JP6594725B2 - Semiconductor non-volatile memory device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、閾値電圧を外部からの電気信号印加により可変できる半導体不揮発性メモリ素子およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor nonvolatile memory device capable of changing a threshold voltage by applying an electric signal from the outside, and a manufacturing method thereof.
電子機器に用いられる電子回路は電池などの電源により駆動されるが、この電源の電圧が変動すると電子回路の誤動作や様々な異常現象を引き起こす可能性があるので、電圧を調整し一定電圧を出力したり、電源の変動をモニタリングしたりするようなパワーマネジメントICを電子回路と電源との間に設置し、安定動作を図るのが一般的である。特に近年低電圧化が進むマイコンやCPUなどの半導体集積回路においては、パワーマネジメントICに対し、出力される一定電圧の定電圧性やモニタリングする電圧値などへの高精度化の要求が厳しくなってきている。 Electronic circuits used in electronic devices are driven by a power source such as a battery. If the voltage of the power source fluctuates, the electronic circuit may malfunction or cause various abnormal phenomena. In general, a power management IC that monitors power supply fluctuations is installed between an electronic circuit and a power supply to achieve stable operation. In particular, in semiconductor integrated circuits such as microcomputers and CPUs, whose voltage has been decreasing in recent years, there has been a strict requirement for power management ICs to improve the accuracy of the constant voltage output and the voltage value to be monitored. ing.
電源から一定電圧を電気回路に出力するパワーマネジメントICとして、例えば図3に示す降圧型シリーズレギュレータが挙げられる。
この半導体集積回路においては、グランド端子105と電源端子106の間に印加される電源電圧をPMOS出力素子104及び、抵抗素子102からなる分圧回路103で分圧している。抵抗素子102で分圧した電圧をエラーアンプ101の一入力端子に入力し、基準電圧回路100から生成される一定の基準電圧値と比較してその大小に応じてエラーアンプ101によりPMOS出力素子104の入力電圧を制御し、PMOS出力素子104のソース/ドレイン抵抗を変化させている。結果として出力端子107には、基準電圧回路100の基準電圧値と、分圧回路103の抵抗分圧比に応じた電源電圧依存性のない一定の出力電圧を出力する機能をもつ。この出力電圧は以下の式(1)により計算される。
An example of a power management IC that outputs a constant voltage from a power supply to an electric circuit is a step-down series regulator shown in FIG.
In this semiconductor integrated circuit, a power supply voltage applied between a
出力電圧=基準電圧値×分圧回路抵抗分圧比 (1)
この出力電圧の調整には抵抗素子102の抵抗値を後に述べる方法で変化させることで分圧回路103の分圧比を変化させ、式(1)に基づいて所望の出力電圧値に設定する。そのため、ターゲットとする出力電圧毎に半導体集積回路の分圧回路に加工・修正が必要となる。
Output voltage = reference voltage value x voltage divider circuit resistance division ratio (1)
In adjusting the output voltage, the voltage dividing ratio of the voltage dividing
また図4のような、電源電圧が一定電圧になったときに信号を出力する機能をもつ電圧検出器もパワーマネジメントICの1つである。
この半導体集積回路においては、電源端子106から入力される電源電圧を抵抗素子102からなる分圧回路103で分圧した電圧に変換し、基準電圧回路100の基準電圧値とコンパレータ108によって比較し、その大小によって出力端子107から電圧信号を出力するというものである。このような機構により電源電圧を監視し、ある一定の電圧以上もしくは以下になった場合にしかるべき処理を行うために信号を出力するような機能の電圧検出器を実現している。
A voltage detector having a function of outputting a signal when the power supply voltage becomes a constant voltage as shown in FIG. 4 is one of the power management ICs.
In this semiconductor integrated circuit, the power supply voltage input from the
この図4の例でも抵抗素子102を変化させることで分圧回路103の分圧比を変化させ、(1)式に基づき所望の電圧検出値を設定する。そのため、ターゲットとする出力電圧毎に半導体集積回路の分圧回路に加工・修正が必要となる。
In the example of FIG. 4 as well, the voltage dividing ratio of the voltage dividing
半導体集積回路の分圧回路に用いられる抵抗素子には、単結晶シリコン半導体基板に半導体基板と逆導電型の不純物を注入した拡散抵抗や、不純物を注入した多結晶シリコンからなる抵抗などが用いられる。分圧回路の設計においては、抵抗体を複数使用する場合、その長さ・幅・抵抗率は全て同一に設定する。そうする事で形状を決定するエッチング加工プロセス時の形状ばらつきや、不純物注入ばらつきをそれぞれの抵抗素子が等しく受ける事になり、抵抗素子の絶対値はばらついたとしても、抵抗素子同士の抵抗比率を一定に保つ事が出来るためである。 As a resistance element used in a voltage dividing circuit of a semiconductor integrated circuit, a diffusion resistor in which an impurity having a conductivity type opposite to that of a semiconductor substrate is implanted into a single crystal silicon semiconductor substrate, a resistor made of polycrystalline silicon in which an impurity is implanted, or the like is used. . In the design of the voltage dividing circuit, when a plurality of resistors are used, the length, width, and resistivity are all set to be the same. By doing so, each resistance element is equally affected by variations in the shape of the etching process that determines the shape and variations in impurity implantation. Even if the absolute values of the resistance elements vary, the resistance ratio between the resistance elements This is because it can be kept constant.
図5はこの一定形状・一定抵抗率に基づく一定の抵抗値をもつ抵抗素子を分圧回路内で使用する場合を示している。図5の201から204の抵抗群のように、単位抵抗素子200を直列接続や並列接続することで様々な抵抗値を実現している。この単位抵抗素子200は先に述べたように、同一形状・同一抵抗率の抵抗素子なので、この抵抗比率の高い単位抵抗素子からなる抵抗群の抵抗比も高精度に保つことができる。
FIG. 5 shows a case where a resistance element having a constant resistance value based on the constant shape and the specific resistivity is used in the voltage dividing circuit. Various resistance values are realized by connecting the
また201から204の抵抗群に対しては並列に、例えば多結晶シリコンからなるヒューズ301から304を設置し、外部からレーザー照射によって切断できるようにしている。そしてこのレーザー照射によるヒューズのカット・未カットに応じ、109端子Aから110端子Bの間の抵抗値を必要に応じ変えることができるようにしている。そして110端子Bから111端子Cの間に形成している固定抵抗との分圧比を110端子Bから出力している。
Further, fuses 301 to 304 made of, for example, polycrystalline silicon are installed in parallel with the
以上のように高精度な抵抗比をもつ分圧回路において、多結晶シリコンヒューズをレーザーカットすることにより所望の分圧比を高精度に得ることができ、同一の半導体集積回路を用いながら様々なターゲットの出力電圧をもつ製品を生み出すことが可能となっている。 As described above, in a voltage dividing circuit having a highly accurate resistance ratio, a desired voltage dividing ratio can be obtained with high accuracy by laser-cutting a polycrystalline silicon fuse, and various targets can be used while using the same semiconductor integrated circuit. It is possible to produce products with an output voltage of.
一般的な出力電圧の調整方法は図2のようになる。
まず、最初に半導体加工工場で仕上がった製品の出力電圧をそのまま測定する(図2(1))。次にその出力電圧に応じてあらかじめ用意された計算式もしくはデータベースに基づき、分圧回路に設置されている多結晶シリコンヒューズをレーザーで加工し出力電圧のトリミングを行う(図2(2))。最後に加工した製品の出力電圧を再度測定し、所望の仕様規格に入っているかどうかを確認する(図2(3))。ここで仕様規格に入っていない製品は出荷しにこととする。これ以外にも、出力電圧をモニタリングしながら抵抗体を徐々に加工していき、所望の出力電圧に達すると加工をやめるオンライントリミング法もある。図2の方法はオンライントリミング法に対比してオフライントリミング法と呼ぶ。
A general output voltage adjustment method is as shown in FIG.
First, the output voltage of the product finished at the semiconductor processing factory is measured as it is (FIG. 2 (1)). Next, based on a calculation formula or database prepared in advance according to the output voltage, the polycrystalline silicon fuse installed in the voltage dividing circuit is processed with a laser to trim the output voltage (FIG. 2 (2)). Finally, the output voltage of the processed product is measured again, and it is confirmed whether it meets the desired specification standard (FIG. 2 (3)). Here, products that do not meet the specifications will be shipped. In addition, there is an on-line trimming method in which the resistor is gradually processed while monitoring the output voltage, and the processing is stopped when the desired output voltage is reached. The method of FIG. 2 is called an off-line trimming method in contrast to the on-line trimming method.
次に図3、4で同様に使用する基準電圧回路について図6(1)、(2)を基に説明する。
基準電圧回路は従来最も基本的な回路では、デプレッション型NMOSトランジスタ402とエンハンス型NMOSトランジスタ401から構成される。図6(1)に示すように、それぞれのトランジスタは、半導体基板1内のP型ウェル領域5上に形成し、ゲート電極6、ゲート絶縁膜9、N型ソース/ドレイン領域12とからなり、それぞれの違いは、ゲート絶縁膜9下に形成する閾値電圧を決定するための不純物領域において、デプレッション型NMOSトランジスタ402においてはN型チャネル不純物領域10が、エンハンス型NMOSトランジスタ401においてはP型チャネル不純物領域11が形成されているという部分である。そしてそれぞれトランジスタ動作を制御するためのドレイン端子2、ソース端子3、P型ウェル領域の電位を固定するためのボディ端子4を有している。
Next, a reference voltage circuit similarly used in FIGS. 3 and 4 will be described with reference to FIGS.
The reference voltage circuit is the most basic circuit conventionally, and includes a depletion
このようなデプレッション型NMOSトランジスタ402とエンハンス型NMOSトランジスタ401を図6(2)のように、電源端子403とグラウンド端子404間に直列に接続し、電流源であるデプレッション型NMOSトランジスタ402から一定電流を出力し、負荷素子となるエンハンス型NMOSトランジスタ401のドレイン端子2に入力することで、エンハンス型NMOSトランジスタ401のドレイン端子に発生する電圧を一定電圧として基準電圧出力端子405に出力する。(例えば、特許文献1参照)
このときの基準電圧回路から出力される一定電圧は、デプレッション型NMOSトランジスタの閾値電圧及びトランスコンダクタンスをVtd、Ktd、エンハンス型NMOSトランジスタの閾値電圧及びトランスコンダクタンスをVte,Kteとすると下式(2)のようになる。
Such a depletion
The constant voltage output from the reference voltage circuit at this time is expressed by the following equation (2) when the threshold voltage and transconductance of the depletion type NMOS transistor are Vtd and Ktd, and the threshold voltage and transconductance of the enhancement type NMOS transistor are Vte and Kte. become that way.
基準電圧回路定電圧=√(Ktd/Kte)×|Vtd| + Vte (2)
すなわち、式(1)の出力電圧に生ずるばらつきは、基準電圧回路から出力される定電圧を決定する各パラメータがばらつくことに起因している。そして、分圧回路の抵抗分圧比の調整によりこのばらつきを吸収している。
Reference voltage circuit constant voltage = √ (Ktd / Kte) × | Vtd | + Vte (2)
That is, the variation that occurs in the output voltage of Equation (1) is due to the fact that each parameter that determines the constant voltage output from the reference voltage circuit varies. This variation is absorbed by adjusting the resistance voltage dividing ratio of the voltage dividing circuit.
半導体集積回路装置の回路特性ばらつきを低減するために、レーザー加工によるトリミング方法に頼らない出力電圧の調整を可能とする高精度に閾値電圧を調整する事が可能な半導体不揮発性メモリ素子およびその製造方法を提供する。 Semiconductor non-volatile memory device capable of adjusting threshold voltage with high accuracy and enabling adjustment of output voltage without relying on trimming method by laser processing in order to reduce variation in circuit characteristics of semiconductor integrated circuit device and its manufacture Provide a method.
本発明は上記課題を解決するために、以下のようにした。
すなわち、半導体基板と、半導体基板内に形成した第1導電型のウェル領域と、離間して形成した第2導電型の第1の高濃度不純物を有する高濃度ソース領域及び第1の高濃度ドレイン領域と、高濃度ソース領域及び第1の高濃度ドレイン領域の間であって、第1の高濃度ソース領域に隣接した半導体基板上に形成する第1のゲート絶縁膜と、高濃度ソース領域及び第1の高濃度ドレイン領域の間であって、第1の高濃度ドレイン領域に隣接した半導体基板上に形成する第2のゲート絶縁膜と、高濃度ソース領域から離間し、第2のゲート絶縁膜の下の領域を含み、第1の高濃度ドレイン領域に重なる領域に形成する第2導電型の第2の高濃度ドレイン領域と、高濃度ソース領域から離間し、第1のゲート絶縁膜の下及び第2のゲート絶縁膜の下の領域を含み、第1の高濃度ドレイン領域及び第2の高濃度ドレイン領域に重なる領域に形成する第2導電型の第1の低濃度ドレイン領域と第1のゲート絶縁膜の下であって、ソース領域と第1の低濃度ドレイン領域の間に形成する第2導電型のチャネル不純物領域と、第1のゲート絶縁膜及び第2のゲート絶縁膜上に形成し高濃度不純物を含む多結晶シリコンからなるフローティングゲート電極と、フローティングゲート電極上に形成する第3のゲート絶縁膜と、第3のゲート絶縁膜上に形成し高濃度不純物を含む多結晶シリコンからなるコントロールゲート電極と、第1導電型のウェル領域は、高濃度ソース領域、第1の高濃度ドレイン領域、第2の高濃度ドレイン領域、第1の低濃度ドレイン領域、チャネル不純物領域を含む領域であってこれらの領域より深い位置まで形成している半導体不揮発性メモリ素子とした。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has been made as follows.
That is, a semiconductor substrate, a first conductivity type well region formed in the semiconductor substrate, a high concentration source region and a first high concentration drain having a second conductivity type first high concentration impurity formed apart from each other. A first gate insulating film formed on the semiconductor substrate adjacent to the first high concentration source region between the high concentration source region and the first high concentration drain region, and the high concentration source region and A second gate insulating film formed on the semiconductor substrate between the first high-concentration drain regions and adjacent to the first high-concentration drain region; and a second gate insulation separated from the high-concentration source region A second high-concentration drain region of a second conductivity type formed in a region including the region under the film and overlapping the first high-concentration drain region, and spaced apart from the high-concentration source region, Lower and second gate insulating films The first conductivity region is formed under the second conductivity type first low concentration drain region and the first gate insulating film formed in a region including the lower region and overlapping the first high concentration drain region and the second high concentration drain region. A second conductivity type channel impurity region formed between the source region and the first low-concentration drain region, and a high concentration impurity formed on the first gate insulating film and the second gate insulating film. A floating gate electrode made of crystalline silicon; a third gate insulating film formed on the floating gate electrode; a control gate electrode formed on the third gate insulating film and made of polycrystalline silicon containing high-concentration impurities; The one conductivity type well region includes a high concentration source region, a first high concentration drain region, a second high concentration drain region, a first low concentration drain region, and a channel impurity region. And a semiconductor nonvolatile memory device which is formed to a position deeper than these areas there.
また、本発明は上記課題を解決するために、以下のようにした。
すなわち、半導体基板にP型不純物からなるP型ウェル領域を形成するP型ウェル領域形成工程と、
前記P型ウェル領域の周囲にLOCOS酸化膜を形成する素子分離絶縁膜形成工程と、
ドレイン形成予定領域に、N型不純物からなるN型高濃度領域を形成するN型高濃度領域形成工程と、
前記N型高濃度領域よりもN型不純物濃度は低く、深く拡散された、第1のN型低濃度不純物領域を形成するN型低濃度領域形成工程と、
前記P型ウェル領域内のチャネル形成予定領域に、N型不純物領域を形成するチャネル領域形成工程と、
前記ドレイン形成予定領域に、前記N型高濃度領域と重なるように第2のゲート絶縁膜を形成し、前記チャネル形成予定領域に、前記第2のゲート絶縁膜より薄い第1のゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、
前記第1のゲート絶縁膜と前記第2のゲート絶縁膜の上に、不純物を含む多結晶シリコン層を形成し、前記多結晶シリコン上に第3のゲート絶縁膜を形成し、前記第3のゲート絶縁膜上に、不純物を含む多結晶シリコン層を形成するゲート電極形成工程と、
ソース形成予定領域と前記ドレイン形成予定領域に、N型不純物領域を形成するソース/ドレイン形成工程と、
を有する半導体不揮発性メモリ素子の製造方法とした。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is as follows.
That is, a P-type well region forming step for forming a P-type well region made of P-type impurities on a semiconductor substrate;
An element isolation insulating film forming step of forming a LOCOS oxide film around the P-type well region;
An N-type high-concentration region forming step of forming an N-type high-concentration region made of N-type impurities in the drain formation scheduled region;
An N-type low-concentration region forming step of forming a first N-type low-concentration impurity region, which has a lower N-type impurity concentration than the N-type high concentration region and is deeply diffused;
A channel region forming step of forming an N-type impurity region in a channel formation scheduled region in the P-type well region;
A second gate insulating film is formed in the drain formation planned region so as to overlap the N-type high concentration region, and a first gate insulating film thinner than the second gate insulating film is formed in the channel formation planned region. Forming a gate insulating film to be formed;
A polycrystalline silicon layer containing impurities is formed on the first gate insulating film and the second gate insulating film, a third gate insulating film is formed on the polycrystalline silicon, and the third gate insulating film is formed. A gate electrode formation step of forming a polycrystalline silicon layer containing impurities on the gate insulating film;
A source / drain formation step of forming an N-type impurity region in the source formation scheduled region and the drain formation scheduled region;
The manufacturing method of the semiconductor non-volatile memory element which has this.
本発明によれば、閾値電圧が外部電気信号により調整可能な半導体不揮発性メモリ素子を提供することができ、半導体集積回路装置の出力電圧の調整を高精度に、しかも容易に行うことができる、 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor nonvolatile memory element whose threshold voltage can be adjusted by an external electrical signal, and to adjust the output voltage of the semiconductor integrated circuit device with high accuracy and easily.
以下にこの発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、図8、図9により、上記図3、図4に示した従来の半導体集積回路に本発明を適用した実施例を示す。図8、図9に示すように、基準電圧回路100に外部から印加電圧・電流を入力できる調整入力端子112を加えた。この基準電圧回路内の特定素子を半導体不揮発性メモリ素子に置き換え、この半導体不揮発性メモリ素子は、調整入力端子112への外部からの入力電圧・電流に従い、閾値電圧を変化させることができる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, an embodiment in which the present invention is applied to the conventional semiconductor integrated circuit shown in FIGS. 3 and 4 will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 8 and 9, an
そこで、次に出力電圧を調整する方法を、図1を用いて説明する。
まず半導体加工工場で仕上がった製品の出力電圧をそのまま測定する(図1(1)の工程)。
Therefore, a method for adjusting the output voltage will be described with reference to FIG.
First, the output voltage of the product finished in the semiconductor processing factory is measured as it is (step (1) in FIG. 1).
次に基準電圧回路内の半導体不揮発性メモリ素子へ調整入力端子を介して電圧・電流を印加し、半導体不揮発性メモリ素子の閾値電圧を変化させる(図1(2)の工程)。図8、図9のような構成の半導体集積回路では、基準電圧回路から出力する基準電圧値が変化すれば(1)式に従い出力電圧も比例して変化するので、調整入力端子への電圧・電流印加量と出力電圧量は比例する。 Next, a voltage / current is applied to the semiconductor nonvolatile memory element in the reference voltage circuit via the adjustment input terminal to change the threshold voltage of the semiconductor nonvolatile memory element (step (2) in FIG. 1). In the semiconductor integrated circuit configured as shown in FIGS. 8 and 9, if the reference voltage value output from the reference voltage circuit changes, the output voltage also changes proportionally according to the equation (1). The amount of applied current is proportional to the amount of output voltage.
その後出力電圧を測定し、その出力電圧が製品に求められる公差仕様規格外であれば図1(2)の工程に戻り、半導体不揮発性メモリ素子への電圧・電流印加を再開する。この際、初期の出力電圧値をあらかじめ仕様規格外になるよう基準電圧回路の基準電圧値を設定し、半導体不揮発性メモリ素子へ徐々に電圧・電流を+あるいは−の一方向へ印加することで仕様規格に近づける方法が調整しやすく好ましい。 Thereafter, the output voltage is measured, and if the output voltage is outside the tolerance specification standard required for the product, the process returns to the step of FIG. 1 (2), and the voltage / current application to the semiconductor nonvolatile memory element is resumed. At this time, the reference voltage value of the reference voltage circuit is set in advance so that the initial output voltage value is outside the specification standard, and the voltage / current is gradually applied to the semiconductor nonvolatile memory element in one direction of + or −. A method of approaching the specification standard is preferable because it is easy to adjust.
図1(2)の工程、図1(3)の工程を繰り返し、出力電圧値が仕様規格内に入った時点で、一連の処理を終える(図1(4)の工程)。この図1(2)の工程と(3)の工程は実際には断続的ではなく電気的に連続処理で行えるので、プログラムソフトを作成し自動制御を行えば、仕様規格外の製品を仕様規格内に合わせ込むのは非常に短時間に終えることができる。 The process of FIG. 1 (2) and the process of FIG. 1 (3) are repeated, and when the output voltage value falls within the specification standard, a series of processing is finished (step of FIG. 1 (4)). The processes in Fig. 1 (2) and (3) can be performed by continuous electrical processing rather than intermittently. Therefore, if program software is created and automatic control is performed, products outside the specification standards are specified. It can be completed in a very short time.
このような方法を取ることで、従来のような図2(1)の工程から(3)の工程のようなやり直しの効かない3ステップの工程を、一度の電気的処理で終えることができ、出力電圧の調整方法が簡素化し、大幅な工期短縮を実現することが出来る。さらに、出力電圧を確認しながらのオンライントリミング調整なので、仕様規格外の不良発生を抑制し、歩留まりの向上が期待できる。 By adopting such a method, the conventional three-step process such as the process of FIG. 2 (1) to the process of (3) that cannot be redone can be completed by a single electrical process. The output voltage adjustment method is simplified, and the construction period can be greatly shortened. Furthermore, online trimming adjustment while checking the output voltage suppresses the occurrence of defects outside the specifications and can be expected to improve yield.
また従来のレーザーを用いた抵抗加工によるオンライントリミングのような高熱の影響(抵抗の温度係数、再結晶化)を排除することが出来るので、出力電圧誤差やその再調整を懸念する必要がなく、安定的な出力電圧を維持できる。 In addition, since it is possible to eliminate the influence of high heat (temperature coefficient of resistance, recrystallization) such as on-line trimming by resistance processing using a conventional laser, there is no need to worry about output voltage error and its readjustment, A stable output voltage can be maintained.
また、この調整方法は製品形態(ウェハー、パッケージ)を問わない電気的な処理なので、仮に製品形態が変わってその影響により特性変動があったとしても、端子を通じて電気的に再調整が可能である。例えば、ウェハー状態で調整した出力電圧が、パッケージ実装後に熱履歴や樹脂応力などの影響で変化し仕様規格外に外れた場合に、パッケージ状態で再度調整し仕様規格内に合わせこむことが可能である。または最終形態のときのみ出力電圧調整を行い、ウェハー状態での調査を省く事で、さらなるテスト頻度の短縮及び工程短縮を行うことも可能である。
また、上記のようなテスト頻度の緩和と共に、レーザートリミング工程も必要としないので、測定装置やレーザー装置などの装置投資抑制効果も高い。
In addition, since this adjustment method is an electrical process regardless of the product form (wafer, package), even if the product form changes and the characteristics change due to the effect, it can be electrically readjusted through the terminals. . For example, if the output voltage adjusted in the wafer state changes due to the influence of thermal history or resin stress after mounting the package and falls outside the specification standard, it can be adjusted again in the package state to meet the specification standard. is there. Alternatively, by adjusting the output voltage only in the final form and omitting the investigation in the wafer state, it is possible to further reduce the test frequency and the process.
Further, since the test frequency is eased and the laser trimming process is not required, the effect of suppressing the investment in the apparatus such as a measuring apparatus or a laser apparatus is high.
さらに、図8、9の中の抵抗素子102を含む分圧回路103はあえて高精度化する必要はなく、精度が悪くてもそれを含めた形で本発明の方法で出力電圧値を合わせこむことができるので、従来例のような、均一化した複数の抵抗素子の用意や、そのパターンレイアウトの工夫も必要がなく、ヒューズ素子も不要となるので、チップサイズの縮小やレイアウト負荷の減少が見込めるという利点がある。
Further, the
次に本発明を実現する基準電圧回路について図7(1)、(2)を元に説明する。図7(2)に示すように基準電圧回路は、入力調整端子406とグラウンド端子404間に直列にデプレッション型NMOSトランジスタ402とエンハンス型NMOSトランジスタ401を接続し、電流源であるデプレッション型NMOSトランジスタ402から一定電流を出力し、負荷素子となるエンハンス型NMOSトランジスタ401のドレイン端子に発生する電圧を一定電圧として基準電圧出力端子405に出力する。
Next, a reference voltage circuit for realizing the present invention will be described with reference to FIGS. 7 (1) and (2). As shown in FIG. 7B, in the reference voltage circuit, a depletion
ただここでは図7(1)に示すように、本発明で使用するデプレッション型NMOSトランジスタ402については多結晶シリコンゲート電極を積層し、上層を電圧制御するコントロールゲート電極8、下層は電荷を注入・蓄積するフローティングゲート電極7という構造をとっている。
However, here, as shown in FIG. 7 (1), for the depletion
図7(2)のこの回路構成例で入力端子406の電圧を上昇させると、基準電圧出力端子405とグラウンド端子404の間の電圧は常に一定値に固定されるので、その電圧上昇分は入力調整端子406と基準電圧出力端子405の間で負担される。そのため入力端子406の印加電圧上昇に伴いデプレッション型NMOSトランジスタ402のドレイン/ソース間電圧が上昇し、後に述べる方法で電荷をもつキャリア、ここではゲート絶縁膜を介してホールを、電位の低いフローティングゲート電極7に注入し、フローティングゲート電極を正側に帯電させることができる。これはコントロールゲート電極側から見ると、このデプレッション型NMOSトランジスタの閾値電圧が下がることと同等である。その影響でデプレッション型NMOSトランジスタの電流が上昇し、それに合わせて基準電圧出力端子405の電位も上昇する。
When the voltage at the
基準電圧回路の基準電圧値が上昇すると、(1)式に従い、図8の降圧型シリーズレギュレータの出力電圧が上昇する。すなわち、基準電圧回路入力端子の電圧をコントロールすることにより、降圧型シリーズレギュレータ回路の出力電圧を任意に変更することができる。なお、この例では調整入力端子112は図6の入力調整端子406に対応している。
When the reference voltage value of the reference voltage circuit increases, the output voltage of the step-down series regulator of FIG. 8 increases according to equation (1). That is, the output voltage of the step-down series regulator circuit can be arbitrarily changed by controlling the voltage at the reference voltage circuit input terminal. In this example, the
この場合、半導体不揮発性メモリ素子の閾値電圧は入力調整端子を介した電圧調整によって、マイナス方向に変化するので、(2)式に従い元々マイナス値であるVtdがさらにマイナス側に変化し、その絶対値である|Vtd|の値は大きくなり、基準電圧回路から出力する基準電圧は高くなる方向に変化する。そしてそれに応じて降圧型シリーズレギュレータ回路の出力電圧も高くなる方向に変化させることになるので、入力調整端子による調整前に、本発明の降圧型シリーズレギュレータの出力電圧を要求仕様より低い値になるよう設計しておけば、この入力調整端子による出力電圧調整により、広い範囲の出力電圧要求仕様に対応することができる。
また、この方法で所定のターゲット電圧値への合わせこみが、レーザートリミング工程を介すことなく、電気的制御のみで高精度に行うことができる。
In this case, since the threshold voltage of the semiconductor nonvolatile memory element changes in the negative direction by voltage adjustment via the input adjustment terminal, Vtd, which is originally a negative value, further changes to the negative side according to the equation (2). The value of | Vtd |, which is the value, increases, and the reference voltage output from the reference voltage circuit changes in the increasing direction. Accordingly, the output voltage of the step-down type series regulator circuit is also changed in the direction of increasing, so that the output voltage of the step-down type series regulator of the present invention is lower than the required specification before adjustment by the input adjustment terminal. If designed in this way, output voltage adjustment by this input adjustment terminal can meet a wide range of output voltage requirement specifications.
In addition, adjustment to a predetermined target voltage value can be performed with high accuracy only by electrical control without using a laser trimming process.
図19を基にその具体例を説明する。図19(1)、(2)で示すグラフにおいて、横軸の値が図7のような基準電圧回路の入力調整端子406に入力する電圧、縦軸の値がその基準電圧回路を含む図8のような降圧型シリーズレギュレータの出力端子107から出力される電圧であり、図19(1)は入力調整端子による調整前の出力電圧特性であり、図19(2)は調整後の出力電圧特性である。
A specific example will be described with reference to FIG. In the graphs shown in FIGS. 19 (1) and 19 (2), the value on the horizontal axis includes the voltage input to the
まず入力調整前においては、図19(1)に示すように、基準電圧回路入力電圧を増加させていくと、基準電圧回路が正常に動作する電圧(a)点までは、入力電圧の増加に応じて出力電圧が上昇し、出力電圧が(1)式で計算される電圧まで達するとその出力電圧は入力電圧(b)点までは一定値に安定化する。ここまでは従来の降圧型シリーズレギュレータと全く変わらない電気的特性である。 First, before the input adjustment, as shown in FIG. 19A, when the reference voltage circuit input voltage is increased, the input voltage increases until the voltage (a) point at which the reference voltage circuit operates normally. Accordingly, the output voltage rises, and when the output voltage reaches the voltage calculated by the equation (1), the output voltage is stabilized at a constant value up to the input voltage (b) point. Up to this point, the electrical characteristics are completely the same as those of the conventional step-down series regulator.
その後、入力電圧が半導体不揮発性メモリ素子のフローティングゲート電極にキャリアが注入されるに足る充分に高い入力電圧(b)まで達すると、半導体不揮発性メモリ素子へのキャリアの注入が始まり、同時にその半導体不揮発性メモリ素子の閾値電圧が変化する。そのためキャリアの注入量に従い、出力電圧が再び上昇を始める。そして所望の出力電圧(c)点に達した時点で、それ以上の入力電圧印加を止めると、半導体不揮発性メモリ素子へのキャリア注入が停止し、そのキャリアはフローティングゲート電極へ保存される。そして以上の行為を行ったあとの電気特性は図19(2)のようになる。 Thereafter, when the input voltage reaches a sufficiently high input voltage (b) sufficient to inject carriers into the floating gate electrode of the semiconductor nonvolatile memory element, the injection of carriers into the semiconductor nonvolatile memory element starts, and at the same time, the semiconductor The threshold voltage of the nonvolatile memory element changes. Therefore, the output voltage starts to rise again according to the carrier injection amount. When the application of input voltage beyond that point is stopped when the desired output voltage (c) point is reached, carrier injection into the semiconductor nonvolatile memory element is stopped, and the carrier is stored in the floating gate electrode. The electrical characteristics after the above actions are as shown in FIG.
すなわち、半導体不揮発性メモリ素子へ注入したキャリアの量に応じて、半導体不揮発性メモリ素子の閾値電圧が変化するので、(2)式に従い|Vtd|が高くなり、基準電圧回路定電圧及び(1)式に基づく安定化した出力電圧も(c)の高い値に推移している。この出力電圧も、入力調整端子に(b)点以上の電圧を印加すると再び半導体不揮発性メモリ素子へのキャリア注入が始まり、出力電圧はまた上昇を始める。 That is, since the threshold voltage of the semiconductor nonvolatile memory element changes according to the amount of carriers injected into the semiconductor nonvolatile memory element, | Vtd | increases according to the equation (2), and the reference voltage circuit constant voltage and (1 The stabilized output voltage based on the equation (5) also changes to a high value in (c). As for this output voltage, when a voltage of point (b) or higher is applied to the input adjustment terminal, carrier injection into the semiconductor nonvolatile memory element starts again, and the output voltage starts to rise again.
ここで注意すべき点は、第1に図19(1)のような出力電圧の調整を可能とするために、入力電圧が(c)に達しても半導体不揮発性メモリ素子が破壊しないよう、充分高いドレイン破壊電圧となるよう素子設計をすることである。 The point to be noted here is that, first, in order to enable adjustment of the output voltage as shown in FIG. 19 (1), the semiconductor nonvolatile memory element is not destroyed even when the input voltage reaches (c). The element design is to achieve a sufficiently high drain breakdown voltage.
また、第2に出力電圧を所望の値に調整した後、実際に製品として使用する際の入力電圧最大値を(b)点よりも充分低い電圧にし、製品使用中に出力電圧が再キャリア注入により変化しないようにすることである。つまり本発明を使用する半導体集積回路装置の動作電圧は必ず(b)点以下の製品仕様とすることが必要である。そのため、個々の製品仕様に合わせた特性の半導体不揮発性メモリ素子を予め用意しておく。 Second, after adjusting the output voltage to a desired value, the maximum input voltage when actually using the product is set to a voltage sufficiently lower than the point (b), and the output voltage is reinjected during use of the product. It is to prevent it from changing. In other words, the operating voltage of the semiconductor integrated circuit device using the present invention must be a product specification of (b) or less. For this reason, a semiconductor nonvolatile memory element having characteristics adapted to individual product specifications is prepared in advance.
同じように図4の電圧検出回路における基準電圧回路も同様回路で実現することにより、各々の半導体集積回路装置の出力電圧を、基準電圧回路に付属した入力調整端子の電圧コントロールで同様に制御・設定することが可能である。 Similarly, by realizing the reference voltage circuit in the voltage detection circuit of FIG. 4 with the same circuit, the output voltage of each semiconductor integrated circuit device can be similarly controlled and controlled by the voltage control of the input adjustment terminal attached to the reference voltage circuit. It is possible to set.
また基準電圧回路においては、電流源となる素子と、負荷となる素子の、上記のような組み合わせを基本動作とするものであれば、どのような構成の回路であっても本発明を応用し適用することが可能であることはいうまでもない。 In the reference voltage circuit, the present invention can be applied to any circuit having any configuration as long as the basic operation is based on the combination of the current source element and the load element. Needless to say, it can be applied.
またここで述べている半導体不揮発性メモリ素子とは、ホットキャリア注入によるフローティングゲート電極への電荷の注入、ゲート絶縁膜を介したFNトンネル電流によるキャリアの注入、絶縁膜中に存在する準位にキャリアをトラップさせる方法でなど、キャリアの注入による閾値電圧のシフトが実現できる素子全般を指している。 In addition, the semiconductor nonvolatile memory element described here refers to the injection of charges into the floating gate electrode by hot carrier injection, the injection of carriers by the FN tunnel current through the gate insulating film, and the level existing in the insulating film. It refers to all elements that can realize a threshold voltage shift by carrier injection, such as a method of trapping carriers.
次に本発明に用いる半導体不揮発性メモリ素子の詳細について説明する。
本発明の第1の実施例を示す半導体不揮発性メモリ素子の断面図を図10に示す。図10に示された素子は半導体基板1上に形成した7×1015/cm3から7×1016/cm3程度の不純物濃度のホウ素を含んだP型ウェル領域5内に形成する。そして素子分離として使う数1000Åから2umまでの厚さのLOCOS酸化膜13で囲まれる領域にN型ソース/ドレイン電極とN型チャネル不純物領域とゲート絶縁膜及びゲート電極でデプレッション型NMOSトランジスタを構成している。
Next, details of the semiconductor nonvolatile memory element used in the present invention will be described.
FIG. 10 is a cross-sectional view of the semiconductor nonvolatile memory element showing the first embodiment of the present invention. The element shown in FIG. 10 is formed in a P-
特徴的なのは、ゲート電極を多結晶シリコンからなるフローティングゲート電極7とコントロールゲート電極8の積層構造にしており、コントロールゲート電極は図示しないが金属配線などによりこのデプレッション型NMOSトランジスタのソース端子と接続し、フローティングゲート電極は、第1のゲート絶縁膜9と第2のゲート絶縁膜14、及び第3のゲート絶縁膜15に囲まれ、電気的な接続を持たない状態になっていることである。
Characteristically, the gate electrode has a laminated structure of a floating
このフローティングゲート電極7には、電子やホールなどのキャリアをドレイン端子より第2のゲート絶縁膜14を介して注入する。フローティングゲート電極7にプラスもしくはマイナスのキャリアが注入されると、通常のMOSFETにおけるゲート電極/チャネル領域間に存在する固定電荷と同様、その注入量に応じてこのデプレッション型NMOSトランジスタの閾値電圧が変化する。
Carriers such as electrons and holes are injected into the floating
そしてその注入したキャリアは通常動作時の熱や電気的ストレスでは逃げないような構造条件の下に保持されることで、このデプレッション型NMOSトランジスタの閾値電圧を所望の値に調整し維持することができる。 The injected carriers are maintained under a structural condition that does not escape due to heat or electrical stress during normal operation, so that the threshold voltage of the depletion type NMOS transistor can be adjusted to a desired value and maintained. it can.
このフローティングゲート電極7にキャリアが注入されてない状態においての閾値電圧はN型チャネル不純物領域10の不純物量に従い、マイナスのある値になるように設定し、ゲート/ソース間電圧が0Vでもドレイン/ソース間に電圧が印加されれば電流が流れるノーマリーオンの状態になるようにしておく。
The threshold voltage in a state where carriers are not injected into the floating
N型ソース/ドレイン領域は12は、1×1020/cm3以上のAsやPのN型不純物を注入し低抵抗にすることでソース・ドレイン端子として機能するが、ドレイン端子側は、さらにチャネル不純物領域10との間に、5×1018/cm3以上のAsやPのN型不純物を含むN型高濃度不純物領域17と、1×1017/cm3以上1×1018/cm3以下のAsやPのN型不純物からなる第1のN型低濃度領域18とを有している。
The N-type source /
この第1のN型低濃度領域18は、ドレイン電圧印加時のドレイン側空乏層伸張による電解緩和とそれによる高耐圧化の役割を担い、N型高濃度不純物領域17はフローティングゲート電極7にキャリアを注入するときの下部電極として利用する。
The first N-type
また、N型高濃度不純物領域17の不純物濃度を5×1018/cm3にする第1の理由は、フローティングゲート電極へキャリアとしてホールを注入する際、プラスの電圧を印加するN型高濃度領域表面が空乏化し、フローティングゲート電極/N型高濃度領域間の電界が緩和されて注入効率が低下してしまう事を防ぐためである。
The first reason for setting the impurity concentration of the N-type high-
第2の理由は、同じくフローティングゲート電極へキャリアとしてホールを注入するためにN型高濃度不純物領域に高電圧を印加した際に、N型低濃度領域18からドレイン側に広がってくるドレイン/ウェル間空乏層の伸張を防ぎ、キャリアの注入効率低下を防ぐことである。
The second reason is that the drain / well spreading from the N-type
ところで、N型高濃度不純物領域17とフローティングゲート電極7とは重なり部分16を有しており、その重なり部分に存在する第2のゲート絶縁膜14は、N型チャネル不純物領域10上のゲート絶縁膜9とは異なる厚さを有している。一般的にゲート絶縁膜は、そのMOSFETを含む半導体集積回路の動作電圧に応じて長期信頼性の観点から所定の厚さに設定する。ただ本半導体不揮発性メモリ素子における第2のゲート絶縁膜14はここからフローティングゲート電極にキャリアを注入するのに適した条件で決め、なおかつ動作電圧範囲内において電荷が逃げる事を避けるため、上記の動作電圧における長期信頼性で決まる膜厚以上の厚さを採用する。
そのため、本実施例では、第2のゲート絶縁膜14は、N型チャネル不純物領域10上のゲート絶縁膜9よりも厚さが厚くなっている。
By the way, the N-type high
Therefore, in this embodiment, the second
また本発明の半導体不揮発性メモリ素子の別の特徴は、半導体不揮発性メモリ素子やそれを含む半導体集積回路装置の特性のアナログ的な調整に特化しており、従来のある一部の素子を置き換えることためのものである。そのため、情報蓄積のためにメモリアレイを構成する事は想定しておらず、メモリアレイ構成時に必要となるアドレスを特定するためのセレクトゲートなどの構造は必要としない。 Another feature of the semiconductor nonvolatile memory element of the present invention is specialized in analog adjustment of the characteristics of the semiconductor nonvolatile memory element and the semiconductor integrated circuit device including the semiconductor nonvolatile memory element, and replaces some conventional elements. It is for that. Therefore, it is not assumed that a memory array is configured for information storage, and a structure such as a select gate for specifying an address required at the time of memory array configuration is not required.
次に本発明の電気的動作の詳細を説明する。
例えば、フローティングゲート電極7の電位は、マイナスの電荷をもつ電子を注入するとマイナス電位に変化する。その場合、このマイナスの電荷に呼応してチャネル領域にプラスの電荷が誘起され、あるいはN型チャネル不純物領域10の電子が減少し、このNチャネル型MOSFETの閾値電圧はプラス側に変化する。
Next, details of the electrical operation of the present invention will be described.
For example, the potential of the floating
一方、フローティング電極7にプラスの電荷をもつホールを注入すると、フローティングゲート電極の電位はプラス側にシフトし、N型チャネル不純物領域10の電子濃度がより濃くなるような状態に変化し、結果としてこのNチャネル型MOSFETの閾値電圧はマイナス側に変化する。
On the other hand, when positively charged holes are injected into the floating
本発明の構成はN型チャネル不純物10の存在により、キャリアが注入されてない状態で閾値電圧がマイナスの値を取るデプレッション型NMOSトランジスタであるので、フローティングゲート電極7にドレイン端子にプラス電位を印加し、N型高濃度不純物領域17側からキャリアとしてホールを注入することで、マイナスの閾値電圧をよりマイナスの方向に変化させ、高精度にその閾値電圧を制御する。
The configuration of the present invention is a depletion type NMOS transistor in which the threshold voltage takes a negative value when no carrier is injected due to the presence of the N-
一般的な半導体不揮発性メモリ素子は、例えば閾値電圧を0V以上もしくは0V以下とするような2値で制御し、その素子を複数組み合わせることで、必要な情報をデジタル的に保持するために用いられる。本発明は、1つの素子のみを用い、フローティング内のキャリアの量でアナログ的に情報を決定し、保持し続ける事が従来の利用方法と異なっている。 A general semiconductor nonvolatile memory element is used to hold necessary information digitally by controlling a binary value such that a threshold voltage is 0 V or more or 0 V or less and combining a plurality of such elements. . The present invention is different from the conventional utilization method in that only one element is used and information is determined and held in an analog manner by the amount of carriers in the floating state.
本発明ではこのような閾値電圧変更機能と、不揮発性の特徴を生かし、顧客への出荷前に本半導体不揮発性メモリ素子に予めキャリアを注入して半導体不揮発性メモリ素子の閾値電圧を調整してその半導体不揮発性メモリ素子を含む半導体集積回路装置の回路特性を所望の値に調整するが、以後、以後顧客での使用動作中にキャリアの出し入れをすることはなく、繰り返し書き換えのための高度な信頼性は第2のゲート絶縁膜には必要としない。 In the present invention, by taking advantage of such a threshold voltage changing function and non-volatile characteristics, carriers are injected into the semiconductor non-volatile memory element in advance before shipment to the customer to adjust the threshold voltage of the semiconductor non-volatile memory element. The circuit characteristics of the semiconductor integrated circuit device including the semiconductor non-volatile memory element are adjusted to a desired value. However, after that, the carrier is not taken in and out during use operation, and advanced rewrite for repetitive rewriting is performed. Reliability is not required for the second gate insulating film.
本発明においてこのフローティングゲート電極へのキャリアの注入は以下のように行う。まず、キャリアを注入してない状態では、閾値電圧はマイナス値だが本来の狙い値よりも高い(プラス側)値となるようN型チャネル不純物領域10の不純物量を設定しておく。
In the present invention, carriers are injected into the floating gate electrode as follows. First, in the state where carriers are not injected, the amount of impurities in the N-type
次に、半導体製造工程後の半導体集積回路装置のテスト段階において、ソース電位とコントロールゲート電極電位を共通の低電位とし、ドレイン電位をプラス側高電位に変化させる。この状態でフローティングゲート電位は、第1のゲート絶縁膜9、第2のゲート絶縁膜14、第3のゲート絶縁膜15の膜厚と、コントロールゲート電極、フローティングゲート電極サイズで決まる容量比によって、ドレイン電位とソース電位及びコントロールゲート電極電位の中間の値となるが、上記サイズ及び膜厚を調整することで、ソース電位及びコントロールゲート電極電位に近い低い値になるよう設定し、第2のゲート絶縁膜14にそのドレイン/ソース間電圧のほとんどが印加されるように設計しておく。
Next, in the test stage of the semiconductor integrated circuit device after the semiconductor manufacturing process, the source potential and the control gate electrode potential are set to a common low potential, and the drain potential is changed to a positive high potential. In this state, the floating gate potential depends on the thickness ratio of the first
本デプレッション型NMOSトランジスタ、はコントロールゲート電極8の電位が0Vでも、閾値電圧がマイナス値なのでドレイン電位の上昇に従い、ドレイン電流が流れることになるが、電流特性が非飽和特性領域から飽和特性領域に切り替わった後、ドレイン電位に依存しない一定の飽和電流値に安定化する。そしてN型チャネル不純物領域10内ドレイン側に発生する空乏層端の電位が、ゲート/ソース間電圧と閾値電圧で決まる低い一定値(ピンチオフ電圧)に固定されるので、ドレイン/ソース間電圧とピンチオフ電圧の差分の電圧が第1のN型低濃度不純物領域内に発生する空乏層にかかることになる。この空乏層は、充分に高濃度であるN型高濃度不純物領域17内に及ばないので、N型高濃度不純物領域17の電位は印加しているドレイン端子2に印加しているドレイン電位がそのまま印加されることになり、N型高濃度不純物領域17とコントロールゲート電極8間の電位差を制御することが容易である。
In this depletion type NMOS transistor, even if the potential of the
この時、第1のN型低濃度不純物領域18の濃度及び平面方向長さを任意に設定することで、N型低濃度不純物領域内に発生する空乏層の広がり量を制御することができ、アバランシェ破壊による印加ドレイン電圧の上限を高めることができる。それによりN型高濃度不純物領域17に印加する電位を高い値に設定することができるので、第2のゲート絶縁膜を厚く設定してもキャリア注入するための電位を確保することができる。
At this time, by arbitrarily setting the concentration and the length in the planar direction of the first N-type low
例えば、第1のN型低濃度領域18の不純物濃度を1×1017/cm3から1×1018/cm3までの間とし、チャネル領域からN型高濃度不純物領域17までの平面方向の長さを1.5um以上と設定することで、ドレイン耐圧を20V以上とすることができ、20V以上のキャリア注入電圧を確保することが可能となる。
For example, the impurity concentration of the first N-type
ここで、例えば第2のゲート絶縁膜14の膜厚を400Åとした場合、約20V程度以上の印加電圧でトンネル現象を発生させることができるので、上記ドレイン構造でドレイン電圧を20V以上にすることにより、N型高濃度不純物領域17とフローティングゲート電極7との重なり部分16においてトンネリング現象に基づくプラス電荷のホール注入を実現する。一方、N型チャネル不純物領域10は先に述べたピンチオフ電圧以下となっているので、そのピンチオフ電圧に応じた絶縁膜厚さえ確保していれば、N型チャネル不純物領域10とフローティングゲート電極7との間の第1のゲート絶縁膜9においてトンネリング現象がおきることはない。
Here, for example, when the thickness of the second
上記のテスト段階において印加するドレイン電圧は、この本半導体不揮発性メモリ素子を含む半導体集積回路装置の動作電圧より充分高い電圧で行うのが好ましいのは先に述べた通りである。これにより、半導体集積回路装置の動作電圧以内の電源電圧の変動中にフローティングゲート電極へキャリアが注入されてしまう事を防止し、半導体不揮発性メモリ素子の閾値電圧の変動とそれによる半導体集積回路装置の回路特性の変化を抑制することができる。例えば、上記の例であれば半導体集積回路装置の動作電圧は10V以下であることが望ましい。このように動作電圧とキャリア注入電圧の間に充分な電位差(上記の例では20V−10V=10V)を施すために、第2のゲート絶縁膜2の厚さ及び第1のN型低濃度不純物領域条件を設定する事が必要である。
As described above, the drain voltage applied in the test stage is preferably a voltage sufficiently higher than the operating voltage of the semiconductor integrated circuit device including the semiconductor nonvolatile memory element. Thus, carriers are prevented from being injected into the floating gate electrode during the fluctuation of the power supply voltage within the operating voltage of the semiconductor integrated circuit device, and the fluctuation of the threshold voltage of the semiconductor nonvolatile memory element and the semiconductor integrated circuit device thereby The change in circuit characteristics can be suppressed. For example, in the above example, the operating voltage of the semiconductor integrated circuit device is desirably 10 V or less. Thus, in order to provide a sufficient potential difference (20 V−10 V = 10 V in the above example) between the operating voltage and the carrier injection voltage, the thickness of the second
フローティングゲート電極に蓄積すべきキャリアの量は、図19で示したように、ドレイン電圧を徐々に大きくしていく方法で決定することができるが、フローティングゲート電極7に蓄積するホール電荷量はドレイン電圧値とその印加時間の積でも制御できる。先に述べたようにホール電荷の蓄積量に応じて本デプレッション型NMOSトランジスタの閾値電圧がさらにマイナス側にシフトするので、所望の閾値電圧に達するまで高い一定のドレイン電圧を印加し、出力電圧をモニタリングしながらその印加時間で高精度にNチャネル型MOSFETの閾値電圧を調整することも可能である。
The amount of carriers to be accumulated in the floating gate electrode can be determined by gradually increasing the drain voltage as shown in FIG. 19, but the hole charge amount accumulated in the floating
図11は本発明の第2の実施例を示す半導体不揮発性メモリ素子の断面図である。図11では図10の構造に加え、2×1016/cm3から2×1017/cm3程度の不純物濃度のAsやPからなる第2のN型低濃度不純物領域19を第1のN型低濃度不純物領域18の下に付加している。図10の場合はN型低濃度不純物領域18の条件にもよるが、ドレイン耐圧を30V程度まで高耐圧する事は容易である。ただ第1のN型低濃度不純物領域18とその下のP型ウェル領域5の空乏層において、第1のN型低濃度不純物領域側への空乏層の伸びが制約され、30V以上の高耐圧化が難しい。そのため、図11のように第2のN型不純物領域19を付加し、その拡散深さに相当する空乏層の伸びを確保することにより30V以上のドレイン耐圧を獲得することができる。このことはより高い動作電圧の半導体集積回路装置への対応や、動作電圧とトンネリング電圧のより大きなマージン確保に有効である。
FIG. 11 is a cross-sectional view of a semiconductor nonvolatile memory device showing a second embodiment of the present invention. 11, in addition to the structure of FIG. 10, the second N-type low-
図12は本発明の第3の実施例を示す半導体不揮発性メモリ素子の断面図である。図12においては、フローティングゲート電極7と第1のN型低濃度不純物領域18の間に第1のゲート絶縁膜9や第2のゲート絶縁膜14よりも厚い酸化膜を形成している。このような構成を取る事により、ドレイン電圧を上昇させたときに発生する低電位のフローティングゲート電極7と第1のN型低濃度不純物領域18との間の高電界化を緩和することができ、ドレイン耐圧を60V程度まで高耐圧化することができる。
FIG. 12 is a cross-sectional view of a semiconductor nonvolatile memory element showing a third embodiment of the present invention. In FIG. 12, an oxide film thicker than the first
この厚い酸化膜13は必要な電界の緩和の程度によって任意の厚さを設定してよく、30Vを越えるドレイン電圧に耐える場合は1000Å以上の厚さが好ましい。また素子分離領域のLOCOS酸化膜と同時に形成することにより、工程の増加を免れることができる。
The
図13は本発明の第4の実施例を示す半導体不揮発性メモリ素子の断面図である。図13においては、図12における第2のN型低濃度不純物領域19をソース端子3側方向に、N型チャネル不純物領域10に重なる程度まで延伸している。それに加え、ソース端子を囲むように、第2のN型低濃度不純物領域19よりも不純物濃度が高いP型低濃度不純物領域20を形成している。
FIG. 13 is a sectional view of a semiconductor nonvolatile memory element showing a fourth embodiment of the present invention. In FIG. 13, the second N-type low-
このP型低濃度不純物領域20は第1のゲート絶縁膜近傍の厚い酸化膜13を越えない領域で、BもしくはBF2を2×1016/cm3から2×1017/cm3程度の不純物濃度で、第2のN型低濃度不純物領域19の濃度よりも高い濃度で形成する。このように第2のN型低濃度不純物領域19よりもP型低濃度不純物領域20を高濃度にする構成により、ドレイン電圧を高めた場合に発生するチャネル側及びドレイン側の空乏層を、よりドレイン側に延伸させることができ、60V以上のドレイン耐圧を得る必要がある場合に有効となる。
This P-type low-
これまでの第1から第4までの実施例においては、図10から13のように、フローティングゲート電極とコントロールゲート電極を、多結晶シリコン層を利用して積層する構造としていたが、2層の多結晶シリコン層を用いるこのような方法はゲート電極面積の増大を抑制し低コスト化が容易であるものの、工程が増加し加工も困難になる。その困難性は例えば、フローティングゲート電極とコントロール電極及びその間の第3の酸化膜を一括加工するときのドライエッチング条件の選定や、マスクとなるレジストのエッチング耐性、段差部に生じる多結晶シリコンストリンガー、高アスペクトゲート電極構造による平坦性の悪化などに伴う様々な弊害などである。 In the first to fourth embodiments so far, as shown in FIGS. 10 to 13, the floating gate electrode and the control gate electrode are stacked using a polycrystalline silicon layer. Such a method using a polycrystalline silicon layer suppresses an increase in gate electrode area and facilitates cost reduction, but increases the number of steps and makes processing difficult. The difficulty is, for example, the selection of dry etching conditions when processing the floating gate electrode and the control electrode and the third oxide film therebetween, the etching resistance of the resist serving as a mask, the polycrystalline silicon stringer generated in the step portion, There are various problems associated with deterioration of flatness due to the high aspect gate electrode structure.
図14から17は、このような困難性を克服するために多結晶シリコン層を1層のみ用いて半導体不揮発性メモリ素子を実現する方法であり、図10から13の構造のそれぞれに対応した構造としている。
まず図14は、図10の多結晶シリコンの2層ゲート電極構造を1層にした第5の実施例である。
FIGS. 14 to 17 show a method for realizing a semiconductor nonvolatile memory element using only one polycrystalline silicon layer in order to overcome such difficulty. The structure corresponds to each of the structures shown in FIGS. It is said.
First, FIG. 14 shows a fifth embodiment in which the polycrystalline silicon two-layer gate electrode structure of FIG. 10 is formed as one layer.
図14(2)及び(3)は平面図14(1)のA−A’及びB−B’の部分に対応した断面図であり、図10の2層の積層多結晶シリコン構造をフローティングゲート電極7の1層からなる構造にしたものである。図14(2)に見られるようにフローティングゲート電極7上には、コントロール電極及び第3のゲート絶縁膜を形成していない。その替わりこのフローティングゲート電極7は図14(1)のようにチャネル領域外に延伸し、半導体基板内の不純物拡散領域を使用したコントロールゲート電極8と重なるように配置される。半導体基板内の不純物拡散領域を使用したコントロールゲート電極8は電位取り出し部分6を有している。コントロールゲート電極8は例えばN型高濃度不純物領域17の不純物と構造・工程とを兼用してもよく、取り出し部分6はソース/ドレイン領域のN型高濃度不純物と兼用してもよい。
FIGS. 14 (2) and (3) are cross-sectional views corresponding to the portions AA 'and BB' in the plan view 14 (1), and the two-layered polycrystalline silicon structure of FIG. The
また、図10で用いていたようなフローティングゲート電極とコントロール電極間の第3のゲート絶縁膜15は、フローティングゲート電極と半導体基板内の不純物拡散領域であるコントロールゲート電極間に形成される半導体基板表面の酸化膜で構成する事になり、ここではチャネル領域以外に形成される第1のゲート絶縁膜と同時に形成される酸化膜を用いている。
Further, the third
図14の構成は、コントロールゲート電極とフローティングゲート電極の2つの占有面積を半導体集積回路装置内で必要とするので、チップ占有面積の増大とそれによるコストの増加を招くことになる。ただ、本発明は半導体集積回路内に本半導体不揮発性メモリ素子を多数並べるようなメモリアレイのような用途に使用するものではないので占有面積の増加は大きくなく、そのコスト増加は半導体集積回路装置としてはほとんど問題とならない。一方、先に述べたようにプロセスの複雑性・困難性を排除することによる品質の安定化と工程減の効果を享受することができるというメリットがある。 The configuration of FIG. 14 requires two occupied areas of the control gate electrode and the floating gate electrode in the semiconductor integrated circuit device, which leads to an increase in the chip occupied area and an increase in cost. However, since the present invention is not used for a purpose such as a memory array in which a large number of the present semiconductor nonvolatile memory elements are arranged in a semiconductor integrated circuit, the increase in the occupied area is not large, and the increase in cost is caused by the semiconductor integrated circuit device. As a matter of little. On the other hand, as described above, there is an advantage that the effect of stabilizing the quality and reducing the process by eliminating the complexity and difficulty of the process can be enjoyed.
また、図14の構造において、ゲート電位とソース電位及びP型ウェル領域の電圧は金属配線で結線するなどして共通の低電位で使用する回路を採用する場合、図14(3)のコントロール電極8の不純物はP型高濃度不純物でもよく、さらにはP型ウェル領域5そのままであっても構わない。
In the structure of FIG. 14, when a circuit that uses a common low potential by connecting the gate potential, the source potential, and the voltage of the P-type well region with a metal wiring is used, the control electrode of FIG. The
なぜなら本発明の半導体不揮発性メモリ素子は、N型チャネル不純物領域10の存在によりゲート/ソース間電圧が0Vでもドレイン電圧に応じて電流が流れるノーマリーオン型としている。そのためP型ウェル領域がソース端子と図示しないどこかの金属配線などにより結線されていれば、コントロールゲート電極となる8の不純物拡散がP型でも同じ電位関係となるためである。
This is because the non-volatile semiconductor memory device of the present invention is of a normally-on type in which current flows in accordance with the drain voltage even when the gate-source voltage is 0 V due to the presence of the N-type
図15は図11の多結晶シリコンの2層ゲート電極構造を1層にした第6の実施例であり、その効果は図14で説明したものと同様である。図15(2)及び(3)は平面図15(1)のA−A’及びB−B’の部分に対応した断面図である。 FIG. 15 shows a sixth embodiment in which the polycrystalline silicon two-layer gate electrode structure of FIG. 11 is formed as one layer, and the effect is the same as that described in FIG. 15 (2) and 15 (3) are cross-sectional views corresponding to the portions A-A 'and B-B' in the plan view 15 (1).
また、図16は図12の多結晶シリコンの2層ゲート電極構造を1層にした第7の実施例であり、その効果は図14で説明したものと同様である。図16(2)及び(3)は平面図16(1)のA−A’及びB−B’の部分に対応した断面図である。 FIG. 16 shows a seventh embodiment in which the polycrystalline silicon two-layer gate electrode structure of FIG. 12 is formed as one layer, and the effect is the same as that described in FIG. 16 (2) and 16 (3) are cross-sectional views corresponding to the portions A-A 'and B-B' in the plan view 16 (1).
また、図17は図13の多結晶シリコンの2層ゲート電極構造を1層にした第8の実施例であり、その効果は図14で説明したものと同様である。図17(2)及び(3)は平面図17(1)のA−A’及びB−B’の部分に対応した断面図である。 FIG. 17 shows an eighth embodiment in which the polycrystalline silicon two-layer gate electrode structure of FIG. 13 is formed as one layer, and the effect is the same as that described in FIG. 17 (2) and 17 (3) are cross-sectional views corresponding to the portions A-A 'and B-B' in the plan view 17 (1).
次に本発明で使用している3種類のゲート絶縁膜について説明する。
まず、発明においてトンネリング現象によりフローティングゲート電極にキャリアを注入する際に用いる第2のゲート絶縁膜については膜厚制御性や膜質安定性が高い熱酸化法によるシリコン酸化膜が望ましい。また半導体製造工程終了後のテスト段階で1回もしくは数回キャリアをフローティングゲートに注入するだけなので、書き換え回数に対する強い耐性を得るための特殊な成膜条件や追加処理は必要としない。一方第2のゲート絶縁膜の膜厚は、半導体製造工程終了後のテスト工程において、半導体集積回路装置に印加される動作電圧より充分高いドレイン電圧印加に対し、所望のトンネル電流値が得られるだけの厚い膜厚に設定する。
Next, three types of gate insulating films used in the present invention will be described.
First, the second gate insulating film used when injecting carriers into the floating gate electrode due to the tunneling phenomenon in the invention is preferably a silicon oxide film formed by a thermal oxidation method with high film thickness controllability and film quality stability. In addition, since the carriers are only injected into the floating gate once or several times in the test stage after the semiconductor manufacturing process is completed, no special film formation conditions or additional processing are required to obtain strong resistance to the number of rewrites. On the other hand, the film thickness of the second gate insulating film is such that a desired tunnel current value can be obtained for a drain voltage application sufficiently higher than an operating voltage applied to the semiconductor integrated circuit device in a test process after the semiconductor manufacturing process is completed. Set to a thick film thickness.
一方、第1のゲート絶縁膜9及び第3のゲート絶縁膜15は、容量値が高い方が望ましい。それはテスト工程において、ドレイン電圧を印加しフローティングゲート電極にホールを注入する際、第2のゲート絶縁膜に効率的に電圧を印加するため、容量結合で決まるフローティングゲート電極の電位を充分低くするためである。
On the other hand, it is desirable that the first
高電位を印加するドレイン端子2と、低電位に設定するコントロールゲート電極8、P型ウェル領域及びそのP型ウェル領域と同電位であるボディ端子4との間の等価容量結合回路は図18のようになる。これで分かるように、第1及び第3のゲート絶縁膜を高容量とし、絶縁膜厚が厚い低容量の第2のゲート絶縁膜容量との比を大きくすることで、この容量結合の中間電位であるフローティングゲート電圧7が低下し、ドレイン端子2/フローティングゲート電極7間の第2の絶縁膜14に高電圧を印加することができ、トンネリング現象を促進することができる。
The equivalent capacitive coupling circuit between the
このため、第1及び第3のゲート絶縁膜は平面的な電極サイズが大きい事が求められる。その方が容量値を高める事ができるためであるが、第2のゲート絶縁膜の平面サイズの10倍以上の面積があれば充分である。 For this reason, the first and third gate insulating films are required to have a large planar electrode size. This is because the capacitance value can be increased, but an area that is 10 times or more the planar size of the second gate insulating film is sufficient.
また、容量値を高くする目的で、第1及び第3のゲート絶縁膜は極力薄い方が望ましい。フローティングゲート電極、コントロールゲート電極、P型ウェル領域の電位は回路的に同じ低電圧に固定されるので、半導体集積回路装置の動作電圧による絶縁膜厚の制約は働かない。従って熱酸化膜の場合は、フローティング電極内のキャリアの高温環境によるリークを考えると、100から200Å程度の膜厚が望ましい。 For the purpose of increasing the capacitance value, the first and third gate insulating films are desirably as thin as possible. Since the potentials of the floating gate electrode, the control gate electrode, and the P-type well region are fixed to the same low voltage in terms of circuit, the insulating film thickness is not restricted by the operating voltage of the semiconductor integrated circuit device. Therefore, in the case of a thermal oxide film, a film thickness of about 100 to 200 mm is desirable considering leakage due to the high temperature environment of carriers in the floating electrode.
さらに、高容量の観点から第1及び第3のゲート絶縁膜の比誘電率は高い方が望ましく、シリコン熱酸化膜よりもSiONやSiNさらにはHfO2などを用いることで実現することができる。シリコン熱酸化膜以外の膜は一般的に、膜界面の特性の不安定性による閾値電圧などの特性変動が大きくなるが、本発明では特性ばらつきが存在しても最終的にはテスト工程での調整で合わせこんでしまうので問題にはならない。 Further, from the viewpoint of high capacity, it is desirable that the first and third gate insulating films have a higher relative dielectric constant, which can be realized by using SiON, SiN, HfO 2 or the like rather than a silicon thermal oxide film. Films other than the silicon thermal oxide film generally have large fluctuations in characteristics such as threshold voltage due to instability of characteristics at the film interface. It will not be a problem because it will fit together.
また、上記ゲート絶縁膜の薄膜化や高比誘電率膜の採用は、ゲート電極サイズの縮小とそれに伴う低コスト化が実現できる、というメリットがある。さらにこの方法は一般的な下式(3)において、単位面積当たりの容量値Cを増大させることにつながるので、フローティングゲート電極内のキャリアのリークなどによるQの減少に対し、閾値電圧変動量を小さくできるというメリットも併せ持つ。 Further, the thinning of the gate insulating film and the use of a high relative dielectric constant film have an advantage that the gate electrode size can be reduced and the cost can be reduced accordingly. Furthermore, since this method leads to an increase in the capacitance value C per unit area in the general formula (3), the threshold voltage fluctuation amount is reduced with respect to a decrease in Q due to carrier leakage in the floating gate electrode. It also has the advantage of being small.
V=Q/C (3)
以上のように本発明の半導体不揮発性メモリ素子を採用することにより、閾値電圧調整が容易で長期安定性が高く、素子特性ばらつきに基づく回路特性ばらつきをテスト工程の電気的調整で吸収できるので高精度の半導体集積回路装置を提供することができる。
V = Q / C (3)
As described above, by adopting the semiconductor nonvolatile memory element of the present invention, threshold voltage adjustment is easy and long-term stability is high, and circuit characteristic variation based on element characteristic variation can be absorbed by electrical adjustment in the test process. An accurate semiconductor integrated circuit device can be provided.
次に、図10の第1の実施例の構造の半導体不揮発性メモリ素子を製造するための製造方法を、図20(1)〜(4)および図21(5)〜(8)の工程フロー図に基づいて説明する。 Next, a manufacturing method for manufacturing the semiconductor nonvolatile memory device having the structure of the first embodiment shown in FIG. 10 is described in the process flow of FIGS. 20 (1) to (4) and FIGS. 21 (5) to (8). This will be described with reference to the drawings.
まず、P型もしくはN型の半導体基板1を用意し、半導体不揮発性メモリ素子の形成領域にBもしくはBF2のP型不純物をイオン注入法で注入後、熱拡散を施しP型ウェル領域5を形成する(1)。
First, a P-type or N-
この半導体基板1の極性は本発明の半導体不揮発性メモリ素子を構成する半導体集積回路の要望に応じて選ぶことになる。すなわちこのP型ウェル領域の電位が半導体集積回路上の最低電位にならないためにこのP型ウェル領域を電気的に分離したい場合は、N型の半導体基板を用意することが望ましいが、このP型ウェル領域が半導体集積回路上の最低電位である場合は、より安価なP型半導体基板を用いることができる。
The polarity of the
このP型ウェル領域5の不純物濃度は7×1015/cm3から7×1016/cm3の間の値で6μmから10μmの深さになるように不純物注入量及び、熱拡散の条件を選ぶ。より詳細には、不純物注入面積密度を1×1012/cm2から1×1013/cm2、熱拡散を1100℃から1200℃で数時間から10数時間の熱処理とすることで実現する。
The impurity concentration in the P-
次に、素子同士を電気的に分離させるためにLOCOS法などを用い、シリコン酸化膜による素子分離領域13をP型ウェル領域5の周囲に形成すると同時に、その素子分離領域に囲まれた半導体不揮発性メモリ素子領域を規定する(2)。
Next, a LOCOS method or the like is used to electrically isolate elements from each other, and an
次に、本半導体不揮発性メモリ素子のドレイン領域となる予定の領域にAsもしくはPのN型不純物をイオン注入法で注入し、N型高濃度不純物領域17及び第1のN型低濃度不純物領域18を形成する(3)。
Next, an N-type impurity of As or P is implanted into a region to be a drain region of the semiconductor nonvolatile memory element by an ion implantation method, and the N-type high
N型高濃度不純物領域17は、後に電子やホールなどのキャリアを、シリコン酸化膜を介して上部のフローティングゲート電極へトンネリング注入するための下部電極とするが、そのキャリア注入時にプラス側の高電圧を印加する場合に、N型高濃度不純物領域表面の空乏化を抑制するため、5×1018/cm3以上の不純物濃度でAsを注入し形成することが望ましい。このときの注入エネルギーは、半導体基板表面の酸化膜を通過できる程度の大きさとし、例えば100keV程度とするのがよい。
The N-type high-
また、第1のN型低濃度不純物領域18は、所望の値以上のドレイン耐圧を得るために、1×1017/cm3以上、1×1018/cm3以下の不純物濃度でPを注入し形成することが望ましい。さらに、注入エネルギーを90keV以上と設定することで、先のN型高濃度不純物領域17よりも深い拡散とすることができ、N型高濃度不純物領域17の下のP型ウェル領域5とのPN接合耐圧を高く設定することができる。
The first N-type low-
次に、本半導体不揮発性メモリ素子をノーマリーオンタイプのデプレッション型MOSFETとするために、閾値電圧がマイナスの所望の値となるよう、AsもしくはPのN型不純物をチャネル形成予定領域にイオン注入法で注入し、N型チャネル不純物領域10を形成する(4)。
Next, in order to make the semiconductor nonvolatile memory element a normally-on type depletion type MOSFET, ion implantation of As or P N-type impurities into the channel formation scheduled region is performed so that the threshold voltage becomes a desired negative value. The N-type
次に、熱酸化法あるいはCVD法などにより、チャネル形成予定領域に100から200Å程度の膜厚の第1のゲート絶縁膜9と、ドレイン形成予定領域に第1のゲート絶縁膜よりも膜厚が厚く、数100Å程度の第2のゲート絶縁膜14とを形成する(5)。
Next, by a thermal oxidation method or a CVD method, the first
2つの膜厚のゲート絶縁膜を形成するには、まず厚い方の第2のゲート絶縁膜を、熱酸化法によるシリコン酸化膜として素子領域全面に形成した後、ドレイン形成予定領域以外の領域の第2のゲート絶縁膜をフォトリソグラフィ技術とHFなどによるエッチング処理を施して除去し、ついで第1のゲート絶縁膜を熱酸化法によるシリコン酸化膜として形成することで実現する。 In order to form a gate insulating film having two thicknesses, a thicker second gate insulating film is first formed as a silicon oxide film by thermal oxidation on the entire surface of the element region, and then the region other than the region where the drain is to be formed is formed. The second gate insulating film is removed by performing a photolithographic technique and etching process using HF, and then the first gate insulating film is formed as a silicon oxide film by a thermal oxidation method.
この方法では第2のゲート絶縁膜は、第1のゲート絶縁膜形成時の熱酸化処理にさらされ、第2のゲート絶縁膜を構成するシリコン酸化膜が再成長することになる。ただ第2のゲート絶縁膜は既に厚い膜厚を有しているので、薄いゲート絶縁膜である第1のゲート絶縁膜形成時の熱酸化処理時には、酸素がシリコンまでに到達するスピードが遅くなり、膜厚成長は非常に遅く成長量も少ない。そのため2度の熱酸化処理後の第2のゲート絶縁膜の膜厚は、1度目の熱酸化処理の影響が支配的であり、膜厚予測もしやすい。 In this method, the second gate insulating film is exposed to a thermal oxidation process at the time of forming the first gate insulating film, and the silicon oxide film constituting the second gate insulating film is regrown. However, since the second gate insulating film is already thick, the speed at which oxygen reaches the silicon is reduced during the thermal oxidation process when forming the first gate insulating film, which is a thin gate insulating film. The film thickness growth is very slow and the growth amount is small. Therefore, the film thickness of the second gate insulating film after the second thermal oxidation process is dominantly influenced by the first thermal oxidation process, and the film thickness can be easily predicted.
次に、第1、第2のゲート絶縁膜上に、多結晶シリコン層を堆積し、1×1019/cm3以上となるように高濃度の不純物注入をイオン注入法もしくは熱拡散法で行い、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング処理を施して半導体不揮発性メモリ素子のフローティングゲート電極7を形成する。この時、フローティングゲート電極7と第2のゲート絶縁膜はトンネリングによるキャリア注入を行うための重なり部分を設定しておく(6)。
Next, a polycrystalline silicon layer is deposited on the first and second gate insulating films, and high-concentration impurity implantation is performed by an ion implantation method or a thermal diffusion method so as to be 1 × 10 19 / cm 3 or more. Then, the floating
次に、半導体不揮発性メモリ素子のフローティングゲート電極上に、第3のゲート絶縁膜15を形成するために熱酸化法あるいはCVD法などにより絶縁膜を堆積する。その後続けて多結晶シリコン層を堆積し、1×1019/cm3以上となるように高濃度の不純物注入をイオン注入法もしくは熱拡散法で行い、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング処理を用いてコントロールゲート電極8をパターニング形成する(7)。
Next, an insulating film is deposited on the floating gate electrode of the semiconductor nonvolatile memory element by a thermal oxidation method or a CVD method in order to form the third
このとき、上記フローティングゲート電極とコントロールゲート電極とを1つのフォトリソグラフィ及びドライエッチング処理により一括形成してもよい。すなわち、第1、第2のゲート絶縁膜上に、多結晶シリコン層を堆積し、1×1019/cm3以上となるように高濃度の不純物注入を、イオン注入法もしくは熱拡散法で行い、続けてそのまま第3のゲート絶縁膜を熱酸化法あるいはCVD法などにより堆積し、さらに続けて多結晶シリコン層を堆積し、1×1019/cm3以上となるように高濃度の不純物注入をイオン注入法もしくは熱拡散法で行い、しかる後にフォトリソグラフィ技術及びドライエッチング処理を用いて、コントロールゲート電極8とフローティングゲート電極7を一括パターニングにより形成する。
At this time, the floating gate electrode and the control gate electrode may be collectively formed by one photolithography and dry etching treatment. That is, a polycrystalline silicon layer is deposited on the first and second gate insulating films, and high-concentration impurity implantation is performed by an ion implantation method or a thermal diffusion method so as to be 1 × 10 19 / cm 3 or more. Subsequently, a third gate insulating film is deposited as it is by thermal oxidation or CVD, and then a polycrystalline silicon layer is deposited, and a high-concentration impurity is implanted so as to be 1 × 10 19 / cm 3 or more. Then, the
次に、半導体不揮発性メモリ素子のソース/ドレイン領域12を形成するために、AsもしくはPのN型不純物を1×1020/cm3以上となるようにイオン注入法で注入する(8)。
ここまでが図20(1)〜(4)および図21(5)〜(8)の工程フロー図に基づいた説明である。
Next, in order to form the source /
The description so far is based on the process flow diagrams of FIGS. 20 (1) to (4) and FIGS. 21 (5) to (8).
次に、図示はしないが、全体に酸化膜からなる絶縁膜を堆積し、所定の位置にコンタクトホールを形成した後に、半導体不揮発性メモリ素子のゲート・ソース・ドレイン・ボディの電位を与えるために金属配線の形成を、金属膜のスパッタリング及びパターニングにより行う。 Next, although not shown in the figure, an insulating film made of an oxide film is deposited on the entire surface, a contact hole is formed at a predetermined position, and then the potential of the gate, source, drain, and body of the semiconductor nonvolatile memory element is applied. The metal wiring is formed by sputtering and patterning the metal film.
なお、図14により説明した、図10の多結晶シリコンの2層ゲート電極構造を1層にした第5の実施例で示される構造を製造するには、上記製造方法において図21(6)の第1、第2のゲート絶縁膜上に、フローティングゲート電極7を形成する工程まで共通である。この後、半導体不揮発性メモリ素子のソース/ドレイン領域12を形成し、同様に製造することができる。コントロールゲート電極8は例えばN型高濃度不純物領域17の不純物と構造・工程とを兼用して製造することが可能である。
In order to manufacture the structure shown in the fifth embodiment in which the two-layer gate electrode structure of polycrystalline silicon in FIG. 10 described in FIG. This is common up to the step of forming the floating
次に、図11の第2の実施例の構造の半導体不揮発性メモリ素子を製造するための製造方法を、図22(1)〜(4)の工程フロー図に基づいて説明する。第2の実施例と第1の実施例の違いは、図11における第2のN型低濃度不純物領域19の追加なので、図22もそれに応じて後半の工程を簡略化している。
まず、P型もしくはN型の半導体基板1を用意し、半導体不揮発性メモリ素子の形成領域にP型ウェル領域5と、さらにその内部に第2のN型低濃度不純物領域19を形成する(1)。
Next, a manufacturing method for manufacturing the semiconductor nonvolatile memory element having the structure of the second embodiment shown in FIG. 11 will be described with reference to the process flow charts of FIGS. Since the difference between the second embodiment and the first embodiment is the addition of the second N-type low-
First, a P-type or N-
このP型ウェル領域5はBもしくはBF2のP型不純物を不純物濃度7×1015/cm3から7×1016/cm3の間の値で6μmから10μmの深さになるように不純物注入量及び、熱拡散の条件を選ぶ。より詳細には、不純物注入面積密度を1×1012/cm2から1×1013/cm2、熱拡散を1100℃から1200℃で数時間から10数時間の熱処理とすることで実現する。
In this P-
またN型低濃度不純物領域19は、PもしくはAsのN型不純物を不純物濃度2×1016/cm3から2×1017/cm3の間で、3μmから6μmの深さになるよう不純物注入及び熱拡散条件を選ぶ。この熱拡散は上記P型ウェル領域形成時の熱処理と兼用してもよいし、その後に追加して行っても構わない。
In the N-type low
次に、図示しないが、素子同士を電気的に分離させるためにLOCOS法などを用い、シリコン酸化膜による素子分離領域13を形成すると同時に、その素子分離領域に囲まれた半導体不揮発性メモリ素子領域を規定する。
Next, although not shown, a LOCOS method or the like is used to electrically isolate elements from each other, and an
次に、本半導体不揮発性メモリ素子のドレイン領域となる予定の領域にAsもしくはPのN型不純物をイオン注入法で注入し、N型高濃度不純物領域17及び第1のN型低濃度不純物領域18を形成する(2)。
Next, an N-type impurity of As or P is implanted into a region to be a drain region of the semiconductor nonvolatile memory element by an ion implantation method, and the N-type high
N型高濃度不純物領域17は、5×1018/cm3以上の不純物濃度でAsを注入し形成することが望ましく、注入エネルギーは、半導体基板表面の酸化膜を通過できる100keV程度とするのがよい。
The N-type high
また、第1のN型低濃度不純物領域18は、1×1017/cm3以上、1×1018/cm3以下の不純物濃度でPを注入し形成することが望ましい。注入エネルギーを90keV以上と設定することで、先のN型高濃度不純物領域17よりも深い拡散とすることができ、N型高濃度不純物領域17の下のP型ウェル領域5とのPN接合耐圧を高く設定することができる。
その後、先に図20(4)でも説明したN型チャネル不純物領域の形成、図21(5)でも説明した第1ゲート絶縁膜及び第2のゲート絶縁膜の形成を行う。
The first N-type low
Thereafter, the N-type channel impurity region described with reference to FIG. 20 (4) is formed, and the first gate insulating film and the second gate insulating film described with reference to FIG. 21 (5) are formed.
次に、再び図22に戻り、第1、第2のゲート絶縁膜上に、多結晶シリコン層を堆積し、1×1019/cm3以上となるように高濃度の不純物注入をイオン注入法もしくは熱拡散法で行い、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング処理を施して半導体不揮発性メモリ素子のフローティングゲート電極7を形成する(3)。
Next, returning to FIG. 22 again, a polycrystalline silicon layer is deposited on the first and second gate insulating films, and high-concentration impurity implantation is performed so that the concentration becomes 1 × 10 19 / cm 3 or more. Alternatively, the floating
次に、図21(7)でも説明した第3のゲート絶縁膜及びフローティングゲート電極形成を行う。
次に、半導体不揮発性メモリ素子のソース/ドレイン領域を形成するために、AsもしくはPのN型不純物を1×1020/cm3以上となるようにイオン注入法で注入する(4)。
Next, the third gate insulating film and the floating gate electrode described with reference to FIG.
Next, in order to form a source / drain region of the semiconductor nonvolatile memory element, an N-type impurity of As or P is implanted by an ion implantation method so as to be 1 × 10 20 / cm 3 or more (4).
次に、図示はしないが、全体に酸化膜からなる絶縁膜を堆積し、所定の位置にコンタクトホールを形成した後に、半導体不揮発性メモリ素子のゲート・ソース・ドレイン・ボディの電位を与えるために金属配線の形成を、金属膜のスパッタリング及びパターニングにより行う。 Next, although not shown in the figure, an insulating film made of an oxide film is deposited on the entire surface, a contact hole is formed at a predetermined position, and then the potential of the gate, source, drain, and body of the semiconductor nonvolatile memory element is applied. The metal wiring is formed by sputtering and patterning the metal film.
なお、図15により説明した、図11の多結晶シリコンの2層ゲート電極構造を1層にした第6の実施例で示される構造を製造するには、上記製造方法において図22(3)の第1、第2のゲート絶縁膜上に、フローティングゲート電極7を形成する工程まで共通である。この後、半導体不揮発性メモリ素子のソース/ドレイン領域12を形成し、同様に製造することができる。コントロールゲート電極8は例えばN型高濃度不純物領域17の不純物と構造・工程とを兼用して製造することが可能である。
In order to manufacture the structure shown in the sixth embodiment described with reference to FIG. 15 in which the polycrystalline silicon two-layer gate electrode structure of FIG. This is common up to the step of forming the floating
次に、図12の第3の実施例の構造の半導体不揮発性メモリ素子を製造するための製造方法を、図23(1)〜(4)および図24(5)〜(6)の工程フロー図に基づいて説明する。 Next, a manufacturing method for manufacturing the semiconductor nonvolatile memory element having the structure of the third embodiment shown in FIG. 12 is described as a process flow of FIGS. 23 (1) to (4) and FIGS. 24 (5) to (6). This will be described with reference to the drawings.
まず、P型もしくはN型の半導体基板1を用意し、半導体不揮発性メモリ素子の形成領域にP型ウェル領域5と、さらにその内部に第2のN型低濃度不純物領域19及び第1のN型低濃度不純物領域18を形成する。P型ウェル領域5及び第2のN型低濃度不純物領域19は、第2の実施例の製造方法で説明した通りの方法で形成し、第1のN型低濃度不純物領域18はAsもしくはPのN型不純物を1×1017/cm3から1×1018/cm3までの不純物濃度となるよう調整して形成する。さらにその位置は後に形成する、N型チャネル不純物領域近傍に形成する厚い酸化膜の下を覆うようにあらかじめ形成しておく(1)。
First, a P-type or N-
次に、LOCOS法により素子同士を電気的に分離させるための素子分離領域13を形成し、次に第1のN型低濃度不純物領域18上に厚い酸化膜を形成する。この第1のN型低濃度不純物領域18上の厚い酸化膜は1000Å以上の厚さが好ましいが、図12で説明したように素子分離領域のLOCOS酸化膜13と併用し工程増を抑制する方法を取って構わない(2)。
Next, an
次に、本半導体不揮発性メモリ素子のドレイン領域となる予定の領域にAsもしくはPのN型不純物をイオン注入法で注入し、N型高濃度不純物領域17を形成する。次に本半導体不揮発性メモリ素子をノーマリーオンタイプのデプレッション型MOSFETとするために、AsもしくはPのN型不純物をチャネル形成予定領域にイオン注入法で注入し、N型チャネル不純物領域10を形成する(3)。
Next, an N-
次に、熱酸化法あるいはCVD法などにより、ドレイン形成予定領域の一部に、先に形成したLOCOS酸化膜に接して、第1のゲート絶縁膜よりも膜厚の厚い第2のゲート絶縁膜14を、N型高濃度不純物領域17の上に形成し、次にチャネル形成予定領域上に第1のゲート絶縁膜9を形成する。2つの膜厚のゲート絶縁膜の作り分けは、図21(5)の説明にあるように、まず厚い第2のゲート絶縁膜を形成した後、ドレイン形成予定領域以外の領域の第2のゲート絶縁膜をフォトリソグラフィ技術とHFなどによるエッチング処理を施して除去し、ついで第1のゲート絶縁膜を形成することで実現する(4)。
Next, a second gate insulating film having a thickness larger than that of the first gate insulating film is in contact with the LOCOS oxide film previously formed on a part of the drain formation scheduled region by a thermal oxidation method or a CVD method. 14 is formed on the N-type high
次に、第1、第2のゲート絶縁膜上に多結晶シリコン層を堆積し、1×1019/cm3以上となるように高濃度の不純物注入をイオン注入法もしくは熱拡散法で行い、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング処理を施して半導体不揮発性メモリ素子のフローティングゲート電極7を形成する。この時、フローティングゲート電極7と第2のゲート絶縁膜14はトンネリングによるキャリア注入を行うための重なり部分を設定しておく(5)。
Next, a polycrystalline silicon layer is deposited on the first and second gate insulating films, and high-concentration impurity implantation is performed by an ion implantation method or a thermal diffusion method so as to be 1 × 10 19 / cm 3 or more. The floating
次に、図示しないが、図21(7)で説明したのと同様に、第3のゲート絶縁膜15及びコントロールゲート電極8の形成を行う。
そして、半導体不揮発性メモリ素子のソース/ドレイン領域を形成するために、AsもしくはPのN型不純物を1×1020/cm3以上となるようにイオン注入法で注入する(6)。
ここまでが図23(1)〜(4)および図24(5)〜(6)の工程フロー図に基づく説明である。
Next, although not shown, the third
Then, in order to form the source / drain regions of the semiconductor nonvolatile memory element, an N-type impurity of As or P is implanted by ion implantation so as to be 1 × 10 20 / cm 3 or more (6).
The description so far is based on the process flow diagrams of FIGS. 23 (1) to (4) and FIGS. 24 (5) to (6).
次に、図示はしないが、全体に酸化膜からなる絶縁膜を堆積し、所定の位置にコンタクトホールを形成した後に、半導体不揮発性メモリ素子のゲート・ソース・ドレイン・ボディの電位を与えるために金属配線の形成を、金属膜のスパッタリング及びパターニングにより行う。 Next, although not shown in the figure, an insulating film made of an oxide film is deposited on the entire surface, a contact hole is formed at a predetermined position, and then the potential of the gate, source, drain, and body of the semiconductor nonvolatile memory element is applied. The metal wiring is formed by sputtering and patterning the metal film.
なお、図16により説明した、図12の多結晶シリコンの2層ゲート電極構造を1層にした第7の実施例で示される構造を製造するには、上記製造方法において図24(5)の第1、第2のゲート絶縁膜上に、フローティングゲート電極7を形成する工程まで共通である。この後、半導体不揮発性メモリ素子のソース/ドレイン領域12を形成し、同様に製造することができる。コントロールゲート電極8は例えばN型高濃度不純物領域17の不純物と構造・工程とを兼用して製造することが可能である。
In order to manufacture the structure shown in the seventh embodiment in which the two-layer gate electrode structure of polycrystalline silicon shown in FIG. This is common up to the step of forming the floating
次に、図13の第4の実施例の構造の半導体不揮発性メモリ素子を製造するための製造方法を、図25(1)〜(4)の工程フロー図に基づいて説明する。
まず、P型もしくはN型の半導体基板1を用意し、半導体不揮発性メモリ素子の形成領域にP型低濃度不純物領域20と、第2のN型低濃度不純物領域19を一部が重なるように形成する。N型低濃度不純物領域19は、PもしくはAsのN型不純物を用いて不純物濃度2×1016/cm3から2×1017/cm3の間で、3μmから6μmの深さになるよう不純物注入及び熱拡散条件を選び、P型低濃度不純物領域20は図13で説明したようにBもしくはBF2を2×1016/cm3から2×1017/cm3程度の不純物濃度で同時にN型低濃度不純物領域19よりも濃く設定することで、ドレイン耐圧の向上を図る(1)。
Next, a manufacturing method for manufacturing the semiconductor nonvolatile memory element having the structure of the fourth embodiment shown in FIG. 13 will be described with reference to the process flow charts of FIGS.
First, a P-type or N-
次に、図示しないが、後のドレイン形成予定領域に第1のN型低濃度不純物領域18を、AsもしくはPのN型不純物を用いて1×1017/cm3から1×1018/cm3までの不純物濃度となるよう調整して形成する。
Next, although not shown, the first N-type low-
次に、LOCOS法により素子同士を電気的に分離させるための素子分離領域13を形成し、次に第1のN型低濃度不純物領域18上に厚い酸化膜を形成する。この第1のN型低濃度不純物領域18上の厚い酸化膜は1000Å以上の厚さが好ましいが、図12で説明したように素子分離領域のLOCOS酸化膜13と併用し工程増を抑制する方法を取って構わない(2)。
Next, an
次に、図示しないが、N型チャネル不純物領域10の形成、第1及び第2のゲート絶縁膜9、14の形成を行う。
次に、第1、第2のゲート絶縁膜上に、多結晶シリコン層を堆積し、1×1019/cm3以上となるように高濃度の不純物注入をイオン注入法もしくは熱拡散法で行い、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング処理を施して半導体不揮発性メモリ素子のフローティングゲート電極7を形成する(3)。
Next, although not shown, the N-type
Next, a polycrystalline silicon layer is deposited on the first and second gate insulating films, and high-concentration impurity implantation is performed by an ion implantation method or a thermal diffusion method so as to be 1 × 10 19 / cm 3 or more. Then, the floating
次に図示しないが、第3のゲート絶縁膜15及びコントロールゲート電極8の形成を行う。
次に半導体不揮発性メモリ素子のソース/ドレイン領域を形成するために、AsもしくはPのN型不純物を1×1020/cm3以上となるようにイオン注入法で注入する(4)。
Next, although not shown, the third
Next, in order to form a source / drain region of the semiconductor nonvolatile memory element, an N-type impurity of As or P is implanted by an ion implantation method so as to be 1 × 10 20 / cm 3 or more (4).
次に図示はしないが、全体に酸化膜からなる絶縁膜を堆積し、所定の位置にコンタクトホールを形成した後に、半導体不揮発性メモリ素子のゲート・ソース・ドレイン・ボディの電位を与えるために金属配線の形成を、金属膜のスパッタリング及びパターニングにより行う。 Next, although not shown in the figure, an insulating film made of an oxide film is deposited on the entire surface, and after a contact hole is formed at a predetermined position, a metal is applied to give the potential of the gate, source, drain, and body of the semiconductor nonvolatile memory element. Wiring is formed by sputtering and patterning a metal film.
なお、図17により説明した、図13の多結晶シリコンの2層ゲート電極構造を1層にした第8の実施例で示される構造を製造するには、上記製造方法において図25(3)の第1、第2のゲート絶縁膜上に、フローティングゲート電極7を形成する工程まで共通である。この後、半導体不揮発性メモリ素子のソース/ドレイン領域12を形成し、同様に製造することができる。コントロールゲート電極8は例えばN型高濃度不純物領域17の不純物と構造・工程とを兼用して製造することが可能である。
In order to manufacture the structure shown in the eighth embodiment described with reference to FIG. 17 in which the polycrystalline silicon two-layer gate electrode structure of FIG. This is common up to the step of forming the floating
さて、上記第1から第4の実施例の製造方法においては第1の絶縁膜と第2の絶縁膜を形成する方法は共通であった。これを、ゲート絶縁膜を形成する第1の製造方法とすると、性能の向上あるいは低コスト等を目的として下記の第2から第5の方法を採用することが可能である。 In the manufacturing methods of the first to fourth embodiments, the methods for forming the first insulating film and the second insulating film are common. If this is the first manufacturing method for forming the gate insulating film, the following second to fifth methods can be employed for the purpose of improving performance or reducing costs.
第2の方法は、第1の方法における、厚い酸化膜の形成・その酸化膜の部分的な除去・薄い酸化膜の形成からなる3段階の工程を用いるのではなく、1度の熱酸化処理により、第1と第2の2つの厚さのゲート絶縁膜を同時に形成する方法である。
具体的な方法は、図26(1)に示すようにまず先のN型高濃度不純物領域17を、Asを用いて1×1019/cm3以上の高い不純物濃度で形成する。
The second method does not use the three-step process of forming the thick oxide film, partially removing the oxide film, and forming the thin oxide film in the first method, but a single thermal oxidation process. Thus, the first and second thickness gate insulating films are simultaneously formed.
Specifically, as shown in FIG. 26A, first, the N-type high
次に、水蒸気を用いたウェット酸化もしくは、酸素ガスと水素ガスを炉内に導入し反応させるパイロジェニック酸化法によりゲート絶縁膜を生成することで、N型高濃度不純物領域17上のみ増速酸化効果で厚くし、他の領域を薄く形成することで図26(2)に示す形状を得る。
Next, accelerated oxidation is performed only on the N-type high-
この場合、例えば第1のゲート絶縁膜の膜厚が150Åとすると第2のゲート絶縁膜の膜厚を約300Åにすることができる。この増速酸化効果は、半導体基板の格子の乱れ度合いが大きいほど酸素の進入や反応により顕著になるので、その不純物がN型でもP型でも半導体基板内の不純物濃度が高ければその格子の乱れに応じて獲得することができる。但し特にゲート絶縁膜として使用する場合は、N型の不純物上に成長する酸化膜が望ましい。従って、本方法はNチャネル型の半導体不揮発性メモリ素子に対して有効な方法であるといえる。ここでP型不純物が好ましくない理由は、熱酸化処理中にP型不純物が酸化膜内に進入するので酸化膜質の低下が顕著となり、本発明への適用は不適当だからである。
上記方法は、3段階の工程を1段階に減らすことができ工程コストの削減と工程時間の短縮が図れるという効果がある。
In this case, for example, if the thickness of the first gate insulating film is 150 mm, the thickness of the second gate insulating film can be about 300 mm. This accelerated oxidation effect becomes more prominent due to the ingress and reaction of oxygen as the degree of disorder of the lattice of the semiconductor substrate increases. Therefore, if the impurity concentration in the semiconductor substrate is high, whether the impurity is N-type or P-type, the lattice disorder Can be earned according to However, particularly when used as a gate insulating film, an oxide film grown on an N-type impurity is desirable. Therefore, this method can be said to be an effective method for an N-channel type semiconductor nonvolatile memory element. Here, the reason why the P-type impurity is not preferable is that the P-type impurity enters the oxide film during the thermal oxidation process, so that the deterioration of the oxide film becomes remarkable and the application to the present invention is inappropriate.
The above-described method has an effect that the three-stage process can be reduced to one stage, and the process cost and the process time can be reduced.
次に、第1及び第2のゲート絶縁膜を形成する第3の方法を図27(1)〜(3)に基づいて説明する。
第3の方法では、まず、あらかじめ全面に100から400Åの膜厚の多結晶シリコン層21Aを堆積する(1)。
Next, a third method for forming the first and second gate insulating films will be described with reference to FIGS.
In the third method, first, a polycrystalline silicon layer 21A having a thickness of 100 to 400 mm is deposited in advance on the entire surface (1).
次に、第2のゲート絶縁膜予定領域以外の領域の多結晶シリコン層21Aをフォトグリソグラフィ技術及びエッチング技術により除去し、多結晶シリコン層21Bを残す(2)。
次に、その状態で第1のゲート絶縁膜を形成するための熱酸化処理を行い、半導体基板上にシリコン酸化膜(9、14)を形成する。その際、第2のゲート絶縁膜は第1のゲート絶縁膜生成時の熱酸化処理で多結晶シリコン21Bが完全に酸化してしまう膜厚に設定することにより、第2のゲート絶縁膜を、多結晶シリコンを酸化した酸化膜で構成することができる。ここで多結晶シリコンを利用する理由は、内部に含む格子の乱れにより酸化スピードが通常の単結晶シリコンに比べ、1.5から2倍の速さとすることができるためである(3)。
Next, the polycrystalline silicon layer 21A in a region other than the second gate insulating film planned region is removed by a photolithography technique and an etching technique to leave a polycrystalline silicon layer 21B (2).
Next, thermal oxidation is performed to form a first gate insulating film in that state, and silicon oxide films (9, 14) are formed on the semiconductor substrate. At that time, the second gate insulating film is set to a thickness at which the polycrystalline silicon 21B is completely oxidized by the thermal oxidation process at the time of generating the first gate insulating film. It can be composed of an oxide film obtained by oxidizing polycrystalline silicon. The reason why polycrystalline silicon is used here is that the oxidation speed can be 1.5 to 2 times faster than that of normal single crystal silicon due to the disorder of the lattice contained therein (3).
この第3の方法は第1の方法に比べ、厚い第2のゲート絶縁膜を形成するための長時間・高温の熱処理が不要となるので、N型チャネル不純物や第1、第2のN型低濃度不純物などの比較的濃度の低い不純物が高温熱処理によりばらつくのを抑制し、素子特性の高精度化を促進する効果がある。 Compared with the first method, this third method does not require a long-time and high-temperature heat treatment to form a thick second gate insulating film, so that N-type channel impurities and first and second N-type It has the effect of suppressing the dispersion of relatively low-concentration impurities such as low-concentration impurities due to high-temperature heat treatment, and promoting higher accuracy of device characteristics.
第4の方法を図28(1)〜(3)に基づいて説明する。まずあらかじめ全面に10から100Åの膜厚の下地シリコン酸化膜を熱酸化法で形成したのち、その上全面に100から200ÅのSiN層22をLPCVDなどの方法で堆積する(1)。
The fourth method will be described based on FIGS. 28 (1) to (3). First, a base silicon oxide film having a thickness of 10 to 100 Å is formed in advance on the entire surface by a thermal oxidation method, and then a 100 to 200
次に、第1のゲート絶縁膜予定領域以外の領域のSiN層をフォトグリソグラフィ技術により除去する(2)。
次に、その状態で第2のゲート絶縁膜を形成するための数100Å程度の膜厚のシリコン酸化膜の形成を熱酸化法で行う。その際、第1のゲート絶縁膜は反応性の低いSiNで覆われているのでその上に酸化膜はほとんど成長しない。これにより、第1のゲート絶縁膜を数10Åのシリコン酸化膜と100から200ÅのSiNの積層膜、第2のゲート絶縁膜を数100Åのシリコン膜という構成にすることができる(3)。
Next, the SiN layer in a region other than the first gate insulating film planned region is removed by photolithography (2).
Next, in this state, a silicon oxide film having a film thickness of about several hundreds of inches for forming the second gate insulating film is formed by a thermal oxidation method. At that time, since the first gate insulating film is covered with SiN having low reactivity, an oxide film hardly grows thereon. As a result, the first gate insulating film can be composed of a silicon oxide film of several tens of liters and a stacked film of 100 to 200 liters of SiN, and the second gate insulating film can be composed of several hundreds of liters of silicon film (3).
この第4の方法は、厚い第1のゲート絶縁膜を高容量化することができ、ゲート電極サイズの縮小とそれに伴う低コスト化や、フローティングゲート電極内のキャリアのリークなどによる電荷Qの減少に対し、閾値電圧変動量を小さくできるというメリットがある。 In the fourth method, the capacity of the thick first gate insulating film can be increased, and the charge Q can be reduced due to the reduction of the gate electrode size and the associated cost reduction, the leakage of carriers in the floating gate electrode, and the like. On the other hand, there is an advantage that the threshold voltage fluctuation amount can be reduced.
第5の方法を図29(1)〜(4)に基づいて説明する。まず第1の方法と同様に、全面に100から1000Åの第2のゲート絶縁膜を熱酸化法によるシリコン酸化膜として形成する(1)。 The fifth method will be described based on FIGS. 29 (1) to (4). First, as in the first method, a second gate insulating film having a thickness of 100 to 1000 mm is formed as a silicon oxide film by thermal oxidation on the entire surface (1).
次に、第1の方法と同様にチャネル形成予定領域の第2のゲート絶縁膜をフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術で除去する(2)。
次に、第1のゲート絶縁膜を熱酸化法で形成するが、ここでは第1の方法よりも薄く、30から100Åの膜厚とする(3)。
Next, as in the first method, the second gate insulating film in the channel formation scheduled region is removed by the photolithography technique and the etching technique (2).
Next, the first gate insulating film is formed by a thermal oxidation method, but here it is thinner than the first method and has a thickness of 30 to 100 mm (3).
次に、アンモニア雰囲気中で1000℃以上の温度で熱窒化処理を施す。すると、第1のゲート絶縁膜の下の半導体基板との界面まで窒素が拡散し半導体基板と反応し、1Åから20Å程度の厚さのSiNが形成される。一方、第2のゲート絶縁膜厚は充分厚いので、窒素が半導体基板との界面に拡散で達する量は非常に少なく、キャリアトンネリングを阻害するほど絶縁性の高いSiNが形成されることはない(4)。 Next, thermal nitriding is performed at a temperature of 1000 ° C. or higher in an ammonia atmosphere. Then, nitrogen diffuses to the interface with the semiconductor substrate under the first gate insulating film and reacts with the semiconductor substrate to form SiN having a thickness of about 1 to 20 mm. On the other hand, since the second gate insulating film is sufficiently thick, the amount of nitrogen reaching the interface with the semiconductor substrate by diffusion is very small, and SiN having a high insulating property is not formed so as to inhibit carrier tunneling ( 4).
この第5の方法における第1のゲート絶縁膜を構成するシリコン酸化膜は100Å以下と薄いため、高温でのリーク電流によるフローティングゲート電極内のキャリアの散逸が懸念される。しかし、その酸化膜の下のSiNにより高い絶縁性を得られているため、このリークが抑制されていると同時に、第1のゲート絶縁膜の高容量化をも合わせて実現できている。 Since the silicon oxide film constituting the first gate insulating film in the fifth method is as thin as 100 mm or less, there is a concern about the dissipation of carriers in the floating gate electrode due to a leakage current at a high temperature. However, since high insulation is obtained by SiN under the oxide film, this leakage is suppressed and at the same time, the capacity of the first gate insulating film can be increased.
SiNの形成については第4の方法も同様に行っているが、第4の方法のようなCVDによる方法では、100Å以下の膜厚の制御性が悪くなり、素子特性がばらつくという課題がある。第5の方法のような熱窒化による方法では、より薄いSiNを安定的に形成することが可能であり、素子特性の高精度化に対し効果的である。 For the formation of SiN, the fourth method is performed in the same manner. However, the CVD method such as the fourth method has a problem that the controllability of the film thickness of 100 mm or less is deteriorated and the element characteristics vary. In the method by thermal nitriding such as the fifth method, it is possible to stably form thinner SiN, which is effective for improving the accuracy of device characteristics.
本発明はこれまで述べたような降圧型シリーズレギュレータや電圧検出器に限らず応用することが可能である。入力調整端子からの入力電気信号によって閾値電圧を可変できるメモリ端子を採用することで、基準電圧回路を含む様々な半導体集積回路装置において、入力電気信号によって出力電圧を可変することが出来る。そのため、パワーマネジメントIC以外への用途へも本発明が適用できることはいうまでもない。 The present invention can be applied not only to the step-down series regulators and voltage detectors described so far. By adopting a memory terminal capable of varying the threshold voltage by an input electric signal from the input adjustment terminal, the output voltage can be varied by the input electric signal in various semiconductor integrated circuit devices including the reference voltage circuit. Therefore, it goes without saying that the present invention can be applied to uses other than the power management IC.
1 半導体基板
2 ドレイン端子
3 ソース端子
4 ボディ端子
5 P型ウェル領域
6 ゲート電極
7 フローティングゲート電極
8 コントロールゲート電極
9 第1のゲート絶縁膜
10 N型チャネル不純物領域
11 P型チャネル不純物領域
12 N型ソース/ドレイン領域
13 LOCOS酸化膜
14 第2のゲート絶縁膜
15 第3のゲート絶縁膜
16 キャリア注入領域
17 N型高濃度不純物領域
18 第1のN型低濃度不純物領域
19 第2のN型低濃度不純物領域
20 P型低濃度不純物領域
21 多結晶シリコン層
22 SiN層
100 基準電圧回路
101 エラーアンプ
102 抵抗素子
103 分圧回路
104 PMOS出力素子
105 グラウンド端子
106 電源端子
107 出力端子
108 コンパレータ
109 端子A
110 端子B
111 端子C
112 入力調整端子
200 単位抵抗素子
201 抵抗群1
202 抵抗群2
203 抵抗群3
204 抵抗群4
301 ヒューズ1
302 ヒューズ2
303 ヒューズ3
304 ヒューズ4
401 エンハンス型NMOSトランジスタ
402 デプレッション型NMOSトランジスタ
403 電源端子
404 グラウンド端子
405 基準電圧出力端子
406 入力調整端子
DESCRIPTION OF
110 Terminal B
111 Terminal C
112
202
203
204
301
302
303
304
401
Claims (22)
前記半導体基板内に形成された第1導電型のウェル領域と、
前記ウェル領域内に離間して形成された第2導電型の高濃度不純物を有する高濃度ソース領域及び第1の高濃度ドレイン領域と、
前記高濃度ソース領域及び前記第1の高濃度ドレイン領域の間であって、前記高濃度ソース領域に隣接した前記半導体基板上に形成された第1のゲート絶縁膜と、
前記高濃度ソース領域及び前記第1の高濃度ドレイン領域の間であって、前記第1の高濃度ドレイン領域に隣接した前記半導体基板上に形成された第2のゲート絶縁膜と、
前記高濃度ソース領域から離間し、前記第2のゲート絶縁膜の下の領域を含み、前記第1の高濃度ドレイン領域に重なる領域に形成された第2導電型の第2の高濃度ドレイン領域と
前記高濃度ソース領域から離間し、前記第1のゲート絶縁膜の下及び前記第2のゲート絶縁膜の下の領域を含み、前記第1の高濃度ドレイン領域及び前記第2の高濃度ドレイン領域に重なる領域に形成された第2導電型の第1の低濃度ドレイン領域と
前記第1のゲート絶縁膜の下であって、前記高濃度ソース領域と前記第1の低濃度ドレイン領域の間に形成された第2導電型のチャネル不純物領域と
前記第1のゲート絶縁膜及び前記第2のゲート絶縁膜上に形成された、高濃度不純物を含む多結晶シリコンからなるフローティングゲート電極と、
前記フローティングゲート電極上に形成された第3のゲート絶縁膜と、
前記第3のゲート絶縁膜上に形成された、高濃度不純物を含む多結晶シリコンからなるコントロールゲート電極と、
を有し、
前記第2のゲート絶縁膜は前記第1のゲート絶縁膜より厚く一様な膜厚を有し、
前記ウェル領域は、前記高濃度ソース領域、前記第1の高濃度ドレイン領域、前記第2の高濃度ドレイン領域、前記第1の低濃度ドレイン領域、前記チャネル不純物領域を含んでおり、これらの領域より深い位置まで形成されていることを特徴とする半導体不揮発性メモリ素子。 A semiconductor substrate;
A first conductivity type well region formed in the semiconductor substrate;
A high-concentration source region and a first high-concentration drain region having a high-concentration impurity of a second conductivity type formed separately in the well region;
A first gate insulating film formed on the semiconductor substrate between the high concentration source region and the first high concentration drain region and adjacent to the high concentration source region;
A second gate insulating film formed on the semiconductor substrate between the high-concentration source region and the first high-concentration drain region and adjacent to the first high-concentration drain region;
A second high-concentration drain region of a second conductivity type formed in a region that is separated from the high-concentration source region, includes a region under the second gate insulating film, and overlaps the first high-concentration drain region And the first high-concentration drain region and the second high-concentration drain, which are separated from the high-concentration source region and include regions under the first gate insulating film and under the second gate insulating film. A first low-concentration drain region of a second conductivity type formed in a region overlapping with the region, and between the high-concentration source region and the first low-concentration drain region under the first gate insulating film A channel impurity region of the second conductivity type formed on the floating gate electrode made of polycrystalline silicon containing high-concentration impurities formed on the first gate insulating film and the second gate insulating film;
A third gate insulating film formed on the floating gate electrode;
A control gate electrode made of polycrystalline silicon containing a high concentration impurity formed on the third gate insulating film;
Have
The second gate insulating film has a uniform thickness greater than that of the first gate insulating film,
The well region includes the high-concentration source region, the first high-concentration drain region, the second high-concentration drain region, the first low-concentration drain region, and the channel impurity region. A semiconductor non-volatile memory device, wherein the semiconductor non-volatile memory device is formed to a deeper position .
前記ウェル領域は、前記高濃度ソース領域、前記チャネル不純物領域を含み、前記第2の低濃度ドレイン領域よりも高い不純物濃度を有することを特徴とする請求項3記載の半導体不揮発性メモリ素子。 The second low concentration drain region is disposed in a region including the second high concentration drain region and the first low concentration drain region,
4. The semiconductor nonvolatile memory device according to claim 3, wherein the well region includes the high-concentration source region and the channel impurity region, and has a higher impurity concentration than the second low-concentration drain region.
前記半導体基板内に形成された第1導電型のウェル領域と、
前記ウェル領域内に離間して形成された第2導電型の高濃度不純物を有する高濃度ソース領域及び第1の高濃度ドレイン領域と、
前記高濃度ソース領域及び前記第1の高濃度ドレイン領域の間であって、前記高濃度ソース領域に隣接した前記半導体基板上に形成された第1のゲート絶縁膜と、
前記高濃度ソース領域及び前記第1の高濃度ドレイン領域の間であって、前記第1の高濃度ドレイン領域に隣接した前記半導体基板上に形成された第2のゲート絶縁膜と、
前記高濃度ソース領域から離間し、前記第2のゲート絶縁膜の下の領域を含み、前記第1の高濃度ドレイン領域に重なる領域に形成された第2導電型の第2の高濃度ドレイン領域と
前記高濃度ソース領域から離間し、前記第1のゲート絶縁膜の下及び前記第2のゲート絶縁膜の下の領域を含み、前記第1の高濃度ドレイン領域及び前記第2の高濃度ドレイン領域に重なる領域に形成された第2導電型の第1の低濃度ドレイン領域と
前記第1のゲート絶縁膜の下であって、前記高濃度ソース領域と前記第1の低濃度ドレイン領域の間に形成された第2導電型のチャネル不純物領域と
前記第1のゲート絶縁膜及び前記第2のゲート絶縁膜上に形成された、高濃度不純物を含む多結晶シリコンからなるフローティングゲート電極と、
前記チャネル不純物領域と離間した位置の前記ウェル領域内に形成された、第2導電型の高濃度不純物を有する拡散領域からなるコントロールゲート電極と、
前記コントロールゲート電極である拡散領域の上まで延伸した前記フローティングゲート電極と前記コントロールゲート電極である拡散領域との間に形成された第3のゲート絶縁膜と、を有し、
前記第2のゲート絶縁膜は前記第1のゲート絶縁膜よりも厚く一様な膜厚を有し、
前記ウェル領域は、前記高濃度ソース領域、前記第1の高濃度ドレイン領域、前記第2の高濃度ドレイン領域、前記第1の低濃度ドレイン領域、前記チャネル不純物領域を含んでおり、これらの領域より深い位置まで形成されていることを特徴とする半導体不揮発性メモリ素子。 A semiconductor substrate;
A first conductivity type well region formed in the semiconductor substrate;
A high-concentration source region and a first high-concentration drain region having a high-concentration impurity of a second conductivity type formed separately in the well region;
A first gate insulating film formed on the semiconductor substrate between the high concentration source region and the first high concentration drain region and adjacent to the high concentration source region;
A second gate insulating film formed on the semiconductor substrate between the high-concentration source region and the first high-concentration drain region and adjacent to the first high-concentration drain region;
A second high-concentration drain region of a second conductivity type formed in a region that is separated from the high-concentration source region, includes a region under the second gate insulating film, and overlaps the first high-concentration drain region And the first high-concentration drain region and the second high-concentration drain, which are separated from the high-concentration source region and include regions under the first gate insulating film and under the second gate insulating film. A first low-concentration drain region of a second conductivity type formed in a region overlapping with the region, and between the high-concentration source region and the first low-concentration drain region under the first gate insulating film A channel impurity region of the second conductivity type formed on the floating gate electrode made of polycrystalline silicon containing high-concentration impurities formed on the first gate insulating film and the second gate insulating film;
A control gate electrode made of a diffusion region having a high-concentration impurity of the second conductivity type, formed in the well region at a position separated from the channel impurity region;
A third gate insulating film formed between the floating gate electrode extending above the diffusion region serving as the control gate electrode and the diffusion region serving as the control gate electrode;
The second gate insulating film is thicker and more uniform than the first gate insulating film,
The well region includes the high-concentration source region, the first high-concentration drain region, the second high-concentration drain region, the first low-concentration drain region, and the channel impurity region. A semiconductor non-volatile memory device, wherein the semiconductor non-volatile memory device is formed to a deeper position .
前記第2の高濃度ドレイン領域の不純物が、5×1018cm3以上のAsもしくはPであり、
前記第1の低濃度ドレイン領域の不純物が、1×1017cm3以上1×1018cm3以下のAsやPであり、
前記ウェル領域の不純物が7×1015cm3から7×1016cm3の濃度のホウ素であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の半導体不揮発性メモリ素子。 The impurity of the first high-concentration drain region is As or P having a concentration of 1 × 10 20 cm 3 or more;
The impurity of the second high-concentration drain region is As or P of 5 × 10 18 cm 3 or more,
The impurity in the first low-concentration drain region is As or P of 1 × 10 17 cm 3 or more and 1 × 10 18 cm 3 or less,
7. The semiconductor nonvolatile memory element according to claim 1, wherein the impurity in the well region is boron having a concentration of 7 × 10 15 cm 3 to 7 × 10 16 cm 3 .
前記P型ウェル領域の周囲にLOCOS酸化膜を形成する素子分離絶縁膜形成工程と、
ドレイン形成予定領域に、N型不純物からなるN型高濃度領域を形成するN型高濃度領域形成工程と、
前記N型高濃度領域よりもN型不純物濃度は低く、深く拡散された、第1のN型低濃度不純物領域を形成するN型低濃度領域形成工程と、
前記P型ウェル領域内のチャネル形成予定領域に、N型不純物領域を形成するチャネル領域形成工程と、
前記ドレイン形成予定領域に、前記N型高濃度領域と重なるように一様な膜厚の第2のゲート絶縁膜を形成し、前記チャネル形成予定領域に、前記第2のゲート絶縁膜より薄い第1のゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、
前記第1のゲート絶縁膜と前記第2のゲート絶縁膜の上に、不純物を含む多結晶シリコン層からなるフローティングゲート電極を形成し、前記フローティングゲート電極上に第3のゲート絶縁膜を形成し、前記第3のゲート絶縁膜上に、不純物を含む多結晶シリコン層からなるコントロールゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
ソース形成予定領域と前記ドレイン形成予定領域に、N型不純物領域を形成するソース/ドレイン形成工程と、
を有する半導体不揮発性メモリ素子の製造方法。 A P-type well region forming step of forming a P-type well region made of a P-type impurity on a semiconductor substrate;
An element isolation insulating film forming step of forming a LOCOS oxide film around the P-type well region;
An N-type high-concentration region forming step of forming an N-type high-concentration region made of N-type impurities in the drain formation scheduled region;
An N-type low-concentration region forming step for forming a first N-type low-concentration impurity region, which has a lower N-type impurity concentration than the N-type high-concentration region and is deeply diffused;
A channel region forming step of forming an N-type impurity region in a channel formation scheduled region in the P-type well region;
A second gate insulating film having a uniform thickness is formed in the drain formation planned region so as to overlap the N-type high concentration region, and the channel formation planned region is thinner than the second gate insulating film. A gate insulating film forming step of forming one gate insulating film;
A floating gate electrode made of a polycrystalline silicon layer containing impurities is formed on the first gate insulating film and the second gate insulating film, and a third gate insulating film is formed on the floating gate electrode. Forming a control gate electrode made of a polycrystalline silicon layer containing impurities on the third gate insulating film; and
A source / drain formation step of forming an N-type impurity region in the source formation scheduled region and the drain formation scheduled region;
A method for manufacturing a semiconductor non-volatile memory device.
前記P型ウェル領域内に第1のN型低濃度不純物領域および前記第1のN型低濃度不純物領域よりも不純物濃度が低く、深く拡散された第2のN型低濃度不純物領域を形成するN型低濃度領域形成工程と、
前記P型ウェル領域の周囲および前記第1のN型低濃度不純物領域上にLOCOS酸化膜を形成する素子分離絶縁膜形成工程と、
ドレイン形成予定領域に、N型不純物からなるN型高濃度領域を形成するN型高濃度領域形成工程と、
前記P型ウェル領域内のチャネル形成予定領域に、N型不純物領域を形成するチャネル領域形成工程と、
前記N型高濃度領域上の一部に、前記第1のN型低濃度不純物領域上に形成されたLOCOS酸化膜と接して、第2のゲート絶縁膜を形成し、前記チャネル形成予定領域に、前記第2のゲート絶縁膜より薄い第1のゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、
前記第1のゲート絶縁膜と前記第2のゲート絶縁膜の上に、不純物を含む多結晶シリコン層からなるフローティングゲート電極を形成し、前記フローティングゲート電極上に第3のゲート絶縁膜を形成し、前記第3のゲート絶縁膜上に、不純物を含む多結晶シリコン層からなるコントロールゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
ソース形成予定領域と前記ドレイン形成予定領域に、N型不純物領域を形成するソース/ドレイン形成工程と、
を有する半導体不揮発性メモリ素子の製造方法。 A P-type well region forming step of forming a P-type well region made of a P-type impurity on a semiconductor substrate;
In the P-type well region, a first N-type low-concentration impurity region and a second N-type low-concentration impurity region having a lower impurity concentration than that of the first N-type low-concentration impurity region and deeply diffused are formed. An N-type low concentration region forming step;
An element isolation insulating film forming step of forming a LOCOS oxide film around the P-type well region and on the first N-type low-concentration impurity region;
An N-type high-concentration region forming step of forming an N-type high-concentration region made of N-type impurities in the drain formation scheduled region;
A channel region forming step of forming an N-type impurity region in a channel formation scheduled region in the P-type well region;
A second gate insulating film is formed on a part of the N-type high concentration region in contact with the LOCOS oxide film formed on the first N-type low concentration impurity region. A gate insulating film forming step of forming a first gate insulating film thinner than the second gate insulating film;
A floating gate electrode made of a polycrystalline silicon layer containing impurities is formed on the first gate insulating film and the second gate insulating film, and a third gate insulating film is formed on the floating gate electrode. Forming a control gate electrode made of a polycrystalline silicon layer containing impurities on the third gate insulating film; and
A source / drain formation step of forming an N-type impurity region in the source formation scheduled region and the drain formation scheduled region;
A method for manufacturing a semiconductor non-volatile memory device.
前記第2のN型低濃度不純物領域内に第1のN型低濃度不純物領域を形成する第2の低濃度領域形成工程と、
前記P型低濃度不純物領域と前記第2のN型低濃度不純物領域の周囲および前記第1のN型低濃度不純物領域上にLOCOS酸化膜を形成する素子分離絶縁膜形成工程と、
ドレイン形成予定領域に、N型不純物からなるN型高濃度領域を形成するN型高濃度領域形成工程と、
前記P型低濃度不純物領域内のチャネル形成予定領域に、N型不純物領域を形成するチャネル領域形成工程と、
前記N型高濃度領域上の一部に、前記第1のN型低濃度不純物領域上に形成されたLOCOS酸化膜と接して、第2のゲート絶縁膜を形成し、前記チャネル形成予定領域に、前記第2のゲート絶縁膜より薄い第1のゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、
前記第1のゲート絶縁膜と前記第2のゲート絶縁膜の上に、不純物を含む多結晶シリコン層からなるフローティングゲート電極を形成し、前記フローティングゲート電極上に第3のゲート絶縁膜を形成し、前記第3のゲート絶縁膜上に、不純物を含む多結晶シリコン層からなるコントロールゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
ソース形成予定領域と前記ドレイン形成予定領域に、N型不純物領域を形成するソース/ドレイン形成工程と、
を有する半導体不揮発性メモリ素子の製造方法。 A first low-concentration region forming step of forming a P-type low-concentration impurity region and a second N-type low-concentration impurity region on a semiconductor substrate so as to partially overlap;
A second low concentration region forming step for forming a first N type low concentration impurity region in the second N type low concentration impurity region;
An element isolation insulating film forming step of forming a LOCOS oxide film around the P-type low-concentration impurity region and the second N-type low-concentration impurity region and on the first N-type low-concentration impurity region;
An N-type high-concentration region forming step of forming an N-type high-concentration region made of N-type impurities in the drain formation scheduled region;
A channel region forming step of forming an N-type impurity region in a channel formation scheduled region in the P-type low-concentration impurity region;
A second gate insulating film is formed on a part of the N-type high concentration region in contact with the LOCOS oxide film formed on the first N-type low concentration impurity region. A gate insulating film forming step of forming a first gate insulating film thinner than the second gate insulating film;
A floating gate electrode made of a polycrystalline silicon layer containing impurities is formed on the first gate insulating film and the second gate insulating film, and a third gate insulating film is formed on the floating gate electrode. Forming a control gate electrode made of a polycrystalline silicon layer containing impurities on the third gate insulating film; and
A source / drain formation step of forming an N-type impurity region in the source formation scheduled region and the drain formation scheduled region;
A method for manufacturing a semiconductor non-volatile memory device.
前記半導体不揮発性メモリ素子形成予定領域内に、10から100Åの厚さのシリコン酸化膜を熱酸化法で形成し、前記シリコン酸化膜上に100から200Åのシリコン窒化膜を堆積することで前記第1のゲート絶縁膜を形成し、
前記チャネル形成予定領域以外の領域上の前記シリコン窒化膜のみ除去し、シリコン酸化膜を熱酸化法で形成することでドレイン形成予定領域に前記第2のゲート絶縁膜を形成する工程を含む請求項11から14のいずれか1項記載の半導体不揮発性メモリ素子の製造方法。 The gate insulating film forming step includes
A silicon oxide film having a thickness of 10 to 100 mm is formed in the semiconductor non-volatile memory element formation region by a thermal oxidation method, and a silicon nitride film of 100 to 200 mm is deposited on the silicon oxide film. 1 gate insulating film is formed,
The method includes forming the second gate insulating film in the drain formation scheduled region by removing only the silicon nitride film on a region other than the channel formation scheduled region and forming a silicon oxide film by a thermal oxidation method. The method for manufacturing a semiconductor nonvolatile memory element according to any one of 11 to 14.
次に、30から100Åの厚さのシリコン酸化膜を熱酸化法で形成し、前記30から100Åの厚さのシリコン酸化膜の下に1Åから20Åのシリコン窒化膜を、アンモニア雰囲気中において1000℃以上で熱処理する熱窒化法で形成することで前記第1のゲート絶縁膜を形成する工程を含む請求項11から14のいずれか1項記載の半導体不揮発性メモリ素子の製造方法。 In the gate insulating film forming step, a gate insulating film made of a silicon oxide film having a thickness of 100 to 1000 mm is formed by a thermal oxidation method, and only the gate insulating film on the channel formation scheduled region is removed. Forming a gate insulating film,
Next, a silicon oxide film having a thickness of 30 to 100 mm is formed by a thermal oxidation method. A silicon nitride film having a thickness of 1 to 20 mm is formed under the silicon oxide film having a thickness of 30 to 100 mm in an ammonia atmosphere at 1000 ° C. The method for manufacturing a semiconductor nonvolatile memory element according to claim 11, comprising a step of forming the first gate insulating film by forming the first gate insulating film by a thermal nitridation method that performs heat treatment as described above.
前記P型ウェル領域の周囲にLOCOS酸化膜を形成する素子分離絶縁膜形成工程と、
ドレイン形成予定領域に、N型不純物からなるN型高濃度領域を形成するN型高濃度領域形成工程と、
前記N型高濃度領域よりもN型不純物濃度は低く、深く拡散された、第1のN型低濃度不純物領域を形成するN型低濃度領域形成工程と、
前記P型ウェル領域内のチャネル形成予定領域に、N型不純物領域を形成するチャネル領域形成工程と、
前記ドレイン形成予定領域に、前記N型高濃度領域と重なるように一様な膜厚の第2のゲート絶縁膜を形成し、前記チャネル形成予定領域に、前記第2のゲート絶縁膜より薄い第1のゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、
前記第1のゲート絶縁膜と前記第2のゲート絶縁膜の上に、不純物を含む多結晶シリコン層からなるフローティングゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
ソース形成予定領域と前記ドレイン形成予定領域に、N型不純物領域を形成するソース/ドレイン形成工程と、
を有する半導体不揮発性メモリ素子の製造方法。 A P-type well region forming step of forming a P-type well region made of a P-type impurity on a semiconductor substrate;
An element isolation insulating film forming step of forming a LOCOS oxide film around the P-type well region;
An N-type high-concentration region forming step of forming an N-type high-concentration region made of N-type impurities in the drain formation scheduled region;
An N-type low-concentration region forming step for forming a first N-type low-concentration impurity region, which has a lower N-type impurity concentration than the N-type high-concentration region and is deeply diffused;
A channel region forming step of forming an N-type impurity region in a channel formation scheduled region in the P-type well region;
A second gate insulating film having a uniform thickness is formed in the drain formation planned region so as to overlap the N-type high concentration region, and the channel formation planned region is thinner than the second gate insulating film. A gate insulating film forming step of forming one gate insulating film;
Forming a floating gate electrode made of a polycrystalline silicon layer containing an impurity on the first gate insulating film and the second gate insulating film; and
A source / drain formation step of forming an N-type impurity region in the source formation scheduled region and the drain formation scheduled region;
A method for manufacturing a semiconductor non-volatile memory device.
前記P型ウェル領域内に第1のN型低濃度不純物領域および前記第1のN型低濃度不純物領域よりも不純物濃度が低く、深く拡散された第2のN型低濃度不純物領域を形成するN型低濃度領域形成工程と、
前記P型ウェル領域の周囲および前記第1のN型低濃度不純物領域上にLOCOS酸化膜を形成する素子分離絶縁膜形成工程と、
ドレイン形成予定領域に、N型不純物からなるN型高濃度領域を形成するN型高濃度領域形成工程と、
前記P型ウェル領域内のチャネル形成予定領域に、N型不純物領域を形成するチャネル領域形成工程と、
前記N型高濃度領域上の一部に、前記第1のN型低濃度不純物領域上に形成されたLOCOS酸化膜と接して、第2のゲート絶縁膜を形成し、前記チャネル形成予定領域に、前記第2のゲート絶縁膜より薄い第1のゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、
前記第1のゲート絶縁膜と前記第2のゲート絶縁膜の上に、不純物を含む多結晶シリコン層からなるフローティングゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
ソース形成予定領域と前記ドレイン形成予定領域に、N型不純物領域を形成するソース/ドレイン形成工程と、
を有する半導体不揮発性メモリ素子の製造方法。 A P-type well region forming step of forming a P-type well region made of a P-type impurity on a semiconductor substrate;
In the P-type well region, a first N-type low-concentration impurity region and a second N-type low-concentration impurity region having a lower impurity concentration than that of the first N-type low-concentration impurity region and deeply diffused are formed. An N-type low concentration region forming step;
An element isolation insulating film forming step of forming a LOCOS oxide film around the P-type well region and on the first N-type low-concentration impurity region;
An N-type high-concentration region forming step of forming an N-type high-concentration region made of N-type impurities in the drain formation scheduled region;
A channel region forming step of forming an N-type impurity region in a channel formation scheduled region in the P-type well region;
A second gate insulating film is formed on a part of the N-type high concentration region in contact with the LOCOS oxide film formed on the first N-type low concentration impurity region. A gate insulating film forming step of forming a first gate insulating film thinner than the second gate insulating film;
A gate electrode forming step of forming a floating gate electrode made of a polycrystalline silicon layer containing impurities on the first gate insulating film and the second gate insulating film;
A source / drain formation step of forming an N-type impurity region in the source formation scheduled region and the drain formation scheduled region;
A method for manufacturing a semiconductor non-volatile memory device.
前記第2のN型低濃度不純物領域内に第1のN型低濃度不純物領域を形成する第2の低濃度領域形成工程と、
前記P型低濃度不純物領域と前記第2のN型低濃度不純物領域の周囲および前記第1のN型低濃度不純物領域上にLOCOS酸化膜を形成する素子分離絶縁膜形成工程と、
ドレイン形成予定領域に、N型不純物からなるN型高濃度領域を形成するN型高濃度領域形成工程と、
前記P型低濃度不純物領域内のチャネル形成予定領域に、N型不純物領域を形成するチャネル領域形成工程と、
前記N型高濃度領域上の一部に、前記第1のN型低濃度不純物領域上に形成されたLOCOS酸化膜と接して、第2のゲート絶縁膜を形成し、前記チャネル形成予定領域に、前記第2のゲート絶縁膜より薄い第1のゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、
前記第1のゲート絶縁膜と前記第2のゲート絶縁膜の上に、不純物を含む多結晶シリコン層からなるフローティングゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
ソース形成予定領域と前記ドレイン形成予定領域に、N型不純物領域を形成するソース/ドレイン形成工程と、
を有する半導体不揮発性メモリ素子の製造方法。 A first low-concentration region forming step of forming a P-type low-concentration impurity region and a second N-type low-concentration impurity region on a semiconductor substrate so as to partially overlap;
A second low concentration region forming step for forming a first N type low concentration impurity region in the second N type low concentration impurity region;
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