(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提供する。【解決手段】トンネル領域のエッジ近傍のトンネル絶縁膜上には、トンネル絶縁膜とは異なる材質の絶縁膜からなる電界緩和層を配置した。【選択図】  図１
2012134322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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電極と、前記フローティングゲート電極とコントロールゲート絶縁膜を介して容量結合したコントロールゲート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トンネル絶縁膜上には、前記トンネル絶縁膜とは異なる材質の絶縁膜からなる電界緩和層を配置した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】
前記電界緩和層の材質は、シリコン窒化膜である請求項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。
【請求項３】
前記コントロールゲート絶縁膜と前記電界緩和層の両方は、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。
【請求項４】
前記電界緩和層の幅は、前記トンネル絶縁膜の膜厚以上である請求項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５】
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。
【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ゲート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電極に対して約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電極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電極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ある。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し、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からである。
【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。
【００１２】
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電極と、前記フローティングゲート電極とコントロールゲート絶縁膜を介して容量結合したコントロールゲート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トンネル絶縁膜上には、前記トンネル絶縁膜とは異なる材質の絶縁膜からなる電界緩和層を配置した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、前記電界緩和層の材質は、シリコン窒化膜であ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。
【００１４】
また、前記コントロールゲート絶縁膜と前記電界緩和層の両方は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の複合膜であ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。
【００１５】
また、前記電界緩和層の幅は、前記トンネル絶縁膜の膜厚以上であ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。
【００１６】
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】
【００１７】
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近傍のトンネル絶縁膜上には、トンネル絶縁膜とは異なる材質の絶縁膜からなる電界緩和層を配置したため、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とドレイン領域との間に高い電圧がかかった際にも、トンネル領域のエッジ部近傍には電界緩和層が設置されており、実質的なトンネル絶縁膜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。ここで、電界緩和層は、トンネル絶縁膜と異なった材質の絶縁膜とすることで、例えばトンネル絶縁膜とのエッチング選択比が大きくとれるなど、下地となるトンネル絶縁膜にダメージを与えることなく、容易に加工ができる。また、誘電率を変化させれば、より薄い膜で効果的に電界を緩和することができる。また、電界緩和層の材質にシリコン窒化膜を用いれば半導体製造工程で一般に使われる材質であり、加工精度、膜の信頼性の観点で優れている。
【００１８】
また、コントロールゲート絶縁膜と電界緩和層の両方を、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の複合膜とすることで、工程の容易さや、膜の信頼性が向上する。また、電界緩和層の幅は、トンネル絶縁膜の膜厚以上とすることで、電界緩和層でトンネル領域エッジ部を十分にカバーすることができる。
【００１９】
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】
【００２０】
【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】
【００２１】
以下では図面を用いて実施例について説明する。
【実施例１】
【００２２】
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。
【００２３】
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ゲート絶縁膜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のエッジ近傍のトンネル絶縁膜４０１上には、トンネル絶縁膜４０１とは異なる材質の絶縁膜で構成された電界緩和層９５１が配置されている。ここで、電界緩和層９５１の材質にシリコン窒化膜を用いることが可能である。シリコン窒化膜は半導体製造工程で一般に使われる材質であり、加工精度、膜の信頼性の観点で優れている。
【００２４】
また、コントロールゲート絶縁膜６０１と電界緩和層９５１の両方を、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の複合膜とすることで、工程が容易になり、膜の信頼性も向上する。電界緩和層９５１の材質は、その他、工程や加工の容易さ、誘電率などに勘案して、適宜選定してよい。
【００２５】
また、電界緩和層９５１の幅は、トンネル絶縁膜４０１の厚さ以上とすることで、トンネル領域のエッジ部を十分にカバーし、エッジ部の電界緩和の効果を十分に奏することができる。
【００２６】
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、トンネル絶縁膜４０１上には、トンネル絶縁膜４０１とは異なる材質の絶縁膜からなる電界緩和層９５１を配置したため、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とドレイン領域との間に高い電圧がかかった際にも、トンネル領域のエッジ部近傍には電界緩和層９５１が設置されており、実質的なトンネル絶縁膜の厚さが増加した構造になり、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。
【００２７】
ここで、電界緩和層９５１は、トンネル絶縁膜４０１と異なった材質の絶縁膜とすることで、例えばトンネル絶縁膜４０１とのエッチング選択比が大きくとれるなど、下地となるトンネル絶縁膜４０１にダメージを与えることなく、容易に加工ができる。また、誘電率を変化させれば、より薄い膜で効果的に電界を緩和することができる。また、電界緩和層９５１の材質にシリコン窒化膜を用いることも可能であり、シリコン窒化膜は半導体製造工程で一般に使われる材質であり、加工精度、膜の信頼性の観点で優れている。
【００２８】
また、コントロールゲート絶縁膜６０１と電界緩和層９５１の両方を、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の複合膜とすることで、工程の容易さや、膜の信頼性が向上する。また、電界緩和層９５１の幅は、トンネル絶縁膜４０１の膜厚以上とすることで、電界緩和層９５１でトンネル領域エッジ部を十分にカバーすることができる。
【００２９】
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、占有面積をほとんど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。
【符号の説明】
【００３０】
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
６０１  コントロールゲート絶縁膜
７０１  コントロールゲート電極
８０１  トンネル領域
９５１  電界緩和層
【図１】
2012134322.tif 000003