 0 and several V, it is difficult to make the thickness of the silicon oxide film 10 nm or more. Therefore, conventionally,
When a silicon oxide film is used as an insulating film surrounding the floating gate electrode in order to suppress the operating voltage of the memory cell to ten and several volts, the film thickness of the silicon oxide film is set to ten and several nm or less. It is known that if the film thickness of the silicon oxide film is 8 nm or more, the electrons accumulated in the floating gate electrode can be retained for a practically satisfactory period.

【0010】なお、浮遊ゲート電極に正孔を蓄積させる
場合も、上記した電子を蓄積させる場合と同様、浮遊ゲ
ート電極を取り囲む絶縁膜としてのシリコン酸化膜の膜
厚を8nm以上にすることによって、浮遊ゲート電極に
蓄積された正孔を実用上ある程度満足できる期間保持す
るようにしている。
In the case of accumulating holes in the floating gate electrode, as in the case of accumulating electrons as described above, the thickness of the silicon oxide film as the insulating film surrounding the floating gate electrode is set to 8 nm or more. The holes accumulated in the floating gate electrode are retained for a period that is practically satisfactory.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】近年、フラッシュEE
PROMにおいても、浮遊ゲート電極に蓄積されたキャ
リアの保持期間を十分長く(10年以上)確保した上
で、今までよりもさらに、低電圧化、動作の高速化、低
消費電力化、高集積化をめざすことが求められている。
In recent years, flash EE has been used.
Even in PROMs, the retention period of carriers accumulated in the floating gate electrode is sufficiently long (10 years or more), and further lower voltage, higher speed operation, lower power consumption, and higher integration than ever have been achieved. It is required to aim for realization.

【0012】上記したように、従来、浮遊ゲート電極を
取り囲む絶縁膜としてシリコン酸化膜を用いる場合、1
0年以上のキャリア保持期間の確保には、シリコン酸化
膜の膜厚を8nmよりも薄くすることは避けたい。
As described above, when the silicon oxide film is conventionally used as the insulating film surrounding the floating gate electrode, 1
In order to secure a carrier retention period of 0 years or more, it is desirable to avoid making the thickness of the silicon oxide film thinner than 8 nm.

【0013】ところで、メモリセルの動作電圧の低電圧
化を図れば、書き込み動作および消去動作の高速化と低
消費電力化とを図ることができる。最も動作機会が多い
読み出し動作においても、低電圧で動作し、読み出しセ
ル電流が多いことは、高速な読み出しにとって非常に有
利である。
By reducing the operating voltage of the memory cell, it is possible to speed up the writing operation and the erasing operation and reduce the power consumption. Even in the read operation that has the largest number of operation opportunities, it is very advantageous for high-speed read that the read voltage is large and the read cell current is large.

【0014】また、メモリセルの動作電圧を生成するた
めの昇圧回路は、生成する電圧が高くなるほど回路規模
が増大する。そして、フラッシュEEPROMの周辺回
路(デコーダ、センサ部、バッファなど)を構成するト
ランジスタは、耐電圧が高くなるほど基板上の占有面積
(トランジスタサイズ)が増大する。そのため、メモリ
セルの動作電圧を低電圧化すれば、昇圧回路の回路規模
が小さくなるうえに、周辺回路を構成するトランジスタ
のサイズも小さくなるので、高集積化を図ることができ
る。
Further, the booster circuit for generating the operating voltage of the memory cell has a larger circuit scale as the generated voltage becomes higher. As for the transistors forming the peripheral circuits (decoder, sensor unit, buffer, etc.) of the flash EEPROM, the occupied area (transistor size) on the substrate increases as the withstand voltage increases. Therefore, if the operating voltage of the memory cell is lowered, the circuit scale of the booster circuit is reduced and the size of the transistor forming the peripheral circuit is also reduced, so that high integration can be achieved.

【0015】したがって、メモリセルの動作電圧の低電
圧化を図ることにより、動作の高速化、低消費電力化、
高集積化をすべて同時に実現することができる。
Therefore, by lowering the operating voltage of the memory cell, the operation speed is increased and the power consumption is reduced.
High integration can be achieved at the same time.

【0016】しかしながら、従来のスタックゲート型お
よびスプリットゲート型のメモリセルでは、浮遊ゲート
に電子を注入または引き抜く際に、ホットエレクトロン
またはFNトンネル電流を利用している。このため、浮
遊ゲートを取り囲む絶縁膜としてシリコン酸化膜を使用
する場合、その膜厚を、今まで通り8〜10nmに維持
することが要求される。その結果、メモリセルの動作電
圧を現在よりも低下させることは困難である。つまり、
従来のスタックゲート型およびスプリットゲート型のメ
モリセルの構造を変えない限り、現在と同水準の寿命を
維持しつつ、メモリセルの動作電圧の低電圧化を図るこ
とは困難である。
However, in the conventional stack gate type and split gate type memory cells, hot electrons or FN tunnel currents are used when injecting or drawing out electrons from the floating gate. Therefore, when the silicon oxide film is used as the insulating film surrounding the floating gate, the film thickness is required to be maintained at 8 to 10 nm as before. As a result, it is difficult to lower the operating voltage of the memory cell from the present level. That is,
Unless the structures of the conventional stack gate type and split gate type memory cells are changed, it is difficult to reduce the operating voltage of the memory cell while maintaining the same level of life as the present.

【0017】ところで、従来の電界効果型トランジスタ
(FET)では、一対のソース/ドレイン領域間の間隔
を小さくすると、パンチスルー現象などによってリーク
電流が発生するという問題点がある。このため、従来で
は、ソース/ドレイン領域間に位置するチャネル領域の
長さを短くすることは困難であった。このため、より微
細化を図ることは困難であり、その結果、高集積化に限
界があった。なお、この問題点は、電界効果型トランジ
スタ(FET)をメモリセルトランジスタとして用いる
フラッシュEEPROMについても起こる問題点であ
る。
By the way, in the conventional field effect transistor (FET), if the distance between the pair of source / drain regions is reduced, there is a problem that a leak current is generated due to a punch through phenomenon or the like. Therefore, conventionally, it has been difficult to shorten the length of the channel region located between the source / drain regions. Therefore, it is difficult to achieve further miniaturization, and as a result, there has been a limit to high integration. Note that this problem also occurs in a flash EEPROM that uses a field effect transistor (FET) as a memory cell transistor.

【0018】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、この発明の1つの目的は、
ソース/ドレイン間の距離が小さくなった場合にもリー
ク電流が発生するのを有効に防止することが可能な半導
体装置を提供することである。
The present invention has been made to solve the above problems, and one object of the present invention is to:
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of effectively preventing a leak current from occurring even when the distance between the source / drain becomes small.

【0019】この発明のもう1つの目的は、浮遊ゲート
から電子を引き抜くことによって消去動作を行う半導体
装置において、低い電圧で消去動作を行うことが可能な
半導体装置を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a semiconductor device which performs an erase operation by extracting electrons from a floating gate and which can perform the erase operation at a low voltage.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】請求項1による半導体装
置は、半導体基板に形成された一対のソース/ドレイン
領域と、一対のソース/ドレイン領域間に形成され、半
導体基板を構成する材料よりもバンドギャップの大きい
チャネル領域とを備えている。なお、本発明におけるソ
ース/ドレイン領域は、ソース領域またはドレイン領域
を意味する。また、本発明における半導体基板は、通常
の半導体基板のみならず、基板上に形成された半導体層
なども含む広い概念である。
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device including a pair of source / drain regions formed in a semiconductor substrate and a material formed between the pair of source / drain regions, the material being more than the material forming the semiconductor substrate. And a channel region having a large band gap. The source / drain region in the present invention means a source region or a drain region. Further, the semiconductor substrate in the present invention is a broad concept including not only a normal semiconductor substrate but also a semiconductor layer formed on the substrate.

【0021】請求項1では、上記のように、一対のソー
ス/ドレイン領域間に形成され、半導体基板を構成する
材料よりもバンドギャップの大きいチャネル領域を設け
ることによって、ソース/ドレイン領域間の距離が小さ
くなったとしても、ソース/ドレイン領域間にリーク電
流が流れるのを有効に防止することができる。これによ
り、チャネル領域の長さを短くすることができる。その
結果、より微細化を図ることができるので、高集積化を
より図ることができる。
According to the present invention, as described above, the distance between the source / drain regions is provided by providing the channel region formed between the pair of source / drain regions and having a band gap larger than that of the material forming the semiconductor substrate. Even if is reduced, it is possible to effectively prevent a leak current from flowing between the source / drain regions. Thereby, the length of the channel region can be shortened. As a result, further miniaturization can be achieved, and higher integration can be achieved.

【0022】請求項2による半導体装置は、請求項1の
構成において、チャネル領域は、半導体基板を構成する
元素と結合することにより半導体基板を構成する元素よ
りもバンドギャップが大きくなる原子を半導体基板に導
入することによって形成されている。このように構成す
れば、容易に、半導体基板を構成する元素よりもバンド
ギャップの大きいチャネル領域を形成することができ
る。また、イオン注入法などを用いて酸素を導入すれ
ば、容易に、狭い範囲にチャネル領域を形成することが
できるので、チャネルの長さを容易に短くすることがで
きる。
A semiconductor device according to a second aspect of the present invention is the semiconductor device according to the first aspect, wherein the channel region contains atoms whose band gap is larger than that of the element forming the semiconductor substrate by combining with the element forming the semiconductor substrate. Is formed by introducing into. According to this structure, it is possible to easily form the channel region having a band gap larger than that of the element forming the semiconductor substrate. Also, if oxygen is introduced by using an ion implantation method or the like, the channel region can be easily formed in a narrow range, so that the length of the channel can be easily shortened.

【0023】請求項3による半導体装置は、請求項2の
構成において、半導体基板は、シリコン基板を含み、シ
リコン基板に導入される原子は、酸素を含む。このよう
に構成すれば、容易に、シリコン基板を構成するシリコ
ンよりもバンドギャップの大きいチャネル領域を形成す
ることができる。
According to a third aspect of the present invention, in the structure of the second aspect, the semiconductor substrate includes a silicon substrate, and the atoms introduced into the silicon substrate include oxygen. According to this structure, it is possible to easily form the channel region having a band gap larger than that of silicon forming the silicon substrate.

【0024】請求項4による半導体装置は、請求項3の
構成において、チャネル領域は、シリコン基板よりも大
きなバンドギャップを持ったSiOx(0≦x≦2)領
域を含み、一方のソース/ドレイン領域の伝導帯と、チ
ャネル領域の伝導帯と、他方のソース/ドレイン領域の
伝導帯とが滑らかに繋がっている。このように構成すれ
ば、チャネル領域のバンドギャップにシリコン基板より
も大きな領域があったとしても、バンドギャップの大き
さは滑らかに変化しているので、電子は、障壁をトンネ
ル通過することなく、一方のソース/ドレイン領域の伝
導帯からチャネル領域の伝導帯を通って他方のソース/
ドレイン領域の伝導帯に到達する。これにより、従来の
電界効果型トランジスタと同様の原理で使用することが
できる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the third aspect, the channel region includes a SiOx (0≤x≤2) region having a band gap larger than that of the silicon substrate, and one of the source / drain regions is included. , The conduction band of the channel region, and the conduction band of the other source / drain region are smoothly connected. According to this structure, even if the bandgap of the channel region has a region larger than that of the silicon substrate, the size of the bandgap changes smoothly, so that electrons do not tunnel through the barrier, From the conduction band of one source / drain region through the conduction band of the channel region to the other source / drain region
Reach the conduction band in the drain region. As a result, it can be used on the same principle as the conventional field effect transistor.

【0025】請求項5における半導体装置は、請求項1
〜4のいずれかの構成において、一対のソース/ドレイ
ン領域は、半導体基板の深さ方向に所定の間隔を隔てて
形成され、チャネル領域は、一対のソース/ドレイン間
の電子が通過する領域に形成されている。このように構
成すれば、容易に、縦型の電界効果型トランジスタを形
成することができる。また、縦型にすることによって、
チャネル領域の厚み方向がチャネル長になるので、チャ
ネル領域の厚みを小さくすることによって、チャネル長
の極めて短い電界効果型トランジスタを形成することが
できる。また、ソース/ドレイン領域間には、シリコン
よりもバンドギャップの大きいチャネル領域が存在する
ため、ソース/ドレイン領域間が非常に近くなったとし
ても、ソース/ドレイン領域間にリーク電流が流れるの
を防止することができる。
A semiconductor device according to claim 5 is the semiconductor device according to claim 1.
1 to 4, the pair of source / drain regions are formed at a predetermined distance in the depth direction of the semiconductor substrate, and the channel region is a region through which electrons pass between the pair of source / drain. Has been formed. According to this structure, a vertical field effect transistor can be easily formed. Also, by making it vertical,
Since the thickness direction of the channel region becomes the channel length, it is possible to form a field effect transistor having an extremely short channel length by reducing the thickness of the channel region. Further, since a channel region having a bandgap larger than that of silicon exists between the source / drain regions, even if the source / drain regions are very close to each other, a leak current is prevented from flowing between the source / drain regions. Can be prevented.

【0026】請求項6による半導体装置は、請求項1〜
4のいずれかの構成において、一対のソース/ドレイン
領域は、半導体基板の表面に沿った方向に所定の間隔を
隔てて形成され、チャネル領域は、一対のソース/ドレ
イン間の電子が通過する領域に形成されている。このよ
うに構成すれば、容易に、横型(平面型)のトランジス
タを形成することができる。また、ソース/ドレイン領
域間には、シリコンよりもバンドギャップの大きいチャ
ネル領域が存在するため、または、チャネル領域のわず
かに下がバンドギャップの大きい領域となっているた
め、ソース/ドレイン領域間が非常に近くなったとして
も、ソース/ドレイン領域間にリーク電流が流れるのを
防止することができる。
A semiconductor device according to a sixth aspect is the semiconductor device according to the first aspect.
In any one of the configurations 4), the pair of source / drain regions are formed at a predetermined interval in a direction along the surface of the semiconductor substrate, and the channel region is a region through which electrons between the pair of source / drain pass. Is formed in. With this structure, a lateral (planar) transistor can be easily formed. Further, between the source / drain regions, there is a channel region having a bandgap larger than that of silicon, or a region slightly below the channel region is a region having a large bandgap. Even if it becomes very close, it is possible to prevent a leak current from flowing between the source / drain regions.

【0027】請求項7における半導体装置は、請求項1
〜6のいずれかの構成において、チャネル領域に対し
て、チャネル領域よりもバンドギャップの大きい絶縁膜
を介して形成されたゲート電極をさらに備える。このよ
うに構成すれば、ゲート電極に電圧を印加した場合に
も、チャネル領域とゲート電極との間で電荷移動(リー
ク電流)が発生するのを防止することができる。また、
ゲート電極に印加する電圧を制御することにより、チャ
ネル領域の伝導帯を通過する電子電流の量を容易に制御
することができる。
A semiconductor device according to claim 7 is the semiconductor device according to claim 1.
In any one of the configurations 1 to 6, a gate electrode formed on the channel region via an insulating film having a bandgap larger than that of the channel region is further provided. According to this structure, it is possible to prevent charge transfer (leakage current) from occurring between the channel region and the gate electrode even when a voltage is applied to the gate electrode. Also,
By controlling the voltage applied to the gate electrode, the amount of electron current passing through the conduction band of the channel region can be easily controlled.

【0028】請求項8における半導体装置は、半導体基
板に形成された一対のソース/ドレイン領域と、半導体
基板を構成する元素と結合することにより元素よりもバ
ンドギャップが大きくなる原子を半導体基板に導入する
ことによって形成されたチャネル領域と、チャネル領域
に対して、チャネル領域よりもバンドギャップの大きい
絶縁膜を介して形成された浮遊ゲートとを備えている。
そして、一方のソース/ドレイン領域の伝導帯と、チャ
ネル領域の伝導帯と、他方のソース/ドレイン領域の伝
導帯とが滑らかに繋がっている。
According to another aspect of the semiconductor device of the present invention, a pair of source / drain regions formed on the semiconductor substrate and atoms, which have a band gap larger than that of the element by combining with the elements forming the semiconductor substrate, are introduced into the semiconductor substrate. And a floating gate formed through an insulating film having a bandgap larger than that of the channel region with respect to the channel region.
The conduction band of the one source / drain region, the conduction band of the channel region, and the conduction band of the other source / drain region are smoothly connected.

【0029】請求項8では、上記のように、半導体基板
を構成する元素と結合することにより半導体基板を構成
する元素よりもバンドギャップが大きくなる原子を半導
体基板に導入することによって形成されたチャネル領域
を設けることによって、メモリセルトランジスタのソー
ス/ドレイン領域間の距離が小さくなったとしても、ソ
ース/ドレイン領域間にリーク電流が発生するのを有効
に防止することができる。これにより、チャネル領域の
長さを極めて短くすることができる。また、チャネル領
域に対して、チャネル領域よりもバンドギャップの大き
い絶縁膜を介して浮遊ゲートを設けることによって、読
み出し動作時に、静電カップリングを介して浮遊ゲート
の電位を上昇させた場合にも、チャネル領域と浮遊ゲー
トとの間で電荷移動(リーク電流)が発生するのを防止
することができる。
In the eighth aspect, as described above, a channel formed by introducing into the semiconductor substrate atoms that have a band gap larger than that of the element forming the semiconductor substrate by combining with the element forming the semiconductor substrate. By providing the region, even if the distance between the source / drain regions of the memory cell transistor is reduced, it is possible to effectively prevent the generation of the leak current between the source / drain regions. As a result, the length of the channel region can be made extremely short. Further, by providing the floating gate to the channel region through an insulating film having a bandgap larger than that of the channel region, even when the potential of the floating gate is increased through electrostatic coupling during a read operation. It is possible to prevent charge transfer (leakage current) from occurring between the channel region and the floating gate.

【0030】また、請求項8では、一方のソース/ドレ
イン領域の伝導帯と、チャネル領域の伝導帯と、他方の
ソース/ドレイン領域の伝導帯とを滑らかに繋げること
によって、チャネル領域のバンドギャップにシリコン基
板よりも大きな領域があったとしても、従来のフラッシ
ュメモリのメモリセルトランジスタと同様に、電子は、
障壁をトンネル通過することなく、一方のソース/ドレ
イン領域の伝導帯からチャネル領域の伝導帯を通って他
方のソース/ドレイン領域の伝導帯に到達することがで
きる。
Further, in the present invention, the bandgap of the channel region is formed by smoothly connecting the conduction band of one source / drain region, the conduction band of the channel region, and the conduction band of the other source / drain region. Even if there is a larger area than the silicon substrate in the same way as the memory cell transistor of the conventional flash memory,
It is possible to reach from the conduction band of one source / drain region to the conduction band of the other source / drain region through the conduction band of the channel region without tunneling through the barrier.

【0031】請求項9における半導体装置は、半導体基
板に形成された一対のソース/ドレイン領域と、一対の
ソース/ドレイン領域間に位置するチャネル領域上に形
成された浮遊ゲートと、浮遊ゲートに対してトンネル絶
縁膜を介して対向するように形成された制御ゲートとを
備えている。そして、浮遊ゲートと制御ゲートとの間の
浮遊ゲート側の界面に、浮遊ゲートを構成する元素と結
合することにより浮遊ゲートを構成する元素よりもバン
ドギャップが大きくなる原子を導入することによって、
浮遊ゲートから制御ゲートに向かって滑らかにバンドギ
ャップが大きくなるように制御した。
According to a ninth aspect of the semiconductor device, a pair of source / drain regions formed on the semiconductor substrate, a floating gate formed on a channel region located between the pair of source / drain regions, and a floating gate are provided. And a control gate formed so as to face each other with the tunnel insulating film interposed therebetween. Then, at the interface on the floating gate side between the floating gate and the control gate, by introducing an atom having a band gap larger than that of the element forming the floating gate by combining with the element forming the floating gate,
Control was performed so that the band gap smoothly increased from the floating gate to the control gate.

【0032】請求項9では、上記のように、上記のよう
に、バンドギャップが大きくなる原子を浮遊ゲートに導
入することによって、浮遊ゲートから制御ゲートに向か
って滑らかにバンドギャップが大きくなるように制御す
ることにより、消去動作時に、浮遊ゲートと制御ゲート
との間に3V〜5V程度の低い電圧を印加するだけで、
浮遊ゲートから制御ゲートに向かって容易に電子を引き
抜くことができる。これにより、低電圧で消去動作を行
うことができる。
In the ninth aspect, as described above, by introducing the atoms having a large bandgap into the floating gate as described above, the bandgap smoothly increases from the floating gate to the control gate. By controlling, by applying a low voltage of about 3V to 5V between the floating gate and the control gate during the erase operation,
Electrons can be easily extracted from the floating gate toward the control gate. As a result, the erase operation can be performed at a low voltage.

【0033】請求項10における半導体装置は、請求項
9の構成において、浮遊ゲートおよび制御ゲートは、シ
リコンを含み、浮遊ゲートと制御ゲートとの間の浮遊ゲ
ート側の界面に、シリコンと結合することによりシリコ
ンよりもバンドギャップが大きくなる酸素を導入するこ
とによって、浮遊ゲートから制御ゲートに向かって滑ら
かにバンドギャップが大きくなるように、SiとOとの
組成比を、浮遊ゲート側は、実質的にSiと同様の状
態、制御ゲート側は、SiO2に近い状態または実質的
にSiO2と同様の状態に制御する。このように構成す
れば、容易に、浮遊ゲートから制御ゲートに向かって滑
らかにバンドギャップが大きくなるようにすることがで
きる。
According to a tenth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the ninth aspect, the floating gate and the control gate include silicon, and the floating gate and the control gate are bonded to silicon at the interface on the floating gate side. By introducing oxygen whose band gap is larger than that of silicon, the composition ratio of Si and O is set so that the band gap smoothly increases from the floating gate to the control gate. same state as Si, control gate side controls the state or substantially close to SiO 2 in the same state as SiO 2 in. According to this structure, it is possible to easily increase the band gap smoothly from the floating gate to the control gate.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施形
態を図面に基づいて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0035】(第1実施形態)図1は、本発明の第1実
施形態による半導体装置(横型FET)を示した断面図
である。また、図2は、第1実施形態の半導体装置にお
ける横方向のバンドギャップを説明するための模式図で
あり、図3および図4は、第1実施形態の半導体装置に
おける縦方向のバンドギャップを説明するための模式図
である。
(First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor device (lateral FET) according to a first embodiment of the present invention. Further, FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the band gap in the horizontal direction in the semiconductor device of the first embodiment, and FIGS. 3 and 4 show the band gap in the vertical direction in the semiconductor device of the first embodiment. It is a schematic diagram for explaining.

【0036】以下、図1〜図4を参照して、第1実施形
態の半導体装置について説明する。この第1実施形態で
は、シリコン基板1の表面に、所定の間隔を隔ててソー
ス領域2とドレイン領域3とが形成されている。また、
ソース領域2とドレイン領域3との間には、チャネル領
域4が形成されている。チャネル領域4上には、ゲート
絶縁膜5を介して、ポリシリコン膜からなるゲート電極
6が形成されている。ゲート電極6の側面には、サイド
ウォール絶縁膜7が形成されている。なお、シリコン基
板1は、本発明の「半導体基板」の一例である。また、
ソース領域2とドレイン領域3とは、本発明の「ソース
/ドレイン領域」の一例である。また、ゲート絶縁膜5
は、本発明の「絶縁膜」の一例である。
The semiconductor device of the first embodiment will be described below with reference to FIGS. In the first embodiment, the source region 2 and the drain region 3 are formed on the surface of the silicon substrate 1 at a predetermined interval. Also,
A channel region 4 is formed between the source region 2 and the drain region 3. A gate electrode 6 made of a polysilicon film is formed on the channel region 4 via a gate insulating film 5. A sidewall insulating film 7 is formed on the side surface of the gate electrode 6. The silicon substrate 1 is an example of the “semiconductor substrate” in the present invention. Also,
The source region 2 and the drain region 3 are examples of the “source / drain region” in the present invention. In addition, the gate insulating film 5
Are examples of the "insulating film" of the present invention.

【0037】ここで、この第1実施形態では、後述する
ように、チャネル領域4に酸素(O)が注入されてい
る。このようにシリコン基板1に酸素(O)を注入する
ことによって、その酸素(O)とシリコン(Si)とが
結合されるので、チャネル領域4は、シリコンからなる
ソース領域2およびドレイン領域3よりもバンドギャッ
プが大きくなる。この状態が、図2に示されている。す
なわち、チャネル領域4には、ソース領域2およびドレ
イン領域3を構成するシリコン(Si)よりもバンドギ
ャップの大きいSiOx領域(0≦x≦2)が形成され
ている。また、ソース領域2の伝導帯とチャネル領域4
の伝導帯とドレイン領域3の伝導帯とは滑らかに繋がる
ように形成されている。すなわち、チャネル領域4のソ
ース領域2およびドレイン領域3との界面は、Siと同
様の状態になっており、チャネル領域4の中央部は、S
iO2に近い状態またはSiO2と実質的に同様の状態ま
たはSiよりもバンドギャップが大きい状態になるよう
に構成されている。
Here, in the first embodiment, oxygen (O) is implanted into the channel region 4, as described later. By implanting oxygen (O) into the silicon substrate 1 in this way, the oxygen (O) and silicon (Si) are bonded, so that the channel region 4 is formed from the source region 2 and the drain region 3 made of silicon. Also has a larger band gap. This state is shown in FIG. That is, in the channel region 4, a SiOx region (0 ≦ x ≦ 2) having a band gap larger than that of silicon (Si) forming the source region 2 and the drain region 3 is formed. In addition, the conduction band of the source region 2 and the channel region 4
And the conduction band of the drain region 3 are formed so as to be smoothly connected. That is, the interface between the source region 2 and the drain region 3 of the channel region 4 is in a state similar to that of Si, and the central portion of the channel region 4 is S
It is configured to be in a state close to iO 2 , a state substantially similar to SiO 2 , or a state in which the band gap is larger than Si.

【0038】また、シリコン基板1、チャネル領域4,
ゲート絶縁膜5およびゲート電極6の縦方向のバンドギ
ャップは、図3または図4に示されるような状態になっ
ている。すなわち、シリコン基板1の伝導帯とチャネル
領域4の伝導帯とは滑らかに接続されている。その一
方、チャネル領域4とゲート電極6との間には、高いバ
ンドギャップを有するSiO2膜からなるゲート絶縁膜
5が形成されている。
Further, the silicon substrate 1, the channel region 4,
The band gaps in the vertical direction of the gate insulating film 5 and the gate electrode 6 are as shown in FIG. 3 or 4. That is, the conduction band of the silicon substrate 1 and the conduction band of the channel region 4 are smoothly connected. On the other hand, a gate insulating film 5 made of a SiO 2 film having a high band gap is formed between the channel region 4 and the gate electrode 6.

【0039】第1実施形態では、上記のように、シリコ
ンからなるソース領域2およびドレイン領域3の間にシ
リコンよりもバンドギャップの大きいチャネル領域4を
設けることによって、ソース領域2とドレイン領域3と
の距離が小さくなったとしても、ソース領域2とドレイ
ン領域3との間にリーク電流が流れるのを有効に防止す
ることができる。これにより、チャネル領域4の長さを
短くすることができる。具体的には、チャネル領域4を
パターンニングの限界最小寸法(現時点では50nm〜
100nm程度)で形成することが可能である。その結
果、より微細化を図ることができるので、高集積化をよ
り図ることができる。
In the first embodiment, as described above, by providing the channel region 4 having a bandgap larger than that of silicon between the source region 2 and the drain region 3 made of silicon, the source region 2 and the drain region 3 are separated from each other. Even if the distance is shortened, it is possible to effectively prevent a leak current from flowing between the source region 2 and the drain region 3. Thereby, the length of the channel region 4 can be shortened. Specifically, the channel region 4 has a patterning limit minimum dimension (currently 50 nm to
It can be formed with a thickness of about 100 nm. As a result, further miniaturization can be achieved, and higher integration can be achieved.

【0040】また、第1実施形態では、ソース領域2の
伝導帯とチャネル領域4の伝導帯とドレイン領域3の伝
導帯とを滑らかに繋げることによって、チャネル領域4
のバンドギャップにシリコン基板1よりも大きな領域が
あったとしても、電子は、障壁をトンネル通過すること
なく、ソース領域2の伝導帯からチャネル領域4の伝導
帯を通ってドレイン領域3の伝導帯に到達することがで
きる。これにより、従来のFETと同様の原理で使用す
ることができる。
In the first embodiment, the conduction band of the source region 2, the conduction band of the channel region 4 and the conduction band of the drain region 3 are smoothly connected to each other, so that the channel region 4 can be formed smoothly.
Even if there is a region larger than the silicon substrate 1 in the band gap of, the electrons pass through the conduction band of the source region 2 and the conduction band of the drain region 3 without tunneling through the barrier. Can be reached. Thereby, it can be used in the same principle as the conventional FET.

【0041】また、第1実施形態では、チャネル領域4
上に、チャネル領域4よりもバンドギャップの大きいゲ
ート絶縁膜5を介して、ゲート電極6を形成することに
よって、ゲート電極6に電圧を印加した場合にも、チャ
ネル領域4とゲート電極6との間で電荷移動(リーク電
流)が発生するのを防止することができる。また、ゲー
ト電極6に印加する電圧を制御することにより、チャネ
ル領域4の伝導帯を通過する電子電流の量を容易に制御
することができる。
Further, in the first embodiment, the channel region 4
By forming the gate electrode 6 on the gate insulating film 5 having a band gap larger than that of the channel region 4, even when voltage is applied to the gate electrode 6, the channel region 4 and the gate electrode 6 are separated from each other. It is possible to prevent charge transfer (leakage current) from occurring between them. Further, by controlling the voltage applied to the gate electrode 6, the amount of electron current passing through the conduction band of the channel region 4 can be easily controlled.

【0042】図5〜図8は、図1に示した第1実施形態
の半導体装置(横型FET)の製造プロセスを説明する
ための断面図である。以下、図1、図5〜図8を参照し
て、第1実施形態の半導体装置の製造方法について説明
する。
5 to 8 are sectional views for explaining the manufacturing process of the semiconductor device (lateral FET) of the first embodiment shown in FIG. Hereinafter, the method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 5 to 8.

【0043】まず、図5に示すように、シリコン基板1
上のチャネル領域4が形成されない領域を覆うように、
約100nmの厚みを有するSiN膜8を形成する。こ
のSiN膜8が形成されない領域の幅(チャネル領域が
形成される領域の幅)は、約100nmである。
First, as shown in FIG. 5, the silicon substrate 1
To cover the region where the upper channel region 4 is not formed,
The SiN film 8 having a thickness of about 100 nm is formed. The width of the region where the SiN film 8 is not formed (width of the region where the channel region is formed) is about 100 nm.

【0044】次に、図6に示すように、SiN膜8をマ
スクとして、シリコン基板1の表面に、酸素(O)をイ
オン注入する。この酸素のイオン注入は、注入エネル
ギ:約2keV、注入量:約5×1016cm-2の条件下
で行う。これにより、注入された酸素(O)とシリコン
基板1を構成するシリコン(Si)とが結合することに
よって、シリコンよりもバンドギャップの大きいSiO
x(0≦x≦2)領域(図2参照)からなるチャネル領
域4が形成される。
Next, as shown in FIG. 6, oxygen (O) is ion-implanted into the surface of the silicon substrate 1 using the SiN film 8 as a mask. This oxygen ion implantation is performed under the conditions of implantation energy: about 2 keV and implantation amount: about 5 × 10 16 cm -2 . As a result, the injected oxygen (O) and silicon (Si) forming the silicon substrate 1 are bonded to each other, so that SiO having a larger band gap than silicon is formed.
A channel region 4 including an x (0 ≦ x ≦ 2) region (see FIG. 2) is formed.

【0045】次に、図7に示すように、チャネル領域4
上の露出された表面を酸化することによって、約3nm
の厚みを有するSiO2膜からなるゲート絶縁膜5を形
成した後、約200nmの厚みを有するポリシリコン膜
(図示せず)を全面に堆積する。そして、CMP(Ch
emical Mechanical Polishi
ng)法またはエッチバック法を用いて、そのポリシリ
コン膜のSiN膜8上に位置する部分を除去することに
よって、図7に示されるような、ポリシリコン膜からな
るゲート電極6を形成する。この後、SiN膜8を除去
することによって、図8に示されるような形状が得られ
る。
Next, as shown in FIG. 7, the channel region 4
Approximately 3 nm by oxidizing the exposed surface on
After forming the gate insulating film 5 made of a SiO 2 film having a thickness of, a polysilicon film (not shown) having a thickness of about 200 nm is deposited on the entire surface. Then, CMP (Ch
mechanical Mechanical Polish
ng) method or etch back method is used to remove the portion of the polysilicon film located on the SiN film 8 to form the gate electrode 6 made of the polysilicon film as shown in FIG. After that, the SiN film 8 is removed to obtain a shape as shown in FIG.

【0046】最後に、図1に示したように、シリコン基
板1に低濃度で不純物を注入した後、サイドウォール絶
縁膜7を形成し、その後、高濃度の不純物を注入するこ
とによって、LDD構造を有するソース領域2とドレイ
ン領域3とを形成する。このようにして、第1実施形態
の半導体装置(横型FET)が形成される。
Finally, as shown in FIG. 1, after the impurity is injected into the silicon substrate 1 at a low concentration, the sidewall insulating film 7 is formed, and then the impurity of high concentration is injected to form the LDD structure. Forming a source region 2 and a drain region 3. In this way, the semiconductor device (lateral FET) of the first embodiment is formed.

【0047】(第2実施形態)図9は、本発明の第2実
施形態による半導体装置(横型FET)を示した断面図
である。以下、図9を参照して、この第2実施形態の半
導体装置について説明する。
(Second Embodiment) FIG. 9 is a sectional view showing a semiconductor device (lateral FET) according to a second embodiment of the present invention. The semiconductor device according to the second embodiment will be described below with reference to FIG.

【0048】この第2実施形態による半導体装置では、
シリコン基板11の凸部表面にソース領域12とドレイ
ン領域13とが形成されている。なお、シリコン基板1
1は、本発明の「半導体基板」の一例である。また、ソ
ース領域12とドレイン領域13とは、本発明の「ソー
ス/ドレイン領域」の一例である。
In the semiconductor device according to the second embodiment,
A source region 12 and a drain region 13 are formed on the surface of the convex portion of the silicon substrate 11. The silicon substrate 1
1 is an example of the "semiconductor substrate" of the present invention. The source region 12 and the drain region 13 are examples of the “source / drain region” in the present invention.

【0049】また、シリコン基板11の凹部底面には、
シリコンよりもバンドギャップの大きいSiOx(0≦
x≦2)からなるチャネル領域14が形成されている。
なお、シリコン基板11の凹部は、シリコン基板11の
凸部の上面から約100nmの深さを有している。チャ
ネル領域14上には、約3nmの厚みを有するシリコン
酸化膜(SiO2膜)からなるゲート絶縁膜15を介し
て、ポリシリコン膜からなるゲート電極16が形成され
ている。なお、ゲート絶縁膜15は、本発明の「絶縁
膜」の一例である。ソース領域12上およびドレイン領
域13上には、約50nmの厚みを有するSiN膜17
が形成されている。ゲート電極16とソース領域12お
よびドレイン領域13との間には、約20nmの最大厚
みを有するサイドウォール絶縁膜18が形成されてい
る。
On the bottom surface of the concave portion of the silicon substrate 11,
SiOx (0 ≦, which has a larger bandgap than silicon)
A channel region 14 of x ≦ 2) is formed.
The concave portion of the silicon substrate 11 has a depth of about 100 nm from the upper surface of the convex portion of the silicon substrate 11. A gate electrode 16 made of a polysilicon film is formed on the channel region 14 via a gate insulating film 15 made of a silicon oxide film (SiO 2 film) having a thickness of about 3 nm. The gate insulating film 15 is an example of the "insulating film" in the present invention. A SiN film 17 having a thickness of about 50 nm is formed on the source region 12 and the drain region 13.
Are formed. A side wall insulating film 18 having a maximum thickness of about 20 nm is formed between the gate electrode 16 and the source region 12 and the drain region 13.

【0050】ここで、この第2実施形態におけるチャネ
ル領域14も、図2および図3(図4)に示した横方向
および縦方向のバンドギャップと同様のバンドギャップ
を有している。すなわち、横方向のバンドギャップで
は、ソース領域12の伝導帯とチャネル領域14の伝導
帯とドレイン領域13の伝導帯とが滑らかに接続されて
いる。また、縦方向のバンドギャップでは、シリコン基
板11の伝導帯とチャネル領域14の伝導帯とは滑らか
に接続されている。その一方、チャネル領域14とゲー
ト電極16との間には、棒状の高いバンドギャップを有
するSiO2膜からなるゲート絶縁膜15が形成されて
いる。
Here, the channel region 14 in the second embodiment also has band gaps similar to the band gaps in the horizontal and vertical directions shown in FIGS. 2 and 3 (FIG. 4). That is, in the lateral band gap, the conduction band of the source region 12, the conduction band of the channel region 14, and the conduction band of the drain region 13 are smoothly connected. Further, in the vertical band gap, the conduction band of the silicon substrate 11 and the conduction band of the channel region 14 are smoothly connected. On the other hand, between the channel region 14 and the gate electrode 16, a rod-shaped gate insulating film 15 made of a SiO 2 film having a high band gap is formed.

【0051】この第2実施形態においても、上記した第
1実施形態と同様、シリコンからなるソース領域12お
よびドレイン領域13の間に、シリコンよりもバンドギ
ャップの大きいチャネル領域14を設けることによっ
て、ソース領域12とドレイン領域13との距離が小さ
くなったとしても、ソース領域12とドレイン領域13
との間にリーク電流が流れるのを有効に防止することが
できる。これにより、チャネル領域14の長さを短くす
ることができる。具体的には、チャネル領域14の長さ
をパターンニングの限界最小寸法(現時点では50nm
〜100nm程度)まで小さくすることが可能である。
その結果、より微細化を図ることができるので、高集積
化をより図ることができる。
Also in the second embodiment, as in the above-described first embodiment, the source region 12 and the drain region 13 made of silicon are provided with the channel region 14 having a band gap larger than that of silicon, so that the source is formed. Even if the distance between the region 12 and the drain region 13 becomes small, the source region 12 and the drain region 13
It is possible to effectively prevent a leak current from flowing between and. Thereby, the length of the channel region 14 can be shortened. Specifically, the length of the channel region 14 is set to the minimum patterning pattern size (currently 50 nm).
To about 100 nm).
As a result, further miniaturization can be achieved, and higher integration can be achieved.

【0052】また、第2実施形態では、第1実施形態と
同様、ソース領域12の伝導帯とチャネル領域14の伝
導帯とドレイン領域13の伝導帯とを滑らかに繋げるこ
とによって、SiOx(0≦x≦2)からなるチャネル
領域14のバンドギャップにシリコン基板11よりも大
きな領域があったとしても、電子は、障壁をトンネル通
過することなく、ソース領域12の伝導帯からチャネル
領域14の伝導帯を通ってドレイン領域13の伝導帯に
到達する。これにより、従来のFETと同様の原理で使
用することができる。
Further, in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the conduction band of the source region 12, the conduction band of the channel region 14 and the conduction band of the drain region 13 are smoothly connected to each other, so that SiOx (0≤0.ltoreq. Even if there is a region larger than the silicon substrate 11 in the bandgap of the channel region 14 composed of x ≦ 2), the electrons do not tunnel through the barrier and the conduction band of the source region 12 to the conduction band of the channel region 14 does not pass. To reach the conduction band of the drain region 13. Thereby, it can be used in the same principle as the conventional FET.

【0053】また、第2実施形態では、チャネル領域1
4上に、チャネル領域14よりもバンドギャップの大き
いSiO2膜からなるゲート絶縁膜15を介して、ゲー
ト電極16を形成することによって、ゲート電極16に
電圧を印加した場合にも、チャネル領域14とゲート電
極16との間で電界移動(リーク電流)が発生するのを
防止することができる。また、ゲート電極16に印加す
る電圧を制御することにより、チャネル領域14の伝導
帯を通過する電子電流の量を容易に制御することができ
る。
Further, in the second embodiment, the channel region 1
4, the gate electrode 16 is formed via the gate insulating film 15 made of a SiO 2 film having a band gap larger than that of the channel region 14, so that the channel region 14 can be formed even when a voltage is applied to the gate electrode 16. It is possible to prevent electric field movement (leakage current) between the gate electrode 16 and the gate electrode 16. Further, by controlling the voltage applied to the gate electrode 16, the amount of electron current passing through the conduction band of the channel region 14 can be easily controlled.

【0054】図10および図11は、図9に示した第2
実施形態の半導体装置の製造プロセスを説明するための
断面図である。次に、図9〜図11を参照して、第2実
施形態の半導体装置の製造方法について説明する。
FIG. 10 and FIG. 11 are the second shown in FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view for illustrating the manufacturing process for the semiconductor device of the embodiment. Next, with reference to FIGS. 9 to 11, a method for manufacturing the semiconductor device of the second embodiment will be described.

【0055】まず、図10に示すように、シリコン基板
11の表面の全面に、不純物を注入することによって、
ソース領域12およびドレイン領域13となる不純物領
域20を形成する。そして、不純物領域20のソース領
域12およびドレイン領域13となる領域を覆うように
SiN膜17を形成する。このSiN膜17の開口部の
幅は、パターンニングの限界最小寸法(50nm〜10
0nm程度)で形成する。
First, as shown in FIG. 10, by implanting impurities into the entire surface of the silicon substrate 11,
Impurity regions 20 to be the source region 12 and the drain region 13 are formed. Then, the SiN film 17 is formed so as to cover regions of the impurity region 20 which will be the source region 12 and the drain region 13. The width of the opening of the SiN film 17 is the minimum dimension of patterning (50 nm to 10 nm).
0 nm).

【0056】そして、SiN膜17をマスクとして、シ
リコン基板11を約100nm分だけエッチングするこ
とによって、図11に示されるような凹部が形成され
る。そして、その凹部底面に酸素(O)を、注入エネル
ギ:約2keV、注入量:約5×1016cm-2の条件下
でイオン注入することによって、シリコンと酸素とが結
合してシリコンよりもバンドギャップが大きくなったS
iOx(0≦x≦2)領域からなるチャネル領域14を
形成する。
Then, by using the SiN film 17 as a mask, the silicon substrate 11 is etched by about 100 nm to form a recess as shown in FIG. Then, oxygen (O) is ion-implanted into the bottom surface of the recess under the conditions of an implantation energy of about 2 keV and an implantation amount of about 5 × 10 16 cm −2 , whereby silicon and oxygen are bonded to each other, and S with wider band gap
A channel region 14 including an iOx (0 ≦ x ≦ 2) region is formed.

【0057】この後、図9に示したように、ソース領域
12、ドレイン領域13およびSiN膜17の内側面
に、サイドウォール絶縁膜18を形成する。その後、シ
リコン基板11の表面を酸化することによって、約3n
mの厚みを有するゲート絶縁膜15を形成する。その
後、ポリシリコン膜を開口部内に埋め込むことによっ
て、ポリシリコン膜からなるゲート電極16を形成す
る。このようにして、第2実施形態の半導体装置(横型
FET)が形成される。
After that, as shown in FIG. 9, a sidewall insulating film 18 is formed on the inner surface of the source region 12, the drain region 13 and the SiN film 17. Then, by oxidizing the surface of the silicon substrate 11, about 3n
A gate insulating film 15 having a thickness of m is formed. Then, a gate electrode 16 made of a polysilicon film is formed by embedding a polysilicon film in the opening. In this way, the semiconductor device (lateral FET) of the second embodiment is formed.

【0058】(第3実施形態)図12は、本発明の第3
実施形態による半導体装置(スタックトゲート型のフラ
ッシュメモリ)のメモリセルを示した断面図である。図
13は、図12に示した第3実施形態の半導体装置の製
造方法を説明するための断面図である。図14は、図1
2に示した第3実施形態の半導体装置における横方向の
バンドギャップを示した模式図である。図15および図
16は、第3実施形態の半導体装置における縦方向のバ
ンドギャップを示した模式図である。
(Third Embodiment) FIG. 12 shows a third embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a memory cell of the semiconductor device (stacked gate type flash memory) according to the embodiment. FIG. FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the semiconductor device of the third embodiment shown in FIG. 14 is shown in FIG.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a lateral band gap in the semiconductor device of the third embodiment shown in FIG. 15 and 16 are schematic diagrams showing the band gap in the vertical direction in the semiconductor device of the third embodiment.

【0059】まず、図12を参照して、この第3実施形
態の半導体装置(フラッシュメモリ)のメモリセルの構
造について説明する。この第3実施形態では、基本的
に、図9に示した第2実施形態の半導体装置の構造を用
いてスタックトゲート型のフラッシュメモリのメモリセ
ルを作製した例を示している。具体的には、シリコン基
板21の凸部表面に、ソース領域22とドレイン領域2
3とが形成されている。なお、シリコン基板21は、本
発明の「半導体基板」の一例である。また、ソース領域
22とドレイン領域23とは、本発明の「ソース/ドレ
イン領域」の一例である。シリコン基板21の凹部の底
面には、シリコンからなるソース領域22およびドレイ
ン領域23よりもバンドギャップの大きいSiOx(0
≦x≦2)領域からなるチャネル領域24が形成されて
いる。
First, the structure of the memory cell of the semiconductor device (flash memory) of the third embodiment will be described with reference to FIG. The third embodiment basically shows an example of manufacturing a memory cell of a stacked gate type flash memory by using the structure of the semiconductor device of the second embodiment shown in FIG. Specifically, the source region 22 and the drain region 2 are formed on the convex surface of the silicon substrate 21.
And 3 are formed. The silicon substrate 21 is an example of the “semiconductor substrate” in the present invention. The source region 22 and the drain region 23 are examples of the "source / drain region" in the present invention. On the bottom surface of the concave portion of the silicon substrate 21, SiOx (0 having a band gap larger than those of the source region 22 and the drain region 23 made of silicon is formed.
A channel region 24 formed of a region ≦ x ≦ 2) is formed.

【0060】また、チャネル領域24上には、約8nm
の厚みを有するSiO2膜からなるゲート絶縁膜25を
介して、ポリシリコン膜からなる浮遊ゲート26が形成
されている。なお、ゲート絶縁膜25は、本発明の「絶
縁膜」の一例である。ソース領域22およびドレイン領
域23上には、約50nmの厚みを有するSiN膜27
が形成されている。また、浮遊ゲート26上には、約6
nm〜約8nmの厚みを有するSiO2膜からなる絶縁
膜29を介して、ポリシリコン膜からなる制御ゲート3
0が形成されている。
On the channel region 24, about 8 nm
A floating gate 26 made of a polysilicon film is formed via a gate insulating film 25 made of a SiO 2 film having a thickness of 1. The gate insulating film 25 is an example of the “insulating film” in the present invention. A SiN film 27 having a thickness of about 50 nm is formed on the source region 22 and the drain region 23.
Are formed. In addition, the floating gate 26 has about 6
control gate 3 made of a polysilicon film via an insulating film 29 made of a SiO 2 film having a thickness of nm to about 8 nm.
0 is formed.

【0061】この第3実施形態においても、図14に示
すように、ソース領域22の伝導帯とチャネル領域24
の伝導帯とドレイン領域23の伝導帯とが滑らかに繋が
るように、SiOx(0≦x≦2)からなるチャネル領
域24のバンドギャップが制御されている。
Also in the third embodiment, as shown in FIG. 14, the conduction band of the source region 22 and the channel region 24.
The band gap of the channel region 24 made of SiOx (0 ≦ x ≦ 2) is controlled so that the conduction band of the drain region 23 and the conduction band of the drain region 23 are smoothly connected.

【0062】また、シリコン基板21、チャネル領域2
4、ゲート絶縁膜25および浮遊ゲート26の縦方向の
バンドギャップは、図15または図16に示されるよう
な状態になっている。すなわち、チャネル領域24と浮
遊ゲート26との間に、高さの高い障壁を有するSiO
2膜からなるゲート絶縁膜25が形成されている。
Further, the silicon substrate 21 and the channel region 2
4, the vertical band gaps of the gate insulating film 25 and the floating gate 26 are as shown in FIG. 15 or FIG. That is, SiO having a high-height barrier between the channel region 24 and the floating gate 26.
A gate insulating film 25 composed of two films is formed.

【0063】第3実施形態の製造プロセスとしては、浮
遊ゲート26を形成するまでのプロセスは、ゲート絶縁
膜25の厚み(約8nm)を除いて上記した第2実施形
態の製造プロセスと同様である。このうち、酸素注入工
程では、図13に示すように、シリコン基板21の凹部
底面に、酸素(O)を、注入エネルギ:約2keV、注
入量:約5×1016cm-2の条件下でイオン注入する。
これにより、図14、図15および図16に示されるよ
うなバンドギャップを有するSiOx(0≦x≦2)か
らなるチャネル領域24が形成される。
As the manufacturing process of the third embodiment, the process up to forming the floating gate 26 is the same as the manufacturing process of the second embodiment except for the thickness (about 8 nm) of the gate insulating film 25. . Among these, in the oxygen implantation step, as shown in FIG. 13, oxygen (O) is implanted into the bottom surface of the concave portion of the silicon substrate 21 under the conditions of implantation energy: about 2 keV and implantation amount: about 5 × 10 16 cm −2 . Ion implantation.
As a result, the channel region 24 made of SiOx (0 ≦ x ≦ 2) having a band gap as shown in FIGS. 14, 15 and 16 is formed.

【0064】第3実施形態では、上記のように、シリコ
ンからなるソース領域22およびドレイン領域23より
もバンドギャップの大きいチャネル領域24を設けるこ
とによって、メモリセルトランジスタのソース領域22
とドレイン領域23との距離が小さくなったとしても、
ソース領域22とドレイン領域23との間に、リーク電
流が流れるのを有効に防止することができる。これによ
り、チャネル領域の長さを短くすることができる。具体
的には、チャネル領域24の長さをパターンニングの限
界最小寸法(現時点では50nm〜100nm程度)ま
で小さくすることが可能である。その結果、より微細化
を図ることができるので、高集積化をより図ることがで
きる。
In the third embodiment, as described above, the source region 22 of the memory cell transistor is provided by providing the channel region 24 having a larger band gap than the source region 22 and the drain region 23 made of silicon.
Even if the distance between the drain region 23 and
It is possible to effectively prevent a leak current from flowing between the source region 22 and the drain region 23. Thereby, the length of the channel region can be shortened. Specifically, the length of the channel region 24 can be reduced to the critical minimum dimension of patterning (currently about 50 nm to 100 nm). As a result, further miniaturization can be achieved, and higher integration can be achieved.

【0065】また、チャネル領域24上に、チャネル領
域24よりもバンドギャップの大きいゲート絶縁膜25
を介して、浮遊ゲート26を形成することによって、読
み出し動作時に、制御ゲート30から静電カップリング
を介して浮遊ゲート26の電位を上昇させた場合にも、
チャネル領域24と浮遊ゲート26との間で電荷移動
(リーク電流)が発生するのを防止することができる。
A gate insulating film 25 having a band gap larger than that of the channel region 24 is formed on the channel region 24.
Even if the potential of the floating gate 26 is increased from the control gate 30 via the electrostatic coupling during the read operation by forming the floating gate 26 via
It is possible to prevent charge transfer (leakage current) from occurring between the channel region 24 and the floating gate 26.

【0066】また、第3実施形態では、ソース領域22
の伝導帯とチャネル領域24の伝導帯とドレイン領域2
3の伝導帯とを滑らかに繋げることによって、チャネル
領域24のバンドギャップにシリコン基板21よりも大
きな領域があったとしても、従来のフラッシュメモリの
メモリセルトランジスタと同様に、電子は、障壁をトン
ネル通過することなく、ソース領域22の伝導帯からチ
ャネル領域24の伝導帯を通ってドレイン領域23の伝
導帯に到達することができる。
Further, in the third embodiment, the source region 22
Conduction band and channel region 24 conduction band and drain region 2
Even if the band gap of the channel region 24 is larger than that of the silicon substrate 21, electrons are tunneled through the barrier like the memory cell transistor of the conventional flash memory by smoothly connecting the conduction band of No. 3 to the conduction band of No. 3. Without passing through, the conduction band of the source region 22 can reach the conduction band of the drain region 23 through the conduction band of the channel region 24.

【0067】(第4実施形態)図17は、本発明の第4
実施形態による半導体装置(スプリットゲート型のフラ
ッシュメモリ)のメモリセルを示した断面図である。こ
の第4実施形態では、スプリットゲート型のフラッシュ
メモリにおいて、浮遊ゲート電極と制御ゲート電極との
間の浮遊ゲート側の界面に酸素を注入した例を示してい
る。以下、詳細に説明する。
(Fourth Embodiment) FIG. 17 shows a fourth embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a memory cell of the semiconductor device (split gate type flash memory) according to the embodiment. FIG. The fourth embodiment shows an example in which oxygen is injected into the interface on the floating gate side between the floating gate electrode and the control gate electrode in the split gate type flash memory. The details will be described below.

【0068】まず、第4実施形態の半導体装置(フラッ
シュメモリ)のメモリセルでは、シリコン基板41の表
面に、所定の間隔を隔ててソース領域42とドレイン領
域43とが形成されている。なお、シリコン基板41
は、本発明の「半導体基板」の一例である。また、ソー
ス領域42とドレイン領域43とは、本発明の「ソース
/ドレイン領域」の一例である。ソース領域42とドレ
イン領域43との間のソース領域42側のシリコン基板
41上には、SiO2膜からなるゲート絶縁膜45を介
して、ポリシリコン膜からなる浮遊ゲート46が形成さ
れている。浮遊ゲート46の上面上の所定領域には、S
iO2膜50が形成されている。また、浮遊ゲート46
の右側端部には、トンネル絶縁膜49を介して、ポリシ
リコン膜からなる制御ゲート48が対向するように配置
されている。制御ゲート48の下には、ゲート絶縁膜4
7が形成されている。
First, in the memory cell of the semiconductor device (flash memory) of the fourth embodiment, the source region 42 and the drain region 43 are formed on the surface of the silicon substrate 41 with a predetermined space therebetween. The silicon substrate 41
Are examples of the "semiconductor substrate" of the present invention. The source region 42 and the drain region 43 are examples of the “source / drain region” in the present invention. On the silicon substrate 41 on the source region 42 side between the source region 42 and the drain region 43, a floating gate 46 made of a polysilicon film is formed via a gate insulating film 45 made of a SiO 2 film. In a predetermined area on the upper surface of the floating gate 46, S
An iO 2 film 50 is formed. In addition, the floating gate 46
A control gate 48 made of a polysilicon film is arranged so as to face the right end portion of the via a tunnel insulating film 49. The gate insulating film 4 is formed under the control gate 48.
7 are formed.

【0069】また、ソース領域42上には、ソース電極
51が形成されている。ソース電極51の上面上にはS
iO2膜52が形成されている。また、ソース電極51
と浮遊ゲート46との間には、SiO2膜からなる絶縁
膜53が形成されている。
A source electrode 51 is formed on the source region 42. S is formed on the upper surface of the source electrode 51.
An iO 2 film 52 is formed. In addition, the source electrode 51
An insulating film 53 made of a SiO 2 film is formed between the floating gate 46 and the floating gate 46.

【0070】ここで、第4実施形態による半導体装置で
は、浮遊ゲート46の制御ゲート48の対向する側の端
部に、酸素注入領域46aが形成されている。この酸素
注入領域46aは、浮遊ゲート46および制御ゲート4
8を構成するシリコン(ポリシリコン)よりもバンドギ
ャップが大きいSiOx(0≦x≦2)からなる。この
酸素注入領域46aのバンドギャップは、たとえば、図
18に示すような状態になっている。すなわち、ポリシ
リコン(Si)からなる浮遊ゲート46から、ポリシリ
コンからなる制御ゲート48に向かって、バンドギャッ
プが大きくなる酸素注入領域46aが形成されている。
酸素注入領域46aのバンドギャップが大きくなった端
部は、SiO2膜からなるトンネル絶縁膜49に接続さ
れている。
Here, in the semiconductor device according to the fourth embodiment, the oxygen implantation region 46a is formed at the end of the floating gate 46 on the side facing the control gate 48. The oxygen implantation region 46a is provided in the floating gate 46 and the control gate 4.
It is made of SiOx (0 ≦ x ≦ 2) whose bandgap is larger than that of silicon (polysilicon) which forms No. 8. The band gap of the oxygen implantation region 46a is in a state as shown in FIG. 18, for example. That is, from the floating gate 46 made of polysilicon (Si) to the control gate 48 made of polysilicon, an oxygen implantation region 46a having a large band gap is formed.
The end of the oxygen implantation region 46a where the band gap is increased is connected to the tunnel insulating film 49 made of a SiO 2 film.

【0071】図18に示した状態において、制御ゲート
48に正の電圧を印加すると、図19に示す状態とな
り、容易に、電子を浮遊ゲート46から制御ゲート48
に移動させることができる。
When a positive voltage is applied to the control gate 48 in the state shown in FIG. 18, electrons are easily transferred from the floating gate 46 to the control gate 48 by the state shown in FIG.
Can be moved to.

【0072】なお、図18に示したバンドギャップの状
態の他、図20に示すバンドギャップや図22に示すバ
ンドギャップを用いてもよい。この場合には、制御ゲー
ト48に正の電圧を印加すると、図20に示した状態で
は、図21に示すような状態になるとともに、図22に
示した状態では、図23に示すような状態になる。いず
れの場合も、電子を浮遊ゲート46から制御ゲート48
に簡単に移動させることができる。ここで、図24に示
したような比較例(従来)のバンドギャップの構造と、
図25に示したような第4実施形態のバンドギャップの
構造とを比較する。距離Dが同じである場合には、図2
4に示した比較例(従来)のバンドギャップの状態より
も図25に示した第4実施形態のバンドギャップの状態
の方が、より低電圧で浮遊ゲートから制御ゲートに向か
って電子を移動させることができる。
In addition to the bandgap state shown in FIG. 18, the bandgap shown in FIG. 20 or the bandgap shown in FIG. 22 may be used. In this case, when a positive voltage is applied to the control gate 48, the state shown in FIG. 20 becomes the state shown in FIG. 21, and the state shown in FIG. 22 makes the state shown in FIG. become. In either case, electrons are transferred from the floating gate 46 to the control gate 48.
Can be easily moved to. Here, the structure of the band gap of the comparative example (conventional) as shown in FIG. 24,
The structure is compared with the bandgap structure of the fourth embodiment shown in FIG. If the distances D are the same, then FIG.
In the bandgap state of the fourth embodiment shown in FIG. 25, electrons are moved from the floating gate to the control gate at a lower voltage than in the bandgap state of the comparative example (conventional) shown in FIG. be able to.

【0073】第4実施形態では、上記のように、浮遊ゲ
ート46から制御ゲート48に向かって滑らかにバンド
ギャップが大きくなるような酸素注入領域46aを設け
ることによって、消去動作時に、浮遊ゲート46と制御
ゲート48との間に3V〜5V程度の低い電圧を印加す
るだけで、浮遊ゲート46から制御ゲート48に向かっ
て容易に電子を引き抜くことができる。これにより、低
電圧で消去動作を行うことができる。
In the fourth embodiment, as described above, by providing the oxygen-implanted region 46a such that the band gap smoothly increases from the floating gate 46 to the control gate 48, the floating gate 46 and Electrons can be easily extracted from the floating gate 46 toward the control gate 48 by simply applying a low voltage of about 3 V to 5 V between the control gate 48 and the control gate 48. As a result, the erase operation can be performed at a low voltage.

【0074】図26および図27は、図17に示した第
4実施形態の半導体装置の製造プロセスを説明するため
の断面図である。次に、図17、図26および図27を
参照して、第4実施形態の半導体装置の製造プロセスに
ついて説明する。
26 and 27 are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the semiconductor device of the fourth embodiment shown in FIG. Next, with reference to FIGS. 17, 26 and 27, a manufacturing process of the semiconductor device of the fourth embodiment will be described.

【0075】まず、図26に示すように、シリコン基板
41の表面に、ソース領域42を形成する。また、シリ
コン基板41上の所定領域にSiO2膜からなるゲート
絶縁膜45を介して、ポリシリコン膜46bを形成す
る。ポリシリコン膜46b上にSiN膜(図示せず)を
形成した後、そのSiN膜およびポリシリコン膜46b
の側面にサイドウォール絶縁膜53を形成する。そし
て、ソース領域42に接続するようにソース電極51を
形成した後、ソース電極51の上面にシリコン酸化膜
(SiO2膜)52を形成する。
First, as shown in FIG. 26, the source region 42 is formed on the surface of the silicon substrate 41. Further, a polysilicon film 46b is formed in a predetermined region on the silicon substrate 41 with a gate insulating film 45 made of a SiO 2 film interposed therebetween. After forming a SiN film (not shown) on the polysilicon film 46b, the SiN film and the polysilicon film 46b are formed.
A side wall insulating film 53 is formed on the side surface of the. Then, after forming the source electrode 51 so as to be connected to the source region 42, a silicon oxide film (SiO 2 film) 52 is formed on the upper surface of the source electrode 51.

【0076】また、ポリシリコン膜46b上のSiN膜
(図示せず)を除去した後、ポリシリコン膜46bの所
定領域上にSiO2膜50を形成する。SiO2膜50を
マスクとして、ポリシリコン膜46bに酸素(O)を、
2keV以下の低エネルギで、5×1016cm-2の注入
量でイオン注入する。これにより、ポリシリコン膜46
bの表面に、酸素注入領域46aが形成される。この酸
素注入領域46aでは、注入された酸素(O)がポリシ
リコン膜46bのシリコン(Si)と結合することによ
り、シリコンよりもバンドギャップの大きい領域とな
る。具体的には、ポリシリコン膜46bの表面に近いほ
どバンドギャップが大きい状態となる。
After removing the SiN film (not shown) on the polysilicon film 46b, a SiO 2 film 50 is formed on a predetermined region of the polysilicon film 46b. Using the SiO 2 film 50 as a mask, oxygen (O) is added to the polysilicon film 46b.
Ion implantation is performed with a low energy of 2 keV or less and an implantation dose of 5 × 10 16 cm −2 . As a result, the polysilicon film 46
An oxygen implantation region 46a is formed on the surface of b. In the oxygen-implanted region 46a, the implanted oxygen (O) is combined with the silicon (Si) of the polysilicon film 46b, so that the oxygen-implanted region 46a has a band gap larger than that of silicon. Specifically, the closer to the surface of the polysilicon film 46b, the larger the band gap.

【0077】次に、図27に示すように、SiO2膜5
0の側面にSiNからなるサイドウォールスペーサ54
を形成した後、そのサイドウォールスペーサ54をマス
クとして、下層のポリシリコン膜46bをエッチングす
ることによって、図27に示されるような形状のポリシ
リコン膜からなる浮遊ゲート46が形成される。この浮
遊ゲート46の上面の内、サイドウォールスペーサ54
の下に位置する領域には、酸素注入領域46aが形成さ
れている。
Next, as shown in FIG. 27, the SiO 2 film 5 is formed.
Sidewall spacer 54 made of SiN on the side surface of 0
And the sidewall spacer 54 is used as a mask to etch the lower polysilicon film 46b to form the floating gate 46 made of a polysilicon film having a shape as shown in FIG. Of the upper surface of the floating gate 46, the sidewall spacer 54
An oxygen implantation region 46a is formed in the region located below.

【0078】この後、サイドウォールスペーサ54を除
去した後、SiO2膜(図示せず)およびポリシリコン
膜(図示せず)を形成した後、そのポリシリコン膜およ
びSiO2膜を異方性エッチングすることによって、図
17に示したような、ポリシリコン膜からなる制御ゲー
ト48と、SiO2膜からなるトンネル絶縁膜49およ
びゲート絶縁膜47が形成される。これにより、第4実
施形態の半導体装置(スプリットゲート型のフラッシュ
メモリ)が形成される。
Then, after removing the sidewall spacers 54, a SiO 2 film (not shown) and a polysilicon film (not shown) are formed, and then the polysilicon film and the SiO 2 film are anisotropically etched. As a result, the control gate 48 made of a polysilicon film, the tunnel insulating film 49 and the gate insulating film 47 made of a SiO 2 film are formed as shown in FIG. As a result, the semiconductor device (split gate type flash memory) of the fourth embodiment is formed.

【0079】(第5実施形態)図28は、本発明の第5
実施形態による半導体装置(縦型FET)を示した平面
図であり、図29は、図28の100−100線に沿っ
た断面図であり、図30は図28の200−200線に
沿った断面図である。図28〜図30を参照して、この
第5実施形態では、縦型のFETに本発明を適用した例
を示している。
(Fifth Embodiment) FIG. 28 shows a fifth embodiment of the present invention.
29 is a plan view showing the semiconductor device (vertical FET) according to the embodiment, FIG. 29 is a cross-sectional view taken along line 100-100 of FIG. 28, and FIG. 30 is taken along line 200-200 of FIG. FIG. 28 to 30, the fifth embodiment shows an example in which the present invention is applied to a vertical FET.

【0080】すなわち、この第5実施形態では、シリコ
ン基板61の表面から所定の深さの領域に、横方向に延
びるように、ソース/ドレイン領域62が形成されてい
る。またシリコン基板61の表面は、凹凸形状に形成さ
れている。このシリコン基板61の凸部の表面には、酸
素が注入されてシリコンと結合することによりシリコン
よりもバンドギャップが大きくなったSiOx(0≦x
≦2)領域からなるチャネル領域63が形成されてい
る。そのチャネル領域63は、ソース/ドレイン領域6
2と直交する方向に延びるように形成されている。チャ
ネル領域63上には、ポリシリコン膜からなるソース/
ドレイン領域64が、チャネル領域と同じ方向に延びる
ように形成されている。そのソース/ドレイン領域64
の表面には、シリサイド膜65が形成されている。
That is, in the fifth embodiment, the source / drain regions 62 are formed in the region of a predetermined depth from the surface of the silicon substrate 61 so as to extend in the lateral direction. Further, the surface of the silicon substrate 61 is formed in an uneven shape. On the surface of the convex portion of the silicon substrate 61, SiOx (0 ≦ x) having a band gap larger than that of silicon by being injected with oxygen and bonded to silicon.
A channel region 63 including a region of ≦ 2) is formed. The channel region 63 is the source / drain region 6
It is formed so as to extend in a direction orthogonal to 2. A source / polysilicon film is formed on the channel region 63.
The drain region 64 is formed so as to extend in the same direction as the channel region. The source / drain region 64
A silicide film 65 is formed on the surface of the.

【0081】なお、シリコン基板61は、本発明の「半
導体基板」の一例である。また、ソース/ドレイン領域
62と64とは、本発明の「ソース/ドレイン領域」の
一例である。
The silicon substrate 61 is an example of the "semiconductor substrate" in the present invention. The source / drain regions 62 and 64 are examples of the “source / drain region” in the present invention.

【0082】また、シリコン基板61の凹部内には、チ
ャネル領域63およびソース/ドレイン領域64を、S
iO2膜からなるゲート絶縁膜66を介して取り囲むよ
うに、ポリシリコン膜からなるゲート電極67が形成さ
れている。ゲート電極67の上面には、シリサイド膜6
8が形成されている。また、図30に示すように、ソー
ス/ドレイン領域64の上面の一部に、SiN膜からな
る絶縁膜69が形成されている。そして、ゲート電極6
7に接続するように、コンタクトプラグ70が形成され
ている。また、ソース/ドレイン領域62に接続するよ
うに、ソース/ドレインコンタクト部72(図28参
照)が設けられている。
In the recess of the silicon substrate 61, a channel region 63 and a source / drain region 64 are formed as S.
A gate electrode 67 made of a polysilicon film is formed so as to surround the gate insulating film 66 made of an iO 2 film. The silicide film 6 is formed on the upper surface of the gate electrode 67.
8 is formed. Further, as shown in FIG. 30, an insulating film 69 made of a SiN film is formed on a part of the upper surface of the source / drain region 64. And the gate electrode 6
A contact plug 70 is formed so as to connect to 7. Further, source / drain contact portions 72 (see FIG. 28) are provided so as to be connected to the source / drain regions 62.

【0083】なお、チャネル領域63における酸素
(O)の濃度と深さの関係が図31に示されている。こ
のような酸素濃度分布を有するチャネル領域63と、ソ
ース/ドレイン領域62と、ソース/ドレイン領域64
との縦方向のバンドギャップは、図2に示した第1実施
形態の横方向のソース/ドレイン領域間のバンドギャッ
プと同様である。すなわち、ソース/ドレイン領域62
の伝導帯と、チャネル領域63の伝導帯と、ソース/ド
レイン領域64の伝導帯とが滑らかに繋がるように、S
iOxからなるチャネル領域63のxの値が制御されて
いる。
The relationship between the oxygen (O) concentration and the depth in the channel region 63 is shown in FIG. A channel region 63 having such an oxygen concentration distribution, a source / drain region 62, and a source / drain region 64.
The bandgap in the vertical direction is similar to the bandgap between the source / drain regions in the horizontal direction of the first embodiment shown in FIG. That is, the source / drain region 62
So that the conduction band of the channel region 63, the conduction band of the channel region 63, and the conduction band of the source / drain region 64 are smoothly connected.
The value of x in the channel region 63 made of iOx is controlled.

【0084】第5実施形態では、上記のように、一対の
ソース/ドレイン領域62および64間に、シリコン基
板61よりもバンドギャップの大きいチャネル領域63
を設けることによって、ソース/ドレイン領域62およ
び64間の距離が小さくなったとしても、ソース/ドレ
イン領域62および64間にリーク電流が流れるのを有
効に防止することができる。これにより、チャネル領域
63の長さを短くすることができる。また、縦型にする
ことによって、チャネル領域63の厚み方向がチャネル
長になるので、チャネル領域63の厚みを小さくするこ
とによって、チャネル長の極めて短いFETを形成する
ことができる。すなわち、酸素の注入条件を制御すれ
ば、約10nm程度の短いチャネル領域63を形成する
ことができる。
In the fifth embodiment, as described above, between the pair of source / drain regions 62 and 64, the channel region 63 having a larger band gap than the silicon substrate 61 is formed.
By providing, even if the distance between the source / drain regions 62 and 64 becomes small, it is possible to effectively prevent a leak current from flowing between the source / drain regions 62 and 64. Thereby, the length of the channel region 63 can be shortened. Moreover, since the channel length in the thickness direction of the channel region 63 becomes the channel length by making it vertical, the FET having an extremely short channel length can be formed by reducing the thickness of the channel region 63. That is, if the oxygen implantation conditions are controlled, a short channel region 63 of about 10 nm can be formed.

【0085】また、第5実施形態では、ソース/ドレイ
ン領域62の伝導帯とチャネル領域63の伝導帯とソー
ス/ドレイン領域64の伝導帯とが滑らかに繋がるよう
にすることによって、チャネル領域63のバンドギャッ
プにシリコン基板61よりも大きな領域があったとして
も、電子は、障壁をトンネル通過することなく、ソース
/ドレイン領域62の伝導帯からチャネル領域63の伝
導帯を通ってソース/ドレイン領域64の伝導帯に到達
することができる。これにより、従来のFETと同様の
原理で使用することができる。
Further, in the fifth embodiment, the conduction band of the source / drain region 62, the conduction band of the channel region 63 and the conduction band of the source / drain region 64 are smoothly connected to each other, so that the conduction band of the channel region 63 is reduced. Even if the bandgap has a region larger than that of the silicon substrate 61, the electrons do not tunnel through the barrier but pass through the conduction band of the source / drain region 62 and the conduction band of the channel region 63 to cause the source / drain region 64. Can reach the conduction band of. Thereby, it can be used in the same principle as the conventional FET.

【0086】(第6実施形態)図32は、本発明の第6
実施形態による半導体装置(縦型FET)を示した平面
図であり、図33は、図32の300−300線に沿っ
た断面図であり、図34は、図32の400−400線
に沿った断面図である。図32〜図34を参照して、こ
の第6実施形態では、上記した第5実施形態において、
ゲート電極を省略した例を示している。
(Sixth Embodiment) FIG. 32 shows a sixth embodiment of the present invention.
33 is a plan view showing a semiconductor device (vertical FET) according to an embodiment, FIG. 33 is a cross-sectional view taken along the line 300-300 of FIG. 32, and FIG. 34 is taken along the line 400-400 of FIG. FIG. 32 to 34, in the sixth embodiment, in the fifth embodiment described above,
An example in which the gate electrode is omitted is shown.

【0087】すなわち、この第6実施形態では、シリコ
ン基板81上に、横方向に延びるソース/ドレイン領域
82が形成されている。また、シリコン基板81の表面
は凹凸形状に形成されている。シリコン基板81の凸部
表面には、酸素が注入されることによってシリコン基板
81よりもバンドギャップが大きくなったSiOx(0
≦x≦2)からなるチャネル領域83が、ソース/ドレ
イン領域82と直交する方向に延びるように形成されて
いる。チャネル領域83上には、ソース/ドレイン領域
84が、チャネル領域83と同じ方向に延びるように形
成されている。ソース/ドレイン領域84上には、シリ
サイド膜85が形成されている。また、隣接するソース
/ドレイン領域84間には、絶縁膜86が埋め込まれて
いる。
That is, in the sixth embodiment, the source / drain regions 82 extending in the lateral direction are formed on the silicon substrate 81. Moreover, the surface of the silicon substrate 81 is formed in an uneven shape. On the surface of the convex portion of the silicon substrate 81, SiOx (0
A channel region 83 of ≦ x ≦ 2) is formed so as to extend in a direction orthogonal to the source / drain regions 82. Source / drain regions 84 are formed on channel region 83 so as to extend in the same direction as channel region 83. A silicide film 85 is formed on the source / drain regions 84. An insulating film 86 is embedded between the adjacent source / drain regions 84.

【0088】なお、シリコン基板81は、本発明の「半
導体基板」の一例である。また、ソース/ドレイン領域
82と84とは、本発明の「ソース/ドレイン領域」の
一例である。
The silicon substrate 81 is an example of the "semiconductor substrate" in the present invention. The source / drain regions 82 and 84 are examples of the “source / drain region” in the present invention.

【0089】また、図34に示すように、ソース/ドレ
イン領域84上のシリサイド膜85に接続するように、
コンタクトプラグ87が形成されている。また、図32
に示すように、横方向に延びるソース/ドレイン領域8
2に接続するように、ソース/ドレインコンタクト部8
8が形成されている。
Further, as shown in FIG. 34, to connect to the silicide film 85 on the source / drain regions 84,
A contact plug 87 is formed. In addition, FIG.
As shown in FIG.
Source / drain contact portion 8 so as to be connected to
8 is formed.

【0090】この第6実施形態においても、第5実施形
態と同様、縦方向に配置されたソース/ドレイン領域8
2および84間に位置するチャネル領域83は、図2に
示した第1実施形態のバンドギャップと同様のバンドギ
ャップを有している。すなわち、ソース/ドレイン領域
82の伝導帯とチャネル領域83の伝導帯とソース/ド
レイン領域84の伝導帯とが滑らかに繋がるように、S
iOx(0≦x≦2)からなるチャネル領域83のxの
値が制御されている。
Also in the sixth embodiment, as in the fifth embodiment, the source / drain regions 8 are arranged in the vertical direction.
The channel region 83 located between 2 and 84 has a bandgap similar to the bandgap of the first embodiment shown in FIG. That is, S is such that the conduction band of the source / drain region 82, the conduction band of the channel region 83 and the conduction band of the source / drain region 84 are smoothly connected.
The value of x in the channel region 83 composed of iOx (0 ≦ x ≦ 2) is controlled.

【0091】ここで、この第6実施形態では、上記した
第5実施形態と異なり、ゲート電極が存在しない。この
場合、ソース/ドレイン領域82に接続されるソース/
ドレイン線と、ソース/ドレイン領域84に接続される
ソース/ドレイン線とを選択して電位差を与えることに
よって、その2つの線の交差した部分において、ソース
/ドレイン領域82および84間に電流が流れる。この
場合、ソース/ドレイン領域82と84とが交差する部
分の面積全てが電流の通過領域として機能するので、大
電流を容易に流すことができる。その結果、素子の高速
化を容易に図ることができる。
Here, unlike the fifth embodiment, the sixth embodiment does not have a gate electrode. In this case, the source / source connected to the source / drain region 82
By selecting the drain line and the source / drain line connected to the source / drain region 84 to give a potential difference, a current flows between the source / drain regions 82 and 84 at the intersection of the two lines. . In this case, since the entire area of the intersection of the source / drain regions 82 and 84 functions as a current passage region, a large current can be easily passed. As a result, it is possible to easily increase the speed of the device.

【0092】なお、今回開示された実施形態は、すべて
の点で例示であって制限的なものではないと考えられる
べきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明
ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請
求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が
含まれる。
It should be understood that the embodiments disclosed this time are exemplifications in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and includes meaning equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.

【0093】たとえば、上記実施形態では、シリコン基
板に酸素を注入することによって、シリコンよりもバン
ドギャップの大きいチャネル領域を形成する例を示した
が、本発明はこれに限らず、シリコン基板に窒素を注入
することによっても、シリコンよりもバンドギャップの
大きいチャネル領域を形成することができる。また、シ
リコン以外の材料からなる半導体基板に、その半導体基
板を構成する元素と結合することにより半導体基板を構
成する材料よりもバンドギャップが大きくなる原子を導
入するようにすれば、同様の効果を得ることができる。
For example, in the above-described embodiment, an example of forming a channel region having a bandgap larger than that of silicon by implanting oxygen into the silicon substrate has been described, but the present invention is not limited to this, and nitrogen is not formed in the silicon substrate. Can also be implanted to form a channel region having a bandgap larger than that of silicon. Further, if a semiconductor substrate made of a material other than silicon is introduced with an atom having a band gap larger than that of the material constituting the semiconductor substrate by combining with an element constituting the semiconductor substrate, the same effect can be obtained. Obtainable.

【0094】また、第4実施形態では、ポリシリコン膜
からなる浮遊ゲート46の表面に酸素を注入することに
よって、浮遊ゲート46から制御ゲート48に向かって
バンドギャップが大きくなる酸素注入領域46aを形成
したが、本発明はこれに限らず、シリコン(ポリシリコ
ン)以外の材料からなる浮遊ゲートに、その浮遊ゲート
の構成材料の元素と結合することにより浮遊ゲートの構
成材料よりもバンドギャップが大きくなるような原子を
注入するようにしてもよい。
Further, in the fourth embodiment, oxygen is implanted into the surface of the floating gate 46 made of a polysilicon film to form an oxygen implantation region 46a having a larger band gap from the floating gate 46 toward the control gate 48. However, the present invention is not limited to this, and a floating gate made of a material other than silicon (polysilicon) is combined with an element of the constituent material of the floating gate so that the band gap becomes larger than that of the constituent material of the floating gate. You may make it implant such an atom.

【0095】また、上記実施形態では、酸素を通常のイ
オン注入法を用いて注入したが、本発明はこれに限ら
ず、クラスタイオンビームなどを使用してもよい。ま
た、酸素を直接注入する代わりに、SiO2膜を形成す
るとともに、そのSiO2膜の上方からイオンを注入す
ることにより、SiO2膜からのリコイル原子を注入し
てもよい。
Further, in the above embodiment, oxygen was implanted by using a normal ion implantation method, but the present invention is not limited to this, and a cluster ion beam or the like may be used. Further, instead of implanting oxygen directly, to form the SiO 2 film, by implanting ions from above the SiO 2 film, it may be injected recoil atoms from SiO 2 film.

【0096】[0096]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ソース
/ドレイン領域間の距離が小さくなったとしても、リー
ク電流が発生するのを有効に防止することができるの
で、チャネル領域の長さを短くすることができる。
As described above, according to the present invention, even if the distance between the source / drain regions becomes small, it is possible to effectively prevent the generation of the leak current. The length can be shortened.

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

【図1】本発明の第1実施形態による半導体装置(横型
FET)を示した断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor device (lateral FET) according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示した第1実施形態の半導体装置におけ
る横方向のバンドギャップを示した模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a lateral band gap in the semiconductor device of the first embodiment shown in FIG.

【図3】図1に示した第1実施形態の半導体装置におけ
る縦方向のバンドギャップを示した模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a vertical band gap in the semiconductor device of the first embodiment shown in FIG.

【図4】図1に示した第1実施形態の半導体装置におけ
る縦方向のバンドギャップを示した模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a band gap in a vertical direction in the semiconductor device of the first embodiment shown in FIG.

【図5】図1に示した第1実施形態の半導体装置の製造
プロセスを説明するための断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment shown in FIG.

【図6】図1に示した第1実施形態の半導体装置の製造
プロセスを説明するための断面図である。
6A and 6B are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment shown in FIG.

【図7】図1に示した第1実施形態の半導体装置の製造
プロセスを説明するための断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process for the semiconductor device of the first embodiment shown in FIG.

【図8】図1に示した第1実施形態の半導体装置の製造
プロセスを説明するための断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process for the semiconductor device of the first embodiment shown in FIG.

【図9】本発明の第2実施形態による半導体装置(横型
FET)を示した断面図である。
FIG. 9 is a sectional view showing a semiconductor device (lateral FET) according to a second embodiment of the present invention.

【図10】図9に示した第2実施形態の半導体装置の製
造プロセスを説明するための断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process for the semiconductor device according to the second embodiment shown in FIG.

【図11】図9に示した第2実施形態の半導体装置の製
造プロセスを説明するための断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process for the semiconductor device of the second embodiment shown in FIG.

【図12】本発明の第3実施形態による半導体装置(フ
ラッシュメモリ)を示した断面図である。
FIG. 12 is a sectional view showing a semiconductor device (flash memory) according to a third embodiment of the present invention.

【図13】図12に示した第3実施形態の半導体装置の
製造プロセスを説明するための断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process for the semiconductor device of the third embodiment shown in FIG.

【図14】図12に示した第3実施形態の半導体装置に
おける横方向のバンドギャップを示した模式図である。
FIG. 14 is a schematic diagram showing a lateral band gap in the semiconductor device of the third embodiment shown in FIG.

【図15】図12に示した第3実施形態の半導体装置に
おける縦方向のバンドギャップを示した模式図である。
FIG. 15 is a schematic diagram showing a vertical band gap in the semiconductor device of the third embodiment shown in FIG.

【図16】図12に示した第3実施形態の半導体装置に
おける縦方向のバンドギャップを示した模式図である。
16 is a schematic diagram showing a band gap in the vertical direction in the semiconductor device of the third embodiment shown in FIG.

【図17】本発明の第4実施形態による半導体装置(フ
ラッシュメモリ)を示した断面図である。
FIG. 17 is a sectional view showing a semiconductor device (flash memory) according to a fourth embodiment of the present invention.

【図18】図17に示した第4実施形態による半導体装
置の浮遊ゲートと制御ゲートとの間のバンドギャップの
一例を示した模式図である。
FIG. 18 is a schematic diagram showing an example of a bandgap between a floating gate and a control gate of the semiconductor device according to the fourth embodiment shown in FIG.

【図19】図18に示したバンドギャップの状態から浮
遊ゲートと制御ゲートとの間に電圧を印加した場合にお
けるバンドギャップの状態を示した模式図である。
19 is a schematic diagram showing the state of the band gap when a voltage is applied between the floating gate and the control gate from the state of the band gap shown in FIG.

【図20】図17に示した第4実施形態による半導体装
置の浮遊ゲートと制御ゲートとの間のバンドギャップの
他の例を示した模式図である。
20 is a schematic diagram showing another example of the band gap between the floating gate and the control gate of the semiconductor device according to the fourth embodiment shown in FIG.

【図21】図20に示したバンドギャップの状態から浮
遊ゲートと制御ゲートとの間に電圧を印加した場合にお
けるバンドギャップの状態を示した模式図である。
21 is a schematic diagram showing the state of the band gap when a voltage is applied between the floating gate and the control gate from the state of the band gap shown in FIG.

【図22】図17に示した第4実施形態による半導体装
置の浮遊ゲートと制御ゲートとの間のバンドギャップの
さらに他の例を示した模式図である。
22 is a schematic diagram showing still another example of the band gap between the floating gate and the control gate of the semiconductor device according to the fourth embodiment shown in FIG. 17. FIG.

【図23】図22に示したバンドギャップの状態から浮
遊ゲートと制御ゲートとの間に電圧を印加した場合にお
けるバンドギャップの状態を示した模式図である。
23 is a schematic diagram showing the state of the band gap when a voltage is applied between the floating gate and the control gate from the state of the band gap shown in FIG.

【図24】本発明の第4実施形態の比較例によるバンド
ギャップを示した模式図である。
FIG. 24 is a schematic diagram showing a bandgap according to a comparative example of the fourth embodiment of the present invention.

【図25】本発明の第4実施形態によるバンドギャップ
を示した模式図である。
FIG. 25 is a schematic diagram showing a bandgap according to a fourth embodiment of the present invention.

【図26】図17に示した第4実施形態の半導体装置の
製造プロセスを説明するための断面図である。
FIG. 26 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process for the semiconductor device of the fourth embodiment shown in FIG.

【図27】図17に示した第4実施形態の半導体装置の
製造プロセスを説明するための断面図である。
FIG. 27 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process for the semiconductor device of the fourth embodiment shown in FIG.

【図28】本発明の第5実施形態による半導体装置(縦
型FET)を示した平面図である。
FIG. 28 is a plan view showing a semiconductor device (vertical FET) according to a fifth embodiment of the present invention.

【図29】図28に示した第5実施形態の半導体装置の
100−100線に沿った断面図である。
29 is a sectional view taken along the line 100-100 of the semiconductor device of the fifth embodiment shown in FIG.

【図30】図28に示した第5実施形態の半導体装置の
200−200線に沿った断面図である。
30 is a sectional view taken along the line 200-200 of the semiconductor device according to the fifth embodiment shown in FIG.

【図31】本発明の第5実施形態による半導体装置のチ
ャネル領域における酸素濃度と深さとの関係を示した特
性図である。
FIG. 31 is a characteristic diagram showing the relationship between oxygen concentration and depth in the channel region of the semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention.

【図32】本発明の第6実施形態による半導体装置(縦
型FET)を示した平面図である。
FIG. 32 is a plan view showing a semiconductor device (vertical FET) according to a sixth embodiment of the present invention.

【図33】図32に示した第6実施形態の半導体装置の
300−300線に沿った断面図である。
FIG. 33 is a sectional view taken along the line 300-300 of the semiconductor device of the sixth embodiment shown in FIG. 32.

【図34】図32に示した第6実施形態の半導体装置の
400−400線に沿った断面図である。
34 is a sectional view taken along the line 400-400 of the semiconductor device according to the sixth embodiment shown in FIG. 32.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、11、21、41、61、81 シリコン基板(半
導体基板) 2、12、22、42 ソース領域(ソース/ドレイン
領域) 3、13、23、43 ドレイン領域(ソース/ドレイ
ン領域) 4、14、24、63、83 チャネル領域 5、15、25 ゲート絶縁膜(絶縁膜) 6、16、67 ゲート電極 26、46 浮遊ゲート 30、48 制御ゲート 62、64、82、84 ソース/ドレイン領域
1, 11, 21, 41, 61, 81 Silicon substrate (semiconductor substrate) 2, 12, 22, 42 Source region (source / drain region) 3, 13, 23, 43 Drain region (source / drain region) 4, 14 , 24, 63, 83 Channel regions 5, 15, 25 Gate insulating film (insulating film) 6, 16, 67 Gate electrodes 26, 46 Floating gates 30, 48 Control gates 62, 64, 82, 84 Source / drain regions

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/792 Fターム(参考) 5F083 EP03 EP15 EP22 EP24 EP25 EP27 ER17 ER22 GA05 GA06 PR10 PR29 PR36 PR40 5F101 BA03 BA12 BA13 BA19 BB02 BB04 BB08 BD12 BE07 BF09 BH09 BH19 5F140 AA18 AA24 AC23 AC32 BA01 BB04 BB13 BB16 BC06 BE07 BF01 BF04 BF43 BF44 BG08 BG36 BG40 BH02 BH05 BH07 BH15 BJ01 BJ08 BK02 BK13 CC08 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 29/792 F term (reference) 5F083 EP03 EP15 EP22 EP24 EP25 EP27 ER17 ER22 GA05 GA06 PR10 PR29 PR36 PR40 5F101 BA03 BA12 BA13 BA19 BB02 BB04 BB08 BD12 BE07 BF09 BH09 BH19 5F140 AA18 AA24 AC23 AC32 BA01 BB04 BB13 BB16 BC06 BE07 BF01 BF04 BF43 BF44 BG08 BG36 BG40 BH02 BH05 BH07 BH15 BJ01 BJ08 BK02BK02

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板に形成された一対のソース/
ドレイン領域と、 前記一対のソース/ドレイン領域間に形成され、前記半
導体基板を構成する材料よりもバンドギャップの大きい
チャネル領域とを備えた、半導体装置。
1. A pair of sources / formed on a semiconductor substrate
A semiconductor device comprising: a drain region; and a channel region formed between the pair of source / drain regions and having a band gap larger than that of a material forming the semiconductor substrate.
【請求項2】 前記チャネル領域は、前記半導体基板を
構成する元素と結合することにより前記半導体基板を構
成する元素よりもバンドギャップが大きくなる原子を前
記半導体基板に導入することによって形成されている、
請求項1に記載の半導体装置。
2. The channel region is formed by introducing into the semiconductor substrate, an atom having a band gap larger than that of an element forming the semiconductor substrate by being combined with an element forming the semiconductor substrate. ,
The semiconductor device according to claim 1.
【請求項3】 前記半導体基板は、シリコン基板を含
み、 前記シリコン基板に導入される原子は、酸素を含む、請
求項2に記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor substrate includes a silicon substrate, and the atoms introduced into the silicon substrate include oxygen.
【請求項4】 前記チャネル領域は、前記シリコン基板
よりも大きなバンドギャップを持ったSiOx(0≦x
≦2)領域を含み、 前記一方のソース/ドレイン領域の伝導帯と、前記チャ
ネル領域の伝導帯と、前記他方のソース/ドレイン領域
の伝導帯とが滑らかに繋がっている、請求項3に記載の
半導体装置。
4. The channel region is made of SiOx (0 ≦ x) having a band gap larger than that of the silicon substrate.
≦ 2) region, wherein the conduction band of the one source / drain region, the conduction band of the channel region, and the conduction band of the other source / drain region are smoothly connected. Semiconductor device.
【請求項5】 前記一対のソース/ドレイン領域は、前
記半導体基板の深さ方向に所定の間隔を隔てて形成さ
れ、 前記チャネル領域は、前記一対のソース/ドレイン間の
電子が通過する領域に形成されている、請求項1〜4の
いずれか1項に記載の半導体装置。
5. The pair of source / drain regions are formed at a predetermined distance in the depth direction of the semiconductor substrate, and the channel region is a region through which electrons pass between the pair of source / drains. The semiconductor device according to claim 1, which is formed.
【請求項6】 前記一対のソース/ドレイン領域は、前
記半導体基板の表面に沿った方向に所定の間隔を隔てて
形成され、 前記チャネル領域は、前記一対のソース/ドレイン間の
電子が通過する領域に形成されている、請求項1〜4の
いずれか1項に記載の半導体装置。
6. The pair of source / drain regions are formed at a predetermined interval in a direction along a surface of the semiconductor substrate, and the channel region allows electrons between the pair of source / drain to pass therethrough. The semiconductor device according to claim 1, which is formed in the region.
【請求項7】 前記チャネル領域に対して、前記チャネ
ル領域よりもバンドギャップの大きい絶縁膜を介して形
成されたゲート電極をさらに備える、請求項1〜6のい
ずれか1項に記載の半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a gate electrode formed on the channel region via an insulating film having a band gap larger than that of the channel region. .
【請求項8】 半導体基板に形成された一対のソース/
ドレイン領域と、 前記半導体基板を構成する元素と結合することにより前
記半導体基板を構成する元素よりもバンドギャップが大
きくなる原子を前記半導体基板に導入することによって
形成されたチャネル領域と、 前記チャネル領域に対して、前記チャネル領域よりもバ
ンドギャップの大きい絶縁膜を介して形成された浮遊ゲ
ートとを備え、 一方の前記ソース/ドレイン領域の伝導帯と、前記チャ
ネル領域の伝導帯と、他方の前記ソース/ドレイン領域
の伝導帯とが滑らかに繋がっている、半導体装置。
8. A pair of sources / formed on a semiconductor substrate
A drain region; a channel region formed by introducing into the semiconductor substrate atoms that have a bandgap larger than that of an element forming the semiconductor substrate by combining with an element forming the semiconductor substrate; A floating gate formed via an insulating film having a bandgap larger than that of the channel region, the conduction band of the source / drain region on one side, the conduction band of the channel region, and the conduction band on the other side. A semiconductor device in which the conduction bands of the source / drain regions are smoothly connected.
【請求項9】 半導体基板に形成された一対のソース/
ドレイン領域と、 前記一対のソース/ドレイン領域間に位置するチャネル
領域上に形成された浮遊ゲートと、 前記浮遊ゲートに対してトンネル絶縁膜を介して対向す
るように形成された制御ゲートとを備え、 前記浮遊ゲートと前記制御ゲートとの間の前記浮遊ゲー
ト側の界面に、前記浮遊ゲートを構成する元素と結合す
ることにより前記浮遊ゲートを構成する元素よりもバン
ドギャップが大きくなる原子を導入することによって、
前記浮遊ゲートから前記制御ゲートに向かって滑らかに
バンドギャップが大きくなるように制御した、半導体装
置。
9. A pair of sources / formed on a semiconductor substrate.
A drain region, a floating gate formed on a channel region located between the pair of source / drain regions, and a control gate formed to face the floating gate via a tunnel insulating film. At the interface between the floating gate and the control gate on the side of the floating gate, an atom having a band gap larger than that of the element forming the floating gate is introduced by combining with an element forming the floating gate. By
A semiconductor device in which control is performed so that the band gap smoothly increases from the floating gate toward the control gate.
【請求項10】 前記浮遊ゲートおよび前記制御ゲート
は、シリコンを含み、 前記浮遊ゲートと前記制御ゲートとの間の前記浮遊ゲー
ト側の界面に、前記シリコンと結合することにより前記
シリコンよりもバンドギャップが大きくなる酸素を導入
することによって、前記浮遊ゲートから前記制御ゲート
に向かって滑らかにバンドギャップが大きくなるよう
に、SiとOとの組成比を、前記浮遊ゲート側は、実質
的にSiと同様の状態、前記制御ゲート側は、SiO2
に近い状態または実質的にSiO2と同様の状態に制御
する、請求項9に記載の半導体装置。
10. The floating gate and the control gate include silicon, and an interface between the floating gate and the control gate on the side of the floating gate has a band gap larger than that of the silicon by being bonded to the silicon. Is introduced so that the band gap smoothly increases from the floating gate to the control gate, the composition ratio of Si and O is set to be substantially Si on the floating gate side. In the same state, the control gate side is SiO 2
10. The semiconductor device according to claim 9, wherein the semiconductor device is controlled to a state close to the above or a state substantially similar to SiO 2 .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015076609A (en) * 2013-10-07 2015-04-20 アイメック・ヴェーゼットウェーImec Vzw Selector for rram

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