(57)【要約】【課題】占有面積を増加することなくトンネル絶縁膜の劣化を抑制して高い信頼性を持った電気的書  き換え可能な半導体不揮発性メモリ装置を得る。【解決手段】ドレイン領域内のトンネル領域とフローティングゲート電極領域との間には、トンネル絶縁膜が設けられており、トンネル領域のエッジ近傍のフローティングゲート電極の不純物濃度は、その他の箇所のフローティングゲート電極の不純物濃度に比べて低く設定した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板の表面に、互いに間隔を置いて設けられた第２導電型のソース領域とドレイン領域と、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記半導体基板の表面領域であるチャネル形成領域と、前記ソース領域と前記ドレイン領域と前記チャネル形成領域の上にゲート絶縁膜を介して設けられたフローティングゲート電極と、前記フローティングゲート電極とコントロール絶縁膜を介して容量結合したコントロール電極とからなる電気的書き換え可能な半導体不揮発性メモリにおいて、
前記ドレイン領域内のトンネル領域と前記フローティングゲート電極との間には、トンネル絶縁膜が設けられており、
前記フローティングゲート電極は、前記トンネル領域のエッジ近傍に設けられた第１のフローティングゲート電極と、その他の箇所に設けられた第２のフローティングゲート電極とからなり、前記第１のフローティングゲート電極の不純物濃度は前期第２のフローティングゲート電極の不純物濃度に比べて低くなっている電気的書き換え可能な半導体不揮発性メモリ装置。
【請求項２】
前記第１のフローティングゲート電極の不純物濃度は、１立方センチメートル当たり１×１０16ａｔｏｍｓ以下である請求項１記載の電気的書き換え可能な半導体不揮発性メモリ装置。
【請求項３】
前記第１のフローティングゲート電極の不純物濃度は、１立方センチメートル当たり１×１０16ａｔｏｍｓ以下であり、前記第２のフローティングゲート電極の不純物濃度は１立方センチメートル当たり１×１０19ａｔｏｍｓ以上である請求項１記載の電気的書き換え可能な半導体不揮発性メモリ装置。
【請求項４】
前記フローティングゲート電極は、ポリシリコンよりなる請求項１記載の電気的書き換え可能な半導体不揮発性メモリ装置。
【請求項５】
前記トンネル絶縁膜あるいは前記コントロール絶縁膜の少なくとも一方は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の複合膜である請求項１記載の電気的書き換え可能な半導体不揮発性メモリ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器に用いられる電気的書き換え可能な半導体不揮発性メモリ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気的書き換え可能な半導体不揮発性メモリセル（以下ＥＥＰＲＯＭセルと略す）は、Ｐ型シリコン基板上にチャネル領域を介してＮ型ソース領域とＮ型ドレイン領域が配置され、Ｎ型ドレイン領域上の一部にトンネル領域を設け、約１００Åあるいはそれ以下の薄いシリコン酸化膜あるはシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の複合膜などからなるトンネル絶縁膜を介してフローティングゲート電極が形成され、フローティングゲート電極上には薄い絶縁膜からなるコントロール絶縁膜を介してコントロールゲート電極が形成され、フローティングゲート電極はコントロールゲート電極と強く容量結合している。
【０００３】
フローティングゲート電極およびコントロールゲート電極は、チャネル領域上に延設されておりチャネル領域のコンダクタンスはフローティングゲート電極の電位によって変化する。
【０００４】
したがって、フローティングゲート電極中の電荷量を変えることにより情報を不揮発性で記憶することができる。トンネル領域を兼ねたドレイン領域にコントロールゲートに対して約１５ｖ以上の電位差を与えることにより、フローティングゲートの電子をトンネル領域のトンネル絶縁膜を介してドレイン領域に放出したり、逆にフローティングゲート電極に注入したりすることができる。
【０００５】
このようにして、フローティングゲートの電荷量を変化させて、不揮発性メモリとして機能させる。
【０００６】
このようなＥＥＰＲＯＭセルをマトリクス状に多数配置して、メモリアレイを形成し、大容量の不揮発性メモリ半導体装置を得る。
【０００７】
ここで、特に電子を通過させるトンネル絶縁膜を有するトンネル領域は重要で、数十万回に及ぶ多数回のメモリセル情報の書き換えを可能にすることや、メモリ情報の数十年にわたる長期保存（電荷の保持）の要求に対して支配的な役目を果たす。
【０００８】
トンネル領域およびトンネル絶縁膜の信頼性改善策として、ドレイン領域と隣接して不純物濃度の異なるトンネル領域を設けて書き換え特性や保持特性を向上させる例も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１−１６００５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、改善例のようにドレイン領域と別に専用のトンネル領域を設ける半導体装置においては、占有面積が増大し半導体装置のコストアップに繋がるなどの問題点があった。また、書き換え特性や保持特性に顕著に影響を与えるトンネル領域のエッジへの配慮はなされていなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記問題点を解決するために、本発明は半導体装置を以下のように構成した。
第１導電型の半導体表面領域の表面に、互いに間隔を置いて設けられた第２導電型のソース領域とドレイン領域と、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記半導体領域表面であるチャネル形成領域と、前記ソース領域と前記ドレイン領域と前記チャネル形成領域の上にゲート絶縁膜を介して設けられたフローティングゲート電極と、前記フローティングゲート電極とコントロール絶縁膜を介して容量結合したコントロール電極とからなる電気的書き換え可能な半導体不揮発性メモリにおいて、前記ドレイン領域内のトンネル領域と前記フローティングゲート電極領域との間には、トンネル絶縁膜が設けられており、前記トンネル領域のエッジ近傍の前記フローティングゲート電極の不純物濃度は、その他の箇所の前記フローティングゲート電極の不純物濃度に比べて低く設定されている電気的書き換え可能な半導体不揮発性メモリ装置とした。
【００１２】
また、前記トンネル領域のエッジ近傍の前記フローティングゲート電極の不純物濃度は、１立方センチメートル当たり１×１０16ａｔｏｍｓ以下である請求項１記載の電気的書き換え可能な半導体不揮発性メモリ装置とした。
【００１３】
また、前記トンネル領域のエッジ近傍の前記フローティングゲート電極の不純物濃度は、１立方センチメートル当たり１×１０16ａｔｏｍｓ以下であり、その他の箇所の前記フローティングゲート電極の不純物濃度は１立方センチメートル当たり１×１０19ａｔｏｍｓ以上である請求項１記載の電気的書き換え可能な半導体不揮発性メモリ装置とした。
【００１４】
また、前記フローティングゲート電極は、ポリシリコンよりなる請求項１記載の電気的書き換え可能な半導体不揮発性メモリ装置とした。
【００１５】
さらに、前記トンネル絶縁膜あるいは前記コントロール絶縁膜の少なくとも一方は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の複合膜である請求項１記載の電気的書き換え可能な半導体不揮発性メモリ装置とした。
【発明の効果】
【００１６】
電気的書き換え可能な半導体不揮発性メモリ装置における書き換え特性や保持特性に顕著に影響を与えるトンネル領域の欠陥の生じやすいエッジ部において、トンネル領域のエッジ部近傍のフローティングゲート電極の不純物濃度を他の領域のフローティングゲート領域の不純物濃度に比べて低く設定してあるので、データの書き換えや保持動作においてフローティングゲート電極とドレイン領域との間に高い電圧がかかった際には、トンネル領域のエッジ部近傍のフローティングゲート電極は空乏化して、実質的なトンネル絶縁膜の厚さが増加したような構造になり、最もストレスのかかるフローティングゲート電極エッジ部への電界集中を防止することができ、トンネル絶縁膜の信頼性を向上させ、より多くのデータ書き換え回数や、データ保持時間を達成することができる。また、トンネル領域のエッジ近傍の前記フローティングゲート電極の不純物濃度は、１立方センチメートル当たり１×１０16ａｔｏｍｓ以下として、低い印加電圧でも容易に空乏層が伸びやすい不純物濃度に設定してあり、一方、その他の箇所のフローティングゲート電極の不純物濃度は１立方センチメートル当たり１×１０19ａｔｏｍｓ以上の高い不純物濃度としてあるので、特にコントロール絶縁膜の形成や、アスペリティの確保に有効である。さらにトンネル絶縁膜あるいはコントロール絶縁膜の少なくとも一方は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の複合膜として、信頼性を向上させた。
【００１７】
これらの手段によって、電気的書き換え可能な半導体不揮発性メモリ装置における書き換え特性や保持特性に顕著に影響を与えるトンネル領域の欠陥の生じやすいエッジ部への電界集中を防止し、占有面積を増加することなくトンネル絶縁膜の劣化を抑制して高い信頼性を持った電気的書き換え可能な半導体不揮発性メモリ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による電気的書き換え可能な半導体不揮発性メモリ装置の模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明による電気的書き換え可能な半導体不揮発性メモリ装置の模式的断面図である。
【００２１】
第１導電型のＰ型の半導体基板１０１表面に、互いに間隔を置いて第２導電型のＮ型のソース領域２０１とドレイン領域２０２とが設けられ、ソース領域２０１とドレイン領域２０２との間のＰ型の半導体基板１０１表面であるチャネル形成領域と、ソース領域２０１とドレイン領域２０２とチャネル形成領域の上には、例えばシリコン酸化膜からなる厚さ４００Åのゲート絶縁膜３０１を介してポリシリコンなどからなるフローティングゲート電極５０１が設けられ、フローティングゲート電極５０１上には、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜あるいはそれらの複合膜などからなるコントロール絶縁膜６０１を介して容量結合したポリシリコンなどからなるコントロールゲート電極７０１が形成されており、ドレイン領域２０２内のトンネル領域８０１とフローティングゲート電極５０１との間には、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜あるいはそれらの複合膜などからなるトンネル絶縁膜４０１が形成されている。ここで、トンネル領域８０１のトンネル絶縁膜とゲート絶縁膜との段差部であるエッジ近傍には、その他の領域にあるフローティングゲート電極５０１とは異なった不純物濃度を有するトンネル領域エッジ部の低不純物濃度のフローティングゲート電極５０２が配置されており、その他の領域にあるフローティングゲート電極５０１の不純物濃度は１立方センチメートル当たり１×１０19ａｔｏｍｓ以上であるのに対して、トンネル領域エッジ部の低不純物濃度のフローティングゲート電極５０２の不純物濃度は、１立方センチメートル当たり１×１０16ａｔｏｍｓ以下に設定されている。
【００２２】
本発明による実施例によれば、電気的書き換え可能な半導体不揮発性メモリ装置における書き換え特性や保持特性に顕著に影響を与えるトンネル領域８０１の欠陥の生じやすいエッジ部において、トンネル領域８０１のエッジ部近傍のフローティングゲート電極５０２の不純物濃度を他の領域のフローティングゲート領域５０１の不純物濃度に比べて低く設定してあるため、データの書き換えや保持動作においてフローティングゲート電極５０１とドレイン領域２０２との間に高い電圧がかかった際には、トンネル領域８０１のエッジ部近傍のフローティングゲート電極５０２は空乏化して、実質的なトンネル絶縁膜４０１の厚さが増加した構造になるため、最もストレスのかかるフローティングゲート電極エッジ部への電界集中を防止することができ、トンネル絶縁膜４０１の信頼性を向上させ、より多くのデータ書き換え回数や、データ保持時間を達成することができる。また、トンネル領域８０１のエッジ近傍の前記フローティングゲート電極５０２の不純物濃度は、１立方センチメートル当たり１×１０16ａｔｏｍｓ以下として、低い印加電圧でも容易に空乏層が伸びやすい不純物濃度に設定してあり、一方、その他の箇所のフローティングゲート電極５０１の不純物濃度は１立方センチメートル当たり１×１０19ａｔｏｍｓ以上の高い不純物濃度としてあるので、特にコントロール絶縁膜の形成や、アスペリティの確保に有効である。さらにトンネル絶縁膜４０１あるいはコントロール絶縁膜６０１の少なくとも一方は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の複合膜として、信頼性を向上させた。
【００２３】
これらの手段によって、電気的書き換え可能な半導体不揮発性メモリ装置における書き換え特性や保持特性に顕著に影響を与えるトンネル領域８０１の欠陥の生じやすいエッジ部への電界集中を防止し、占有面積を増加することなくトンネル絶縁膜４０１の劣化を抑制して高い信頼性を持った電気的書き換え可能な半導体不揮発性メモリ装置を得ることができる。
【符号の説明】
【００２４】
１０１  Ｐ型のシリコン基板
２０１  Ｎ型ソース領域
２０２  Ｎ型ドレイン領域
３０１  ゲート絶縁膜
４０１  トンネル絶縁膜
５０１  フローティングゲート電極
５０２  トンネル領域エッジ部の低不純物濃度のフォローティングゲート電極
６０１  コントロール絶縁膜
７０１  コントロールゲート電極
８０１  トンネル領域
【図１】
2012074516.tif 000003