JP2808991B2 - 電気的に書込み可能な不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

電気的に書込み可能な不揮発性半導体記憶装置

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JP2808991B2 JP4176112A JP17611292A JP2808991B2 JP 2808991 B2 JP2808991 B2 JP 2808991B2 JP 4176112 A JP4176112 A JP 4176112A JP 17611292 A JP17611292 A JP 17611292A JP 2808991 B2 JP2808991 B2 JP 2808991B2
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信之 大矢
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、EPROM、フラッシ
ュEEPROMにおける書込特性を改善した電気的に書
込み可能な不揮発性半導体記憶装置に関する。
【0002】
【従来技術】近年、電気的に書込み可能な不揮発性半導
体記憶装置は益々高集積化、高速化が要求されてきてい
る。書込速度は書込電圧を高くすれば高くなるが、半導
体装置の耐圧による制限により高速化にも限界がある。
従って、従来は、特開平2−65275号公報に記載さ
れているように、ドレイン拡散領域の外縁部にドレイン
拡散領域の導電型と反対の導電型を有する高濃度不純物
拡散層を形成し、アバランシェ現象によるホットキャリ
アの発生を容易にすることで書込速度の向上を図ってい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の構成の
半導体装置は、絶縁ゲート直下のチャネルにおける不純
物濃度が、ドレイン拡散領域と反対の導電型の高濃度不
純物拡散層の形成によって変化する可能性があり、トラ
ンジスタの素子特性が悪化したり、ばらついたりすると
いう問題がある。又、その半導体装置の製造上において
は、ドレイン拡散領域と反対の導電型の高濃度不純物拡
散層の形成のために、フォトリソグラフィ工程、イオン
注入工程が増えるという問題がある。
【0004】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的とするところは、電気的に
書込み可能な不揮発性半導体記憶装置の書込速度を向上
させることである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成は、チャネルの上部に絶縁膜を介して配設
されたフローティングゲートと、そのフローティングゲ
ートの上部に絶縁膜を介して配設されたコントロールゲ
ートと、チャネルの両側に配設されたソース拡散領域及
びドレイン拡散領域を有し、前記コントロールゲートに
高電界を印加することで前記フローティングゲートに電
荷を蓄積することによりデータを記憶するようにした電
気的に書込み可能な不揮発性半導体記憶装置において、
前記フローティングゲートと前記ドレイン拡散領域との
間の静電容量Cdの増加量ΔCdを、
【数2】ΔCd=W・ε0 ・εr ・Rp・sinθ/t 但し、ε0 :真空の誘電率、εr :前記チャネル上部の
絶縁膜の比誘電率、Rp:注入イオンの投影飛程、t:
前記チャネル上部の絶縁膜の膜厚、W:ゲート幅とした
とき、前記ΔCdに基づき、 基板の導電型と反対の導電
型を有する前記ドレイン拡散領域を、前記フローティン
グゲート及びコントロールゲート形成後に、それらのゲ
ートをマスクとして、基板の法線に対して入射角30〜
60度で傾斜した方向にイオン注入されることにより前
記フローティングゲートのエッジ直下よりも前記ソース
拡散領域側に張り出して形成したことを特徴とする。
又、他の発明の構成は、そのドレイン拡散領域の張出長
をゲート長に対して0.1よりも大きい長さとしたこと
を特徴とする。
【0006】
【作用及び発明の効果】ドレイン拡散領域がフローティ
ングゲートのエッジ直下よりもソース拡散領域側に張り
出して形成されている。即ち、真上から半導体記憶装置
を見て、フローティングゲートとドレイン拡散領域が
ッジ付近で絶縁膜を介在させて重なっている。つまり、
前記フローティングゲートと前記ドレイン拡散領域との
間の静電容量Cdの増加量ΔCdに従ってフローティン
グゲートとドレイン拡散領域間の静電容量が増加させる
ことができる。この結果、コントロールゲート及びドレ
イン拡散領域に電圧を印加してデータの書込みを行うと
き、フローティングゲートの電位を上昇させることがで
き、フローティングゲートの電位が上昇する結果、書込
み速度が向上する。しかもイオン注入時の入射角が30
度〜60度に設定しているので、書き込み速度を十分向
上させることができる。又、ドレイン拡散領域の張出長
をゲート長に対して0.1よりも大きい長さとすること
で、果的に書き込み速度、書き込み量を向上させること
ができる。
【0007】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図1は一般に用いられているEPROMの平面
配置を示した配置図である。1は砒素を不純物として高
濃度に拡散して得られるソース拡散領域(ソースライ
ン)であり、2はリンを不純物として高濃度に拡散した
多結晶シリコンで形成されるコントロールゲート(ワー
ドライン)である。3はLOCOSにより形成された素
子分離領域であり、4は図示しないビットラインとドレ
イン拡散領域5間のコンタクトである。5は砒素を不純
物として高濃度に拡散して得られるドレイン拡散領域で
あり、6はリンを不純物として高濃度に拡散した多結晶
シリコンで形成され、コントロールゲート2とシリコン
基板に対して絶縁されているフローティングゲートであ
る。また、領域7がユニットセルに当たり1つのEPR
OM素子を表している。以下、コントロールゲート2と
フローティングゲート6とを総称する場合には、絶縁ゲ
ート8という。
【0008】次に、本半導体装置の製造方法について説
明する。図2は、図1におけるII−II矢視方向(X軸に
沿った)の断面図で表した本半導体装置の製造工程を示
す図である。
【0009】図2の(1)に示す工程。P型不純物のド
ープされたシリコン基板27の上にゲート酸化膜(絶縁
膜)25が形成され、そのゲート酸化膜25上にフロー
ティングゲート6のための多結晶シリコン層22が形成
される。さらに、その多結晶シリコン層22上に酸化膜
(絶縁膜)24が形成され、その酸化膜24の上にコン
トロールゲート2のための多結晶シリコン層21が形成
される。
【0010】図2の(2)に示す工程。次に、レジスト
を一様に塗布してフォトリソグラフにより絶縁ゲート8
の直上部以外のレジストを除去してマスクを形成する。
そのレジストマスクを用いて、多結晶シリコン層21、
酸化膜24、多結晶シリコン層22をエッチングする。
【0011】図2の(3)に示す工程。次に、図面上右
斜め方向からリンイオンビームを照射し、基板27を1
80°回転させて、図面上左斜め方向からリンイオンビ
ームを照射する。この工程により、ソース拡散領域1及
びドレイン拡散領域5が形成される。この時、図3に示
すように、ソース拡散領域1のエッジ1aは、フローテ
ィングゲート6のエッジ6bよりも内側(チャネル側)
に張出し、ドレイン拡散領域5のエッジ5aはフローテ
ィングゲート6のエッジ6aよりも内側(チャネル側)
に張出している。ソース拡散領域1及びドレイン拡散領
域5は、共に、このような斜めイオン注入で形成される
ため、全体に渡って等不純物濃度とすることができる。
【0012】図2の(4)に示す工程。次に、SiO2によ
る層間絶縁膜36を形成し、レジスト塗布、フォトリソ
グラフ、エッチング、スパッタリングにより、ソース拡
散領域1、ドレイン拡散領域5、コントロールゲート2
に対する配線層34が形成される。次に、パッシベーシ
ョン膜35が形成される。このようにして、EPROM
が製造される。
【0013】EPROMの書込み特性をよくするには、
図4に示すように、コントロールゲート2に印可する電
圧を大きくすれば良いことが知られている。しかし、ゲ
ート酸化膜25、酸化膜24の耐電圧やリーク特性、高
電圧を印可するための周辺のトランジスタの耐電圧のた
めに、コントロールゲート2に印加する電圧を大きくす
るには限界がある。
【0014】コントロールゲート電圧を大きくすると書
込み特性が向上するのはコントロールゲート電圧に引っ
張られてフローティングゲート6の電位も大きくなるか
らである。よって、もしも、コントロールゲート電圧を
変えずにフローティングゲート6の電位を大きくするこ
とができれば、耐圧等の問題なしに書込み特性を向上さ
せることができる。
【0015】フローティングゲート6の電位は次式で表
される。
【数1】 Vfg=(C2・Vcg+Cd・Vd)/(C1+C2) …(1) 但し、 Vfg:フローティングゲートの電位 Vcg:コントロールゲート電圧 Vd :ドレイン電圧 C1 :フローティングゲートと基板、ソース、ドレイ
ン間の容量 C2 :コントロールゲートとフローティングゲート間
の容量 Cd :フローティングゲートとドレイン間の容量
【0016】従って、フローティングゲート6とドレイ
ン拡散領域5との間の静電容量Cdを大きくすれば、コ
ントロールゲート電圧Vcgを大きくすることなく、フ
ローディングゲート6の電位Vfgを上昇させることが
できる。よって、コントロールゲート6の電圧を大きく
した時と同様に書込み特性(書込み速度)が向上する。
【0017】図3に示すように、ドレイン拡散領域5の
形成時に、基板27の法線nに対する入射角θでイオン
注入を行う時、フローティングゲート6とドレイン拡散
領域5との間の静電容量Cdの増加量ΔCdは、
【数2】 ΔCd=W・ε0 ・εr ・Rp・sinθ/t …(2) となる。但し、 ε0 :真空の誘電率 εr :ゲート酸化膜25の比誘電率 Rp:注入イオンの投影飛程 t :ゲート酸化膜25の膜厚 W :ゲート幅
【0018】ここで、Rp=0.2μm、W=1μm、
t=30nm、C1=1fF、C2=3fF、Vd=
8.5V、Vcg=12Vとする。この条件で、イオン
注入の入射角θに対する書込み量の関係を求めた。その
特性を図5に示す。入射角θ≧60°の場合には、書込
み量はそれほど向上せず、注入イオンの縦方向侵入深さ
が十分にとれないという問題もある。従って、イオン注
入の入射角θは30度〜60度の範囲が最適である。
又、ソース拡散領域1及びドレイン拡散領域5が共にフ
ローティングゲート6の直下に張出すため、実効ゲート
長が短くなる。よって、実効ゲート長が短くなった分だ
け書込み量も増加する。尚、ゲート長が1μmの時、ド
レイン拡散領域5の張出し長さRp・sinθは0.1
〜0.2μmが望ましい。
【0019】上述したように本実施例のEPROMは、
斜めイオン注入によりソース拡散領域1とドレイン拡散
領域5の形成工程において、それらがフローティングゲ
ート6の直下に張出して形成されるので、特別のイオン
注入工程を付加する必要がないため製造が簡単である。
又、本発明は、ホットエレクトロンの発生を容易化する
ためにドレイン拡散領域の周囲に反対の導電型の高濃度
拡散領域を形成するものでないため、その高濃度拡散領
域の形成工程が省略でき、しかも、チャネルに不純物が
拡散しないため、素子特性が良好に保持される。尚、本
実施例ではソース拡散領域1もフローティングゲート6
の直下に張出すように構成したが、ドレイン拡散領域5
のみをフローティングゲート6の直下に張出すようにし
ても良い。又、本発明は、EPROMの他、フラッシュ
EEPROMにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の具体的な一実施例にかかるEPROM
の平面的配置を示した平面配置図。
【図2】上記実施例のEPROMの製造工程を示した断
面図。
【図3】上記実施例のEPROMの特徴部分を示した断
面図。
【図4】コントロールゲート電圧に対するEPROMの
書込量(読出時しきい値電圧の変化分)の関係を示した
特性図。
【図5】上記実施例のEPROMにおけるイオン注入の
入射角に対する書込量の関係を示した特性図。
【符号の説明】
1…ソース拡散領域 2…コントロールゲート 5…ドレイン拡散領域 6…フローティングゲート 6a…エッジ 25…ゲート酸化膜(絶縁膜) 24…酸化膜(絶縁膜)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−128477(JP,A) 特開 平3−268365(JP,A) 特開 平4−211178(JP,A) 特開 平3−3274(JP,A) 特開 平5−110111(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 29/788 - 29/792

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チャネルの上部に絶縁膜を介して配設さ
    れたフローティングゲートと、そのフローティングゲー
    トの上部に絶縁膜を介して配設されたコントロールゲー
    トと、チャネルの両側に配設されたソース拡散領域及び
    ドレイン拡散領域を有し、前記コントロールゲートに高
    電界を印加することで前記フローティングゲートに電荷
    を蓄積することによりデータを記憶するようにした電気
    的に書込み可能な不揮発性半導体記憶装置において、前記フローティングゲートと前記ドレイン拡散領域との
    間の静電容量Cdの増加量ΔCdを、 【数2】ΔCd=W・ε0 ・εr ・Rp・sinθ/t 但し、ε0 :真空の誘電率、εr :前記チャネル上部の
    絶縁膜の比誘電率、Rp:注入イオンの投影飛程、t:
    前記チャネル上部の絶縁膜の膜厚、W:ゲート幅とした
    とき、前記ΔCdに基づき、 基板の導電型と反対の導電
    型を有する前記ドレイン拡散領域を、前記フローティン
    グゲート及びコントロールゲート形成後に、それらのゲ
    ートをマスクとして、基板の法線に対して入射角30〜
    60度で傾斜した方向にイオン注入されることにより前
    記フローティングゲートのエッジ直下よりも前記ソース
    拡散領域側に張り出して形成したことを特徴とする不揮
    発性半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 前記フローティングゲートのエッジ直下
    から前記ソース拡散領域側への前記ドレイン拡散領域の
    張出長は、ゲート長に対して0.1よりも大きい長さで
    あることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
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JPH02128477A (ja) * 1988-11-08 1990-05-16 Toshiba Corp 不揮発性メモリ装置
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