專利名稱：半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電子設(shè)備的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置。
技術(shù)背景
作為能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置的基礎(chǔ)的單位是存儲(chǔ)器單元，基本上具有如下的構(gòu)成。即，在P型硅襯底上，隔著溝道區(qū)域而配置有N型源極區(qū)域和N型漏極區(qū)域，在N型漏極區(qū)域上的一部分設(shè)有隧道區(qū)域，隔著由約100A或100A以下的薄的硅氧化膜或硅氧化膜和硅氮化膜的復(fù)合膜等構(gòu)成的隧道絕緣膜而形成有浮置柵極電極，在浮置柵極電極上，隔著由薄的絕緣膜構(gòu)成的控制絕緣膜而形成有控制柵極電極，浮置柵極電極與控制柵極電極強(qiáng)烈地電容耦合。浮置柵極電極與周圍電絕緣，能夠在浮置柵極電極的內(nèi)部預(yù)先長(zhǎng)時(shí)間積蓄電荷。
浮置柵極電極和控制柵極電極在溝道區(qū)域上延伸設(shè)置，溝道區(qū)域的電導(dǎo)根據(jù)浮置柵極電極的電位而變化。所以，能夠通過改變浮置柵極電極中的電化量而使信息非易失性地存儲(chǔ)。通過在兼作隧道區(qū)域的漏極區(qū)域?qū)刂茤艠O施加約15V以上的電位差，從而能夠產(chǎn)生隧道電流而將浮置柵極的電子經(jīng)由隧道區(qū)域的隧道絕緣膜而放出至漏極區(qū)域或相反將電子注入浮置柵極電極。
這樣，使浮置柵極的電荷量變化，作為非易失性存儲(chǔ)器而起作用。將許多這樣的存儲(chǔ)器單元以矩陣狀配置，形成存儲(chǔ)器陣列，也能夠得到大容量的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置。
在此，具有使電子通過的隧道絕緣膜的隧道區(qū)域尤其重要。一方面，能夠進(jìn)行達(dá)到數(shù)十萬次的多次的存儲(chǔ)器單元信息的重寫，另一方面，針對(duì)存儲(chǔ)器信息的經(jīng)過數(shù)十年的長(zhǎng)期保存(電荷的保持)的要求而起主要作用。
作為隧道區(qū)域和隧道絕緣膜的可靠性改善策略，還提出了與漏極區(qū)域鄰接而設(shè)置雜質(zhì)濃度不同的隧道區(qū)域并使重寫特性、保持特性提高的示例(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
專利文獻(xiàn)1 日本特開平1-160058號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容
然而，在如改善示例那樣與漏極區(qū)域分別設(shè)置專用的隧道區(qū)域的半導(dǎo)體裝置中， 存在占有面積增大導(dǎo)致半導(dǎo)體裝置的成本上升等問題點(diǎn)，另外，在進(jìn)行達(dá)到數(shù)十萬次至數(shù)百萬次的多次的存儲(chǔ)器單元信息的重寫時(shí)，可靠性仍不足。于是，以不增加占有面積就抑制隧道絕緣膜的劣化而得到擁有高可靠性的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置為課題。
為了解決上述問題點(diǎn)，本發(fā)明如以下那樣構(gòu)成半導(dǎo)體裝置。
一種能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置，包括互相隔開間隔而設(shè)在第1 導(dǎo)電型的半導(dǎo)體區(qū)域表面的表面的第2導(dǎo)電型的源極區(qū)域和漏極區(qū)域，作為所述源極區(qū)域和所述漏極區(qū)域之間的所述半導(dǎo)體區(qū)域表面的溝道形成區(qū)域，隔著柵極絕緣膜而設(shè)在所述源極區(qū)域、所述漏極區(qū)域以及所述溝道形成區(qū)域上的浮置柵極電極，以及隔著控制絕緣膜而與所述浮置柵極電極電容耦合的控制柵極電極，在該能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器中，在所述漏極區(qū)域內(nèi)的隧道區(qū)域，形成有被固定為與所述漏極區(qū)域相同電位的、與所述漏極區(qū)域相比雜質(zhì)濃度較低的第2導(dǎo)電型的區(qū)域和雜質(zhì)濃度較低的第1導(dǎo)電型的區(qū)域，在所述雜質(zhì)濃度低的第2導(dǎo)電型的區(qū)域和所述雜質(zhì)濃度低的第1導(dǎo)電型的區(qū)域的各自的上表面，設(shè)有隧道絕緣膜。
另外，為這樣的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置所述漏極區(qū)域內(nèi)的所述雜質(zhì)濃度低的第2導(dǎo)電型的區(qū)域與所述雜質(zhì)濃度低的第1導(dǎo)電型的區(qū)域離開而設(shè)置，所述隧道絕緣膜分別個(gè)別地設(shè)在所述雜質(zhì)濃度低的第2導(dǎo)電型的區(qū)域和所述雜質(zhì)濃度低的第1導(dǎo)電型的區(qū)域的上部。
另外，為這樣的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置所述漏極區(qū)域內(nèi)的所述雜質(zhì)濃度低的第2導(dǎo)電型的區(qū)域與所述雜質(zhì)濃度低的第1導(dǎo)電型的區(qū)域鄰接而設(shè)置，所述隧道絕緣膜以橫跨所述雜質(zhì)濃度低的第2導(dǎo)電型的區(qū)域和所述雜質(zhì)濃度低的第1導(dǎo)電型的區(qū)域的上部的形式設(shè)有共同的1個(gè)。
另外，為這樣的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置設(shè)在所述雜質(zhì)濃度低的第2導(dǎo)電型的區(qū)域上的所述隧道絕緣膜的面積與設(shè)在所述雜質(zhì)濃度低的第1導(dǎo)電型的區(qū)域上的所述隧道絕緣膜的面積相比較大。
另外，為這樣的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置設(shè)在所述雜質(zhì)濃度低的第2導(dǎo)電型的區(qū)域上的所述隧道絕緣膜的面積和設(shè)在所述雜質(zhì)濃度低的第1導(dǎo)電型的區(qū)域上的所述隧道絕緣膜的面積，以在將電子從所述雜質(zhì)濃度低的第2導(dǎo)電型的區(qū)域注入所述浮置柵極電極時(shí)和將電子從所述浮置柵極電極向所述雜質(zhì)濃度低的第1導(dǎo)電型的區(qū)域抽出時(shí)每單位面積的電流密度成為相同的面積來設(shè)置。
另外，為這樣的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置設(shè)在所述雜質(zhì)濃度低的第2導(dǎo)電型的區(qū)域上的所述隧道絕緣膜的膜厚與設(shè)在所述雜質(zhì)濃度低的第1導(dǎo)電型的區(qū)域上的所述隧道絕緣膜的膜厚相比較厚。
另外，為這樣的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置設(shè)在所述雜質(zhì)濃度低的第2導(dǎo)電型的區(qū)域上的所述隧道絕緣膜的膜厚和設(shè)在所述雜質(zhì)濃度低的第1導(dǎo)電型的區(qū)域上的所述隧道絕緣膜的膜厚，以在將電子從所述雜質(zhì)濃度低的第2導(dǎo)電型的區(qū)域注入所述浮置柵極電極時(shí)和將電子從所述浮置柵極電極向所述雜質(zhì)濃度低的第1導(dǎo)電型的區(qū)域抽出時(shí)每單位面積的電流密度成為相同的膜厚來設(shè)置。
這樣，在將電子從漏極區(qū)域向浮置柵極電極注入的情況和將電子從浮置柵極電極向漏極區(qū)域抽出的情況下，能夠讓使電子通過的隧道絕緣膜的區(qū)域不同，因而能夠?qū)⒃诟鲄^(qū)域由于數(shù)據(jù)的重寫而通過隧道絕緣膜的電子的總量大概減半。由此，能夠防止隧道絕緣膜的劣化。
由此，能夠抑制對(duì)能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置的重寫特性、保持特性顯著地造成影響的隧道絕緣膜的劣化，得到擁有高可靠性的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置。


圖1是示出本發(fā)明涉及的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置的第1實(shí)施例的示意性剖面圖。
圖2是示出本發(fā)明涉及的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置的第2實(shí)施例的示意性剖面圖。
圖3是示出本發(fā)明涉及的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置的第3實(shí)施例的示意性剖面圖。
圖4是示出本發(fā)明涉及的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置的第4實(shí)施例的示意性剖面圖。
圖5是示出本發(fā)明涉及的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置的第5實(shí)施例的示意性剖面圖。
圖6是示出本發(fā)明涉及的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置的第6實(shí)施例的示意性剖面圖。
圖7是示出本發(fā)明涉及的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置的第7實(shí)施例的示意性剖面圖。
附圖標(biāo)記說明
IOlP型的硅襯底；201源極區(qū)域；202漏極區(qū)域；301柵極絕緣膜；401電子注入用的隧道絕緣膜；402電子抽出用的隧道絕緣膜；501浮置柵極電極；551P型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極々52N型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極；561硅化物區(qū)域；601控制絕緣膜； 701控制柵極電極；801隧道區(qū)域；811注入?yún)^(qū)域；812抽出區(qū)域；961N型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域； 962P型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域。
具體實(shí)施方式
以下，以附圖為參考，基于實(shí)施例說明用于實(shí)施發(fā)明的各種方式。
圖1是示出本發(fā)明涉及的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置的第1實(shí)施例的示意性剖面圖。
在第1導(dǎo)電型的P型的硅襯底101表面，互相隔開間隔而設(shè)有第2導(dǎo)電型的N型的源極區(qū)域201和漏極區(qū)域202，規(guī)定作為源極區(qū)域201和漏極區(qū)域202之間的P型的硅襯底101表面的溝道形成區(qū)域。在源極區(qū)域201、漏極區(qū)域202以及溝道形成區(qū)域上，隔著例如由硅氧化膜構(gòu)成的厚度400A的柵極絕緣膜301而設(shè)有由多晶硅等構(gòu)成的浮置柵極電極 501，在浮置柵極電極501上，形成有隔著由硅氧化膜或硅氮化膜或者它們的復(fù)合膜等構(gòu)成的控制絕緣膜601而電容耦合的由多晶硅等構(gòu)成的控制柵極電極701。
在漏極區(qū)域202內(nèi)的隧道區(qū)域801的表面，雜質(zhì)濃度低的N型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域 961和同樣雜質(zhì)濃度低的P型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域962離開而設(shè)置。在N型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域961的表面和P型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域962的表面，分別設(shè)有由硅氧化膜、硅氮化膜或者它們的復(fù)合膜等構(gòu)成的厚度80埃左右的電子注入用的隧道絕緣膜401和電子抽出用的隧道絕緣膜402。N型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域961、電子注入用的隧道絕緣膜401以及其上的浮置柵極電極形成注入?yún)^(qū)域811，P型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域962、抽出區(qū)域812、電子抽出用的隧道絕緣膜402以及其上的浮置柵極電極形成抽出區(qū)域812。
在此，漏極區(qū)域202內(nèi)的N型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域961和P型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域962電連接，從而成為與漏極區(qū)域大概相同的電位。另外，N型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域961的雜質(zhì)濃度和P型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域962的雜質(zhì)濃度分別為每1立方厘米lE16atms以下。另外，電子注入用的隧道絕緣膜401、電子抽出用的隧道絕緣膜402或控制絕緣膜601的至少一個(gè)為硅氧化膜和硅氮化膜的復(fù)合膜。
接著，說明數(shù)據(jù)重寫時(shí)的動(dòng)作。最初，為了將電荷(電子)從漏極區(qū)域202注入浮置柵極電極501，與漏極區(qū)域202相比，將浮置柵極電極501的電位設(shè)定得較高。在這種情況下，由于電子蓄積方向的電場(chǎng)施加至漏極區(qū)域202內(nèi)的N型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域961的區(qū)域表面，因而浮置柵極電極501和漏極區(qū)域202的電位差大致全部施加至設(shè)于N型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域961的表面的電子注入用的隧道絕緣膜401，電子從N型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域961 表面向浮置柵極電極501注入。
一方面，由于對(duì)P型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域962的表面施加有耗盡層擴(kuò)展方向的電場(chǎng)， 因而浮置柵極電極501和漏極區(qū)域202的電位差被設(shè)于P型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域962的表面的電子抽出用的隧道絕緣膜402和耗盡層分割，除施加至耗盡層的部分的電壓外的電壓施加至隧道絕緣膜402。因此，電子難以從P型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域962表面向浮置柵極電極 501注入。另一方面，電子容易從N型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域961表面向浮置柵極電極501注入。即，電子從漏極區(qū)域202向浮置柵極電極501的注入在注入?yún)^(qū)域811進(jìn)行，而不是在抽出區(qū)域812進(jìn)行。
接下來，在將電荷從浮置柵極電極501抽出至漏極區(qū)域202的情況下，與上述的將電荷從漏極區(qū)域202注入浮置柵極電極501的情況相反，漏極區(qū)域202內(nèi)的N型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域961表面耗盡化，因而除施加至耗盡層的部分的電壓外的電壓施加至設(shè)于N型的雜質(zhì)濃度區(qū)域961的區(qū)域表面的電子注入用的隧道絕緣膜401，難以進(jìn)行電子從浮置柵極電極501向N型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域961表面的抽出。與此相對(duì)的是，由于P型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域962的表面蓄積空穴，因而電位差大致全部施加至設(shè)于P型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域962 的表面的電子抽出用的隧道絕緣膜402。因此，容易進(jìn)行電子從浮置柵極電極501向P型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域962的抽出。即，電子從浮置柵極電極501向漏極區(qū)域的抽出在抽出區(qū)域 812進(jìn)行，而不是在注入?yún)^(qū)域811進(jìn)行。
這樣，在將電子從漏極區(qū)域202向浮置柵極電極501注入的情況和將電子從浮置柵極電極501向漏極區(qū)域202抽出的情況下，能夠?qū)⑹闺娮油ㄟ^的隧道絕緣膜分成電子注入用的隧道絕緣膜401和電子抽出用的隧道絕緣膜402，能夠?qū)⑼ㄟ^各個(gè)隧道絕緣膜的電子的總量大概減半。由此，能夠防止隧道絕緣膜的劣化。
在本實(shí)施例中，將漏極區(qū)域202內(nèi)的N型的雜質(zhì)濃度區(qū)域961和P型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域962隔開而設(shè)置，分成電子注入用的隧道絕緣膜401和電子抽出用的隧道絕緣膜402， 分別個(gè)別地設(shè)在N型的雜質(zhì)濃度區(qū)域961和P型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域962的上部，因而注入?yún)^(qū)域和抽出區(qū)域離開，各個(gè)位置的隧道絕緣膜能夠以可靠地進(jìn)行向浮置柵極電極501的電子注入或向漏極區(qū)域202的電子抽出的方式分擔(dān)任務(wù)。
另外，由于漏極區(qū)域202內(nèi)的N型的雜質(zhì)濃度區(qū)域961和P型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域 962的雜質(zhì)濃度分別為每1立方厘米1E16 atms以下，因而能夠利用數(shù)據(jù)重寫時(shí)的漏極區(qū)域202和浮置柵極電極501之間的電位差來使表面容易地耗盡化。另外，由于電子注入用的隧道絕緣膜401和電子抽出用的隧道絕緣膜402或控制絕緣膜601的至少一個(gè)為硅氧化膜和硅氮化膜的復(fù)合膜，因而能夠使可靠性提高。
[實(shí)施例2]
圖2是示出本發(fā)明涉及的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置的第2實(shí)施例的示意性剖面圖。
與圖1所示的第1實(shí)施例相比而不同的一點(diǎn)是漏極區(qū)域202內(nèi)的N型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域961和P型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域962鄰接而形成，電子注入用的隧道絕緣膜401和電子抽出用的隧道絕緣膜402以橫跨N型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域961和P型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域 962的上部的形式設(shè)在共同的1個(gè)窗口內(nèi)。所以，注入?yún)^(qū)域811和抽出區(qū)域812連續(xù)而配置，兩者的邊界位于N型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域961和P型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域962接連的接合上。通過采取這樣的形態(tài)，從而能夠謀求占有面積的縮小。關(guān)于結(jié)構(gòu)的其他的部分的說明， 通過附注與圖1相同的符號(hào)而代替說明。
[實(shí)施例3]
圖3是示出本發(fā)明涉及的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置的第3實(shí)施例的示意性剖面圖。
在第1導(dǎo)電型的P型的硅襯底101表面，互相隔開間隔而設(shè)有第2導(dǎo)電型的N型的源極區(qū)域201和漏極區(qū)域202，在作為源極區(qū)域201和漏極區(qū)域202之間的P型的硅襯底 101表面的溝道形成區(qū)域，以及源極區(qū)域201、漏極區(qū)域202和溝道形成區(qū)域上，隔著例如由硅氧化膜構(gòu)成的厚度400人的柵極絕緣膜301而設(shè)有由多晶硅等構(gòu)成的浮置柵極電極501， 在浮置柵極電極501上，隔著由硅氧化膜或硅氮化膜或者它們的復(fù)合膜等構(gòu)成的控制絕緣膜601而形成有電容耦合的由多晶硅等構(gòu)成的控制柵極電極701。
在漏極區(qū)域202內(nèi)的隧道區(qū)域801上，N型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域961和P型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域962離開而設(shè)置，在N型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域961的表面和P型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域962的表面，分別設(shè)有由硅氧化膜或硅氮化膜或者它們的復(fù)合膜等構(gòu)成的厚度80埃左右的電子注入用的隧道絕緣膜401、電子抽出用的隧道絕緣膜402。
在此，設(shè)在N型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域961的表面的電子注入用的隧道絕緣膜401的面積，形成為與設(shè)在P型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域962的表面的電子抽出用的隧道絕緣膜402的面積相比較大。即，注入?yún)^(qū)域811 —方比抽出區(qū)域812更大。這是為了防止如下情況由于在數(shù)據(jù)的重寫時(shí)，在將電荷從漏極區(qū)域202注入浮置柵極電極501的情況下，與漏極區(qū)域 202相比，浮置柵極電極的電位設(shè)定得較高，此時(shí)，施加至浮置柵極電極501和漏極區(qū)域202 之間的電壓與在將電荷從浮置柵極電極501抽出至漏極區(qū)域202的情況下施加至浮置柵極電極501和漏極區(qū)域202之間的電壓相比而成為較大的電壓，因而通過進(jìn)行向浮置柵極電極501的電子注入的一側(cè)的隧道氧化膜(電子注入用的隧道氧化膜401)的每單位面積的隧道電流變大，產(chǎn)生偏應(yīng)力(偏^ & 7卜> 7 )而提前劣化。
上述的將電子從漏極區(qū)域202注入浮置柵極電極501時(shí)和將電子從浮置柵極電極 501向漏極區(qū)域202抽出時(shí)的電位差是由于施加電壓的路徑的差異而導(dǎo)致的。因?yàn)?，在將電荷從浮置柵極電極501抽出至漏極區(qū)域202的情況下，雖然圖中未示出，由于用于進(jìn)行編程的電壓經(jīng)由用于選擇進(jìn)行數(shù)據(jù)重寫的存儲(chǔ)器單元的選擇柵極晶體管，因而此時(shí)以因背柵電壓所導(dǎo)致的選擇柵極晶體管的閾值上升而將降低相應(yīng)量的電壓的形式施加至漏極區(qū)域 202。
在圖3所示的第3實(shí)施例中，通過將設(shè)在N型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域961的表面的電子注入用的隧道絕緣膜401的面積形成為與設(shè)在P型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域962的表面的電子抽出用的隧道絕緣膜402的面積相比較大，從而能夠防止在數(shù)據(jù)的重寫時(shí)向浮置柵極電極 501進(jìn)行電子注入的一側(cè)的隧道氧化膜產(chǎn)生偏應(yīng)力并抑制劣化。
在圖3的示例中，圖示為，設(shè)在N型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域961的表面的電子注入用的隧道絕緣膜401的面積與設(shè)在P型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域962的表面的電子抽出用的隧道絕緣膜402的面積相比較大，但期望根據(jù)將電子從漏極區(qū)域202注入浮置柵極電極501時(shí)和將電子從浮置柵極電極501向漏極區(qū)域202抽出時(shí)的電位差來設(shè)定電子注入用的隧道絕緣膜 401和電子抽出用的隧道絕緣膜402的面積比，以電子注入用的隧道絕緣膜401和電子抽出用的隧道絕緣膜402的任一側(cè)都成為相同的電流密度的方式進(jìn)行設(shè)定更好。關(guān)于其他的說明，通過附注與圖1相同的符號(hào)而代替說明。
[實(shí)施例4]
圖4是示出本發(fā)明涉及的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置的第4實(shí)施例的示意性剖面圖。
與圖1所示的第一實(shí)施例不同的一點(diǎn)是設(shè)在N型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域961的表面的電子注入用的隧道絕緣膜401的膜厚，形成為與設(shè)在P型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域962的表面的電子抽出用的隧道絕緣膜402的膜厚相比較厚。注入?yún)^(qū)域811和抽出區(qū)域812的大小相同。
如第3實(shí)施例所說明的，在數(shù)據(jù)的重寫時(shí)，在將電荷從漏極區(qū)域202注入浮置柵極電極501的情況下，與漏極區(qū)域202相比，浮置柵極電極的電位設(shè)定得較高，此時(shí)施加至浮置柵極電極501和漏極區(qū)域202之間的電壓與在將電荷從浮置柵極電極501抽出至漏極區(qū)域202的情況下施加至浮置柵極電極501和漏極區(qū)域202之間的電壓相比而成為較大的電壓。
在圖4所示的第4實(shí)施例中，設(shè)在N型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域961的表面的電子注入用的隧道絕緣膜401的膜厚形成為與設(shè)在P型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域962的表面的電子抽出用的隧道絕緣膜402的膜厚相比較厚。因此，能夠防止在數(shù)據(jù)的重寫時(shí)向浮置柵極電極501 進(jìn)行電子注入的一側(cè)的隧道氧化膜產(chǎn)生偏應(yīng)力并抑制劣化。
在圖4的示例中，圖示為，設(shè)在N型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域961的表面的電子注入用的隧道絕緣膜401的厚度與設(shè)在P型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域962的表面的電子抽出用的隧道絕緣膜402的厚度相比較厚，但期望根據(jù)將電子從漏極區(qū)域202注入浮置柵極電極501時(shí)和將電子從浮置柵極電極501向漏極區(qū)域202抽出時(shí)的電位差而設(shè)定電子注入用的隧道絕緣膜 401和電子抽出用的隧道絕緣膜402的膜厚比，以電子注入用的隧道絕緣膜401和電子抽出用的隧道絕緣膜402的任一側(cè)都成為相同的電流密度的方式進(jìn)行設(shè)定更好。對(duì)其他的說明，通過附注與圖1相同的符號(hào)而代替說明。
[實(shí)施例5]
圖5是示出本發(fā)明涉及的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置的第5實(shí)施例的示意性剖面圖。
在第1導(dǎo)電型的P型的硅襯底101表面，互相隔開間隔而設(shè)有第2導(dǎo)電型的N型的源極區(qū)域201和漏極區(qū)域202，在作為源極區(qū)域201和漏極區(qū)域202之間的P型的硅襯底101表面的溝道形成區(qū)域，以及源極區(qū)域201、漏極區(qū)域202和溝道形成區(qū)域上，隔著例如由硅氧化膜構(gòu)成的厚度400A的柵極絕緣膜301而設(shè)有由多晶硅等構(gòu)成的浮置柵極電極501， 在浮置柵極電極501上，隔著由硅氧化膜或硅氮化膜或者它們的復(fù)合膜等構(gòu)成的控制絕緣膜601而形成有電容耦合的由多晶硅等構(gòu)成的控制柵極電極701。
在漏極區(qū)域202內(nèi)的隧道區(qū)域801上，由硅氧化膜或硅氮化膜或者它們的復(fù)合膜等構(gòu)成的厚度80埃左右的隧道絕緣膜401和402離開而設(shè)置。而且，在離開的隧道絕緣膜 401和402上，分別形成有由多晶硅等構(gòu)成的P型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極551和N型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極陽2，雖然圖中未示出，由多晶硅或其他布線材料等電連接， 從而成為互相大概相同的電位。而且，浮置柵極電極501也由從浮置柵極電極501延伸的多晶硅等同樣地電連接，這些電極成為大概相同的電位。P型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極陽1、其下的隧道絕緣膜401以及其下的漏極區(qū)域的一部分構(gòu)成注入?yún)^(qū)域811，N型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極552、其下的隧道絕緣膜402以及其下的漏極區(qū)域的一部分構(gòu)成抽出區(qū)域812。
另外，P型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極551和N型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極552的雜質(zhì)濃度分別為每1立方厘米lE16atms以下。另外，隧道絕緣膜401或控制絕緣膜601的至少一個(gè)為硅氧化膜和硅氮化膜的復(fù)合膜。
在本實(shí)施例中，在對(duì)重寫特性或保持特性顯著地造成影響的隧道區(qū)域801，在離開而形成于漏極區(qū)域202的表面的隧道絕緣膜401和402上，分別形成有P型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極551和N型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極552。
接著，說明數(shù)據(jù)的重寫時(shí)的動(dòng)作。最初，在將電荷從漏極區(qū)域202注入浮置柵極電極的情況下，與漏極區(qū)域202相比，將浮置柵極電極501的電位設(shè)定得較高。在這種情況下，由于電子蓄積的方向的電場(chǎng)施加至P型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極的隧道絕緣膜401側(cè)的界面，因而浮置柵極電極551和漏極區(qū)域202的電位差大致全部施加至設(shè)在P 型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極551的下表面的隧道絕緣膜401，電子從漏極區(qū)域表面202 向P型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極551注入。
一方面，由于耗盡層擴(kuò)展方向的電場(chǎng)施加至N型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極 552的隧道絕緣膜402側(cè)的界面，因而除施加至耗盡層的部分的電壓外的電壓施加至設(shè)在N 型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極552的下表面的隧道絕緣膜402。因此，電子難以從漏極區(qū)域202表面向N型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極552注入。另一方面，電子容易從漏極區(qū)域202表面向P型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極551注入。
接著，在將電荷從浮置柵極電極501抽出至漏極區(qū)域202的情況下，與上述的將電荷從上述的漏極區(qū)域202注入浮置柵極電極501的情況相反，耗盡層擴(kuò)展至P型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極的隧道絕緣膜401側(cè)的界面，除施加至耗盡層的部分的電壓外的電壓施加至隧道絕緣膜401，難以進(jìn)行電子從浮置柵極電極501向漏極區(qū)域202的抽出。與此相對(duì)的是，由于電子蓄積至N型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極552的隧道絕緣膜402側(cè)的界面，因而電位差大致全部施加至設(shè)于N型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極552的下表面的隧道絕緣膜402，因此，容易進(jìn)行電子從浮置柵極電極501向漏極區(qū)域202的抽出。
這樣，在將電子從漏極區(qū)域202向浮置柵極電極501注入的情況和將電子從浮置柵極電極501向漏極區(qū)域202抽出的情況下，能夠?qū)⑹闺娮油ㄟ^的隧道絕緣膜401和402區(qū)別使用，因而能夠?qū)⒂捎诟鲄^(qū)域的數(shù)據(jù)的重寫而通過隧道絕緣膜的電子的總量與現(xiàn)有的構(gòu)造相比而減半。由此，能夠防止隧道絕緣膜401的劣化。
在此，P型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極551和N型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極552分別離開而配置于離開而形成的隧道絕緣膜401和402上，因而各個(gè)隧道絕緣膜401 能夠可靠地分擔(dān)并完成向浮置柵極電極501的電子注入或向漏極區(qū)域202的電子抽出的任務(wù)。
由于P型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極551的雜質(zhì)濃度和N型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極陽2的雜質(zhì)濃度分別為每1立方厘米lE16atms以下，因而能夠利用數(shù)據(jù)重寫時(shí)的漏極區(qū)域202和浮置柵極電極501之間的電位差來使表面容易地耗盡化。另外，隧道絕緣膜401或控制絕緣膜601的至少一個(gè)為硅氧化膜和硅氮化膜的復(fù)合膜，由此，能夠使可靠性提高。
[實(shí)施例6]
圖6是示出本發(fā)明涉及的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置的第6實(shí)施例的示意性剖面圖。
與圖5所示的第5實(shí)施例相比而不同的一點(diǎn)是P型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極551和N型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極552鄰接而配置于連續(xù)而形成的相同的隧道絕緣膜401上。由此，能夠縮小占有面積。關(guān)于其他的說明，通過附注與圖5相同的符號(hào)而代替說明。
[實(shí)施例7]
圖7是示出本發(fā)明涉及的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置的第7實(shí)施例的示意性剖面圖。
與圖6所示的第6實(shí)施例相比而不同的一點(diǎn)是P型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極551和N型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極552由硅化物區(qū)域561互相電連接，從而成為相同電位。由此，能夠不需要新的專用的布線而防止占有面積的增大并同時(shí)以低電阻將P 型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極551和N型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極552電連接，并且，也與浮置柵極電極501以低電阻連結(jié)為相同電位。對(duì)其他的說明，通過附注與圖5、圖6 相同的符號(hào)而代替說明。
如以上所說明的，能夠通過本發(fā)明涉及的這些方式而抑制對(duì)能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置的重寫特性、保持特性顯著地造成影響的隧道絕緣膜的劣化，得到擁有高可靠性的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置。
權(quán)利要求
1.一種能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置，其特征在于，具有第1導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底；第2導(dǎo)電型的源極區(qū)域和漏極區(qū)域，在所述半導(dǎo)體襯底的表面，互相隔開間隔而設(shè)置；溝道形成區(qū)域，是所述源極區(qū)域和所述漏極區(qū)域之間的所述半導(dǎo)體襯底的表面；浮置柵極電極，隔著柵極絕緣膜而設(shè)在所述源極區(qū)域、所述漏極區(qū)域以及所述溝道形成區(qū)域之上；控制柵極電極，隔著所述浮置柵極電極和控制絕緣膜而設(shè)置，與所述浮置柵極電容耦合；以及注入?yún)^(qū)域和抽出區(qū)域，設(shè)在所述浮置柵極電極和所述漏極區(qū)域之間，該注入?yún)^(qū)域僅為了將電子從所述漏極區(qū)域向所述浮置柵極電極注入而使用，該抽出區(qū)域僅為了將電子從所述浮置柵極電極向所述漏極區(qū)域抽出而使用，所述注入?yún)^(qū)域和所述抽出區(qū)域分別具有不同的隧道絕緣膜，所述注入?yún)^(qū)域和所述抽出區(qū)域通過在所述浮置柵極區(qū)域的一部分或所述漏極區(qū)域的一部分的任一個(gè)具有導(dǎo)電型不同的區(qū)域來進(jìn)行區(qū)別。
2.如權(quán)利要求1所述的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置，其中，所述注入?yún)^(qū)域具有設(shè)在所述漏極區(qū)域的表面、固定為與所述漏極區(qū)域相同的電位、與所述漏極區(qū)域相比雜質(zhì)濃度較低的第2導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域和設(shè)在其上的第1隧道絕緣膜，所述抽出區(qū)域具有設(shè)在所述漏極區(qū)域的表面、固定為與所述漏極區(qū)域相同的電位、與所述漏極區(qū)域相比雜質(zhì)濃度較低的第1導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域和設(shè)在其上的第2隧道絕緣膜。
3.如權(quán)利要求2所述的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置，其中，所述第2導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域和所述第1導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域離開而設(shè)置， 所述第1和第2隧道絕緣膜分別個(gè)別地設(shè)在所述第2導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域和所述第1 導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域的上部。
4.如權(quán)利要求2所述的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置，其中，所述第2導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域和所述第1導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域鄰接而設(shè)置， 所述第1和第2隧道絕緣膜以橫跨所述第2導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域和所述第1導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域的上部的形式作為共同的1個(gè)隧道絕緣膜而設(shè)置。
5.如權(quán)利要求2所述的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置，其中，所述第2導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域的雜質(zhì)濃度和所述第1導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域的雜質(zhì)濃度分別是每1立方厘米lE16atms以下。
6.如權(quán)利要求2所述的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置，其中，所述隧道絕緣膜或所述控制絕緣膜的至少一個(gè)是硅氧化膜和硅氮化膜的復(fù)合膜。
7.如權(quán)利要求2所述的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置，其中，設(shè)在所述第2導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域上的所述第1隧道絕緣膜的面積與設(shè)在所述第 1導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域上的所述第2隧道絕緣膜的面積相比較大。
8.如權(quán)利要求2所述的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置，其中，設(shè)在所述第2導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域上的所述第1隧道絕緣膜的面積和設(shè)在所述第1導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域上的所述第2隧道絕緣膜的面積，以在將電子從所述第2導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域注入所述浮置柵極電極時(shí)和將電子從所述浮置柵極電極向所述第1 導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域抽出時(shí)每單位面積的隧道電流成為相同的面積來設(shè)置。
9.如權(quán)利要求2所述的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置，其中，設(shè)在所述第2導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域上的所述第1隧道絕緣膜的膜厚與設(shè)在所述第 1導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域上的所述第2隧道絕緣膜的膜厚相比較厚。
10.如權(quán)利要求2所述的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置，其中，設(shè)在所述第2導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域上的所述第1隧道絕緣膜的膜厚和設(shè)在所述第1導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域上的所述第2隧道絕緣膜的膜厚，以在將電子從所述第2導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域注入所述浮置柵極電極時(shí)和將電子從所述浮置柵極電極向所述第1 導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度區(qū)域抽出時(shí)每單位面積的電流密度成為相同的膜厚設(shè)置。
11.如權(quán)利要求1所述的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置，其中，所述注入?yún)^(qū)域具有與所述浮置柵極電極電連接的第1導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極和設(shè)在其下的第1隧道絕緣膜，所述抽出區(qū)域具有與所述浮置柵極電極電連接的第2導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極和設(shè)在其下的第2隧道絕緣膜。
12.如權(quán)利要求11所述的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置，其中，所述第1導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極和所述第2導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極分別離開而配置于離開而形成的所述第1和第2隧道絕緣膜上。
13.如權(quán)利要求11所述的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置，其中，所述第1導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極和所述第2導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極鄰接而配置于所述第1和第2隧道絕緣膜連續(xù)而形成的相同的所述隧道絕緣膜上。
14.如權(quán)利要求11所述的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置，其中，所述第1導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極的雜質(zhì)濃度和所述第2導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極的雜質(zhì)濃度分別是每1立方厘米lE16atms以下。
15.如權(quán)利要求11所述的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置，其中，所述第1導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極和所述第2導(dǎo)電型的低雜質(zhì)濃度的浮置柵極電極由硅化物區(qū)域互相電連接，從而成為相同電位。
16.如權(quán)利要求11所述的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置，其中，所述隧道絕緣膜或所述控制絕緣膜的至少一個(gè)是硅氧化膜和硅氮化膜的復(fù)合膜。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于，不增加占有面積就抑制隧道絕緣膜的劣化而得到擁有高可靠性的能夠電重寫的半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器裝置。在漏極區(qū)域內(nèi)的隧道區(qū)域，形成固定為與漏極區(qū)域相同的電位的與漏極區(qū)域相比雜質(zhì)濃度較低的第2導(dǎo)電型的區(qū)域和雜質(zhì)濃度較低的第1導(dǎo)電型的區(qū)域，在雜質(zhì)濃度低的第2導(dǎo)電型的區(qū)域和雜質(zhì)濃度低的第1導(dǎo)電型的區(qū)域的各自的上表面，獨(dú)立地設(shè)有向浮置柵極電極的電子注入用和電子抽出用的隧道絕緣膜。另外，與電子抽出用的隧道絕緣膜相比而增大電子注入用的隧道絕緣膜的面積或使其增厚，使得在數(shù)據(jù)重寫時(shí)施加的應(yīng)力不偏于一方。
文檔編號(hào)H01L27/115GK102544021SQ20111045289
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
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