(57)【要約】【課題】  センス電圧のマージンを大きくし、従来に比べてより厳しい条件下において不揮発性メモリの書き換え寿命を向上させ、更に不揮発性メモリとしての信頼性を高めることを可能とした不揮発性メモリ及びその製造方法を提供する。【解決手段】  基板１６のアクティブ領域１０２と浮遊ゲート電極１２との間に介在するトンネル酸化膜領域１３ａを有し、このトンネル酸化膜領域１３ａはその平面視での形状が円形であり、且つその直径が０．６４μｍ以上、０．７６μｍ以下となっている。このような構成であれば、メモリセルの書き換え寿命を向上できる。【選択図】  図１
2007027373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板のアクティブ領域と浮遊ゲート電極との間に介在するトンネル絶縁膜領域を有し、
前記トンネル絶縁膜領域はその平面視での形状が円形であり、且つその直径が０．６４μｍ以上、０．７６μｍ以下であることを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項２】
前記アクティブ領域と隣接するようにして前記基板に設けられた素子分離膜領域を有し、
前記トンネル絶縁膜領域の端部は、前記素子分離膜領域から０．３７μｍ以上離れていることを特徴とする請求項１に記載の不揮発性メモリ。
【請求項３】
アクティブ領域を有する基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上にホトレジストを塗布する工程と、
前記アクティブ領域上の前記ホトレジストに平面視で円形且つ所望の直径を有する第１の開口部を形成する工程と、
前記第１の開口部が形成された前記ホトレジストをマスクに前記第１の絶縁膜にエッチング処理を施して、当該第１の絶縁膜に前記基板の前記アクティブ領域を底面とする第２の開口部を形成する工程と、
前記第２の開口部を形成した後で前記ホトレジストを除去する工程と、
前記ホトレジストを除去した後の前記第１の絶縁膜上及び前記基板上に第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜上に第１の半導体膜と、第３の絶縁膜と、第２の半導体膜とを順次形成する工程と、
前記第２の半導体膜と、前記第３の絶縁膜と、前記第１の半導体膜とを順次パターニングして、前記第２の半導体膜からなる制御ゲート電極と、前記第１の半導体膜からなる浮遊ゲート電極とを形成する工程と、を備え、
前記第１の絶縁膜に形成される前記第２の開口部は、その平面視での形状が円形であり、且つその直径が０．６４μｍ以上、０．７６μｍ以下であることを特徴とする不揮発性メモリの製造方法。
【請求項４】
前記第２の開口部を形成する工程の前に、
前記アクティブ領域と隣接するようにして前記基板に素子分離膜領域を形成する工程を備え、
前記第２の開口部を形成する工程では、当該第２の開口部の端部を前記素子分離膜領域から０．３７μｍ以上離すことを特徴とする請求項３に記載の不揮発性メモリの製造方法。
【請求項５】
前記ホトレジストを除去する工程と前記第２の絶縁膜を形成する工程との間に、
前記基板を所定の薬液で洗浄する工程を備え、
前記所定の薬液には、
ＮＨ4ＯＨとＨ2Ｏ2とＨ2Ｏとを含む低温の混合液と、ＨＣｌとＨ2Ｏ2とＨ2Ｏとを含む混合液と、を使用することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の不揮発性メモリの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不揮発性メモリを備えた半導体装置及びその製造方法に関し、特に、不揮発性メモリの書き換え回数を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電気的に書き換え消去可能なメモリとして不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ、Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）が知られている。現在、不揮発性メモリは、ＡＶ機器、デジカメ、ポータブルＣＤ、パソコン等の様々なアプリケーションに使用されており、不揮発性メモリの信頼性を確保することは重要である。この信頼性を表す指標として、データの書き換え特性（書き換え寿命）、電荷保持特性、工程欠陥が起因の偶発不良、等が挙げられる。特に、指標のひとつである書き換え寿命は、不揮発性メモリにデータの書き込みと消去を何回繰り返しても正常に動作を行えることを示すものとして重要視されており、現在までに書き換え寿命の向上をめざす開発がなされてきた。ここで、不揮発性メモリの従来技術としては、例えば特許文献１に開示されたものがある。
【０００３】
図８（ａ）及び（ｂ）は、従来例に係る不揮発性メモリの構成例を示す断面図と平面図である。図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、この不揮発性メモリは、メモリセルトランジスタ７０及び選択トランジスタ７７から構成されている。メモリセルトランジスタ７０は、基板７６にソース領域７４及び中間領域７５が形成され、その上に浮遊ゲート電極７２及び制御ゲート電極７１が形成された構造となっている。浮遊ゲート電極７２と制御ゲート電極７１の間には酸化膜７３が介在し、且つ酸化膜７３で全体を覆われており、更にこれらは層間絶縁膜（図示せず）で囲まれている。
【０００４】
また、選択トランジスタ７７は、基板７６にドレイン領域７９及び中間領域７５が形成され、その上にゲート酸化膜７８及び選択ゲート電極７０１が形成された構造となっている。メモリセルトランジスタ７０及び選択トランジスタ７７は中間領域７５を共有している。図８（ａ）に示すように、浮遊ゲート電極７２及び制御ゲート電極７１はそれぞれ断面視で下方に突き出た突部を有し、図８（ｂ）に示すように浮遊ゲート電極７２の突部７２ａは平面視で円形に形成されている。この突部７２ａはトンネル酸化膜領域７３ａに対応しており、トンネル酸化膜領域７３ａも平面視で円形に形成されている。
図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、トンネル酸化膜領域７３ａが平面視で円形に形成された構造のものは、平面視で四角形に形成された構造のものよりも、角部への電界の集中が緩和されるという点で、書き換え寿命を向上できる。
【０００５】
次に、この不揮発性メモリの動作を説明する。
選択トランジスタをＯＮさせた状態で、制御ゲート電極７１に高電圧を印加し、ドレイン領域７９に０Ｖを印加することにより、中間領域７５上の非常に薄い酸化膜（トンネル酸化膜）にて形成されたトンネル酸化膜領域７３ａを通して電子をトンネルさせ、中間領域７５から浮遊ゲート電極７２に電子を注入して「１」のデータの書き込みを行う。このとき、メモリセルトランジスタ７０の閾値Ｖｔｈｅは例えば５Ｖに設定されている。また、選択トランジスタをＯＮさせた状態で、ドレイン領域７９に高電圧を印加し、制御ゲート電極７１に０Ｖを印加することにより、トンネル酸化膜領域７３ａを通して電子をトンネルさせ、浮遊ゲート電極７２から中間領域７５に電子を放出して「０」のデータ書き込みを行う。このとき、メモリセルトランジスタ７０の閾値Ｖｔｈｗは例えば−２Ｖに設定されており、「１」のデータ書き込み時の閾値Ｖｔｈｅよりも低くなっている。
【０００６】
一方、データ読み出し時は、ソース領域７４及びドレイン領域７９間に電圧を印加するとともに、制御ゲート電極７１に電圧を印加することにより、浮遊ゲート電極７２に電子が注入されているか、又は放出されているかを検出し、「１」又は「０」のデータの判定を行う。このときの制御ゲート電極７１に電圧を印加した電圧をセンス電圧と呼び、「０」のデータ書き込み時の閾値Ｖｔｈｗと「１」のデータ書き込み時の閾値Ｖｔｈｅの中間の値となるように設定される。センス電圧を印加したときに、メモリセルトランジスタ７０がＯＮしてドレイン領域７９から中間領域７５を介してソース領域７４に電流が流れた場合は、データは「０」であると判定される。メモリセルトランジスタ７０がＯＦＦして電流が流れない場合は、データは「１」であると判定される。
【特許文献１】特開平３−２９３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来の不揮発性メモリでは、書き換え回数が増加するに従い、「０」のデータ書き込み時の閾値Ｖｔｈｗと「１」のデータ書き込み時の閾値Ｖｔｈｅが劣化してしまうという現象が見られる。
図７は不揮発性メモリの単体におけるＶｔｈウインドウ図を示しており、縦軸は「０」のデータ書き込み時の閾値Ｖｔｈｗ、「１」のデータ書き込み時の閾値Ｖｔｈｅ、及びセンス電圧の値を示し、横軸は書き換え回数を示す。
【０００８】
上記の劣化現象について、図７を参照しながら詳述すると、例えば、不揮発性メモリが製造された直後の「０」のデータ書き込み時の閾値Ｖｔｈｗは−２Ｖであり、「１」のデータ書き込み時の閾値Ｖｔｈｅは５Ｖであるが、書き換えを重ねるうちに書き込み時の閾値Ｖｔｈｗ、消去時の閾値Ｖｔｈｅは共に劣化していき、「０」のデータ書き込み時の閾値Ｖｔｈｗと「１」のデータ書き込み時の閾値Ｖｔｈｅとの差（Ｖｔｈウインドウ）が狭くなっていくナローイング現象が起こる。
【０００９】
センス電圧は不揮発性メモリのデータに対し「１」「０」を判定する基準となる電圧であるため、「０」のデータ書き込み時の閾値Ｖｔｈｗまたは「１」のデータ書き込み時の閾値Ｖｔｈｅに対して十分なマージンが必要である。
しかしながら、実際の現象として図７に示したように、書き込み時の閾値Ｖｔｈｗ及び消去時の閾値Ｖｔｈｅは書き換え回数の累積に伴って劣化してしまい、Ｖｔｈウインドウは徐々に狭くなってしまう。そのため、書き換え回数の累積に伴って、センス電圧のＶｔｈｗ及びＶｔｈｅに対するマージンを十分に取ることが出来なくなり、「１」又は「０」のデータを判定できなくなり、不揮発性メモリに誤作動が発生してしまうおそれがあった。
【００１０】
また、書き換え時の温度を高くすればよりＶｔｈウインドウが狭くなる傾向がみられる。その結果、書き換え寿命に関し製品を選別する際に、例えば書き換え回数を数十万回以上、高温として条件を厳しく設定した場合、製品選別後の不良率が高くなってしまうという問題があった。
不揮発性メモリは、従来、様々なアプリケーションに使用されてきたが、近年は、産業計測用途や車載用途など厳しい環境下でも使用され、このような厳しい環境下にも耐えうるためには、不揮発性メモリの信頼性の確保は重要である。
【００１１】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、センス電圧のマージンを大きくし、従来に比べてより厳しい条件下において不揮発性メモリの書き換え寿命を向上させ、更に不揮発性メモリとしての信頼性を高めることを可能とした不揮発性メモリ及びその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は上述した劣化現象を見出し、前記課題を解決するため本発明をなすに至った。すなわち、発明１の不揮発性メモリは、基板のアクティブ領域と浮遊ゲート電極との間に介在するトンネル絶縁膜領域を有し、前記トンネル絶縁膜領域はその平面視での形状が円形であり、且つその直径が０．６４μｍ以上、０．７６μｍ以下であることを特徴とするものである。
発明２の不揮発性メモリは、発明１の不揮発性メモリにおいて、前記アクティブ領域と隣接するようにして前記基板に設けられた素子分離膜領域を有し、前記トンネル絶縁膜領域の端部は、前記素子分離膜領域から０．３７μｍ以上離れていることを特徴とするものである。
【００１３】
発明３の不揮発性メモリの製造方法は、アクティブ領域を有する基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜上にホトレジストを塗布する工程と、前記アクティブ領域上の前記ホトレジストに平面視で円形且つ所望の直径を有する第１の開口部を形成する工程と、前記第１の開口部が形成された前記ホトレジストをマスクに前記第１の絶縁膜にエッチング処理を施して、当該第１の絶縁膜に前記基板の前記アクティブ領域を底面とする第２の開口部を形成する工程と、前記第２の開口部を形成した後で前記ホトレジストを除去する工程と、前記ホトレジストを除去した後の前記第１の絶縁膜上及び前記基板上に第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜上に第１の半導体膜と、第３の絶縁膜と、第２の半導体膜とを順次形成する工程と、前記第２の半導体膜と、前記第３の絶縁膜と、前記第１の半導体膜とを順次パターニングして、前記第２の半導体膜からなる制御ゲート電極と、前記第１の半導体膜からなる浮遊ゲート電極とを形成する工程と、を備え、前記第１の絶縁膜に形成される前記第２の開口部は、その平面視での形状が円形であり、且つその直径が０．６４μｍ以上、０．７６μｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１４】
発明４の不揮発性メモリの製造方法は、発明３の不揮発性メモリの製造方法において、前記第２の開口部を形成する工程の前に、前記アクティブ領域と隣接するようにして前記基板に素子分離膜領域を形成する工程を備え、前記第２の開口部を形成する工程では、当該第２の開口部の端部を前記素子分離膜領域から０．３７μｍ以上離すことを特徴とするものである。
【００１５】
発明５の不揮発性メモリの製造方法は、発明３又は発明４の不揮発性メモリの製造方法において、前記ホトレジストを除去する工程と前記第２の絶縁膜を形成する工程との間に、前記基板を所定の薬液で洗浄する工程を備え、前記所定の薬液には、ＮＨ4ＯＨとＨ2Ｏ2とＨ2Ｏとを含む低温の混合液と、ＨＣｌとＨ2Ｏ2とＨ2Ｏとを含む混合液と、を使用することを特徴とするものである。ここで、低温とは、例えば４０〜６０℃程度の温度のことである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、メモリセルの書き換え寿命を向上できる。例えば、従来、室温下で書き換え回数が１００万回であった書き換え寿命を、高温９０℃での書き換え可能回数を１５０万回にし、そのときの不良率を１％以下に抑えることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る不揮発性メモリの構成例を示す断面図と平面図である。図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、この不揮発性メモリは、メモリセルトランジスタ１０及び選択トランジスタ１７から構成されている。メモリセルトランジスタ１０は、基板１６にソース領域１４及び中間領域１５が形成され、ソース領域１４と中間領域１５とに挟まれた領域上から中間領域１５上にかけて浮遊ゲート電極１２及び制御ゲート電極１１が形成された構造となっている。高さ方向に積層された浮遊ゲート電極１２と制御ゲート電極１１との間には酸化膜１３が介在し、且つ酸化膜１３で全体を覆われており、更にこれらは層間絶縁膜で囲まれている（図示せず）。
【００１８】
また、選択トランジスタ１７は、基板１６にドレイン領域１９及び中間領域１５が形成され、ドレイン領域１９と中間領域１５とに挟まれた領域上にゲート酸化膜１８及び選択ゲート電極１０１が形成された構造となっている。メモリセルトランジスタ１０１及び選択トランジスタ１７は中間領域１５を共有している。
図１（ａ）に示すように、浮遊ゲート電極１２及び制御ゲート電極１１はそれぞれ断面視で下方に突き出た突部を有し、図１（ｂ）に示すように浮遊ゲート電極１２の突部１２ａは平面視で円形に形成されている。この突部１２ａはトンネル酸化膜領域１３ａに対応しており、トンネル酸化膜領域１３ａも平面視で円形に形成されている。
ここで、図１（ｂ）に示すように、本発明の実施の形態に係るトンネル酸化膜領域１３ａの直径（ＴＮ径）をＡとし、図８（ｂ）に示すように、従来例に係るトンネル酸化膜領域７３ａの直径をＢとしたとき、ＡはＢよりも大きな値となっている（即ち、Ａ＞Ｂ）。
【００１９】
次に、図１（ａ）及び（ｂ）に示す不揮発性メモリの動作を説明する。選択トランジスタをＯＮさせた状態で、制御ゲート電極１１に高電圧（例えば、１８〜２０Ｖ）を印加し、ドレイン領域１９に０Ｖを印加することにより、中間領域１５上の非常に薄い酸化膜（トンネル酸化膜）にて形成されたトンネル酸化膜領域１３ａを通して電子をトンネルさせ、中間領域１５から浮遊ゲート電極１２に電子を注入して「１」のデータの書き込みを行う。このとき、メモリセルトランジスタ１０の閾値Ｖｔｈｅは例えば５Ｖに設定されている。
【００２０】
また、選択トランジスタをＯＮさせた状態で、ドレイン領域１９に高電圧（例えば、１８〜２０Ｖ）を印加し、制御ゲート電極１１に０Ｖを印加することにより、トンネル酸化膜領域１３ａを通して電子をトンネルさせ、浮遊ゲート電極１２から中間領域１５に電子を放出して「０」のデータ書き込みを行う。このとき、メモリセルトランジスタ１０の閾値Ｖｔｈｗは例えば−２Ｖに設定されており、「１」のデータ書き込み時の閾値Ｖｔｈｅよりも低くなっている。
【００２１】
一方、データ読み出し時は、ソース領域１４及びドレイン領域１９間に電圧を印加するとともに、制御ゲート電極１１にセンス電圧を印加することにより、浮遊ゲート電極１２に電子が注入されているか、又は放出されているかを検出し、「１」又は「０」のデータの判定を行う。ここで、センス電圧は、「０」のデータ書き込み時の閾値Ｖｔｈｗと「１」のデータ書き込み時の閾値Ｖｔｈｅの中間の値となるように設定される。センス電圧を印加したときに、メモリセルトランジスタ１０がＯＮしてドレイン領域１９から中間領域１５を介してソース領域１４に電流が流れた場合は、データは「０」であると判定される。メモリセルトランジスタ１０がＯＦＦして電流が流れない場合は、データは「１」であると判定される。
【００２２】
次に、本発明の実施の形態に係る不揮発性メモリの製造プロセスについて説明する。
図２（ａ）〜図３（ｄ）は、本発明の実施の形態に係る不揮発性メモリの製造プロセスを示す断面図である。
初めに、基板１６上に酸化膜２０を形成する（図２（ａ））。次に、酸化膜２０上にホトレジスト２１を塗布する（図２（ｂ））。そして、露光量（露光時間、露光強度）を所望の値に設定し、パターニングされたレチクルを用いて、ホトリソグラフィにより所望の直径を備えた開口部２１ａをアクティブ領域上方のホトレジスト２１に形成する（図２（ｃ））。この開口部２１ａの平面視での形状は円形である。
【００２３】
開口部２１ａを形成後、ウエットエッチングにより酸化膜２０をエッチングし、開口部２０ａを形成する（図２（ｄ））。この開口部２０ａの底面は、基板１６のアクティブ領域表面である。また、この開口部２０ａの平面視での形状は、開口部２１ａと同様に円形である。次に、ホトレジスト２１を除去した後、低温（例えば、４０〜６０℃）のＮＨ4ＯＨ／Ｈ2Ｏ2／Ｈ2Ｏ混合液及び、ＨＣｌ／Ｈ2Ｏ2／Ｈ2Ｏ混合液を用いて、基板１６の洗浄を行う（図３（ａ））。低温のＮＨ4ＯＨ／Ｈ2Ｏ2／Ｈ2Ｏ混合液及び、ＨＣｌ／Ｈ2Ｏ2／Ｈ2Ｏ混合液により洗浄を行うと、基板表面の有機物の除去と、重金属の除去ができ、酸化膜とシリコン基板の界面状態が良好になる。
【００２４】
洗浄後、熱酸化によりトンネル酸化膜になる酸化膜２２を形成し、その酸化膜２２上に浮遊ゲート電極になるポリシリコン２３を形成する（図３（ｂ）、図３（ｃ））。最後に、ポリシリコン２３上に酸化膜２４、制御ゲート電極となるポリシリコン２５を順に形成し、パターンニングして制御ゲート電極１１及び浮遊ゲート電極１２を形成する（図３（ｄ））。
なお、上記の説明において、基板１６は例えばシリコン（Ｓｉ）であり、酸化膜２０，２２，２４は例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）である。
【００２５】
（実施例）
上述した製造プロセスで不揮発性メモリを作成した。トンネル酸化膜領域（以下、「ＴＮ部」ともいう。）のマスク寸法を０．５μｍ、露光時間を８００ｍｓとしたとき、作成した不揮発性メモリのトンネル酸化膜領域の直径（ＴＮ径）は０．６９μｍであった。不揮発性メモリは幅１．５μｍのアクティブ領域に作成され、制御ゲート電極長が２．０μｍ、浮遊ゲート電極長が２．４μｍ、浮遊ゲート電極幅が２．６μｍに加工される。この不揮発性メモリは、不良率が１％以上となる時の書き換え寿命は３００万回であった。
【００２６】
（実験及びその結果）
上記実施例に対する比較例（即ち、従来例）として、トンネル酸化膜領域の直径（ＴＮ径）が小さい不揮発性メモリを作成した。ＴＮ部のマスク寸法を０．４５μｍ、露光時間を５２５ｍｓとしたとき、作成した不揮発性メモリのＴＮ径は０．５９μｍであった。この不揮発性メモリは、不良率が１％以上となる時の書き換え寿命は１２０万回であった。
【００２７】
図４は、不良率が１％以上となる時の書き換え寿命のトンネル酸化膜領域の直径（ＴＮ径）依存性を表す図である。縦軸は、不良率が１％以上となる時の書き換え寿命であり、書き換え回数を表している。横軸は、トンネル酸化膜領域の直径（ＴＮ径）である。このときの書き換え寿命の測定は、温度９０℃の高温雰囲気中で行った。
【００２８】
具体的な測定方法は、前工程で加工されたウエハーについて後工程で選別検査を行った後、良品チップを採取し、プラスチックパッケージに組み、専用の書き換え寿命評価用のボードにセットし、書き換えストレスを与えた。このとき、チップをセットした評価ボードは、９０℃に昇温した恒温ベーク炉の中に設置する。メモリーセルアレイの選択したページに、データ１、０を交互に連続的に書き込み、１ビットでもデータ「０」、あるいはデータ「１」の読み出しができなくなった時点で、不良と判定した。
【００２９】
なお、この試験では、書き換えの回数の最大値を４００万回とした。セットしたすべてのサンプルが不良となるまで書き換えを行っても良いが、その場合には試験時間の長大が予想されるので、上記のような最大値を設定した。また、この試験では、「１」のデータを書き込むために制御ゲート電極に印加する高電圧を１９Ｖとし、「０」のデータを書き込むためにドレイン領域に印加する高電圧を１９Ｖとした。
【００３０】
図４からわかるように、９０℃の高温において、１５０万回以上の書き換え回数で、不良率１％以下を達成するには、ＴＮ径は０．６μｍ以上必要であり、より好ましくは０．６５μｍ以上必要である。ＴＮ径の増加に伴い、書き換え回数が増加する傾向が確認された。また、ＴＮ径が０．６μｍ未満であると１５０万回未満で１％の不良率を超えてしまうという結果を得た。
【００３１】
図５は、ＴＮ部のマスク寸法が０．５０μｍのレチクルを使用したときの、露光量とＴＮ寸法の関係を示す。縦軸は、ＴＮ径を示し、横軸は露光量を示す。図５からわかるように、感光及び現像後のマスクのＴＮ径の寸法（ＴＮ現寸）、マスクによるエッチング後のトンネル酸化膜領域のＴＮ径の寸法（ＴＮ完寸）は、共に露光量（露光時間）に比例して大きくなっている。これは、露光時間を延ばすと、露光部が現像液に対して可溶となる性質を持つポジ型ホトレジストの露光部が増え、現像後のマスクのＴＮ径は増える。それに伴い、エッチング後のＴＮ完寸も増えるためである。従って、露光時間や露光強度を変えて露光量を調節することにより、所望のトンネル酸化膜領域の口径を得ることができる。
【００３２】
図６は、本発明の不揮発性メモリの単体における書き換え試験を行い、そのＶｔｈウインドウ図を示す。縦軸はデータ「０」書き込み時の閾値Ｖｔｈｗ、データ「１」書き込み時の閾値Ｖｔｈｅ、及びセンス電圧の値を示し、横軸は書き換え回数を示す。図６に示すように、ＴＮ径を大きくすると書き換え寿命が延びることがわかる。
【００３３】
本発明に係るＴＮ径が０．７１５μｍのメモリセルは、初期のＶｔｈウインドウは狭いが、書き換え回数増加に伴う狭まりは抑制される。一方、ＴＮ径が０．５７４μｍのメモリセルは、初期のＶｔｈウインドウは広いが、書き換え回数増加に伴う狭まりが顕著である。これは、ＴＮ径を大きくすることにより、カップリングレシオが低下し、書き換え時のトンネル酸化膜を通過する電流の単位面積当たりの密度が低下するためと考えられる。カップリングレシオとは、メモリセルに印加した電圧に対して、その電圧がどの程度有効にトンネル酸化膜に印加されるかを表した値のことである。また、反対に、ＴＮ径が小さいと書き換え時にトンネル酸化膜を通過する電流の単位面積当たりの密度が高くなり、ＴＮ部にかかるストレスが増え、ＴＮ部中の欠陥が増え、電子の注入、放出がしにくくなるためと考えられる。
【００３４】
なお、ＴＮ部の位置がフィールド酸化膜のエッジに近くなるほど、選別検査で収率が低下する傾向にある。具体的には、ＴＮ径が０．７６μｍ以上のメモリセルにおいては、フィールド酸化膜方向にマージンが少ない。例えば、図１（ｂ）においてアクティブ領域１０２の幅をＣとする。
図１（ｂ）において、アクティブ領域１０２の幅Ｃが１．５μｍの場合、ＴＮ径が０．７６μｍのメモリセルにおいては、合わせズレが０ならばトンネル酸化膜領域１３ａの端部（以下、「ＴＮ端」という。）とフィールド酸化膜領域１０３との間隔が約０．３７μｍ対し、トンネル酸化膜領域１３ａの位置を意図的に±０．１μｍずらすと選別検査での収率は低下する。よって、合わせズレに対するマージンを確保するためには、ＴＮ端とフィールド酸化膜領域１０３との間隔は０．３７μｍ以上離すのが好ましく、より好ましくは０．３７５μｍ以上、さらに好ましくは０．３８５μｍ以上である。
【００３５】
また、上述したように、書き換え寿命はＴＮ径に依存することから、ＴＮ径は、センター値を０．７０μｍとして、０．６４μｍ〜０．７６μｍの範囲内で加工するのが好ましく、またその中でも０．６５μｍ〜０．７５μｍの範囲内で加工するのがより好ましい。さらに、０．６７μｍ〜０．７３μｍの範囲内での加工であれば、よりいっそう良い製品収率が得られ好ましい。なぜなら、ＴＮ径が０．７６μｍ以上であると、ホトリソグラフィ工程でレチクルと基板１６との合わせズレが発生した場合に収率がとれないので、０．７０μｍ狙いで加工精度が良い方が本発明の効果が大きい。
【００３６】
結論として、上記手法により、ＴＮ径を０．７０μｍに加工することで、書き換え寿命１５０万回以上で１％の不良率を達成することができる。
この実施の形態では、トンネル酸化膜領域１３ａが本発明の「トンネル絶縁膜領域」に対応し、フィールド酸化膜領域１０３が本発明の「素子分離膜領域」に対応している。また、酸化膜２０が本発明の「第１の絶縁膜」に対応し、開口部２１ａが本発明の「第１の開口部」に対応している。さらに、開口部２０ａが本発明の「第２の開口部」に対応し、酸化膜２２が本発明の「第２の絶縁膜」に対応している。また、ポリシリコン２３が本発明の「第１の半導体膜」に対応し、酸化膜２４が本発明の「第３の絶縁膜」に対応している。さらに、ポリシリコン２５が本発明の「第２の半導体膜」に対応している。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、例えば、ＡＶ機器、デジカメ、ポータブルＣＤ、パソコン等のアプリケーションに使用され、産業計測用途や車載用途などにも使用される不揮発性メモリで好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の不揮発性メモリの図である。
【図２】本発明のプロセスフロー図（その１）である。
【図３】本発明のプロセスフロー図（その２）である。
【図４】トンネル酸化膜領域の直径と書き換え寿命の関係を示す図である。
【図５】露光量とトンネル酸化膜領域の直径の関係を示す図である。
【図６】不揮発性メモリのＶｔｈウインドウの試験結果を示す図である。
【図７】不揮発性メモリのＶｔｈウインドウを示す概念図である。
【図８】従来の不揮発性メモリの図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  メモリセルトランジスタ
１１  制御電極
１２  浮遊ゲート電極
１２ａ  突部
１３ａ  トンネル酸化膜領域（ＴＮ部）
１４  ソース領域
１５  中間領域
１６  基板
１７  選択トランジスタ
１８  ゲート酸化膜
１９  ドレイン領域
２０，２２，２４酸化膜
２０ａ，２１ａ  開口部
２１  ホトレジスト
２３，２５  ポリシリコン
１０１  選択ゲート電極
１０２  アクティブ領域
１０３  フィールド酸化膜領域
【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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