(57)【要約】【課題】従来技術の不揮発性半導体記憶装置では、閾値電圧Ｖｔｈが低いということやキャリアの移動度が高いというチャネル領域の不純物濃度が低い場合の特性とホットエレクトロンの注入による書き込みがしやすいというチャネル領域の不純物濃度が高い場合の特性とを両立できないという問題があった。【解決手段】半導体基板にソース領域とドレイン領域とチャネル領域とゲート電極とを設ける不揮発性半導体記憶装置において、対向するソース領域とドレイン領域との間に不純物濃度の異なる第１のチャネル領域と第２のチャネル領域とを設ける。このような構成とすることによって、閾値電圧Ｖｔｈが低く、キャリアの移動度が高く、且つホットエレクトロンの注入による書き込みが行いやすい不揮発性半導体記憶装置を提供できる。【選択図】  図２
2005277236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板にソース領域とドレイン領域とチャネル領域とゲート電極とを設け、該ソース領域と該ドレイン領域との間に該チャネル領域を有し、該チャネル領域の上部にゲート電極を有する不揮発性半導体記憶装置において、
前記チャネル領域は、同一導電型で不純物濃度の異なる第１のチャネル領域と第２のチャネル領域とを有し、
前記ゲート電極は、前記第１のチャネル領域と前記第２のチャネル領域との両方の上部に設けることを特徴とする半導体不揮発性記憶装置。
【請求項２】
前記第１のチャネル領域と前記第２のチャネル領域とは、前記ソース領域および前記ドレイン領域と反対導電型であることを特徴とする請求項１に記載の不揮発性半導体記憶装置。
【請求項３】
前記第１のチャネル領域の不純物濃度が前記第２のチャネル領域の不純物濃度よりも高いことを特徴とする請求項１または２に記載の不揮発性半導体記憶装置。
【請求項４】
前記第１のチャネル領域を前記第２のチャネル領域に隣接して設けることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の不揮発性半導体記憶装置。
【請求項５】
前記第１のチャネル領域または前記第２のチャネル領域のいずれか一方を、前記ソース領域と前記ドレイン領域とを備えるウェルにより形成し、前記第１のチャネル領域または前記第２のチャネル領域の他方を前記ウェル内に選択的に形成することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の不揮発性半導体記憶装置。
【請求項６】
前記チャネル領域に第３のチャネル領域を設け、前記第２のチャネル領域を前記第１のチャネル領域と前記第３のチャネル領域とに隣接して設けることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の不揮発性半導体記憶装置。
【請求項７】
前記第３のチャネル領域の不純物濃度が前記第２のチャネル領域の不純物濃度よりも高いことを特徴とする請求項６に記載の不揮発性半導体記憶装置。
【請求項８】
前記第３のチャネル領域の不純物濃度が前記第１のチャネル領域の不純物濃度と同程度であることを特徴とする請求項６に記載の不揮発性半導体記憶装置。
【請求項９】
前記チャネル領域でホットエレクトロンが発生する区域であるホットエレクトロン発生区域での前記第２のチャネル領域の幅が、前記ゲート電極に含まれる電荷蓄積領域に蓄積された電荷の電界の作用が及ぶ距離よりも短いことを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の不揮発性半導体記憶装置。
【請求項１０】
前記電荷蓄積領域が絶縁性の物質からなることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の不揮発性半導体記憶装置。
【請求項１１】
前記第１のチャネル領域と前記第２のチャネル領域と前記第３のチャネル領域とのうち少なくとも１つのチャネル領域の中の特定部分の不純物濃度が高いことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の不揮発性半導体記憶装置。
【請求項１２】
半導体基板に第１導電型のソース領域とドレイン領域とを設ける工程と、前記ソース領域と前記ドレイン領域とが対向する領域に第２導電型の第１のチャネル領域と第２のチャネル領域とを設ける工程と、を有することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方
法。
【請求項１３】
半導体基板に第１導電型のソース領域とドレイン領域とを設ける工程と、前記ソース領域と前記ドレイン領域とが対向する領域に第２導電型の第１のチャネル領域と第２のチャネル領域とを隣接して設ける工程と、を有することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
【請求項１４】
半導体基板に第１導電型のソース領域とドレイン領域とを設ける工程と、前記ソース領域と前記ドレイン領域とが対向する領域に第２導電型の第１のチャネル領域と第２のチャネル領域と第３のチャネル領域とを設ける工程と、を有することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法
【請求項１５】
半導体基板に第１導電型のウェルを形成する工程と、前記ウェルに第２導電型のソース領域とドレイン領域とを設ける工程と、前記ソース領域と前記ドレイン領域とが対向する領域に選択的に前記ウェルとは不純物濃度の異なる領域を設けることにより、第１のチャネル領域と第２のチャネル領域とを設ける工程と、を有することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
【請求項１６】
半導体基板に第１導電型のウェルを形成する工程と、前記ウェルに第２導電型のソース領域とドレイン領域とを形成する工程と、前記ソース領域と前記ドレイン領域とが対向する領域に前記ウェルとは不純物濃度の異なる第１のチャネル領域を設ける工程と、前記第１のチャネル領域に選択的に不純物濃度の異なる第２のチャネル領域とを設ける工程と、を有することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気的に書き込み可能な不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体技術を用いた不揮発性の記憶装置が広く利用されている。これら不揮発性半導体記憶性装置の代表的なものとしては、フローティングゲート型の不揮発性半導体記憶装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、ＭＯＮＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｎｉｔｒｉｄｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型の不揮発性半導体記憶装置も知られるところである（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
これら不揮発性半導体記憶装置の一例を図１５に示す。図１５は不揮発性半導体記憶装置を模式的に示した断面図である。この図を用いて不揮発性半導体記憶装置を説明する。
１は半導体基板、６はソース領域、７はドレイン領域、８はチャネル領域、１０はゲート電極、２は下層絶縁膜、３は電荷蓄積領域、４は上層絶縁膜、５は導電膜である。
図１５に示す不揮発性半導体記憶装置には、半導体基板１上に下層絶縁膜２と電荷蓄積領域３と上層絶縁膜４と導電膜５とからなるゲート電極１０とソース領域６とドレイン領域７とチャネル領域８とを設けている。
電荷蓄積領域３は電荷を蓄積する。この蓄積された電荷の量を変えることによって不揮発性半導体記憶装置としてのデータの記憶保持が行われる。
フローティングゲート型の不揮発性半導体記憶装置では、電荷蓄積領域３が導電性の物質で構成され、ＭＯＮＯＳ型の不揮発性半導体記憶装置では、絶縁性の物質で構成されることがそれぞれの特徴となっている。
【０００４】
電荷蓄積領域３の電荷量を変化させる手段としては、例えば、トンネリングによって電子をチャネル領域８から電荷蓄積領域３へと注入したり、逆に電荷蓄積領域３からチャネル領域８へと排出したりする方法がある。電子だけでなく正孔の注入および排出を行う方法もある。このような電荷の量を変化させる動作は、データの書き込みあるいは消去の動作と呼ばれる。注入と排出のいずれの場合を書き込み動作あるいは消去動作とするかは単に定義の問題であるため、いずれでも良い。ここでは、電荷蓄積領域３に電子の注入や正孔の排出を行う動作をデータの書き込み動作と呼び、電子の排出や正孔の注入を行う動作をデータの消去動作と呼ぶことにする。
【０００５】
閾値電圧Ｖｔｈとは、チャネル領域８を介してソース領域６とドレイン領域７との間に電流を流すために必要なゲート電極１０への印加電圧のことである。ソース領域６とドレイン領域７との間に電位差を設けた上で、Ｖｔｈよりも高い電圧をゲート電極１０に印加すると、チャネル領域８を介してソース領域６とドレイン領域７との間に電流が流れる。ゲート電極１０への印加電圧がＶｔｈよりも小さい場合には電流は流れない。
【０００６】
この電流が流れる方向および電子が流れる方向、すなわちソース領域６からドレイン領域７へと向かう方向およびドレイン領域７からソース領域６へ向かう方向をチャネル方向と呼ぶことにする。
【０００７】
これら不揮発性半導体記憶装置では、電荷蓄積領域３に蓄積されている電荷の量によって閾値電圧Ｖｔｈが変化する。書き込みの動作によって電荷蓄積領域３の電子の量が増えると（あるいは正孔の量が減ると）Ｖｔｈが上昇し、消去の動作によって電子の量が減る
と（あるいは正孔の量が増えると）Ｖｔｈが低下する特性を持っている。
【０００８】
不揮発性半導体記憶装置は、このＶｔｈが変化するという特性を利用して書き込み後か或いは消去後かの状態の判定を行っている。すなわち、ソース領域６とドレイン領域７との間に電位差を設けた上で、書き込み後のＶｔｈと消去後のＶｔｈとの間の大きさとなる電圧をゲート電極１０に印加し、ソース領域６とドレイン領域７との間に流れる電流の検出を行う。この時、電流が流れれば消去後の状態、電流が流れなければ書き込み後の状態であることが分かる。
【０００９】
これをデータに対応させて考えると、例えば、電流が流れる消去後の状態をデータ“０”とし、電流が流れない書き込み後の状態をデータ“１”とすることにより、データ“０”とデータ“１”との２つの値を記憶する１ｂｉｔの不揮発性半導体記憶装置として扱うことが可能となる。
【００１０】
以下ではゲート電極１０への印加電圧のことをゲート電圧と呼び、読み出し用のゲート電極１０への印加電圧のことを読み出し用ゲート電圧などと呼ぶことにする。
【００１１】
［データ読み出し方法の説明］
データの読み出しの方法とデータ読み出し用のゲート電圧とについてさらに詳しく説明する。データ読み出し用ゲート電圧には、書き込み後のＶｔｈより小さく消去後のＶｔｈよりも大きい値を設定することが必要であるから、例えば、書き込み後のＶｔｈが５Ｖ程度、消去後のＶｔｈが３Ｖ程度となる不揮発性半導体記憶装置の場合には、読み出し用ゲート電圧を４Ｖ程度に設定することが必要となる。
【００１２】
逆に言えば、データ読み出し用のゲート電圧を所望の値とするためには、書き込み後のＶｔｈがその読み出し用ゲート電圧よりも大きく、消去後のＶｔｈがその読み出し用ゲート電圧より小さくなるような半導体不揮発性装置を作らなければならない。例えば、読み出し用のゲート電圧が２Ｖで駆動できる不揮発性半導体記憶装置を希望するならば、書き込み後のＶｔｈが２Ｖよりも大きい値（例えば、３Ｖ）となり、消去後のＶｔｈが２Ｖよりも小さい値（例えば、１Ｖ）となるような不揮発性半導体記憶装置を作る必要がある。
【００１３】
書き込み後および消去後のＶｔｈは、電荷が蓄積されていない状態のＶｔｈを基準として電荷蓄積領域３への電荷の蓄積量により決まる。このため、書き込み後のＶｔｈと消去後のＶｔｈとを所望のデータ読み出し用ゲート電圧の大きさに適する値となるようにするために、電荷が蓄積されていない状態のＶｔｈを調整することが行われる。
【００１４】
Ｖｔｈを調整する方法としては、チャネル領域８の不純物濃度を変える方法や導電膜５とチャネル領域８との間にある下層絶縁膜２、上層絶縁膜４および電荷蓄積領域３の膜厚を変える方法が知られている。
【００１５】
また、Ｖｔｈを調整する方法によって消去後のＶｔｈが０Ｖ以下（マイナスの値）になるように調整することによって、読み出し用のゲート電圧を０Ｖ、すなわち電圧を印加しないでデータの読み出しを行う方法も知られている。この場合には、低電圧駆動が可能となる効果と共に、データ読み出し時にゲート電極１０に電圧を印加しないため、電荷蓄積領域３への不必要な電荷の蓄積や電荷蓄積領域３からの不必要な電荷の排出が起こらず、データの記憶保持特性が向上する効果が得られる。
【００１６】
［データ書き込み方法の説明］
次に、データの書き込み方法について説明する。データの書き込み方法としては、ＦＮ（Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍ）トンネリングを利用した方法とホットエレクトロン
注入を利用した方法とが広く知られている。
ＦＮトンネリングを利用した書き込み方法は、電子をチャネル領域８から下層絶縁膜２をトンネリングさせ、電荷蓄積領域３中に注入する方法である。
ホットエレクトロン注入を利用した書き込み方法は、ゲート電極１０下の半導体基板１（特にチャネル領域８の中のドレイン領域７に近い部分）にて発生させたホットエレクトロンを、チャネル領域８から下層絶縁膜２をトンネリングさせることにより電子を電荷蓄積領域３中に注入する方法である。
【００１７】
ホットエレクトロンの注入を利用した書き込みを行う際には、ゲート電極１０に電圧を印加すると共に、ソース領域６とドレイン領域７との間にも電圧を印加することが必要とされる。そして、ソース領域６に対しドレイン領域７の電位をプラスにした場合には、チャネル領域８の中でも特にドレイン領域７に近い箇所においてホットエレクトロンが多く発生し、逆にソース領域６の電位をドレイン領域７に対しプラスにした場合には、チャネル領域８の中でも特にソース領域６に近い箇所においてホットエレクトロンが多く発生することが知られている。
すなわち、ホットエレクトロンはチャネル領域８の全域で発生するのではなく、チャネル領域８の中でも特にドレイン領域７やソース領域６に近い箇所において多く発生する。本明細書では、チャネル領域８の内、ホットエレクトロンの注入を利用した書き込みを行う際にホットエレクトロンが発生する区域のことを、チャネル領域８の中の他の区域と区別するためホットエレクトロン発生区域と呼ぶことにする。
【００１８】
［データ消失の説明］
ところで、電荷蓄積領域３に蓄積されている電子は、長期間そこに留まることが必要となるが、他の部分に抜けてしまうことがある。すなわち、データ書き込み後のデータ消失である。
一般に、電荷蓄積領域３に蓄積されている電子は、半導体基板１側に抜けてしまうことが知られている。これを防止するために、下層絶縁膜２の膜厚を厚くすることで電荷蓄積領域３に蓄積されている電子が半導体基板１側に抜けることを阻止する方法が知られている。
しかしながら、下層絶縁膜２の膜厚を厚くすると、データ書き込みの際に電荷蓄積領域３に電荷を注入しにくい、すなわち、データ書き込みがしにくいという問題が発生してしまう。
下層絶縁膜２の膜厚は、データ保持という観点では厚い方が良く、データ書き込みのしやすさという観点では薄い方が良い。
【００１９】
ホットエレクトロンの注入を利用した書き込み方法の利点は、例えば、ＦＮトンネリングを利用した書き込み方法と比べて、チャネル領域８と電荷蓄積領域３との間の下層絶縁膜２の膜厚がより厚い場合でも電子を注入することが可能な点である。これは、ホットエレクトロンが持つエネルギーの方がＦＮトンネリングの電子が持つエネルギーに比べて大きいことによる。
【００２０】
したがって、データの消失が少なくデータの書き込みがしやすい不揮発性半導体記憶装置を欲する要求を満足するための技術として、ホットエレクトロンの注入を利用した書き込み方法は、近年大変注目されている。
【００２１】
ホットエレクトロンの注入を利用した書き込み方法では、ホットエレクトロンを発生しやすくするためにチャネル領域８の不純物濃度を高くする方法が知られているが、チャネル領域８の不純物の高濃度化は同時にＶｔｈの上昇をもたらす（例えば、特許文献３参照）。
このため、ホットエレクトロンの注入を利用した書き込み方法を用いる場合には、電荷
の蓄積が無い基準状態のＶｔｈと共に消去後のＶｔｈも高くなってしまうことから、データを読み出す際にゲート電極１０へ印加する読み出し用の印加電圧を低い値に設定出来ないという問題がある。
【００２２】
また、チャネル領域８の不純物の高濃度化によってキャリアの不純物散乱が増大してキャリアの移動度が減少するため、回路動作速度が低下すると言う問題も指摘されている（例えば、特許文献４参照）。
【００２３】
【特許文献１】特開平５−１２９６１８号公報（第１−６頁、第６図）
【特許文献２】特許第３４０２０１４号公報（第１−４頁、第４図）
【特許文献３】特開平５−３３５５８７号公報（第１−４頁、第２図、第４図）
【特許文献４】特許第３４３５１７３号公報（第１−１１頁、第９図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
従来技術を利用し、データの消失が少なくデータの書き込みがしやすい不揮発性半導体記憶装置を得るためには、ホットエレクトロンの注入を利用した書き込みを行うことが望ましい。
【００２５】
しかしながら、従来技術では、チャネル領域８の不純物濃度を高くする必要があるため、その結果、Ｖｔｈの上昇やチャネル領域８でのキャリアの移動度の低下が発生してしまうという問題があった。
すなわち、Ｖｔｈの上昇によって、データを読み出す際にゲート電極１０へ印加する電圧を低い値にすることが出来ないという問題である。また、同じくＶｔｈの上昇によって、消去後のＶｔｈを０Ｖ以下にしてゲート電極１０の読み出し用電圧を使わない方法（すなわち、読み出し用電圧を０Ｖとする方法）を採用出来ないという問題である。さらにまた、チャネル領域８の不純物の高濃度化によってキャリアの不純物散乱が増大してキャリアの移動度が減少するため、回路動作速度が低下すると言う問題である。
【００２６】
チャネル領域８の不純物濃度を低くすれば、Ｖｔｈの上昇やキャリアの移動度の低下は防げるが、同時にホットエレクトロンの注入を利用した書き込みが困難になってしまう。
【００２７】
そこで、本発明ではＶｔｈの上昇やキャリアの移動度の低下を抑制しつつ、電荷蓄積領域へのホットエレクトロンの注入が可能な不揮発性半導体記憶装置を提供することを目的とした。
すなわち、本発明の目的は、Ｖｔｈが低くキャリアの移動度が高いというチャネル領域８の不純物濃度が低い場合の特性と、電荷蓄積領域３へのホットエレクトロンの注入がしやすいというチャネル領域８の不純物濃度が高い場合の特性との両方の特性を備えた不揮発性半導体記憶装置の実現である。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記目的を達成するために、本発明の不揮発性半導体記憶装置は下記の方法を採用する。
【００２９】
本発明の不揮発性半導体記憶装置の構造は、半導体基板にソース領域とドレイン領域とチャネル領域とゲート電極とを設け、ソース領域とドレイン領域との間にチャネル領域を有し、チャネル領域の上部にゲート電極を有する不揮発性半導体記憶装置において、
チャネル領域は、同一導電型で不純物濃度の異なる第１のチャネル領域と第２のチャネル領域とを有し、
ゲート電極は、第１のチャネル領域と第２のチャネル領域との両方の上部に設けること
を特徴とする。
【００３０】
第１のチャネル領域と第２のチャネル領域とは、ソース領域およびドレイン領域と反対導電型であることを特徴とする。
【００３１】
第１のチャネル領域の不純物濃度が第２のチャネル領域の不純物濃度よりも高いことを特徴とする。
【００３２】
第１のチャネル領域を第２のチャネル領域に隣接して設けることを特徴とする。
【００３３】
第１のチャネル領域または第２のチャネル領域のいずれか一方を、ソース領域とドレイン領域とを備えるウェルにより形成し、第１のチャネル領域または第２のチャネル領域の他方をウェル内に選択的に形成することを特徴とする。
【００３４】
チャネル領域に第３のチャネル領域を設け、第２のチャネル領域を第１のチャネル領域と第３のチャネル領域とに隣接して設けることを特徴とする。
【００３５】
第３のチャネル領域の不純物濃度が第２のチャネル領域の不純物濃度よりも高いことを特徴とする。
【００３６】
第３のチャネル領域の不純物濃度が第１のチャネル領域の不純物濃度と同程度であることを特徴とする。
【００３７】
チャネル領域でホットエレクトロンが発生する区域であるホットエレクトロン発生区域での第２のチャネル領域の幅が、ゲート電極に含まれる電荷蓄積領域に蓄積された電荷の電界の作用が及ぶ距離よりも短いことを特徴とする。
【００３８】
電荷蓄積領域が絶縁性の物質からなることを特徴とする。
【００３９】
第１のチャネル領域と第２のチャネル領域と第３のチャネル領域とのうち少なくとも１つのチャネル領域の中の特定部分の不純物濃度が高いことを特徴とする。
【００４０】
また、上記目的を達成するために、本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法は下記記載の工程を有する製造方法を採用する。
【００４１】
本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板に第１導電型のソース領域とドレイン領域とを設ける工程と、ソース領域とドレイン領域とが対向する領域に第２導電型の第１のチャネル領域と第２のチャネル領域とを設ける工程と、を有することをすることを特徴とする。
【００４２】
半導体基板に第１導電型のソース領域とドレイン領域とを設ける工程と、ソース領域とドレイン領域とが対向する領域に第２導電型の第１のチャネル領域と第２のチャネル領域とを隣接して設ける工程と、を有することをすることを特徴とする。
【００４３】
半導体基板に第１導電型のソース領域とドレイン領域とを設ける工程と、ソース領域とドレイン領域とが対向する領域に第２導電型の第１のチャネル領域と第２のチャネル領域と第３のチャネル領域とを設ける工程と、を有することを特徴とする。
【００４４】
半導体基板に第１導電型のウェルを形成する工程と、ウェルに第２導電型のソース領域とドレイン領域とを設ける工程と、ソース領域とドレイン領域とが対向する領域に選択的
にウェルとは不純物濃度の異なる領域を設けることにより、第１のチャネル領域と第２のチャネル領域とを設ける工程と、を有することを特徴とする。
【００４５】
半導体基板に第１導電型のウェルを形成する工程と、ウェルに第２導電型のソース領域とドレイン領域とを形成する工程と、ソース領域とドレイン領域とが対向する領域にウェルとは不純物濃度の異なる第１のチャネル領域を設ける工程と、第１のチャネル領域に選択的に不純物濃度の異なる第２のチャネル領域とを設ける工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００４６】
本発明の効果は、Ｖｔｈが低くキャリアの移動度が高いというチャネル領域の不純物濃度が低い場合の特性と、電荷蓄積領域へのホットエレクトロンの注入がしやすいというチャネル領域の不純物濃度が高い場合の特性との両方の特性を備えた不揮発性半導体記憶装置が可能となることである。
この結果、Ｖｔｈが低く、このためデータを読み出すためのゲート電圧を低く設定でき、電流が流れるチャネル領域のキャリアの移動度が高く、且つ電荷蓄積領域へのホットエレクトロンの注入（によるデータの書き込み）が可能な不揮発性半導体記憶装置を実現することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、図１〜図１２を参照しながら本発明の不揮発性半導体記憶装置をＭＯＮＯＳ型不揮発性半導体記憶装置を例にして説明する。なお図１５と同一の構成においては同一の番号を付与し説明を省略する。
【００４８】
［構造の説明：図１、図２］
図１は、本発明の不揮発性半導体記憶装置を模式的に示した断面図である。１は半導体基板、１０はゲート電極、６はソース領域、７はドレイン領域、８はチャネル領域、１１は第１のチャネル領域、１２は第２のチャネル領域である。ゲート電極１０は、下層絶縁膜２と電荷蓄積領域３と上層絶縁膜４と導電膜５とで構成している。以下の説明では、不揮発性半導体記憶装置をＭＯＮＯＳ型を例にしているので、電荷蓄積領域３は、絶縁性の膜（例えば、窒化膜）である。
図２は、図１に示したゲート電極１０の部分を省略し、チャネル領域８を拡大した平面図を示す。なお、図１は図２に示した切断線Ａ−Ａ’での断面図である。
【００４９】
図２に示すように、チャネル領域８には第１のチャネル領域１１と第２のチャネル領域１２とを設けている。このため、本発明の不揮発性半導体記憶装置では、ソース領域６とドレイン領域７との間でチャネル電流が流れるチャネルが、第１のチャネル領域１１と第２のチャネル領域１２との２種類形成されることになる。
本発明の不揮発性半導体記憶装置の特徴は、まさにこの電流が流れるチャネルが複数あるという点である。チャネル領域８に第１のチャネル領域１１と第２のチャネル領域１２とを形成していること以外は公知のＭＯＮＯＳ型不揮発性半導体記憶装置と同じ構成である。
【００５０】
図２では、第１のチャネル領域１１が２つあるように記載しているが、これは後に説明するように第１のチャネル領域１１をウェル状に設け、その中の一部に第２のチャネル領域１２を選択的に設ける製造方法を採った場合にその様な構造となることによる。
【００５１】
［製造方法の説明：図３〜図９］
このようなＭＯＮＯＳ型不揮発性半導体記憶装置の製造方法の一例を図３〜図９を用いて以下に説明する。図３〜図９は製造工程の一部を示す図であり、図３、図４、図７、図
８、図９は断面図、図５、図６は平面図である。
【００５２】
初めに図３に示すように導電型がｎ型の半導体基板１の表面に導電型がｐ型の第１のチャネル領域１１をウェル状に形成する。次に、図４および図５に示すように、第１のチャネル領域１１内の不揮発性半導体記憶装置の素子を形成する素子領域１６を除く半導体基板１上にフィールド酸化膜１５を形成する。
【００５３】
図６に示すように、ホトレジスト１７を半導体基板１の上部に形成した後、低濃度チャネル領域となる第２のチャネル領域１２を形成する部分が開口するようにホトレジスト１７をパターニングし、イオン注入法により導電型がｎ型の不純物であるリンをイオン注入量２×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２程度の条件で添加して第２のチャネル領域１２を形成する。その後、ホトレジスト１７を除去する。このような工程によって、ウェル状に形成した第１のチャネル領域１１内に選択的に第２のチャネル領域１２を形成することができる。
第２のチャネル領域１２にはｎ型の不純物であるリンを添加するためにｐ型の不純物が中和される。したがって、第２のチャネル領域１２は、第１のチャネル領域１１よりｐ型の不純物濃度が低い領域となる。
【００５４】
図７に示すように下層絶縁膜２、電荷蓄積領域３、上層絶縁膜４、導電膜５をそれぞれ形成する。これらの成膜には、次のような工程を用いる。酸化拡散炉を用い、温度９００℃の酸素雰囲気中にて膜厚３ｎｍのシリコン酸化膜からなる下層絶縁膜２を形成する。次に、反応ガスとしてジクロルシランとアンモニアを用いる化学気相成長法（以下ＣＶＤ法と記載する）により膜厚６ｎｍのシリコン窒化膜からなる電荷蓄積領域３を形成する。再び酸化拡散炉を用い、温度９００℃の酸素雰囲気中にて膜厚３ｎｍのシリコン酸化膜からなる上層絶縁膜４を形成する。更に反応ガスとしてモノシランを用いるＣＶＤ法により膜厚３５０ｎｍの多結晶シリコン膜からなる導電膜５を形成する。
【００５５】
次に、多結晶シリコン膜からなる導電膜５の全面にイオン注入法により導電型がｎ型の不純物であるリンをイオン注入量１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２程度の条件で添加し、導電膜５の導電型をｎ型とする。
【００５６】
ホトレジストをゲート電極の形状にパターニングした後、反応ガスとして塩素と四フッ化炭素を用いたドライエッチングにより導電膜５を加工する。次に、エッチング液にフッ酸溶液を用いたウエットエッチングによりゲート電極の部分を除く領域の上層絶縁膜４を除去する。更に、反応ガスに四フッ化炭素と酸素を用いたドライエッチングによりゲート電極の部分を除く領域の電荷蓄積領域３を除去する。再びエッチング液にフッ酸溶液を用いたウエットエッチングによりゲート電極の部分を除く領域の下層絶縁膜２を除去する。続いてホトレジストを除去する。以上のエッチングの工程の結果、図８に示すようにＭＯＮＯＳ型不揮発性半導体記憶装置のゲート電極１０が形成される。
【００５７】
イオン注入法により導電型がｎ型の不純物であるリンをイオン注入量３×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２程度の条件で添加し、図９に示すようにソース領域６とドレイン領域７とを形成する。
【００５８】
図示しないが、以降公知の手法により、層間絶縁膜、コンタクトホール、金属配線を形成し、ＭＯＮＯＳ型不揮発性半導体記憶装置が完成する。
【００５９】
上記製造方法の説明においては、半導体基板がｎ型の場合について述べたが、半導体基板がｐ型の場合についても、添加する不純物の導電型を上記説明の中でｎ型のものをｐ型に、ｐ型のものをｎ型に変更するだけで、同様の方法によって製造することが可能である
。また、上記説明の中ではｎ型の不純物としてリンを、ｐ型の不純物としてボロンを用いているが、同等の効果をもたらすその他の不純物を用いても同様に製造することが可能である。
【００６０】
また、上記説明の中では、ｐ型のウェル状に設けた第１のチャネル領域１１の一部にｎ型の不純物を添加することによって第２のチャネル領域１２を形成し、不純物濃度の高い領域と低い領域とを形成する方法を述べたが、チャネル領域８に不純物濃度の高い領域と低い領域とを形成する方法はこれに限定されるものではない。
【００６１】
チャネル領域８の全面に低濃度のｐ型の不純物を添加し、第２のチャネル領域１２を形成する領域以外のチャネル領域８に更にｐ型の不純物を添加することによって濃度の高い第１のチャネル領域１１を形成し、不純物濃度の高い領域と低い領域とを形成することもできる。
【００６２】
また、ｐ型の第２のチャネル領域１２となる領域に対して、選択的に更にｐ型の不純物を注入することにより、より不純物濃度の高いｐ型の第２のチャネル領域１２を形成することができる。
この方法によれば、図２では不純物濃度が異なる領域が逆転するが、チャネル領域８に不純物濃度の異なる領域を形成することができるために、本発明の効果を得ることができる。
チャネル領域８の全面に低濃度のｐ型の不純物を添加した上で、第２のチャネル領域１２を形成する領域以外のチャネル領域８にｎ型の不純物を添加して不純物濃度の低い第１のチャネル領域１１を形成し、不純物濃度の高い領域と低い領域とを形成する場合についても同様である。
【００６３】
また、上記説明の中ではｎ型の半導体基板にｐ型の第１のチャネル領域１１をウェル状に設け、この中にチャネル領域８を設ける方法を述べたが、その限りではない。
第１のチャネル領域１１をウェル状にせずにチャネル領域８のみに形成してもよいことは言うまでもない。
【００６４】
［電気特性の説明：図１０〜図１２］
上記製造方法によって製造した本発明のＭＯＮＯＳ型不揮発性半導体記憶装置と従来技術により製造したＭＯＮＯＳ型不揮発性半導体記憶装置とについて、書き込み後と消去後のＶｇ−Ｉｄ特性（ゲート電圧に対するドレイン電流の特性）を測定した結果を図１０に示す。図中、横軸がゲート電圧を、縦軸がドレイン電流を表す。なお、ドレイン電流とはドレイン領域を流れる電流を指す。
【００６５】
本発明のＭＯＮＯＳ型不揮発性半導体記憶装置については、ｎ型半導体基板にイオン注入法によりｐ型の不純物であるボロンをイオン注入量２×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２程度の条件で添加して第１のチャネル領域をウェル状に形成した後、同じくイオン注入法によりｎ型の不純物であるリンをイオン注入量２×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２程度の条件でチャネル領域の一部に添加することにより第２のチャネル領域を形成し、不純物濃度が高い領域と低い領域があるチャネル領域を作成した。ｎ型の不純物を添加した領域はドレイン領域とソース領域との間で連続しており（図２参照）、そのチャネル方向と直交する方向の幅は２μｍ程度にしている。
一方、従来技術の例の不揮発性半導体記憶装置については、上記ｎ型の不純物を添加する工程を省いて、ウェル状の第１のチャネル領域の一部をそのまま不純物濃度が一様なチャネル領域とした。
チャネル長およびチャネル幅は双方共にそれぞれ１μｍ程度と１０μｍ程度である。また、いずれのＭＯＮＯＳ型不揮発性半導体記憶装置においても下層絶縁膜２、電荷蓄積領
域３、上層絶縁膜４はそれぞれ３．３ｎｍ、６．４ｎｍ、３．６ｎｍ程度の厚さで形成している。
書き込みの際にはゲート電極に＋５Ｖ、ドレイン領域に＋７Ｖの電圧を印加し、消去の際にはドレイン領域にのみ＋９Ｖの電圧を印加した。
【００６６】
図１０より、本発明の不揮発性半導体記憶装置では書き込み後、消去後共にＶｇ−Ｉｄ特性を示す曲線が従来のものと比べてマイナス側に動いていることが分かる。
また、図示していないが、初期状態のＶｇ−Ｉｄ特性は消去後のものとほぼ同じだった。このため、本発明の不揮発性半導体記憶装置と従来技術の不揮発性半導体記憶装置とは両者共に書き込みが行われていることが分かる。
ゲート電極にのみ＋５Ｖの電圧を印加してＦＮトンネリングを利用した電子の注入を試みたが成功しなかった。これは、下層絶縁膜が３．３ｎｍと厚いことによる。このことから、ホットエレクトロンの注入による書き込みが行われていることが分かる。
【００６７】
実際の不揮発性半導体記憶装置では、ある大きさ以上の電流が流れた時に電流が流れたと判断される。この電流の下限値はセンスレベルと呼ばれる。このため、Ｖｔｈは設定されたセンスレベルによって変化する。ある大きさの電流を流すのに必要となるゲート電極１０への印加電圧を分かりやすく表示するために、図１０のグラフを縦軸と横軸を逆にして描いたグラフを図１１に示す。このグラフでは、横軸がセンスレベルを、縦軸がセンスレベルに対応するＶｔｈを表している。また、図には書き込み後のデータと消去後のデータとに加えて、これらの中間の値を示す線を破線で掲載している。
【００６８】
このグラフからは、センスレベルに対応する書き込み後や消去後のＶｔｈが分かる。データ読み出し用のゲート電極への印加電圧にはこれら書き込み後のＶｔｈと消去後のＶｔｈとの間の値が設定される。このため、データ読み出し用のゲート電極への印加電圧には任意性があるが、ここでは両者のちょうど中間の値をその電圧とすることとする。このため、図１１の中の破線は本発明と従来技術との読み出し用のゲート電圧を示している。
【００６９】
両者のデータ読み出し用のゲート電圧の大きさの比較を行うために、図１１の読み出し用電圧を示す線と両者の差を描いた線とを図１２に示す。同図から、本発明の効果により、本発明の不揮発性半導体記憶装置の読み出し用ゲート電圧の方が従来技術の不揮発性半導体記憶装置の読み出し用ゲート電圧に比べて２Ｖ〜３．５Ｖ程度低くなっていることが分かる。
【００７０】
以上では電荷蓄積領域が絶縁性であるＭＯＮＯＳ型の不揮発性半導体記憶装置について説明したが、電荷蓄積領域が導電性のフローティングゲート型の不揮発性半導体記憶装置でも同様の効果が得られる。更に、フローティングゲート型の不揮発性半導体記憶装置の場合には、不純物濃度が高い領域より注入された電子が電荷蓄積領域の中で移動して一様に分布するから、低濃度領域の幅（チャネル方向と直行する方向の距離）の最適化が不要であるため、ＭＯＮＯＳ型の不揮発性半導体記憶装置に比べて更に容易に実施することが可能である。
【００７１】
また、本発明は書き込み時のホットエレクトロンの注入や読み出し時のＶｔｈや移動度について発明の効果がなされるものであるから、発明の実施の形態はＭＯＮＯＳ型やフローティング型の不揮発性半導体記憶装置でなくても構わない。例えば、ＭＮＯＳ型の不揮発性半導体記憶装置でも同様の効果が得られる。また、紫外線照射によって消去を行う所謂ＥＰＲＯＭ（ｅｒａｓａｂｌｅ  ａｎｄ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｒｅａｄ  ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）でも構わないし、書き込みだけ行い消去は行わない、所謂ＰＲＯＭ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｒｅａｄ  ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）でも同様の効果を得ることができる。
【００７２】
上記説明の中では図２に示したように１つの長方形の形をした第２のチャネル領域１２がチャネル領域８の中央に形成されている場合を説明したが、チャネル領域８の中に不純物濃度の高い第１のチャネル領域と不純物濃度の低い第２のチャネル領域とがあって、チャネル電流を流すことが出来れば、これらのチャネル領域８における配置、形状、数は別なものでも構わない。例えば、第１のチャネル領域と同程度の不純物濃度のチャネル領域と第２のチャネル領域と同程度の不純物濃度のチャネル領域とを複数設けても良い。また、例えば、第１のチャネル領域と第２のチャネル領域との境界を、チャネル方向に対し平行な部分と共にチャネル方向に対して傾斜している部分もあるように第１のチャネル領域と第２のチャネル領域とを形成しても良い。
また上記説明で参照した断面図ではゲート電極のチャネル方向の長さと電荷蓄積領域のチャネル方向の長さとが一致しているように描いているが、実際にはその必要は無く、近年の不揮発性半導体記憶装置に見られるように、ゲート電極の半導体基板への投影面と電荷蓄積領域の半導体基板への投影面とが一致していなくとも、本発明の不揮発性半導体記憶装置として機能させることが可能である。
【００７３】
また、上記説明では、第１のチャネル領域１１および第２のチャネル領域１２とソース領域６との間並びに第１のチャネル領域１１および第２のチャネル領域１２とドレイン領域７との間にその他の拡散層が無い場合について説明したが、間に他の拡散層を設けた場合でもチャネル電流が流れれば本発明の効果を得ることが出来る。不揮発性半導体記憶装置の性能向上のために、例えば、ライトドープ層やチャネルストッパー層などと呼ばれる拡散層をチャネル領域やチャネル領域とソース領域またはドレイン領域との間に設ける方法が知られている。
【００７４】
［異なる形状の説明：図１３］
本発明の不揮発性半導体記憶装置においては、各チャネル領域内の不純物濃度が一様でない場合でも本発明の効果を得られる。このため、各チャネル領域内の不純物濃度を一様とせず、濃度勾配を設けたり異なる不純物濃度の区域を設けたりすることが出来る。チャネル領域間で不純物濃度に差を設けると共に、各チャネル領域内においても不純物濃度に変化を与えることにより、更なる性能の向上を図ることが可能である。
【００７５】
そのような場合の一例を以下において図１３を参照しながら述べる。
図１３は、図２と同様に本発明の素子領域をゲート電極を省略して描いた平面図である。ソース領域６とドレイン領域７との間に、第１の不純物濃度区域２１と第２の不純物濃度区域２２とからなる２つの第１のチャネル領域１１と、第３の不純物濃度区域２３と第４の不純物濃度区域２４とからなる第２のチャネル領域１２とを設けている。図中の第１の不純物濃度区域２１、第２の不純物濃度区域２２、第３の不純物濃度区域２３、第４のチャネル領域２４はそれぞれが他の不純物濃度区域と異なる不純物濃度を持ち得る区域である。
【００７６】
チャネル長（ドレイン領域とソース領域との間の距離）が短くなると短チャネル効果と呼ばれる効果が生じることが知られている。短チャネル効果はリーク電流の増大やパンチスルーなど半導体装置を使用する上で好ましくない問題となり得るため、その場合には対策が必要とされる。短チャネル効果はチャネル領域の不純物の濃度を高くすることによって抑制することが可能である。しかし、チャネル領域全体の不純物濃度を高くするとＶｔｈが上昇してしまう。このため、チャネル領域の中の一部だけの不純物濃度を高くすることにより、Ｖｔｈの上昇を抑えつつ短チャネル効果を抑制する方法があることが知られている。この方法におけるチャネル領域内の不純物濃度が高い領域は、例えば、パンチスルーストッパーなどと呼ばれている。
同様にして本発明の不揮発性半導体記憶装置でも、各チャネル領域内においてその一部
の不純物濃度を高くすることにより、本発明の効果であるＶｔｈが低く且つホットエレクトロンの注入が可能となる効果に加えて、更にＶｔｈが低く且つ短チャネル効果が緩和される効果が得られる。
【００７７】
そのために、図１３の例の場合には、第１の不純物濃度区域２１と第２の不純物濃度区域２２との間に不純物濃度の差を設けることや、第３の不純物濃度区域２３と第４の不純物濃度区域２４と間に不純物濃度の差を設けることを行う。但し、それぞれの不純物濃度区域の間の不純物濃度の関係は、本発明の特徴である第１のチャネル領域１１と第２のチャネル領域１２としての機能を果たすものとすることが必要である。
また、図１３の例では、各チャネル領域の中に２つの不純物濃度区域がある場合について述べたが、より多くの不純物濃度区域に分けた場合や、いずれかのチャネル領域においてのみ不純物濃度の異なる区域を設けた場合にも短チャネル効果抑制の効果が得られる。また、先述の第３のチャネル領域についても同様のことが当てはまることは言うまでも無い。
先述の通り、短チャネル効果は不純物濃度が低い場合の方が高い場合に比べてより顕著に現れるため、短チャネル効果対策としては特に不純物濃度の低いチャネル領域の中においてこの様な濃度の変化を設けると大きな効果が得られる。
【００７８】
なお、以上の説明の中で用いたチャネル領域８の濃度分布を示した平面図では各チャネル領域の間に明確な境界があるように書いているが、実際の不揮発性半導体記憶層ではそうではない。例えば、図１４に示す通り不純物の濃度が緩やかに変化していても同等の効果が得られる。図１４はチャネル領域８内の一部分におけるチャネル方向と直交する方向の不純物濃度の分布を模式的に示したものである。
【００７９】
［まとめの説明］
以上において説明した本発明の不揮発性半導体記憶装置をまとめると以下のとおりとなる。
【００８０】
チャネル領域に不純物濃度の異なる第１のチャネル領域と第２のチャネル領域とを有する不揮発性半導体記憶装置では以下の特性が現れる。なお、以下の説明では、第２のチャネル領域の不純物濃度が第１のチャネル領域の不純物濃度よりも低い場合について述べることとする。
【００８１】
第２のチャネル領域の不純物濃度が第１のチャネル領域の不純物濃度よりも低い場合には、第２のチャネル領域では第１のチャネル領域に比べてチャネル電流を流すためのＶｔｈが低い。このため、第１のチャネル領域と、第１のチャネル領域よりも不純物濃度が低い第２のチャネル領域とを有する不揮発性半導体記憶装置では、ソース領域とドレイン領域との間に電位差を設けた上で、ゲート電極に第２のチャネル領域のＶｔｈ以上の電圧をかければチャネル電流が流れる。すなわち、このような第２のチャネル領域がある不揮発性半導体記憶装置では、そのＶｔｈは第２のチャネル領域のＶｔｈに一致する。
このため、第２のチャネル領域を持たず、第１のチャネル領域と同じ不純物濃度の一つのチャネル領域だけを持つ従来の不揮発性半導体記憶装置に比べ、第１のチャネル領域より不純物濃度の低い第２のチャネル領域を有する不揮発性半導体記憶装置の方がＶｔｈは低くなる。
【００８２】
また、この時に電流が流れる不純物濃度が低い第２のチャネル領域は、不純物濃度が高い第１のチャネル領域に比べてキャリアの移動度が高い領域である。このため、このような第２のチャネル領域がある不揮発性半導体記憶装置で第２のチャネル領域に電流が流れる場合には、従来技術の第２のチャネル領域を持たない不揮発性半導体記憶装置に比べて高速な動作が可能となる。
【００８３】
一方で、第１のチャネル領域の不純物濃度の方が第２のチャネル領域の不純物濃度よりも高いため、書き込み用の電圧を印加した場合には、第２のチャネル領域に比べ第１のチャネル領域においてより多くのホットエレクトロンが発生する。
このため、不揮発性半導体記憶装置のＶｔｈを低くするために第２のチャネル領域の不純物濃度を低くした結果、第２のチャネル領域からは電荷蓄積領域へホットエレクトロンを十分に注入できなくなった場合でも、第２のチャネル領域の不純物濃度と第１のチャネル領域の不純物濃度との差を大きくして、第１のチャネル領域の不純物濃度を高くすることによって、第１のチャネル領域から電荷蓄積領域へホットエレクトロンを注入することが出来る。
【００８４】
例えば、フローティングゲート型の不揮発性半導体記憶装置の場合には、電荷蓄積領域が導電性であるため、第１のチャネル領域より注入された電子（ホットエレクトロン）が電荷蓄積領域の中で移動し、電荷蓄積領域内の電荷の分布は一様になる。このため、仮に第２のチャネル領域においてホットエレクトロンが発生しなくても、第２のチャネル領域と第１のチャネル領域との両方のＶｔｈが上昇する。その結果、不揮発性半導体記憶装置としてのＶｔｈも上昇する。
フローティングゲート型の不揮発性半導体記憶装置の場合には、電荷蓄積領域が導電性で、注入された電子が電荷蓄積領域の中で移動して一様に分布するようになるため、第１のチャネル領域と第２のチャネル領域とが離間していても本発明の目的に適う不揮発性半導体記憶装置となる。
【００８５】
一方で、例えば、ＭＯＮＯＳ型不揮発性半導体記憶装置の場合には、電荷蓄積領域が絶縁性のため、第１のチャネル領域より注入された電子（ホットエレクトロン）は電荷蓄積領域の中で移動せず、その場に留まる。このため、第２のチャネル領域よりホットエレクトロンが注入されない場合には、下層絶縁膜を挟んで第２のチャネル領域の場所に位置する電荷蓄積領域には電荷が蓄積されない。つまり、ゲート電極がチャネル領域の上に位置しているとすると、下層絶縁膜を挟んで第１のチャネル領域の上に位置する電荷蓄積領は電荷が蓄積された状態となるものの、第２のチャネル領域の上に位置する電荷蓄積領域は電荷が蓄積された状態とならないこととなる。
【００８６】
このため、ＭＯＮＯＳ型の不揮発性半導体記憶装置において本発明の目的を達成するためには、不純物濃度の異なる第１のチャネル領域と第２のチャネル領域を設けることに加えて更なる工夫が必要とされる。
その工夫の１つとして、第１のチャネル領域と第２のチャネル領域とを隣接して設ける。第１のチャネル領域と第２のチャネル領域とを隣接して設けることにより、第１のチャネル領域と第２のチャネル領域の境界において、第１のチャネル領域から電荷蓄積領域に注入された電荷の電界の作用が第２のチャネル領域にも及ぶようになる。
この電荷の電界の作用は、電荷蓄積領域から距離が遠くなるほど弱まるから、第１のチャネル領域から電荷蓄積領域に注入された電荷の電界の作用が、第１のチャネル領域と第２のチャネル領域との境界より第２のチャネル領域に対して及ぶ距離は限られている。
このため、更に第２のチャネル領域の幅をこの電荷の電界の作用が及ぶ距離よりも短い長さとする工夫を施す。ここで、第２のチャネル領域の幅とはチャネル方向と直行する方向の距離のことを言うこととする。
先述の通りホットエレクトロンはチャネル領域の全域で発生するわけではなく、ドレイン領域に近い部分やソース領域に近い部分で集中的に発生するため、そのようなホットエレクトロン発生区域においてのみ第２のチャネル領域の幅を狭く制限しても良い。
以上の工夫を加えた場合には、書き込み用の電圧を加えると第１のチャネル領域よりホットエレクトロンが注入され、その電界の作用が第２のチャネル領域にも及ぶ効果が発生するため、書き込みの動作の結果、ＭＯＮＯＳ型不揮発性半導体記憶装置においても第２
のチャネル領域と第１のチャネル領域との両方のＶｔｈが上昇する。このため、不揮発性半導体記憶装置としてのＶｔｈもやはり上昇する。
【００８７】
以上では、第２のチャネル領域に対し、チャネル方向と直行する方向の一方に第１のチャネル領域を隣接させた場合について述べたが、更に不純物濃度の異なる第３のチャネル領域を設け、第２のチャネル領域に対し、チャネル方向と直行する方向の一方には第１のチャネル領域を隣接させ、もう一方には第３のチャネル領域を隣接させても良い。なお、第１のチャネル領域と第２のチャネル領域と第３のチャネル領域とは、対抗するソース領域とドレイン領域との間に設ける。
上記の配置にした上で、第３のチャネル領域の不純物濃度を第２のチャネル領域の不純物濃度よりも高くし、第３のチャネル領域においてもホットエレクトロンが発生するようにすれば、書き込み用の電圧を印加した際に、第１のチャネル領域と第３のチャネル領域とからホットエレクトロンが電荷蓄積領域に注入され、その両方の注入された電荷の電界の作用が第２のチャネル領域に及ぶようになる。第３のチャネル領域の不純物濃度は第２のチャネル領域の不純物濃度よりも高く、且つホットエレクトロンが書き込みを行うのに十分に発生する程度の濃さであれば構わないが、製造の際に第１のチャネル領域の不純物濃度の調整と第３のチャネル領域の不純物濃度の調整とを同じ工程で行うと製造工程を簡略化できるので、その場合には第３のチャネル領域の不純物濃度を第１のチャネル領域の不純物濃度と同程度にすると良い。
【００８８】
また、第１のチャネル領域と第２のチャネル領域と第３のチャネル領域とを個別に設けるかわりに、ウェルをそのまま不純物濃度の高いチャネル領域として用い、その中に不純物濃度の低いチャネル領域を選択的に設けることによっても本発明の不揮発性半導体記憶装置を得ることが出来る。この場合には、不純物濃度の低い第２のチャネル領域と不純物濃度の高い第１のチャネル領域と第１のチャネル領域と同じ不純物濃度の第３のチャネル領域とが形成されると捉えることも出来るし、不純物濃度の低い第２のチャネル領域が１箇所に形成され不純物濃度の高い第１のチャネル領域が２箇所に形成されると捉えることも出来る。上記実施の形態の説明の中では、後者の捉え方を採用して説明を行った。また、逆にウェルをそのまま不純物濃度の低いチャネル領域として用い、その中に不純物濃度の高いチャネル領域を選択的に設けることも可能である。
【００８９】
書き込みの結果Ｖｔｈが上昇した後、消去用の電圧を印加して電荷蓄積領域に蓄積された電荷を取り除いたり正孔を蓄積したりすればＶｔｈは再び低下する。先に述べた通り、この時のＶｔｈは第２のチャネル領域のＶｔｈに一致し、これはチャネル領域の不純物濃度が一様に高く第２のチャネル領域が無い構造の不揮発性半導体記憶装置に比べて低い。
【００９０】
前述の通り、データを読み出す際のゲート電極への印加電圧には、書き込み後のＶｔｈよりも低く、消去後のＶｔｈよりも高い電圧を設定する。すなわち、設定可能な読み出し用のゲート電圧の下限は消去後のＶｔｈによって決まる。このため、本発明の不揮発性半導体記憶装置では、従来技術に比べより低い読み出し用ゲート電圧を設定することが可能となる。
【００９１】
以上の説明より明らかな通り、本発明の半導体不揮発性記憶装置によれば、チャネル方向と直交する方向に異なる濃度分布を持つチャンネル領域を形成することによって、Ｖｔｈが低く、キャリアの移動度が高く、且つホットエレクトロンの注入を利用した書き込みが可能な不揮発性半導体記憶装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明の半導体不揮発性記憶装置は、Ｖｔｈが低くキャリアの移動度が高いというチャネル領域の不純物濃度が低い場合の特性と、電荷蓄積領域へのホットエレクトロンの注入
がしやすいというチャネル領域の不純物濃度が高い場合の特性との両方の特性を備えた不揮発性半導体記憶装置である。したがって、低電圧、低消費電力が要求される小型電子機器に搭載する半導体不揮発性記憶装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の不揮発性半導体記憶装置の断面構造を示す図である。
【図２】本発明の不揮発性半導体記憶装置のチャネル領域を説明する平面図である。
【図３】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法における第１のチャネル領域の形成を説明する図である。
【図４】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法における素子領域の形成を説明する図である。
【図５】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法における素子領域の形成を説明する図である。
【図６】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法における第２のチャネル領域の形成を説明する図である。
【図７】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法におけるゲート電極を構成する膜の形成を説明する図である。
【図８】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法におけるゲート電極の形成を説明する図である。
【図９】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法における拡散領域の形成を説明する図である。
【図１０】本発明の不揮発性半導体記憶装置と従来技術の不揮発性半導体記憶装置とのＶｇ−Ｉｄ特性を説明する図である。
【図１１】本発明の不揮発性半導体記憶装置と従来技術の不揮発性半導体記憶装置とのＶｇ−Ｉｄ特性を説明する図である。
【図１２】本発明の不揮発性半導体記憶装置と従来技術の不揮発性半導体記憶装置との読み出し用電圧を説明する図である。
【図１３】本発明の不揮発性半導体記憶装置のチャネル領域を説明する平面図である。
【図１４】本発明のチャネル方向と垂直な方向の不純物濃度分布を模式的に描いた図である。
【図１５】従来技術の不揮発性半導体記憶装置の断面構造を示す図である。
【符号の説明】
【００９４】
１  半導体基板
２  下層絶縁膜
３  電荷蓄積領域
４  上層絶縁膜
５  導電膜
６  ソース領域
７  ドレイン領域
８  チャネル領域
１０  ゲート電極
１１  第１のチャネル領域
１２  第２のチャネル領域
１５  フィールド酸化膜
１６  素子領域
１７  ホトレジスト
２１  第１の不純物濃度区域
２２  第２の不純物低濃区域
２３  第３の不純物濃度区域
２４  第４の不純物濃度区域
【図１】
2005277236.tif 000003
【図２】
2005277236.tif 000004
【図３】
2005277236.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005277236.tif 000009
【図８】
2005277236.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2005277236.tif 000012
【図１１】
2005277236.tif 000013
【図１２】
2005277236.tif 000014
【図１３】
2005277236.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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