(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】フローティングゲート電極を、掘り下げ領域に埋め込んで形成し、ドレイン領域内のトンネル領域と掘り下げ領域に埋め込まれて形成されたフローティングゲート電極の側面との間にトンネル絶縁膜を設ける。【選択図】  図１
2012164823.tif 000002
【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およびドレイン領域と、前記ソース領域および前記ドレイン領域との間の前記半導体基板に設けられたチャネル形成領域と、前記ソース領域および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、
前記ソース領域の一部および前記ドレイン領域の一部と、前記ソース領域および前記ドレイン領域との間の前記半導体基板には、前記半導体基板の表面から下方に掘り下げられた掘り下げ領域が形成されており、前記掘り下げ領域には前記チャネル形成領域が形成されており、前記フローティングゲート電極は、前記掘り下げ領域に埋め込まれており、前記ドレイン領域内のトンネル領域および前記掘り下げ領域に埋め込まれた前記フローティングゲート電極の側面との間には、トンネル絶縁膜が設けら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。
【請求項２】
前記フローティングゲート電極は、前記掘り下げ領域に埋め込まれているとともに、連続して前記ソース領域上方および前記ドレイン領域上方にも延設されており、前記フローティングゲート電極の上面および側面を覆うように配置された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が配置されている請求項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】
前記掘り下げ領域の深さは、５０００オングストローム以下である請求項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４】
前記掘り下げ領域の深さは、１００００オングストローム以下である請求項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５】
前記トンネル絶縁膜あるいは前記コントロールゲート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。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。
【０００６】
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。
【０００７】
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】
【０００８】
【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】
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、前記ソース領域の一部と前記ドレイン領域の一部と、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には、前記半導体表面領域から下方に掘り下げられた掘り下げ領域が形成されており、前記掘り下げ領域には前記チャネル形成領域が形成されており、前記フローティングゲート電極は、前記掘り下げ領域に埋め込まれる形で形成されており、前記ドレイン領域内のトンネル領域と前記掘り下げ領域に埋め込まれる形で形成された前記フローティングゲート電極の側面との間には、トンネル絶縁膜が設けら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。
【００１１】
また、前記フローティングゲート電極は、前記掘り下げ領域に埋め込まれる形で形成されているとともに、連続して前記ソース領域上方および前記ドレイン領域上方にも延設されており、前記フローティングゲート電極の上面および側面を覆うように配置された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が配置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、前記掘り下げ領域の深さは、５０００オングストローム以下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。
また、前記掘り下げ領域の深さは、１００００オングストローム以下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。
【００１３】
また、前記トンネル絶縁膜あるいは前記コントロールゲート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】
【００１４】
ソース領域の一部とドレイン領域の一部と、ソース領域とドレイン領域との間の半導体領域表面には、半導体表面領域から下方に掘り下げられた掘り下げ領域が形成され、掘り下げ領域にはチャネル形成領域が形成されており、フローティングゲート電極は、掘り下げ領域に埋め込まれる形で形成されており、ドレイン領域内のトンネル領域と掘り下げ領域に埋め込まれる形で形成されたフローティングゲート電極の側面との間にはトンネル絶縁膜が設けられている。
【００１５】
従来、トンネル絶縁膜は、ドレイン領域表面のトンネル領域表面に形成されていたが、本発明では、掘り下げ領域の側面に形成されている。
【００１６】
ここで、掘り下げ領域の深さは、望ましくは５０００オングストローム以下に形成している。もしくは、掘り下げ加工装置などの制限がある場合には、次善の策として１００００オングストローム以下となるように設定されている。
【００１７】
これによって、従来の平面的なアライメント加工精度では達成できなかった、微細な面積のトンネル領域およびトンネル絶縁膜領域を形成することが可能となる。
【００１８】
微細な面積のトンネル領域を形成することにより、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とフローティングゲート電極との間に設けられる容量と、フローティングゲート電極とトンネル絶縁膜を介してドレイン領域との間に設けられる容量との対比指標である、いわゆるカップリングレシオを大きくすることができる。
【００１９】
また、フローティングゲート電極は、掘り下げ領域に埋め込まれる形で形成されているとともに、連続してソース領域上方およびドレイン領域上方にも延設し、フローティングゲート電極の上面および側面を覆うように配置された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でフローティングゲート電極をくるむように配置したので、メモリセルの占有面積を増大することなくさらにカップリングレシオを増大させることができる。
【００２０】
これらの手法によって、コントロールゲート電極に印加した電圧が効率よくフローティングゲート電極に伝達されるため、最終的に、トンネル絶縁膜を介したフローティングゲート電極とドレイン領域間の電位差を得ることが容易となることから、データの書き換え動作に必要なコントロールゲート電極への印加電圧を従来に比べてより小さくすることができる。また、従来の平面的に形成されたトンネル領域においては、十分なカップリングレシオを確保するために、しばしば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を大きく形成する必要が生じていたが、本発明によればアライメント加工によらない微少な面積のトンネル領域を形成することができるので、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をカップリングレシオ確保を目的にして大きく形成する必要はなく、メモリセル全体の微細化に極めて有効である。
【００２１】
また、トンネル絶縁膜あるいはコントロールゲート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、さらに信頼性を向上させている。
【００２２】
これらの手段によって、占有面積が小さく微細で、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データ書き換え時により低い電圧で効率よく書き換えができ、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】
【００２３】
【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第１の実施例を示す模式的断面図である。
【図２】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第２の実施例を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下では図面に基づいて実施例を説明する。
【実施例１】
【００２５】
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第１の実施例を示す模式的断面図である。
【００２６】
第１導電型のＰ型のシリコン基板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型のシリコン基板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の上面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が形成されている。
【００２７】
ここで、ソース領域２０１の一部とドレイン領域２０２の一部と、ソース領域２０１とドレイン領域２０２との間のＰ型半導体基板１０１表面には、Ｐ型半導体基板１０１表面から下方に約３０００オングストローム掘り下げられた掘り下げ領域１１０が形成されており、掘り下げ領域１１０にはチャネル形成領域が形成されており、フローティングゲート電極５０１は、掘り下げ領域１１０に埋め込まれる形で形成されており、ドレイン領域２０２内のトンネル領域８０１と掘り下げ領域１１０に埋め込まれる形で形成されたフローティングゲート電極５０１の側面との間には、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が設けられている。これによって、微少な面積のトンネル領域８０１およびトンネル絶縁膜４０１を得ることができる。
【００２８】
従来、トンネル絶縁膜４０１は、ドレイン領域２０２表面のトンネル領域８０１表面に形成されていたが、本発明による実施例によれば、掘り下げ領域１１０の側面に形成されている。
【００２９】
これによって、従来の平面的なアライメント加工精度では達成できなかった、微細な面積のトンネル領域８０１およびトンネル絶縁膜４０１を形成することが可能となる。
【００３０】
微細な面積のトンネル領域８０１を形成することにより、コントロールゲート絶縁膜６０１を介してコントロールゲート電極７０１とフローティングゲート電極５０１との間に設けられる容量と、フローティングゲート電極５０１とトンネル絶縁膜４０１を介してドレイン領域２０２との間に設けられる容量との対比指標である、いわゆるカップリングレシオを大きくすることができる。
【００３１】
また、掘り下げ領域１１０の深さは、図１に示した第１の実施例では、３０００オングストロームに設定したが、これは、掘り下げ領域１１０の深さがトンネル領域８０１の面積を決定するため、微少な面積のトンネル領域８０１を形成するために浅いほうが良く、好ましくは５０００オングストローム以下が望ましいためであるが、加工装置などの制限から難しい場合には、１００００オングストローム以下にすることでも従来に比べて大きな効果を奏することができる。
【００３２】
カップリングレシオを大きくすることにより、コントロールゲート電極７０１に印加した電圧が効率よくフローティングゲート電極５０１に伝達されるため、最終的に、トンネル絶縁膜４０１を介したフローティングゲート電極５０１とドレイン領域２０２間の電位差を得ることが容易となることから、データの書き換え動作に必要なコントロールゲート電極７０１への印加電圧を従来に比べてより小さくすることができる。また、カップリングレシオを確保するためにフローティングゲート電極５０１およびコントロールゲート電極７０１を従来のように大きく形成する必要もなくなり、メモリセル全体を微細化することが可能になる。
【００３３】
また、トンネル絶縁膜４０１あるいはコントロールゲート絶縁膜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、さらに信頼性を向上させている。
【００３４】
図１に示した第１の実施例では、フローティングゲート電極５０１の上面は、Ｐ型の半導体基板１０１表面のゲート絶縁膜３０１の表面より上方に位置する形で示したが、特にその必要はなく、フローティングゲート電極５０１が掘り下げ領域１１０の中にすっぽり埋め込まれるようにして、フローティングゲート電極５０１の上面が、Ｐ型の半導体基板１０１表面のゲート絶縁膜３０１の表面より下方に位置するようにしても良い。
【実施例２】
【００３５】
図２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第２の実施例を示す模式的断面図である。
【００３６】
図１に示した第１の実施例と異なる点は、フローティングゲート電極５０１は、掘り下げ領域１１０に埋め込まれる形で形成されているとともに、連続してソース領域２０１上方およびドレイン領域２０２上方にも延設され、フローティングゲート電極５０１の上面および側面を覆うように配置されたコントロールゲート絶縁膜６０１を介して容量結合したコントロールゲート電極７０１でフローティングゲート電極５０１をくるむように配置した点である。
【００３７】
図２に示した第２の実施例においては、フローティングゲート５０１の側面にもコントロールゲート絶縁膜６０１を介してコントロールゲート電極７０１との間で容量を形成しているため、第１の実施例に比べて、フローティングゲート電極５０１とコントロールゲート電極７０１との容量がさらに大きくなり、メモリセルの占有面積を増大することなくカップリングレシオをさらに増大することができる。
その他の説明については、図１と同一の符号を付記することで説明に代える。
【００３８】
これらの手段によって、占有面積が小さく微細で、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データ書き換え時により低い電圧で効率よく書き換えができ、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】
【００３９】
１０１  Ｐ型のシリコン基板
１１０  掘り下げ領域
２０１  ソース領域
２０２  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
【図１】
2012164823.tif 000003
【図２】
2012164823.tif 000004