(57)【要約】【課題】  閾値電圧の制御を安定させ、ドレイン端に蓄積した電荷が少量であってもチャネルへ与える影響を大きくできる不揮発性半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明に係る不揮発性半導体装置は、Ｐ型のシリコン基板１上に形成されたトンネル酸化膜２と、トンネル酸化膜上に形成された窒化膜３と、窒化膜上に形成されたトップ酸化膜４と、トップ酸化膜上に形成されたゲート電極５と、ゲート電極の両側面に形成された酸化膜スペーサ８，９と、酸化膜スペーサの両側のシリコン基板に形成された高濃度のＮ＋型のソース拡散層６及びドレイン拡散層７と、ドレイン拡散層におけるゲート電極下側の端に形成され、酸化膜スペーサ下からゲート電極下に延びて形成された高濃度のＮ＋拡散層１０と、ソース拡散層におけるゲート電極下側の端に形成され、酸化膜スペーサ下に形成された低濃度のＮ―拡散層１２と、を具備するものである。【選択図】      図１
2005109295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板上に形成されたトンネル酸化膜と、
前記トンネル酸化膜上に形成された窒化膜と、
前記窒化膜上に形成されたトップ酸化膜と、
前記トップ酸化膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の両側面に形成されたサイドウォールと、
前記サイドウォールの両側の前記半導体基板に形成された高濃度の第２導電型のソース拡散層及びドレイン拡散層と、
前記ドレイン拡散層における前記ゲート電極下側の端に形成され、前記サイドウォール下から前記ゲート電極下に延びて形成された第２導電型の高濃度不純物拡散層と、
前記ソース拡散層における前記ゲート電極下側の端に形成され、前記サイドウォール下に形成された第２導電型の低濃度不純物拡散層と、
を具備する不揮発性半導体装置。
【請求項２】
前記第２導電型の高濃度不純物拡散層は前記ドレイン拡散層の深さより深く形成されている請求項１に記載の不揮発性半導体装置。
【請求項３】
第１導電型の半導体基板上に形成されたトンネル酸化膜と、
前記トンネル酸化膜上に形成された窒化膜と、
前記窒化膜上に形成されたトップ酸化膜と、
前記トップ酸化膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の両側面に形成されたサイドウォールと、
前記サイドウォールの両側の前記半導体基板に形成された高濃度の第２導電型のソース拡散層及びドレイン拡散層と、
前記ドレイン拡散層における前記ゲート電極下側の端に形成され、前記サイドウォール下から前記ゲート電極下に延びて形成された第２導電型の高濃度不純物拡散層と、
前記ソース拡散層における前記ゲート電極下側の端に形成され、前記サイドウォール下から前記ゲート電極下に延びて形成された第２導電型の低濃度不純物拡散層と、
を具備する不揮発性半導体装置。
【請求項４】
ゲート構造の両側の半導体基板中に、該半導体基板と逆導電型で高濃度のソース拡散層とドレイン拡散層とを備え、前記ゲート構造中の絶縁膜に電荷を保持することでトランジスタの閾値を変化させる不揮発性半導体装置において、
前記ソース拡散層における前記ゲート構造下側の端に形成された前記ソース拡散層と同じ導電型の低濃度不純物拡散層と、
前記ドレイン拡散層における前記ゲート構造下側の端に形成された前記ドレイン拡散層と同じ導電型の高濃度不純物拡散層と、
を具備する不揮発性半導体装置。
【請求項５】
第１導電型の半導体基板上に、トンネル酸化膜、窒化膜、トップ酸化膜及びゲート電極を順に積層したゲート構造を形成する工程と、
前記ゲート構造のソース側の前記半導体基板に第２導電型の低濃度不純物領域を形成する工程と、
前記ゲート構造のドレイン側の前記半導体基板に該ゲート構造下に延びた第２導電型の高濃度不純物領域を形成する工程と、
前記ゲート構造の両側面にサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォール及び前記ゲート構造をマスクとして自己整合的に高濃度不純物を導入することにより、前記半導体基板に高濃度の第２導電型のソース領域及びドレイン領域を形成する工程と、
を具備する不揮発性半導体装置の製造方法。
【請求項６】
第１導電型の半導体基板上に、トンネル酸化膜、窒化膜、トップ酸化膜及びゲート電極を順に積層したゲート構造を形成する工程と、
前記半導体基板のＬＤＤ領域に第２導電型の低濃度不純物領域を形成する工程と、
前記ゲート構造のドレイン側の前記半導体基板に該ゲート構造下に延びた第２導電型の高濃度不純物領域を形成する工程と、
前記ゲート構造の両側面にサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォール及び前記ゲート構造をマスクとして自己整合的に高濃度不純物を導入することにより、前記半導体基板に高濃度の第２導電型のソース領域及びドレイン領域を形成する工程と、
を具備する不揮発性半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記ゲート構造下に延びた第２導電型の高濃度不純物領域を形成する工程は、前記ゲート構造の一部及び前記ソース側の前記半導体基板をレジストで覆い、該レジスト及び前記ゲート構造をマスクとして前記半導体基板に高濃度不純物を斜めにイオン注入することによって形成する工程である請求項５又は６に記載の不揮発性半導体装置の製造方法。
【請求項８】
第１導電型の半導体基板上に、トンネル酸化膜、窒化膜、トップ酸化膜及びゲート電極を順に積層したゲート構造を形成する工程と、
前記ゲート構造のソース側の前記半導体基板に該ゲート構造下に延びた第２導電型の低濃度不純物領域を形成する工程と、
前記ゲート構造のドレイン側の前記半導体基板に該ゲート構造下に延びた第２導電型の高濃度不純物領域を形成する工程と、
前記ゲート構造の両側面にサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォール及び前記ゲート構造をマスクとして自己整合的に高濃度不純物を導入することにより、前記半導体基板に高濃度の第２導電型のソース領域及びドレイン領域を形成する工程と、
を具備する不揮発性半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記ゲート構造下に延びた第２導電型の低濃度不純物領域を形成する工程は、前記ゲート構造をマスクとして前記半導体基板に低濃度不純物を斜めにイオン注入することによって形成する工程である請求項８に記載の不揮発性半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記ゲート構造下に延びた第２導電型の高濃度不純物領域を形成する工程は、前記ゲート構造をマスクとして前記半導体基板に高濃度不純物を斜めにイオン注入することによって形成する工程である請求項６、８及び９のいずれか一項に記載の不揮発性半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不揮発性半導体装置及びその製造方法に係わり、特に、閾値電圧の制御を安定させ、ドレイン端に蓄積した電荷が少量であってもチャネルへ与える影響を大きくできる不揮発性半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１１は、従来の不揮発性半導体装置の一例を示す断面図である。この不揮発性半導体装置は、ＭＯＮＯＳ(Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor)素子であり、特開平５−１１０１１４号公報に開示されている。
Ｐ型のシリコン基板１０１上には誘電体ゲート構造１１１が形成されている。この誘電体ゲート構造１１１は、シリコン基板上にトンネル酸化膜１０２、窒化膜１０３、トップ酸化膜１０４、ゲート電極１０５がその順に積層されたものである。
【０００３】
誘電体ゲート構造１１１の両側のシリコン基板にはＮ＋領域であるソース拡散層１０６及びドレイン拡散層１０７が形成されている。ドレイン拡散層１０７とシリコン基板１０１との間には、シリコン基板と同じ導電型でシリコン基板よりも高不純物濃度のＰ＋外部拡散層１０８が形成されている。
【０００４】
上記従来の不揮発性半導体装置では、ドレイン拡散層１０７とシリコン基板１０１との間にＰ＋外部拡散層１０８を形成することにより、データの書き込み／消去時にドレインに電圧が印加されると、ドレイン拡散層１０７とＰ＋外部拡散層１０８との高濃度のＰＮ接合部の空間電荷密度が高くなり、この部分で電界が集中する。そのため、書き込み／消去時にドレイン端においてホットエレクトロンやホットホールが効率よく発生し、これらの電荷が速やかに窒化膜１０３に注入される。
【０００５】
また、Ｐ＋外部拡散層１０８が存在することにより、ドレイン拡散層１０７がシリコン基板１０１と直接に接する場合に比べて、ドレイン拡散層１０７とＰ＋外部拡散層１０８のＰＮ接合部の空乏層がソース側に延び難くなり、短チャネル素子の場合でも、ソース−ドレイン間が空乏層で連結されなくなり、パンチスルー電流の発生が抑制される。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１１０１１４号公報（第１４，１５段落、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の不揮発性半導体装置では、ドレイン拡散層１０７とシリコン基板１０１との間にＰ＋外部拡散層１０８を形成しているため、ドレイン近傍のチャネル領域の不純物濃度が上がることになる。このような構造であると、次のような問題点がある。
【０００８】
ドレイン近傍のＰ＋外部拡散層１０８の不純物濃度によって閾値電圧Ｖｔｈが決定されることになるので、不純物濃度制御が難しくＶｔｈが不安定になってしまう。
また、Ｐ＋外部拡散層１０８が存在することにより、ドレイン端付近に蓄積された電荷（電子トラップ）がチャネルへ与える影響が小さくなるため、より多くの電荷を窒化膜１０３に蓄積させる必要が生じる。
【０００９】
上述した問題点は、従来の不揮発性半導体装置をリバースリードで動作させた場合により顕著に発生する。リバースリードとは、書き込み／消去時と読み出し時のソース・ドレインを入れ替える方法である。すなわち書き込み／消去時に電圧を印加するドレイン拡散層を、読み出し時にはソース拡散層として動作させることにより、蓄積された電荷の有無による読み出し電流の差異をより高精度に検出することができる。特にソース・ドレイン構造が非対称である場合、リバースリードを用いると読み出し時には電界集中を起こし難くすることができるため、読み出し動作に伴う特性変動が発生しにくいという利点もある。
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、書き込み／消去動作を効率よく行い、閾値電圧の制御を安定させ、ドレイン端に蓄積した電荷が少量であってもチャネルへ与える影響を大きくできる不揮発性半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
尚、本明細書では書き込み／消去時に電圧を印加する拡散層をドレイン拡散層として表記している。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明に係る不揮発性半導体装置は、第１導電型の半導体基板上に形成されたトンネル酸化膜と、
前記トンネル酸化膜上に形成された窒化膜と、
前記窒化膜上に形成されたトップ酸化膜と、
前記トップ酸化膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の両側面に形成されたサイドウォールと、
前記サイドウォールの両側の前記半導体基板に形成された高濃度の第２導電型のソース拡散層及びドレイン拡散層と、
前記ドレイン拡散層における前記ゲート電極下側の端に形成され、前記サイドウォール下から前記ゲート電極下に延びて形成された第２導電型の高濃度不純物拡散層と、
前記ソース拡散層における前記ゲート電極下側の端に形成され、前記サイドウォール下に形成された第２導電型の低濃度不純物拡散層と、
を具備する。
【００１１】
上記不揮発性半導体装置によれば、ドレイン拡散層におけるゲート電極下側の端に、サイドウォール下からゲート電極下に延びるように第２導電型の高濃度不純物拡散層を形成して、ソース拡散層側の不純物分布とは別にドレイン拡散層側の不純物分布を制御することにより、第２導電型の高濃度不純物拡散層と第１導電型のチャネル領域との濃度勾配を高めることができる。このようなドレイン構造をとることにより書き込み／消去時にドレイン端での電界集中を起こしやすくしながらも、チャネル領域の不純物濃度を比較的に一定にすることができ、閾値電圧Ｖｔｈを安定化させることができる。また、ドレイン端の窒化膜に蓄積した電荷が第１導電型のチャネル領域へ与える影響が大きくなる。またリバースリード法を使う場合、読み出し動作に伴う特性変動を抑えることができる。
【００１２】
また、本発明に係る不揮発性半導体装置において、前記第２導電型の高濃度不純物拡散層は前記ドレイン拡散層の深さより深く形成されていることも可能である。
【００１３】
本発明に係る不揮発性半導体装置は、第１導電型の半導体基板上に形成されたトンネル酸化膜と、
前記トンネル酸化膜上に形成された窒化膜と、
前記窒化膜上に形成されたトップ酸化膜と、
前記トップ酸化膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の両側面に形成されたサイドウォールと、
前記サイドウォールの両側の前記半導体基板に形成された高濃度の第２導電型のソース拡散層及びドレイン拡散層と、
前記ドレイン拡散層における前記ゲート電極下側の端に形成され、前記サイドウォール下から前記ゲート電極下に延びて形成された第２導電型の高濃度不純物拡散層と、
前記ソース拡散層における前記ゲート電極下側の端に形成され、前記サイドウォール下から前記ゲート電極下に延びて形成された第２導電型の低濃度不純物拡散層と、
を具備する。
【００１４】
本発明に係る不揮発性半導体装置は、ゲート構造の両側の半導体基板中に、該半導体基板と逆導電型で高濃度のソース拡散層とドレイン拡散層とを備え、前記ゲート構造中の絶縁膜に電荷を保持することでトランジスタの閾値を変化させる不揮発性半導体装置において、
前記ソース拡散層における前記ゲート構造下側の端に形成された前記ソース拡散層と同じ導電型の低濃度不純物拡散層と、
前記ドレイン拡散層における前記ゲート構造下側の端に形成された前記ドレイン拡散層と同じ導電型の高濃度不純物拡散層と、
を具備する。
【００１５】
上記不揮発性半導体装置によれば、ドレイン拡散層におけるゲート構造下側の端に、ドレイン拡散層と同じ導電型の高濃度不純物拡散層を形成して、ソース拡散層側の不純物分布とは別にドレイン拡散層側の不純物分布を制御することにより、高濃度不純物拡散層と逆導電型のチャネル領域との濃度勾配を高めることができる。このようなドレイン構造をとることにより書き込み／消去時にドレイン端での電界集中を起こしやすくしながらも、チャネル領域の不純物濃度を比較的に一定にすることができ、閾値電圧Ｖｔｈを安定化させることができる。また、ドレイン端の窒化膜に蓄積した電荷がチャネル領域へ与える影響を大きくできる。またリバースリード法を使う場合、読み出し動作に伴う特性変動を抑えることができる。
【００１６】
本発明に係る不揮発性半導体装置の製造方法は、第１導電型の半導体基板上に、トンネル酸化膜、窒化膜、トップ酸化膜及びゲート電極を順に積層したゲート構造を形成する工程と、
前記ゲート構造のソース側の前記半導体基板に第２導電型の低濃度不純物領域を形成する工程と、
前記ゲート構造のドレイン側の前記半導体基板に該ゲート構造下に延びた第２導電型の高濃度不純物領域を形成する工程と、
前記ゲート構造の両側面にサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォール及び前記ゲート構造をマスクとして自己整合的に高濃度不純物を導入することにより、前記半導体基板に高濃度の第２導電型のソース領域及びドレイン領域を形成する工程と、
を具備する。
【００１７】
上記不揮発性半導体装置の製造方法によれば、ソース側の半導体基板に第２導電型の低濃度不純物領域を形成する工程とは別の工程で、ドレイン側の半導体基板に第２導電型の高濃度不純物拡散層を形成しているため、この高濃度不純物拡散層と第１導電型であるチャネル領域との濃度勾配を確実に高めることができる。このようなドレイン構造をとることにより書き込み／消去時にドレイン端での電界集中を起こしやすくしながらも、チャネル領域の不純物濃度をほぼ一定にすることができ、閾値電圧Ｖｔｈを安定化させることができる。また、ドレイン端の窒化膜に蓄積した電荷が第１導電型のチャネル領域へ与える影響を大きくできる。またリバースリード法を使う場合、読み出し動作に伴う特性変動を抑えることができる。
【００１８】
本発明に係る不揮発性半導体装置の製造方法は、第１導電型の半導体基板上に、トンネル酸化膜、窒化膜、トップ酸化膜及びゲート電極を順に積層したゲート構造を形成する工程と、
前記半導体基板のＬＤＤ領域に第２導電型の低濃度不純物領域を形成する工程と、
前記ゲート構造のドレイン側の前記半導体基板に該ゲート構造下に延びた第２導電型の高濃度不純物領域を形成する工程と、
前記ゲート構造の両側面にサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォール及び前記ゲート構造をマスクとして自己整合的に高濃度不純物を導入することにより、前記半導体基板に高濃度の第２導電型のソース領域及びドレイン領域を形成する工程と、
を具備する。
【００１９】
また、本発明に係る不揮発性半導体装置の製造方法において、前記ゲート構造下に延びた第２導電型の高濃度不純物領域を形成する工程は、前記ゲート構造の一部及び前記ソース側の前記半導体基板をレジストで覆い、該レジスト及び前記ゲート構造をマスクとして前記半導体基板に高濃度不純物を斜めにイオン注入することによって形成する工程であることも可能である。
【００２０】
本発明に係る不揮発性半導体装置の製造方法は、第１導電型の半導体基板上に、トンネル酸化膜、窒化膜、トップ酸化膜及びゲート電極を順に積層したゲート構造を形成する工程と、
前記ゲート構造のソース側の前記半導体基板に該ゲート構造下に延びた第２導電型の低濃度不純物領域を形成する工程と、
前記ゲート構造のドレイン側の前記半導体基板に該ゲート構造下に延びた第２導電型の高濃度不純物領域を形成する工程と、
前記ゲート構造の両側面にサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォール及び前記ゲート構造をマスクとして自己整合的に高濃度不純物を導入することにより、前記半導体基板に高濃度の第２導電型のソース領域及びドレイン領域を形成する工程と、
を具備する。
【００２１】
また、本発明に係る不揮発性半導体装置の製造方法において、前記ゲート構造下に延びた第２導電型の低濃度不純物領域を形成する工程は、前記ゲート構造をマスクとして前記半導体基板に低濃度不純物を斜めにイオン注入することによって形成する工程であることも可能である。
【００２２】
また、本発明に係る不揮発性半導体装置の製造方法において、前記ゲート構造下に延びた第２導電型の高濃度不純物領域を形成する工程は、前記ゲート構造をマスクとして前記半導体基板に高濃度不純物を斜めにイオン注入することによって形成する工程であることも可能である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による不揮発性半導体装置を示す断面図である。この不揮発性半導体装置はＭＯＮＯＳ型のフラッシュメモリである。
【００２４】
図１に示すように、Ｐ型のシリコン基板１の上には誘電体ゲート構造１１が形成されている。この誘電体ゲート構造１１は、シリコン基板上にトンネル酸化膜２、窒化膜３、トップ酸化膜４、ゲート電極５がその順に積層されたものである。トンネル酸化膜２はシリコン酸化膜からなり、窒化膜３はシリコン窒化膜からなり、トップ酸化膜４はシリコン酸化膜からなり、ゲート電極５は多結晶シリコン膜からなる。
【００２５】
誘電体ゲート構造１１の両側面にはシリコン酸化膜からなる酸化膜スペーサ（サイドウォール）８，９が形成されている。酸化膜スペーサ８，９の両側のシリコン基板には高濃度のＮ＋領域であるソース拡散層６及びドレイン拡散層７が形成されている。ドレイン拡散層７の端部且つ酸化膜スペーサ９の下には高濃度のＮ＋拡散層１０が形成されている。ソース拡散層６の端部且つ酸化膜スペーサ８の下には低濃度のＮ―拡散層１２が形成されている。高濃度のＮ＋拡散層１０は、低濃度のＮ―拡散層１２に比べて誘電体ゲート構造１１の側面よりチャネル領域側に延びて形成されている。
【００２６】
上記実施の形態１による不揮発性半導体装置によれば、ドレイン拡散層７の端に高濃度のＮ＋拡散層１０を形成して、ソース拡散層側の不純物分布とは別にドレイン拡散層側の不純物分布を制御することにより、Ｎ＋拡散層１０とＰ型であるチャネル領域との濃度勾配を高めることができる。このようなドレイン構造をとることにより書き込み／消去時にドレイン端での電界集中を起こしやすくしながらも、チャネル領域のＰ型不純物濃度を比較的に一定にすることができ、閾値電圧Ｖｔｈを安定化させることができる。
【００２７】
また、ドレイン拡散層７の端に高濃度のＮ＋拡散層１０を形成することにより、ドレイン端の窒化膜３に蓄積した電荷がＰ型のチャネル領域へ与える影響が大きくなる。従って、窒化膜３に蓄積させる電荷を比較的に少なくしても安定して動作させることが可能となる。その結果、プログラム速度や消去速度を向上させるだけでなく、蓄積電荷の放出によるリテンション特性（電荷保持特性）も向上させることができる。またリバースリード法を使う場合、読み出し動作に伴う特性変動を抑えることができる。
【００２８】
以下、本発明の実施の形態１による不揮発性半導体装置の製造方法について図２及び図３を参照しつつ説明する。図２及び図３は、図１に示す不揮発性半導体装置を製造する方法を示す断面図である。
まず、図２（Ａ）に示すように、Ｐ型のシリコン基板１の上に、トンネル酸化膜２、窒化膜３、トップ酸化膜４及びゲート電極５をその順に積層し、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術によりパターニングして帯状の誘電体ゲート構造１１を形成する。
【００２９】
次に、誘電体ゲート構造１１の一部及びシリコン基板１の上にドレイン側を覆うレジストパターン１３を形成する。次いで、このレジストパターン１３及び誘電体ゲート構造１１をマスクとしてシリコン基板１に低濃度不純物１４をイオン注入することにより、シリコン基板１のソース側のＬＤＤ(lightly doped drain)領域には低濃度不純物が導入されて低濃度のＮ―拡散層１２が形成される。
【００３０】
この後、図２（Ｂ）に示すように、レジストパターン１３を除去し、誘電体ゲート構造１１の一部及びシリコン基板１の上にソース側を覆うレジストパターン１５を形成する。次いで、レジストパターン１５及び誘電体ゲート構造１１をマスクとしてシリコン基板１に高濃度不純物１６を斜めにイオン注入することにより、シリコン基板１のドレイン側には高濃度のＮ＋拡散層１０が形成される。この際のイオン注入は、シリコン基板１の表面の垂直方向に対して２０°〜５０°程度傾斜させて不純物を注入する。このため、高濃度のＮ＋拡散層１０は低濃度のＮ―拡散層１２に比べて誘電体ゲート構造１１の側面よりチャネル領域側に入り込むように形成される。
【００３１】
次に、図３（Ｃ）に示すように、レジストパターン１５を除去した後に、誘電体ゲート構造１１を含む全面上にシリコン酸化膜をＣＶＤ（chemical vapor deposition）法により堆積する。次いで、このシリコン酸化膜をエッチバックすることにより、誘電体ゲート構造１１の両側面に酸化膜スペーサ（サイドウォール）８，９が形成される。
【００３２】
この後、図３（Ｄ）に示すように、誘電体ゲート構造１１及び酸化膜スペーサ８，９をマスクとしてシリコン基板１に高濃度不純物１７をイオン注入し、熱処理を施して不純物を拡散させることにより、シリコン基板１には高濃度のＮ＋領域であるソース拡散層６及びドレイン拡散層７が形成される。
【００３３】
上記実施の形態１による不揮発性半導体装置の製造方法によれば、ソース側のＬＤＤ領域を形成する工程とは別の工程で、ドレイン側の高濃度のＮ＋拡散層１０を形成しているため、Ｎ＋拡散層１０とＰ型であるチャネル領域との濃度勾配を確実に高めることができる。このようなドレイン構造をとることにより書き込み／消去時にドレイン端での電界集中を起こしやすくしながらも、チャネル領域のＰ型不純物濃度をほぼ一定にすることができ、閾値電圧Ｖｔｈを安定化させることができる。また、ドレイン端の窒化膜３に蓄積した電荷がＰ型のチャネル領域へ与える影響が大きくなるので、窒化膜３に蓄積させる電荷を比較的に少なくしても安定して動作させることが可能となる。その結果、プログラム速度や消去速度を向上させるだけでなく、蓄積電荷の放出によるリテンション特性（電荷保持特性）も向上させることができる。またリバースリード法を使う場合、読み出し動作に伴う特性変動を抑えることができる。
【００３４】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２による不揮発性半導体装置を示す断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付す。
【００３５】
図４に示すように、Ｐ型のシリコン基板１の上には誘電体ゲート構造１１が形成されている。誘電体ゲート構造１１の具体的に構成は実施の形態１と同様である。誘電体ゲート構造１１の両側面には酸化膜スペーサ（サイドウォール）８，９が形成されている。酸化膜スペーサ８，９の両側のシリコン基板には高濃度のＮ＋領域であるソース拡散層６及びドレイン拡散層７が形成されている。
【００３６】
ドレイン拡散層７の端部且つ酸化膜スペーサ９の下には高濃度のＮ＋拡散層１０が形成されている。ソース拡散層６の端部且つ酸化膜スペーサ８の下には低濃度のＮ―拡散層１８が形成されている。高濃度のＮ＋拡散層１０及び低濃度のＮ―拡散層１８はともに誘電体ゲート構造１１の側面よりチャネル領域側に延びて形成されている。
【００３７】
上記実施の形態２による不揮発性半導体装置においても実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
すなわち、ドレイン拡散層７の端に高濃度のＮ＋拡散層１０を形成して、ソース拡散層側の不純物分布とは別にドレイン拡散層側の不純物分布を制御することにより、Ｎ＋拡散層１０とＰ型であるチャネル領域との濃度勾配を高めることができる。このようなドレイン構造をとることにより書き込み／消去時にドレイン端での電界集中を起こしやすくしながらも、チャネル領域のＰ型不純物濃度を比較的に一定にすることができ、閾値電圧Ｖｔｈを安定化させることができる。また、ドレイン端の窒化膜３に蓄積した電荷がＰ型のチャネル領域へ与える影響が大きくなるので、窒化膜３に蓄積させる電荷を比較的に少なくしても安定して動作させることが可能となる。その結果、プログラム速度や消去速度を向上させるだけでなく、蓄積電荷の放出によるリテンション特性（電荷保持特性）も向上させることができる。またリバースリード法を使う場合、読み出し動作に伴う特性変動を抑えることができる。
【００３８】
以下、本発明の実施の形態２による不揮発性半導体装置の製造方法について図５及び図６を参照しつつ説明する。図５及び図６は、図４に示す不揮発性半導体装置を製造する方法を示す断面図である。
まず、図５（Ａ）に示すように、Ｐ型のシリコン基板１の上に、トンネル酸化膜２、窒化膜３、トップ酸化膜４及びゲート電極５をその順に積層し、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術によりパターニングして帯状の誘電体ゲート構造１１を形成する。
【００３９】
次いで、誘電体ゲート構造１１をマスクとしてシリコン基板１に低濃度不純物１４をイオン注入する。この際、シリコン基板（ウエハ）１を傾けることにより、シリコン基板１のソース側のＬＤＤ領域のみに低濃度不純物が導入されて低濃度のＮ―拡散層１８を形成する。前記ウエハを傾ける際は、ウエハ１の表面の垂直方向に対して２０°〜５０°程度傾斜させるものとする。このため、高濃度のＮ―拡散層１８は誘電体ゲート構造１１の側面よりチャネル領域側に入り込むように形成される。
【００４０】
次いで、誘電体ゲート構造１１をマスクとしてシリコン基板１に高濃度不純物１６をイオン注入する。この際、シリコン基板（ウエハ）１を傾けることにより、シリコン基板１のドレイン側のみに高濃度不純物が導入されて高濃度のＮ＋拡散層１０を形成する。前記ウエハを傾ける際は、ウエハ１の表面の垂直方向に対して２０°〜５０°程度傾斜させるものとする。このため、高濃度のＮ＋拡散層１０は誘電体ゲート構造１１の側面よりチャネル領域側に入り込むように形成される。
【００４１】
前記低濃度不純物１４及び前記高濃度不純物１６をイオン注入する工程でレジストマスクを用いないため、本実施の形態では、レジストマスク工程を増加することなく、非対称のソース及びドレイン領域を有する不揮発性半導体装置を形成することが可能となる。
【００４２】
次に、図５（Ｂ）に示すように、誘電体ゲート構造１１の両側面に酸化膜スペーサ（サイドウォール）８，９を形成する。
この後、図６に示すように、誘電体ゲート構造１１及び酸化膜スペーサ８，９をマスクとしてシリコン基板１に高濃度不純物１７をイオン注入し、熱処理を施して不純物を拡散させることにより、シリコン基板１には高濃度のＮ＋領域であるソース拡散層６及びドレイン拡散層７が形成される。
【００４３】
上記実施の形態２による不揮発性半導体装置の製造方法によれば、ソース側のＬＤＤ領域を形成する工程とは別の工程で、ドレイン側の高濃度のＮ＋拡散層１０を形成しているため、ソース側の不純物領域とドレイン側の不純物領域を独立して形成することができる。これにより、Ｎ＋拡散層１０とＰ型であるチャネル領域との濃度勾配を確実に高めることができる。このようなドレイン構造をとることにより書き込み／消去時にドレイン端での電界集中を起こしやすくしながらも、チャネル領域のＰ型不純物濃度をほぼ一定にすることができ、閾値電圧Ｖｔｈを安定化させることができる。また、ドレイン端の窒化膜３に蓄積した電荷がＰ型のチャネル領域へ与える影響が大きくなるので、窒化膜３に蓄積させる電荷を比較的に少なくしても安定して動作させることが可能となる。その結果、プログラム速度や消去速度を向上させるだけでなく、蓄積電荷の放出によるリテンション特性（電荷保持特性）も向上させることができる。またリバースリード法を使う場合、読み出し動作に伴う特性変動を抑えることができる。
【００４４】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３による不揮発性半導体装置を示す断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付す。
【００４５】
図７に示すように、Ｐ型のシリコン基板１の上には誘電体ゲート構造１１が形成されている。誘電体ゲート構造１１の具体的に構成は実施の形態１と同様である。誘電体ゲート構造１１の両側面には酸化膜スペーサ（サイドウォール）８，９が形成されている。酸化膜スペーサ８，９の両側のシリコン基板には高濃度のＮ＋領域であるソース拡散層６及びドレイン拡散層７が形成されている。
【００４６】
ドレイン拡散層７の端部且つ酸化膜スペーサ９の下には高濃度のＮ＋拡散層１９が形成されている。このＮ＋拡散層１９は誘電体ゲート構造１１の側面よりチャネル領域側に延びて形成されている。ソース拡散層６の端部且つ酸化膜スペーサ８の下には低濃度のＮ―拡散層１２が形成されている。
上記実施の形態３による不揮発性半導体装置においても実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
以下、本発明の実施の形態３による不揮発性半導体装置の製造方法について図８及び図９を参照しつつ説明する。図８及び図９は、図７に示す不揮発性半導体装置を製造する方法を示す断面図である。
まず、図８（Ａ）に示すように、Ｐ型のシリコン基板１の上に、トンネル酸化膜２、窒化膜３、トップ酸化膜４及びゲート電極５をその順に積層し、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術によりパターニングして帯状の誘電体ゲート構造１１を形成する。
【００４８】
次いで、誘電体ゲート構造１１をマスクとしてシリコン基板１に低濃度不純物１４をイオン注入する。これにより、シリコン基板１のＬＤＤ領域に低濃度不純物が導入されて低濃度のＮ―拡散層１２を形成する。
この後、図８（Ｂ）に示すように、誘電体ゲート構造１１の一部及びシリコン基板１の上にソース側を覆うレジストパターン１５を形成する。
【００４９】
次いで、レジストパターン１５及び誘電体ゲート構造１１をマスクとしてシリコン基板１に高濃度不純物１６を斜めにイオン注入することにより、シリコン基板１のドレイン側には高濃度のＮ＋拡散層１９が形成される。この際のイオン注入は、シリコン基板１の表面の垂直方向に対して２０°〜５０°程度傾斜させて不純物を注入する。このため、高濃度のＮ＋拡散層１９は低濃度のＮ―拡散層１２に比べて誘電体ゲート構造１１の側面よりチャネル領域側に入り込むように形成される。
【００５０】
次に、図９（Ｃ）に示すように、レジストパターン１５を除去した後に、誘電体ゲート構造１１の両側面に酸化膜スペーサ（サイドウォール）８，９を形成する。
この後、図９（Ｄ）に示すように、誘電体ゲート構造１１及び酸化膜スペーサ８，９をマスクとしてシリコン基板１に高濃度不純物１７をイオン注入し、熱処理を施して不純物を拡散させることにより、シリコン基板１には高濃度のＮ＋領域であるソース拡散層６及びドレイン拡散層７が形成される。
【００５１】
上記実施の形態３による不揮発性半導体装置の製造方法においても実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
すなわち、ＬＤＤ領域を形成する工程を行った後に、ドレイン側の高濃度のＮ＋拡散層１９を形成するイオン注入を追加して行っているため、Ｎ＋拡散層１９とＰ型であるチャネル領域との濃度勾配を確実に高めることができる。このようなドレイン構造をとることにより書き込み／消去時にドレイン端での電界集中を起こしやすくしながらも、チャネル領域のＰ型不純物濃度をほぼ一定にすることができ、閾値電圧Ｖｔｈを安定化させることができる。また、ドレイン端の窒化膜３に蓄積した電荷がＰ型のチャネル領域へ与える影響が大きくなるので、窒化膜３に蓄積させる電荷を比較的に少なくしても安定して動作させることが可能となる。その結果、プログラム速度や消去速度を向上させるだけでなく、蓄積電荷の放出によるリテンション特性（電荷保持特性）も向上させることができる。またリバースリード法を使う場合、読み出し動作に伴う特性変動を抑えることができる。
【００５２】
尚、上記実施の形態３では、図８（Ｂ）に示すように、レジストパターン１５及び誘電体ゲート構造１１をマスクとしてシリコン基板１に高濃度不純物１６を斜めにイオン注入することにより、シリコン基板１のドレイン側に高濃度のＮ＋拡散層１９を形成しているが、この工程を次のように変更して実施することも可能である。つまり、レジストパターン１５を用いることなく、シリコン基板（ウエハ）１を傾けて高濃度不純物１６を斜めにイオン注入することにより、シリコン基板１のドレイン側のみに高濃度不純物が導入されて高濃度のＮ＋拡散層１９を形成することも可能である。
【００５３】
（実施の形態４）
図１０は、本発明の実施の形態４による不揮発性半導体装置を示す断面図であり、図７と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【００５４】
図１０に示すように、ドレイン拡散層７の端部及び下部を覆うように高濃度のＮ＋拡散層２０が形成されている。
上記実施の形態４による不揮発性半導体装置においても実施の形態３と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
尚、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態１による不揮発性半導体装置を示す断面図。
【図２】（Ａ），（Ｂ）は、図１の不揮発性半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図３】（Ｃ），（Ｄ）は、図１の不揮発性半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図４】本発明の実施の形態２による不揮発性半導体装置を示す断面図。
【図５】（Ａ），（Ｂ）は、図４の不揮発性半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図６】図４の不揮発性半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図７】本発明の実施の形態３による不揮発性半導体装置を示す断面図。
【図８】（Ａ），（Ｂ）は、図７の不揮発性半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図９】（Ｃ），（Ｄ）は、図４の不揮発性半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図１０】本発明の実施の形態４による不揮発性半導体装置を示す断面図。
【図１１】従来の不揮発性半導体装置の一例を示す断面図
【符号の説明】
【００５７】
１，１０１…シリコン基板（ウエハ）、２，１０２…トンネル酸化膜、３，１０３…窒化膜、４，１０４…トップ酸化膜、５，１０５…ゲート電極、６，１０６…ソース拡散層、７，１０７…ドレイン拡散層、８，９…酸化膜スペーサ（サイドウォール）、１０…高濃度のＮ＋拡散層、１１，１１１…誘電体ゲート構造、１２…低濃度のＮ―拡散層、１３…レジストパターン、１４…低濃度不純物、１５…レジストパターン、１６，１７…高濃度不純物、１８…低濃度のＮ―拡散層、１９…高濃度のＮ＋拡散層、２０…高濃度のＮ＋拡散層、１０８…Ｐ＋外部拡散層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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