JP3144552B2 - Manufacturing method of nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents
Manufacturing method of nonvolatile semiconductor memory deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、不揮発性半導体記
憶装置およびその製造方法に関する。The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】フラッシュ型EEPROMは、電気的に
書き込み及び消去が可能な不揮発性半導体記憶装置とし
て広く用いられている。図1は、従来のフラッシュ型E
EPROMの断面を示している。この装置は、図1に示
されるように、シリコン基板101上に形成された積層
ゲート構造と、シリコン基板101内に形成された複雑
な不純物拡散構造とを備えている。このゲート構造は、
シリコン基板101上に形成されたトンネル絶縁膜10
2と、トンネル絶縁膜102上に形成された浮遊ゲート
電極103と、浮遊ゲート電極103上に形成された容
量絶縁膜104と、容量絶縁膜104上に形成された制
御ゲート電極105とを備えている。これらの積層ゲー
ト構造の側面には絶縁性サイドウォール109aおよび
109bが設けられている。不純物拡散構造は、ドレイ
ン側において、第1のn+型高濃度不純物拡散層110
と第2のn+型高濃度不純物拡散層111とを有してお
り、これらの不純物拡散層110および111の外側に
p型不純物拡散層112が位置している。一方、ソース
側においては、n+型高濃度不純物拡散層113とn-型
低濃度不純物拡散層114とが形成されている。2. Description of the Related Art Flash EEPROMs are widely used as electrically erasable and erasable nonvolatile semiconductor memory devices. FIG. 1 shows a conventional flash type E
1 shows a cross section of an EPROM. As shown in FIG. 1, this device has a stacked gate structure formed on a silicon substrate 101 and a complicated impurity diffusion structure formed in the silicon substrate 101. This gate structure
Tunnel insulating film 10 formed on silicon substrate 101
2, a floating gate electrode 103 formed on the tunnel insulating film 102, a capacitive insulating film 104 formed on the floating gate electrode 103, and a control gate electrode 105 formed on the capacitive insulating film 104. I have. Insulating sidewalls 109a and 109b are provided on the side surfaces of these stacked gate structures. The impurity diffusion structure includes a first n + -type high-concentration impurity diffusion layer 110 on the drain side.
And a second n + -type high-concentration impurity diffusion layer 111. A p-type impurity diffusion layer 112 is located outside these impurity diffusion layers 110 and 111. On the other hand, on the source side, an n + -type high concentration impurity diffusion layer 113 and an n − -type low concentration impurity diffusion layer 114 are formed.
【0003】データの書き込み時、シリコン基板101
とトンネル絶縁膜102との界面近傍に形成されるチャ
ネル長方向電界の強度ピークは、第1のn+型高濃度不
純物拡散層110とp型不純物拡散層112との間の接
合部分に位置している。この電界強度ピーク位置および
その近傍でホットエレクトロンが形成され、浮遊ゲート
電極103に注入され、その中に蓄積される。When writing data, the silicon substrate 101
The intensity peak of the electric field in the channel length direction formed near the interface between the first n + -type high concentration impurity diffusion layer 110 and the p-type impurity diffusion layer 112 ing. Hot electrons are formed at and near the electric field intensity peak position, injected into the floating gate electrode 103, and accumulated therein.
【0004】データの消去時、浮遊ゲート電極103内
の電子は、トンネル絶縁膜102中のトンネリングによ
って、ソース側のn+型高濃度不純物拡散層113へ引
き抜かれる。At the time of erasing data, electrons in the floating gate electrode 103 are extracted to the n + -type high-concentration impurity diffusion layer 113 on the source side by tunneling in the tunnel insulating film 102.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上記従来の不揮発性半
導体記憶装置には、以下に示す問題点がある。The above-mentioned conventional nonvolatile semiconductor memory device has the following problems.
【0006】まず、従来のフラッシュ型EEPROMに
おけるデータ書き込みの速度は、DRAMにおけるデー
タ書き込み速度に比較して2桁も遅い。このため、デー
タ書き込み時にドレインおよび制御ゲート電極に印加す
る電圧を高くしなければならず、それによって回路構成
及び製造工程が複雑になる。First, the data write speed in a conventional flash EEPROM is two orders of magnitude slower than the data write speed in a DRAM. For this reason, the voltage applied to the drain and control gate electrodes during data writing must be increased, which complicates the circuit configuration and the manufacturing process.
【0007】書き込み速度が遅い原因の1つは、チャネ
ルホットエレクトロンが浮遊ゲートへ注入される効率が
悪いことであると考えられる。It is considered that one of the causes of the low writing speed is that the efficiency of channel hot electrons being injected into the floating gate is low.
【0008】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、チャネルホットエレク
トロンの注入効率を向上し、書き込み速度の向上または
書き込み電圧の低化を可能にする不揮発性半導体記憶装
置およびその製造方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to improve the efficiency of channel hot electron injection, and to improve the writing speed or the writing voltage. An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明による不揮発性半
導体記憶装置は、第1導電型の半導体領域と、前記半導
体領域上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成さ
れたゲート電極と、前記半導体領域内に形成された第2
導電型のソース領域と、前記半導体領域内に形成された
第2導電型のドレイン領域と、前記半導体領域内に形成
され、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間に位置
するチャネル領域とを備えた不揮発性半導体記憶装置で
あって、前記ゲート電極は、前記ドレイン領域の一部分
にオーバーラップしており、前記ゲート電極によってオ
ーバーラップされている前記ドレイン領域の前記一部分
は、不純物濃度がチャネル長方向に沿ってほぼ一定の均
一領域を含んでいる。A nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention comprises a semiconductor region of a first conductivity type, an insulating film formed on the semiconductor region, and a gate electrode formed on the insulating film. And a second formed in the semiconductor region.
A source region of a conductivity type; a drain region of a second conductivity type formed in the semiconductor region; and a channel region formed in the semiconductor region and located between the source region and the drain region. Wherein the gate electrode overlaps a portion of the drain region, and the portion of the drain region overlapped by the gate electrode has an impurity concentration in a channel length direction. Along with a substantially constant uniform area.
【0010】好ましい実施形態では、前記ドレイン領域
の前記均一領域の前記チャネル長方向に沿って計測した
サイズは、50nm以上である。[0010] In a preferred embodiment, a size of the uniform region of the drain region measured along the channel length direction is 50 nm or more.
【0011】チャネル長が0.4μm以下であり、か
つ、前記ドレイン領域の前記一部分の前記チャネル長方
向に沿って計測したサイズが、80nm以上であっても
よい。The channel length may be 0.4 μm or less, and the size of the portion of the drain region measured along the channel length direction may be 80 nm or more.
【0012】前記ドレイン領域の前記一部分の前記チャ
ネル長方向に沿って計測したサイズは、前記ドレイン領
域の前記一部分の厚さよりも大きいことが好ましい。Preferably, the size of the portion of the drain region measured along the channel length direction is larger than the thickness of the portion of the drain region.
【0013】前記ドレイン領域の前記一部分に含まれる
前記均一領域の不純物濃度は、前記ドレイン領域のうち
前記ゲート電極がオーバーラップしていない領域の不純
物濃度よりも低いことが好ましい。[0013] It is preferable that an impurity concentration of the uniform region included in the portion of the drain region is lower than an impurity concentration of a region of the drain region where the gate electrode does not overlap.
【0014】前記ドレイン領域は、前記半導体領域の表
面に形成された第1の不純物拡散層と、前記第1の不純
物拡散層に電気的に接続され、前記第1の不純物拡散層
の不純物濃度よりも高い不純物濃度を持つ第2の不純物
拡散層とを含んでおり、前記ドレイン領域の前記一部分
は、前記第1の不純物拡散層から形成されており、前記
第2の不純物拡散層は、前記ドレイン領域にドレイン電
圧を供給する配線とコンタクトしており、前記ドレイン
電圧を前記第1の不純物拡散層に伝達する機能を有する
ことが好ましい。The drain region is electrically connected to a first impurity diffusion layer formed on a surface of the semiconductor region and the first impurity diffusion layer, and has a lower impurity concentration than the first impurity diffusion layer. A second impurity diffusion layer having a high impurity concentration, wherein the part of the drain region is formed from the first impurity diffusion layer, and the second impurity diffusion layer is It is preferable that the semiconductor device be in contact with a wiring for supplying a drain voltage to the region and have a function of transmitting the drain voltage to the first impurity diffusion layer.
【0015】前記ドレイン領域は第3の不純物拡散層を
含み、前記第3の不純物拡散層は、前記半導体領域の表
面に形成され、前記第1の不純物拡散層と前記第2の不
純物拡散層とを電気的に相互接続し、前記第1の不純物
拡散層の不純物濃度よりも高く前記第2の不純物拡散層
の不純物濃度よりも低い不純物濃度を持つようにしても
よい。The drain region includes a third impurity diffusion layer, the third impurity diffusion layer is formed on a surface of the semiconductor region, and includes a first impurity diffusion layer and a second impurity diffusion layer. May be electrically interconnected to have an impurity concentration higher than the impurity concentration of the first impurity diffusion layer and lower than the impurity concentration of the second impurity diffusion layer.
【0016】前記ドレイン領域の前記第3の不純物拡散
層の少なくとも一部は、前記ゲート電極によってオーバ
ーラップされていることが好ましい。It is preferable that at least a part of the third impurity diffusion layer in the drain region is overlapped by the gate electrode.
【0017】好ましい実施形態では、前記チャネル領域
が前記ドレイン領域の前記一部分に接する位置に形成さ
れた第1導電型の不純物拡散層を含んでおり、前記第1
導電型の不純物拡散層は、前記第1導電型の半導体領域
の他の部分の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有して
いる。In a preferred embodiment, the channel region includes a first conductivity type impurity diffusion layer formed at a position in contact with the portion of the drain region.
The conductivity type impurity diffusion layer has an impurity concentration higher than the impurity concentration of the other portion of the first conductivity type semiconductor region.
【0018】前記ドレイン領域は、前記第2の不純物拡
散層と前記半導体領域との間に設けられた第2導電型の
低濃度不純物拡散層を含み、前記低濃度不純物拡散層
は、前記第3の不純物拡散層の不純物濃度よりも低い不
純物濃度を持つようにしてもよい。The drain region includes a second conductivity type low concentration impurity diffusion layer provided between the second impurity diffusion layer and the semiconductor region, and the low concentration impurity diffusion layer is May have an impurity concentration lower than the impurity concentration of the impurity diffusion layer.
【0019】前記チャネル領域は、前記ドレイン領域の
前記一部分に接する位置に形成された第1導電型の不純
物拡散層を含んでおり、前記第1導電型の不純物拡散層
は、前記第1導電型の半導体領域の不純物濃度よりも高
い不純物濃度を有していてもよい。The channel region includes a first conductivity type impurity diffusion layer formed at a position in contact with the portion of the drain region, and the first conductivity type impurity diffusion layer is formed of the first conductivity type. May have a higher impurity concentration than the impurity concentration of the semiconductor region.
【0020】本発明による他の不揮発性半導体記憶装置
は、第1導電型の半導体領域と、前記半導体領域上に形
成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成されたゲート電
極と、前記半導体領域内に形成された第2導電型のソー
ス領域と、前記半導体基板内に形成された第2導電型の
ドレイン領域と、前記半導体基板内に形成され、前記ソ
ース領域と前記ドレイン領域との間に位置するチャネル
領域とを備えた不揮発性半導体記憶装置であって、前記
ゲート電極は、前記ドレイン領域の一部分にオーバーラ
ップしており、前記ゲート電極にオーバーラップされて
いる前記ドレイン領域の前記一部分のチャネル長方向に
沿って計測したサイズは、前記ドレイン領域中の第2導
電型不純物の横方向拡散長よりも大きい。According to another aspect of the present invention, there is provided a nonvolatile semiconductor memory device comprising: a semiconductor region of a first conductivity type; an insulating film formed on the semiconductor region; a gate electrode formed on the insulating film; A second conductivity type source region formed in the region, a second conductivity type drain region formed in the semiconductor substrate, and a second conductivity type drain region formed in the semiconductor substrate, between the source region and the drain region. Wherein the gate electrode overlaps a portion of the drain region, and the portion of the drain region overlaps the gate electrode. The size measured along the channel length direction is larger than the lateral diffusion length of the second conductivity type impurity in the drain region.
【0021】前記ゲート電極にオーバーラップされてい
る前記ドレイン領域の前記一部分のチャネル長方向に沿
って計測したサイズは、前記ドレイン領域の前記一部分
の厚さよりも大きいことが好ましい。It is preferable that a size of the portion of the drain region overlapping the gate electrode measured along a channel length direction is larger than a thickness of the portion of the drain region.
【0022】前記ドレイン領域の前記一部分は、斜めイ
オン注入法によって注入された不純物を含んでいてもよ
い。[0022] The part of the drain region may include an impurity implanted by an oblique ion implantation method.
【0023】チャネル長が0.4μm以下であり、か
つ、前記ドレイン領域の前記一部分の前記チャネル長方
向に沿って計測したサイズが、80nm以上であっても
よい。The channel length may be 0.4 μm or less, and the size of the part of the drain region measured along the channel length direction may be 80 nm or more.
【0024】前記ドレイン領域の前記一部分の不純物濃
度は、前記ドレイン領域のうち前記ゲート電極がオーバ
ーラップしていない領域の不純物濃度よりも低いことが
好ましい。It is preferable that the impurity concentration of the portion of the drain region is lower than the impurity concentration of a region of the drain region where the gate electrode does not overlap.
【0025】前記ドレイン領域は、前記半導体領域の表
面に形成された第1の不純物拡散層と、前記第1の不純
物拡散層に電気的に接続され、前記第1の不純物拡散層
の不純物濃度よりも高い不純物濃度を持つ第2の不純物
拡散層とを含んでおり、前記ドレイン領域の前記一部分
は、前記第1の不純物拡散層から形成されており、前記
第2の不純物拡散層は、前記ドレイン領域にドレイン電
圧を供給する配線とコンタクトしており、前記ドレイン
電圧を前記第1の不純物拡散層に伝達する機能を有する
ことが好ましい。The drain region is electrically connected to a first impurity diffusion layer formed on a surface of the semiconductor region and the first impurity diffusion layer. A second impurity diffusion layer having a high impurity concentration, wherein the part of the drain region is formed from the first impurity diffusion layer, and the second impurity diffusion layer is It is preferable that the semiconductor device be in contact with a wiring for supplying a drain voltage to the region and have a function of transmitting the drain voltage to the first impurity diffusion layer.
【0026】前記ドレイン領域は第3の不純物拡散層を
含み、前記第3の不純物拡散層は、前記半導体領域の表
面に形成され、前記第1の不純物拡散層と前記第2の不
純物拡散層とを電気的に相互接続し、前記第1の不純物
拡散層の不純物濃度よりも高く前記第2の不純物拡散層
の不純物濃度よりも低い不純物濃度を持つようにしても
よい。The drain region includes a third impurity diffusion layer, and the third impurity diffusion layer is formed on a surface of the semiconductor region, and includes a first impurity diffusion layer and a second impurity diffusion layer. May be electrically interconnected to have an impurity concentration higher than the impurity concentration of the first impurity diffusion layer and lower than the impurity concentration of the second impurity diffusion layer.
【0027】前記ドレイン領域の前記第3の不純物拡散
層の少なくとも一部は、前記ゲート電極によってオーバ
ーラップされていることが好ましい。Preferably, at least a part of the third impurity diffusion layer in the drain region is overlapped by the gate electrode.
【0028】好ましい実施形態では、前記チャネル領域
が前記ドレイン領域の前記一部分に接する位置に形成さ
れた第1導電型の不純物拡散層を含んでおり、前記第1
導電型の不純物拡散層は、前記第1導電型の半導体領域
の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有している。In a preferred embodiment, the channel region includes a first conductivity type impurity diffusion layer formed at a position in contact with the portion of the drain region.
The conductivity type impurity diffusion layer has an impurity concentration higher than the impurity concentration of the semiconductor region of the first conductivity type.
【0029】前記ドレイン領域は、前記第2の不純物拡
散層と前記半導体領域との間に設けられた第2導電型の
低濃度不純物拡散層を含み、前記低濃度不純物拡散層
は、前記第3の不純物拡散層の不純物濃度よりも低い不
純物濃度を持つようにしてもよい。The drain region includes a second conductivity type low-concentration impurity diffusion layer provided between the second impurity diffusion layer and the semiconductor region. May have an impurity concentration lower than the impurity concentration of the impurity diffusion layer.
【0030】好ましい実施形態では、前記チャネル領域
は、前記ドレイン領域の前記一部分に接する位置に形成
された第1導電型の不純物拡散層を含んでおり、前記第
1導電型の不純物拡散層は、前記第1導電型の半導体領
域の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有している。In a preferred embodiment, the channel region includes a first conductivity type impurity diffusion layer formed at a position in contact with the portion of the drain region, and the first conductivity type impurity diffusion layer includes: The first conductive type semiconductor region has an impurity concentration higher than that of the semiconductor region.
【0031】本発明による不揮発性半導体記憶装置は、
第1導電型の半導体領域と、前記半導体領域上に形成さ
れた絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成されたゲート電極
と、前記半導体領域内に形成された第2導電型のソース
領域と、前記半導体領域内に形成された第2導電型のド
レイン領域と、前記半導体領域内に形成され、前記ソー
ス領域と前記ドレイン領域との間に位置するチャネル領
域とを備えた不揮発性半導体記憶装置であって、データ
書き込み時に前記半導体領域の表面に形成されるチャネ
ル長方向電界の強度ピーク位置が、前記ゲート電極のエ
ッジよりも前記チャネル領域の中心部に向かってシフト
しており、しかも、そのシフト量は、前記ドレイン領域
中の第2導電型不純物の横方向拡散長よりも大きい。The nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention
A first conductive type semiconductor region, an insulating film formed on the semiconductor region, a gate electrode formed on the insulating film, and a second conductive type source region formed in the semiconductor region; A nonvolatile semiconductor memory device comprising: a second conductivity type drain region formed in the semiconductor region; and a channel region formed in the semiconductor region and located between the source region and the drain region. The intensity peak position of the channel length direction electric field formed on the surface of the semiconductor region at the time of data writing is shifted toward the center of the channel region from the edge of the gate electrode, and the shift The amount is greater than the lateral diffusion length of the second conductivity type impurity in the drain region.
【0032】本発明による不揮発性半導体記憶装置の製
造方法は、第1導電型の半導体領域と、前記半導体領域
上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成されたゲ
ート電極と、前記半導体領域内に形成された第2導電型
のソース領域と、前記半導体領域内に形成された第2導
電型のドレイン領域と、前記半導体領域内に形成され、
前記ソース領域と前記ドレイン領域との間に位置するチ
ャネル領域とを備えた不揮発性半導体記憶装置の製造方
法であって、前記ソース領域および前記ドレイン領域を
形成する前に、前記半導体領域のうち前記チャネル領域
となる領域をマスクで覆う工程と、前記半導体領域のう
ち前記マスクで覆われてない領域に、前記ドレイン領域
の少なくとも一部として機能する第2導電型不純物拡散
層を形成する工程と、前記マスクを除去する工程と、前
記ドレイン領域の一部として機能する前記第2導電型不
純物拡散層の一部分および前記チャネル領域の両方を覆
うようにして前記ゲート電極を形成するゲート形成工程
とを包含し、前記ゲート形成工程は、前記ゲート電極に
よってオーバーラップされる前記第2導電型不純物拡散
層の前記一部分が、チャネル長方向に沿って横方向に不
純物濃度一定の均一領域を含むように実行される。According to the method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, a semiconductor region of a first conductivity type; an insulating film formed on the semiconductor region; a gate electrode formed on the insulating film; A second conductivity type source region formed in the semiconductor region, a second conductivity type drain region formed in the semiconductor region, and a second conductivity type drain region formed in the semiconductor region;
A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device including a channel region located between the source region and the drain region, wherein the semiconductor region is formed before forming the source region and the drain region. A step of covering a region to be a channel region with a mask, and a step of forming a second conductivity type impurity diffusion layer functioning as at least a part of the drain region in a region of the semiconductor region not covered by the mask; Removing the mask and forming the gate electrode so as to cover both the channel region and a part of the second conductivity type impurity diffusion layer functioning as a part of the drain region. The step of forming the gate may include removing the portion of the second conductivity type impurity diffusion layer that is overlapped by the gate electrode. It is performed to include the impurity concentration constant uniform region laterally along the channel length direction.
【0033】本発明による他の不揮発性半導体記憶装置
の製造方法は、第1導電型の半導体領域と、前記半導体
領域上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成され
たゲート電極と、前記半導体領域内に形成された第2導
電型のソース領域と、前記半導体領域内に形成された第
2導電型のドレイン領域と、前記半導体領域内に形成さ
れ、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間に位置す
るチャネル領域とを備えた不揮発性半導体記憶装置の製
造方法であって、前記ソース領域および前記ドレイン領
域を形成する前に、前記半導体領域のうち少なくとも前
記チャネル領域となる領域および前記ソース領域となる
領域をマスクで覆う工程と、前記半導体領域のうち前記
マスクで覆われていない領域に、前記ドレイン領域の少
なくとも一部として機能する第2導電型不純物拡散層を
形成する工程と、前記マスクを除去する工程と、前記ド
レイン領域の一部として機能する前記第2導電型不純物
拡散層の一部分を覆うようにして前記ゲート電極を形成
するゲート形成工程とを包含し、前記ゲート形成工程
は、前記ゲート電極によってオーバーラップされる前記
第2導電型不純物拡散層の前記一部分が、チャネル長方
向に沿って横方向に不純物濃度一定の均一領域を含むよ
うに実行される。According to another method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, there is provided a semiconductor device of a first conductivity type, an insulating film formed on the semiconductor region, and a gate electrode formed on the insulating film. A source region of the second conductivity type formed in the semiconductor region, a drain region of the second conductivity type formed in the semiconductor region, and the source region and the drain region formed in the semiconductor region. And a channel region located between the non-volatile semiconductor memory device and the source region and the drain region, before forming the source region and the drain region, at least a region of the semiconductor region to be the channel region and A step of covering the region to be the source region with a mask, and forming at least a part of the drain region in a region of the semiconductor region not covered by the mask. Forming a functioning second conductivity type impurity diffusion layer; removing the mask; and forming the gate electrode so as to cover a part of the second conductivity type impurity diffusion layer functioning as a part of the drain region. Forming a gate, wherein the portion of the second conductivity type impurity diffusion layer overlapped by the gate electrode has a constant impurity concentration in a lateral direction along a channel length direction. Is performed so as to include the uniform region of
【0034】好ましい実施形態では、前記ゲート形成工
程が、前記第2導電型不純物拡散層の前記均一領域の前
記チャネル長方向に沿って計測したサイズが、50nm
以上となるように実行される。In a preferred embodiment, the size of the uniform region of the second conductivity type impurity diffusion layer measured along the channel length direction is 50 nm.
The processing is executed as described above.
【0035】前記ゲート形成工程は、前記ゲート電極に
よってオーバーラップされる前記第2導電型不純物拡散
層の前記一部分の前記チャネル長方向に沿って計測した
サイズが、80nm以上となるように実行されてもよ
い。The step of forming the gate is performed such that a size of the portion of the second conductivity type impurity diffusion layer overlapped by the gate electrode, measured along the channel length direction, is 80 nm or more. Is also good.
【0036】前記ゲート形成工程は、前記ゲート電極に
よってオーバーラップされる前記第2導電型不純物拡散
層の前記一部分の前記チャネル長方向に沿って計測した
サイズが、前記第2導電型不純物拡散層の前記一部分の
厚さよりも大きくなるように実行されることが好まし
い。In the gate forming step, the size of the portion of the second conductivity type impurity diffusion layer overlapped by the gate electrode measured along the channel length direction may be equal to the size of the second conductivity type impurity diffusion layer. Preferably, it is performed to be larger than the thickness of the part.
【0037】前記ゲート電極の形成後に、少なくとも前
記ゲート電極をマスクとして前記半導体領域に第2導電
型不純物を注入することによって前記ソース領域および
前記ドレイン領域の形成を完了する高レベルドーピング
工程を更に包含することが好ましい。After the formation of the gate electrode, a high-level doping step of completing the formation of the source region and the drain region by implanting a second conductivity type impurity into the semiconductor region using at least the gate electrode as a mask is further included. Is preferred.
【0038】前記ゲート電極の形成後、前記高レベルド
ーピング工程の前に、前記ゲート電極をマスクとして前
記半導体領域に第2導電型不純物を注入することによっ
て、前記第2導電型不純物拡散層の不純物濃度よりも高
い不純物濃度を持つ他の第2導電型不純物拡散層を前記
ゲート電極に対して自己整合的に形成する工程と、前記
他の第2導電型不純物拡散層を形成した後、前記高レベ
ルドーピング工程の前に、前記ゲート電極および前記第
2のゲート電極の側面にサイドウォールスペーサを形成
する工程とを更に包含してもよい。After the formation of the gate electrode and before the high-level doping step, a second conductivity type impurity is implanted into the semiconductor region using the gate electrode as a mask, thereby forming an impurity in the second conductivity type impurity diffusion layer. Forming another second conductivity type impurity diffusion layer having an impurity concentration higher than the impurity concentration in a self-aligned manner with respect to the gate electrode; and forming the second second conductivity type impurity diffusion layer after forming the second second conductivity type impurity diffusion layer. Forming a side wall spacer on a side surface of the gate electrode and the second gate electrode before the level doping step.
【0039】前記マスクを形成した後、前記マスクを除
去する前において、前記半導体領域のうち前記マスクに
覆われてない領域に第1導電型不純物を注入する工程を
更に包含し、それによって、最終的に前記チャネル領域
は前記第2導電型不純物拡散層に接する位置に第1導電
型の不純物拡散層を有するようにしてもよい。After forming the mask and before removing the mask, the method further includes implanting a first conductivity type impurity into a region of the semiconductor region that is not covered by the mask. Preferably, the channel region has a first conductivity type impurity diffusion layer at a position in contact with the second conductivity type impurity diffusion layer.
【0040】本発明による更に他の不揮発性半導体記憶
は、第1導電型の半導体領域と、前記半導体領域上に形
成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成されたゲート電
極と、前記半導体領域内に形成された第2導電型のソー
ス領域と、前記半導体領域内に形成された第2導電型の
ドレイン領域と、前記半導体領域内に形成され、前記ソ
ース領域と前記ドレイン領域との間に位置するチャネル
領域とを備えた不揮発性半導体記憶装置であって、前記
ドレイン領域は、不純物濃度がチャネル長方向に沿って
ほぼ一定の第1の不純物拡散層と、前記第1の不純物拡
散層の不純物濃度よりも高い不純物濃度を持つ第2の不
純物拡散層とを含んでおり、前記ゲート電極は、前記ド
レイン領域の前記第1の不純物拡散層の全体および前記
第2の不純物拡散層の一部にオーバーラップしている。Still another non-volatile semiconductor memory according to the present invention comprises a semiconductor region of a first conductivity type; an insulating film formed on the semiconductor region; a gate electrode formed on the insulating film; A second conductivity type source region formed in the region, a second conductivity type drain region formed in the semiconductor region, and a second conductivity type drain region formed in the semiconductor region between the source region and the drain region. A drain region, wherein the drain region has a first impurity diffusion layer having an impurity concentration substantially constant along a channel length direction; and a first impurity diffusion layer having a substantially constant impurity concentration along a channel length direction. A second impurity diffusion layer having an impurity concentration higher than the impurity concentration of the second impurity diffusion layer. It overlaps with a part of.
【0041】データ書き込み時において、前記第1の不
純物拡散層の少なくとも表面に反転層が形成されること
が好ましい。In writing data, it is preferable that an inversion layer is formed on at least the surface of the first impurity diffusion layer.
【0042】本発明による更に他の不揮発性半導体記憶
装置は、第1導電型の半導体領域と、前記半導体領域上
に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成されたゲー
ト電極と、前記半導体領域内に形成された第2導電型の
ソース領域と、前記半導体領域内に形成された第2導電
型のドレイン領域と、前記半導体領域内に形成され、前
記ソース領域と前記ドレイン領域との間に位置するチャ
ネル領域とを備えた不揮発性半導体記憶装置であって、
前記ドレイン領域は、データ書き込み時において少なく
とも表面に反転層が形成される程度の不純物濃度を持つ
第1の不純物拡散層と、前記第1の不純物拡散層の不純
物濃度よりも高い不純物濃度を持つ第2の不純物拡散層
とを含んでおり、前記ゲート電極は、前記ドレイン領域
の前記第1の不純物拡散層の全体および前記第2の不純
物拡散層の一部にオーバーラップしている。Still another non-volatile semiconductor memory device according to the present invention is a semiconductor device comprising: a first conductivity type semiconductor region; an insulating film formed on the semiconductor region; a gate electrode formed on the insulating film; A source region of the second conductivity type formed in the semiconductor region, a drain region of the second conductivity type formed in the semiconductor region, and a source region and the drain region formed in the semiconductor region. A non-volatile semiconductor storage device comprising a channel region located between
The drain region has a first impurity diffusion layer having an impurity concentration at least such that an inversion layer is formed on the surface at the time of data writing, and a first impurity diffusion layer having an impurity concentration higher than that of the first impurity diffusion layer. And the gate electrode overlaps the whole of the first impurity diffusion layer and a part of the second impurity diffusion layer in the drain region.
【0043】本発明による更に他の不揮発性半導体記憶
装置は、第1導電型の半導体領域と、前記半導体領域上
に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成されたゲー
ト電極と、前記半導体領域内に形成された第2導電型の
ソース領域と、前記半導体領域内に形成された第2導電
型のドレイン領域と、前記半導体領域内に形成され、前
記ソース領域と前記ドレイン領域との間に位置するチャ
ネル領域とを備えた不揮発性半導体記憶装置であって、
前記ドレイン領域は、前記ゲート電極の電位にかかわら
ず実質的に一定のドレイン電位を示す高濃度不純物拡散
層と、前記ゲート電極の電位に応じて表面電位分布が変
化する低濃度不純物拡散層とを含んでおり、前記ゲート
電極は、前記ドレイン領域の低濃度不純物拡散層の全体
および前記第高濃度不純物拡散層の一部にオーバーラッ
プしている。Still another non-volatile semiconductor memory device according to the present invention comprises a semiconductor region of the first conductivity type, an insulating film formed on the semiconductor region, a gate electrode formed on the insulating film, A source region of the second conductivity type formed in the semiconductor region, a drain region of the second conductivity type formed in the semiconductor region, and a source region and the drain region formed in the semiconductor region. A non-volatile semiconductor storage device comprising a channel region located between
The drain region includes a high-concentration impurity diffusion layer that exhibits a substantially constant drain potential regardless of the potential of the gate electrode, and a low-concentration impurity diffusion layer whose surface potential distribution changes according to the potential of the gate electrode. And the gate electrode overlaps the entire low concentration impurity diffusion layer of the drain region and a part of the high concentration impurity diffusion layer.
【0044】[0044]
【発明の実施の形態】本願発明による不揮発性半導体記
憶装置では、ドレイン領域とチャネル領域との間に形成
されるpn接合の、半導体基板表面における位置が、ゲ
ートエッジからチャネル領域の内部に向かって「横方向
拡散長」よりも大きくシフトしている。従来の製造方法
によれば、ゲート形成後にドレイン領域を形成していた
ため、ドレイン領域のゲートオーバーラップ部分は、注
入不純物がその後のプロセスで横方向に拡散することに
よって形成されたものである。その場合、オーバーラッ
プ部分のサイズは、横方向拡散長程度である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, the position of a pn junction formed between a drain region and a channel region on the surface of a semiconductor substrate moves from a gate edge toward the inside of a channel region. The shift is larger than the “transverse diffusion length”. According to the conventional manufacturing method, since the drain region is formed after the gate is formed, the gate overlap portion of the drain region is formed by diffusion of the implanted impurity in a subsequent process in a lateral direction. In that case, the size of the overlap portion is about the lateral diffusion length.
【0045】データ書き込み時にチャネル領域内に形成
される水平方向電界の強度分布は、上記pn接合付近に
ピークを持つ。本願発明では、この電界強度のピークを
高く保ちながら、そのピークの位置をゲートエッジから
内部に奥深く入り込んだ場所にシフトさせている。その
結果、電界強度のピーク位置付近で大量に発生するホッ
トエレクトロンを効率的に浮遊ゲートに注入することが
可能になる。データ書き込みの観点からは、浮遊ゲート
下におけるドレイン領域の不純物濃度はドレイン領域か
らチャネル領域にかけて急峻に低下するような分布を持
つことが好ましい。The intensity distribution of the horizontal electric field formed in the channel region at the time of data writing has a peak near the pn junction. In the present invention, the position of the peak is shifted from the gate edge to a place deeply penetrating into the inside while the peak of the electric field intensity is kept high. As a result, a large amount of hot electrons generated near the peak position of the electric field intensity can be efficiently injected into the floating gate. From the viewpoint of data writing, it is preferable that the impurity concentration of the drain region below the floating gate has a distribution such that the impurity concentration decreases sharply from the drain region to the channel region.
【0046】(第1の実施形態)以下に、図2を参照し
ながら本発明による不揮発性半導体記憶装置の第1の実
施形態を説明する。本実施形態の記憶装置は、nチャネ
ルMOS型フラッシュEEPROMである。(First Embodiment) A first embodiment of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention will be described below with reference to FIG. The storage device according to the present embodiment is an n-channel MOS flash EEPROM.
【0047】本実施形態の不揮発性半導体記憶装置は、
図2に示されるように、p型半導体領域(p型不純物濃
度:例えば5×1015から5×1016cm-3)を含む単
結晶シリコン基板1のp型半導体領域に形成されてい
る。単結晶シリコン基板1は、不図示のpチャネルMO
Sトランジスタが形成されたn型ウェルを含んでいても
良い。図では、簡単化のため、単一のメモリセルしか記
載されていないが、現実には、多数のメモリセルが同一
基板上に集積されている。基板上には、これらのメモリ
セルにデータを書き込み、またはメモリセルからデータ
を読み出すための周辺回路等(不図示)が設けられてい
る。The nonvolatile semiconductor memory device of the present embodiment
As shown in FIG. 2, it is formed in the p-type semiconductor region of the single-crystal silicon substrate 1 including the p-type semiconductor region (p-type impurity concentration: for example, 5 × 10 15 to 5 × 10 16 cm −3 ). The single-crystal silicon substrate 1 has a p-channel MO (not shown).
An n-type well in which an S transistor is formed may be included. Although only a single memory cell is shown in the figure for simplification, in reality, many memory cells are integrated on the same substrate. Peripheral circuits and the like (not shown) for writing data to these memory cells or reading data from the memory cells are provided on the substrate.
【0048】各メモリセルは、シリコン基板1上に形成
されたトンネル絶縁膜(第1の絶縁膜)2と、トンネル
絶縁膜2上に形成された浮遊ゲート電極(第1のゲート
電極)3と、浮遊ゲート電極3上に形成された容量絶縁
膜(第2の絶縁膜)4と、容量絶縁膜4上に形成された
制御ゲート電極(第2のゲート電極)5とを備えてい
る。トンネル絶縁膜2は、好ましくは、シリコン基板1
の表面を熱酸化することによって形成される。トンネル
絶縁膜2の厚さは、典型的には、約8から約10nmで
ある。浮遊ゲート電極3は、例えば多結晶シリコン膜か
ら形成される。浮遊ゲート電極3の厚さは、典型的には
約100から約200nmである。容量絶縁膜4は、例
えばONO膜から形成され得る。容量絶縁膜4の厚さ
は、約15から約22nmである。制御ゲート電極5
は、例えば多結晶シリコン膜から形成され、その厚さ
は、約150から約300nmである。これらの電極
は、多結晶シリコン膜以外の導電性膜から形成されても
よい。Each memory cell includes a tunnel insulating film (first insulating film) 2 formed on a silicon substrate 1, a floating gate electrode (first gate electrode) 3 formed on the tunnel insulating film 2, A capacitive insulating film (second insulating film) 4 formed on the floating gate electrode 3, and a control gate electrode (second gate electrode) 5 formed on the capacitive insulating film 4. The tunnel insulating film 2 is preferably made of a silicon substrate 1
It is formed by thermally oxidizing the surface of. The thickness of the tunnel insulating film 2 is typically about 8 to about 10 nm. The floating gate electrode 3 is formed from, for example, a polycrystalline silicon film. The thickness of the floating gate electrode 3 is typically about 100 to about 200 nm. The capacitance insulating film 4 can be formed from, for example, an ONO film. The thickness of the capacitance insulating film 4 is about 15 to about 22 nm. Control gate electrode 5
Is formed, for example, from a polycrystalline silicon film, and has a thickness of about 150 to about 300 nm. These electrodes may be formed from a conductive film other than the polycrystalline silicon film.
【0049】このメモリセルは、シリコン基板1内に形
成されたn型ソース領域11aおよびドレイン領域11
bと、シリコン基板1内に形成され、ソース領域11a
とドレイン領域11bとの間に位置するチャネル領域と
を備えている。本実施形態におけるソース領域11aお
よびドレイン領域11bの不純物濃度は、シリコン基板
1の表面近傍において5×1019から5×1020cm-3
である。チャネル領域の不純物濃度は、シリコン基板1
の表面近傍において5×1016から5×1017cm-3で
ある。This memory cell includes an n-type source region 11a and a drain region 11 formed in silicon substrate 1.
b and the source region 11a formed in the silicon substrate 1.
And a channel region located between the drain region 11b. The impurity concentration of the source region 11a and the drain region 11b in the present embodiment ranges from 5 × 10 19 to 5 × 10 20 cm −3 near the surface of the silicon substrate 1.
It is. The impurity concentration of the channel region is
5 × 10 16 to 5 × 10 17 cm -3 in the vicinity of the surface.
【0050】本実施形態の装置に特徴的な点は、浮遊ゲ
ート電極3がドレイン領域11bの一部分(以下、「オ
ーバーラップ部分」と称する)とオーバーラップしてお
り、このオーバーラップ部分の中に、不純物濃度がチャ
ネル長方向に沿って横方向に一定の「均一領域」が含ま
れていることにある。均一領域の基板表面における不純
物濃度は、5×1019から5×1020cm-3である。均
一領域のチャネル長方向に沿って計測したサイズ(L
UNI)は、本実施形態では、50nmから100nmの
範囲にある。オーバーラップ部分のチャネル長方向に沿
って計測したサイズ(LOVR)は、本実施形態の場合、
LUNIよりも70nm程度大きい。オーバーラップ長
(LOVR)は、本実施形態のチャネル長(Lch:400
nm)の約40%に相当する。A feature of the device of this embodiment is that the floating gate electrode 3 overlaps a part of the drain region 11b (hereinafter referred to as "overlap portion"). In addition, the "uniform region" in which the impurity concentration is constant in the lateral direction along the channel length direction is included. The impurity concentration on the substrate surface in the uniform region is 5 × 10 19 to 5 × 10 20 cm −3 . The size (L) measured along the channel length direction of the uniform region
UNI ) is in the range of 50 nm to 100 nm in the present embodiment. The size (L OVR ) measured along the channel length direction of the overlap portion is:
It is about 70 nm larger than L UNI . The overlap length (L OVR ) is the channel length (L ch : 400) of the present embodiment.
nm).
【0051】従来の不揮発性半導体記憶装置において
も、浮遊ゲート電極103がドレイン領域の一部分とオ
ーバーラップしているが、そのオーバーラップ部分は、
浮遊ゲート電極103の形成後に浮遊ゲート電極103
に対して自己整合的に注入された不純物がシリコン基板
101内を横方向に熱拡散することによって形成された
ものである。従って、そのオーバーラップ部分の不純物
濃度は、浮遊ゲート電極103のエッジ直下位置からチ
ャネル領域の内部に向かって単調に減少している。言い
換えると、本実施形態の「均一領域」は、従来の不揮発
性半導体記憶装置におけるオーパーラップ部分内には実
質的に存在していない。また、従来の場合、オーバーラ
ップ部分のチャネル長方向に沿って計測したオーバーラ
ップ長(L ovr)は、せいぜいチャネル長の15%程度
以下しかない。In a conventional nonvolatile semiconductor memory device
Also, the floating gate electrode 103 is connected to a part of the drain region.
-Although it overlaps, the overlap part is
After the formation of the floating gate electrode 103,
Impurities implanted in a self-aligned manner
101 formed by heat diffusion in the lateral direction inside
Things. Therefore, the impurities in the overlap area
The concentration is measured from immediately below the edge of the floating gate electrode 103.
It decreases monotonically toward the inside of the channel region. say
In other words, the “uniform area” of the present embodiment is
In the semiconductor memory device, actual
It does not exist qualitatively. In the conventional case,
Overlap measured along the channel length direction
Top length (L ovr) Is at most about 15% of the channel length
There is only below.
【0052】本実施形態の不揮発性半導体記憶装置は、
浮遊ゲート電極3の下方において、従来技術から区別さ
れる不純物プロファイルを有しており、そのことによっ
て、以下のような顕著な効果が達成される。The nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment
Below the floating gate electrode 3, it has an impurity profile distinguished from the prior art, whereby the following remarkable effects are achieved.
【0053】本不揮発性半導体記憶装置では、ドレイン
領域11bの一部分が浮遊ゲート電極3の下に横方向へ
深く延長しているため、データ書き込み時にシリコン基
板1の表面に形成されるチャネル長方向電界の強度ピー
クの位置(最大電界強度点)が、浮遊ゲート電極3のエ
ッジからチャネル領域の中央部に向かってシフトする。In the present non-volatile semiconductor memory device, since a part of the drain region 11b extends laterally deep below the floating gate electrode 3, the electric field in the channel length direction formed on the surface of the silicon substrate 1 at the time of data writing. (The maximum electric field intensity point) shifts from the edge of the floating gate electrode 3 toward the center of the channel region.
【0054】図3は、ドレイン領域11bのオーバーラ
ップ部分の断面構造、その部分の不純物濃度分布、およ
び電界強度分布を模式的に示している。浮遊ゲート電極
3のドレイン側エッジからチャネル領域の中央部に向か
って長さLUNIの領域において、ドレイン領域の表面不
純物濃度Ndは横方向にほぼ一定である。この領域が
「均一領域」である。オーバーラップ部分のうち均一領
域を除いた領域では、図3に示されるように、ドレイン
領域11bの表面不純物濃度Ndはチャネル領域の中央
部に向かって単調に減少している。ドレイン領域11b
とp型半導体領域との間に形成されるpn接合の半導体
表面から計測した深さ(接合深さ)XJは、ドレイン領
域11bの厚さに相当している。本実施形態では、この
接合深さX Jよりもオーバーラップ長LOVRが大きい。図
3には、データ書き込み時にシリコン基板1とトンネル
絶縁膜2との界面に形成されるチャネル長方向電界の強
度Eの空間的分布が示されている。この電界強度のピー
クは、シリコン基板1とトンネル絶縁膜2との界面にお
いて、p型半導体領域とn型半導体領域とが接する接合
部分に位置している本実施形態によれば、均一領域が浮
遊ゲート電極3の下方に存在しているため、不純物濃度
の低下を抑制しながら、ドレイン領域11bを浮遊ゲー
ト電極3の下に横方向へ深く延長することができる。こ
のドレイン領域の延長部分を本願明細書では「N−エク
ステンション」と呼ぶ場合がある。このN−エクステン
ションの不純物濃度が充分に高いと、ドレイン領域11
bの先端部分でもドレイン電位が高く維持され、ドレイ
ン領域11bの先端部におけるチャネル長方向電界の強
度ピークを大きくする。このため、与えられた電圧条件
のもとでのホットエレクトロンの発生レートが増加す
る。このことは、逆に、ドレイン領域に与える電圧を低
下させても、充分な大きさのホットエレクトロン発生レ
ートをもたらし得る。FIG. 3 shows an overlay of the drain region 11b.
The cross-sectional structure of the top part, the impurity concentration distribution in that part, and
3 schematically shows the electric field intensity distribution. Floating gate electrode
3 from the drain side edge toward the center of the channel region
Tte length LUNIArea, the surface of the drain region
Pure substance concentration NdIs substantially constant in the lateral direction. This area
"Uniform area". Uniform area of overlap
In the region except for the region, as shown in FIG.
Surface impurity concentration N of region 11bdIs the center of the channel region
It decreases monotonically toward the part. Drain region 11b
Junction semiconductor formed between the semiconductor and the p-type semiconductor region
Depth measured from the surface (joining depth) XJIs the drain territory
This corresponds to the thickness of the region 11b. In the present embodiment,
Joining depth X JOverlap length LOVRIs big. Figure
3 shows a tunnel between the silicon substrate 1 and the data writing.
The strength of the electric field in the channel length direction formed at the interface with the insulating film 2
The spatial distribution of the degree E is shown. The peak of this field strength
Is formed at the interface between the silicon substrate 1 and the tunnel insulating film 2.
Where the p-type semiconductor region and the n-type semiconductor region are in contact
According to the present embodiment located in the portion, the uniform area floats.
Since it exists below the idle gate electrode 3, the impurity concentration
The drain region 11b is connected to the floating gate while suppressing the
Under the contact electrode 3 can be extended deeply in the lateral direction. This
The extended portion of the drain region is referred to as “N-ex
It may be called "strain". This N-Exten
If the impurity concentration of the drain region is sufficiently high,
The drain potential is kept high even at the tip of
Of the electric field in the channel length direction at the tip of the conduction region 11b
Increase the degree peak. Therefore, given the voltage condition
Generation rate of hot electrons increases
You. This in turn reduces the voltage applied to the drain region.
The hot electron generation
Can result in
【0055】図4(a)は、本実施形態においてシリコ
ン基板1の表面近傍に形成されるチャネル長方向電界の
強度分布曲線41を模式的に示している。図4(b)
は、図1の従来の不揮発性半導体記憶装置においてシリ
コン基板101の表面に形成されるチャネル長方向電界
の強度分布曲線43を模式的に示している。図4(a)
および(b)からわかるように、本実施形態によれば、
シリコン基板1の表面に形成されるチャネル長方向電界
の強度ピークの位置PをゲートエッジOからチャネル領
域の中央部に近づけ、しかも、そのピークの高さを大き
く維持することができる。その結果、浮遊ゲート電極3
がホットエレクトロンの発生領域を広く覆うことにな
り、発生したホットエレクトロンを効率良く浮遊ゲート
電極3によってとらえることが可能になる。従来のよう
に電界強度ピークの位置P’がゲートエッジOの近傍に
位置している場合、発生したホットエレクトロンの一部
しか浮遊ゲート電極103に注入されず、大部分がドレ
イン領域110に流れ込んでいると考えられる。これに
対して、本実施形態では、ホットエレクトロンの発生す
る位置を意図的に浮遊ゲート電極3のエッジ近傍からチ
ャネル領域の中央部方向にシフトさせ、それによって、
発生したホットエレクトロンの多くを浮遊ゲート電極3
に注入させることができるので、注入効率が著しく改善
される。FIG. 4A schematically shows an intensity distribution curve 41 of the electric field in the channel length direction formed near the surface of the silicon substrate 1 in this embodiment. FIG. 4 (b)
1 schematically shows an intensity distribution curve 43 of an electric field in a channel length direction formed on the surface of a silicon substrate 101 in the conventional nonvolatile semiconductor memory device of FIG. FIG. 4 (a)
As can be seen from (b) and (b), according to the present embodiment,
The position P of the intensity peak of the electric field in the channel length direction formed on the surface of the silicon substrate 1 can be made closer to the center of the channel region from the gate edge O, and the height of the peak can be kept large. As a result, the floating gate electrode 3
Will widely cover the hot electron generation region, and the generated hot electrons can be efficiently captured by the floating gate electrode 3. When the position P ′ of the electric field intensity peak is located near the gate edge O as in the related art, only a part of the generated hot electrons is injected into the floating gate electrode 103, and most of the generated hot electrons flow into the drain region 110. It is thought that there is. On the other hand, in the present embodiment, the position where hot electrons are generated is intentionally shifted from the vicinity of the edge of the floating gate electrode 3 toward the center of the channel region.
Most of the generated hot electrons are transferred to the floating gate electrode 3
, The injection efficiency is significantly improved.
【0056】なお、オーバーラップ部分が「均一領域」
を有していない場合、言い換えると、オーバーラップ部
分内の不純物濃度がチャネル長方向に沿って単調に減少
している場合は、ドレイン領域11bの端部の電位が低
下するため、図4(a)の破線42に示されるような低
い電界ピークしかえられない。Note that the overlap portion is a "uniform region".
In other words, when the impurity concentration in the overlap portion monotonously decreases along the channel length direction, the potential at the end of the drain region 11b decreases. ), A low electric field peak as shown by the broken line 42 is obtained.
【0057】本実施形態の装置によれば、書き込み動作
は、例えばドレイン領域11bに5V、制御ゲート電極
5に7から9V、ソース領域11aおよびシリコン基板
1に0Vの電圧を印加した状態で実行される。この場
合、ソース領域11aから出た電子は、チャネル領域内
をドレイン領域11bに向かって移動しながらチャネル
領域内のチャネル長方向電界からエネルギーを獲得し、
ドレイン領域11bの端部における高電界領域でホット
エレクトロンとなり、シリコン基板1とトンネル絶縁膜
2との間の障壁を超えて浮遊ゲート電極3に注入され
る。前述したように、本実施形態の装置によれば、ドレ
イン領域11bの浮遊ゲート電極3によるオーバーラッ
プ部分における不純物濃度が比較的に高く、しかも、オ
ーバーラップ長が長い。このため、浮遊ゲート電極3の
エッジ直下からチャネル領域の中央部に向かって大きく
シフトした位置で、電子のエネルギーが充分に高くなる
ので、エネルギーの高い電子が浮遊ゲート電極3に効率
的に注入される。According to the device of this embodiment, the write operation is performed in a state where a voltage of 5 V is applied to the drain region 11b, a voltage of 7 to 9 V is applied to the control gate electrode 5, and a voltage of 0 V is applied to the source region 11a and the silicon substrate 1. You. In this case, the electrons emitted from the source region 11a acquire energy from the channel length direction electric field in the channel region while moving in the channel region toward the drain region 11b,
Hot electrons are generated in the high electric field region at the end of the drain region 11b, and are injected into the floating gate electrode 3 beyond the barrier between the silicon substrate 1 and the tunnel insulating film 2. As described above, according to the device of the present embodiment, the impurity concentration in the portion where the drain region 11b overlaps the floating gate electrode 3 is relatively high, and the overlap length is long. For this reason, the energy of the electrons becomes sufficiently high at a position shifted from directly below the edge of the floating gate electrode 3 toward the center of the channel region, so that high-energy electrons are efficiently injected into the floating gate electrode 3. You.
【0058】本不揮発性半導体記憶装置によれば、消去
動作は、制御ゲート電極5に−6から−8V、ドレイン
領域11bに5から6V、ソース領域11aおよびシリ
コン基板1に0Vの電圧を印加した状態で実行される。
この場合、トンネル絶縁膜2内を流れるトンネル電流に
よって浮遊ゲート電極3内の電子をドレイン領域11b
に引き抜く。電子のトンネル現象はトンネル絶縁膜2内
で最も強い電界が形成される部分で生じるため、上記電
圧印加状態では、電子の引き抜きが浮遊ゲート電極3の
ドレイン側エッジ部分で起こる。書き込み動作時におけ
る電子注入の位置と、消去動作時における電子のトンネ
リング位置とが異なるため、トンネル絶縁膜2の劣化が
少なく、信頼性に優れる。なお、消去動作は、浮遊ゲー
ト電極3に蓄積された電子をソース領域11aへ引き抜
くことによって実行することも可能である。According to the present non-volatile semiconductor memory device, in the erasing operation, a voltage of -6 to -8 V is applied to the control gate electrode 5, a voltage of 5 to 6 V is applied to the drain region 11b, and a voltage of 0 V is applied to the source region 11a and the silicon substrate 1. Run in state.
In this case, the electrons in the floating gate electrode 3 are drained by the tunnel current flowing through the tunnel insulating film 2 to the drain region 11b.
Pull out. Since the electron tunneling phenomenon occurs in the portion of the tunnel insulating film 2 where the strongest electric field is formed, in the above-described voltage application state, the extraction of electrons occurs at the drain-side edge portion of the floating gate electrode 3. Since the position of the electron injection at the time of the writing operation and the position of the tunneling of the electrons at the time of the erasing operation are different, the deterioration of the tunnel insulating film 2 is small and the reliability is excellent. Note that the erasing operation can also be performed by extracting electrons accumulated in the floating gate electrode 3 to the source region 11a.
【0059】以下に、図5(a)〜(d)を参照しなが
ら、本実施形態の装置の製造方法を説明する。Hereinafter, a method for manufacturing the device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 (a) to 5 (d).
【0060】まず、図5(a)に示されるように、シリ
コン基板1の表面のうちチャネル領域となる部分を覆う
マスク51を形成する。このマスク51は、例えばリソ
グラフィ工程で形成されたレジストパターンであってよ
い。マスク51の形成前に、シリコン基板1の表面を薄
い酸化膜50で保護しておくことが好ましい。チャネル
長方向に沿って計測したマスク51のサイズは、例えば
0.3から0.4μmである。First, as shown in FIG. 5A, a mask 51 for covering a portion to be a channel region on the surface of the silicon substrate 1 is formed. The mask 51 may be, for example, a resist pattern formed in a lithography process. Before forming the mask 51, it is preferable to protect the surface of the silicon substrate 1 with a thin oxide film 50. The size of the mask 51 measured along the channel length direction is, for example, 0.3 to 0.4 μm.
【0061】次に、シリコン基板1の表面のうちマスク
51に覆われてない領域に対してn型不純物としてヒ素
(As)イオンを注入する。イオン注入の加速エネルギ
は、例えば20から40keV、ドーズ量は、例えば5
×1014から5×1015cm -2である。こうして、図5
(b)に示すように、ソース領域11aおよびドレイン
領域11bが基板1に形成される。Next, a mask on the surface of the silicon substrate 1
Arsenic as an n-type impurity for the region not covered by 51
(As) Ions are implanted. Acceleration energy of ion implantation
Is, for example, 20 to 40 keV, and the dose is, for example, 5
× 1014From 5 × 10Fifteencm -2It is. Thus, FIG.
As shown in (b), the source region 11a and the drain
A region 11b is formed on the substrate 1.
【0062】マスク51および保護酸化膜50を除去し
た後、図5(c)に示されるように、熱酸化法によって
半導体基板1の表面にトンネル絶縁膜2を形成する。こ
の後、浮遊ゲート電極3となる第1の多結晶シリコン膜
3’を化学的気相成長法によってトンネル絶縁膜2上に
堆積する。第1の多結晶シリコン膜3’上に容量絶縁膜
4を形成した後、制御ゲート電極5となる第2の多結晶
シリコン膜5’を化学的気相成長法によって容量絶縁膜
4上に堆積する。After removing the mask 51 and the protective oxide film 50, a tunnel insulating film 2 is formed on the surface of the semiconductor substrate 1 by a thermal oxidation method, as shown in FIG. Thereafter, a first polycrystalline silicon film 3 ′ serving as the floating gate electrode 3 is deposited on the tunnel insulating film 2 by a chemical vapor deposition method. After forming the capacitive insulating film 4 on the first polycrystalline silicon film 3 ', a second polycrystalline silicon film 5' to be the control gate electrode 5 is deposited on the capacitive insulating film 4 by a chemical vapor deposition method. I do.
【0063】次に、図5(d)に示されるように、公知
のリソグラフィ技術を用いてゲート電極のパターンを規
定するレジストマスク52を第2の多結晶シリコン膜
5’上に形成した後、公知のドライエッチング技術を用
いて、第2の多結晶シリコン膜、容量絶縁膜4および第
1の多結晶シリコン膜3’を順次パターニングする。こ
うして、図2の装置が形成される。Next, as shown in FIG. 5D, a resist mask 52 for defining a gate electrode pattern is formed on the second polycrystalline silicon film 5 'by using a known lithography technique. Using a known dry etching technique, the second polycrystalline silicon film, the capacitor insulating film 4 and the first polycrystalline silicon film 3 'are sequentially patterned. Thus, the device of FIG. 2 is formed.
【0064】なお、レジストマスク52は、ソース領域
11aの一部、チャネル領域、およびドレイン領域11
bの一部を覆うように形成される。ドレイン領域11b
のうちレジストマスク52によって覆われる部分が、ド
レイン領域11bのオーバーラップ部分のサイズ(オー
バーラップ長LOVR)を規定する。The resist mask 52 includes a part of the source region 11a, the channel region, and the drain region 11a.
It is formed so as to cover a part of b. Drain region 11b
The portion covered by the resist mask 52 defines the size of the overlap portion (overlap length L OVR ) of the drain region 11b.
【0065】不純物活性化のためのアニールは、上記n
型不純物イオンの注入後における任意の段階で実行され
る。このアニールによって、ソース領域11aおよびド
レイン領域11bに含まれるn型不純物は四方に拡散す
る。その拡散長は、上記アニールおよびその他の高温プ
ロセスの条件によって変化するが、本実施形態の装置を
製造する場合、50nmより小さい。この値は、オーバ
ーラップ部分のチャネル長方向に沿って計測したサイ
ズ、すなわちオーバーラップ長(Lovr)よりも小さ
い。また、本実施形態のオーバーラップ部分は、横方向
拡散によってではなく、シリコン基板1の表面から注入
された不純物によって形成されるため、オーバーラップ
部分の中に、不純物濃度がチャネル長方向に沿って横方
向に一定の「均一領域」が含まれることになる。なお、
「均一領域」の不純物濃度がシリコン基板1の表面から
深さ方向に沿って変化していることは言うまでもない。
オーバーラップ部分は、均一領域の他に、不純物の横方
向拡散によって不純物濃度がチャネル長方向に沿って変
化する部分を端部に含んでいる。The annealing for activating the impurities is performed by the above n
It is performed at an arbitrary stage after the implantation of the type impurity ions. By this annealing, the n-type impurities contained in the source region 11a and the drain region 11b diffuse in all directions. The diffusion length varies depending on the conditions of the annealing and other high-temperature processes, but is smaller than 50 nm when manufacturing the device of the present embodiment. This value is smaller than the size of the overlap portion measured along the channel length direction, that is, the overlap length (L ovr ). Further, since the overlap portion of the present embodiment is formed not by lateral diffusion but by the impurity implanted from the surface of the silicon substrate 1, the impurity concentration in the overlap portion along the channel length direction is increased. A certain “uniform area” is included in the horizontal direction. In addition,
It goes without saying that the impurity concentration in the “uniform region” changes along the depth direction from the surface of the silicon substrate 1.
In addition to the uniform region, the overlap portion includes, at the end, a portion where the impurity concentration changes along the channel length direction due to the lateral diffusion of the impurity.
【0066】本実施形態の製造方法によれば、浮遊ゲー
ト電極3の形成前に、ソース領域11aおよびドレイン
領域11bを形成している。このことによって、不純物
濃度がチャネル長方向に沿って横方向にほぼ一定の「均
一領域」を含むオーバーラップ部分を浮遊ゲート電極3
の下方に配置することが可能になる。従来のように、浮
遊ゲート電極3の形成後にソース領域11aおよびドレ
イン領域11bを形成する場合は、ゲート電極をマスク
として注入された不純物の横方向拡散によってオーバー
ラップ部分が形成されるため、オーバーラップ部分の不
純物濃度はチャネル長方向に沿って単調に低下してしま
うことになる。また、従来の製造方法による場合、オー
バーラップ部分のチャネル長方向に沿って計測したサイ
ズ(LOV R)は、ドレイン領域11bの不純物の拡散長
程度に過ぎない。なお、本実施形態の方法によっても、
不純物は水平横方向に拡散するため、均一領域は、不均
一領域に対する不純物の供給源として機能する。このた
め、均一領域の内部でも、厳密には、不純物濃度がチャ
ネル領域に向かって僅かに減少しているものと考えられ
る。According to the manufacturing method of this embodiment, the source region 11a and the drain region 11b are formed before the formation of the floating gate electrode 3. As a result, an overlapping portion including a “uniform region” in which the impurity concentration is substantially constant in the lateral direction along the channel length direction is formed in the floating gate electrode 3.
Below. When the source region 11a and the drain region 11b are formed after the formation of the floating gate electrode 3 as in the related art, the overlap portion is formed by the lateral diffusion of the implanted impurities using the gate electrode as a mask. The impurity concentration of the portion monotonously decreases along the channel length direction. Further, in the case of the conventional manufacturing method, the size measured along the channel length direction of the overlap portion (L OV R) is only the diffusion length of about impurity drain region 11b. In addition, also by the method of this embodiment,
Since the impurity diffuses in the horizontal direction, the uniform region functions as a source of impurity for the non-uniform region. Strictly speaking, it is considered that the impurity concentration slightly decreases toward the channel region even in the uniform region.
【0067】図2の装置は、現実には、図示されていな
い層間絶縁膜に覆われており、その層間絶縁膜の中およ
び/または上に形成された配線によって、不図示の周辺
回路に電気的に接続されている。これらの層間絶縁膜、
配線および周辺回路の構造は、公知のものを用いること
ができる。The device shown in FIG. 2 is actually covered with an interlayer insulating film (not shown), and is electrically connected to a peripheral circuit (not shown) by wiring formed in and / or on the interlayer insulating film. Connected. These interlayer insulating films,
Known wiring and peripheral circuit structures can be used.
【0068】このような不揮発性半導体記憶装置によれ
ば、書き込み速度を速く(例えば、10ナノ秒以下に)
するかわりに、書き込み電圧を低く(例えば、4.0V
以下に)することもできる。また、不純物濃度の分布が
チャネル領域の中央部を垂直に横切る面に対してほぼ対
称な構造を有しているため、ソース/ドレインのいずれ
か一方に印加する電圧を制御することによって、書き込
み、消去および読みだし動作を実行することが可能にな
る。このことは、回路設計の自由度を著しく向上させ
る。According to such a nonvolatile semiconductor memory device, the writing speed is increased (for example, to 10 nanoseconds or less).
Instead, lower the write voltage (for example, 4.0 V
Below). In addition, since the distribution of the impurity concentration has a structure substantially symmetrical with respect to a plane perpendicularly crossing the center of the channel region, writing and reading can be performed by controlling the voltage applied to either the source or the drain. Erase and read operations can be performed. This significantly improves the degree of freedom in circuit design.
【0069】(第2の実施形態)以下、図6を参照しな
がら本発明による不揮発性半導体記憶装置の第2の実施
形態を説明する。本実施形態の記憶装置は、nチャネル
MOS型フラッシュEEPROMである。(Second Embodiment) Hereinafter, a second embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention will be described with reference to FIG. The storage device according to the present embodiment is an n-channel MOS flash EEPROM.
【0070】図6に示されるように、本実施形態の不揮
発性半導体記憶装置は、p型半導体領域を含む単結晶シ
リコン基板1のp型半導体領域に形成されている。図6
では、単一のメモリセルしか記載されていないが、現実
には、多数のメモリセルが同一基板上に集積されてい
る。As shown in FIG. 6, the nonvolatile semiconductor memory device of the present embodiment is formed in a p-type semiconductor region of a single crystal silicon substrate 1 including a p-type semiconductor region. FIG.
Describes only a single memory cell, but in reality many memory cells are integrated on the same substrate.
【0071】本実施形態の装置は、半導体領域内に形成
される不純物拡散層の構成を除けば、図2の装置とほと
んど同じ構成であるので、両者に共通する構造について
は説明を簡略化し、相違点を詳細に説明することにす
る。The device of this embodiment has almost the same configuration as the device of FIG. 2 except for the configuration of the impurity diffusion layer formed in the semiconductor region. Therefore, the description of the structure common to both devices will be simplified. The differences will be described in detail.
【0072】図6の装置は、p型半導体領域を含む単結
晶シリコン基板1上に形成されたトンネル絶縁膜2と、
トンネル絶縁膜2上に形成された浮遊ゲート電極3と、
浮遊ゲート電極3上に形成された容量絶縁膜4と、容量
絶縁膜4上に形成された制御ゲート電極5とを備えてい
る。これらのゲート電極3および5の側面には、絶縁性
サイドウォールが9aおよび9bが形成されている。The device shown in FIG. 6 includes a tunnel insulating film 2 formed on a single crystal silicon substrate 1 including a p-type semiconductor region,
A floating gate electrode 3 formed on the tunnel insulating film 2;
The capacitor includes a capacitance insulating film formed on the floating gate electrode and a control gate electrode formed on the capacitance insulating film. On the side surfaces of these gate electrodes 3 and 5, insulating sidewalls 9a and 9b are formed.
【0073】この装置は、シリコン基板1内に形成され
たn+型高濃度ソース領域11aおよびn+型高濃度ドレ
イン領域11bの他に、シリコン基板1内に形成された
n-型低濃度ソース領域6aおよびn-型低濃度ドレイン
領域6bを備えている。n-型低濃度ソース領域6aと
n-型低濃度ドレイン領域6bとの間にはチャネル領域
が存在している。This device includes an n + -type high-concentration source region 11 a and an n + -type high-concentration drain region 11 b formed in the silicon substrate 1, and an n − -type low-concentration source region formed in the silicon substrate 1. A region 6a and an n − -type low-concentration drain region 6b are provided. A channel region exists between the n − -type low-concentration source region 6a and the n − -type low-concentration drain region 6b.
【0074】本実施形態に特徴的な点は、(1)浮遊ゲ
ート電極3が低濃度ドレイン領域6bの一部分とオーバ
ーラップしており、このオーバーラップ部分の中に、不
純物濃度がチャネル長方向に沿って横方向に一定の「均
一領域」が含まれていること、および(2)均一領域の
不純物濃度が、ドレイン領域のうち浮遊ゲート電極3に
よってオーバーラップされていない領域(11b)の不
純物濃度よりも低いことにある。言い換えると、本実施
形態の記憶装置におけるドレイン領域は、相対的に低濃
度の不純物拡散層(6b)と相対的に高濃度の不純物拡
散層(11b)とを含んでいる。The features of this embodiment are as follows: (1) The floating gate electrode 3 overlaps a part of the low-concentration drain region 6b, and the impurity concentration in the overlapping part is in the channel length direction. (2) the impurity concentration of the uniform region is not included in the region (11b) of the drain region which is not overlapped by the floating gate electrode 3; To be lower than. In other words, the drain region in the storage device of the present embodiment includes a relatively low-concentration impurity diffusion layer (6b) and a relatively high-concentration impurity diffusion layer (11b).
【0075】本実施形態では、オーバーラップ部分のチ
ャネル長方向に沿って計測したサイズ(LOVR)は、1
30nm程度であり、均一領域のチャネル長方向に沿っ
て計測したサイズ(LUNI)は、100nm程度であ
る。オーバーラップ長LOVRは、オーバーラップ部分の
厚さ(=その部分の接合深さXj=約50nm)よりも
大きい。また、オーバーラップ部分のシリコン基板1の
表面における不純物濃度は、1×1018cm-3から1×
1019cm-3であるのに対して、ドレイン領域のうち浮
遊ゲート電極3に覆われていない領域の不純物濃度は、
これより高く、1×1020cm-3以上である。In this embodiment, the size (L OVR ) of the overlap portion measured along the channel length direction is 1
The size (L UNI ) measured along the channel length direction of the uniform region is about 100 nm. The overlap length L OVR is larger than the thickness of the overlap portion (= the junction depth of that portion X j = about 50 nm). Further, the impurity concentration on the surface of the silicon substrate 1 in the overlap portion is 1 × 10 18 cm -3 to 1 ×
In contrast to 10 19 cm −3 , the impurity concentration in the drain region not covered by the floating gate electrode 3 is:
It is higher than this and is 1 × 10 20 cm −3 or more.
【0076】本実施形態によれば、ドレイン領域のオー
バーラップ部分とその他の部分との間で不純物濃度が異
なっており、それぞれの部分に対して独立して最適な値
を与えることができる。配線と電気的にコンタクトする
高濃度ドレイン領域11bの不純物濃度はコンタクト抵
抗低減の観点からできるだけ高いことが望まれるが、オ
ーバーラップ部分の不純物濃度をコンタクト領域の不純
物濃度と同程度に高くすると、データの消去時にホール
がトンネル絶縁膜2中に注入し、トンネル絶縁膜2が劣
化しやすくなるという不都合が生じるおそれがある。こ
の不都合を避けるため、本実施形態では、オーバーラッ
プ部分の不純物濃度を上記範囲内の値となるよう低めに
設定している。According to the present embodiment, the impurity concentration differs between the overlapped portion of the drain region and the other portion, and an optimum value can be given to each portion independently. It is desired that the impurity concentration of the high-concentration drain region 11b that is in electrical contact with the wiring be as high as possible from the viewpoint of reducing contact resistance. During the erase operation, holes may be injected into the tunnel insulating film 2 and the tunnel insulating film 2 may be easily deteriorated. In order to avoid this inconvenience, in the present embodiment, the impurity concentration of the overlap portion is set to be lower so as to be within the above range.
【0077】本実施形態の装置も、第1の実施形態の装
置と同様に動作し、第1の実施形態の装置による効果と
同様の効果が発揮される。この効果に加えて、本実施形
態によれば、ソース/ドレインのコンタクト抵抗を低く
維持する一方で、消去動作時のトンネル絶縁膜2の劣化
を防止するために、オーバーラップ部分の不純物濃度を
最適化できるという効果が得られる。The device of this embodiment also operates in the same manner as the device of the first embodiment, and exhibits the same effects as those of the device of the first embodiment. In addition to this effect, according to the present embodiment, while keeping the source / drain contact resistance low, the impurity concentration of the overlap portion is optimized in order to prevent the deterioration of the tunnel insulating film 2 during the erase operation. The effect that can be obtained is obtained.
【0078】以下に、図15(a)〜(c)を参照しな
がら、本実施形態の記憶装置の製造方法を説明する。Hereinafter, a method of manufacturing the storage device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
【0079】まず、図15(a)に示すように、表面が
保護酸化膜50に覆われたシリコン基板1上にフォトレ
ジストパターン12を形成した後、シリコン基板1中に
ヒ素イオンを注入する。フォトレジストパターン12の
幅(チャネル長方向に沿って計測したサイズ)は0.3
から0.4μmとする。なお、本実施形態では、ヒ素イ
オンの注入加速エネルギーは30から60keV、ドー
ズ量は5×1013から5×1014cm-2とする。このイ
オン注入によって、半導体領域表面のフォトレジストパ
ターン12で覆われていない領域に低濃度不純物拡散層
6a’および6b’が形成される。First, as shown in FIG. 15A, after forming a photoresist pattern 12 on a silicon substrate 1 whose surface is covered with a protective oxide film 50, arsenic ions are implanted into the silicon substrate 1. The width (the size measured along the channel length direction) of the photoresist pattern 12 is 0.3.
To 0.4 μm. In this embodiment, the arsenic ion implantation acceleration energy is 30 to 60 keV, and the dose is 5 × 10 13 to 5 × 10 14 cm −2 . By this ion implantation, low-concentration impurity diffusion layers 6a 'and 6b' are formed in regions of the semiconductor region not covered with the photoresist pattern 12.
【0080】フォトレジストパターン12および保護酸
化膜50を除去した後、図15(b)に示すように、ト
ンネル絶縁膜2、浮遊ゲート電極3、容量絶縁膜4およ
び制御ゲート電極5からなる積層ゲート構造を形成す
る。この積層ゲート構造は、熱酸化法によってトンネル
絶縁膜2を形成する工程、浮遊ゲート電極3となる第1
の多結晶シリコン膜を化学的気相成長法によってトンネ
ル絶縁膜2上に堆積する工程、第1の多結晶シリコン膜
上に容量絶縁膜4を形成する工程、制御ゲート電極5と
なる第2の多結晶シリコン膜を化学的気相成長法によっ
て容量絶縁膜4上に堆積する工程、およびこれらの多層
膜を公知のリソグラフィおよびエッチング技術を用いて
パターニングする工程を含む一連の製造プロセス工程に
よって作成される。本実施形態では、積層ゲート構造の
幅(チャネル長方向に沿って計測したサイズ)は0.5
から0.6μmとする。After removing the photoresist pattern 12 and the protective oxide film 50, as shown in FIG. 15B, a laminated gate comprising a tunnel insulating film 2, a floating gate electrode 3, a capacitive insulating film 4, and a control gate electrode 5 is formed. Form the structure. This stacked gate structure includes a step of forming a tunnel insulating film 2 by a thermal oxidation method, and a first step of forming a floating gate electrode 3.
Depositing a polycrystalline silicon film on the tunnel insulating film 2 by chemical vapor deposition, forming a capacitive insulating film 4 on the first polycrystalline silicon film, and forming a second control gate electrode 5 It is formed by a series of manufacturing process steps including a step of depositing a polycrystalline silicon film on the capacitive insulating film 4 by a chemical vapor deposition method, and a step of patterning these multilayer films using known lithography and etching techniques. You. In the present embodiment, the width of the stacked gate structure (the size measured along the channel length direction) is 0.5.
To 0.6 μm.
【0081】上記積層ゲート構造のパターニングのため
のリソグラフィ工程において、チャネル領域の中央部を
垂直に横切る平面に関して浮遊ゲート電極3と低濃度不
純物拡散層6a’および6b’とのオーバーラップの程
度が対称になるように、積層ゲート構造と低濃度不純物
拡散層6a’および6b’との位置あわせが実行され
る。浮遊ゲート電極3と低濃度不純物拡散層6b’との
オーバーラップ部分のサイズ(オーバーラップ長)は、
本実施形態の場合、0.05から0.15μmとなる。
上記位置合わせに0.1μm程度以下のズレが生じるこ
とがあるが、それはデバイス性能に大きく影響しない。In the lithography step for patterning the stacked gate structure, the degree of overlap between the floating gate electrode 3 and the low-concentration impurity diffusion layers 6a 'and 6b' is symmetrical with respect to a plane perpendicular to the center of the channel region. The alignment between the stacked gate structure and the low-concentration impurity diffusion layers 6a 'and 6b' is performed. The size of the overlapping portion (overlap length) between the floating gate electrode 3 and the low-concentration impurity diffusion layer 6b 'is:
In the case of the present embodiment, the thickness is 0.05 to 0.15 μm.
A displacement of about 0.1 μm or less may occur in the above alignment, but this does not significantly affect device performance.
【0082】なお、浮遊ゲート電極3と低濃度不純物拡
散層6a’および6b’とのオーバーラップの程度は、
チャネル領域の中央部を垂直に横切る平面に関して対称
になる必要性は必ずしも無い。このことは、後で説明す
る他の実施形態についても同様である。The degree of overlap between the floating gate electrode 3 and the low concentration impurity diffusion layers 6a 'and 6b' is as follows.
It is not necessary to be symmetric about a plane perpendicular to the center of the channel region. This applies to other embodiments described later.
【0083】次に、図15(c)に示すように、公知の
薄膜堆積技術およびエッチバック技術を用いて絶縁性の
サイドウオールスぺーサー(厚さ:約100から約15
0nm)9aおよび9bを積層ゲート構造の側壁に形成
した後、シリコン基板1にヒ素イオンを注入する。ヒ素
イオンの注入加速エネルギーは30から60keV、ド
ーズ量は5×1014から5×1015cm-2とする。この
イオン注入によって、シリコン基板1の表面のうち積層
ゲート構造が設けられている領域以外の領域に、高濃度
不純物拡散層11aおよび11bが形成される。低濃度
不純物拡散層6a’および6b’のうち、積層ゲート構
造およびサイドウォールスペーサに覆われている領域に
は、追加的にヒ素イオンが注入されないが、それ以外の
領域には高レベルのヒ素イオンドーピングが行われる。
このため、低濃度不純物拡散層6a’および6b’の一
部は、低濃度ソース領域6aおよび低濃度ドレイン領域
6bとして機能することになるが、他の部分は高濃度不
純物拡散層11aおよび11bに変化する。高濃度不純
物拡散層11aおよび11bは、それぞれ、高濃度ソー
ス領域および高濃度ドレイン領域として機能することに
なる。Next, as shown in FIG. 15C, an insulating sidewall spacer (thickness: about 100 to about 15) is formed by using a known thin film deposition technique and an etch back technique.
(0 nm) After forming 9a and 9b on the side wall of the stacked gate structure, arsenic ions are implanted into the silicon substrate 1. The arsenic ion implantation acceleration energy is 30 to 60 keV, and the dose is 5 × 10 14 to 5 × 10 15 cm −2 . By this ion implantation, high-concentration impurity diffusion layers 11a and 11b are formed in a region other than the region where the stacked gate structure is provided on the surface of the silicon substrate 1. In the low concentration impurity diffusion layers 6a 'and 6b', arsenic ions are not additionally implanted into the regions covered with the stacked gate structure and the sidewall spacers, but high-level arsenic ions are implanted into other regions. Doping is performed.
Therefore, some of the low-concentration impurity diffusion layers 6a 'and 6b' function as the low-concentration source region 6a and the low-concentration drain region 6b, while the other portions correspond to the high-concentration impurity diffusion layers 11a and 11b. Change. The high concentration impurity diffusion layers 11a and 11b function as a high concentration source region and a high concentration drain region, respectively.
【0084】低濃度ソース領域6aおよび低濃度ドレイ
ン領域6bは、上述のように、半導体基板表面から注入
された不純物イオンによって形成される。これらの不純
物イオンは、注入後に実行される複数の高温プロセス工
程時に熱拡散する。このため、最終的に完成した不揮発
性半導体記憶装置における低濃度ドレイン領域6bは、
注入直後よりも厚くなり、また、その端部はチャネル領
域の中央部に向かって僅かに広がる。また、同様に高濃
度ドレイン領域11b中の不純物も拡散するためその端
部がチャネル領域の中央部に向かって僅かに広がり、サ
イドウォールスペーサ9bの下部にまで進入する。この
ことはソース領域でも同様に生じる。しかし、このよう
な不純物拡散が生じても、浮遊ゲート電極3によって覆
われている低濃度ドレイン領域6bのオーバーラップ部
分には、チャネル長方向に沿ってほとんど不純物濃度が
変化しない均一領域が存在する。As described above, low concentration source region 6a and low concentration drain region 6b are formed by impurity ions implanted from the surface of the semiconductor substrate. These impurity ions thermally diffuse during a plurality of high-temperature process steps performed after the implantation. Therefore, the low-concentration drain region 6b in the finally completed nonvolatile semiconductor memory device is
It is thicker than immediately after the implantation, and its ends slightly expand toward the center of the channel region. Similarly, the impurity in the high-concentration drain region 11b also diffuses, so that its end slightly spreads toward the center of the channel region, and enters the lower portion of the sidewall spacer 9b. This also occurs in the source region. However, even if such impurity diffusion occurs, a uniform region where the impurity concentration hardly changes along the channel length direction exists in the overlapping portion of the low-concentration drain region 6b covered by the floating gate electrode 3. .
【0085】なお、ソース/ドレイン領域の形成が完了
した後、層間絶縁膜の形成および多層配線の形成などの
公知の製造工程を行い、最終的な不揮発性半導体記憶装
置が製造される。After the formation of the source / drain regions is completed, well-known manufacturing steps such as formation of an interlayer insulating film and formation of a multilayer wiring are performed to manufacture a final nonvolatile semiconductor memory device.
【0086】(第3の実施形態)以下、図7を参照しな
がら本発明による不揮発性半導体記憶装置の第3の実施
形態を説明する。本実施形態の記憶装置も、nチャネル
MOS型フラッシュEEPROMである。(Third Embodiment) Hereinafter, a third embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention will be described with reference to FIG. The storage device of the present embodiment is also an n-channel MOS flash EEPROM.
【0087】図7に示されるように、本実施形態の不揮
発性半導体記憶装置は、p型半導体領域を含む単結晶シ
リコン基板1のp型半導体領域に形成されている。図7
では、単一のメモリセルしか記載されていないが、現実
には、多数のメモリセルが同一基板上に集積されてい
る。As shown in FIG. 7, the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment is formed in a p-type semiconductor region of a single crystal silicon substrate 1 including a p-type semiconductor region. FIG.
Describes only a single memory cell, but in reality many memory cells are integrated on the same substrate.
【0088】本実施形態の装置は、半導体領域内に形成
される不純物拡散層の構成を除けば、図6の装置とほと
んど同じ構成であるので、両者に共通する構造について
は説明を省略し、相違点を詳細に説明することにする。The device of this embodiment has almost the same configuration as the device of FIG. 6 except for the configuration of the impurity diffusion layer formed in the semiconductor region. Therefore, the description of the structure common to both devices will be omitted. The differences will be described in detail.
【0089】本実施形態に特徴的な点は、(1)浮遊ゲ
ート電極3がドレイン領域の一部分とオーバーラップし
ており、このオーバーラップ部分の中に、不純物濃度が
チャネル長方向に沿って横方向に一定の「均一領域」が
含まれていること、(2)ドレイン領域が不純物濃度の
比較的低い第1の不純物拡散層6bと不純物濃度の比較
的高い第2の不純物拡散層11bとを含んでいること、
および(3)第1の不純物拡散層6bの「全体」と第2
の不純物拡散層11bの「一部」が浮遊ゲート電極3に
よってオーバーラップされていることにある。The features of this embodiment are as follows: (1) The floating gate electrode 3 overlaps with a part of the drain region, and the impurity concentration in the overlapping part is horizontal along the channel length direction. (2) The drain region includes a first impurity diffusion layer 6b having a relatively low impurity concentration and a second impurity diffusion layer 11b having a relatively high impurity concentration. Including,
And (3) the "whole" of the first impurity diffusion layer 6b and the second
Part of the impurity diffusion layer 11 b is overlapped by the floating gate electrode 3.
【0090】なお、ソース領域の構成は、ドレイン領域
の構成と同様に、不純物濃度の比較的低い第1の不純物
拡散層6aと不純物濃度の比較的高い第2の不純物拡散
層11aとを含んでおり、第1の不純物拡散層6aの全
体と第2の不純物拡散層11aの一部が浮遊ゲート電極
3によってオーバーラップされている。Incidentally, the structure of the source region includes a first impurity diffusion layer 6a having a relatively low impurity concentration and a second impurity diffusion layer 11a having a relatively high impurity concentration, similarly to the structure of the drain region. In addition, the entire first impurity diffusion layer 6 a and a part of the second impurity diffusion layer 11 a are overlapped by the floating gate electrode 3.
【0091】データ書き込みに際して浮遊ゲート電極3
の電位が上昇すると(例えば3.3〜5ボルトに上昇す
ると)、不純物濃度の比較的低い第1の不純物拡散層6
bの少なくとも表面に反転層が形成される。この反転層
は、第2の不純物拡散層11bのエッジからチャネル領
域に延び、浮遊ゲート電極3の真下に位置する。このよ
うな反転層の存在によって、第2の不純物拡散層11b
に与えられた高いドレイン電位は、第1の不純物拡散層
6bのチャネル領域側エッジに至るまで、ほとんど降下
することなく伝達される。In writing data, the floating gate electrode 3
Rise (for example, to 3.3 to 5 volts), the first impurity diffusion layer 6 having a relatively low impurity concentration.
An inversion layer is formed on at least the surface of b. This inversion layer extends from the edge of the second impurity diffusion layer 11b to the channel region and is located immediately below the floating gate electrode 3. Due to the presence of such an inversion layer, the second impurity diffusion layer 11b
Of the first impurity diffusion layer 6b is transmitted to the channel region side edge of the first impurity diffusion layer 6b with almost no drop.
【0092】図8(a)は、データ書き込み時における
ドレイン領域およびその近傍の表面電位(ポテンシャ
ル)を示している。図8(a)からわかるように、デー
タ書き込み時、第1の不純物拡散層6bの表面における
電位は、第2の不純物拡散層11bの電位(ドレイン電
位:例えば5ボルト)とほぼ等しい値を持ち、第1の不
純物拡散層6bとチャネル領域との境界部分で急峻に変
化している。このような電位の急峻な変化によって、図
4(a)に示すような強い電界ピークが形成される。FIG. 8A shows the surface potential (potential) of the drain region and its vicinity during data writing. As can be seen from FIG. 8A, at the time of data writing, the potential on the surface of the first impurity diffusion layer 6b has a value substantially equal to the potential of the second impurity diffusion layer 11b (drain potential: 5 volts, for example). , At the boundary between the first impurity diffusion layer 6b and the channel region. Due to such a steep change in potential, a strong electric field peak is formed as shown in FIG.
【0093】本実施形態では、第1の不純物拡散層6b
の全体が浮遊ゲート電極3によって覆われている。この
ため、浮遊ゲート電極3に正電位を与えることよって第
1の不純物拡散層6bに形成した反転層は、とぎれるこ
となく第2の不純物拡散層11bのエッジからチャネル
領域にまで延びる。その結果、第2の不純物拡散層11
bの高い電位(ドレイン電位)が第1の不純物拡散層6
b内でも高い値を維持しながら、チャネル領域に隣接す
る部分にまで伝達されることになる。In the present embodiment, the first impurity diffusion layer 6b
Is entirely covered with the floating gate electrode 3. Therefore, the inversion layer formed in the first impurity diffusion layer 6b by applying a positive potential to the floating gate electrode 3 extends from the edge of the second impurity diffusion layer 11b to the channel region without interruption. As a result, the second impurity diffusion layer 11
The high potential (drain potential) of the first impurity diffusion layer 6
While maintaining a high value even in b, the light is transmitted to a portion adjacent to the channel region.
【0094】浮遊ゲート電極3の電位を低下させること
によって、強反転層から弱反転層に変化し、さらには
(弱)反転層が消えると、図8(b)に示すように、第
1の不純物拡散層6bの表面電位(ポテンシャル)はチ
ャネル領域に近づくに従って低下することになる。その
結果、第1の不純物拡散層6bとチャネル領域との境界
部分における電界は緩和される。By lowering the potential of the floating gate electrode 3, the strong inversion layer changes to a weak inversion layer, and when the (weak) inversion layer disappears, as shown in FIG. The surface potential (potential) of the impurity diffusion layer 6b decreases as approaching the channel region. As a result, the electric field at the boundary between the first impurity diffusion layer 6b and the channel region is reduced.
【0095】図8(a)および(b)を比較すると良く
わかるように、第1の不純物拡散層6bは、浮遊ゲート
電極3の電位に応じて、第2の不純物拡散層11bの電
位をソース領域側に伝達したり、緩和したりする。As can be clearly understood from a comparison between FIGS. 8A and 8B, the first impurity diffusion layer 6b uses the potential of the second impurity diffusion layer 11b in accordance with the potential of the floating gate electrode 3 as the source. Transmit to the area side or relax.
【0096】第1の不純物拡散層6bの不純物濃度は、
データ書き込み時において第1の不純物拡散層6bの表
面に反転層が形成される程度の不純物濃度(例えば5×
1017〜1×1019cm-3)であることが好ましい。こ
のような第1の不純物拡散層6bは、浮遊ゲート電極3
に適当な電位が与えられたとき、反転層を形成すること
によって、高い不純物濃度を持つ第2の不純物拡散層1
1bと電気的に同様の機能を発揮することができる。The impurity concentration of the first impurity diffusion layer 6b is
At the time of data writing, the impurity concentration (for example, 5 ×) is such that an inversion layer is formed on the surface of the first impurity diffusion layer 6b.
It is preferably 10 17 to 1 × 10 19 cm −3 ). Such a first impurity diffusion layer 6b is formed on the floating gate electrode 3
When an appropriate potential is applied to the second impurity diffusion layer 1 having a high impurity concentration, the inversion layer is formed.
1b can exhibit the same function electrically.
【0097】本実施形態では、ドレイン領域が、浮遊ゲ
ート電極3の電位にかかわらず実質的に一定のドレイン
電位を示す高不純物濃度部分(第2の不純物拡散層11
b)と、浮遊ゲート電極3の電位に応じて表面電位がド
レイン電位に等しいレベルからドレイン電位よりも低い
レベルにまで変化する低不純物濃度部分(第1の不純物
拡散層6b)とを含み、しかも、第1の不純物拡散層6
bの全体および第2の不純物拡散層11bの一部が浮遊
ゲート電極3によってオーバーラップされている。この
ような構成によって、データ書き込み時において、浮遊
ゲート電極3のエッジからチャネル領域の中央部に向か
ってシフトした位置に強い電界を形成することが可能に
なる。In this embodiment, the drain region has a high impurity concentration portion (the second impurity diffusion layer 11) showing a substantially constant drain potential irrespective of the potential of the floating gate electrode 3.
b) and a low impurity concentration portion (first impurity diffusion layer 6b) in which the surface potential changes from a level equal to the drain potential to a level lower than the drain potential according to the potential of the floating gate electrode 3, and , First impurity diffusion layer 6
b and a part of the second impurity diffusion layer 11 b are overlapped by the floating gate electrode 3. With such a configuration, it is possible to form a strong electric field at a position shifted from the edge of the floating gate electrode 3 toward the center of the channel region during data writing.
【0098】なお、データ消去時においては、第2の不
純物拡散層11bに高い電位(ドレイン電位)を供給し
ながら浮遊ゲート電極3にゼロまたは負の電位を与え
る。このとき、第1の不純物拡散層6bがドレイン電位
を緩和するため、バンドベンディングによるバンド間ト
ンネリングが抑制され、ゲート酸化膜2がホールをトラ
ップしてしまうという問題を回避することも可能にな
る。At the time of data erasure, zero or negative potential is applied to floating gate electrode 3 while supplying a high potential (drain potential) to second impurity diffusion layer 11b. At this time, since the first impurity diffusion layer 6b relaxes the drain potential, band-to-band tunneling due to band bending is suppressed, and the problem that the gate oxide film 2 traps holes can be avoided.
【0099】次に、図9(a)および(b)を参照しな
がら、図7の装置の製造方法を説明する。Next, a method of manufacturing the device shown in FIG. 7 will be described with reference to FIGS. 9A and 9B.
【0100】まず、図9(a)に示すように、表面が保
護酸化膜50に覆われたシリコン基板1上にフォトレジ
ストパターン12を形成した後、シリコン基板1中にヒ
素イオンを注入する。フォトレジストパターン12の幅
(チャネル長方向に沿って計測したサイズ)は0.3か
ら0.4μmとする。なお、本実施形態では、ヒ素イオ
ンの注入加速エネルギーは30から60keV、ドーズ
量は5×1013から5×1014cm-2とする。このイオ
ン注入によって、半導体領域表面のフォトレジストパタ
ーン12で覆われていない領域に低濃度不純物拡散層6
a’および6b’が形成される。First, as shown in FIG. 9A, after forming a photoresist pattern 12 on a silicon substrate 1 whose surface is covered with a protective oxide film 50, arsenic ions are implanted into the silicon substrate 1. The width (size measured along the channel length direction) of the photoresist pattern 12 is set to 0.3 to 0.4 μm. In this embodiment, the arsenic ion implantation acceleration energy is 30 to 60 keV, and the dose is 5 × 10 13 to 5 × 10 14 cm −2 . By this ion implantation, the low concentration impurity diffusion layer 6 is formed in a region of the surface of the semiconductor region which is not covered with the photoresist pattern 12.
a ′ and 6b ′ are formed.
【0101】フォトレジストパターン12および保護酸
化膜50を除去した後、図9(b)に示すように、トン
ネル絶縁膜2、浮遊ゲート電極3、容量絶縁膜4および
制御ゲート電極5からなる積層ゲート構造を形成する。
この積層ゲート構造は、熱酸化法によってトンネル絶縁
膜2を形成する工程、浮遊ゲート電極3となる第1の多
結晶シリコン膜を化学的気相成長法によってトンネル絶
縁膜2上に堆積する工程、第1の多結晶シリコン膜上に
容量絶縁膜4を形成する工程、制御ゲート電極5となる
第2の多結晶シリコン膜を化学的気相成長法によって容
量絶縁膜4上に堆積する工程、およびこれらの多層膜を
公知のリソグラフィおよびエッチング技術を用いてパタ
ーニングする工程を含む一連の製造プロセス工程によっ
て作成される。本実施形態では、積層ゲート構造の幅
(チャネル長方向に沿って計測したサイズ)は0.5か
ら0.6μmとする。After removing the photoresist pattern 12 and the protective oxide film 50, as shown in FIG. 9B, a laminated gate composed of the tunnel insulating film 2, the floating gate electrode 3, the capacitor insulating film 4, and the control gate electrode 5 is formed. Form the structure.
This stacked gate structure includes a step of forming a tunnel insulating film 2 by a thermal oxidation method, a step of depositing a first polycrystalline silicon film serving as a floating gate electrode 3 on the tunnel insulating film 2 by a chemical vapor deposition method, Forming a capacitive insulating film 4 on the first polycrystalline silicon film, depositing a second polycrystalline silicon film to be the control gate electrode 5 on the capacitive insulating film 4 by chemical vapor deposition, and These multilayer films are formed by a series of manufacturing process steps including a step of patterning using a known lithography and etching technique. In the present embodiment, the width (the size measured along the channel length direction) of the stacked gate structure is set to 0.5 to 0.6 μm.
【0102】上記積層ゲート構造のパターニングのため
のリソグラフィ工程において、積層ゲート構造と低濃度
不純物拡散層6a’および6b’との位置あわせは、浮
遊ゲート電極3が低濃度不純物拡散層6b’の一部とオ
ーバーラップするように実行される。浮遊ゲート電極3
と低濃度不純物拡散層6b’とのオーバーラップ部分の
サイズ(オーバーラップ長)は、本実施形態の場合、約
100から150nmとなる。In the lithography step for patterning the stacked gate structure, the alignment of the stacked gate structure with the low-concentration impurity diffusion layers 6a 'and 6b' is performed by aligning the floating gate electrode 3 with one of the low-concentration impurity diffusion layers 6b '. It is executed so as to overlap with the division. Floating gate electrode 3
In this embodiment, the size (overlap length) of the overlapping portion between the low concentration impurity diffusion layer 6b 'and the low concentration impurity diffusion layer 6b' is about 100 to 150 nm.
【0103】次に、パターニングされた積層ゲート構造
をマスクとして、ヒ素イオンを注入する。ヒ素イオンの
注入加速エネルギーは30から60keV、ドーズ量は
5×1014から5×1015cm-2とする。このイオン注
入によって、半導体表面のうち積層ゲート構造が設けら
れている領域以外の領域に、高濃度不純物拡散層11a
および11bが形成される。高濃度不純物拡散層11a
および11bは、イオン注入直後に浮遊ゲート電極3に
よってオーバーラップされなかったとしても、その後の
熱処理プロセスを経て横方向に拡散するため、図9
(b)に示すように、高濃度不純物拡散層11aおよび
11bの一部が浮遊ゲート電極3によってオーバーラッ
プされる。最終的に、高濃度不純物拡散層11aおよび
11bは、それぞれ、高濃度ソース領域および高濃度ド
レイン領域として機能することになる。Next, arsenic ions are implanted using the patterned laminated gate structure as a mask. The arsenic ion implantation acceleration energy is 30 to 60 keV, and the dose is 5 × 10 14 to 5 × 10 15 cm −2 . By this ion implantation, the high-concentration impurity diffusion layer 11a is formed in a region of the semiconductor surface other than the region where the stacked gate structure is provided.
And 11b are formed. High concentration impurity diffusion layer 11a
9 and 11b are diffused in the horizontal direction through a subsequent heat treatment process even if they are not overlapped by the floating gate electrode 3 immediately after the ion implantation.
As shown in FIG. 2B, a part of the high-concentration impurity diffusion layers 11 a and 11 b is overlapped by the floating gate electrode 3. Finally, the high-concentration impurity diffusion layers 11a and 11b function as a high-concentration source region and a high-concentration drain region, respectively.
【0104】低濃度ソース領域6aおよび低濃度ドレイ
ン領域6bは、上述のように、半導体基板表面から注入
された不純物イオンによって形成される。これらの不純
物イオンは、注入後に実行される複数の高温プロセス工
程時に熱拡散する。このため、最終的に完成した不揮発
性半導体記憶装置における低濃度ドレイン領域6bは、
注入直後よりも厚くなり、また、その端部はチャネル領
域の中央部に向かって僅かに広がる。しかし、このよう
な不純物拡散が生じても、浮遊ゲート電極3によって覆
われている低濃度ドレイン領域6bのオーバーラップ部
分には、チャネル長方向に沿ってほとんど不純物濃度が
変化しない均一領域が存在する。As described above, low concentration source region 6a and low concentration drain region 6b are formed by impurity ions implanted from the surface of the semiconductor substrate. These impurity ions thermally diffuse during a plurality of high-temperature process steps performed after the implantation. Therefore, the low-concentration drain region 6b in the finally completed nonvolatile semiconductor memory device is
It is thicker than immediately after the implantation, and its ends slightly expand toward the center of the channel region. However, even if such impurity diffusion occurs, a uniform region where the impurity concentration hardly changes along the channel length direction exists in the overlapping portion of the low-concentration drain region 6b covered by the floating gate electrode 3. .
【0105】(第4の実施形態)以下、図10を参照し
ながら本発明による不揮発性半導体記憶装置の第4の実
施形態を説明する。本実施形態の記憶装置も、nチャネ
ルMOS型フラッシュEEPROMである。(Fourth Embodiment) Hereinafter, a nonvolatile semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The storage device of the present embodiment is also an n-channel MOS flash EEPROM.
【0106】図10に示されるように、本実施形態の不
揮発性半導体記憶装置は、p型半導体領域を含む単結晶
シリコン基板1のp型半導体領域に形成されている。図
10では、単一のメモリセルしか記載されていないが、
現実には、多数のメモリセルが同一基板上に集積されて
いる。As shown in FIG. 10, the nonvolatile semiconductor memory device of the present embodiment is formed in a p-type semiconductor region of a single crystal silicon substrate 1 including a p-type semiconductor region. FIG. 10 shows only a single memory cell,
In reality, many memory cells are integrated on the same substrate.
【0107】本実施形態の装置は、半導体領域内に形成
される不純物拡散層の構成を除けば、図6の装置とほと
んど同じ構成であるので、両者に共通する構造について
は説明を省略し、相違点を詳細に説明することにする。The device of this embodiment has almost the same configuration as that of the device of FIG. 6 except for the configuration of the impurity diffusion layer formed in the semiconductor region. Therefore, the description of the structure common to both devices will be omitted. The differences will be described in detail.
【0108】本実施形態に特徴的な点は、(1)浮遊ゲ
ート電極3がドレイン領域の一部分とオーバーラップし
ており、このオーバーラップ部分の中に、不純物濃度が
チャネル長方向に沿って横方向に一定の「均一領域」が
含まれていること、および(2)ドレイン領域が不純物
濃度の比較的低い第1の不純物拡散層6bと、不純物濃
度の比較的高い第2の不純物拡散層11bと、第1およ
び第2不純物拡散層の間に設けられた第3の不純物拡散
層8bとを含んでいることにある。なお、ソース領域の
構成は、ドレイン領域の構成と同様に、不純物濃度の比
較的低い第1の不純物拡散層6aと、不純物濃度の比較
的高い第2の不純物拡散層11aと、第1および第2不
純物拡散層の間に設けられた第3の不純物拡散層8aと
を含んでいる。The features of the present embodiment are as follows: (1) The floating gate electrode 3 overlaps a part of the drain region, and the impurity concentration in the overlapping part is horizontal along the channel length direction. (2) a first impurity diffusion layer 6b having a relatively low impurity concentration in the drain region and a second impurity diffusion layer 11b having a relatively high impurity concentration in the drain region. And a third impurity diffusion layer 8b provided between the first and second impurity diffusion layers. Note that, similarly to the configuration of the drain region, the configuration of the source region includes a first impurity diffusion layer 6a having a relatively low impurity concentration, a second impurity diffusion layer 11a having a relatively high impurity concentration, and first and second impurity diffusion layers. And a third impurity diffusion layer 8a provided between the two impurity diffusion layers.
【0109】ドレイン領域のオーバーラップ部分の大部
分は、不純物濃度が1×1018から1×1019cm-3の
第1の不純物拡散層6bから形成されており、サイドウ
ォールスペーサ9bの真下には不純物濃度が2×1018
から2×1019cm-3の第3の不純物拡散層8bが位置
している。図10からわかるように、第3の不純物拡散
層8aおよび8bは、浮遊ゲート電極3によって部分的
に覆われている。ドレイン領域のそれ以外の部分は不純
物濃度が1×1020cm-3以上の第2の不純物拡散層1
1bから形成されている。Most of the overlapping portion of the drain region is formed of the first impurity diffusion layer 6b having an impurity concentration of 1 × 10 18 to 1 × 10 19 cm −3 , and is formed immediately below the sidewall spacer 9b. Has an impurity concentration of 2 × 10 18
3 × 10 19 cm −3 of the third impurity diffusion layer 8b is located. As can be seen from FIG. 10, third impurity diffusion layers 8a and 8b are partially covered by floating gate electrode 3. The other portion of the drain region has a second impurity diffusion layer 1 having an impurity concentration of 1 × 10 20 cm −3 or more.
1b.
【0110】本実施形態では、オーバーラップ部分のチ
ャネル長方向に沿って計測したサイズ(LOVR)は、1
30nm程度であり、均一領域のチャネル長方向に沿っ
て計測したサイズ(LUNI)は、100nm程度であ
る。オーバーラップ長LOVRは、オーバーラップ部分の
厚さ(=その部分の接合深さXj=約50nm)よりも
大きい。In this embodiment, the size (L OVR ) of the overlap portion measured along the channel length direction is 1
The size (L UNI ) measured along the channel length direction of the uniform region is about 100 nm. The overlap length L OVR is larger than the thickness of the overlap portion (= the junction depth of that portion X j = about 50 nm).
【0111】本実施形態の記憶装置も、第2の実施形態
の装置と同様に動作し、第2の実施形態の装置による効
果と同様の効果が発揮される。この効果に加えて、本実
施形態によれば、電子の引き抜きが生じる領域でのn型
不純物濃度が図6の装置の場合よりも高いため、消去効
率が改善されるという効果が得られる。The storage device of this embodiment operates in the same manner as the device of the second embodiment, and exhibits the same effects as those of the device of the second embodiment. In addition to this effect, according to the present embodiment, the n-type impurity concentration in the region where electrons are extracted is higher than in the device of FIG.
【0112】以下に、図16(a)〜(c)を参照しな
がら、本実施形態の記憶装置の製造方法を説明する。Hereinafter, a method of manufacturing the storage device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 16 (a) to 16 (c).
【0113】まず、図16(a)に示すように、表面が
保護酸化膜50に覆われたシリコン基板1上にフォトレ
ジストパターン12を形成した後、シリコン基板1中に
ヒ素イオンを注入する。フォトレジストパターン12の
幅(チャネル長方向に沿って計測したサイズ)は0.3
から0.4μmとする。なお、本実施形態でも、ヒ素イ
オンの注入加速エネルギーは30から60keV、ドー
ズ量は1×1013から1×1014cm-2とする。このイ
オン注入によって、シリコン基板1の表面のフォトレジ
ストパターン12で覆われていない領域に低濃度不純物
拡散層6a’および6b’が形成される。First, as shown in FIG. 16A, after forming a photoresist pattern 12 on a silicon substrate 1 whose surface is covered with a protective oxide film 50, arsenic ions are implanted into the silicon substrate 1. The width (the size measured along the channel length direction) of the photoresist pattern 12 is 0.3.
To 0.4 μm. Also in this embodiment, the arsenic ion implantation acceleration energy is 30 to 60 keV, and the dose is 1 × 10 13 to 1 × 10 14 cm −2 . By this ion implantation, low-concentration impurity diffusion layers 6a 'and 6b' are formed in a region of the surface of the silicon substrate 1 which is not covered with the photoresist pattern 12.
【0114】フォトレジストパターン12および保護酸
化膜50を除去した後、図16(b)に示すように、ト
ンネル絶縁膜2、浮遊ゲート電極3、容量絶縁膜4およ
び制御ゲート電極5からなる積層ゲート構造を形成す
る。この積層ゲート構造は、熱酸化法によってトンネル
絶縁膜2を形成する工程、浮遊ゲート電極3となる第1
の多結晶シリコン膜を化学的気相成長法によってトンネ
ル絶縁膜2上に堆積する工程、第1の多結晶シリコン膜
上に容量絶縁膜4を形成する工程、制御ゲート電極5と
なる第2の多結晶シリコン膜を化学的気相成長法によっ
て容量絶縁膜4上に堆積する工程、およびこれらの多層
膜を公知のリソグラフィおよびエッチング技術を用いて
パターニングする工程を含む一連の製造プロセス工程に
よって作成される。本実施形態では、積層ゲート構造の
幅(チャネル長方向に沿って計測したサイズ)は0.5
から0.6μmとする。After removing the photoresist pattern 12 and the protective oxide film 50, as shown in FIG. 16B, a laminated gate comprising the tunnel insulating film 2, the floating gate electrode 3, the capacitor insulating film 4, and the control gate electrode 5 is formed. Form the structure. This stacked gate structure includes a step of forming a tunnel insulating film 2 by a thermal oxidation method, and a first step of forming a floating gate electrode 3.
Depositing a polycrystalline silicon film on the tunnel insulating film 2 by chemical vapor deposition, forming a capacitive insulating film 4 on the first polycrystalline silicon film, and forming a second control gate electrode 5 It is formed by a series of manufacturing process steps including a step of depositing a polycrystalline silicon film on the capacitive insulating film 4 by a chemical vapor deposition method, and a step of patterning these multilayer films using known lithography and etching techniques. You. In the present embodiment, the width of the stacked gate structure (the size measured along the channel length direction) is 0.5.
To 0.6 μm.
【0115】上記積層ゲート構造のパターニングのため
のリソグラフィ工程において、チャネル領域の中央部を
垂直に横切る平面に関して浮遊ゲート電極3と低濃度不
純物拡散層6a’および6b’とのオーバーラップの程
度が対称になるように、積層ゲート構造と低濃度不純物
拡散層6a’および6b’との位置あわせが実行され
る。浮遊ゲート電極3と低濃度不純物拡散層6b’との
オーバーラップ部分のサイズ(オーバーラップ長)は、
本実施形態の場合、約100から150nmとなる。In the lithography process for patterning the stacked gate structure, the degree of overlap between the floating gate electrode 3 and the low-concentration impurity diffusion layers 6a 'and 6b' is symmetrical with respect to a plane perpendicular to the center of the channel region. The alignment between the stacked gate structure and the low-concentration impurity diffusion layers 6a 'and 6b' is performed. The size of the overlapping portion (overlap length) between the floating gate electrode 3 and the low-concentration impurity diffusion layer 6b 'is:
In the case of the present embodiment, it is about 100 to 150 nm.
【0116】次に、図16(b)に示すように、パター
ニングされた積層ゲート構造をマスクとして、ヒ素イオ
ンを注入する。ヒ素イオンの注入加速エネルギーは30
から60keV、ドーズ量は5×1013から5×1014
cm-2とする。このイオン注入によって、半導体表面の
うち積層ゲート構造が設けられている領域以外の領域
に、不純物拡散層8a’および8b’が形成される。低
濃度不純物拡散層6a’および6b’のうち、積層ゲー
ト構造に覆われている領域には、追加的にヒ素イオンが
注入されないが、それ以外の領域には中間レベルのヒ素
イオンドーピングが行われる。このため、低濃度不純物
拡散層6a’および6b’の一部は、低濃度ソース領域
6aおよび低濃度ドレイン領域6bとして機能するよう
になる。Next, as shown in FIG. 16B, arsenic ions are implanted using the patterned stacked gate structure as a mask. Arsenic ion implantation acceleration energy is 30
To 60 keV, and the dose is 5 × 10 13 to 5 × 10 14
cm -2 . By this ion implantation, impurity diffusion layers 8a 'and 8b' are formed in regions other than the region where the stacked gate structure is provided on the semiconductor surface. In the low-concentration impurity diffusion layers 6a 'and 6b', arsenic ions are not additionally implanted into regions covered with the stacked gate structure, but arsenic ion doping at an intermediate level is performed on the other regions. . Therefore, a part of the low-concentration impurity diffusion layers 6a 'and 6b' functions as the low-concentration source region 6a and the low-concentration drain region 6b.
【0117】次に、図16(c)に示すように、積層ゲ
ート構造の側壁に絶縁性のサイドウオールスぺーサー9
aおよび9bを形成した後、ヒ素イオンを注入する。ヒ
素イオンの注入加速エネルギーは30から60keV、
ドーズ量は5×1014から5×1015cm-2とする。こ
のイオン注入によって、半導体表面のうち積層ゲート構
造およびサイドウォールスペーサ9aおよび9bが設け
られている領域以外の領域に、高濃度不純物拡散層11
aおよび11bが形成される。不純物拡散層8a’およ
び8b’のうち、積層ゲート構造またはサイドウォール
スペーサに覆われている領域には、追加的にヒ素イオン
が注入されないが、それ以外の領域には高レベルのヒ素
イオンドーピングが行われる。このため、不純物拡散層
8a’および8b’の一部は、中濃度ソース領域8aお
よび中濃度ドレイン領域8bとして機能するようになる
が、他の部分は高濃度不純物拡散層11aおよび11b
に変化する。高濃度不純物拡散層11aおよび11b
は、それぞれ、高濃度ソース領域および高濃度ドレイン
領域として機能することになる。Next, as shown in FIG. 16 (c), insulating sidewall spacers 9 are formed on the side walls of the laminated gate structure.
After forming a and 9b, arsenic ions are implanted. The arsenic ion implantation acceleration energy is 30 to 60 keV,
The dose is 5 × 10 14 to 5 × 10 15 cm −2 . By this ion implantation, the high-concentration impurity diffusion layers 11
a and 11b are formed. Arsenic ions are not additionally implanted in the regions of the impurity diffusion layers 8a 'and 8b' that are covered with the stacked gate structure or the sidewall spacers, but high-level arsenic ion doping is performed in other regions. Done. Therefore, some of the impurity diffusion layers 8a 'and 8b' function as the medium-concentration source region 8a and the medium-concentration drain region 8b, while the other portions have the high-concentration impurity diffusion layers 11a and 11b.
Changes to High concentration impurity diffusion layers 11a and 11b
Function as high-concentration source regions and high-concentration drain regions, respectively.
【0118】低濃度ソース領域6aおよび低濃度ドレイ
ン領域6bは、上述のように、半導体基板表面から注入
された不純物イオンによって形成される。これらの不純
物イオンは、注入後に実行される複数の高温プロセス工
程時に熱拡散する。このため、最終的に完成した不揮発
性半導体記憶装置における低濃度ドレイン領域6bは、
注入直後よりも厚くなり、また、その端部はチャネル領
域の中央部に向かって僅かに広がる。また、同様に中濃
度ドレイン領域8b中の不純物も拡散するためその端部
がチャネル領域の中央部に向かって僅かに広がり、浮遊
ゲート電極3の下部にまで進入する。このことはソース
領域でも同様に生じる。しかし、このような不純物拡散
が生じても、浮遊ゲート電極3によって覆われている低
濃度ドレイン領域6bのオーバーラップ部分には、チャ
ネル長方向に沿ってほとんど不純物濃度が変化しない均
一領域が存在する。その結果、高濃度ドレイン領域11
bに配線を介して供給された電位レベルを、比較的に高
く維持しながら、チャネル領域と低濃度ドレイン領域6
bとの接合部分にまで伝えることが可能になる。このこ
とによって、浮遊ゲート電極3によってカバーされた半
導体表面領域のうち、中央部に近い位置において、強い
水平方向電界ピークを形成することができるようにな
る。The low-concentration source region 6a and the low-concentration drain region 6b are formed by the impurity ions implanted from the surface of the semiconductor substrate as described above. These impurity ions thermally diffuse during a plurality of high-temperature process steps performed after the implantation. Therefore, the low-concentration drain region 6b in the finally completed nonvolatile semiconductor memory device is
It is thicker than immediately after the implantation, and its ends slightly expand toward the center of the channel region. Similarly, the impurity in the medium concentration drain region 8b also diffuses, so that its edge slightly spreads toward the center of the channel region, and enters the lower portion of the floating gate electrode 3. This also occurs in the source region. However, even if such impurity diffusion occurs, a uniform region where the impurity concentration hardly changes along the channel length direction exists in the overlapping portion of the low-concentration drain region 6b covered by the floating gate electrode 3. . As a result, the high concentration drain region 11
b while maintaining a relatively high potential level supplied through the wiring to the channel region and the lightly doped drain region 6.
It can be transmitted to the joint with b. As a result, a strong horizontal electric field peak can be formed at a position near the center of the semiconductor surface area covered by the floating gate electrode 3.
【0119】なお、ソース/ドレイン領域の形成が完了
した後、層間絶縁膜の形成および多層配線の形成などの
公知の製造工程を行い、最終的な不揮発性半導体記憶装
置が製造される。After the formation of the source / drain regions is completed, well-known manufacturing steps such as formation of an interlayer insulating film and formation of a multilayer wiring are performed to manufacture a final nonvolatile semiconductor memory device.
【0120】(第5の実施形態)以下、図11を参照し
ながら本発明による不揮発性半導体記憶装置の第5の実
施形態を説明する。本実施形態の記憶装置も、nチャネ
ルMOS型フラッシュEEPROMである。(Fifth Embodiment) Hereinafter, a nonvolatile semiconductor memory device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The storage device of the present embodiment is also an n-channel MOS flash EEPROM.
【0121】図11に示されるように、本実施形態の不
揮発性半導体記憶装置は、p型半導体領域を含む単結晶
シリコン基板1のp型半導体領域に形成されている。図
11では、単一のメモリセルしか記載されていないが、
現実には、多数のメモリセルが同一基板上に集積されて
いる。As shown in FIG. 11, the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment is formed in a p-type semiconductor region of a single crystal silicon substrate 1 including a p-type semiconductor region. FIG. 11 shows only a single memory cell,
In reality, many memory cells are integrated on the same substrate.
【0122】本実施形態の装置は、半導体領域内に形成
される不純物拡散層の構成を除けば、図10の装置とほ
とんど同じ構成であるので、両者に共通する構造につい
ては説明を省略し、相違点を詳細に説明することにす
る。The device of the present embodiment has almost the same configuration as the device of FIG. 10 except for the configuration of the impurity diffusion layer formed in the semiconductor region. Therefore, description of the structure common to both devices will be omitted. The differences will be described in detail.
【0123】本実施形態に特徴的な点は、(1)浮遊ゲ
ート電極3がドレイン領域の一部分とオーバーラップし
ており、このオーバーラップ部分の中に、不純物濃度が
チャネル長方向に沿って横方向に一定の「均一領域」が
含まれていること、(2)ドレイン領域が不純物濃度の
比較的低い第1の不純物拡散層と、不純物濃度の比較的
高い第2の不純物拡散層と、第1および第2不純物拡散
層の間に設けられた第3の不純物拡散層とを含んでいる
こと、および(3)チャネル領域が、ドレイン領域のオ
ーバーラップ部分に接する位置に形成された相対的に高
濃度のp型不純物拡散層7bを含んでいることにある。
本実施形態のp型不純物拡散層7bの不純物濃度は2×
1017から1×1018cm-3である。The features of this embodiment are as follows: (1) The floating gate electrode 3 overlaps with a part of the drain region, and the impurity concentration in the overlapped portion extends along the channel length direction. (2) a first impurity diffusion layer having a relatively low impurity concentration in the drain region, a second impurity diffusion layer having a relatively high impurity concentration, A third impurity diffusion layer provided between the first and second impurity diffusion layers; and (3) a channel region formed relatively at a position in contact with an overlap portion of the drain region. That is, it includes a high concentration p-type impurity diffusion layer 7b.
The impurity concentration of the p-type impurity diffusion layer 7b of this embodiment is 2 ×
It is 10 17 to 1 × 10 18 cm −3 .
【0124】本実施形態の記憶装置も、第4の実施形態
の装置と同様に動作し、第4の実施形態の装置による効
果と同様の効果が発揮される。この効果に加えて、本実
施形態によれば、p型半導体領域7bの存在がドレイン
端に形成される電界強度を前述の実施形態の場合に比較
して増大させ、それによってデータ書き込み時の電子注
入効率を更に向上させることができる。The storage device of this embodiment operates in the same manner as the device of the fourth embodiment, and exhibits the same effects as those of the device of the fourth embodiment. In addition to this effect, according to the present embodiment, the presence of the p-type semiconductor region 7b increases the electric field intensity formed at the drain end as compared with the case of the above-described embodiment. The injection efficiency can be further improved.
【0125】本実施形態の装置を製造するには、第4の
実施形態の製造方法において、前述の図16(a)に示
すフォトレジストパターン12でシリコン基板1の表面
をマスクした後、シリコン基板1に対してボロン(B)
等のp型不純物イオンを注入し、それによってp型不純
物拡散層7aおよび7bを形成する工程を追加すればよ
い。このp型不純物イオンの注入工程は、低濃度不純物
拡散層6aおよび6bのためのn型不純物イオンの注入
工程の前に行っても後に行っても良い。p型不純物イオ
ンの注入条件は、例えば、加速エネルギーが20から4
0keV、注入ドーズ量が5×1012から5×1013c
cm-2である。To manufacture the device of the present embodiment, in the manufacturing method of the fourth embodiment, after masking the surface of the silicon substrate 1 with the photoresist pattern 12 shown in FIG. Boron (B) for 1
It is only necessary to add a step of implanting p-type impurity ions such as these to form the p-type impurity diffusion layers 7a and 7b. This p-type impurity ion implantation step may be performed before or after the n-type impurity ion implantation step for the low concentration impurity diffusion layers 6a and 6b. The conditions for implanting p-type impurity ions are, for example, that the acceleration energy is 20 to 4
0 keV, implantation dose 5 × 10 12 to 5 × 10 13 c
cm -2 .
【0126】(第6の実施形態)以下、図12を参照し
ながら本発明による不揮発性半導体記憶装置の第5の実
施形態を説明する。本実施形態の記憶装置も、nチャネ
ルMOS型フラッシュEEPROMである。(Sixth Embodiment) Hereinafter, a nonvolatile semiconductor memory device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The storage device of the present embodiment is also an n-channel MOS flash EEPROM.
【0127】図12に示されるように、本実施形態の不
揮発性半導体記憶装置は、p型半導体領域を含む単結晶
シリコン基板1のp型半導体領域に形成されている。図
9では、単一のメモリセルしか記載されていないが、現
実には、多数のメモリセルが同一基板上に集積されてい
る。As shown in FIG. 12, the nonvolatile semiconductor memory device of the present embodiment is formed in a p-type semiconductor region of a single crystal silicon substrate 1 including a p-type semiconductor region. Although only a single memory cell is shown in FIG. 9, many memory cells are actually integrated on the same substrate.
【0128】本実施形態の装置は、半導体領域内に形成
される不純物拡散層の構成を除けば、図11の装置とほ
とんど同じ構成であるので、両者に共通する構造につい
ては説明を省略し、相違点を詳細に説明することにす
る。The device of this embodiment has almost the same configuration as the device of FIG. 11 except for the configuration of the impurity diffusion layer formed in the semiconductor region. Therefore, the description of the structure common to both devices will be omitted. The differences will be described in detail.
【0129】本実施形態に特徴的な点は、(1)浮遊ゲ
ート電極3がドレイン領域の一部分とオーバーラップし
ており、このオーバーラップ部分の中に、不純物濃度が
チャネル長方向に沿って横方向に一定の「均一領域」が
含まれていること、(2)ドレイン領域が不純物濃度の
比較的低い第1の不純物拡散層6bと、不純物濃度の比
較的高い第2の不純物拡散層11bと、第1および第2
不純物拡散層の間に設けられた第3の不純物拡散層8b
とを含んでいること、(3)チャネル領域が、ドレイン
領域のオーバーラップ部分に接する位置に形成された相
対的に高濃度のp型不純物拡散層7bを含んでいるこ
と、および(4)第2の不純物拡散層11bとp型半導
体領域との間に設けられたn-型の低濃度不純物拡散層
12bを含むことにある。The features of this embodiment are as follows: (1) The floating gate electrode 3 overlaps with a part of the drain region, and the impurity concentration in this overlapping part is laterally along the channel length direction. (2) The drain region has a first impurity diffusion layer 6b having a relatively low impurity concentration and a second impurity diffusion layer 11b having a relatively high impurity concentration. , First and second
Third impurity diffusion layer 8b provided between impurity diffusion layers
(3) that the channel region includes a relatively high-concentration p-type impurity diffusion layer 7b formed at a position in contact with the overlap portion of the drain region; and (4) The present invention includes an n − -type low-concentration impurity diffusion layer 12b provided between the second impurity diffusion layer 11b and the p-type semiconductor region.
【0130】このn-型低濃度不純物拡散層12bは、
第3の不純物拡散層8bの不純物濃度よりも低い不純物
濃度を持つ。なお、本実施形態のp型不純物拡散層7b
の不純物濃度は、基板表面領域において、2×1017か
ら1×1018cm-3であり、n-型低濃度不純物拡散層
12bの不純物濃度は1×1016cm-3から1×101 9
cm-3である。This n − -type low-concentration impurity diffusion layer 12b is
It has an impurity concentration lower than the impurity concentration of third impurity diffusion layer 8b. Note that the p-type impurity diffusion layer 7b of the present embodiment
Is 2 × 10 17 to 1 × 10 18 cm −3 in the substrate surface region, and the impurity concentration of the n − -type low concentration impurity diffusion layer 12b is 1 × 10 16 cm −3 to 1 × 10 1. 9
cm -3 .
【0131】本実施形態の記憶装置も、第5の実施形態
の装置と同様に動作し、第5の実施形態の装置による効
果と同様の効果が発揮される。この効果に加えて、本実
施形態によれば、n-型低濃度不純物拡散層12bの存
在がドレイン耐圧を向上させ、接合の寄生容量を低減す
る。また、ドレイン接合の耐圧が大きいため、データ消
去時にリーク電流が減少し、消費電力の低減が達成され
る。リーク電流の低減は、トンネル絶縁膜2へのホット
エレクトロンやホットホールの注入を抑制し、信頼性を
更に向上させる。The storage device of this embodiment operates in the same manner as the device of the fifth embodiment, and exhibits the same effects as those of the device of the fifth embodiment. In addition to this effect, according to the present embodiment, the presence of the n − -type low-concentration impurity diffusion layer 12b improves the drain withstand voltage and reduces the parasitic capacitance of the junction. Further, since the withstand voltage of the drain junction is large, a leakage current at the time of data erasure is reduced, and power consumption is reduced. The reduction of the leak current suppresses the injection of hot electrons and hot holes into the tunnel insulating film 2, and further improves the reliability.
【0132】以下に、図17(a)〜(c)を参照しな
がら、本実施形態の記憶装置の製造方法を説明する。Hereinafter, a method of manufacturing the storage device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
【0133】まず、図17(a)に示すように、表面が
保護酸化膜50に覆われたシリコン基板1上にフォトレ
ジストパターン12を形成した後、シリコン基板1中に
ヒ素イオンおよびボロンを注入する。フォトレジストパ
ターン12の幅(チャネル長方向に沿って計測したサイ
ズ)は0.3から0.4μmとする。なお、本実施形態で
は、ヒ素イオンの注入加速エネルギーは30から60k
eV、ドーズ量は1×1013から1×1014cm-2と
し、ボロンイオンの注入加速エネルギーは20から40
keV、ドーズ量は5×1012から5×1013cm-2と
する。このイオン注入によって、シリコン基板1の表面
のフォトレジストパターン12で覆われていない領域に
低濃度不純物拡散層6a’および6b’およびp型不純
物拡散層7a’および7b’が形成される。イオン注入
の条件は、シリコン基板1の表面におけるn型不純物濃
度がp型不純物濃度よりも大きくなるようにするととも
に、基板表面から計測した低濃度不純物拡散層6a’お
よび6b’の接合深さが、基板表面から計測したp型不
純物拡散層7a’および7b’の接合深さよりも浅くな
るようにする。First, as shown in FIG. 17A, after a photoresist pattern 12 is formed on a silicon substrate 1 whose surface is covered with a protective oxide film 50, arsenic ions and boron are implanted into the silicon substrate 1. I do. The width (size measured along the channel length direction) of the photoresist pattern 12 is set to 0.3 to 0.4 μm. In this embodiment, the arsenic ion implantation acceleration energy is 30 to 60 k.
eV, dose amount is 1 × 10 13 to 1 × 10 14 cm −2, and boron ion implantation acceleration energy is 20 to 40.
The keV and the dose are 5 × 10 12 to 5 × 10 13 cm −2 . By this ion implantation, low-concentration impurity diffusion layers 6a 'and 6b' and p-type impurity diffusion layers 7a 'and 7b' are formed in a region of the surface of the silicon substrate 1 which is not covered with the photoresist pattern 12. The ion implantation conditions are such that the n-type impurity concentration on the surface of the silicon substrate 1 is higher than the p-type impurity concentration, and the junction depth of the low-concentration impurity diffusion layers 6a ′ and 6b ′ measured from the substrate surface is In this case, the junction depth of the p-type impurity diffusion layers 7a 'and 7b' measured from the substrate surface is made shallower.
【0134】フォトレジストパターン12および保護酸
化膜50を除去した後、図17(b)に示すように、ト
ンネル絶縁膜2、浮遊ゲート電極3、容量絶縁膜4およ
び制御ゲート電極5からなる積層ゲート構造を形成す
る。この積層ゲート構造は、熱酸化法によってトンネル
絶縁膜2を形成する工程、浮遊ゲート電極3となる第1
の多結晶シリコン膜を化学的気相成長法によってトンネ
ル絶縁膜2上に堆積する工程、第1の多結晶シリコン膜
上に容量絶縁膜4を形成する工程、制御ゲート電極5と
なる第2の多結晶シリコン膜を化学的気相成長法によっ
て容量絶縁膜4上に堆積する工程、およびこれらの多層
膜を公知のリソグラフィおよびエッチング技術を用いて
パターニングする工程を含む一連の製造プロセス工程に
よって作成される。本実施形態では、積層ゲート構造の
幅(チャネル長方向に沿って計測したサイズ)は0.5
から0.6μmとする。After removing the photoresist pattern 12 and the protective oxide film 50, as shown in FIG. 17B, a laminated gate composed of the tunnel insulating film 2, the floating gate electrode 3, the capacitor insulating film 4, and the control gate electrode 5 is formed. Form the structure. This stacked gate structure includes a step of forming a tunnel insulating film 2 by a thermal oxidation method, and a first step of forming a floating gate electrode 3.
Depositing a polycrystalline silicon film on the tunnel insulating film 2 by chemical vapor deposition, forming a capacitive insulating film 4 on the first polycrystalline silicon film, and forming a second control gate electrode 5 It is formed by a series of manufacturing process steps including a step of depositing a polycrystalline silicon film on the capacitive insulating film 4 by a chemical vapor deposition method, and a step of patterning these multilayer films using known lithography and etching techniques. You. In the present embodiment, the width of the stacked gate structure (the size measured along the channel length direction) is 0.5.
To 0.6 μm.
【0135】上記積層ゲート構造のパターニングのため
のリソグラフィ工程において、チャネル領域の中央部を
垂直に横切る平面に関して浮遊ゲート電極3と低濃度不
純物拡散層6a’および6b’とのオーバーラップの程
度が対称になるように、積層ゲート構造と低濃度不純物
拡散層6a’および6b’との位置あわせが実行され
る。浮遊ゲート電極3と低濃度不純物拡散層6b’との
オーバーラップ部分のサイズ(オーバーラップ長)は、
本実施形態の場合、0.05から0.15μmとなる。In the lithography process for patterning the stacked gate structure, the degree of overlap between the floating gate electrode 3 and the low-concentration impurity diffusion layers 6a 'and 6b' is symmetrical with respect to a plane perpendicular to the center of the channel region. The alignment between the stacked gate structure and the low-concentration impurity diffusion layers 6a 'and 6b' is performed. The size of the overlapping portion (overlap length) between the floating gate electrode 3 and the low-concentration impurity diffusion layer 6b 'is:
In the case of the present embodiment, the thickness is 0.05 to 0.15 μm.
【0136】次に、図17(b)に示すように、パター
ニングされた積層ゲート構造をマスクとして、ヒ素イオ
ンを注入する。ヒ素イオンの注入加速エネルギーは30
から60keV、ドーズ量は5×1013から5×1014
cm-2とする。このイオン注入によって、半導体表面の
うち積層ゲート構造が設けられている領域以外の領域
に、n型の不純物拡散層8a’および8b’が形成され
る。低濃度不純物拡散層6a’および6b’のうち、積
層ゲート構造に覆われている領域には、追加的にヒ素イ
オンが注入されないが、それ以外の領域には中間レベル
のヒ素イオンドーピングが行われる。このため、低濃度
不純物拡散層6a’および6b’の一部は、低濃度ソー
ス領域6aおよび低濃度ドレイン領域6bとして機能す
るようになる。また、p型不純物拡散層7a’および7
b’のうち、浮遊ゲート電極3によって覆われている部
分は、p型不純物拡散層7aおよび7bとして残る。Next, as shown in FIG. 17B, arsenic ions are implanted using the patterned laminated gate structure as a mask. Arsenic ion implantation acceleration energy is 30
To 60 keV, and the dose is 5 × 10 13 to 5 × 10 14
cm -2 . By this ion implantation, n-type impurity diffusion layers 8a 'and 8b' are formed in regions other than the region where the stacked gate structure is provided on the semiconductor surface. In the low-concentration impurity diffusion layers 6a 'and 6b', arsenic ions are not additionally implanted into regions covered with the stacked gate structure, but arsenic ion doping at an intermediate level is performed on the other regions. . Therefore, a part of the low-concentration impurity diffusion layers 6a 'and 6b' functions as the low-concentration source region 6a and the low-concentration drain region 6b. Further, p-type impurity diffusion layers 7a 'and 7
The portion of b ′ covered by the floating gate electrode 3 remains as the p-type impurity diffusion layers 7a and 7b.
【0137】次に、図17(c)に示すように、積層ゲ
ート構造の側壁に絶縁性のサイドウオールスぺーサー9
aおよび9bを形成した後、ヒ素イオンおよびリン
(P)イオンを注入する。ヒ素イオンの注入加速エネル
ギーは30から60keV、ドーズ量は5×1014から
5×1015cm-2とする。リンイオンの注入加速エネル
ギーは40から60keV、ドーズ量は5×1012から
5×1013cm-2とする。ヒ素イオン注入によって、半
導体表面のうち積層ゲート構造およびサイドウォールス
ペーサ9aおよび9bが設けられている領域以外の領域
に、高濃度不純物拡散層11aおよび11bが形成され
る。不純物拡散層8a’および8b’のうち、積層ゲー
ト構造またはサイドウォールスペーサ9aおよび9bに
覆われている領域には、追加的にヒ素イオンが注入され
ないが、それ以外の領域には高レベルのヒ素イオンドー
ピングが行われる。このため、不純物拡散層8a’およ
び8b’の一部は、中濃度ソース領域8aおよび中濃度
ドレイン領域8bとして機能するようになるが、他の部
分は高濃度不純物拡散層11aおよび11bに変化す
る。高濃度不純物拡散層11aおよび11bは、それぞ
れ、高濃度ソース領域および高濃度ドレイン領域として
機能することになる。また、上記イオン注入によって注
入されたリンによって、n-型低濃度不純物拡散層12
aおよび12bが形成される。リンの不純物拡散係数
は、ヒ素の不純物拡散係数よりも大きいため、注入後に
行われる熱処理工程で、n-型低濃度不純物拡散層12
aおよび12bはサイドウォール9aおよび9bの下方
にも拡張する。Next, as shown in FIG. 17 (c), insulating sidewall spacers 9 are formed on the side walls of the laminated gate structure.
After forming a and 9b, arsenic ions and phosphorus (P) ions are implanted. The arsenic ion implantation acceleration energy is 30 to 60 keV, and the dose is 5 × 10 14 to 5 × 10 15 cm −2 . The implantation acceleration energy of phosphorus ions is 40 to 60 keV, and the dose is 5 × 10 12 to 5 × 10 13 cm −2 . By arsenic ion implantation, high-concentration impurity diffusion layers 11a and 11b are formed in regions of the semiconductor surface other than the region where the stacked gate structure and the sidewall spacers 9a and 9b are provided. Among the impurity diffusion layers 8a 'and 8b', arsenic ions are not additionally implanted in the regions covered with the stacked gate structure or the sidewall spacers 9a and 9b, but high-level arsenic ions are implanted in other regions. Ion doping is performed. Therefore, some of the impurity diffusion layers 8a 'and 8b' function as the medium-concentration source region 8a and the medium-concentration drain region 8b, but the other portions change to the high-concentration impurity diffusion layers 11a and 11b. . The high concentration impurity diffusion layers 11a and 11b function as a high concentration source region and a high concentration drain region, respectively. Further, the n − -type low-concentration impurity diffusion layer 12 is formed by the phosphorus implanted by the ion implantation.
a and 12b are formed. Since the impurity diffusion coefficient of phosphorus is larger than that of arsenic, the n - type low-concentration impurity diffusion layer 12
a and 12b also extend below the sidewalls 9a and 9b.
【0138】(第7の実施形態)以下、図13を参照し
ながら本発明による不揮発性半導体記憶装置の第7の実
施形態を説明する。本実施形態の記憶装置も、nチャネ
ルMOS型フラッシュEEPROMである。(Seventh Embodiment) Hereinafter, a nonvolatile semiconductor memory device according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The storage device of the present embodiment is also an n-channel MOS flash EEPROM.
【0139】図13に示されるように、本実施形態の不
揮発性半導体記憶装置は、p型半導体領域を含む単結晶
シリコン基板のp型半導体領域に形成されている。図1
3では、単一のメモリセルしか記載されていないが、現
実には、多数のメモリセルが同一基板上に集積されてい
る。As shown in FIG. 13, the nonvolatile semiconductor memory device of the present embodiment is formed in a p-type semiconductor region of a single crystal silicon substrate including a p-type semiconductor region. FIG.
3, only a single memory cell is described, but in reality, many memory cells are integrated on the same substrate.
【0140】本実施形態の装置は、半導体領域内に形成
される不純物拡散層の非対称構成を除けば、図12の装
置とほとんど同じ構成であるので、両者に共通する構造
については説明を省略し、相違点を詳細に説明すること
にする。The device of this embodiment has almost the same configuration as the device of FIG. 12 except for the asymmetric configuration of the impurity diffusion layer formed in the semiconductor region. Therefore, the description of the structure common to both devices will be omitted. The differences will be described in detail.
【0141】本実施形態の装置と図12の装置との間に
ある差異は、本装置のドレイン領域の構造が図12の装
置のそれを同じ構造を有しながら、そのソース領域から
p型不純物拡散層7aが除かれた構造を有している点に
ある。The difference between the device of this embodiment and the device of FIG. 12 is that while the structure of the drain region of the device has the same structure as that of the device of FIG. It has a structure in which the diffusion layer 7a is removed.
【0142】本実施形態の装置では、書き込み動作をド
レイン側で行い、消去動作をソース側で行うことができ
る。このため、形成する電界強度を更に大きくすること
ができ、それによって注入効率をいっそう向上させるこ
とが可能である。In the device of this embodiment, the write operation can be performed on the drain side, and the erase operation can be performed on the source side. For this reason, the intensity of the electric field to be formed can be further increased, whereby the injection efficiency can be further improved.
【0143】消去動作時においては、制御ゲート電極5
に−6から−8V、ソース領域11aに5から6V、ド
レイン領域11bおよび基板に0Vの電圧を印加し、ト
ンネル絶縁膜2を流れるトンネル電流によって電子を浮
遊ゲート電極3からソース領域に引き抜く。この場合、
上記電圧印加条件下でトンネル絶縁膜2に形成される最
も電界強度の強い部分で電子のトンネリングが生じる。
電子の引き抜きは、ソース領域で行われるので、書き込
み(電子の注入)とは異なった場所になり、トンネル絶
縁膜2の劣化が少なく信頼性に優れている。In the erasing operation, control gate electrode 5
A voltage of -6 to -8 V, a voltage of 5 to 6 V to the source region 11a, and a voltage of 0 V to the drain region 11b and the substrate are applied, and electrons are extracted from the floating gate electrode 3 to the source region by a tunnel current flowing through the tunnel insulating film 2. in this case,
Under the above-described voltage application condition, electron tunneling occurs in a portion having the strongest electric field formed in the tunnel insulating film 2.
Since the extraction of electrons is performed in the source region, the location is different from that of writing (injection of electrons), and the tunnel insulating film 2 is less deteriorated and excellent in reliability.
【0144】なお、ドレイン側にのみp型不純物拡散層
7bを設けるには、p型不純物拡散層7bを形成するた
めの不純物イオン注入工程の前に、ソース側をレジスト
パターンによって覆っておけばよい。この点以外につい
ては、図17(a)から(c)を参照して説明した製造
方法と同様の製造方法によって図13の装置を製造する
ことができる。In order to provide the p-type impurity diffusion layer 7b only on the drain side, the source side may be covered with a resist pattern before the impurity ion implantation step for forming the p-type impurity diffusion layer 7b. . Except for this point, the device of FIG. 13 can be manufactured by the same manufacturing method as described with reference to FIGS. 17A to 17C.
【0145】(第8の実施形態)以下、図14を参照し
ながら本発明による不揮発性半導体記憶装置の第8の実
施形態を説明する。本実施形態の記憶装置も、nチャネ
ルMOS型フラッシュEEPROMである。(Eighth Embodiment) Hereinafter, an eighth embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention will be described with reference to FIG. The storage device of the present embodiment is also an n-channel MOS flash EEPROM.
【0146】図14に示されるように、本実施形態の不
揮発性半導体記憶装置は、p型半導体領域を含む単結晶
シリコン基板のp型半導体領域に形成されている。図1
4では、単一のメモリセルしか記載されていないが、現
実には、多数のメモリセルが同一基板上に集積されてい
る。As shown in FIG. 14, the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment is formed in a p-type semiconductor region of a single crystal silicon substrate including a p-type semiconductor region. FIG.
4, only a single memory cell is described, but in reality, many memory cells are integrated on the same substrate.
【0147】本実施形態の装置と図13の装置との間に
ある差異は、本装置のドレイン領域の構造が図13の装
置のそれを同じ構造を有しながら、そのソース領域から
低濃度不純物拡散層6aが更に除かれた構造を有してい
る点にある。The difference between the device of this embodiment and the device of FIG. 13 is that the structure of the drain region of this device has the same structure as that of the device of FIG. The point is that the diffusion layer 6a has a structure further removed.
【0148】本実施形態においても、消去のための電子
の引き抜きをソース側で行う。このため、ドレイン領域
に印加される電圧は、例えば5V程度と低く、n-型低
濃度不純物拡散層6bおよびp型不純物拡散層7bの不
純物濃度を、それぞれ、第5および6の実施形態の装置
の不純物濃度よりも高くしても、ドレイン側の耐圧低下
はほとんど問題にならない。このため、本実施形態で
は、低濃度不純物拡散層6bおよびp型不純物拡散層7
bの不純物濃度を、それぞれ、1×1019から1×10
20cm-3および1×1017から1×1018cm-3に設定
している。低濃度不純物拡散層6bの不純物濃度が高い
ので、同一のドレイン電圧を高濃度ドレイン領域11b
に印加しても、チャネル領域内に形成される電界の強度
が上昇し、注入効率が向上する。Also in this embodiment, extraction of electrons for erasing is performed on the source side. For this reason, the voltage applied to the drain region is as low as, for example, about 5 V, and the impurity concentrations of the n − -type low-concentration impurity diffusion layer 6b and the p-type impurity diffusion layer 7b are respectively reduced by the fifth and sixth embodiments. Even if the impurity concentration is higher than the above, the decrease in the withstand voltage on the drain side hardly causes a problem. For this reason, in the present embodiment, the low concentration impurity diffusion layer 6b and the p-type impurity diffusion layer 7
b, the impurity concentration is 1 × 10 19 to 1 × 10
20 cm -3 and 1 × 10 17 to 1 × 10 18 cm -3 are set. Since the impurity concentration of the low concentration impurity diffusion layer 6b is high, the same drain voltage is applied to the high concentration drain region 11b.
, The intensity of the electric field formed in the channel region is increased, and the injection efficiency is improved.
【0149】消去動作においては制御ゲート電極5に−
6から−8V、ソース領域11aに5から6V、ドレイ
ン領域11bおよびシリコン基板1に0Vの電圧を印加
し、トンネル酸化膜2を流れるトンネル電流によって電
子を浮遊ゲート電極3からソース領域に引き抜く。この
場合も、電子の引き抜きはソース側で行われるので、書
き込み(電子の注入)とは異なった場所でトンネリング
が生じ、トンネル絶縁膜2の劣化が少なく信頼性に優れ
ている。また、n-型低濃度不純物拡散層12aの存在
がソース接合の耐圧を改善し、消去動作時のリーク電流
を小さくする。このため、消費電力の低減が図れる。リ
ーク電流の低減は、トンネル絶縁膜2へのホットエレク
トロンおよびホットホールの注入を抑制するので、信頼
性を向上させる。In the erase operation, the control gate electrode 5
A voltage of 6 to -8 V, a voltage of 5 to 6 V to the source region 11a, and a voltage of 0 V to the drain region 11b and the silicon substrate 1 are used to extract electrons from the floating gate electrode 3 to the source region by a tunnel current flowing through the tunnel oxide film 2. Also in this case, since the extraction of electrons is performed on the source side, tunneling occurs in a place different from the writing (injection of electrons), and the tunnel insulating film 2 is less deteriorated and excellent in reliability. In addition, the presence of the n − -type low-concentration impurity diffusion layer 12a improves the breakdown voltage of the source junction and reduces the leakage current during the erasing operation. Therefore, power consumption can be reduced. Since the reduction of the leak current suppresses the injection of hot electrons and hot holes into the tunnel insulating film 2, the reliability is improved.
【0150】以下に、図18(a)〜(c)を参照しな
がら、本実施形態の記憶装置の製造方法を説明する。Hereinafter, a method of manufacturing the storage device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
【0151】まず、図18(a)に示すように、表面が
保護酸化膜50に覆われたシリコン基板1上にフォトレ
ジストパターン12を形成した後、シリコン基板1中に
ヒ素イオンおよびボロンを注入する。フォトレジストパ
ターン12の幅(チャネル長方向に沿って計測したサイ
ズ)は、活性領域のうちチャネル領域となる部分および
ソース領域となる部分を覆うように形成される。ヒ素イ
オンの注入加速エネルギーは30から60keV、ドー
ズ量は1×1013から1×1014cm-2とし、ボロンイ
オンの注入加速エネルギーは20から40keV、ドー
ズ量は1×10 13から1×1014cm-2とする。このイ
オン注入によって、シリコン基板1の表面のフォトレジ
ストパターン12で覆われていない領域に低濃度不純物
拡散層6b’およびp型不純物拡散層7b’が形成され
る。First, as shown in FIG.
Photolithography is performed on the silicon substrate 1 covered with the protective oxide film 50.
After forming the dist pattern 12, the silicon substrate 1
Inject arsenic ions and boron. Photoresist resist
Turn 12 width (size measured along the channel length direction)
) Is a portion of the active region that becomes a channel region, and
It is formed so as to cover a portion to be a source region. Arsenic
On implantation acceleration energy is 30 to 60 keV,
Size is 1 × 1013From 1 × 1014cm-2And Boron Yi
On implantation acceleration energy is 20 to 40 keV,
Size is 1 × 10 13From 1 × 1014cm-2And This
The photoresist on the surface of the silicon substrate 1 is
Low-concentration impurities in the region not covered with the strike pattern 12
Diffusion layer 6b 'and p-type impurity diffusion layer 7b' are formed.
You.
【0152】フォトレジストパターン12および保護酸
化膜50を除去した後、図18(b)に示すように、ト
ンネル絶縁膜2、浮遊ゲート電極3、容量絶縁膜4およ
び制御ゲート電極5からなる積層ゲート構造を形成す
る。この積層ゲート構造は、熱酸化法によってトンネル
絶縁膜2を形成する工程、浮遊ゲート電極3となる第1
の多結晶シリコン膜を化学的気相成長法によってトンネ
ル絶縁膜2上に堆積する工程、第1の多結晶シリコン膜
上に容量絶縁膜4を形成する工程、制御ゲート電極5と
なる第2の多結晶シリコン膜を化学的気相成長法によっ
て容量絶縁膜4上に堆積する工程、およびこれらの多層
膜を公知のリソグラフィおよびエッチング技術を用いて
パターニングする工程を含む一連の製造プロセス工程に
よって作成される。本実施形態では、積層ゲート構造の
幅(チャネル長方向に沿って計測したサイズ)は0.5
から0.6μmとする。After removing the photoresist pattern 12 and the protective oxide film 50, as shown in FIG. 18B, a laminated gate composed of the tunnel insulating film 2, the floating gate electrode 3, the capacitor insulating film 4, and the control gate electrode 5 is formed. Form the structure. This stacked gate structure includes a step of forming a tunnel insulating film 2 by a thermal oxidation method, and a first step of forming a floating gate electrode 3.
Depositing a polycrystalline silicon film on the tunnel insulating film 2 by chemical vapor deposition, forming a capacitive insulating film 4 on the first polycrystalline silicon film, and forming a second control gate electrode 5 It is formed by a series of manufacturing process steps including a step of depositing a polycrystalline silicon film on the capacitive insulating film 4 by a chemical vapor deposition method, and a step of patterning these multilayer films using known lithography and etching techniques. You. In the present embodiment, the width of the stacked gate structure (the size measured along the channel length direction) is 0.5.
To 0.6 μm.
【0153】上記積層ゲート構造のパターニングのため
のリソグラフィ工程において、浮遊ゲート電極3と低濃
度不純物拡散層6b’とのオーバーラップの程度が、5
0から150nm程度になるように、積層ゲート構造と
低濃度不純物拡散層6b’との位置あわせが実行され
る。In the lithography process for patterning the stacked gate structure, the degree of overlap between the floating gate electrode 3 and the low-concentration impurity diffusion layer 6b ′ is 5
The alignment between the stacked gate structure and the low-concentration impurity diffusion layer 6b 'is performed so that the thickness becomes about 0 to 150 nm.
【0154】次に、図18(c)に示すように、パター
ニングされた積層ゲート構造をマスクとして、ヒ素イオ
ンを注入する。ヒ素イオンの注入加速エネルギーは30
から60keV、ドーズ量は1×1014から5×1014
cm-2とする。このイオン注入によって、半導体表面の
うち積層ゲート構造が設けられている領域以外の領域
に、不純物拡散層8a’および8b’が形成される。低
濃度不純物拡散層6b’のうち、積層ゲート構造に覆わ
れている領域には、追加的にヒ素イオンが注入されない
が、それ以外の領域には中間レベルのヒ素イオンドーピ
ングが行われる。このため、低濃度不純物拡散層6b’
の一部は、低濃度ドレイン領域6bとして機能するよう
になる。また、p型不純物拡散層7b’のうち、浮遊ゲ
ート電極3によって覆われている部分は、p型不純物拡
散層7bとして残る。Next, as shown in FIG. 18C, arsenic ions are implanted using the patterned gate structure as a mask. Arsenic ion implantation acceleration energy is 30
To 60 keV and a dose of 1 × 10 14 to 5 × 10 14
cm -2 . By this ion implantation, impurity diffusion layers 8a 'and 8b' are formed in regions other than the region where the stacked gate structure is provided on the semiconductor surface. In the low concentration impurity diffusion layer 6b ', arsenic ions are not additionally implanted into a region covered with the stacked gate structure, but arsenic ion doping at an intermediate level is performed on other regions. For this reason, the low concentration impurity diffusion layer 6b '
A portion functions as the low-concentration drain region 6b. Further, the portion of the p-type impurity diffusion layer 7b 'covered by the floating gate electrode 3 remains as the p-type impurity diffusion layer 7b.
【0155】次に、図18(c)に示すように、積層ゲ
ート構造の側壁に絶縁性のサイドウオールスぺーサー9
aおよび9bを形成した後、ヒ素イオンおよびリン
(P)イオンを注入する。ヒ素イオンの注入加速エネル
ギーは30から60keV、ドーズ量は5×1014から
5×1015cm-2とする。リンイオンの注入加速エネル
ギーは40から60keV、ドーズ量は1×1012から
1×1014cm-2とする。ヒ素イオンを注入することに
よって、半導体表面のうち積層ゲート構造およびサイド
ウォールスペーサ9aおよび9bが設けられている領域
以外の領域に、高濃度不純物拡散層11aおよび11b
が形成される。不純物拡散層8a’および8b’のう
ち、積層ゲート構造またはサイドウォールスペーサ9a
および9bに覆われている領域には、追加的にヒ素イオ
ンが注入されないが、それ以外の領域には高レベルのヒ
素イオンドーピングが行われる。このため、不純物拡散
層8a’および8b’の一部は、中濃度ソース領域8a
および中濃度ドレイン領域8bとして機能するようにな
るが、他の部分は高濃度不純物拡散層11aおよび11
bに変化する。高濃度不純物拡散層11aおよび11b
は、それぞれ、高濃度ソース領域および高濃度ドレイン
領域として機能することになる。また、注入されたリン
によって、n-型低濃度不純物拡散層12aおよび12
bが形成される。Next, as shown in FIG. 18C, an insulating sidewall spacer 9 is formed on the side wall of the stacked gate structure.
After forming a and 9b, arsenic ions and phosphorus (P) ions are implanted. The arsenic ion implantation acceleration energy is 30 to 60 keV, and the dose is 5 × 10 14 to 5 × 10 15 cm −2 . The implantation acceleration energy of phosphorus ions is 40 to 60 keV, and the dose is 1 × 10 12 to 1 × 10 14 cm −2 . By implanting arsenic ions, high-concentration impurity diffusion layers 11a and 11b are formed in a region of the semiconductor surface other than the region where the stacked gate structure and the sidewall spacers 9a and 9b are provided.
Is formed. Of the impurity diffusion layers 8a 'and 8b', the stacked gate structure or the side wall spacer 9a
And 9b are not additionally implanted with arsenic ions, while the other regions are subjected to a high level of arsenic ion doping. Therefore, part of the impurity diffusion layers 8a 'and 8b'
And functions as a medium-concentration drain region 8b, but the other portions have high-concentration impurity diffusion layers 11a and 11a.
changes to b. High concentration impurity diffusion layers 11a and 11b
Function as high-concentration source regions and high-concentration drain regions, respectively. Further, the n − -type low-concentration impurity diffusion layers 12 a and 12
b is formed.
【0156】以上説明してきたように、第3から第8の
実施形態では、低濃度不純物拡散層6bの全体が浮遊ゲ
ート電極3によって覆われる位置に形成され、しかも、
低濃度不純物拡散層6bのドレイン側端部に連結する位
置にはドレイン電位を低濃度不純物拡散層6bに伝達す
るための高濃度不純物拡散層が形成されている。このた
め、データ書き込みに際して浮遊ゲート電極3に高い電
位を与えると、浮遊ゲート電極3の電位に応じて、浮遊
ゲート電極3の真下に反転層が形成され、その結果、図
8(a)に示すような表面電位分布が形成されることに
なる。As described above, in the third to eighth embodiments, the entire low-concentration impurity diffusion layer 6b is formed at a position covered by the floating gate electrode 3, and
A high-concentration impurity diffusion layer for transmitting a drain potential to the low-concentration impurity diffusion layer 6b is formed at a position connected to the drain-side end of the low-concentration impurity diffusion layer 6b. Therefore, when a high potential is applied to the floating gate electrode 3 at the time of data writing, an inversion layer is formed immediately below the floating gate electrode 3 according to the potential of the floating gate electrode 3, and as a result, as shown in FIG. Such a surface potential distribution is formed.
【0157】図19(a)および(b)は、本発明の不
揮発性半導体記憶装置において、データ書き込み時およ
びデータ消去時に電子トンネリングがどこで生じるかを
模式的に示す図である。データ書き込み時と消去時に浮
遊ゲート電極3等に与えられる電位は、例えば、以下の
表1に示す通りである(単位はボルト)。なお、データ
書き込み時には、基板に−2〜−3ボルトの電位を与え
ても良い。FIGS. 19A and 19B are diagrams schematically showing where electron tunneling occurs during data writing and data erasing in the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention. The potentials applied to the floating gate electrode 3 and the like during data writing and erasing are, for example, as shown in Table 1 below (unit: volt). In writing data, a potential of -2 to -3 volts may be applied to the substrate.
【0158】[0158]
【表1】 データ書き込み時、電子は主に矢印Aで示される経路を
通って第1の不純物拡散層6bのチャネル側端部から浮
遊ゲート電極3に注入される。これに対して、データ消
去時、図19(a)の構造では、浮遊ゲート電極3の電
子は主に矢印Bの経路を通って第2の不純物拡散層11
bに引き抜かれる。また、図19(b)の構造では、デ
ータ消去時、浮遊ゲート電極3の電子は主に矢印Bの経
路を通って第3の不純物拡散層8bに引き抜かれる。[Table 1] At the time of data writing, electrons are injected into the floating gate electrode 3 from the channel-side end of the first impurity diffusion layer 6b mainly through the path indicated by the arrow A. On the other hand, at the time of data erasing, in the structure of FIG. 19A, electrons of the floating gate electrode 3 mainly pass through the path of the arrow B and pass through the second impurity diffusion layer 11.
It is pulled out by b. In the structure of FIG. 19B, at the time of data erasing, electrons of the floating gate electrode 3 are mainly extracted to the third impurity diffusion layer 8b through the path indicated by the arrow B.
【0159】このように、本発明の不揮発性半導体記憶
装置によれば、書き込み動作時における電子注入の位置
と、消去動作時における電子のトンネリング位置とが異
なるため、トンネル絶縁膜2の劣化が少なく、信頼性に
優れる。また、ドレイン側でデータの書き込みおよび消
去を実行することができるため、ソース側にビット線を
接続する回路構成を実現でき、読み出しディスターブが
無くなる。なお、消去動作は、浮遊ゲート電極3に蓄積
された電子をソース領域8aまたは11aへ引き抜くこ
とによって実行することも可能である。As described above, according to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the position of the electron injection during the writing operation is different from the position of the tunneling of the electrons during the erasing operation. Excellent in reliability. Further, since data writing and erasing can be performed on the drain side, a circuit configuration for connecting a bit line to the source side can be realized, and read disturb is eliminated. Note that the erasing operation can also be executed by extracting the electrons accumulated in the floating gate electrode 3 to the source region 8a or 11a.
【0160】上記各実施形態では、浮遊ゲート電極3の
上方に容量絶縁膜(第2の絶縁膜)4を介して制御ゲー
ト電極5を積層しているが、本発明の不揮発性半導体記
憶装置はこのようなスタック型ゲート構造を持つものに
限定されない。制御ゲート電極5の少なくとも一部がチ
ャネル領域上に絶縁膜を介して対向する構造を有する不
揮発性半導体記憶装置でも、図8(a)および(b)を
用いて説明した現象が生じるため、スタック型ゲート構
造を有する不揮発性半導体記憶装置と同様の効果が得ら
れる。In each of the above embodiments, the control gate electrode 5 is stacked above the floating gate electrode 3 via the capacitance insulating film (second insulating film) 4. However, the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention It is not limited to the one having such a stacked gate structure. Even in a nonvolatile semiconductor memory device having a structure in which at least a part of the control gate electrode 5 faces the channel region via an insulating film, the phenomenon described with reference to FIGS. 8A and 8B occurs. The same effect as that of the nonvolatile semiconductor memory device having the type gate structure can be obtained.
【0161】[0161]
【発明の効果】本発明によれば、浮遊ゲート電極がドレ
イン領域の一部分とオーバーラップし、そのオーバーラ
ップ部分がチャネル長方向に沿って水平横方向に不純物
濃度が一定の領域を含むため、データ書き込み時に半導
体領域内に形成される水平横方向電界の強度ピーク位置
を浮遊ゲート電極のドレイン側エッジより内部にシフト
させ、それによってホットエレクトロンを効率良く浮遊
ゲート電極に注入させることが可能になる。その結果、
チャネルホットエレクトロンの注入効率が向上し、書き
込み速度の向上または書き込み電圧の低下が実現する。According to the present invention, the floating gate electrode overlaps with a part of the drain region, and the overlapping portion includes a region where the impurity concentration is constant in the horizontal direction along the channel length direction. The intensity peak position of the horizontal lateral electric field formed in the semiconductor region at the time of writing is shifted inward from the drain-side edge of the floating gate electrode, whereby hot electrons can be efficiently injected into the floating gate electrode. as a result,
The injection efficiency of channel hot electrons is improved, and the writing speed is improved or the writing voltage is reduced.
【図1】従来のMOS型フラッシュEEPROMの断面
図である。FIG. 1 is a sectional view of a conventional MOS flash EEPROM.
【図2】本発明による不揮発性半導体記憶装置の第1の
実施形態の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of the first embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention;
【図3】第1の実施形態の装置のドレイン領域における
断面構成、不純物濃度および水平方向電界強度分布を模
式的に示す図FIG. 3 is a diagram schematically showing a cross-sectional configuration, an impurity concentration, and a horizontal electric field intensity distribution in a drain region of the device according to the first embodiment.
【図4】(a)は、第1の実施形態の装置のドレイン領
域における水平方向電界強度分布を模式的に示す図、
(b)は、従来の装置のドレイン領域における水平方向
電界強度分布を模式的に示す図である。FIG. 4A is a diagram schematically showing a horizontal electric field intensity distribution in a drain region of the device according to the first embodiment;
(B) is a diagram schematically showing a horizontal electric field intensity distribution in a drain region of a conventional device.
【図5】(a)から(d)は、図2の装置の製造方法を
説明するための工程断面図である。FIGS. 5A to 5D are process cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the device of FIG. 2;
【図6】本発明による不揮発性半導体記憶装置の第2の
実施形態の断面図である。FIG. 6 is a sectional view of a second embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention.
【図7】本発明による不揮発性半導体記憶装置の第3の
実施形態の断面図である。FIG. 7 is a sectional view of a third embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention.
【図8】(a)は、データ書き込み時におけるドレイン
領域およびその近傍の表面電位(ポテンシャル)を示す
図であり、(b)は、浮遊ゲート電極の電位が低下した
ときのドレイン領域およびその近傍の表面電位(ポテン
シャル)を示す図である。8A is a diagram showing the surface potential (potential) of the drain region and its vicinity when data is written, and FIG. 8B is a diagram showing the drain region and its vicinity when the potential of the floating gate electrode is lowered; FIG. 4 is a diagram showing a surface potential (potential) of FIG.
【図9】(a)および(b)は、図7の装置の製造方法
を説明するための工程断面図である。FIGS. 9A and 9B are process cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the device of FIG. 7;
【図10】本発明による不揮発性半導体記憶装置の第3
の実施形態の断面図である。FIG. 10 shows a third example of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention.
It is sectional drawing of embodiment.
【図11】本発明による不揮発性半導体記憶装置の第4
の実施形態の断面図である。FIG. 11 shows a fourth example of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention.
It is sectional drawing of embodiment.
【図12】本発明による不揮発性半導体記憶装置の第5
の実施形態の断面図である。FIG. 12 shows a fifth embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention;
It is sectional drawing of embodiment.
【図13】本発明による不揮発性半導体記憶装置の第6
の実施形態の断面図である。FIG. 13 shows a sixth embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention.
It is sectional drawing of embodiment.
【図14】本発明による不揮発性半導体記憶装置の第7
の実施形態の断面図である。FIG. 14 shows a seventh embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention.
It is sectional drawing of embodiment.
【図15】(a)から(c)は、図6の装置の製造方法
を説明するための工程断面図である。FIGS. 15A to 15C are process cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the device of FIG. 6;
【図16】(a)から(c)は、図7の装置の製造方法
を説明するための工程断面図である。16A to 16C are process cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the device of FIG. 7;
【図17】(a)から(c)は、図9の装置の製造方法
を説明するための工程断面図である。17A to 17C are process cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the device in FIG. 9;
【図18】(a)から(c)は、図11の装置の製造方
法を説明するための工程断面図である。FIGS. 18A to 18C are process cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the device of FIG. 11.
【図19】(a)および(b)は、本発明の不揮発性半
導体記憶装置において、データ書き込み時およびデータ
消去時に電子トンネリングがどこで生じるかを模式的に
示す図である。FIGS. 19A and 19B are diagrams schematically showing where electron tunneling occurs during data writing and data erasing in the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention. FIGS.
1 単結晶半導体基板 2 トンネル絶縁膜 3 浮遊制御ゲート(FG) 4 容量絶縁膜 5 制御ゲート電極(CG) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single crystal semiconductor substrate 2 Tunnel insulating film 3 Floating control gate (FG) 4 Capacitive insulating film 5 Control gate electrode (CG)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 淳一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 小田中 紳二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 小椋 正気 アメリカ合衆国,ニューヨーク州 12590,ワッピンジャーズ フォールス, オールド ホープウェル ロード 140, ヘイロー エルエスアイ デザイン ア ンド デバイス テクノロジー インコ ーポレイテッド内 (56)参考文献 特開 昭63−99573(JP,A) 特開 平2−295169(JP,A) 特開 平6−252414(JP,A) 特開 平10−74850(JP,A) 特開 平9−129755(JP,A) 特開 平2−128476(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8247 H01L 27/115 H01L 29/788 H01L 29/792 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Junichi Kato 1006 Kazuma Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Masaki Ogura 12590, New York, USA, Wappingers Falls, Old Hopewell Road 140, Halo LSI Design and Device Technology Inc. (56) References JP-A-63-99573 (JP, A) JP-A-2-295169 (JP, A) JP-A-6-252414 (JP, A) JP-A-10-74850 (JP, A) JP-A-9-129755 (JP, A) JP-A-2 -128476 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/82 47 H01L 27/115 H01L 29/788 H01L 29/792
Claims (1)
と、 前記半導体領域内に形成された第2導電型のドレイン領
域と、 前記半導体領域内に形成され、前記ソース領域と前記ド
レイン領域との間に位置するチャネル領域とを備えた不
揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、 前記ソース領域および前記ドレイン領域を形成する前
に、前記半導体領域のうち前記チャネル領域となる領域
をマスクで覆う工程と、 前記半導体領域のうち前記マスクで覆われていない領域
に、前記ドレイン領域の少なくとも一部として機能する
第2導電型不純物拡散層を形成する工程と、 前記マスクを除去する工程と、 前記ドレイン領域の一部として機能する前記第2導電型
不純物拡散層の一部分および前記チャネル領域の両方を
覆うようにして前記ゲート電極を形成するゲート形成工
程と、 前記ゲート電極の形成後、前記ゲート電極をマスクとし
て前記半導体領域に第2導電型不純物を注入することに
よって、前記第2導電型不純物拡散層の不純物濃度より
も高い不純物濃度を持つ他の第2導電型不純物拡散層を
前記ゲート電極に対して自己整合的に形成する工程と、 前記他の第2導電型不純物拡散層を形成した後、前記ゲ
ート電極および前記第2のゲート電極の側面にサイドウ
ォールスペーサを形成する工程と 、前記ゲート電極の形成後に、少なくとも前記ゲート電極
をマスクとして前記半導体領域に第2導電型不純物を注
入することによって前記ソース領域および前記ドレイン
領域の形成を完了する高レベルドーピング工程とを包含
し、 前記ゲート形成工程は、前記ゲート電極によってオーバ
ーラップされる前記第2導電型不純物拡散層の前記一部
分が、チャネル長方向に沿って横方向に不純物濃度一定
の均一領域を含むように実行される不揮発性半導体記憶
装置の製造方法。A first conductive type semiconductor region; an insulating film formed on the semiconductor region; a gate electrode formed on the insulating film; and a second conductive type formed in the semiconductor region. A non-volatile memory, comprising: a source region of a second conductivity type; a drain region of a second conductivity type formed in the semiconductor region; and a channel region formed in the semiconductor region and located between the source region and the drain region. A step of covering a region to be the channel region in the semiconductor region with a mask before forming the source region and the drain region; Forming a second conductivity type impurity diffusion layer functioning as at least a part of the drain region in an uncovered region; removing the mask; A gate formation step so as to cover both the portion and the channel region of the second conductivity type impurity diffusion layer serving as a part of the in-region forming the gate electrode, after forming the gate electrode, the gate electrode With a mask
Implanting a second conductivity type impurity into the semiconductor region by
Therefore, the impurity concentration of the second conductivity type impurity diffusion layer is
Another impurity diffusion layer of the second conductivity type having a high impurity concentration
Forming the gate electrode in a self-aligned manner, and forming the second impurity diffusion layer of the second conductivity type;
Side walls on the side surfaces of the gate electrode and the second gate electrode.
Forming a spacer, and after forming the gate electrode, at least the gate electrode
Into the semiconductor region with the second conductivity type impurity as a mask.
The source region and the drain
High level doping process to complete the formation of the region
The gate forming step is performed such that the portion of the second conductivity type impurity diffusion layer overlapped by the gate electrode includes a uniform region having a constant impurity concentration in a lateral direction along a channel length direction. Manufacturing method of a nonvolatile semiconductor memory device.
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