JP2000232171A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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- JP2000232171A JP2000232171A JP11032580A JP3258099A JP2000232171A JP 2000232171 A JP2000232171 A JP 2000232171A JP 11032580 A JP11032580 A JP 11032580A JP 3258099 A JP3258099 A JP 3258099A JP 2000232171 A JP2000232171 A JP 2000232171A
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- Semiconductor Memories (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐久性を向上させる。
【解決手段】 本発明は、P型半導体基板1と、これの
上部に形成されているプログラミング用N型拡散層2
と、これの一方の側に位置するようにP型半導体基板1
の上部に形成されているN型ドレイン拡散層3、4と、
プログラミング用N型拡散層2の下に位置するようにP
型半導体基板1の中間部に形成されている下層N型拡散
層5と、プログラミング用N型拡散層2およびN型ソー
スドレイン拡散層3、4の上にそれぞれ形成されている
トンネル酸化膜6およびチャネル部ゲーソ酸化膜7と、
これらの上に形成されているフローティングゲート8、
9とを有する。フローティングゲート8からトンネル現
象によりトンネル酸化膜6を通過してくる電子が下層N
型拡散層5に落ちる。
上部に形成されているプログラミング用N型拡散層2
と、これの一方の側に位置するようにP型半導体基板1
の上部に形成されているN型ドレイン拡散層3、4と、
プログラミング用N型拡散層2の下に位置するようにP
型半導体基板1の中間部に形成されている下層N型拡散
層5と、プログラミング用N型拡散層2およびN型ソー
スドレイン拡散層3、4の上にそれぞれ形成されている
トンネル酸化膜6およびチャネル部ゲーソ酸化膜7と、
これらの上に形成されているフローティングゲート8、
9とを有する。フローティングゲート8からトンネル現
象によりトンネル酸化膜6を通過してくる電子が下層N
型拡散層5に落ちる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気的消去型不揮
発性記録装置(EEPROM)などの半導体装置および
その製造方法に関する。
発性記録装置(EEPROM)などの半導体装置および
その製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、この種の半導体装置として、
フローティングゲートに注入する電子を埋め込み拡散層
より半導体基板へ注入しその電子を基板およびソースド
レイン拡散層間の高電界の空乏層により加速し高エネル
ギーにしフローティングゲートへ注入し書込を行うもの
がある。この従来の半導体装置においては、フローティ
ングゲートからプログラミング用N型拡散層に電子を抽
出する時に、図10の(1)に示すようにフローティン
グゲートよりトンネリング現象によりトンネル酸化膜を
トンネルしてきた電子がプログラミング用N型拡散層に
落ち、この時に落ちてきた電子のエネルギーによりプロ
グラミング用N型拡散層にホールが発生する。図10の
(1)で発生したホールでプログラミング用N型拡散層
内で再結合されなかったホールは図10の(2)に示す
ようにプログラミング用N型拡散層とP型半導体基板間
の空乏層の電界によりP型半導体基板側へ加速される。
強い電界により加速されたホールは、空乏層内でインパ
クトイオン化を起こし伝導帯に電子が発生する。発生し
た電子も空乏層内でトンネルゲート酸化膜側へ加速され
る。加速された電子により、インパクトイオン化を起こ
し、価電子帯にホールが発生しそのホールが再度加速さ
れ更に伝導帯に電子が発生し雪崩方式に電子およびホー
ルが発生する。
フローティングゲートに注入する電子を埋め込み拡散層
より半導体基板へ注入しその電子を基板およびソースド
レイン拡散層間の高電界の空乏層により加速し高エネル
ギーにしフローティングゲートへ注入し書込を行うもの
がある。この従来の半導体装置においては、フローティ
ングゲートからプログラミング用N型拡散層に電子を抽
出する時に、図10の(1)に示すようにフローティン
グゲートよりトンネリング現象によりトンネル酸化膜を
トンネルしてきた電子がプログラミング用N型拡散層に
落ち、この時に落ちてきた電子のエネルギーによりプロ
グラミング用N型拡散層にホールが発生する。図10の
(1)で発生したホールでプログラミング用N型拡散層
内で再結合されなかったホールは図10の(2)に示す
ようにプログラミング用N型拡散層とP型半導体基板間
の空乏層の電界によりP型半導体基板側へ加速される。
強い電界により加速されたホールは、空乏層内でインパ
クトイオン化を起こし伝導帯に電子が発生する。発生し
た電子も空乏層内でトンネルゲート酸化膜側へ加速され
る。加速された電子により、インパクトイオン化を起こ
し、価電子帯にホールが発生しそのホールが再度加速さ
れ更に伝導帯に電子が発生し雪崩方式に電子およびホー
ルが発生する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体装置においては、加速された高エネルギーを持っ
た電子によりトンネル酸化膜へダメージが与えられ界面
準位が発生しプログラミング特性が劣化し耐久性が劣化
するという問題がある。
半導体装置においては、加速された高エネルギーを持っ
た電子によりトンネル酸化膜へダメージが与えられ界面
準位が発生しプログラミング特性が劣化し耐久性が劣化
するという問題がある。
【0004】本発明の目的は、トンネル酸化膜へダメー
ジを低減して耐久性を向上させることができる半導体装
置およびその製造方法を提供することにある。
ジを低減して耐久性を向上させることができる半導体装
置およびその製造方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項1記載の発明は、P型半導体基板と、P型半
導体基板の上部に形成されているトンネル酸化膜と、ト
ンネル酸化膜の上に形成されているフローティングゲー
トと、トンネル酸化膜と所定間隔をおいてP型半導体基
板の上部に形成されているプログラミング用N型拡散層
と、プログラミング用N型拡散層の下に位置するように
P型半導体基板の中間部に形成されている下層N型拡散
層とを有し、フローティングゲートからトンネル現象に
よりトンネル酸化膜を通過してくる電子が下層N型拡散
層に落ちることを特徴とする。
に、請求項1記載の発明は、P型半導体基板と、P型半
導体基板の上部に形成されているトンネル酸化膜と、ト
ンネル酸化膜の上に形成されているフローティングゲー
トと、トンネル酸化膜と所定間隔をおいてP型半導体基
板の上部に形成されているプログラミング用N型拡散層
と、プログラミング用N型拡散層の下に位置するように
P型半導体基板の中間部に形成されている下層N型拡散
層とを有し、フローティングゲートからトンネル現象に
よりトンネル酸化膜を通過してくる電子が下層N型拡散
層に落ちることを特徴とする。
【0006】請求項2記載の発明は、P型半導体基板
と、P型半導体基板の上部に形成されているプログラミ
ング用N型拡散層と、プログラミング用N型拡散層の一
方の側に位置するようにP型半導体基板の上部に形成さ
れている2つのN型ドレイン拡散層と、プログラミング
用N型拡散層の下に位置するように前記P型半導体基板
の中間部に形成されている下層N型拡散層と、プログラ
ミング用N型拡散層およびN型ドレイン拡散層の上にそ
れぞれ形成されているトンネル酸化膜およびチャネル部
ゲート酸化膜と、トンネル酸化膜およびチャネル部ゲー
ト酸化膜の上にそれぞれ形成されている2つのフローテ
ィングゲートとを有することを特徴とする。
と、P型半導体基板の上部に形成されているプログラミ
ング用N型拡散層と、プログラミング用N型拡散層の一
方の側に位置するようにP型半導体基板の上部に形成さ
れている2つのN型ドレイン拡散層と、プログラミング
用N型拡散層の下に位置するように前記P型半導体基板
の中間部に形成されている下層N型拡散層と、プログラ
ミング用N型拡散層およびN型ドレイン拡散層の上にそ
れぞれ形成されているトンネル酸化膜およびチャネル部
ゲート酸化膜と、トンネル酸化膜およびチャネル部ゲー
ト酸化膜の上にそれぞれ形成されている2つのフローテ
ィングゲートとを有することを特徴とする。
【0007】請求項3記載の発明は、P型半導体基板
と、P型半導体基板の上部に所定間隔をおいて形成され
ているプログラミング用N型拡散層およびセルN型ソー
ス拡散層と、プログラミング用N型拡散層の下に位置す
るようにP型半導体基板の中間部に形成されている下層
N型拡散層と、プログラミング用N型拡散層の上に形成
されているトンネル酸化膜と、トンネル酸化膜を囲むよ
うにプログラミング用N型拡散層およびP型半導体基板
の上に形成されている第1のゲート酸化膜と、ゲート酸
化膜およびトンネル酸化膜の上に形成されているフロー
ティングゲートと、フローティングゲートの上に形成さ
れている絶縁膜と、絶縁膜の上に形成されているコント
ロールゲートと、プログラミング用N型拡散層のセルN
型ソース拡散層と反対側に位置するようにP型半導体基
板の上部に形成されている第2のゲート酸化膜と、第2
のゲート酸化膜とプログラミング用N型拡散層との間に
位置するようにP型半導体基板の上部に形成されている
N型ソース拡散層と、第2のゲート酸化膜の上に形成さ
れているゲートとを有することを特徴とする。
と、P型半導体基板の上部に所定間隔をおいて形成され
ているプログラミング用N型拡散層およびセルN型ソー
ス拡散層と、プログラミング用N型拡散層の下に位置す
るようにP型半導体基板の中間部に形成されている下層
N型拡散層と、プログラミング用N型拡散層の上に形成
されているトンネル酸化膜と、トンネル酸化膜を囲むよ
うにプログラミング用N型拡散層およびP型半導体基板
の上に形成されている第1のゲート酸化膜と、ゲート酸
化膜およびトンネル酸化膜の上に形成されているフロー
ティングゲートと、フローティングゲートの上に形成さ
れている絶縁膜と、絶縁膜の上に形成されているコント
ロールゲートと、プログラミング用N型拡散層のセルN
型ソース拡散層と反対側に位置するようにP型半導体基
板の上部に形成されている第2のゲート酸化膜と、第2
のゲート酸化膜とプログラミング用N型拡散層との間に
位置するようにP型半導体基板の上部に形成されている
N型ソース拡散層と、第2のゲート酸化膜の上に形成さ
れているゲートとを有することを特徴とする。
【0008】請求項4記載の発明は、P型半導体基板の
上部にトンネル酸化膜を形成する工程と、トンネル酸化
膜の上にフローティングゲートを形成する工程と、P型
半導体基板の中間部に下層N型拡散層を形成する工程
と、下層N型拡散層の上に位置するようにトンネル酸化
膜と所定間隔をおいてP型半導体基板の上部にプログラ
ミング用N型拡散層を形成する工程とを有することを特
徴とする。
上部にトンネル酸化膜を形成する工程と、トンネル酸化
膜の上にフローティングゲートを形成する工程と、P型
半導体基板の中間部に下層N型拡散層を形成する工程
と、下層N型拡散層の上に位置するようにトンネル酸化
膜と所定間隔をおいてP型半導体基板の上部にプログラ
ミング用N型拡散層を形成する工程とを有することを特
徴とする。
【0009】請求項5記載の発明は、P型半導体基板の
中間部に下層N型拡散層を形成する工程と、下層N型拡
散層の上に位置するようにP型半導体基板の上部にプロ
グラミング用N型拡散層を形成する工程と、プログラミ
ング用N型拡散層の一方の側に位置するようにP型半導
体基板の上部に2つのN型ドレイン拡散層を形成する工
程と、プログラミング用N型拡散層およびN型ドレイン
拡散層の上にそれぞれトンネル酸化膜およびチャネル部
ゲート酸化膜を形成する工程と、トンネル酸化膜および
チャネル部ゲート酸化膜の上にそれぞれフローティング
ゲートを形成する工程とを有することを特徴とする。
中間部に下層N型拡散層を形成する工程と、下層N型拡
散層の上に位置するようにP型半導体基板の上部にプロ
グラミング用N型拡散層を形成する工程と、プログラミ
ング用N型拡散層の一方の側に位置するようにP型半導
体基板の上部に2つのN型ドレイン拡散層を形成する工
程と、プログラミング用N型拡散層およびN型ドレイン
拡散層の上にそれぞれトンネル酸化膜およびチャネル部
ゲート酸化膜を形成する工程と、トンネル酸化膜および
チャネル部ゲート酸化膜の上にそれぞれフローティング
ゲートを形成する工程とを有することを特徴とする。
【0010】請求項6記載の発明は、P型半導体基板の
中間部に下層N型拡散層を形成する工程と、下層N型拡
散層の上にプログラミング用N型拡散層が位置するよう
にP型半導体基板の上部に所定間隔をおいてプログラミ
ング用N型拡散層およびセルN型ソース拡散層を形成す
る工程と、プログラミング用N型拡散層およびP型半導
体基板の上に第1のゲート酸化膜を形成しプログラミン
グ用N型拡散層のセルN型ソース拡散層と反対側に位置
するようにP型半導体基板の上部に第2のゲート酸化膜
を形成する工程と、第1のゲート酸化膜にホールを形成
した後にプログラミング用N型拡散層の上に位置するよ
うにホールにトンネル酸化膜を形成する工程と、第1の
ゲート酸化膜およびトンネル酸化膜の上にフローティン
グゲートを形成し第2のゲート酸化膜の上にゲートを形
成する工程と、フローティングゲートの上に絶縁膜を形
成する工程と、絶縁膜の上にコントロールゲートを形成
する工程と、第2のゲート酸化膜とプログラミング用N
型拡散層との間に位置するようにP型半導体基板の上部
にN型ソース拡散層を形成する工程とを有することを特
徴とする。
中間部に下層N型拡散層を形成する工程と、下層N型拡
散層の上にプログラミング用N型拡散層が位置するよう
にP型半導体基板の上部に所定間隔をおいてプログラミ
ング用N型拡散層およびセルN型ソース拡散層を形成す
る工程と、プログラミング用N型拡散層およびP型半導
体基板の上に第1のゲート酸化膜を形成しプログラミン
グ用N型拡散層のセルN型ソース拡散層と反対側に位置
するようにP型半導体基板の上部に第2のゲート酸化膜
を形成する工程と、第1のゲート酸化膜にホールを形成
した後にプログラミング用N型拡散層の上に位置するよ
うにホールにトンネル酸化膜を形成する工程と、第1の
ゲート酸化膜およびトンネル酸化膜の上にフローティン
グゲートを形成し第2のゲート酸化膜の上にゲートを形
成する工程と、フローティングゲートの上に絶縁膜を形
成する工程と、絶縁膜の上にコントロールゲートを形成
する工程と、第2のゲート酸化膜とプログラミング用N
型拡散層との間に位置するようにP型半導体基板の上部
にN型ソース拡散層を形成する工程とを有することを特
徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図1に示すように、本発明
の第1の実施形態としての半導体装置は、P型半導体基
板1と、このP型半導体基板1の上部に形成されている
プログラミング用N型拡散層2と、このプログラミング
用N型拡散層2の一方の側に位置するようにP型半導体
基板1の上部に形成されている2つのN型ドレイン拡散
層3、4と、プログラミング用N型拡散層2の下に位置
するようにP型半導体基板1の中間部に形成されている
下層N型拡散層5と、プログラミング用N型拡散層2お
よびN型ドレイン拡散層3、4の上にそれぞれ形成され
ているトンネル酸化膜6およびチャネル部ゲート酸化膜
7と、これらのトンネル酸化膜6およびチャネル部ゲー
ト酸化膜7の上にそれぞれ形成されている2つのフロー
ティングゲート8、9とを有している。
に基づいて詳細に説明する。図1に示すように、本発明
の第1の実施形態としての半導体装置は、P型半導体基
板1と、このP型半導体基板1の上部に形成されている
プログラミング用N型拡散層2と、このプログラミング
用N型拡散層2の一方の側に位置するようにP型半導体
基板1の上部に形成されている2つのN型ドレイン拡散
層3、4と、プログラミング用N型拡散層2の下に位置
するようにP型半導体基板1の中間部に形成されている
下層N型拡散層5と、プログラミング用N型拡散層2お
よびN型ドレイン拡散層3、4の上にそれぞれ形成され
ているトンネル酸化膜6およびチャネル部ゲート酸化膜
7と、これらのトンネル酸化膜6およびチャネル部ゲー
ト酸化膜7の上にそれぞれ形成されている2つのフロー
ティングゲート8、9とを有している。
【0012】また、半導体装置は、プログラミング用N
型拡散層2と下層N型拡散層5と接続する接続用N型拡
散層10と、P型半導体基板1の上部に形成されている
素子分離膜11と、N型ドレイン拡散層3、4とフロー
ティングゲート8、9および素子分離膜11の上に形成
されている層間絶縁膜12と、プログラミング用N型拡
散層2の上に位置するように層間絶縁膜12に形成され
ているコンタクトホール13とを有している。
型拡散層2と下層N型拡散層5と接続する接続用N型拡
散層10と、P型半導体基板1の上部に形成されている
素子分離膜11と、N型ドレイン拡散層3、4とフロー
ティングゲート8、9および素子分離膜11の上に形成
されている層間絶縁膜12と、プログラミング用N型拡
散層2の上に位置するように層間絶縁膜12に形成され
ているコンタクトホール13とを有している。
【0013】次に、図1の半導体装置の動作を説明す
る。フローティングゲート8、9より電子を抽出する場
合には、N型ソースドレイン拡散層3およびP型半導体
基板1を接地し、プログラミング用N型拡散層2に高電
圧(Vpp)を印加し、フローティングゲート8、9か
らプログラミング用N型拡散層2にFNトンネル現象に
より電子を抽出しチャネル領域の閾値をデプレッション
状態にする。また、フローティングゲート8、9に電子
を注入する場合には、プログラミング用N型拡散層2お
よびP型半導体基板1を接地し、N型ドレイン拡散層3
に高電圧(Vpp)を印加する。フローティングゲート
8、9とN型ドレイン拡散層3の容量結合によりフロー
ティングゲート8、9の電位がVppの近くまで持ち上
がりフローティングゲート8、9とプログラミング用N
型拡散層2の間のトンネル現象によりフローティングゲ
ート8、9に電子が注入されチャネル領域の閾値が上昇
する。このように、1セルにて2値状態を作り出し情報
のプログラミングを行う。
る。フローティングゲート8、9より電子を抽出する場
合には、N型ソースドレイン拡散層3およびP型半導体
基板1を接地し、プログラミング用N型拡散層2に高電
圧(Vpp)を印加し、フローティングゲート8、9か
らプログラミング用N型拡散層2にFNトンネル現象に
より電子を抽出しチャネル領域の閾値をデプレッション
状態にする。また、フローティングゲート8、9に電子
を注入する場合には、プログラミング用N型拡散層2お
よびP型半導体基板1を接地し、N型ドレイン拡散層3
に高電圧(Vpp)を印加する。フローティングゲート
8、9とN型ドレイン拡散層3の容量結合によりフロー
ティングゲート8、9の電位がVppの近くまで持ち上
がりフローティングゲート8、9とプログラミング用N
型拡散層2の間のトンネル現象によりフローティングゲ
ート8、9に電子が注入されチャネル領域の閾値が上昇
する。このように、1セルにて2値状態を作り出し情報
のプログラミングを行う。
【0014】次に、図1の半導体装置の製造方法を図面
に基づいて説明する。まず、図2に示すように、P型半
導体基板1の上部に複数の素子分離膜11を形成する。
次に、図3に示すように、P型半導体基板1の中間部に
下層N型拡散層5をイオン注入法により形成する。次
に、図3に示すように、下層N型拡散層5の上に位置す
るようにP型半導体基板1の上部にプログラミング用N
型拡散層2をイオン注入法により形成し、プログラミン
グ用N型拡散層2の一方の側に位置するようにP型半導
体基板1の上部に2つのN型ドレイン拡散層3、4をイ
オン注入法により形成する。次に、図4に示すように、
プログラミング用N型拡散層2およびN型ドレイン拡散
層3、4の上にそれぞれトンネル酸化膜6およびチャネ
ル部ゲート酸化膜7を形成する。次に、図4に示すよう
に、トンネル酸化膜6およびチャネル部ゲート酸化膜7
の上にそれぞれフローティングゲート8、9を形成す
る。次に、図1に示すように、N型ドレイン拡散層3、
4とフローティングゲート8、9および素子分離膜11
の上に層間分離膜12を形成する。次に、図1に示すよ
うに、プログラミング用N型拡散層2の上に位置するよ
うに層間分離膜12にコンタクトホール13を形成す
る。次に、図1に示すように、コンタクトホール13を
介してイオン注入法によりプログラミング用N型拡散層
2と下層N型拡散層5と接続する接続用N型拡散層10
を形成する。
に基づいて説明する。まず、図2に示すように、P型半
導体基板1の上部に複数の素子分離膜11を形成する。
次に、図3に示すように、P型半導体基板1の中間部に
下層N型拡散層5をイオン注入法により形成する。次
に、図3に示すように、下層N型拡散層5の上に位置す
るようにP型半導体基板1の上部にプログラミング用N
型拡散層2をイオン注入法により形成し、プログラミン
グ用N型拡散層2の一方の側に位置するようにP型半導
体基板1の上部に2つのN型ドレイン拡散層3、4をイ
オン注入法により形成する。次に、図4に示すように、
プログラミング用N型拡散層2およびN型ドレイン拡散
層3、4の上にそれぞれトンネル酸化膜6およびチャネ
ル部ゲート酸化膜7を形成する。次に、図4に示すよう
に、トンネル酸化膜6およびチャネル部ゲート酸化膜7
の上にそれぞれフローティングゲート8、9を形成す
る。次に、図1に示すように、N型ドレイン拡散層3、
4とフローティングゲート8、9および素子分離膜11
の上に層間分離膜12を形成する。次に、図1に示すよ
うに、プログラミング用N型拡散層2の上に位置するよ
うに層間分離膜12にコンタクトホール13を形成す
る。次に、図1に示すように、コンタクトホール13を
介してイオン注入法によりプログラミング用N型拡散層
2と下層N型拡散層5と接続する接続用N型拡散層10
を形成する。
【0015】次に、本発明の第2の実施形態を説明す
る。図5に示すように、本発明の第2の実施形態として
の半導体装置は、P型半導体基板21と、このP型半導
体基板21の上部に所定間隔をおいて形成されているプ
ログラミング用N型拡散層22およびセルN型ソース拡
散層23と、第1のプログラミング用N型拡散層22の
下に位置するようにP型半導体基板21の中間部に形成
されている下層N型拡散層24と、プログラミング用N
型拡散層22の上に形成されているトンネル酸化膜25
と、このトンネル酸化膜25を囲むようにプログラミン
グ用N型拡散層22およびP型半導体基板1の上に形成
されている第1のゲート酸化膜26と、この第1のゲー
ト酸化膜26およびトンネル酸化膜25の上に形成され
ているフローティングゲート27と、このフローティン
グゲート27の上に形成されているONO膜(絶縁膜)
28と、このONO膜28の上に形成されているコント
ロールゲート29と、プログラミング用N型拡散層22
のセルN型ソース拡散層23と反対側に位置するように
P型半導体基板21の上部に形成されている第2のゲー
ト酸化膜30と、この第2のゲート酸化膜30とプログ
ラミング用N型拡散層22との間に位置するようにP型
半導体基板21の上部に形成されているN型ソース拡散
層31と、第2のゲート酸化膜30の上に形成されてい
るゲート32とを有する。
る。図5に示すように、本発明の第2の実施形態として
の半導体装置は、P型半導体基板21と、このP型半導
体基板21の上部に所定間隔をおいて形成されているプ
ログラミング用N型拡散層22およびセルN型ソース拡
散層23と、第1のプログラミング用N型拡散層22の
下に位置するようにP型半導体基板21の中間部に形成
されている下層N型拡散層24と、プログラミング用N
型拡散層22の上に形成されているトンネル酸化膜25
と、このトンネル酸化膜25を囲むようにプログラミン
グ用N型拡散層22およびP型半導体基板1の上に形成
されている第1のゲート酸化膜26と、この第1のゲー
ト酸化膜26およびトンネル酸化膜25の上に形成され
ているフローティングゲート27と、このフローティン
グゲート27の上に形成されているONO膜(絶縁膜)
28と、このONO膜28の上に形成されているコント
ロールゲート29と、プログラミング用N型拡散層22
のセルN型ソース拡散層23と反対側に位置するように
P型半導体基板21の上部に形成されている第2のゲー
ト酸化膜30と、この第2のゲート酸化膜30とプログ
ラミング用N型拡散層22との間に位置するようにP型
半導体基板21の上部に形成されているN型ソース拡散
層31と、第2のゲート酸化膜30の上に形成されてい
るゲート32とを有する。
【0016】また、半導体装置は、第2のゲート酸化膜
30のN型ソース拡散層31と反対側に位置するように
P型半導体基板21の上部に形成されているN型ドレイ
ン拡散層33と、このN型ドレイン拡散層33と下層N
型拡散層24と接続する接続用N型拡散層34と、P型
半導体基板21の上部に形成されている素子分離膜35
と、第2のプログラミング用N型拡散層23とコントロ
ールゲート29と、N型ソース拡散層31と、N型ドレ
イン拡散層33および素子分離膜35の上に形成されて
いる層間絶縁膜36と、N型ドレイン拡散層33の上に
位置するように層間絶縁膜36に形成されているコンタ
クトホール37とを有している。
30のN型ソース拡散層31と反対側に位置するように
P型半導体基板21の上部に形成されているN型ドレイ
ン拡散層33と、このN型ドレイン拡散層33と下層N
型拡散層24と接続する接続用N型拡散層34と、P型
半導体基板21の上部に形成されている素子分離膜35
と、第2のプログラミング用N型拡散層23とコントロ
ールゲート29と、N型ソース拡散層31と、N型ドレ
イン拡散層33および素子分離膜35の上に形成されて
いる層間絶縁膜36と、N型ドレイン拡散層33の上に
位置するように層間絶縁膜36に形成されているコンタ
クトホール37とを有している。
【0017】次に、図6の半導体装置の製造方法を図面
に基づいて説明する。まず、図6に示すように、P型半
導体基板21の中間部に下層N型拡散層24をイオン注
入法により形成する。次に、図6に示すように、下層N
型拡散層24の上に第1のプログラミング用N型拡散層
22が位置するようにP型半導体基板21の上部に所定
間隔をおいてプログラミング用N型拡散層22およびセ
ルN型拡散層23をイオン注入法により形成する。次
に、図7に示すように、プログラミング用N型拡散層2
2およびP型半導体基板21の上にゲート酸化膜26を
形成しプログラミング用N型拡散層22のセルN型拡散
層23と反対側に位置するようにP型半導体基板21の
上部に第2のゲート酸化膜30を形成する。次に、図7
に示すように、第1のゲート酸化膜26にホールを形成
した後に第1のプログラミング用N型拡散層22の上に
位置するように上記ホールにトンネル酸化膜25を形成
する。次に、図7に示すように、第1のゲート酸化膜2
6およびトンネル酸化膜25の上にフローティングゲー
ト27を形成し第2のゲート酸化膜30の上にゲート3
2を形成する。次に、図9に示すように、フローティン
グゲート27の上にONO膜(絶縁膜)28を形成す
る。次に、図8に示すように、ONO膜28の上にコン
トロールゲート29を形成する。次に、図8に示すよう
に、第2のゲート酸化膜30とプログラミング用N型拡
散層22との間に位置するようにP型半導体基板21の
上部にN型ソース拡散層31をイオン注入法により形成
するとともに第2のゲート酸化膜30のN型ソース拡散
層31と反対側に位置するようにP型半導体基板21の
上部にN型ドレイン拡散層33を形成する。次に、図5
に示すように、セルN型ソース型拡散層23とコントロ
ールゲート29とN型ソース拡散層31とN型ドレイン
拡散層33および素子分離膜35の上に層間絶縁膜36
を形成する。次に、図5に示すように、N型ドレイン拡
散層33の上に位置するように層間絶縁膜36にコンタ
クトホール37を形成する。次に、図5に示すように、
N型ドレイン拡散層33と下層N型拡散層24と接続す
る接続用N型拡散層34をコンタクトホール37を介し
てイオン注入法により形成する。
に基づいて説明する。まず、図6に示すように、P型半
導体基板21の中間部に下層N型拡散層24をイオン注
入法により形成する。次に、図6に示すように、下層N
型拡散層24の上に第1のプログラミング用N型拡散層
22が位置するようにP型半導体基板21の上部に所定
間隔をおいてプログラミング用N型拡散層22およびセ
ルN型拡散層23をイオン注入法により形成する。次
に、図7に示すように、プログラミング用N型拡散層2
2およびP型半導体基板21の上にゲート酸化膜26を
形成しプログラミング用N型拡散層22のセルN型拡散
層23と反対側に位置するようにP型半導体基板21の
上部に第2のゲート酸化膜30を形成する。次に、図7
に示すように、第1のゲート酸化膜26にホールを形成
した後に第1のプログラミング用N型拡散層22の上に
位置するように上記ホールにトンネル酸化膜25を形成
する。次に、図7に示すように、第1のゲート酸化膜2
6およびトンネル酸化膜25の上にフローティングゲー
ト27を形成し第2のゲート酸化膜30の上にゲート3
2を形成する。次に、図9に示すように、フローティン
グゲート27の上にONO膜(絶縁膜)28を形成す
る。次に、図8に示すように、ONO膜28の上にコン
トロールゲート29を形成する。次に、図8に示すよう
に、第2のゲート酸化膜30とプログラミング用N型拡
散層22との間に位置するようにP型半導体基板21の
上部にN型ソース拡散層31をイオン注入法により形成
するとともに第2のゲート酸化膜30のN型ソース拡散
層31と反対側に位置するようにP型半導体基板21の
上部にN型ドレイン拡散層33を形成する。次に、図5
に示すように、セルN型ソース型拡散層23とコントロ
ールゲート29とN型ソース拡散層31とN型ドレイン
拡散層33および素子分離膜35の上に層間絶縁膜36
を形成する。次に、図5に示すように、N型ドレイン拡
散層33の上に位置するように層間絶縁膜36にコンタ
クトホール37を形成する。次に、図5に示すように、
N型ドレイン拡散層33と下層N型拡散層24と接続す
る接続用N型拡散層34をコンタクトホール37を介し
てイオン注入法により形成する。
【0018】次に、本発明の上記第1および第2の実施
形態としての半導体装置の動作を説明する。トンネル酸
化膜6(25)よりトンネルしてきた電子によりプログ
ラミング用N型拡散層2(22)にホールが発生し、プ
ログラミング用N型拡散層2(22)とP型半導体基板
1(21)の間の空乏層により加速される。しかし、下
層N型拡散層5(24)を設けてプログラミング用N型
拡散層2(22)と同電位にすることにより、図9に示
すようにバンドが曲げられホールはインパクトイオン化
を起こすまで加速されづらくなる。これにより、伝導帯
に電子が発生しないためトンネル酸化膜6(25)への
ダメージを押さえられる。また、プログラミング用N型
拡散層2(22)とP型半導体基板1(21)の間の空
乏層をホールが抜けた場合でも下層N型拡散層5(2
4)にて再結合されるためホール数は減少する。さら
に、下層N型拡散層5(24)でも再結合されずに残っ
たホールは下層N型拡散層5(24)とP型半導体基板
1(21)の間の空乏層により加速され従来同様インパ
クトイオン化を起こし、伝導帯に電子が発生するがトン
ネル酸化膜6(25)より遠い部分で発生するためトン
ネル酸化膜6(25)へダメージを与えない。
形態としての半導体装置の動作を説明する。トンネル酸
化膜6(25)よりトンネルしてきた電子によりプログ
ラミング用N型拡散層2(22)にホールが発生し、プ
ログラミング用N型拡散層2(22)とP型半導体基板
1(21)の間の空乏層により加速される。しかし、下
層N型拡散層5(24)を設けてプログラミング用N型
拡散層2(22)と同電位にすることにより、図9に示
すようにバンドが曲げられホールはインパクトイオン化
を起こすまで加速されづらくなる。これにより、伝導帯
に電子が発生しないためトンネル酸化膜6(25)への
ダメージを押さえられる。また、プログラミング用N型
拡散層2(22)とP型半導体基板1(21)の間の空
乏層をホールが抜けた場合でも下層N型拡散層5(2
4)にて再結合されるためホール数は減少する。さら
に、下層N型拡散層5(24)でも再結合されずに残っ
たホールは下層N型拡散層5(24)とP型半導体基板
1(21)の間の空乏層により加速され従来同様インパ
クトイオン化を起こし、伝導帯に電子が発生するがトン
ネル酸化膜6(25)より遠い部分で発生するためトン
ネル酸化膜6(25)へダメージを与えない。
【0019】なお、本発明は、フローティングゲートよ
りトンネル現象を利用して酸化膜をトンネルしてきた電
子が下層N型拡散層5(24)に落ちる半導体装置に適
用できる。
りトンネル現象を利用して酸化膜をトンネルしてきた電
子が下層N型拡散層5(24)に落ちる半導体装置に適
用できる。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、プログラミング用N型
拡散層の下に下層N型拡散層を設けることによりトンネ
ル酸化膜へのダメージを低減できるから、耐久性を向上
させることができる。すなわち、本発明によれば、デー
タの書き込みおよび消去の繰り返し回数を増大させるこ
とができる。
拡散層の下に下層N型拡散層を設けることによりトンネ
ル酸化膜へのダメージを低減できるから、耐久性を向上
させることができる。すなわち、本発明によれば、デー
タの書き込みおよび消去の繰り返し回数を増大させるこ
とができる。
【図1】本発明の第1の実施形態としての半導体装置の
要部を示す部分断面図である。
要部を示す部分断面図である。
【図2】図1の半導体装置を製造する工程を説明するた
めの図である。
めの図である。
【図3】図1の半導体装置を製造する他の工程を説明す
るための図である。
るための図である。
【図4】図1の半導体装置を製造する他の工程を説明す
るための図である。
るための図である。
【図5】本発明の第2の実施形態としての半導体装置の
要部を示す部分断面図である。
要部を示す部分断面図である。
【図6】図5の半導体装置を製造する工程を説明するた
めの図である。
めの図である。
【図7】図5の半導体装置を製造する他の工程を説明す
るための図である。
るための図である。
【図8】図5の半導体装置を製造する他の工程を説明す
るための図である。
るための図である。
【図9】図1および図5の半導体装置の動作を説明する
ための図である。
ための図である。
【図10】従来の半導体装置の動作を説明するための図
である。
である。
1 P型半導体基板 2 プログラミング用N型拡散層 3 N型ドレイン拡散層 4 N型ドレイン拡散層 5 下層N型拡散層 6 トンネル酸化膜 7 チャネル部ゲート酸化膜 8、9 フローティングゲート 10 接続用N型拡散層 11 素子分離膜 12 層間絶縁膜 13 コンタクトホール 21 P型半導体基板 22 プログラミング用N型拡散層 23 セルN型ソース拡散層 24 下層N型拡散層 25 トンネル酸化膜 26 第1のゲート酸化膜 27 フローティングゲート 28 ONO膜(絶縁膜) 29 コントロールゲート 30 第2のゲート酸化膜 31 N型ソース拡散層 32 ゲート 33 N型ドレイン拡散層 34 接続用N型拡散層 35 素子分離膜 36 層間絶縁膜 37 コンタクトホール
【手続補正書】
【提出日】平成11年11月8日(1999.11.
8)
8)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 半導体装置およびその製造方法
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気的消去型不揮
発性記録装置(EEPROM)などの半導体装置および
その製造方法に関する。
発性記録装置(EEPROM)などの半導体装置および
その製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、この種の半導体装置として、
フローティングゲートに注入する電子を埋め込み拡散層
より半導体基板へ注入しその電子を基板およびソースド
レイン拡散層間の高電界の空乏層により加速し高エネル
ギーにしフローティングゲートへ注入し書込を行うもの
がある。この従来の半導体装置においては、フローティ
ングゲートからプログラミング用N型拡散層に電子を抽
出する時に、図10の(1)に示すようにフローティン
グゲートよりトンネリング現象によりトンネル酸化膜を
トンネルしてきた電子がプログラミング用N型拡散層に
落ち、この時に落ちてきた電子のエネルギーによりプロ
グラミング用N型拡散層にホールが発生する。図10の
(1)で発生したホールでプログラミング用N型拡散層
内で再結合されなかったホールは図10の(2)に示す
ようにプログラミング用N型拡散層とP型半導体基板間
の空乏層の電界によりP型半導体基板側へ加速される。
強い電界により加速されたホールは、空乏層内でインパ
クトイオン化を起こし伝導帯に電子が発生する。発生し
た電子も空乏層内でトンネルゲート酸化膜側へ加速され
る。加速された電子により、インパクトイオン化を起こ
し、価電子帯にホールが発生しそのホールが再度加速さ
れ更に伝導帯に電子が発生し雪崩方式に電子およびホー
ルが発生する。
フローティングゲートに注入する電子を埋め込み拡散層
より半導体基板へ注入しその電子を基板およびソースド
レイン拡散層間の高電界の空乏層により加速し高エネル
ギーにしフローティングゲートへ注入し書込を行うもの
がある。この従来の半導体装置においては、フローティ
ングゲートからプログラミング用N型拡散層に電子を抽
出する時に、図10の(1)に示すようにフローティン
グゲートよりトンネリング現象によりトンネル酸化膜を
トンネルしてきた電子がプログラミング用N型拡散層に
落ち、この時に落ちてきた電子のエネルギーによりプロ
グラミング用N型拡散層にホールが発生する。図10の
(1)で発生したホールでプログラミング用N型拡散層
内で再結合されなかったホールは図10の(2)に示す
ようにプログラミング用N型拡散層とP型半導体基板間
の空乏層の電界によりP型半導体基板側へ加速される。
強い電界により加速されたホールは、空乏層内でインパ
クトイオン化を起こし伝導帯に電子が発生する。発生し
た電子も空乏層内でトンネルゲート酸化膜側へ加速され
る。加速された電子により、インパクトイオン化を起こ
し、価電子帯にホールが発生しそのホールが再度加速さ
れ更に伝導帯に電子が発生し雪崩方式に電子およびホー
ルが発生する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体装置においては、加速された高エネルギーを持っ
た電子によりトンネル酸化膜へダメージが与えられ界面
準位が発生しプログラミング特性が劣化し耐久性が劣化
するという問題がある。
半導体装置においては、加速された高エネルギーを持っ
た電子によりトンネル酸化膜へダメージが与えられ界面
準位が発生しプログラミング特性が劣化し耐久性が劣化
するという問題がある。
【0004】本発明の目的は、トンネル酸化膜へダメー
ジを低減して耐久性を向上させることができる半導体装
置およびその製造方法を提供することにある。
ジを低減して耐久性を向上させることができる半導体装
置およびその製造方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項1記載の発明は、P型半導体基板と、P型半
導体基板の上部に形成されているトンネル酸化膜と、こ
のトンネル酸化膜の上に形成されているフローティング
ゲートと、フローティングゲートの下にあるP型半導体
基板の上部に形成されているプログラミング用N型拡散
層と、このプログラミング用N型拡散層の下に位置する
ようにP型半導体基板の中間部に形成されている下層N
型拡散層とを有し、且つプログラミング用N効拡散層と
前記下層N型拡散層を同電位にすることを特微としてい
る。
に、請求項1記載の発明は、P型半導体基板と、P型半
導体基板の上部に形成されているトンネル酸化膜と、こ
のトンネル酸化膜の上に形成されているフローティング
ゲートと、フローティングゲートの下にあるP型半導体
基板の上部に形成されているプログラミング用N型拡散
層と、このプログラミング用N型拡散層の下に位置する
ようにP型半導体基板の中間部に形成されている下層N
型拡散層とを有し、且つプログラミング用N効拡散層と
前記下層N型拡散層を同電位にすることを特微としてい
る。
【0006】請求項2記載の発明は、P型半導体基板の
上部にトンネル酸化膜を形成する工程と、トンネル酸化
膜の上にフローティングゲートを形成する工程と、P型
半導体基板の中間部に下層N型拡散層を形成する工程
と、下層N型拡散層の上方に位置するようにフローティ
ングゲートの下にあるP型半導体基板の上部にプログラ
ミング用N型拡散層を形成する工程と、プログラミング
用N型拡扱層と下層N型拡散層とを直接またはトランジ
スタを介して接続する工程とを有することを特微として
いる。
上部にトンネル酸化膜を形成する工程と、トンネル酸化
膜の上にフローティングゲートを形成する工程と、P型
半導体基板の中間部に下層N型拡散層を形成する工程
と、下層N型拡散層の上方に位置するようにフローティ
ングゲートの下にあるP型半導体基板の上部にプログラ
ミング用N型拡散層を形成する工程と、プログラミング
用N型拡扱層と下層N型拡散層とを直接またはトランジ
スタを介して接続する工程とを有することを特微として
いる。
【0007】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図1に示すように、本発明
の第1の実施形態としての半導体装置は、P型半導体基
板1と、このP型半導体基板1の上部に形成されている
プログラミング用N型拡散層2と、このプログラミング
用N型拡散層2の一方の側に位置するようにP型半導体
基板1の上部に形成されている2つのN型ドレイン拡散
層3、4と、プログラミング用N型拡散層2の下に位置
するようにP型半導体基板1の中間部に形成されている
下層N型拡散層5と、プログラミング用N型拡散層2お
よびN型ドレイン拡散層3、4の上にそれぞれ形成され
ているトンネル酸化膜6およびチャネル部ゲート酸化膜
7と、これらのトンネル酸化膜6およびチャネル部ゲー
ト酸化膜7の上にそれぞれ形成されている2つのフロー
ティングゲート8、9とを有している。
に基づいて詳細に説明する。図1に示すように、本発明
の第1の実施形態としての半導体装置は、P型半導体基
板1と、このP型半導体基板1の上部に形成されている
プログラミング用N型拡散層2と、このプログラミング
用N型拡散層2の一方の側に位置するようにP型半導体
基板1の上部に形成されている2つのN型ドレイン拡散
層3、4と、プログラミング用N型拡散層2の下に位置
するようにP型半導体基板1の中間部に形成されている
下層N型拡散層5と、プログラミング用N型拡散層2お
よびN型ドレイン拡散層3、4の上にそれぞれ形成され
ているトンネル酸化膜6およびチャネル部ゲート酸化膜
7と、これらのトンネル酸化膜6およびチャネル部ゲー
ト酸化膜7の上にそれぞれ形成されている2つのフロー
ティングゲート8、9とを有している。
【0008】また、半導体装置は、プログラミング用N
型拡散層2と下層N型拡散層5と接続する接続用N型拡
散層10と、P型半導体基板1の上部に形成されている
素子分離膜11と、N型ドレイン拡散層3、4とフロー
ティングゲート8、9および素子分離膜11の上に形成
されている層間絶縁膜12と、プログラミング用N型拡
散層2の上に位置するように層間絶縁膜12に形成され
ているコンタクトホール13とを有している。
型拡散層2と下層N型拡散層5と接続する接続用N型拡
散層10と、P型半導体基板1の上部に形成されている
素子分離膜11と、N型ドレイン拡散層3、4とフロー
ティングゲート8、9および素子分離膜11の上に形成
されている層間絶縁膜12と、プログラミング用N型拡
散層2の上に位置するように層間絶縁膜12に形成され
ているコンタクトホール13とを有している。
【0009】次に、図1の半導体装置の動作を説明す
る。フローティングゲート8、9より電子を抽出する場
合には、N型ソースドレイン拡散層3およびP型半導体
基板1を接地し、プログラミング用N型拡散層2に高電
圧(Vpp)を印加し、フローティングゲート8、9か
らプログラミング用N型拡散層2にFNトンネル現象に
より電子を抽出しチャネル領域の閾値をデプレッション
状態にする。また、フローティングゲート8、9に電子
を注入する場合には、プログラミング用N型拡散層2お
よびP型半導体基板1を接地し、N型ドレイン拡散層3
に高電圧(Vpp)を印加する。フローティングゲート
8、9とN型ドレイン拡散層3の容量結合によりフロー
ティングゲート8、9の電位がVppの近くまで持ち上
がりフローティングゲート8、9とプログラミング用N
型拡散層2の間のトンネル現象によりフローティングゲ
ート8、9に電子が注入されチャネル領域の閾値が上昇
する。このように、1セルにて2値状態を作り出し情報
のプログラミングを行う。
る。フローティングゲート8、9より電子を抽出する場
合には、N型ソースドレイン拡散層3およびP型半導体
基板1を接地し、プログラミング用N型拡散層2に高電
圧(Vpp)を印加し、フローティングゲート8、9か
らプログラミング用N型拡散層2にFNトンネル現象に
より電子を抽出しチャネル領域の閾値をデプレッション
状態にする。また、フローティングゲート8、9に電子
を注入する場合には、プログラミング用N型拡散層2お
よびP型半導体基板1を接地し、N型ドレイン拡散層3
に高電圧(Vpp)を印加する。フローティングゲート
8、9とN型ドレイン拡散層3の容量結合によりフロー
ティングゲート8、9の電位がVppの近くまで持ち上
がりフローティングゲート8、9とプログラミング用N
型拡散層2の間のトンネル現象によりフローティングゲ
ート8、9に電子が注入されチャネル領域の閾値が上昇
する。このように、1セルにて2値状態を作り出し情報
のプログラミングを行う。
【0010】次に、図1の半導体装置の製造方法を図面
に基づいて説明する。まず、図2に示すように、P型半
導体基板1の上部に複数の素子分離膜11を形成する。
次に、図3に示すように、P型半導体基板1の中間部に
下層N型拡散層5をイオン注入法により形成する。次
に、図3に示すように、下層N型拡散層5の上に位置す
るようにP型半導体基板1の上部にプログラミング用N
型拡散層2をイオン注入法により形成し、プログラミン
グ用N型拡散層2の一方の側に位置するようにP型半導
体基板1の上部に2つのN型ドレイン拡散層3、4をイ
オン注入法により形成する。次に、図4に示すように、
プログラミング用N型拡散層2およびN型ドレイン拡散
層3、4の上にそれぞれトンネル酸化膜6およびチャネ
ル部ゲート酸化膜7を形成する。次に、図4に示すよう
に、トンネル酸化膜6およびチャネル部ゲート酸化膜7
の上にそれぞれフローティングゲート8、9を形成す
る。次に、図1に示すように、N型ドレイン拡散層3、
4とフローティングゲート8、9および素子分離膜11
の上に層間分離膜12を形成する。次に、図1に示すよ
うに、プログラミング用N型拡散層2の上に位置するよ
うに層間分離膜12にコンタクトホール13を形成す
る。次に、図1に示すように、コンタクトホール13を
介してイオン注入法によりプログラミング用N型拡散層
2と下層N型拡散層5と接続する接続用N型拡散層10
を形成する。
に基づいて説明する。まず、図2に示すように、P型半
導体基板1の上部に複数の素子分離膜11を形成する。
次に、図3に示すように、P型半導体基板1の中間部に
下層N型拡散層5をイオン注入法により形成する。次
に、図3に示すように、下層N型拡散層5の上に位置す
るようにP型半導体基板1の上部にプログラミング用N
型拡散層2をイオン注入法により形成し、プログラミン
グ用N型拡散層2の一方の側に位置するようにP型半導
体基板1の上部に2つのN型ドレイン拡散層3、4をイ
オン注入法により形成する。次に、図4に示すように、
プログラミング用N型拡散層2およびN型ドレイン拡散
層3、4の上にそれぞれトンネル酸化膜6およびチャネ
ル部ゲート酸化膜7を形成する。次に、図4に示すよう
に、トンネル酸化膜6およびチャネル部ゲート酸化膜7
の上にそれぞれフローティングゲート8、9を形成す
る。次に、図1に示すように、N型ドレイン拡散層3、
4とフローティングゲート8、9および素子分離膜11
の上に層間分離膜12を形成する。次に、図1に示すよ
うに、プログラミング用N型拡散層2の上に位置するよ
うに層間分離膜12にコンタクトホール13を形成す
る。次に、図1に示すように、コンタクトホール13を
介してイオン注入法によりプログラミング用N型拡散層
2と下層N型拡散層5と接続する接続用N型拡散層10
を形成する。
【0011】次に、本発明の第2の実施形態を説明す
る。図5に示すように、本発明の第2の実施形態として
の半導体装置は、P型半導体基板21と、このP型半導
体基板21の上部に所定間隔をおいて形成されているプ
ログラミング用N型拡散層22およびセルN型ソース拡
散層23と、第1のプログラミング用N型拡散層22の
下に位置するようにP型半導体基板21の中間部に形成
されている下層N型拡散層24と、プログラミング用N
型拡散層22の上に形成されているトンネル酸化膜25
と、このトンネル酸化膜25を囲むようにプログラミン
グ用N型拡散層22およびP型半導体基板1の上に形成
されている第1のゲート酸化膜26と、この第1のゲー
ト酸化膜26およびトンネル酸化膜25の上に形成され
ているフローティングゲート27と、このフローティン
グゲート27の上に形成されているONO膜(絶縁膜)
28と、このONO膜28の上に形成されているコント
ロールゲート29と、プログラミング用N型拡散層22
のセルN型ソース拡散層23と反対側に位置するように
P型半導体基板21の上部に形成されている第2のゲー
ト酸化膜30と、この第2のゲート酸化膜30とプログ
ラミング用N型拡散層22との間に位置するようにP型
半導体基板21の上部に形成されているN型ソース拡散
層31と、第2のゲート酸化膜30の上に形成されてい
るゲート32とを有する。
る。図5に示すように、本発明の第2の実施形態として
の半導体装置は、P型半導体基板21と、このP型半導
体基板21の上部に所定間隔をおいて形成されているプ
ログラミング用N型拡散層22およびセルN型ソース拡
散層23と、第1のプログラミング用N型拡散層22の
下に位置するようにP型半導体基板21の中間部に形成
されている下層N型拡散層24と、プログラミング用N
型拡散層22の上に形成されているトンネル酸化膜25
と、このトンネル酸化膜25を囲むようにプログラミン
グ用N型拡散層22およびP型半導体基板1の上に形成
されている第1のゲート酸化膜26と、この第1のゲー
ト酸化膜26およびトンネル酸化膜25の上に形成され
ているフローティングゲート27と、このフローティン
グゲート27の上に形成されているONO膜(絶縁膜)
28と、このONO膜28の上に形成されているコント
ロールゲート29と、プログラミング用N型拡散層22
のセルN型ソース拡散層23と反対側に位置するように
P型半導体基板21の上部に形成されている第2のゲー
ト酸化膜30と、この第2のゲート酸化膜30とプログ
ラミング用N型拡散層22との間に位置するようにP型
半導体基板21の上部に形成されているN型ソース拡散
層31と、第2のゲート酸化膜30の上に形成されてい
るゲート32とを有する。
【0012】また、半導体装置は、第2のゲート酸化膜
30のN型ソース拡散層31と反対側に位置するように
P型半導体基板21の上部に形成されているN型ドレイ
ン拡散層33と、このN型ドレイン拡散層33と下層N
型拡散層24と接続する接続用N型拡散層34と、P型
半導体基板21の上部に形成されている素子分離膜35
と、第2のプログラミング用N型拡散層23とコントロ
ールゲート29と、N型ソース拡散層31と、N型ドレ
イン拡散層33および素子分離膜35の上に形成されて
いる層間絶縁膜36と、N型ドレイン拡散層33の上に
位置するように層間絶縁膜36に形成されているコンタ
クトホール37とを有している。
30のN型ソース拡散層31と反対側に位置するように
P型半導体基板21の上部に形成されているN型ドレイ
ン拡散層33と、このN型ドレイン拡散層33と下層N
型拡散層24と接続する接続用N型拡散層34と、P型
半導体基板21の上部に形成されている素子分離膜35
と、第2のプログラミング用N型拡散層23とコントロ
ールゲート29と、N型ソース拡散層31と、N型ドレ
イン拡散層33および素子分離膜35の上に形成されて
いる層間絶縁膜36と、N型ドレイン拡散層33の上に
位置するように層間絶縁膜36に形成されているコンタ
クトホール37とを有している。
【0013】次に、図6の半導体装置の製造方法を図面
に基づいて説明する。まず、図6に示すように、P型半
導体基板21の中間部に下層N型拡散層24をイオン注
入法により形成する。次に、図6に示すように、下層N
型拡散層24の上に第1のプログラミング用N型拡散層
22が位置するようにP型半導体基板21の上部に所定
間隔をおいてプログラミング用N型拡散層22およびセ
ルN型拡散層23をイオン注入法により形成する。次
に、図7に示すように、プログラミング用N型拡散層2
2およびP型半導体基板21の上にゲート酸化膜26を
形成しプログラミング用N型拡散層22のセルN型拡散
層23と反対側に位置するようにP型半導体基板21の
上部に第2のゲート酸化膜30を形成する。次に、図7
に示すように、第1のゲート酸化膜26にホールを形成
した後に第1のプログラミング用N型拡散層22の上に
位置するように上記ホールにトンネル酸化膜25を形成
する。次に、図7に示すように、第1のゲート酸化膜2
6およびトンネル酸化膜25の上にフローティングゲー
ト27を形成し第2のゲート酸化膜30の上にゲート3
2を形成する。次に、図9に示すように、フローティン
グゲート27の上にONO膜(絶縁膜)28を形成す
る。次に、図8に示すように、ONO膜28の上にコン
トロールゲート29を形成する。次に、図8に示すよう
に、第2のゲート酸化膜30とプログラミング用N型拡
散層22との間に位置するようにP型半導体基板21の
上部にN型ソース拡散層31をイオン注入法により形成
するとともに第2のゲート酸化膜30のN型ソース拡散
層31と反対側に位置するようにP型半導体基板21の
上部にN型ドレイン拡散層33を形成する。次に、図5
に示すように、セルN型ソース型拡散層23とコントロ
ールゲート29とN型ソース拡散層31とN型ドレイン
拡散層33および素子分離膜35の上に層間絶縁膜36
を形成する。次に、図5に示すように、N型ドレイン拡
散層33の上に位置するように層間絶縁膜36にコンタ
クトホール37を形成する。次に、図5に示すように、
N型ドレイン拡散層33と下層N型拡散層24と接続す
る接続用N型拡散層34をコンタクトホール37を介し
てイオン注入法により形成する。
に基づいて説明する。まず、図6に示すように、P型半
導体基板21の中間部に下層N型拡散層24をイオン注
入法により形成する。次に、図6に示すように、下層N
型拡散層24の上に第1のプログラミング用N型拡散層
22が位置するようにP型半導体基板21の上部に所定
間隔をおいてプログラミング用N型拡散層22およびセ
ルN型拡散層23をイオン注入法により形成する。次
に、図7に示すように、プログラミング用N型拡散層2
2およびP型半導体基板21の上にゲート酸化膜26を
形成しプログラミング用N型拡散層22のセルN型拡散
層23と反対側に位置するようにP型半導体基板21の
上部に第2のゲート酸化膜30を形成する。次に、図7
に示すように、第1のゲート酸化膜26にホールを形成
した後に第1のプログラミング用N型拡散層22の上に
位置するように上記ホールにトンネル酸化膜25を形成
する。次に、図7に示すように、第1のゲート酸化膜2
6およびトンネル酸化膜25の上にフローティングゲー
ト27を形成し第2のゲート酸化膜30の上にゲート3
2を形成する。次に、図9に示すように、フローティン
グゲート27の上にONO膜(絶縁膜)28を形成す
る。次に、図8に示すように、ONO膜28の上にコン
トロールゲート29を形成する。次に、図8に示すよう
に、第2のゲート酸化膜30とプログラミング用N型拡
散層22との間に位置するようにP型半導体基板21の
上部にN型ソース拡散層31をイオン注入法により形成
するとともに第2のゲート酸化膜30のN型ソース拡散
層31と反対側に位置するようにP型半導体基板21の
上部にN型ドレイン拡散層33を形成する。次に、図5
に示すように、セルN型ソース型拡散層23とコントロ
ールゲート29とN型ソース拡散層31とN型ドレイン
拡散層33および素子分離膜35の上に層間絶縁膜36
を形成する。次に、図5に示すように、N型ドレイン拡
散層33の上に位置するように層間絶縁膜36にコンタ
クトホール37を形成する。次に、図5に示すように、
N型ドレイン拡散層33と下層N型拡散層24と接続す
る接続用N型拡散層34をコンタクトホール37を介し
てイオン注入法により形成する。
【0014】次に、本発明の上記第1および第2の実施
形態としての半導体装置の動作を説明する。トンネル酸
化膜6(25)よりトンネルしてきた電子によりプログ
ラミング用N型拡散層2(22)にホールが発生し、プ
ログラミング用N型拡散層2(22)とP型半導体基板
1(21)の間の空乏層により加速される。しかし、下
層N型拡散層5(24)を設けてプログラミング用N型
拡散層2(22)と同電位にすることにより、図9に示
すようにバンドが曲げられホールはインパクトイオン化
を起こすまで加速されづらくなる。これにより、伝導帯
に電子が発生しないためトンネル酸化膜6(25)への
ダメージを押さえられる。また、プログラミング用N型
拡散層2(22)とP型半導体基板1(21)の間の空
乏層をホールが抜けた場合でも下層N型拡散層5(2
4)にて再結合されるためホール数は減少する。さら
に、下層N型拡散層5(24)でも再結合されずに残っ
たホールは下層N型拡散層5(24)とP型半導体基板
1(21)の間の空乏層により加速され従来同様インパ
クトイオン化を起こし、伝導帯に電子が発生するがトン
ネル酸化膜6(25)より遠い部分で発生するためトン
ネル酸化膜6(25)へダメージを与えない。
形態としての半導体装置の動作を説明する。トンネル酸
化膜6(25)よりトンネルしてきた電子によりプログ
ラミング用N型拡散層2(22)にホールが発生し、プ
ログラミング用N型拡散層2(22)とP型半導体基板
1(21)の間の空乏層により加速される。しかし、下
層N型拡散層5(24)を設けてプログラミング用N型
拡散層2(22)と同電位にすることにより、図9に示
すようにバンドが曲げられホールはインパクトイオン化
を起こすまで加速されづらくなる。これにより、伝導帯
に電子が発生しないためトンネル酸化膜6(25)への
ダメージを押さえられる。また、プログラミング用N型
拡散層2(22)とP型半導体基板1(21)の間の空
乏層をホールが抜けた場合でも下層N型拡散層5(2
4)にて再結合されるためホール数は減少する。さら
に、下層N型拡散層5(24)でも再結合されずに残っ
たホールは下層N型拡散層5(24)とP型半導体基板
1(21)の間の空乏層により加速され従来同様インパ
クトイオン化を起こし、伝導帯に電子が発生するがトン
ネル酸化膜6(25)より遠い部分で発生するためトン
ネル酸化膜6(25)へダメージを与えない。
【0015】なお、本発明は、フローティングゲートよ
りトンネル現象を利用して酸化膜をトンネルしてきた電
子が下層N型拡散層5(24)に落ちる半導体装置に適
用できる。
りトンネル現象を利用して酸化膜をトンネルしてきた電
子が下層N型拡散層5(24)に落ちる半導体装置に適
用できる。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、プログラミング用N型
拡散層の下に下層N型拡散層を設けることによりトンネ
ル酸化膜へのダメージを低減できるから、耐久性を向上
させることができる。すなわち、本発明によれば、デー
タの書き込みおよび消去の繰り返し回数を増大させるこ
とができる。
拡散層の下に下層N型拡散層を設けることによりトンネ
ル酸化膜へのダメージを低減できるから、耐久性を向上
させることができる。すなわち、本発明によれば、デー
タの書き込みおよび消去の繰り返し回数を増大させるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態としての半導体装置の
要部を示す部分断面図である。
要部を示す部分断面図である。
【図2】図1の半導体装置を製造する工程を説明するた
めの図である。
めの図である。
【図3】図1の半導体装置を製造する他の工程を説明す
るための図である。
るための図である。
【図4】図1の半導体装置を製造する他の工程を説明す
るための図である。
るための図である。
【図5】本発明の第2の実施形態としての半導体装置の
要部を示す部分断面図である。
要部を示す部分断面図である。
【図6】図5の半導体装置を製造する工程を説明するた
めの図である。
めの図である。
【図7】図5の半導体装置を製造する他の工程を説明す
るための図である。
るための図である。
【図8】図5の半導体装置を製造する他の工程を説明す
るための図である。
るための図である。
【図9】図1および図5の半導体装置の動作を説明する
ための図である。
ための図である。
【図10】従来の半導体装置の動作を説明するための図
である。
である。
【符号の説明】 1 P型半導体基板 2 プログラミング用N型拡散層 3 N型ドレイン拡散層 4 N型ドレイン拡散層 5 下層N型拡散層 6 トンネル酸化膜 7 チャネル部ゲート酸化膜 8、9 フローティングゲート 10 接続用N型拡散層 11 素子分離膜 12 層間絶縁膜 13 コンタクトホール 21 P型半導体基板 22 プログラミング用N型拡散層 23 セルN型ソース拡散層 24 下層N型拡散層 25 トンネル酸化膜 26 第1のゲート酸化膜 27 フローティングゲート 28 ONO膜(絶縁膜) 29 コントロールゲート 30 第2のゲート酸化膜 31 N型ソース拡散層 32 ゲート 33 N型ドレイン拡散層 34 接続用N型拡散層 35 素子分離膜 36 層間絶縁膜 37 コンタクトホール
Claims (6)
- 【請求項1】 P型半導体基板と、 該P型半導体基板の上部に形成されているトンネル酸化
膜と、 該トンネル酸化膜の上に形成されているフローティング
ゲートと、 前記トンネル酸化膜と所定間隔をおいて前記P型半導体
基板の上部に形成されているプログラミング用N型拡散
層と、 該プログラミング用N型拡散層の下に位置するように前
記P型半導体基板の中間部に形成されている下層N型拡
散層とを有し、 前記フローティングゲートからトンネル現象により前記
トンネル酸化膜を通過してくる電子が前記下層N型拡散
層に落ちることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 P型半導体基板と、 該P型半導体基板の上部に形成されているプログラミン
グ用N型拡散層と、 該プログラミング用N型拡散層の一方の側に位置するよ
うに前記P型半導体基板の上部に形成されている2つの
N型ドレイン拡散層と、 前記プログラミング用N型拡散層の下に位置するように
前記P型半導体基板の中間部に形成されている下層N型
拡散層と、 前記プログラミング用N型拡散層および前記N型ドレイ
ン拡散層の上にそれぞれ形成されているトンネル酸化膜
およびチャネル部ゲート酸化膜と、これらのトンネル酸
化膜およびチャネル部ゲート酸化膜の上にそれぞれ形成
されている2つのフローティングゲートとを有すること
を特徴とする半導体装置。 - 【請求項3】 P型半導体基板と、 該P型半導体基板の上部に所定間隔をおいて形成されて
いるプログラミング用N型拡散層およびセルN型ソース
拡散層と、 前記プログラミング用N型拡散層の下に位置するように
前記P型半導体基板の中間部に形成されている下層N型
拡散層と、 前記プログラミング用N型拡散層の上に形成されている
トンネル酸化膜と、 該トンネル酸化膜を囲むように前記プログラミング用N
型拡散層および前記P型半導体基板の上に形成されてい
る第1のゲート酸化膜と、 該ゲート酸化膜および前記トンネル酸化膜の上に形成さ
れているフローティングゲートと、 該フローティングゲートの上に形成されている絶縁膜
と、 該絶縁膜の上に形成されているコントロールゲートと、 前記プログラミング用N型拡散層の前記セルN型ソース
拡散層と反対側に位置するように前記P型半導体基板の
上部に形成されている第2のゲート酸化膜と、 該第2のゲート酸化膜と前記プログラミング用N型拡散
層との間に位置するように前記P型半導体基板の上部に
形成されているN型ソース拡散層と、 前記第2のゲート酸化膜の上に形成されているゲートと
を有することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項4】 P型半導体基板の上部にトンネル酸化膜
を形成する工程と、 前記トンネル酸化膜の上にフローティングゲートを形成
する工程と、 前記P型半導体基板の中間部に下層N型拡散層を形成す
る工程と、 前記下層N型拡散層の上に位置するように前記トンネル
酸化膜と所定間隔をおいて前記P型半導体基板の上部に
プログラミング用N型拡散層を形成する工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】 P型半導体基板の中間部に下層N型拡散
層を形成する工程と、 前記下層N型拡散層の上に位置するように前記P型半導
体基板の上部にプログラミング用N型拡散層を形成する
工程と、 前記プログラミング用N型拡散層の一方の側に位置する
ように前記P型半導体基板の上部に2つのN型ドレイン
拡散層を形成する工程と、 前記プログラミング用N型拡散層および前記N型ドレイ
ン拡散層の上にそれぞれトンネル酸化膜およびチャネル
部ゲート酸化膜を形成する工程と、 前記トンネル酸化膜および前記チャネル部ゲート酸化膜
の上にそれぞれフローティングゲートを形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 P型半導体基板の中間部に下層N型拡散
層を形成する工程と、 前記下層N型拡散層の上にプログラミング用N型拡散層
が位置するように前記P型半導体基板の上部に所定間隔
をおいて前記プログラミング用N型拡散層およびセルN
型ソース拡散層を形成する工程と、 前記プログラミング用N型拡散層および前記P型半導体
基板の上に第1のゲート酸化膜を形成し前記プログラミ
ング用N型拡散層の前記セルN型ソース拡散層と反対側
に位置するように前記P型半導体基板の上部に第2のゲ
ート酸化膜を形成する工程と、 前記第1のゲート酸化膜にホールを形成した後に前記プ
ログラミング用N型拡散層の上に位置するように前記ホ
ールにトンネル酸化膜を形成する工程と、 前記第1のゲート酸化膜および前記トンネル酸化膜の上
にフローティングゲートを形成し前記第2のゲート酸化
膜の上にゲートを形成する工程と、 前記フローティングゲートの上に絶縁膜を形成する工程
と、 前記絶縁膜の上にコントロールゲートを形成する工程
と、 前記第2のゲート酸化膜と前記プログラミング用N型拡
散層との間に位置するように前記P型半導体基板の上部
にN型ソース拡散層を形成する工程とを有することを特
徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11032580A JP2000232171A (ja) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | 半導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11032580A JP2000232171A (ja) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000232171A true JP2000232171A (ja) | 2000-08-22 |
Family
ID=12362826
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11032580A Pending JP2000232171A (ja) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | 半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000232171A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005536048A (ja) * | 2002-08-13 | 2005-11-24 | ジェネラル・セミコンダクター・インコーポレーテッド | プログラム可能なしきい値電圧を有するdmos装置 |
-
1999
- 1999-02-10 JP JP11032580A patent/JP2000232171A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005536048A (ja) * | 2002-08-13 | 2005-11-24 | ジェネラル・セミコンダクター・インコーポレーテッド | プログラム可能なしきい値電圧を有するdmos装置 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20010731 |