JP2972954B2 - プログラマブル半導体メモリ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は、複数のメモリセルを有し、各メモリセルは
電荷蓄積領域（例えば、フローティングゲート）を有
し、この領域の電荷状態が前記メモリセルのメモリ状態
を規定する電気的プログラマブル半導体メモリに関する
ものである。これらのメモリは、例えばEEPROM（electr
cally−erasable programmable read−onlymemories）
又は様々のより簡素なEPROM（electrically programmab
le read−onlymemories）の形が可能である。

〔発明の背景〕

オランダ特許出願第7208026号（対応日本特許出願番
号第48−65957号）は各セルが電界効果トランジスタを
有し、電荷蓄積領域の電荷状態が該当メモリセルのメモ
リ状態を規定する複数のメモリセルを有する電気的プロ
グラム可能半導体メモリについて記載している。この既
知の半導体装置は、各セルが第一導電型の半導体基体の
第一導電型領域上の前記基体の主表面に第一絶縁層部分
を有する半導体基体を備え、前記電荷蓄積領域は前記第
一絶縁層部分の表面に延在する。前記第一領域とｐ−ｎ
接合を形成する前記反対導電型の第二導電型注入領域か
らなる各セルはプログラミング手段を有し、制御ゲート
は前記電荷蓄積領域と容量的に結合されている。

EPROMの様々な形態は、電荷キャリヤ（及び特にホッ
トエレクトロン）を前記第一絶縁層部分に注入して前記
電荷蓄積領域を電荷状態とする様々な注入メカニズムを
用いるものが知られている。最も一般的に用いられてい
るEPROM設計では、ホットエレクトロンをフローティン
グゲートを有するMOS（絶縁ゲート電界効果）トランジ
スタのソース又はドレイン領域に電子なだれ降伏（アバ
ランシェ・ブレークダウンavalanche breakdown）を誘
発するか、又は前記トランジスタに充分に高い電界を印
加することにより、前記ホットエレクトロンがチャネル
内に発生する。しかしながら、これらの場合には、電子
が殆ど前記基体の表面の平行な方向に加速され、従って
前記電荷蓄積領域へのより効果的な注入を達成するため
に、前記表面に向け直す必要がある。更に又、前記ソー
ス及びドレインのどちらか一方の不純物特性（doping p
rofiles）を妥当な電圧レベルで充分なホットエレクト
ロンを発生するように調整するが、これは集積回路装置
の他の部分に望ましい製造工程と比較して前記メモリセ
ル用の異なるMOSトランジスタ技術を用いる結果とな
る。プログラミングのために、ホットエレクトロンが前
記メモリトランジスタのチャンネル部分に用いられる場
合、前記ソース及びドレインの幾何学的形状及びドーピ
ングのどちらか一方を異なる方法でこの目的のために最
大限に利用することができ、読み出し及び書き込み電圧
を前記メモリトランジスタの異なる端子に印加する。通
常の望ましいチャンネル長よりも短いチャンネル長を、
低い電圧のプログラミングに必要とするであろう。選択
的に、前記メモリセルは第一のトランジスタは読み出し
中に用いられ、第二のトランジスタは書き込み中に用い
られてもよい２個のトランジスタを有する。この２個の
トランジスタ配列は、前記メモリセル用に大きなスペー
スを占めるであろう。

注入器（injector）の他の型として、ダイオードを順
方向にバイアスすることによりホットエレクトロンを発
生するものが知られている。このダイオードを、例えば
前記オランダ特許出願第7208026号に記載のように、前
記メモリトランジスタの下方に挿入してもよい。この形
態は前記回路の他のトランジスタ用と前記メモリトラン
ジスタ用とが同様のトランジスタ製造工程を用いること
ができることを含め、いくつかの利点がある。しかしな
がら、前記回路に負ダイオード電圧を発生する必要があ
り、前記ダイオードは又電子を全ての方向（前記基板内
への方向も含む）に注入するので、大きな基板電流を分
散できる。

〔発明の要約〕

本発明によれば、電荷状態によりメモリ状態が規定さ
れる電荷蓄積領域を備える電界効果トランジスタを各々
有する複数のメモリセルと、当該各セルについて第１導
電型の前記基体の第１導電領域上の当該基体の表面に存
在する第１絶縁層部分と前記第１絶縁層部分の表面に延
在する電荷蓄積領域と当該各セルについて前記第１導電
領域でｐ−ｎ結合を形成する反導電型注入領域を有する
プログラミング手段とを有する半導体基体と、前記電荷
蓄積領域に容量結合された制御ゲートとを有する電気的
にプログラム可能な半導体メモリであって、前記注入領
域は前記電荷蓄積領域の下方の前記第１導電領域の下方
に位置するように前記基体内に配置され、前記制御ゲー
トと前記注入領域と前記各セルの前記トランジスタの少
なくともドレインには、前記注入領域から垂直方向に前
記第１絶縁層部分を介してホット電荷キャリアを注入す
ることにより当該セルの電荷蓄積領域を所望の蓄積状態
にするため、当該注入領域に応じて前記制御ゲート及び
前記第１導電領域の表面をバイアスするため、セルにプ
ログラミング電圧を印加する結合手段を備え、前記第１
導電領域は、前記プログラミング電圧の印加により前記
注入領域に当該第１導電領域を垂直方向に横切る空乏層
を介したパンチスルーを許容するため、前記注入領域上
で第１導電型の十分に低いドーピング濃度を有し、前記
セルのプログラミング中、前記第１絶縁層部分に注入さ
れないホット電荷キャリアが前記セルの前記トランジス
タの前記ドレインに対する結合手段を介して除去される
プログラマブル半導体メモリにおいて、 前記第１導電型のより高い不純物濃度を有する少なく
とも１つの境界領域が、前記各セルの前記第１導電領域
の少なくとも一つの端部に存在し、前記第１導電領域の
厚さを縦方向に横切るパンチスルーの間に、前記端部の
前記空乏層の横方向の広がりを規制することを特徴とす
る。この様にして、前記電荷蓄積領域の所望の電荷状態
が、前記電荷蓄積領域へ前記注入領域から垂直方向にホ
ットキャリヤ注入により得られる。同一の製造技術を他
の回路部分と同様に前記メモリセルに用いることがで
き、又反対極性のバイアス電圧供給を前記注入領域に全
く必要としない。効果的なプログラミング機構はより高
速のプログラミングを可能にするか、又は低い値の電流
のプログラミングを可能にするのに利用される。更に
又、この効果的なプログラミング機構の結果として、よ
り少ない電荷を前記絶縁層にトラップすることを可能に
して、より多くの消去及び書込のどちらか一方のサイク
ルを前記絶縁層の重大な劣化が生ずる以前に行なうこと
ができる。

特開昭63−172471号は、絶縁層上のフローティングゲ
ート電荷蓄積領域下方から埋め込み領域への空乏層のパ
ンチスルーを用いる半導体メモリを開示していることに
注目されたい。このメモリにおいて１以上のセルの所望
の「１」記憶状態は分離された電荷状態（即ち、フロー
ティングポテンシャルfloatingpotential）として、前
記選択されたセルの上方に横たわる制御ゲートに低いプ
ログラム電圧を印加することにより前記半導体基体の表
面に先ず書き込まれ、この後前記メモリ状態は全ての前
記セルの制御ゲートに高い電圧を印加することにより不
揮発性とする。空乏層のパンチスルー及び前記電荷蓄積
領域へのホットキャリヤの注入は、前記半導体表面にあ
らかじめ仮の書き込みがされた「１」の前記分離電荷状
態におけるセルにのみ生ずる。本発明の後知恵では、特
開昭63−172471号に記載の配列の採用は前記電荷蓄積領
域へのホットキャリヤの効果的な注入をもたらさないで
あろうことが理解できる。即ち、この様に非注入キャリ
ヤはプログラミング中に除去されるのではなく前記表面
に蓄積され、そして前記分離表面電位（前記表面の前記
仮の書き込み揮発性電荷状態により決まる）は、前記プ
ログラミング中に大きく減少し、この両方の要素は前記
注入の時期早尚な停止を生じることは明らかである。特
開昭63−172471号のパンチスルーメモリ配列は、プログ
ラミング中に前記第一導電領域の表面をバイアスするた
め及び非注入電荷キャリヤを除去するための本発明によ
る前記トランジスタ結合手段を欠いている。

本発明は、電荷蓄積領域下方の空乏層の保持された垂
直方向のパンチスルーにより、ホットキャリヤを前記注
入領域より前記バイアス表面に垂直方向（及び前記電荷
蓄積領域を有する前記絶縁層部分に効果的に注入される
最適の方向を殆ど既に有する）に発生し、一方非注入キ
ャリヤを前記結合手段を介してバイアス表面から少なく
とも本発明による前記トランジスタのドレインに転送す
る。この様にして、局所的で効果的な注入をプログラミ
ングに保持することができる。本発明による特別なレイ
アウト配列を採用することにより、前記垂直方向のパン
チスルーを前記電荷蓄積領域の一部の下方の所望注入領
域に閉じ込めることができ、前記注入領域及びドレイン
結合にもかかわらず、コンパクト（compact）な装置構
造を達成する事ができる。

前記メモリセルの他の構成部分と関連する横方向の空
乏層の影響を減少させることにより、コンパクトなセル
構造における前記注入器の組み込みを容易にすることが
できる。このような境界領域は埋め込み絶縁層パターン
を構成することが出来る。しかしながら好ましくは本発
明による半導体メモリ装置において、少なくとも１個の
境界領域は各セルの低い不純物濃度の第一領域の少なく
とも１つの端部に存在する前記第一導電型のより高い不
純物濃度を有する半導体区域からなり、前記低い不純物
濃度の前記第一導電領域の厚さを縦方向に横切るパンチ
スルーの間に、前記側面の前記空乏層の横方向の広がり
を限定することを特徴とする。例えばコンパクトなセル
構造における前記注入領域のトランジスタのソース及び
ドレインのどちらか一方の領域の空乏層により、パンチ
スルー結合を避けるために、少なくとも一つの高い不純
物濃度の境界領域を前記注入領域と前記ソース及びドレ
イン領域のどちらか一方の領域との間に本発明により備
えることを特徴とする。このような境界領域は前記注入
領域上の前記パンチスルー第一導電型領域から前記トラ
ンジスタ領域を分離し、または例えば前記トランジスタ
のソース及びドレインのどちらか一方領域を前記チャン
ネル領域で分離することの出来るような１以上の境界領
域を形成することが出来る。本発明による境界領域は又
前記表面との前記注入領域の寄生結合を防止するのに役
立ち、例えば前記注入領域の周辺部分において、埋め込
みフィールド絶縁層パターンと隣接又は前記メモリセル
の島状部分を横切る。

本発明による他の特徴によれば、１個のセル注入領域
は隣接するメモリセル（例えば６個の）異なる領域の共
通結合を形成する第二導電型の結合領域を有する電気的
プログラマブル半導体メモリを有する。コンパクトなメ
モリアレイ構造は、例えば各セルに於いて二個の共有す
るコンタクト窓のみセル毎に少ない数の結合のみを有し
て得られる。このように各メモリセルは、前記基体の島
状部分を有し、また装置では、２個の隣接するセルの前
記注入領域に対し共通な結合を形成する前記第二導電型
の結合領域で２個の隣接するセルの島状部分は互いに隣
接することを特徴とする。この結合領域は、前記４個の
島状部分の各々のトランジスタのソース又はドレイン結
合を形成するように４個の他の隣接する島状部分に（前
記２個の隣接する島状部分に加えて）延在してもよい。

本発明による更に他の特徴によれば、各メモリセルは
前記電荷蓄積領域（例えば前記電荷蓄積領域上の第二絶
縁層上に存在することにより）に結合する消去ゲートを
有して、消去電圧を前記消去ゲートに印加することによ
り、該当セルのメモリ状態の電気的消去を可能にする。
前記電荷蓄積領域（例えば前記第二絶縁層を介して）に
結合する前記消去ゲート及び制御ゲートの両方を有する
このような装置構造は、過剰消去を避けるためにホット
キャリヤ注入を用いるフィードバックループを形成する
ようにしてバイアスをかけることが出来る。このように
電荷蓄積領域の過剰消去に接近するにつれて前記電荷蓄
積領域の下方の注入領域より前記垂直方向パンチスルー
領域を通り抜けるホットキャリヤ注入の開始により補償
される。

このように本発明の更に他の特徴によれば、複数のメ
モリセルの各々は電荷蓄積領域の電荷状態が前記セルの
メモリ状態を規定する電荷蓄積領域を有し、各セルのプ
ログラミング手段は前記電荷蓄積領域下方の第一領域と
のｐ−ｎ接合を形成する注入領域を有し制御ゲートは前
記電荷蓄積領域と容量的に結合する電気的プログラマブ
ル半導体メモリにおいて、前記制御ゲートと、前記注入
領域の第一導電領域の厚さ方向を横切る空乏層とを介し
て、パンチスルーにより前記電荷蓄積領域の所望の電荷
状態を設定する前記注入領域に関する前記第一導電領域
の表面とをバイアスするためのプログラム用電圧を印加
する手段と、これにより前記電荷蓄積領域への前記注入
領域からのホットキャリヤ注入により所望のプログラム
された電荷状態を設定し、このメモリは更に、各メモリ
セルが前記電蓄積手段に前記制御ゲートの容量結合より
小さな容量結合により前記電荷蓄積領域に結合される消
去ゲートと、更により低い電圧で前記制御ゲートをバイ
アスする場合及びプログラミング電圧で前記第一導電領
域及び前記注入領域の表面をバイアスする場合に、当該
セルのプログラムされた電荷状態の電気的消去を可能に
する前記消去ゲートへ消去電圧を印加する手段と、さら
にこれにより前記メモリ状態の過剰消去に対して補償す
る前記注入領域から前記電荷蓄積領域へのホットキャリ
ヤ注入を可能にすることを特徴とする。

〔実施例〕

本発明によるこれら及び他の特徴を概略図を参照し、
いくつかの特定の実施例により説明する。

図面において、第１図は本発明による半導体メモリの
メモリセルの一部の概略断面図であり、第２図は本発明
による特定のメモリセル構造の断面図（第１図の断面図
に垂直の方向）であり、第３図ないし第５図は２個の隣
接するメモリセルの第２図における構造の様々な領域を
示す平面図であり、第６図は第２図ないし第５図のメモ
リセルに類似の構造を有するいくつかのメモリセルのあ
る領域を示す平面図であり、第７図は本発明による他の
特定のメモリセル構造の断面図で第２図に示す構造の変
形例を説明するものであり、第８図、第９図及び第10図
は本発明によるメモリセルにおける更に変形されたもの
を説明する断面図（第２図及び第７図の断面図に垂直の
方向）である。

上記図面は概略的なものであり、実測に従って描かれ
たものではないことに注意されたい。上記図面の一部
は、図面の明確及び簡便のためにその大きさを誇張又は
縮小して描いている。一つの実施例において用いられた
同一の参照番号は他の実施例における対応又は類似の部
分に関し原則として同じ参照番号を用いる。空乏層は第
１図では斜線なしに示されているが、断面図で示されて
いない他の特徴は、第３図ないし第６図において視覚化
を容易にするために斜線で描かれている。

第１図は、本発明による電気的プログラマブル半導体
メモリの一つのメモリセルの一部を概略的に示す。この
メモリは、レイアウト中に互いに同一又は対象でもよい
ようなセルの複数個を有する。各セルは、当該セルのメ
モリ状態を規定する電荷状態の電荷蓄積領域11（好まし
くはフローティングゲートの形態の例えばドープト・ポ
リシリコン）を備える電界効果トランジスタ５、６、1
1、12を有する。このメモリは各セルのために第一絶縁
層部分21（例えば二酸化シリコン）は前記基体10のｐ導
電型の第一導電領域１上の前記基体10の表面に存在する
半導体基体10（例えばシリコン）を有する。前記フロー
ティングゲート11は、前記第一絶縁層部分21の表面上に
延在する。各セルは前記電荷蓄領域11の下方の前記第一
導電領域１の一部に少なくとも各々トランジスタのソー
ス領域５及びドレイン領域６を有する。各セルは前記基
体10に存在し前記第一導電領域１とｐ−ｎ接合を形成す
るｎ型注入領域２とを構成するプログラム手段を有す
る。制御ゲート12（例えばドープト・ポリシリコン）が
前記フローティングゲート11と容量的に結合する。この
容量結合は、好ましくは第二絶縁層部分22上の前記制御
ゲート12を設けることにより達成され、前記絶縁層21と
22との間の前記フローティングゲート11を有する。

本発明によれば、前記注入領域２は前記ヘローティン
グゲート11の下方の前記第一領域１の下方となる前記基
体10（例えば、埋め込み層）の中に位置する。このｐ型
第一領域１は、プログラミング電圧Vb及びVd印加によ
り、前記注入領域２へ前記第一領域１の厚さＴ方向を垂
直方向に横切る空乏層１′を介してパンチスルーを誘発
するため、少なくとも前記注入領域２上に充分に低いア
クセプターのドーピング濃度（Na）を有する。前記注入
領域２に関して、前記制御ゲート12をバイアスするため
の前記プログラミング電圧Vb（例えば約5V）及び前記第
一領域１の表面をバイアスするためのVd（例えば約5V）
とを印加するために、前記制御ゲート12、前記第一領域
１の表面（ソース５及びドレイン６を介して）及び前記
注入領域２に対し、それぞれ結合端子Ｂ、（Ｓ＋Ｄ）及
びＡがある。これにより前記フローティングゲート11の
所望の電荷状態が、前記ｎ＋型注入領域２から前記フロ
ーティングゲート11への縦方向のホットエレクトロン注
入により設定される（そこでいわゆるプログラミングセ
ルと呼ばれる）。前記ｎ型注入領域２はプログラミング
中、ゼロ電圧にバイアスされる。周囲のｐ型基体部分は
０ボルトに印加されてもよい。

前記注入領域２と前記第一領域１との間のｐ−ｎ接合
のゼロ・バイアス電位バリア（Vo）は、前記電圧Vd及び
Vbにより前記第一領域１内に形成される前記空乏層のパ
ンチスルーにより引き下げられる。前記注入領域２の周
囲のセル狭いゼロ・バイアス空乏層（幅Xo）に対し該当
空乏層はパンチスルーし、前記ｐ−ｎ接合を順方向にバ
イアスし、電子がｎ型注入領域２からパンチスルー領域
１′へと流れる。これらの電子は前記空乏層１′内の加
速により加熱され、この電界により矢印18で示すように
前記絶縁層21に向けられる。これらのホットエレクトロ
ンの重要な割合は、前記制御ゲート12より結合される正
電圧Vbの吸引力のもとで、前記絶縁層21への流入及び前
記フローティングゲート11へのドリフトに充分なエネル
ギーを有する。プログラミング中、前記絶縁層21に流入
しない電子は、矢印19で図示されるように、前記メモリ
セルのトランジスタのソース５及びドレイン６領域を用
いて引き出される。これらのソース５及びドレイン６領
域は好ましくは第１図の記載面の外に位置するので、第
８図ないし第10図を参照して以下に説明するように、こ
れらが境界領域３内に位置する以外、第１図において一
点鎖栓の外郭線で示されている。前記プログラミング
中、これらのｎ型ソース５及びドレイン６領域は正電位
（例えば５ Ｖ）に保持され、関係する空乏層５′及び
６′もまた一点鎖線の外郭線で示される。前記ゲート構
造の下方の前記ｐ型基体表面の前記空乏層内に連続チャ
ンネル反転層が形成されるので、前記第一領域１の表面
は前記ソース５及びドレイン６領域に印加されるVd電圧
により電位Vc＝Vd＋２ΦＦであり、ここでΦＦは前記領
域１のフェルミレベルと中間バンドギャップレベルとの
間の電位差を表す。この注入配列はいくつかの利点があ
る。前記注入器２は余分のバイアス電圧を必要としな
い。前記注入器２は前記セルがプログラムされる場合に
のみ注入する。また前記注入器２は、注入に直接的であ
り、例えば下方の基板に注入することはないので、基板
電流は非常に小さい。

前記注入器２が接地される場合、前記パンチスルー領
域上の前記電圧分布を維持するように前記制御ゲート12
と前記トランジスタのソース５及びドレイン６との両方
を高い電位（例えば各々15Vと5V）に上昇し、これによ
り前記フローティングゲート11に電子を注入することに
する場合にのみパンチスルーが生じ得ることが理解され
るであろう。前記ｎ型注入器２を接地する代わりに、正
電位（例えば5V）に上昇する場合、又は前記ソース５及
びドレイン領域６が5Vの代わりに0Vである場合又は前記
制御ゲートが0Vである場合には、全てパンチスルーは阻
止される。この様にメモリマトリックスの選択行が一つ
選択されるプログラミングセルの場合、非選択隣接行の
注入器２にこれらの異なる電圧を印加することにより阻
止する事ができる。これは後に第６図を参照して説明さ
れるように簡単な結線設計を可能にする。

パンチスルーに必要とされる最小電圧Vpはドーピング
レベルNa及び前記注入領域２と前記基体表面との間の前
記第一領域１の厚さＴに非常に大きく依存する。このパ
ンチスルー電圧Vpは式： Vp＋Vo＝A.Na.（Ｔ−Xo）^２ であり、ここでＡは定数である。

4Vのパンチスルー電圧Vpでは前記厚さＴは５×10¹⁶cm
^-3のドーピングレベルNaで約0.5μｍであり２×10¹⁶cm
^-3のドーピングレベルで略0.8μｍであるべきことを計
算値は示す。

前記プログラミング電圧をVp以上に増加することによ
り、領域１と２との間の前記ｐ−ｎ接合の電位バリア
は、前記注入領域２から前記パンチスルー領域１への電
流の流れの結果として減少する。このパンチスルー電子
流Ｉは式： Ｉ＝Io.exp（−B.Xo/T）（Vc−Vp） であり、ここでＢは定数、Vcは前記パンチスルー領域の
電圧である。

電子加熱のための高い電界は前記パンチスルー空乏層
１′内に発生する。高い注入効率を得るために、前記空
乏層内の加速電界は前記半導体基体10と前記第一絶縁層
21との間のバリア（即ちシリコンと二酸化シリコンとの
間のバリアの約3.2V）よりも高くなければならない。よ
って、従来の5V供給電源からソース領域５及びドレイン
領域６をバイアスすることにより達成することが出来
る。前記制御ゲート12はプログラミング中オン状態にト
ランジスタを維持するために充分なより高い電圧Vbを必
要とする。このVbの大きさは前記容量的結合の大きさに
依存し、また前記トランジスタチャンネル領域と前記パ
ンチスルー領域１との間のより高い不純物濃度の境界領
域３（以下参照）内においてでさえも、前記基体表面に
おける前記チャンネル反転層（前記空乏層内における）
を維持するのに充分でなければならない。Vbは代表的に
は15ないし20Vの間であろう。前記制御ゲート12は小さ
な電流のみを引きつけるので、この高い電圧Vbは5V電圧
供給限より電荷ポンプ（charge pump）で簡便な方式に
より発生させることが出来る。

好ましくは前記装置の製造を容易にするために、前記
セル（少なくとも同じ深さＴにまで）のトランジスタ領
域４内と同じドーピングレベルNaが前記パンチスルー第
一領域１内に存在する。この様に、例えば前記注入領域
２は前記基体10のｐ型部分（基板）内のイオン注入ｎ型
ウェルを構成してもよく、又前記ｐ型部分の横方向に隣
接する部分に形成されるより浅いイオン注入ｐ型ウェル
は、前記注入領域２の上の前記パンチスルー第一領域１
を形成するために前記ｎ型ウェルと領域の一部にオーバ
ーラップしてオーバードープされてもよい。このような
セル構造は第２図に図示されている。前記ドーピングレ
ベルNaは従って前記メモリセルの多くのパラメータに影
響する。即ち、（１）フローティングゲート電圧はシリ
コンを越え、二酸化シリコンバリアまで電子の注入を可
能にし、約２×10¹⁶ないし５×10¹⁶cm^-3のドーピングレ
ベルNaでこの電圧は最小値である。（２）少なくともソ
ース又はドレイン電圧のどちらか一方は（前記同一のバ
リアを越えるために）増大するドーピングレベルNaと共
に減少し、１×10¹⁶cm^-3よりも大きなドーピングレベル
Naで5Vよりも小さい。（３）ドーピングレベルNaにより
増加する注入確率が増大する。（４）非プログラム化セ
ルのしきい値電圧はドーピングレベルNaの増加とともに
増加するが、これはこの回路の他の部分におけるのと同
じ処理で形成されるｎ型チャンネルMOSトランジスタの
ためのしきい値電圧に関係する。（５）注入器２が占め
る深さＴの変化によりこれも変化するけれども、ドーピ
ングレベルNaの増加とともにパンチスルー電圧Vpは増加
する。

これら様々のパラメータを考慮することにより、ドー
ピングレベルNaの高い値は高いプログラミング速度にと
って好ましいが、しかし低いプログラミング電圧を用い
ることが望ましい場合には、約５×10¹⁶cm^-3を越えては
ならない。更に又回路の他の部分におけるｎ型チャンネ
ルMOSトランジスタのための充分なしきい値電圧を得る
ためにはドーピングレベルNaを制限することが望まし
い。前記トランジスタ領域４の対応する部分のための約
５×10¹⁶cm^-3のアクセプタドーピング濃度で充分なパン
チスルー電圧Vp（例えば約4V）及び良好な注入確率を得
ることが出来る。

第２図ないし第５図のセル構造において、前記第一領
域１の厚さにわたる同一のドーピング濃度Naが前記領域
１と前記トランジスタ領域４との間の長さに渡り存在す
る場合、前記注入領域２と前記ソース領域５及びドレイ
ン領域６との間のパンチスルー結合を生じる前記空乏層
１′、５′、６′の横方向の広がりを避ける為に、顕著
な距離で、前記トランジスタのソース及びドレイン５及
び６から前記注入領域２を横方向に分離することが必要
であろう。そこで約５×10¹⁶cm^-3のドーピング濃度Na及
び約0.5μｍの深さＴを有し、当該分離距離は少なくと
も2.5μｍでなければならない。これは前記メモリセル
の大きさを増大するであろう。しかしながら本発明によ
れば前記パンチスルー空乏層の横方向の広がりは前記パ
ンチスルー領域１と同一の導電型であるがより高いドー
ピング濃度の１以上の境界領域３を含むことにより制限
される。第２図は境界領域３のようなものにより前記パ
ンチスルー第一領域１から横方向に分離されるトランジ
スタ領域４を図示する。前記トランジスタのソース領域
５及びドレイン領域６は前記領域４（第３図ないし第５
図参照）に存在するが、しかし第２図の平面図には図示
されていない。前記パンチスルー領域１及びトランジス
タ領域４内のより深い空乏層と比較すると、非常に浅い
空乏層（表面反転層と共に）のみが前記領域１と領域４
との間のより高い濃度の境界領域３の表面に延在する。
この分離境界領域３で、前記トランジスタ領域のソース
５及びドレイン６は例えば約1.25μｍの横方向の分離及
び約0.7μｍよりも小さな横方向の分離で、より一層前
記注入領域２に近づくので、更に小さなコンパクトセル
構造を得ることが出来る。

境界領域３は又前記基体表面への前記注入領域２の寄
生結合を避けることが出来る。それゆえに、本発明者ら
は前記領域２を形成するためのｎ型ウェルのイオン注入
は、より高い不純物濃度の境界領域３がこの領域（即ち
第２図に示される当該領域に設けられるように）設けら
れないのであれば、前記領域１と領域４（即ち第３図及
び第４図に図示されるような注入器端部42から）との間
の前記表面に延在するｎ型突起（spur）となり得る。更
に又第３図に図示されるように、各セルは前記第一領域
１を含みフィールド酸化パターン29の一部を形成する埋
め込み絶縁層による少なくとも２個の長さ方向の側面で
横方向に規定される活性島状部分（active island port
ion）を前記基体10に構成する。前記島状周辺の前記フ
ィールド酸化パターン29の異なる部分は異なる工程で形
成されてもよい。そこで例えば前記フィールド酸化パタ
ーン29の多くは製造工程の早い段階の工程でシリコンの
局部酸化（LOCOS）により埋め込まれてもよく、又後の
工程において（例えば浅いｎ型結合領域パターン８を形
成した後）隣接するソース領域５及びドレイン領域６及
び注入結合領域８の部分29aのような前記フィールド酸
化パターン29の他の部分が被着されてもよい。第３図は
断面図ではないけれども前記フィールドパターン29は前
記島状構造の視覚化を容易にするために斜線で描かれて
いる。即ち、この特定の実施例において共通ｎ型結合領
域８で２個の隣接セルの島状部分は互いに隣接する。前
記島状部分は２個の長手方向の側面30と端面31とを有
し、この構造は平面32に対して対称である。各セルの前
記ｎ型注入領域２は前記共通結合領域８から前記パンチ
スルー領域１の下方に延在する。前記島状部分に於ける
前記注入領域２の区域は第３図に示され、前記領域２は
長手方向の両側面30及び前記注入器端部42までの間に延
在することが理解できる。前記基体表面に対する前記注
入領域２の寄生ｎ型結合は、前記埋め込みフィールドパ
ターン29のこれらの側面で生じてもよく、又これを避け
るために前記ｐ型境界領域３がこれら２個の対向する側
面30の前記埋め込みフィールドパターン29に隣接するよ
うに設けられる。この様に本実施例の場合、より低い不
純物濃度のパンチスルー領域１の周囲の横方向に延在す
るように各セルは前記両側面30に沿い、前記注入器端部
42まで延在するＵ形状境界領域３（この形は第４図に斜
線で示す）を有してもよい。この方法において明確な縦
方向のパンチスルー領域１は前記注入領域２と前記フロ
ーティングゲート電荷蓄積領域11との間に規定される。
更に又、前記境界領域３は各セル（42において）島状部
分を横切って延在し対向する第一及び第二の端部に横方
向に島状部分を分離する。前記パンチスルー領域１及び
下方に横たわる注入領域２は前記第一端部（結合領域８
に隣接する）で前記フローティングゲート電荷蓄積領域
11の一部分の下方に存在する。前記トランジスタのソー
ス領域５及びドレイン領域６は第二端部（側面31に隣接
する）に存在する。即ち、前記フローティングゲート電
荷蓄積領域11の他の部分は少なくとも前記ソース領域５
とドレイン領域６との間のチャンネル領域上に延在す
る。これは明確な縦方向のパンチスルーを有する特にコ
ンパクトなセル島状構造を形成する。これらソース領域
５及びドレイン領域６に対する結合を形成するためのコ
ンパクトな設計を第６図を参照して以下に説明する。

第２図及び第５図において図示されるように、制御ゲ
ート12及びEEPROMの場合には消去ゲート14はフローティ
ングゲート11上の第二絶縁層22上に形成される。前記消
去ゲート14は前記制御ゲート12よりも前記フローティン
ゲート11とより小さなオーバーラップ領域を有し、その
結果前記フローティングゲート11に対する容量的結合は
前記フローティングゲート11に対する前記制御ゲート12
の容量的結合よりも小さい。消去は前記フローティング
ゲート11から前記誘電体22を通り前記消去ゲート14に至
る電荷トンネリングにより生ずる。制御ゲート12及び消
去ゲート14の両方は、例えば互いに平行かつ前記セルの
島状の長手方向の両側面30を横切るようにして延在する
不純物多結晶シリコンのトラック（tracks）により形成
されてもよい。メモリマトリックスの一つの列における
前記セルの各々は、共通制御ゲートトラック12及び共通
消去ゲートトラック14を有する。更に絶縁層（図示され
ていない）は前記ゲートトラック12及び14を被覆する。
注入結合領域８は絶縁層構造内の窓28で接続してもよ
く、又前記セルの島状部分の長手方向の両側面30に平行
に延在する金属トラック18により行内で共に接続されて
もよい。

代表的な実施例において前記埋め込みフィールドパタ
ーンは例えば約２×10¹⁵cm^-3のボロンドーピングを有す
るｐ型シリコン基体部10に局所酸化（LOCOS）技術を用
いて成長された700nmの厚さである。この基体部分は、
例えばより高いｐ型不純物濃度の基板上の３ないし５μ
ｍの厚さのエピタキシャル層でもよい。ｐ型及びｎ導電
型ウェルは例えば、相補型マスクを用いてイオン注入出
来るので前記基体表面全体は、ｐ型又はｎ型導電型にイ
オン注入される。高いエネルギーのボロン及びリンのイ
オン注入を用いて、前記埋め込みフィールドパターン29
内に浸透することが出来る。前記ｐ型ウェルの場合に
は、210keVのボロンイオンの約1.2×10¹²cm^-2及び350ke
Vのボロンイオンの約1.5×10¹²cm^-2を前記ｐ型ウェル
（領域１及びトランジスタ領域４）のバルクを形成する
のに用い、70keVのボロンイオンの約1.5×10¹²cm^-2のし
きい値調整イオン注入と共に形成するのに用いられる。
前記ｎ型ウェル（前記注入器２を含む）の場合には、即
ち1MeVのリンイオンの約２×1013cm−２を50keVのボロ
ンイオンの約６×10¹¹cm^-2のしきい値調整イオン注入と
共に形成する。前記メモリセル領域内の前記領域１、２
及び４を形成するのと同様に、これらのイオン注入され
たｎ型及びｐ型ウェルは、例えばCMOS回路を実現するた
め前記回路装置の他の部分にも設けてもよい。前記境界
領域３を設けるために例えば150keVの約５×10¹²cm^-2ボ
ロン・イオンで余剰の局部的なボロンイオン注入が行わ
れて、前記注入領域２の周辺から表面に向かうｎ型結合
突起（spur）を阻止するように、前記境界領域３は前記
パンチスルー領域１及び前記ｎ型ウェルイオン注入のリ
ンドーズの約半分よりも約３倍以上も高い濃度となるで
あろう。1.25ミクロンプロセス技術を用いる場合に、例
えば前記両側面30に沿った前記領域３の幅は前記パンチ
スルー領域１用の約1.25μｍの幅を残すようにして約1.
25μｍである。前記領域１は、例えば0.5μｍの深さで
もよい。約25nmのゲート酸化層21を前記セルの活性領域
上に成長してもよい。前記トランジスタの浅いソース及
びドレイン領域を前記注入結合領域８のための表面ドー
ピングのように浅く高濃度のコンタクト領域と共に前記
アクティブ領域内に低いエネルギーイオン注入により形
成することも出来る。

4Vのパンチスルー電圧Vpを有する第２図ないし第５図
の電気的消去メモリセルは次のようにして動作すること
が出来る。（１）書き込み（プログラミング）の場合、
基板10（端子Ｅ）及び注入器２（端子Ａ）は0Vであり、
前記ソース５及びドレイン６（端子Ｓ及び端子Ｄ）及び
消去ゲート14（端子Ｃ）は、例えば5Vであり更に15Vと2
0Vの間のプログラミングパルスVbを前記制御ゲート12
（端子Ｂ）に印加する。（２）消去の場合、基板10及び
注入器２は0Vであり、制御ゲート12及びソース５及びド
レイン６は0Vでもよいが、好ましくは例えば5Vであり、
更に前記消去ゲート14は15Vと20Vの間に上昇させる。
（３）読み出しの場合、ソースが0Vでドレインが1Vと2V
の間であるトランジスタが用いられ、前記制御ゲート12
及び前記消去ゲート14は、例えば5Vであるのに対して前
記注入器２は0Vに保持される。メモリセルに対する異な
る電圧の印加は前記メモリの回路集積度に効果をもたら
す。下方のフローティングゲート11に対する消去ゲート
14及び制御ゲート12の各々の結合は消去及びプログラム
する各々の場合について前記フローティングゲート11の
異なる電荷状態を規定する。電圧Vd及び制御ゲート12の
結合はプログラミングの後、メモリセルのしきい値電圧
を設定する。制御ゲート12上の電圧Vb（15ないし20V
の）で、フローティングゲート11の正電位がホットエレ
クトロン注入18によりトランジスタのチャンネル反転層
が遮断される電圧にまで減少した場合に、前記セルのプ
ログラミングは停止する。これはしきい値電圧に依存す
る明確なレベルである。フローティングゲート11のプロ
グラム状態の消去は、誘電体層22を通る電子トンネリン
グにより、消去ゲート14が高い正電位に上昇する場合に
前記消去ゲート14に対して効果的である。前記誘電体層
22の厚さ及び前記多結晶シリコンゲート14の表面の粗さ
の程度を選択することが出来るので、プログラミング用
の制御ゲート12に印加されるのと同じ電圧レベル（15な
いし20V）を消去用の消去ゲート14に用いる。消去の電
圧レベルは注入器２を含む効果的なフィードバック機構
により制御することが出来る。ソース５及びドレイン６
を5Vに、注入器２を0Vにバイアスすることにより（すな
わち、プログラミング・モード）、一方制御ゲート12を
低い電圧に（例えば5V）保持し、消去ゲート14を高い電
圧（15ないし20V）に上昇させて、消去はフローティン
グゲート電圧（電子のトンネリングにより）上昇するで
あろう。この場合に、前記フローティングゲート11の電
位が過剰消去により過剰正電位となり始め、前記トラン
ジスタがオン状態となるならば、前記他の領域上の電圧
レベルはホットエレクトロン注入18が前記パンチスルー
領域11内で注入器２より開始し、次いで消去は停止する
であろう。更に、この装置の場合に、過剰消去に対し補
償するための有利なフィードバックメカニズムであり、
その結果消去用のゲート11の明確な終了状態がある。消
去セルとプログラムセルとの間のしきい値電圧の差（プ
ログラミング窓）をプログラミング中に前記制御ゲート
12に印加される高い電圧（15ないし20V）と消去中制御
ゲート12に印加される低い電圧（例えば、5V）との差に
より決める。約5Vのみのしきい値電圧の差が望ましいな
らば、低い電圧は高い電圧が約18Vである場合には約13V
でもよい。

実験の結果はこの限られた垂直方向のパンチスルー構
造を有する非常に効果的なホットエレクトロンの注入及
びトランジスタのしきい値電圧シフトを示す。この様に
して約10−14の非常に高い注入確率を得ることが出来
る。約0.8A.cm−２の非常に高い酸化電流が測定され、
これは酸化が破壊されないように非常に高いプログラミ
ングスピードを示唆する。

本発明によれば例えば0V又は5Vが注入領域２及びトラ
ンジスタのソース領域５及びドレイン領域６に印加され
る電圧レベルを有するメモリセルの設計及び動作が可能
である。更に又、本発明によるメモリマトリックスの隣
接する行及び列におけるセルをプログラミングし、読み
出し及び消去するセルの場合に様々な領域のために適切
な電圧レベルは、第６図に図示するように前記セルをコ
ンパクトなレイアウト（layout）に構成することが出来
る。このレイアウト（layout）はトランジスタのソース
５及びドレイン６領域に対するＳ及びＤの結合のための
分離コンタクトの必要性を避ける。この様に、本発明に
よれば各ｎ型結合領域８は２個の隣接するセルの注入領
域２のための共通結合（例えば、第２図ないし第５図に
図示するように、１個の島状領域内に）を形成し又４個
の他の隣接するセル領域内に延在してこれらの４個のセ
ルの各々に、当該セルのトランジスタのソース領域５又
はドレイン領域６を形成する（当該セルの前記ソース５
又は前記ドレイン６に対する結合を少なくとも形成す
る）。レイアウト設計（layout）の視覚化を容易にする
ために、第６図において一つのこのような注入結合領域
８及び一つのセルの島状部分は各々斜線で描かれてい
る。注入結合領域８（窓28を介して）の行を接続する平
行な金属トラック18は前記メモリセルマトリックスのビ
ットラインを形成してもよい。ワードラインはトラック
18に垂直に延在する制御ゲートトラック12（第６図には
図示しない）により形成されてもよい。１行内のセルの
状態は２個の近傍のビットライン上の電圧を制御するこ
とにより読み出すことができ、又これら２個の近傍のビ
ットラインは当該セルをプログラミング及び消去するの
にも用いられる。

上述の記載から明らかないように、半導体メモリの設
計及び半導体装置技術分野の当該技術者にとって、本願
発明の範囲内において多くの変形例及び応用例が可能で
あることは明らかである。第７図は第２図の構造の簡単
な変形例を示すもので、この変形例において注入領域２
は埋め込みフィールドパターン29の中間部分33の下方に
延在する同一の導電型（ｎ型）の埋め込み層82からな
る。この中間部分33は端部31からの反対端部の島状部分
に延在する。この状態において時期尚早のパンチスルー
又はゲート11の下方の反転層に注入領域２の他の結合
が、この埋め込み部分33の側面において生じ得る危険性
がある。従って本発明によれば前記パンチスルー領域１
と同一の導電型のある境界領域３あるいは前記境界領域
３でより高い不純物濃度を有することのない境界領域が
前記埋め込み層82上の埋め込み部分33のこの側面に隣接
する。

第２図ないし第７図の実施例において、島状部分の幅
を横切る方向に延在する境界領域３を用いて、トランジ
スタのソース５及びドレイン６の領域は、注入器２を含
む領域から横方向に分離された島状の領域４内にある。
第８図は変形構造を示すもので、この構造において各セ
ルは、より高い不純物濃度（ｐ＋）の境界領域３内に各
々が形成されるトランジスタのソース領域５及びドレイ
ン領域６を有する。これらの領域３は前記各ソース領域
５及びドレイン領域６の下方に延在し、フローティング
ゲート11の下方のトランジスタのチャンネル領域内で互
いに分離されている。この構成において、注入器２はソ
ース５領域及びドレイン領域６の近傍あるいは下方に挿
入されてもよく、従ってよりコンパクトなメモリセルを
得ることが出来る。これらの境界領域３、ソース５及び
ドレイン６はマスクとして絶縁ゲート11を用いて不純物
イオン注入により形成することができる。消去ゲート14
はフローティング電荷蓄積領域11に容量的に結合されて
もよい。この様に、例えば消去ゲート14は、第８図の平
面の外側の電荷蓄積領域11の一部の上の絶縁層22上に存
在してもよい。

第９図は更に他の変形例を図示するもので、この変形
例においてドレイン領域６は境界領域３に形成されるが
（第８図と同様に）、しかしソース領域５は境界領域３
内に形成されない。この場合に、ドレイン領域６に対す
る結合（Vdで）のみがプログラミング中に前記絶縁層21
中に注入されないこれらのホットエレクトロンを除去
し、前記ゲート構造の下方の前記半導体表面をバイアス
するのに役立つ。ソース領域５は、注入器２の一部の上
に存在し、同一の導電型、例えばｎ型ウェルと共に同時
に形成される短絡回路領域52により注入器２に接続され
る。この場合、非常にコンパクトなセル構造を得ること
ができるが、しかしより多くの電流がプログラミング中
に流れるであろう。それゆえプログラム中、注入器２及
びソース５に関してのドレイン６のバイアスにより、垂
直方向のパンチスルー電流と一致し、トランジスタを通
り抜けて電流が水平に流れるであろう。第９図のメモリ
セルにおいて、消去ゲート14のフローティング電荷蓄積
領域11に容量的に結合されてもよい。従って、例えば消
去ゲート14は第９図の図面の外側で電荷蓄積領域11の一
部の上の電気絶縁層22上に存在してもよい。

第10図は第９図の構造の変形例を図示するもので、こ
の変形例においてフローティング電荷蓄積ゲート11は、
ソース領域５とドレイン領域６との間のトランジスタの
チャンネル長の一部（前記ドレイン領域６に隣接する）
にのみ延在し、又この構造において絶縁ゲート14はトラ
ンジスタチャンネル長の残余の上に（ソース領域５に隣
接して）延在する。この配列にフローティング電荷蓄積
ゲート11及び絶縁ゲート14を設けることにより、第９図
を参照して説明したソース領域５とドレイン領域６との
間の水平方向の電流の流れを避けるようにプログラミン
グ中にトランジスタのチャンネルを（ゲート14の下方）
阻止することが出来る。このゲート14はメモリセルの消
去ゲートを形成するためのフローティングゲート11に
（第10図に図示するように）容量的に結合してもよい。
そこで、第10図のメモリセル構造で次の電圧をプログラ
ミング状態のために印加する。即ち、制御ゲート12を15
ないし20Vの間に、注入器（及びソース領域５）及び消
去ゲート14を0Vに、ドレイン領域６を４ないし10Vの間
に（例えば5V）にする。これらの電圧はソース領域５以
外、他の実施例に於けるプログラミングのために印加さ
れたものと同じ電圧である。選択されたセルの注入器２
にパンチスルーする空乏層の横方向の広がりは、ドレイ
ン領域６を有し、より高濃度の境界領域３により限定さ
れる。高濃度の境界領域３なしではドレイン６を注入器
２よりさらに離間する必要があるであろうし、又より大
きな空間（スペース）をこのセルのために必要とするで
あろう。消去は消去ゲート14を15Vと25Vの間に、一方他
の端子は0Vにすることにより、他の実施例と同様にして
行うことが出来る。プログラミング中、非選択セルは次
のような状態に置かれる。全ての端子を0Vにするか、又
はドレイン６のみを4Vないし10Vに、又は制御ゲート12
を15から25Vにする。これらの条件では当該セルを全く
プログラムすることが出来ない。読み出し中、ソース領
域５（及び注入器２）は0Vに、ドレイン領域６は1Vと2V
の間に、又ゲート12及び14は例えば5Vにする。即ち、消
去ゲート14の電圧はソース領域５に隣接するトランジス
タチャンネル領域の端部に於ける導電反転チャンネルを
誘導し、一方フローティングゲート11の電荷状態はトラ
ンジスタチャンネルを阻止するか又は完成するかを決定
し、またトランジスタがオフ又はオフするのを決定す
る。

本発明によればメモリセルの他の変形例や応用例が可
能であることは明らかであろう。そこで、いくつかの装
置において、制御ゲート12はトランジスタのチャンネル
領域の一部の上に延在するが、前記フローティングゲー
ト11上に延在しない横方向の延長部を有してもよい。第
１図ないし第９図はフローティングゲート11上の第二絶
縁層22上に制御ゲート12を示すけれども、制御ゲート
（及び消去ゲート）は、例えばこれらが基体表面におけ
る絶縁層21を介してフローティングゲート11に容量的に
結合するダイオードを形成する不純物ドープされた表面
領域を前記基体10内に有する他の方法により構成するこ
とも出来る。消去ゲート14はフローティングゲート11の
一部の下方に存在してもよい。消去は別の方法として特
別なゲート14を用いずに、例えばソース領域５及びドレ
イン領域６に対するゲート酸化21を介して又は他の場所
の薄い酸化層を介して電荷キャリヤを転送することによ
り行うことも出来るであろう。電荷蓄積領域11としてフ
ローティングゲートを用いる代わりに、２個の絶縁層22
及び21（例えば二酸化シリコン上の窒化シリコン）の界
面における電荷トラップを電荷蓄積領域11を形成するた
めに用いてもよいが、しかしながらこれは注入されたホ
ットエレクトロンを集積する効果はより少ない。トラン
ジスタのソース領域及びドレイン領域がｎ型領域である
代わりに、ショットキー電極を用いてもよい。

第１図ないし第10図はホットエレクトロン注入につい
て説明したけれども、ホットホール注入もまたｐ型注入
領域２の上のｎ型パンチスルー領域１、及び高濃度にド
ープされた（ｎ＋）のｎ型境界領域３及びｐ型ソース領
域５及びドレイン領域６で、縦方向のパンチスルー注入
法を用いることも可能である。しかしながら、ホットホ
ールの注入効率はホットエレクトロンの注入効率に比べ
数倍も小さいものである。

当業者には、本願明細書より他の応用が容易であるこ
とは明らかである。この様な応用は、既に述べた特徴に
代えて、あるいは加えて用いることの出来る設計、半導
体メモリの製造及び使用、メモリ装置の構造、半導体回
路及びこれらの製造技術において既知の他の特徴を含む
ものでよい。本願明細書では、本願発明の特徴を特定の
実施例に関連して本願特許請求の範囲を記載したけれど
も、本願明細書により開示した本発明の範囲は、本願明
細書中に明示的あるいは暗示的に本発明の特徴を一般化
して開示する本願発明の特徴をどのように新規に組合
せ、あるいは新規な特徴を含むものでもよいことは明ら
かであろう。本願特許請求の範囲に記載するのと同一で
あるか否かを問わず本願発明と同一の技術的課題を解決
する本願発明に関連の新規であるか否かを問わず、本発
明に含まれるものである。本出願人はこの明細書に開示
した発明の特許請求の範囲及び明細書の記載を審査中に
補正する可能性のあることを述べておく。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による半導体メモリのメモリセルの一部
の概略断面図であり、 第２図は本発明による特定のメモリセル構造の断面図
（第１図の断面図に垂直の方向）であり、 第３図ないし第５図は２個の隣接するメモリセルの第２
図における構造の様々な領域を示す平面図であり、 第６図は第２図ないし第５図のメモリセルの類似の構造
を有するいくつかのメモリセルのある領域を示す平面図
であり、 第７図は本発明による他の特定のメモリセル構造の断面
図で第２図に示す構造の変形例を説明するものであり、 第８図、第９図及び第10図は本発明によるメモリセルに
おける更に変形されたものを説明する断面図（第２図及
び第７図の断面図に垂直の方向）である。 １……第一領域、１′……パンチスルー領域、 ２……注入領域、３……境界領域、 ４……トランジスタ領域、 ５……ソース領域、６……ドレイン領域、 ５、６、11、12……電界効果トランジスタ、 １′５′、６′……空乏層、 ８……注入結合領域、 10……半導体基体、11……電荷蓄積領域、 12……制御ゲート、 14……消去ゲート、 18……金属トラック、 21……第一絶縁層、22……第二絶縁層、 28……窓、 29……フィールド酸化パターン、 29a……部分， 30……側面、 31……端面、 32……平面、 33……埋め込み部分、 42……注入端、 52……短絡回路領域、 82……埋め込み層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ルトゥガー・コルネリス・マリヌス・ウ ェイバーグ オランダ国 ヘンゲロ ルー・バンディ ストラート 30 (72)発明者 ルイス・プラームスマ オランダ国 ナイメーヘン ゲルトゥス ウェッハ ２ (72)発明者 ロガー・クッペンズ オランダ国 アインドーフェン フルー ネヴァウツウェッハ １ (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/8247 H01L 29/788 - 29/792 H01L 21/8246 H01L 27/10 434 H01L 27/112 - 27/115 G11C 17/00 621

Claims (17)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電荷状態によりメモリ状態が規定される電
   荷蓄積領域を備える電界効果トランジスタを各々有する
   複数のメモリセルと、当該各セルについて第１導電型の
   前記基体の第１導電領域上の当該基体の表面に存在する
   第１絶縁層部分と前記第１絶縁層部分の表面に延在する
   電荷蓄積領域と当該各セルについて前記第１導電領域で
   ｐ−ｎ結合を形成する反導電型注入領域を有するプログ
   ラミング手段とを有する半導体基体と、前記電荷蓄積領
   域に容量結合された制御ゲートとを有する電気的にプロ
   グラム可能な半導体メモリであって、 前記注入領域は前記電荷蓄積領域の下方の前記第１導電
   領域の下方に位置するように前記基体内に配置され、前
   記制御ゲートと前記注入領域と前記各セルの前記トラン
   ジスタの少なくともドレインには、前記注入領域から垂
   直方向に前記第１絶縁層部分を介してホット電荷キャリ
   アを注入することにより当該セルの電荷蓄積領域を所望
   の蓄積状態にするため、当該注入領域に応じて前記制御
   ゲート及び前記第１導電領域の表面をバイアスするた
   め、セルにプログラミング電圧を印加する結合手段を備
   え、前記第１導電領域は、前記プログラミング電圧の印
   加により前記注入領域に当該第１導電領域を垂直方向に
   横切る空乏層を介したパンチスルーを許容するため、前
   記注入領域上で第１導電型の十分に低いドーピング濃度
   を有し、前記セルのプログラミング中、前記第１絶縁層
   部分に注入されないホット電荷キャリアが前記セルの前
   記トランジスタの前記ドレインに対する結合手段を介し
   て除去されるプログラマブル半導体メモリにおいて、 前記第１導電型のより高い不純物濃度を有する少なくと
   も１つの境界領域が、前記各セルの前記第１導電領域の
   少なくとも一つの端部に存在し、前記第１導電領域の厚
   さを縦方向に横切るパンチスルーの間に、前記端部の前
   記空乏層の横方向の広がりを規制することを特徴とする
   プログラマブル半導体メモリ。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載のメモリにお
   いて、 前記境界領域は前記注入領域の周辺部分の上方に位置し
   て前記表面との前記注入領域の寄生結合を防止すること
   を特徴とするプログラマブル半導体メモリ。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の
   メモリにおいて、 各セルが前記基体内に、当該基体の表面の埋込フィール
   ド絶縁層パターンで分離された島状部分を有し、 前記境界領域が前記島状部分の少なくとも一つの端部の
   埋込フィールドパターンに隣接することを特徴とするプ
   ログラマブル半導体メモリ。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第３項に記載のメモリにお
   いて、 前記注入領域が前記島状部分の２個の対向端部の間の前
   記第１導電領域の下方に延在し、 前記境界領域が前記２個の対向端部に隣接することを特
   徴とするプログラマブル半導体メモリ。
5. 【請求項５】特許請求の範囲第３項又は第４項に記載の
   メモリにおいて、 前記注入領域に対する前記結合手段が前記フィールド絶
   縁層パターンの中間部分の下方に延在する第２導電型の
   埋込層を有し、 前記境界領域が前記中間部分の端部に隣接することを特
   徴とするプログラマブル半導体メモリ。
6. 【請求項６】特許請求の範囲第１項ないし第５項の何れ
   か一項に記載のメモリにおいて、 各セルのトランジスタが前記境界領域により前記第１導
   電領域から横方向に分離される前記基体の領域に存在す
   るソース及びドレインを有することを特徴とするプログ
   ラマブル半導体メモリ。
7. 【請求項７】特許請求の範囲第６項に記載のメモリにお
   いて、 各セルが前記基体内に、前記島状領域を横方向に分離す
   るため対向する第１及び第２端部に延在する境界領域を
   横切る島状部分を有し、前記第１導電領域と各注入領域
   記及び横たわる注入領域が前記電荷蓄積領域の一部の下
   方の前記第１端部に存在し、少なくとも前記トランジス
   タのソースとドレインの間のチャネル領域の上方に延在
   する電荷蓄積領域の他の部分が前記第２の端部に存在す
   ることを特徴とするプログラマブル半導体メモリ。
8. 【請求項８】特許請求の範囲第１項ないし第６項の何れ
   か一項に記載のメモリにおいて、 各セルの前記トランジスタが前記第１導電型のより高い
   ドーピング濃度の境界領域に各々形成された第２導電型
   のソース及びドレイン領域を有し、 前記境界領域がソース及びドレイン各々の下方に延在し
   かつ、前記電荷蓄積領域の下方のトランジスタのチャネ
   ル領域において相互に分離されることを特徴とするプロ
   グラマブル半導体メモリ。
9. 【請求項９】特許請求の範囲第１項乃至第３項の何れか
   一項に記載のメモリにおいて、 各セルの前記トランジスタが高ドープ濃度の境界領域に
   おいて第２導電型のドレイン領域と、前記注入領域に結
   合された第２導電型のソース領域を有することを特徴と
   するプログラマブル半導体メモリ。
10. 【請求項１０】特許請求の範囲第９項に記載のメモリに
    おいて、 前記電荷蓄積領域が前記ソース領域とドレイン領域の間
    のトランジスタチャネル長の一部にのみ延在し、絶縁ゲ
    ートが前記トランジスタチャネル長の残りの部分に延在
    することを特徴とするプログラマブル半導体メモリ。
11. 【請求項１１】特許請求の範囲第10項に記載のメモリに
    おいて、 前記メモリセルの消去ゲートを設けるため、前記電荷蓄
    積領域に前記絶縁ゲートも容量結合されることを特徴と
    するプログラマブル半導体メモリ。
12. 【請求項１２】特許請求の範囲第１項乃至第11項の何れ
    か一項に記載のメモリにおいて、 各セルが前記基体の島状部分を有し、前記第２導電型の
    結合領域において、相互の隣接する２つの隣接セルの当
    該島状部分が当該２つの隣接セルの注入領域に対する共
    通結合を形成することを特徴とするプログラマブル半導
    体メモリ。
13. 【請求項１３】特許請求の範囲第12項に記載のメモリに
    おいて、 第２導電型の結合領域が、４個の島状部分の各々にトラ
    ンジスタのソース及びドレイン結合を形成するため、２
    個の隣接する前記島状部分に加えて４個の他の隣接島状
    部分に延在することを特徴とするプログラマブル半導体
    メモリ。
14. 【請求項１４】特許請求の範囲第１項ないし第13項に記
    載のメモリにおいて、 前記制御ゲートが前記電荷蓄積領域上の第２絶縁層部分
    上に存在し、前記電荷蓄積領域が前記第１及び第２絶縁
    層領域の間のフローティングゲートであることを特徴と
    するプログラマブル半導体メモリ。
15. 【請求項１５】特許請求の範囲第14項に記載のメモリに
    おいて、 各メモリセルが消去ゲートを有し、当該消去ゲートが当
    該消去ゲートに消去電圧を印加することにより当該セル
    のメモリ状態の電気的消去を許容するために電荷蓄積領
    域上の第２絶縁領域に設けられたことを特徴とするプロ
    グラマブル半導体メモリ。
16. 【請求項１６】特許請求の範囲第１項ないし第14項の何
    れか一項に記載のメモリにおいて、 各メモリセルが前記電荷結合手段に対する前記制御ゲー
    トの容量結合よりも小さな容量結合で前記電荷蓄積領域
    に結合された消去ゲートと、 前記セルのプログラミング電荷状態の電気的消去を許容
    するため消去ゲートに消去電圧を印加する一方で、より
    低い電圧で前記制御ゲートをバイアスし、さらにプログ
    ラミング電圧で前記第１導電領域及び前記注入領域の表
    面をバイアスすることにより、メモリ状態の過剰消去を
    相殺するために前記注入領域から前記電荷蓄積領域への
    ホット電荷注入を許容する結合手段とを有することを特
    徴とするプログラミング半導体メモリ。
17. 【請求項１７】特許請求の範囲第１項ないし第16項の何
    れか一項に記載のメモリにおいて、 前記注入領域が基体のｐ導電型部分上にイオン注入され
    たｎ導電型ウェルを有し、より浅くイオン注入されたｐ
    導電型ウェルがｐ導電型部分の横方向隣接部分に形成さ
    れかつ、前記注入領域上に前記ｐ導電型領域を形成する
    ためにｎ導電型ウェルの領域の一部を覆い及び覆われる
    ことを特徴とするプログラミング半導体メモリ。