JP2008047726A - スプリットゲート型不揮発性メモリとその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1拡散領域(3)と、第2拡散領域(4)とを具備するスプリットゲート型のメモリセル(1)を構成する。その第1拡散領域(3)と前記第2拡散領域(4)との間には、チャネル領域(10)を備える。その不揮発性メモリセル(1)において、前記チャネル領域(10)は、所定の不純物濃度を有する第1チャネル領域(13)を含むものとする。ここにおいて、前記第1チャネル領域(13)を、前記第1拡散領域(3)および前記第2拡散領域(4)から離間する位置に設ける。
【選択図】図9
Description
第1拡散領域103は、記憶内容を書き込みする時にはドレインとして作用し、読み出す時にはソースとして作用する。また、第2拡散領域104は、記憶内容を書き込む時にはソースとして作用し、読み出す時にはドレインとして作用する。第1拡散領域103と第2拡散領域104との間には、チャネルが形成されるチャネル領域110が備えられている。スプリットゲート型不揮発性半導体記憶装置は、スタックゲート電極構造を持ったメモリセルとは異なり、フローティングゲートがチャネル領域110の一部(後述する第1チャネル領域110a)のみを覆い、チャネル領域のその他の部分(後述する第2チャネル領域110b)をコントロールゲートが覆っている。
スプリットゲート型不揮発性メモリ201において、ソースサイド注入方式によりフローティングゲートに電子注入を行なう場合、所望のホットエレクトロンを発生させるためには、フローティングゲート205とコントロールゲート206との境界部分に電界を集中させる必要がある。ところが、このときパンチスルーが起こっていると、その境界部分で電界を集中させることが困難となり、その境界部分で所望のチャネルホットエレクトロンを発生させることができなくなることがある。これにより、従来のスプリットゲート型不揮発性メモリ201では、書き込みを実行するメモリセルに対して、書き込み効率が低下してしまったり、書き込みができなかったりする場合がある。
ここにおいて、その不揮発性メモリセル(1)の前記チャネル領域(10)は、第1不純物濃度を有する第1チャネル領域(11、13)と、第2不純物濃度を有する第2チャネル領域(12、13)と、前記第1チャネル領域((11、13))と前記第2チャネル領域((12、13))が重なる第3チャネル領域(13)とを含むことを特徴とする。
以下に、図面を参照して、本発明のスプリットゲート型不揮発性メモリにおける第1の実施形態について説明を行う。図7は、本実施形態のスプリットゲート型不揮発性メモリのメモリセル(以下、スプリットゲート型不揮発性メモリセル1と呼ぶ。)の構成を例示する断面図である。図7は、本願発明の理解を容易にするために、スプリットゲート型不揮発性メモリセル1の構成を簡略化した断面を例示している。本実施形態のスプリットゲート型不揮発性メモリセル1は、基板に発生したチャネルホットエレクトロンが、フローティングゲート注入されることで、書き込みが行われる。また、フローティングゲートからコントロールゲートに電子を引き抜くことでデータの消去を行っている。さらに、コントロールゲートに読み出し用の電圧を印加することで、メモリセルの状態(ON、OFF)を検出している。なお、本願発明におけるデータの消去動作は、上述の消去方法に限定されるものではない。
ここにおいて、スペーサー27をマスクとして作用させた場合、注入された不純物は、エッチングされた領域よりも若干外側(マスクとして作用するスペーサー27の下層)の基板2にも拡散する。したがって、図8Kに示されているように、第2チャネル領域12を形成する代11の工程において、同時的に第3チャネル領域13が形成される。このとき、不純物を注入するエネルギーや角度を制御することによって、所望の幅を有する第3チャネル領域13を形成することが可能となる。また、イオン注入する不純物の種類を、拡散の度合いに対応して変えることで、所望の幅を有する第3チャネル領域13を形成することが可能となる。さらに、不純物の注入を行った後、アニール等の処理を実行することで、不純物が第3チャネル領域13の幅を制御するような工程を加えても良い。
このように、本実施形態のスプリットゲート型不揮発性メモリセル1は、ソース−ドレイン間に高電界がかかる書き込み動作時において、第3チャネル領域13の作用によって、ソース側の空乏層41とドレイン側の空乏層41とのつながりが抑制されている。このため、フローティングゲート長を短くした場合でも、基板2におけるフローティングゲートとコントロールゲートの境界部分、つまり第3チャネル領域13に所望のチャネルホットエレクトロンが発生しフローティングゲートに注入される。これによって、本実施形態のスプリットゲート型不揮発性メモリセル1では、適切な書き込み動作が実行されることとなる。
以下に、図面を参照して、本願発明の第2の実施形態について説明を行う。なお、第2の実施形態で参照する図面において、第1の実施形態の図面に付されている符号と同じ符号が付されている要素は、第1の実施形態の要素と同様の構成・動作である。したがって、以下の実施形態において、その要素に関する詳細な説明は省略する。
2…基板
3…第1拡散領域
4…第2拡散領域
5…フローティングゲート
6…コントロールゲート
7…ゲート絶縁膜
8…トンネル酸化膜
9…絶縁膜
10…チャネル領域
11…第1チャネル領域
12…第2チャネル領域
13…第3チャネル領域
21…初期絶縁膜
22…第1ポリシリコン膜
23…窒化膜
24…レジストマスク
25…スロープ領域
26…酸化膜
27…スペーサー
28…サイドウォール
29…ソースライン
30…ソースポリ酸化膜
31…酸化膜
32…セルゲートポリ
33…窒化膜
34…LDD領域
41…空乏層
101…スプリットゲート型不揮発性メモリ
102…基板
103…第1拡散領域
104…第2拡散領域
105…ゲート絶縁膜
106…フローティングゲート
107…トンネル酸化膜
108…コントロールゲート
110…チャネル領域
110a…第1チャネル領域
110b…第2チャネル領域
121…レジスト
201…スプリットゲート型不揮発性メモリ
202…基板
203…第1拡散領域
204…第2拡散領域
205…フローティングゲート
206…コントロールゲート
207…ゲート絶縁膜
208…トンネル酸化膜
Claims (22)
- スプリットゲート型の不揮発性メモリセルであって、
第1拡散領域と、
第2拡散領域と、
前記第1拡散領域と前記第2拡散領域との間に備えられたチャネル領域と
を具備し、
前記チャネル領域は、
所定の不純物濃度を有する第1チャネル領域を含み、
前記第1チャネル領域は、前記第1拡散領域および前記第2拡散領域から離間する位置に設けられること
を特徴とする
不揮発性メモリセル。 - 請求項1に記載の不揮発性メモリセルにおいて、さらに、
第1絶縁膜を介して前記チャネル領域の上層に構成されるフローティングゲートと、
第2絶縁膜を介して前記チャネル領域の上層に構成され、前記フローティングゲート対応するように設けられたコントロールゲートと
を具備し、
前記チャネル領域は、
前記第1チャネル領域と重ならない第2チャネル領域と、
前記第1チャネル領域と前記第2チャネル領域の各々と重ならない第3チャネル領域と
を含み、
前記第1拡散層は、
前記第2チャネル領域を介して前記第1チャネル領域に接続され、
前記第2拡散層は、
前記第3チャネル領域を介して前記第1チャネル領域に接続され、
前記第1チャネル領域は、前記第1絶縁膜と前記第2絶縁膜の少なくとも一方を介して、前記コントロールゲートと前記フローティングゲートの境界部分の下層に構成される
不揮発性メモリセル。 - 請求項2に記載の不揮発性メモリセルにおいて、
前記チャネル領域は、
半導体基板に注入された不純物の濃度に対応して構成され、
前記第1チャネル領域は、
前記第2チャネル領域に含まれる不純物の濃度、および、前記第3チャネル領域に含まれる不純物の濃度よりも高い濃度の不純物を有する
不揮発性メモリセル。 - 請求項1に記載の不揮発性メモリセルにおいて、
前記チャネル領域は、
前記第1拡散領域と前記第1チャネル領域との間に構成された第2チャネル領域と、
前記第2拡散領域と前記第1チャネル領域との間に構成された第3チャネル領域と
を含み、
前記第1チャネル領域は、
前記第2チャネル領域に含まれる不純物の濃度、および、前記第3チャネル領域に含まれる不純物の濃度よりも高い濃度の不純物を有する
不揮発性メモリセル。 - スプリットゲート型の不揮発性メモリセルであって、
第1拡散領域と、
第2拡散領域と、
前記第1拡散領域と前記第2拡散領域との間に備えられたチャネル領域と
を具備し、
前記チャネル領域は、
第1不純物濃度を有する第1チャネル領域と、
第2不純物濃度を有する第2チャネル領域と、
前記第1チャネル領域と前記第2チャネル領域が重なる第3チャネル領域とを含むこと
を特徴とする
不揮発性メモリセル。 - 請求項5に記載の不揮発性メモリセルにおいて、さらに、
第1絶縁膜を介して前記チャネル領域の上層に構成されるフローティングゲートと、
第2絶縁膜を介して前記フローティングゲートに隣り合い、前記フローティングゲートに対応するように設けられたコントロールゲートと
を具備し、
前記第1チャネル領域は、前記コントロールゲートの下層に構成され、
前記第2チャネル領域は、前記フローティングゲートの下層に構成され、
前記第3チャネル領域は、前記コントロールゲートと前記フローティングゲートの境界部分の下層に構成される
不揮発性メモリセル。 - 請求項6に記載の不揮発性メモリセルにおいて、
前記第3チャネル領域の不純物濃度は、
前記第1チャネル領域に含まれる不純物の濃度、および、前記第2チャネル領域に含まれる不純物を合わせた濃度である
不揮発性メモリセル。 - スプリットゲート型の不揮発性メモリセルであって、
第1拡散領域と、
第2拡散領域と、
前記第1拡散領域と前記第2拡散領域との間に備えられたチャネル領域と
を具備し、
前記チャネル領域は、
第1チャネル領域と、
前記第1チャネル領域と重ならない第2チャネル領域と、
前記第1チャネル領域と前記第2チャネル領域と重ならない第3チャネル領域と
を含み、
前記第3チャネル領域の不純物濃度は、前記第1チャネルの不純物濃度、および、前記第2チャネル領域の不純物濃度と異なる不純物濃度である
不揮発性メモリセル。 - 請求項8に記載の不揮発性メモリセルにおいて、さらに、
第1絶縁膜を介して前記チャネル領域の上層に構成されるコントロールゲートと、
第2絶縁膜を介して前記チャネル領域の上層に構成されるフローティングゲートと
を具備し、
前記コントロールゲートは、側面を有し、
前記側面は、
第3絶縁膜を介して前記フローティングゲートに対応するように設けられ、
前記第1チャネル領域は、前記第1絶縁膜を介して、前記コントロールゲートの下層に構成され、
前記第2チャネル領域は、前記第2絶縁膜を介して、前記フローティングゲートの下層に構成され、
前記第3チャネル領域は、前記第3絶縁膜の下方領域に構成される
不揮発性メモリセル。 - 請求項9に記載の不揮発性メモリセルにおいて、
前記不純物濃度は、
前記チャネル領域の半導体基板に注入された不純物に対応して構成され、
前記第3チャネル領域は、
前記第1チャネル領域に含まれる不純物の濃度、および、前記第2チャネル領域に含まれる不純物の濃度よりも高い濃度の不純物を有する
不揮発性メモリセル。 - コントロールゲートとフローティングゲートとを有する不揮発性メモリセルの製造方法であって、
(a)第1マスクを形成するステップと、前記第1マスクはフローティングゲートが形成される領域に開口部を有し、
(b)前記第1マスクを用いて、前記開口部に対応する前記半導体基板に第1不純物を拡散させるステップと、
(c)前記開口部に、第2マスクを形成するステップと、
(d)前記第2マスクを用いて、前記コントロールゲートの下層に対応する前記半導体基板に第2不純物を拡散させるステップと、
(e)前記半導体基板上に形成されたポリシリコン膜をエッチングして前記フローティングゲートを形成し、前記フローティングゲートに対応する前記コントロールゲートを形成するステップ
を具備する
不揮発性メモリセルの製造方法。 - 請求項11に記載の不揮発性メモリセルの製造方法において、
前記(b)ステップは、
前記フローティングゲート下のホットエレクトロン効果を抑制するような濃度で、前記第1不純物を拡散させるステップを含み、
前記(d)ステップは、
前記コントロールゲート下のホットエレクトロン効果を抑制するような濃度で、前記第1不純物を拡散させるステップを含む
不揮発性メモリセルの製造方法。 - 請求項12に記載の不揮発性メモリセルの製造方法において、
前記(b)ステップは、
前記第1マスクの下方に、前記第1不純物を拡散させるステップを含み、
前記(d)ステップは、
前記第2マスクの下方に、前記第2不純物を拡散させることにより、自動的に第1不純物と第2不純物とを含む拡散領域を形成するステップ
を含む
不揮発性メモリセルの製造方法。 - 請求項11から13の何れか一項に記載の不揮発性メモリセルの製造方法において、さらに、
(f)前記第1不純物が拡散される領域と、前記第2不純物が拡散される領域に対してアニールを実行するステップ
を具備する
不揮発性メモリセルの製造方法。 - フローティングゲートとコントロールゲートとを有するスプリットゲート型不揮発性半導体記憶装置を製造する製造方法であって、
(a)第1絶縁膜を介して基板の上層に形成されるポリシリコン膜の上層に、第2絶縁膜を形成するステップと、
(b)前記第2絶縁膜をエッチングして、前記フローティングゲートが形成される領域に第1開口部を形成するステップと、
(c)前記ポリシリコン膜をエッチングし、前記第1開口部側壁の近傍に傾斜部を形成するステップと、
(d)前記第1開口部に対応する前記半導体基板に、第1不純物を拡散させるステップと、
(e)前記第2絶縁膜と前記第1開口部の上層に第3絶縁膜を形成し、前記第3絶縁膜をエッチバックしてサイドウォールを形成するステップと、
(f)前記第2絶縁膜を取り除いて第2開口部を形成するステップと、
(g)前記サイドウォールをマスクとして作用させて、前記第2開口部の前記コントロールゲートの下層に対応する前記半導体基板に第2不純物を拡散させるステップと、
(h)前記第3開口部の下層に構成される前記基板の面を露出し、前記基板の前記面、前記フローティングゲートおよび前記サイドウォールを覆うように前記コントロールゲートを形成するステップ
を具備する
スプリットゲート型不揮発性メモリセルの製造方法。 - 請求項15に記載の不揮発性メモリセルの製造方法において、
前記(d)ステップは、
前記フローティングゲート下のホットエレクトロン効果を抑制するような濃度で、前記第1不純物を拡散させるステップを含み、
前記(g)ステップは、
前記コントロールゲート下のホットエレクトロン効果を抑制するような濃度で、前記第1不純物を拡散させるステップを含む
スプリットゲート型不揮発性メモリセルの製造方法。 - 請求項16に記載の不揮発性メモリセルの製造方法において、
前記(d)ステップは、
前記第2絶縁膜の下方に、前記第1不純物を拡散させるステップを含み、
前記(g)ステップは、
前記サイドウォールの下方に、前記第2不純物を拡散させることにより、自動的に第1不純物と第2不純物とを含む拡散領域を形成するステップ
を含む
スプリットゲート型不揮発性メモリセルの製造方法。 - 請求項15から17の何れか一項に記載のスプリットゲート型不揮発性メモリセルの製造方法において、さらに、
(i)前記第1不純物が拡散される領域と、前記第2不純物が拡散される領域に対してアニールを実行するステップ
を具備する
スプリットゲート型不揮発性メモリセルの製造方法。 - 不揮発性メモリセルを製造する製造方法であって、
(a)基板の上層に第1絶縁膜を形成し、前記第1絶縁膜の上層に第1開口部を有する第2絶縁膜を形成するステップと、
(b)前記第2絶縁膜をマスクとして、前記第1開口部の下層に対応する前記半導体基板に第1不純物を拡散させるステップと、
(c)前記第1開口部にポリシリコン膜を形成するステップと、
(d)前記第2絶縁膜を取り除いて第2開口部を形成するステップと、
(e)前記ポリシリコン膜をマスクとして、前記第2開口部の前記半導体基板に第2不純物を拡散させるステップと、
(f)前記第2開口部と、前記ポリシリコン膜とを覆うように前記コントロールゲートを形成するステップ
を具備する
不揮発性メモリセルの製造方法。 - 請求項19に記載の不揮発性メモリセルの製造方法において、
前記(b)ステップは、
前記フローティングゲート下のホットエレクトロン効果を抑制するような濃度で、前記第1不純物を拡散させるステップを含み、
前記(e)ステップは、
前記コントロールゲート下のホットエレクトロン効果を抑制するような濃度で、前記第1不純物を拡散させるステップを含む
不揮発性メモリセルの製造方法。 - 請求項20に記載の不揮発性メモリセルの製造方法において、
前記(b)ステップは、
前記第2絶縁膜の下方に、前記第1不純物を拡散させるステップを含み、
前記(e)ステップは、
前記サイドウォールの下方に、前記第2不純物を拡散させることにより、自動的に第1不純物と第2不純物とを含む拡散領域を形成するステップ
を含む
不揮発性メモリセルの製造方法。 - 請求項19から21の何れか一項に記載のスプリットゲート型不揮発性メモリセルの製造方法において、さらに、
(g)前記第1不純物が拡散される領域と、前記第2不純物が拡散される領域に対してアニールを実行するステップ
を具備する
スプリットゲート型不揮発性メモリセルの製造方法。
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