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JP2011100876A - P-channel nonvolatile memory and semiconductor device, and method of manufacturing p-channel nonvolatile memory - Google Patents

P-channel nonvolatile memory and semiconductor device, and method of manufacturing p-channel nonvolatile memory Download PDF

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JP2011100876A
JP2011100876A JP2009255076A JP2009255076A JP2011100876A JP 2011100876 A JP2011100876 A JP 2011100876A JP 2009255076 A JP2009255076 A JP 2009255076A JP 2009255076 A JP2009255076 A JP 2009255076A JP 2011100876 A JP2011100876 A JP 2011100876A
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Japan
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type diffusion
diffusion region
insulating film
region
nonvolatile memory
Prior art date
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Pending
Application number
JP2009255076A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Fukumoto
賢司 福本
Masayuki Kusuhara
正之 楠原
Masahiro Ito
正広 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Original Assignee
Asahi Kasei Electronics Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a P-channel nonvolatile memory whose rewrite voltage is reducible and a semiconductor device, and a method of manufacturing the P-channel nonvolatile memory. <P>SOLUTION: The P-channel nonvolatile memory includes an N-type well region 2 provided on a silicon substrate 1, a first P-type diffusion region (source) and a second P-type diffusion region (drain) provided in the N-type well region 2 in a mutually isolated state, a tunnel insulating film 14b provided on the second P-type diffusion region, a gate insulating film 14a provided on a region of the N-type well region 2 sandwiched between the first P-type diffusion region and second P-type diffusion region (namely, a region serving as a channel), and a floating gate electrode 15 provided continuously from on the gate insulating film 14a to on the tunnel insulating film 14b, wherein the second P-type diffusion region is arranged over an entire region right below the tunnel insulating film 14b. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、Pチャネル型不揮発性メモリ及び半導体装置、Pチャネル型不揮発性メモリの製造方法に関する。   The present invention relates to a P-channel nonvolatile memory, a semiconductor device, and a method for manufacturing a P-channel nonvolatile memory.

図8(a)及び(b)は、従来例に係る半導体装置200の構成例を示す断面図と要部拡大図である。
図8(a)に示すように、この半導体装置200は、Nチャネル型不揮発性メモリ110とNチャネル型の選択ゲートトランジスタ120とを備え、これら2つの素子により1つのメモリセルが構成されている。
これらの中で、Nチャネル型不揮発性メモリ110は、単結晶でP型のシリコン基板(Psub)101に形成された低濃度のN型拡散領域(N−領域)108、112と、このN−領域108、112内にそれぞれ形成された高濃度のN型拡散領域(N+領域)109、113と、シリコン基板101上に形成された絶縁膜114と、絶縁膜114上に形成された浮遊ゲート電極115と、浮遊ゲート電極115の上面と側面とに形成された電極間絶縁膜116と、電極間絶縁膜116を介して浮遊ゲート電極115を覆うように形成された制御ゲート電極117と、を有する。
8A and 8B are a cross-sectional view and a main part enlarged view showing a configuration example of a semiconductor device 200 according to a conventional example.
As shown in FIG. 8A, the semiconductor device 200 includes an N-channel nonvolatile memory 110 and an N-channel select gate transistor 120, and one memory cell is constituted by these two elements. .
Among these, the N-channel nonvolatile memory 110 includes low-concentration N-type diffusion regions (N− regions) 108 and 112 formed on a single crystal P-type silicon substrate (Psub) 101, and the N− High-concentration N-type diffusion regions (N + regions) 109 and 113 formed in the regions 108 and 112, an insulating film 114 formed on the silicon substrate 101, and a floating gate electrode formed on the insulating film 114, respectively. 115, an interelectrode insulating film 116 formed on the upper surface and side surfaces of the floating gate electrode 115, and a control gate electrode 117 formed so as to cover the floating gate electrode 115 via the interelectrode insulating film 116. .

ここで、絶縁膜114には厚膜部分114aと薄膜部分114bとが存在し、厚膜部分114aはP型のシリコン基板101上に位置し、薄膜部分114bは全てN−領域112上に位置している。これにより、厚膜部分114aはゲート絶縁膜として機能し、薄膜部分114bはトンネル絶縁膜として機能するようになっている。   Here, the insulating film 114 has a thick film portion 114 a and a thin film portion 114 b, the thick film portion 114 a is located on the P-type silicon substrate 101, and the thin film portions 114 b are all located on the N− region 112. ing. As a result, the thick film portion 114a functions as a gate insulating film, and the thin film portion 114b functions as a tunnel insulating film.

そして、Nチャネル型不揮発性メモリ110にデータを書き込む際は、制御ゲート電極117に正の電圧を印加することで、ファウラー・ノーダーハイムトンネル(Fowler−Nordheim Tunnel:FNトンネル)現象により、N−領域112からトンネル絶縁膜114bを経由して浮遊ゲート電極115に電子を注入する。つまり、N−領域112において多数キャリアである電子を、N−領域112からトンネル絶縁膜114bを経由して浮遊ゲート電極115に注入する。
これにより、浮遊ゲート電極115の電位が変化して、Nチャネル型不揮発性メモリ110の閾値電圧が変化することにより、データ「1」又は「0」が記憶されることとなる。なお、図8(a)及び(b)に示すような構造は、例えば特許文献1に開示されている。
When data is written in the N-channel nonvolatile memory 110, a positive voltage is applied to the control gate electrode 117, and the N-type nonvolatile memory 110 causes an N- Electrons are injected from the region 112 into the floating gate electrode 115 via the tunnel insulating film 114b. That is, electrons which are majority carriers in the N− region 112 are injected from the N− region 112 into the floating gate electrode 115 via the tunnel insulating film 114b.
As a result, the potential of the floating gate electrode 115 changes and the threshold voltage of the N-channel nonvolatile memory 110 changes, whereby data “1” or “0” is stored. In addition, the structure as shown to Fig.8 (a) and (b) is disclosed by patent document 1, for example.

特許2604863号公報Japanese Patent No. 2604863

ところで、図8(a)及び(b)に示した半導体装置200では、トンネル絶縁膜114bに10nm程度の厚みが必要であった。その理由は、浮遊ゲート電極115に蓄えられた電子が、データの保持状態においてファウラー・ノーダーハイムトンネル電流によって抜けることを防ぐためである。そのため、Nチャネル型不揮発性メモリ110にデータを書き込む際は、制御ゲート電極117にある程度大きな電圧を印加する必要があった。例えば、Nチャネル型不揮発性メモリ110にデータを正しく書き込むためには、制御ゲート電極に20V程度の電圧を印加する必要があった。
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、データの書き換え時に必要な電圧(即ち、書き換え電圧)を低くできるようにしたPチャネル型不揮発性メモリ及び半導体装置、Pチャネル型不揮発性メモリの製造方法の提供を目的とする。
Incidentally, in the semiconductor device 200 shown in FIGS. 8A and 8B, the tunnel insulating film 114b needs to have a thickness of about 10 nm. The reason for this is to prevent electrons stored in the floating gate electrode 115 from being lost due to the Fowler-Nöderheim tunnel current in the data retention state. Therefore, when writing data into the N-channel non-volatile memory 110, it is necessary to apply a certain amount of voltage to the control gate electrode 117. For example, in order to correctly write data to the N-channel nonvolatile memory 110, it is necessary to apply a voltage of about 20 V to the control gate electrode.
Accordingly, the present invention has been made in view of such circumstances, and a P-channel nonvolatile memory and a semiconductor device, a P-channel, which can reduce a voltage required for data rewriting (that is, a rewriting voltage). An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a type nonvolatile memory.

本発明者は、上記の課題を解決するために、トンネル絶縁膜直下の拡散領域をN型ではなくP型とし、そのP型拡散領域において少数キャリアである電子を注入種に利用することで、トンネル絶縁膜の厚さを従来より薄くすることができ、その結果、不揮発性メモリにおける書き換え電圧を低くできることを見出した。
即ち、本発明に係るPチャネル型不揮発性メモリは、半導体基板に設けられたN型拡散領域と、前記N型拡散領域内で互いに離れた状態で設けられた第1のP型拡散領域及び第2のP型拡散領域と、前記第2のP型拡散領域上に設けられたトンネル絶縁膜と、前記N型拡散領域のうちの前記第1のP型拡散領域と前記第2のP型拡散領域とに挟まれた領域上に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上から前記トンネル絶縁膜上にかけて連続して設けられた浮遊ゲート電極と、を備え、前記第2のP型拡散領域は前記トンネル絶縁膜の直下の全領域に配置されていることを特徴とする。
In order to solve the above problem, the present inventor makes the diffusion region immediately below the tunnel insulating film P-type instead of N-type, and uses electrons that are minority carriers in the P-type diffusion region as injection seeds. It has been found that the thickness of the tunnel insulating film can be made thinner than before, and as a result, the rewriting voltage in the nonvolatile memory can be lowered.
That is, the P-channel nonvolatile memory according to the present invention includes an N-type diffusion region provided in a semiconductor substrate, a first P-type diffusion region provided in a state separated from each other in the N-type diffusion region, and a first 2 P-type diffusion regions, a tunnel insulating film provided on the second P-type diffusion region, and the first P-type diffusion region and the second P-type diffusion of the N-type diffusion regions A gate insulating film provided on a region sandwiched between the regions, and a floating gate electrode provided continuously from the gate insulating film to the tunnel insulating film, the second P-type diffusion The region is arranged in the entire region immediately below the tunnel insulating film.

このような構成であれば、例えば後述の図2に示すように、N型拡散領域と第2のP型拡散領域との仕事関数差により、浮遊ゲート電極から第2のP型拡散領域へのエネルギー障壁は高く、浮遊ゲート電極に蓄えられた電子は、トンネル絶縁膜を経由して第2のP型拡散領域へ抜けにくい。具体的な構造で言えば、トンネル絶縁膜の直下が全面、第2のP型拡散領域であるため、浮遊ゲート電極から基板側へ電子が抜けにくい。従って、トンネル絶縁膜の薄膜化が可能であり、書き換え電圧を低くすることができる。   With such a configuration, for example, as shown in FIG. 2 to be described later, due to the work function difference between the N-type diffusion region and the second P-type diffusion region, the floating gate electrode is transferred to the second P-type diffusion region. The energy barrier is high, and electrons stored in the floating gate electrode are unlikely to escape to the second P-type diffusion region via the tunnel insulating film. Speaking of a specific structure, since the entire region immediately below the tunnel insulating film is the second P-type diffusion region, electrons are unlikely to escape from the floating gate electrode to the substrate side. Therefore, the tunnel insulating film can be thinned and the rewriting voltage can be lowered.

また、上記のPチャネル型不揮発性メモリにおいて、前記トンネル絶縁膜は、前記ゲート絶縁膜よりも膜厚が小さいことを特徴としてもよい。このような構成であれば、ゲート絶縁膜の膜厚に依存した耐圧やリーク電流などの電気的特性を損なうことなく、トンネル絶縁膜のみを薄膜化して書き換え電圧を低くすることができる。即ち、トンネル絶縁膜とゲート絶縁膜との膜厚が同一の場合は、トンネル絶縁膜を薄膜化するとゲート絶縁膜も同じ厚さに薄膜化されるため、書き換え電圧の低電圧化とトレードオフで、ゲート絶縁膜の耐圧が低下したりリーク電流が増大したりする可能性があった。これに対し、本発明では、ゲート絶縁膜に一定以上の厚みを持たせたまま、トンネル絶縁膜のみを薄膜化することが可能である。従って、ゲート絶縁膜の膜厚に依存した電気的特性を損なうことなく、書き換え電圧を低くすることができる。   In the P-channel nonvolatile memory, the tunnel insulating film may be smaller in thickness than the gate insulating film. With such a configuration, the rewrite voltage can be lowered by reducing the thickness of only the tunnel insulating film without damaging the electrical characteristics such as withstand voltage and leakage current depending on the thickness of the gate insulating film. In other words, when the tunnel insulating film and the gate insulating film have the same thickness, if the tunnel insulating film is made thinner, the gate insulating film is also made the same thickness. There is a possibility that the breakdown voltage of the gate insulating film is lowered or the leakage current is increased. On the other hand, according to the present invention, it is possible to make only the tunnel insulating film thinner while the gate insulating film has a certain thickness or more. Therefore, the rewriting voltage can be lowered without impairing the electrical characteristics depending on the thickness of the gate insulating film.

また、上記のPチャネル型不揮発性メモリにおいて、前記浮遊ゲート電極上に設けられた電極間絶縁膜と、前記電極間絶縁膜上に設けられた制御ゲート電極と、を備えることを特徴としてもよい。このような構成であれば、例えば、制御ゲート電極に正の電圧を印加することによって、第2のP型拡散層から浮遊ゲート電極に電子を注入することができ、データを書き込むことができる。また、制御ゲート電極にゼロ又は負の電圧を印加することによって、浮遊ゲート電極から第2のP型拡散層へ電子を排出することができ、データを消去することができる。   The P-channel nonvolatile memory may include an interelectrode insulating film provided on the floating gate electrode and a control gate electrode provided on the interelectrode insulating film. . With such a configuration, for example, by applying a positive voltage to the control gate electrode, electrons can be injected from the second P-type diffusion layer to the floating gate electrode, and data can be written. Further, by applying a zero or negative voltage to the control gate electrode, electrons can be discharged from the floating gate electrode to the second P-type diffusion layer, and data can be erased.

また、上記のPチャネル型不揮発性メモリにおいて、前記浮遊ゲート電極はN型半導体からなることを特徴としてもよい。このような構成であれば、浮遊ゲート電極から第2のP型拡散領域へのエネルギー障壁をさらに高くすることができるので、トンネル絶縁膜をさらに薄膜化することができ、書き換え電圧をさらに低くすることができる。
また、上記のPチャネル型不揮発性メモリにおいて、前記トンネル絶縁膜を経由したFNトンネル現象により、前記第2のP型拡散領域から前記浮遊ゲート電極に電子を注入されることで、当該Pチャネル型不揮発性メモリに対するデータの書き込みが行われることを特徴としてもよい。
In the P-channel nonvolatile memory, the floating gate electrode may be made of an N-type semiconductor. With such a configuration, since the energy barrier from the floating gate electrode to the second P-type diffusion region can be further increased, the tunnel insulating film can be further thinned and the rewriting voltage can be further decreased. be able to.
Further, in the above P channel type nonvolatile memory, electrons are injected from the second P type diffusion region into the floating gate electrode by the FN tunnel phenomenon via the tunnel insulating film, so that the P channel type Data may be written to the nonvolatile memory.

本発明の別の態様に係るPチャネル型不揮発性メモリは、半導体基板に設けられたN型拡散領域と、前記N型拡散領域内で互いに離れた状態で設けられた第1のP型拡散領域及び第2のP型拡散領域と、前記N型拡散領域のうちの前記第1のP型拡散領域と前記第2のP型拡散領域とに挟まれた領域上から、前記第2のP型拡散領域上にかけて、絶縁膜を介して連続して設けられた浮遊ゲート電極と、を備え、前記絶縁膜は厚膜部分と薄膜部分とを有し、前記厚膜部分は前記N型拡散領域上に設けられると共に、前記薄膜部分は前記第2のP型拡散領域上にのみ設けられ、前記薄膜部分を経由したFNトンネル現象により、前記第2のP型拡散領域から前記浮遊ゲート電極に電子が注入されることで、当該Pチャネル型不揮発性メモリに対するデータの書き込みが行われることを特徴とする。   A P-channel non-volatile memory according to another aspect of the present invention includes an N-type diffusion region provided in a semiconductor substrate and a first P-type diffusion region provided in a separated state within the N-type diffusion region. And the second P-type diffusion region, and the second P-type diffusion region from the region sandwiched between the first P-type diffusion region and the second P-type diffusion region of the N-type diffusion region. And a floating gate electrode provided continuously over the diffusion region via an insulating film, the insulating film having a thick film portion and a thin film portion, and the thick film portion is on the N-type diffusion region The thin film portion is provided only on the second P-type diffusion region, and electrons are transferred from the second P-type diffusion region to the floating gate electrode due to the FN tunnel phenomenon passing through the thin film portion. By being injected, the P-channel nonvolatile memory Wherein the data is written.

このような構成であれば、例えば後述の図2に示すように、N型拡散領域と第2のP型拡散領域との仕事関数差により、浮遊ゲート電極からN型拡散領域へのエネルギー障壁よりも、浮遊ゲート電極から第2のP型拡散領域へのエネルギー障壁の方が高くなる。これにより、浮遊ゲート電極に蓄えられた電子は、絶縁膜を経由して第2のP型拡散領域へ抜けにくくなる。よって、絶縁膜を薄膜化することが可能であり、書き換え電圧を低くすることができる。   With such a configuration, for example, as shown in FIG. 2 to be described later, due to a work function difference between the N-type diffusion region and the second P-type diffusion region, an energy barrier from the floating gate electrode to the N-type diffusion region. However, the energy barrier from the floating gate electrode to the second P-type diffusion region is higher. This makes it difficult for electrons stored in the floating gate electrode to escape to the second P-type diffusion region via the insulating film. Therefore, the insulating film can be thinned and the rewriting voltage can be lowered.

また、第2のP型拡散領域上の絶縁膜(即ち、トンネル絶縁膜)を薄膜部分とし、N型拡散領域上の絶縁膜(即ち、ゲート絶縁膜)を厚膜部分とすることにより、ゲート絶縁膜の膜厚に依存した耐圧やリーク電流などの電気的特性を損なうことなく、書き換え電圧を低くすることができる。
本発明のさらに別の態様に係る半導体装置は、上記のPチャネル型不揮発性メモリと、前記半導体基板に設けられたPチャネル型トランジスタと、を備え、前記Pチャネル型不揮発性メモリのドレインと、前記Pチャネル型トランジスタのソースとが電気的に接続されていることを特徴とする。
Further, the insulating film (that is, the tunnel insulating film) on the second P-type diffusion region is a thin film portion, and the insulating film (that is, the gate insulating film) on the N-type diffusion region is a thick film portion. The rewriting voltage can be lowered without impairing electrical characteristics such as a withstand voltage and a leakage current depending on the thickness of the insulating film.
A semiconductor device according to still another aspect of the present invention includes the P-channel nonvolatile memory described above and a P-channel transistor provided on the semiconductor substrate, the drain of the P-channel nonvolatile memory, The source of the P-channel transistor is electrically connected.

このような構成であれば、例えば、Pチャネル型トランジスタを選択ゲートトランジスタとして機能させることができる。そして、1つのPチャネル型トランジスタ(即ち、選択ゲートトランジスタ)と、1つのPチャネル型不揮発性メモリとにより、1つのメモリセルを構成することができる。このようなメモリセルは、例えば、FNトンネル現象を用いるNAND型の不揮発性メモリに適用することができる。   With such a configuration, for example, a P-channel transistor can function as a selection gate transistor. One P-channel transistor (that is, a selection gate transistor) and one P-channel nonvolatile memory can constitute one memory cell. Such a memory cell can be applied to, for example, a NAND type nonvolatile memory using the FN tunnel phenomenon.

また、上記の半導体装置において、前記第2のP型拡散領域内に設けられて、前記第2のP型拡散領域よりP型不純物の濃度が高い第3のP型拡散領域、を備え、前記第3のP型拡散領域は、前記Pチャネル型不揮発性メモリのドレインであり、且つ、前記Pチャネル型トランジスタのソースでもあることを特徴としてもよい。
このような構成であれば、Pチャネル型不揮発性メモリのドレインと、Pチャネル型トランジスタのソースとが別々のP型拡散領域からなる場合と比べて、P型拡散領域の面積を小さくすることができる。また、メモリのドレインと、トランジスタのソースとを電気的に接続する配線等も不要である。従って、メモリセルの占有面積の縮小化に寄与することができる。
The semiconductor device may further include a third P-type diffusion region provided in the second P-type diffusion region and having a P-type impurity concentration higher than that of the second P-type diffusion region, The third P-type diffusion region may be the drain of the P-channel nonvolatile memory and the source of the P-channel transistor.
With such a configuration, the area of the P-type diffusion region can be reduced compared to the case where the drain of the P-channel type nonvolatile memory and the source of the P-channel type transistor are composed of separate P-type diffusion regions. it can. Further, wiring for electrically connecting the drain of the memory and the source of the transistor is unnecessary. Therefore, it is possible to contribute to the reduction of the area occupied by the memory cell.

本発明のさらに別の態様に係るPチャネル型不揮発性メモリの製造方法は、半導体基板にN型拡散領域を形成する工程と、前記N型拡散領域内に、第1のP型拡散領域及び第2のP型拡散領域を互いに離れた状態に形成する工程と、前記第2のP型拡散領域上にのみトンネル絶縁膜を形成する工程と、前記N型拡散領域のうちの前記第1のP型拡散領域と前記第2のP型拡散領域とに挟まれた領域上に、前記トンネル絶縁膜よりも膜厚の大きいゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上から前記トンネル絶縁膜上にかけて連続して浮遊ゲート電極を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
このような方法であれば、ゲート絶縁膜の膜厚に依存した電気的特性を損なうことなく、書き換え電圧を低電圧化したPチャネル型不揮発性メモリを提供することができる。
According to still another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a P-channel nonvolatile memory, the step of forming an N-type diffusion region in a semiconductor substrate, and a first P-type diffusion region and a first P-type diffusion region in the N-type diffusion region. Forming two P-type diffusion regions apart from each other, forming a tunnel insulating film only on the second P-type diffusion region, and the first P of the N-type diffusion region Forming a gate insulating film having a thickness larger than that of the tunnel insulating film on a region sandwiched between the type diffusion region and the second P-type diffusion region, and the tunnel insulating film from above the gate insulating film. And a step of continuously forming floating gate electrodes over the top.
With such a method, it is possible to provide a P-channel nonvolatile memory in which the rewrite voltage is lowered without impairing the electrical characteristics depending on the thickness of the gate insulating film.

本発明によれば、例えば、書き換え電圧(即ち、データの書き換え時に、制御ゲート電極、又は、第2のP型拡散領域に印加する必要のある電圧)を14V以下まで低電圧化することができ、その結果、不揮発性メモリ及び周辺回路のサイズを小さくすることができた。   According to the present invention, for example, the rewrite voltage (that is, the voltage that needs to be applied to the control gate electrode or the second P-type diffusion region at the time of data rewrite) can be lowered to 14 V or less. As a result, the size of the nonvolatile memory and the peripheral circuit can be reduced.

実施の形態に係る半導体装置100の構成例を示す図。FIG. 6 illustrates a configuration example of a semiconductor device 100 according to an embodiment. Pチャネル型不揮発性メモリ10のエネルギーバンドを示す図。3 is a diagram showing an energy band of a P-channel nonvolatile memory 10. FIG. 不揮発性メモリの書き換え特性を示す図。The figure which shows the rewriting characteristic of a non-volatile memory. 半導体装置100の製造方法を示す図(その1)。FIG. 6 is a diagram illustrating a method for manufacturing the semiconductor device 100 (part 1); 半導体装置100の製造方法を示す図(その2)。FIG. 2 is a diagram illustrating a method for manufacturing the semiconductor device 100 (No. 2). 半導体装置100の製造方法を示す図(その3)。FIG. 3 is a diagram illustrating a method for manufacturing the semiconductor device 100 (No. 3). 半導体装置100の製造方法を示す図(その4)。FIG. 4 is a diagram illustrating a method for manufacturing the semiconductor device 100 (part 4); 従来例に係る半導体装置100の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the semiconductor device 100 which concerns on a prior art example. Nチャネル型不揮発性メモリ110のエネルギーバンドを示す図。The figure which shows the energy band of the N channel type non-volatile memory 110.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その重複する説明は省略する。
〔半導体装置の構成例について〕
図1(a)及び(b)は、本発明の実施の形態に係る半導体装置100の構成例を示す断面図である。具体的には、図1(a)はPチャネル型不揮発性メモリ10と、選択ゲートトランジスタ20とを含んで構成される1つのメモリセルを示す。また、図1(b)は、図1(a)に示すPチャネル型不揮発性メモリ10の要部を拡大した図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that, in each drawing described below, parts having the same configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof is omitted.
[Configuration example of semiconductor device]
1A and 1B are cross-sectional views showing a configuration example of a semiconductor device 100 according to an embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 1A shows one memory cell including a P-channel nonvolatile memory 10 and a select gate transistor 20. FIG. 1B is an enlarged view of a main part of the P-channel nonvolatile memory 10 shown in FIG.

図1(a)に示すように、この半導体装置100は、単結晶でP型のシリコン基板1(Psub)1と、このシリコン基板1に形成されたN型ウェル領域(Nwell)2と、このN型ウェル領域2に形成されたPチャネル型不揮発性メモリ10と、N型ウェル領域2に形成されたPチャネル型の選択ゲートトランジスタ20と、を備える。
これらの中で、N型ウェル領域2は、例えばリン又はヒ素等のN型不純物を含む拡散層である。このN型ウェル領域2には、N型不純物を低濃度の含むN−領域3が設けられており、このN−領域3内には、N型不純物を高濃度に含むN+領域4が設けられている。そして、これらN+領域4とN−領域3とを介してN型ウェル領域2に所定の電圧を印加することができるようになっている。
As shown in FIG. 1A, the semiconductor device 100 includes a single crystal P-type silicon substrate 1 (Psub) 1, an N-type well region (Nwell) 2 formed on the silicon substrate 1, and A P-channel nonvolatile memory 10 formed in the N-type well region 2 and a P-channel select gate transistor 20 formed in the N-type well region 2 are provided.
Among these, the N-type well region 2 is a diffusion layer containing an N-type impurity such as phosphorus or arsenic. In this N-type well region 2, an N− region 3 containing a low concentration of N-type impurities is provided. In this N− region 3, an N + region 4 containing a high concentration of N-type impurities is provided. ing. A predetermined voltage can be applied to the N-type well region 2 through the N + region 4 and the N− region 3.

また、Pチャネル型不揮発性メモリ10は、第1のP型拡散領域及び第2のP型拡散領域と、ゲート絶縁膜14aと、トンネル絶縁膜14bと、浮遊ゲート電極15と、電極間絶縁膜16と、制御ゲート電極17と、を有する。
ここで、第1のP型拡散領域及び第2のP型拡散領域は、例えば、ボロンなどのP型不純物を含む拡散層であり、N型ウェル領域2内で互いに離れた状態で設けられている。図1(a)に示すように、第1のP型拡散領域は、P型不純物を低濃度に含むP−領域8と、P型不純物を高濃度に含むP+領域9と、を有する。また、第2のP型拡散領域は、P型不純物を低濃度に含むP−領域12と、P型不純物を高濃度に含むP+領域13と、を有する。
The P-channel nonvolatile memory 10 includes a first P-type diffusion region and a second P-type diffusion region, a gate insulating film 14a, a tunnel insulating film 14b, a floating gate electrode 15, and an interelectrode insulating film. 16 and a control gate electrode 17.
Here, the first P-type diffusion region and the second P-type diffusion region are diffusion layers containing, for example, a P-type impurity such as boron, and are provided in a state separated from each other in the N-type well region 2. Yes. As shown in FIG. 1A, the first P-type diffusion region has a P− region 8 containing a P-type impurity at a low concentration and a P + region 9 containing a P-type impurity at a high concentration. The second P-type diffusion region has a P− region 12 containing P-type impurities at a low concentration and a P + region 13 containing P-type impurities at a high concentration.

第1のP型拡散領域は例えばPチャネル型不揮発性メモリ10のソース(S)として用いられ、第2のP型拡散領域は例えばPチャネル型不揮発性メモリ10のドレイン(D)として用いられる。また、後述するように、第2のP型拡散領域は、選択ゲートトランジスタ20のソースとしても用いられる(つまり、第2のP型拡散領域は、Pチャネル型不揮発性メモリ10と選択ゲートトランジスタ20とに共有されている。)。
また、ゲート絶縁膜14aは、N型ウェル領域2のうちのP−領域8とP−領域12とに挟まれた領域(即ち、Pチャネル型不揮発性メモリ10のチャネルとなる領域)上に設けられた絶縁膜であり、例えばシリコン酸化膜である。トンネル絶縁膜14bは、P−領域12上にのみ設けられた絶縁膜であり、例えばシリコン酸化膜(SiO2)である。
The first P-type diffusion region is used as a source (S) of the P-channel nonvolatile memory 10, for example, and the second P-type diffusion region is used as a drain (D) of the P-channel nonvolatile memory 10, for example. As will be described later, the second P-type diffusion region is also used as the source of the selection gate transistor 20 (that is, the second P-type diffusion region includes the P-channel nonvolatile memory 10 and the selection gate transistor 20). And shared with.)
The gate insulating film 14 a is provided on a region of the N-type well region 2 sandwiched between the P− region 8 and the P− region 12 (that is, a region that becomes a channel of the P-channel nonvolatile memory 10). For example, a silicon oxide film. The tunnel insulating film 14b is an insulating film provided only on the P− region 12, and is, for example, a silicon oxide film (SiO 2 ).

図1(b)に示すように、トンネル絶縁膜14bとゲート絶縁膜14aは例えば1つの連続した(つまり、分離していない)絶縁膜14からなる。ゲート絶縁膜14aはこの連続した絶縁膜14のうちの厚膜部分であり、トンネル絶縁膜14bはこの連続した絶縁膜14のうちの薄膜部分である。ゲート絶縁膜14a(即ち、厚膜部分)の厚さをT1とし、トンネル絶縁膜14b(即ち、薄膜部分)の厚さをT2としたとき、T1は例えば18〜80nmであり、T2は例えば3.5〜20nmである。   As shown in FIG. 1B, the tunnel insulating film 14b and the gate insulating film 14a are made of, for example, one continuous (that is, not separated) insulating film 14. The gate insulating film 14 a is a thick film portion of the continuous insulating film 14, and the tunnel insulating film 14 b is a thin film portion of the continuous insulating film 14. When the thickness of the gate insulating film 14a (that is, the thick film portion) is T1, and the thickness of the tunnel insulating film 14b (that is, the thin film portion) is T2, T1 is, for example, 18 to 80 nm, and T2 is, for example, 3 .5-20 nm.

また、浮遊ゲート電極15は、ゲート絶縁膜14a上からトンネル絶縁膜14b上にかけて連続して設けられた電極である。この浮遊ゲート電極15は、例えばリン又はヒ素等のN型不純物を含むポリシリコンからなり、その全ての面(即ち、上面及び下面と側面)が絶縁膜(即ち、トンネル絶縁膜14b及びゲート絶縁膜14aと、電極間絶縁膜16)で覆われている。これにより、浮遊ゲート電極15はその周囲から電気的に絶縁されており、その電位が浮遊した状態(即ち、固定されていない状態)となっている。   The floating gate electrode 15 is an electrode provided continuously from the gate insulating film 14a to the tunnel insulating film 14b. The floating gate electrode 15 is made of, for example, polysilicon containing N-type impurities such as phosphorus or arsenic, and all the surfaces (that is, the upper surface, the lower surface, and the side surfaces) are insulating films (that is, the tunnel insulating film 14b and the gate insulating film). 14a and the interelectrode insulating film 16). As a result, the floating gate electrode 15 is electrically insulated from the surroundings, and the potential is in a floating state (that is, not fixed).

また、電極間絶縁膜16は、例えば浮遊ゲート電極15の上面と側面とに連続して設けられた絶縁膜である。この電極間絶縁膜16は、例えば、その下側から上に向かって順に、シリコン酸化膜と、シリコン窒化膜(Si34)と、シリコン酸化膜とが積層された3層構造の絶縁膜(即ち、ONO膜)である。また、制御ゲート電極17は、この電極間絶縁膜16を介して浮遊ゲート電極15の上面及び側面を覆うように設けられている。制御ゲート電極17は例えばリン又はヒ素等のN型不純物を含むポリシリコンからなる。 The interelectrode insulating film 16 is an insulating film provided continuously on the upper surface and side surfaces of the floating gate electrode 15, for example. The interelectrode insulating film 16 is, for example, an insulating film having a three-layer structure in which a silicon oxide film, a silicon nitride film (Si 3 N 4 ), and a silicon oxide film are stacked in order from the lower side to the upper side. (That is, an ONO film). The control gate electrode 17 is provided so as to cover the upper surface and side surfaces of the floating gate electrode 15 via the interelectrode insulating film 16. The control gate electrode 17 is made of polysilicon containing an N-type impurity such as phosphorus or arsenic.

一方、Pチャネル型の選択ゲートトランジスタ20は、図1(a)に示すように、第2のP型拡散領域と、第3のP型拡散領域と、ゲート絶縁膜24と、ゲート電極27と、を有する。
ここで、前述したように、第2のP型拡散領域は、例えば、Pチャネル型不揮発性メモリ10と共有される拡散領域であり、選択ゲートトランジスタ20ではソースとして用いられる。また、第3のP型拡散領域は、例えば、ボロンなどのP型不純物を含む拡散層であり、選択ゲートトランジスタ20のドレインとして用いられる。第3のP型拡散領域は、P型不純物を低濃度に含むP−領域21と、P型不純物を高濃度に含むP+領域23と、を有する。
On the other hand, as shown in FIG. 1A, the P-channel type select gate transistor 20 includes a second P-type diffusion region, a third P-type diffusion region, a gate insulating film 24, a gate electrode 27, and the like. Have.
Here, as described above, the second P-type diffusion region is, for example, a diffusion region shared with the P-channel nonvolatile memory 10 and is used as the source in the selection gate transistor 20. The third P-type diffusion region is a diffusion layer containing a P-type impurity such as boron, and is used as the drain of the selection gate transistor 20. The third P-type diffusion region has a P− region 21 containing P-type impurities at a low concentration and a P + region 23 containing P-type impurities at a high concentration.

ゲート絶縁膜24は、P−領域12とP−領域21とに挟まれた領域(即ち、選択ゲートトランジスタ20のチャネルとなる領域)上に設けられた絶縁膜であり、例えばシリコン酸化膜である。また、ゲート電極27は、ゲート絶縁膜24上に設けられている。このゲート電極27は、例えばリン又はヒ素等のN型不純物を含むポリシリコンからなる。
なお、図1(a)に示すように、N+領域4と、P+領域9、13、23と、制御ゲート電極17及びゲート電極27には、それぞれ端子が電気的に接続されており、これら端子を介して、各領域、各電極に電圧を印加したり、各領域に電流を流したりすることができるようになっている。
〔半導体装置の動作例について〕
次に、図1(a)及び(b)に示した半導体装置100の動作例について説明する。
表1に、データの書き換え時の各領域、各電極における電圧値の一例を示す。
The gate insulating film 24 is an insulating film provided on a region sandwiched between the P− region 12 and the P− region 21 (that is, a region serving as a channel of the selection gate transistor 20), and is a silicon oxide film, for example. . The gate electrode 27 is provided on the gate insulating film 24. The gate electrode 27 is made of polysilicon containing an N-type impurity such as phosphorus or arsenic.
As shown in FIG. 1A, terminals are electrically connected to the N + region 4, the P + regions 9, 13, 23, the control gate electrode 17 and the gate electrode 27, respectively. Through this, a voltage can be applied to each region and each electrode, or a current can be passed through each region.
[Operation example of semiconductor device]
Next, an operation example of the semiconductor device 100 illustrated in FIGS. 1A and 1B will be described.
Table 1 shows an example of voltage values in each region and each electrode when data is rewritten.

Figure 2011100876
Figure 2011100876

表1に示すように、データを書き込む際には、選択ゲートトランジスタ20をON(オン)状態にし、N型拡散領域(N−領域3、N+領域4)を14Vにし、第1のP型拡散領域(P−領域8、P+領域9)をフローティング(即ち、電位を固定しない状態)にし、第2のP型拡散領域(P−領域12、P+領域13)を0Vにし、制御ゲート電極17を14Vにする。   As shown in Table 1, when data is written, the selection gate transistor 20 is turned on, the N-type diffusion regions (N− region 3, N + region 4) are set to 14V, and the first P-type diffusion is performed. The region (P− region 8 and P + region 9) is floated (that is, the potential is not fixed), the second P-type diffusion region (P− region 12 and P + region 13) is set to 0V, and the control gate electrode 17 is set to Set to 14V.

これにより、第2のP型拡散領域内の少数キャリアである電子が、“ファウラー・ノーダーハイムトンネル”現象により、トンネル絶縁膜14bを経由して浮遊ゲート電極15に注入される。浮遊ゲート電極15に電子が注入されると、その注入前と比べて、浮遊ゲート電極15の電位が変化し、Pチャネル型不揮発性メモリ10の閾値電圧が変化する。この閾値電圧の変化が、データ「1」又は「0」として、Pチャネル型不揮発性メモリ10に保存される。また、この保存された(即ち、書き込まれた)データは、制御ゲート電極17に所定の電圧を印加すると共に、第1、第2のP型拡散領域間(即ち、ソース、ドレイン間)に電圧を印加して、Pチャネル型不揮発性メモリ10のON、OFF(オフ)を識別することにより、読み出される。   As a result, electrons that are minority carriers in the second P-type diffusion region are injected into the floating gate electrode 15 via the tunnel insulating film 14b by the “Fowler-Nöderheim tunnel” phenomenon. When electrons are injected into the floating gate electrode 15, the potential of the floating gate electrode 15 changes and the threshold voltage of the P-channel nonvolatile memory 10 changes compared to before the injection. This change in threshold voltage is stored in the P-channel nonvolatile memory 10 as data “1” or “0”. The stored (ie, written) data applies a predetermined voltage to the control gate electrode 17 and a voltage between the first and second P-type diffusion regions (ie, between the source and drain). Is applied and P channel type nonvolatile memory 10 is identified as ON or OFF (off).

また、表1に示すように、データを消去する際には、選択ゲートトランジスタ20をON状態にし、N型拡散領域に14Vにし、第1のP型拡散領域をフローティングにし、第2のP型拡散領域を14Vにし、制御ゲート電極17を0Vにする。これにより、浮遊ゲート電極15に保存されていた電子が、“ファウラー・ノーダーハイムトンネル”現象により、トンネル絶縁膜14bを経由して第2のP型拡散領域に放出され、データが消去される。   As shown in Table 1, when erasing data, the selection gate transistor 20 is turned on, the N-type diffusion region is set to 14V, the first P-type diffusion region is floated, and the second P-type The diffusion region is set to 14V, and the control gate electrode 17 is set to 0V. As a result, electrons stored in the floating gate electrode 15 are emitted to the second P-type diffusion region via the tunnel insulating film 14b due to the “Fowler-Noderheim tunnel” phenomenon, and the data is erased. .

なお、表1に示したような各領域、各電極における電圧値の設定は、各領域、各電極に電気的に接続する端子を介してメモリセルの外部から電圧を印加する、又は電圧を印加しない(即ち、電位を固定しない)ことにより実現することができる。
次に、不揮発性メモリにおける各領域、各電極のエネルギーバンドと、その書き換え特性について、図1(b)に示したPチャネル型不揮発性メモリ10と、図8(b)に示したNチャネル型不揮発性メモリとを比較しながら説明する。
In addition, the voltage value in each region and each electrode as shown in Table 1 is set by applying a voltage from the outside of the memory cell via a terminal electrically connected to each region and each electrode, or applying a voltage. This can be realized by not (that is, the potential is not fixed).
Next, regarding the energy band of each region and each electrode in the nonvolatile memory and the rewrite characteristics thereof, the P-channel nonvolatile memory 10 shown in FIG. 1B and the N-channel type shown in FIG. A description will be given while comparing with a non-volatile memory.

〔エネルギーバンドについて〕
図2は、図1(b)に示したPチャネル型不揮発性メモリ10をa−a´線で切断したときの断面におけるエネルギーバンドを示す図である。図2において、P−は図1(b)に示したP−領域12に対応し、N+poly1(FG)は図1(b)に示した浮遊ゲート電極15に対応し、N+poly2(CG)は図1(b)に示した制御ゲート電極17に対応している。また、TNoxは図1(b)に示したトンネル絶縁膜14bに対応し、ONOは図1(b)に示した電極間絶縁膜16に対応している。
[About energy bands]
FIG. 2 is a diagram showing an energy band in a cross section when the P-channel nonvolatile memory 10 shown in FIG. 1B is cut along the aa ′ line. 2, P− corresponds to the P− region 12 shown in FIG. 1B, N + poly1 (FG) corresponds to the floating gate electrode 15 shown in FIG. 1B, and N + poly2 (CG) This corresponds to the control gate electrode 17 shown in FIG. Further, TNox corresponds to the tunnel insulating film 14b shown in FIG. 1B, and ONO corresponds to the interelectrode insulating film 16 shown in FIG.

また、図9は、図8(b)に示したNチャネル型不揮発性メモリ110をb−b´線で切断したときの断面におけるエネルギーバンドを示す図である。図9において、N−は図8(b)に示したN−領域112に対応し、N+poly1(FG)は図8(b)に示した浮遊ゲート電極115に対応し、N+poly2(CG)は図8(b)に示した制御ゲート電極117に対応している。また、TNoxは図8(b)に示したトンネル絶縁膜114bに対応し、ONOは図8(b)に示した電極間絶縁膜116に対応している。   FIG. 9 is a diagram showing an energy band in a cross section when the N-channel nonvolatile memory 110 shown in FIG. 8B is cut along the line bb ′. In FIG. 9, N− corresponds to the N− region 112 shown in FIG. 8B, N + poly1 (FG) corresponds to the floating gate electrode 115 shown in FIG. 8B, and N + poly2 (CG) This corresponds to the control gate electrode 117 shown in FIG. TNox corresponds to the tunnel insulating film 114b shown in FIG. 8B, and ONO corresponds to the interelectrode insulating film 116 shown in FIG. 8B.

さらに、図2及び図9において、Ecは伝導帯のエネルギー準位を示し、Efはフェルミ準位を示し、Evは価電子帯のエネルギー準位を示す。
図2と図9とを比較して分かるように、P−領域上にトンネル絶縁膜を形成したメモリ構造(即ち、本発明に係る構造)は、N−領域上にトンネル絶縁膜を形成したメモリ構造(即ち、従来例に係る構造)と比べて、浮遊ゲート電極から基板側への絶縁膜障壁が高く、浮遊ゲート電極に蓄えられた電子が抜けにくい。これは、N型拡散領域とP型拡散領域との仕事関数の差によるものである。具体的な構造で言えば、トンネル絶縁膜の直下が全面、P-領域であれば、浮遊ゲート電極から基板側へ電子が抜けにくい。
2 and 9, Ec represents the energy level of the conduction band, Ef represents the Fermi level, and Ev represents the energy level of the valence band.
As can be seen by comparing FIG. 2 and FIG. 9, the memory structure in which the tunnel insulating film is formed on the P− region (that is, the structure according to the present invention) is a memory in which the tunnel insulating film is formed on the N− region. Compared with the structure (that is, the structure according to the conventional example), the insulating film barrier from the floating gate electrode to the substrate side is high, and electrons stored in the floating gate electrode are difficult to escape. This is due to the difference in work function between the N-type diffusion region and the P-type diffusion region. In terms of a specific structure, if the entire surface immediately below the tunnel insulating film is the P − region, electrons are unlikely to escape from the floating gate electrode to the substrate side.

N型拡散領域の多数キャリアは電子(e−)であり、P型拡散領域の多数キャリアはホール(h+)であり、N型拡散領域の方がP型拡散領域よりも電子を多く含むことから、従来の技術では、N型拡散領域の方が電子の供給源に適していると当然に考えられていた。そのため、トンネル絶縁膜の直下には電子の供給源としてN型拡散領域を配置することがメモリの設計技術の常識となっていた。   The majority carriers in the N type diffusion region are electrons (e−), the majority carriers in the P type diffusion region are holes (h +), and the N type diffusion region contains more electrons than the P type diffusion region. In the prior art, it was naturally considered that the N-type diffusion region was more suitable as an electron supply source. Therefore, it has become common knowledge in memory design technology to arrange an N-type diffusion region as an electron supply source directly under a tunnel insulating film.

これに対し、本発明者は図1(a)及び(b)と、図2に示したように、各領域、各電極のエネルギー準位を考慮して、トンネル絶縁膜14bの直下の全領域にP−領域12をあえて配置し、このP−領域12からその少数キャリアである電子を浮遊ゲート電極15に注入するようにした。これにより、浮遊ゲート電極15からP−領域12へのエネルギー障壁を従来よりも高くなり、浮遊ゲート電極15に蓄えられた電子は、トンネル絶縁膜14bを経由してP−領域12へ抜けにくくなる。   In contrast, as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) and FIG. 2, the present inventor considers the energy level of each region and each electrode, and the entire region immediately below the tunnel insulating film 14b. The P− region 12 is deliberately arranged, and electrons which are minority carriers are injected from the P− region 12 into the floating gate electrode 15. As a result, the energy barrier from the floating gate electrode 15 to the P− region 12 becomes higher than before, and electrons stored in the floating gate electrode 15 are less likely to escape to the P− region 12 via the tunnel insulating film 14b. .

〔書き換え特性について〕
図3は、不揮発性メモリの書き換え特性について、本発明者が行った実験の結果を示す図である。図3の横軸は書き換え時の印加電圧(即ち、書き換え電圧)を示し、その縦軸は書き換え処理を施した後の型不揮発性メモリの閾値電圧を示す。
図3から明らかなように、Pチャネル型不揮発性メモリ10の閾値電圧は、Nチャネル型不揮発性メモリの閾値電圧と比べて、印加電圧に対する依存性が大きく、比較的低い印加電圧でも閾値電圧が大きく変化している。
[Rewriting characteristics]
FIG. 3 is a diagram showing a result of an experiment conducted by the present inventor regarding the rewrite characteristics of the nonvolatile memory. The horizontal axis in FIG. 3 represents the applied voltage (that is, the rewrite voltage) at the time of rewriting, and the vertical axis represents the threshold voltage of the type nonvolatile memory after the rewriting process.
As is apparent from FIG. 3, the threshold voltage of the P-channel nonvolatile memory 10 is more dependent on the applied voltage than the threshold voltage of the N-channel nonvolatile memory. It has changed greatly.

例えば、印加電圧が12Vのときに着目すると、Pチャネル型不揮発性メモリ10の書き込み処理後の閾値電圧は2.0Vを上回っているのに対し、Nチャネル型不揮発性メモリの書き込み処理後の閾値電圧は1.0〜2.0Vの範囲内である。また、Pチャネル型不揮発性メモリ10の消去処理後の閾値電圧は−2.0Vを下回っているのに対し、Nチャネル型不揮発性メモリの消去処理後の閾値電圧は書き込み処理後と同じ1.0〜2.0Vの範囲内である。つまり、印加電圧が12Vのときに着目すると、Pチャネル型不揮発性メモリ10では書き込み処理、消去処理が正しく行われているのに対し、Nチャネル型不揮発性メモリでは電圧不足によって各処理が正しく行われていない。   For example, when attention is paid when the applied voltage is 12 V, the threshold voltage after the writing process of the P-channel nonvolatile memory 10 exceeds 2.0 V, whereas the threshold voltage after the writing process of the N-channel nonvolatile memory The voltage is in the range of 1.0 to 2.0V. Further, the threshold voltage after the erasing process of the P-channel nonvolatile memory 10 is lower than −2.0 V, whereas the threshold voltage after the erasing process of the N-channel nonvolatile memory is the same as that after the writing process. It is in the range of 0 to 2.0V. In other words, when attention is paid when the applied voltage is 12 V, the P-channel nonvolatile memory 10 correctly performs the writing process and the erasing process, whereas the N-channel nonvolatile memory performs each process correctly due to insufficient voltage. I have not been told.

また、印加電圧が14Vのときに着目すると、Pチャネル型不揮発性メモリ10の書き込み処理後の閾値電圧は4.0Vを上回り、消去処理後の閾値電圧は−4.0Vを下回っている。これに対し、Nチャネル型不揮発性メモリの書き込み処理後、消去処理後の各閾値電圧には若干の違いが認められるものの、それらの値は依然として1.0〜2.0Vの範囲内にある。   When attention is paid when the applied voltage is 14 V, the threshold voltage after the writing process of the P-channel nonvolatile memory 10 is higher than 4.0 V, and the threshold voltage after the erasing process is lower than -4.0 V. On the other hand, although a slight difference is recognized in each threshold voltage after the writing process and the erasing process in the N-channel type nonvolatile memory, those values are still in the range of 1.0 to 2.0V.

このように、Pチャネル型不揮発性メモリ10は、Nチャネル型不揮発性メモリと比べて、低い印加電圧でもデータの書き込みと消去を行うことができる、ということが確認された。即ち、Pチャネル型不揮発性メモリ10のトンネル絶縁膜14bを薄くすることで14v程度の低い印加電圧でも、メモリ素子の閾値電圧Vthが大きく変化している。また、このPチャネル型不揮発性メモリ10の素子構造によれば、85℃の環境で100年以上の電荷保持特性(閾値電圧変動 100mV以下)も実現できている。次に、図1(a)及び(b)に示した半導体装置100の製造方法について説明する。   As described above, it was confirmed that the P-channel nonvolatile memory 10 can perform data writing and erasing even with a low applied voltage as compared with the N-channel nonvolatile memory. That is, by making the tunnel insulating film 14b of the P-channel nonvolatile memory 10 thin, the threshold voltage Vth of the memory element is greatly changed even with an applied voltage as low as about 14v. Further, according to the element structure of the P-channel type nonvolatile memory 10, the charge retention characteristic (threshold voltage fluctuation of 100 mV or less) of 100 years or more can be realized in an environment of 85 ° C. Next, a method for manufacturing the semiconductor device 100 shown in FIGS. 1A and 1B will be described.

〔半導体装置の製造方法について〕
図4(a)〜図7(c)は、本発明の実施の形態に係る半導体装置100の製造方法の一例を示す工程図である。
図4(a)に示すように、まず始めに、例えば単結晶でP型のシリコン基板(即ち、Psub)1のメモリセルが形成される領域(即ち、メモリセル領域)に、N型拡散領域として、N型ウェル領域2を形成する。このN型ウェル領域2の形成は、例えば、シリコン基板1の所望の領域上をレジストパターン等で覆い、このレジストパターンをマスクにN型不純物であるリンを5e12/cm2のドーズ量でイオン注入する。次に、レジストパターンを除去し、その後、1200度で3時間の熱拡散を実施することにより形成する。
[About manufacturing method of semiconductor device]
4A to 7C are process diagrams showing an example of a method for manufacturing the semiconductor device 100 according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 4A, first, for example, an N-type diffusion region is formed in a region (that is, a memory cell region) where a memory cell of a single-crystal P-type silicon substrate (that is, Psub) 1 is formed. As a result, the N-type well region 2 is formed. The N-type well region 2 is formed, for example, by covering a desired region of the silicon substrate 1 with a resist pattern or the like, and using this resist pattern as a mask, phosphorus, which is an N-type impurity, is ion-implanted at a dose of 5e12 / cm 2. To do. Next, the resist pattern is removed and then formed by performing thermal diffusion at 1200 degrees for 3 hours.

次に、図4(b)に示すように、N型ウェル領域2が形成されたシリコン基板1に素子分離のためのシリコン酸化膜5を形成する。このシリコン酸化膜5は、例えば、1000℃、40分のLOCOS酸化(ウェット酸化)にて形成する。シリコン酸化膜5の形成後の厚さは例えば300nm程度である。
次に、図4(c)に示すように、シリコン基板1のメモリセル領域上に、後のゲート絶縁膜となるシリコン酸化膜14´を形成する。シリコン酸化膜14´の形成後の厚さは、例えば30nm程度である。このシリコン酸化膜14´の形成は、例えばドライ酸化又はウェット酸化の何れの方法を用いて行ってもよい。
Next, as shown in FIG. 4B, a silicon oxide film 5 for element isolation is formed on the silicon substrate 1 on which the N-type well region 2 is formed. The silicon oxide film 5 is formed by, for example, LOCOS oxidation (wet oxidation) at 1000 ° C. for 40 minutes. The thickness after the formation of the silicon oxide film 5 is, for example, about 300 nm.
Next, as shown in FIG. 4C, a silicon oxide film 14 ′ to be a later gate insulating film is formed on the memory cell region of the silicon substrate 1. The thickness after the formation of the silicon oxide film 14 'is, for example, about 30 nm. The formation of the silicon oxide film 14 'may be performed using, for example, either dry oxidation or wet oxidation.

次に、図5(a)に示すように、このシリコン酸化膜14´上にフォトレジストを塗布し、露光処理して、P−となる領域上を開口し、他の領域上を覆う形状のレジストパターンR1を形成する。次に、このレジストパターンR1をマスクに用いて、例えばP型不純物であるボロンを1e14/cm2のドーズ量でイオン注入し、N型ウェル領域2内にP−領域8、12、21を形成する。P−領域8、12、21を形成した後で、レジストパターンR1を除去する。 Next, as shown in FIG. 5A, a photoresist is applied on the silicon oxide film 14 ', exposed to light, opened on the region that becomes P-, and covered on the other region. A resist pattern R1 is formed. Next, using the resist pattern R1 as a mask, for example, boron, which is a P-type impurity, is ion-implanted at a dose of 1e14 / cm 2 to form P− regions 8, 12, and 21 in the N-type well region 2. To do. After the P− regions 8, 12, and 21 are formed, the resist pattern R1 is removed.

次に、図5(b)に示すように、シリコン酸化膜14´上にフォトレジストを塗布し、露光処理して、トンネル絶縁膜が形成される領域上を開口し、他の領域上を覆う形状のレジストパターンR2を形成する。次に、このレジストパターンR2をマスクに用いて、シリコン酸化膜14´をウェットエッチングにより除去する。このウェットエッチングにより、トンネル絶縁膜が形成される領域ではシリコン酸化膜14´が全て除去され、P−領域12の表面が露出した状態となる。その後、図5(c)に示すように、レジストパターンを除去し、例えば850℃の温度でP−領域12の表面をウェット酸化し、トンネル絶縁膜14bを形成する。トンネル絶縁膜14bの形成後の厚さは、例えば5.5nmである。   Next, as shown in FIG. 5B, a photoresist is applied on the silicon oxide film 14 ', and an exposure process is performed to open the region where the tunnel insulating film is formed and cover the other region. A resist pattern R2 having a shape is formed. Next, using this resist pattern R2 as a mask, the silicon oxide film 14 'is removed by wet etching. By this wet etching, the silicon oxide film 14 ′ is completely removed in the region where the tunnel insulating film is formed, and the surface of the P− region 12 is exposed. Thereafter, as shown in FIG. 5C, the resist pattern is removed, and the surface of the P− region 12 is wet-oxidized at a temperature of, for example, 850 ° C. to form a tunnel insulating film 14b. The thickness after formation of the tunnel insulating film 14b is, for example, 5.5 nm.

次に、図6(a)において、浮遊ゲート電極となるポリシリコン膜を例えば200nm堆積する。このポリシリコン膜の形成方法は、例えばCVD法である。次に、このポリシリコン膜に、例えばN型不純物であるリンを5e15/cm2のドーズ量でイオン注入し、第1のN型ポリシリコン膜15´を形成する。ここでは、ポリシリコン膜に対するN型不純物の導入を、その成膜過程(即ち、in−situ)で行うのではなく、成膜後に行う。これにより、第1のN型ポリシリコン膜15´における不純物濃度を精度良く制御することができ、後の熱酸化の工程で、第1のN型ポリシリコン膜15´の増速酸化を抑制することができる。 Next, in FIG. 6A, a polysilicon film to be a floating gate electrode is deposited to 200 nm, for example. A method for forming this polysilicon film is, for example, a CVD method. Next, for example, phosphorus, which is an N-type impurity, is ion-implanted into the polysilicon film at a dose of 5e15 / cm 2 to form a first N-type polysilicon film 15 ′. Here, the N-type impurity is introduced into the polysilicon film after the film formation, not in the film formation process (ie, in-situ). As a result, the impurity concentration in the first N-type polysilicon film 15 ′ can be accurately controlled, and the accelerated oxidation of the first N-type polysilicon film 15 ′ is suppressed in the subsequent thermal oxidation step. be able to.

次に、この第1のN型ポリシリコン膜15´上に電極間絶縁膜16を形成する。例えば、電極間絶縁膜16として、シリコン酸化膜/シリコン窒化膜/シリコン酸化膜が積層された、3層構造の絶縁膜(即ち、ONO膜)を形成する。このONO膜を形成する際は、例えば、ポリシリコン膜に熱酸化(1050℃、20秒)を施してシリコン酸化膜を形成する。次に、このシリコン酸化膜に対して窒化処理(730℃、30分)を施して、シリコン窒化膜を形成する。ここで、窒化処理とは、窒素を含む雰囲気中での熱処理のことである。さらに、このシリコン窒化膜に対して、熱酸化(1000℃、43分)を施す。これにより、シリコン酸化膜/シリコン窒化膜/シリコン酸化膜の3層が積層された構造のONO膜を18nm程度の厚さに形成することができる。   Next, an interelectrode insulating film 16 is formed on the first N-type polysilicon film 15 ′. For example, as the interelectrode insulating film 16, a three-layered insulating film (that is, an ONO film) in which a silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film is laminated is formed. When forming this ONO film, for example, a silicon oxide film is formed by subjecting a polysilicon film to thermal oxidation (1050 ° C., 20 seconds). Next, the silicon oxide film is subjected to nitriding (730 ° C., 30 minutes) to form a silicon nitride film. Here, the nitriding treatment is a heat treatment in an atmosphere containing nitrogen. Further, thermal oxidation (1000 ° C., 43 minutes) is performed on the silicon nitride film. As a result, an ONO film having a structure in which three layers of silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film are stacked can be formed to a thickness of about 18 nm.

なお、上記の括弧内に示した処理温度、処理時間はあくまで処理条件の一例であり、他の温度、他の処理時間によりONO膜の各膜を形成してもよい。また、ONO膜を構成するシリコン窒化膜の形成方法は窒化処理に限定されるものではなく、CVD法など他の静膜方法を用いてもよい。同様に、ONO膜を構成するシリコン酸化膜の形成方法も熱酸化に限定されるものではなく、例えばCVD法など他の成膜方法を用いてもよい。   Note that the processing temperature and processing time shown in parentheses above are merely examples of processing conditions, and each of the ONO films may be formed at other temperatures and other processing times. Further, the method for forming the silicon nitride film constituting the ONO film is not limited to nitriding treatment, and other static film methods such as CVD may be used. Similarly, the method for forming the silicon oxide film constituting the ONO film is not limited to thermal oxidation, and other film forming methods such as a CVD method may be used.

次に、メモリセルの浮遊ゲート電極となる領域のみ図示しないレジストパターン等で覆い、このレジストパターンをマスクに他の領域の電極間絶縁膜16と第1のN型ポリシリコン膜15´とをドライエッチングにて除去する。これにより、図6(b)に示すように、浮遊ゲート電極15を形成する。なお、この浮遊ゲート電極15直下のシリコン酸化膜14であって、その厚膜部分がゲート絶縁膜14aとなる。   Next, only the region to be the floating gate electrode of the memory cell is covered with a resist pattern (not shown), and the interelectrode insulating film 16 and the first N-type polysilicon film 15 ′ in other regions are dried using this resist pattern as a mask. Remove by etching. Thereby, the floating gate electrode 15 is formed as shown in FIG. Note that the thick film portion of the silicon oxide film 14 immediately below the floating gate electrode 15 becomes the gate insulating film 14a.

次に、例えばN型不純物であるリンを1.1e13/cm2のドーズ量でイオン注入し、N−領域3を形成する。このN−領域3は、N型ウェル領域2へのコンタクト抵抗を下げるための不純物拡散層である。また、このN−領域3は、図示しないCMOS回路のNウェルとしても使用可能である。なお、このN−領域3の形成工程では、リンのドーズ量が比較的少量であるため、レジストパターン等をマスクに用いることなく、イオン注入を行ってもよい(もちろん、マスクを用いてもよい)。 Next, for example, phosphorus, which is an N-type impurity, is ion-implanted at a dose of 1.1e13 / cm 2 to form the N− region 3. The N− region 3 is an impurity diffusion layer for reducing the contact resistance to the N-type well region 2. The N− region 3 can also be used as an N well of a CMOS circuit (not shown). In this N− region 3 formation step, since the phosphorus dose is relatively small, ion implantation may be performed without using a resist pattern or the like as a mask (of course, a mask may be used). ).

次に、図6(c)に示すように、浮遊ゲート電極15の側面を熱酸化する。このように、浮遊ゲート電極15をフォトリソグラフィ及びエッチング技術で形成した後、その側面に新たな絶縁膜を形成することで、浮遊ゲート電極15の上面のみに電極間絶縁膜16を形成する場合と比べて、Pチャネル型不揮発性メモリ10の容量を増加させることができる。
続いて、例えばCVD法によりポリシリコン膜を150nm堆積し、このポリシリコン膜にN型不純物であるリンを8e15/cm2のドーズ量でイオン注入して、第2のN型ポリシリコン膜を形成する。ここでも、ポリシリコン膜に対するN型不純物の導入を、in−situで行うのではなく、成膜後に行うことにより、第2のN型ポリシリコン膜における不純物濃度を精度良く制御することができる。
Next, as shown in FIG. 6C, the side surface of the floating gate electrode 15 is thermally oxidized. As described above, after the floating gate electrode 15 is formed by photolithography and etching techniques, a new insulating film is formed on the side surface thereof, thereby forming the interelectrode insulating film 16 only on the upper surface of the floating gate electrode 15. In comparison, the capacity of the P-channel nonvolatile memory 10 can be increased.
Subsequently, a polysilicon film is deposited to a thickness of 150 nm by, for example, a CVD method, and phosphorus, which is an N-type impurity, is ion-implanted into the polysilicon film at a dose of 8e15 / cm 2 to form a second N-type polysilicon film. To do. Also here, the impurity concentration in the second N-type polysilicon film can be accurately controlled by introducing the N-type impurity into the polysilicon film after the film formation rather than in-situ.

さらに、第2のN型ポリシリコン膜の低抵抗化のため、第2のN型ポリシリコン膜上にタングステンシリサイド膜を例えば150nm程度堆積する。そして、フォトリソグラフィ及びエッチング技術により、このタングステンシリサイド膜及び第2のN型ポリシリコン膜を部分的にエッチング(即ち、パターニング)する。これにより、図7(a)に示すように、浮遊ゲート電極15の上面及び側面を覆うように制御ゲート電極17を形成すると同時に、選択ゲートトランジスタ20のチャネルとなる領域上にシリコン酸化膜を介してゲート電極27を形成する。なお、ゲート電極27直下のシリコン酸化膜が、選択ゲートトランジスタ20のゲート絶縁膜24となる。   Further, in order to reduce the resistance of the second N-type polysilicon film, a tungsten silicide film is deposited on the second N-type polysilicon film to a thickness of about 150 nm, for example. Then, the tungsten silicide film and the second N-type polysilicon film are partially etched (that is, patterned) by photolithography and etching techniques. As a result, as shown in FIG. 7A, the control gate electrode 17 is formed so as to cover the upper surface and the side surface of the floating gate electrode 15, and at the same time, the silicon oxide film is interposed on the region serving as the channel of the selection gate transistor 20. Thus, the gate electrode 27 is formed. Note that the silicon oxide film immediately below the gate electrode 27 becomes the gate insulating film 24 of the select gate transistor 20.

次に、図7(b)に示すように、例えば、N−領域3の上方を開口し、他の領域を覆う形状のレジストパターンR3をシリコン基板1上に形成する。そして、このレジストパターンR3をマスクに、N型不純物としてヒ素を5e15/cm2のドーズ量でイオン注入する。これにより、N+領域4を形成する。このN+領域4は、N型ウェル領域2のコンタクト抵抗を低減するための不純物拡散層である。また、このN+領域4は、図示しないCMOS回路のN型ソース、又は、N型ドレインとしても使用可能である。N+領域4を形成した後でレジストパターンR4を除去する。 Next, as illustrated in FIG. 7B, for example, a resist pattern R <b> 3 having an opening above the N− region 3 and covering the other region is formed on the silicon substrate 1. Then, using the resist pattern R3 as a mask, arsenic is ion-implanted as an N-type impurity at a dose of 5e15 / cm 2 . Thereby, the N + region 4 is formed. The N + region 4 is an impurity diffusion layer for reducing the contact resistance of the N-type well region 2. The N + region 4 can also be used as an N-type source or an N-type drain of a CMOS circuit (not shown). After the N + region 4 is formed, the resist pattern R4 is removed.

次に、図7(c)に示すように、P−領域8、12、21の上方を開口し、他の領域を覆う形状のレジストパターンR4をシリコン基板1上に形成する。そして、このレジストパターンR4をマスクに、P型不純物としてボロンを2.5e15/cm2のドーズ量でイオン注入する。これにより、P+領域9、13、23を形成する。P+領域9、13、23を形成した後でレジストパターンR4を除去する。 Next, as illustrated in FIG. 7C, a resist pattern R <b> 4 having a shape that opens above the P− regions 8, 12, and 21 and covers other regions is formed on the silicon substrate 1. Then, using this resist pattern R4 as a mask, boron is ion-implanted as a P-type impurity at a dose of 2.5e15 / cm 2 . Thereby, P + regions 9, 13, and 23 are formed. After forming the P + regions 9, 13, and 23, the resist pattern R4 is removed.

これ以降は図示しないが、例えば、層間絶縁膜の形成工程と、コンタクトホール、ビアホールの形成工程と、配線の形成工程等を例えば1回又は複数回行って、N+領域4に電気的に接続する配線と、P+領域9、13、23にそれぞれ電気的に接続する配線と、制御ゲート電極17に電気的に接続する配線と、ゲート電極27に電気的に接続する配線と、をそれぞれ形成する。このようにして、図1(a)及び(b)に示した半導体装置100が完成する。   Although not shown in the drawings, for example, the interlayer insulating film forming step, the contact hole / via hole forming step, the wiring forming step, etc. are performed once or a plurality of times, for example, to be electrically connected to the N + region 4. A wiring, a wiring electrically connected to each of the P + regions 9, 13, and 23, a wiring electrically connected to the control gate electrode 17, and a wiring electrically connected to the gate electrode 27 are formed. In this manner, the semiconductor device 100 shown in FIGS. 1A and 1B is completed.

このように、本発明の実施形態によれば、例えば図2に示したように、N型拡散領域とP型拡散領域との仕事関数差により、浮遊ゲート電極からP−領域12へのエネルギー障壁は高く、浮遊ゲート電極15に蓄えられた電子は、トンネル絶縁膜14bを経由してP−領域12へ抜けにくい。従って、トンネル絶縁膜14bの薄膜化が可能であり、書き換え電圧を低くすることができる。   Thus, according to the embodiment of the present invention, for example, as shown in FIG. 2, the energy barrier from the floating gate electrode to the P− region 12 due to the work function difference between the N-type diffusion region and the P-type diffusion region. The electrons stored in the floating gate electrode 15 are unlikely to escape to the P− region 12 via the tunnel insulating film 14b. Therefore, the tunnel insulating film 14b can be thinned and the rewriting voltage can be lowered.

また、本発明の実施形態によれば、ゲート絶縁膜14aの膜厚に依存した耐圧やリーク電流などの電気的特性を損なうことなく、トンネル絶縁膜14bのみを薄膜化して書き換え電圧を低くすることができる。即ち、トンネル絶縁膜とゲート絶縁膜との膜厚が同一の場合は、トンネル絶縁膜を薄膜化するとゲート絶縁膜も同じ厚さに薄膜化されるため、書き換え電圧の低電圧化とトレードオフで、ゲート絶縁膜の耐圧が低下したりリーク電流が増大したりする可能性があった。これに対し、本発明では、ゲート絶縁膜14aに一定以上の厚みを持たせたまま、トンネル絶縁膜14bのみを薄膜化することが可能である。従って、ゲート絶縁膜14aの膜厚に依存した電気的特性を損なうことなく、書き換え電圧を低くすることができる。   In addition, according to the embodiment of the present invention, only the tunnel insulating film 14b is thinned and the rewrite voltage is lowered without impairing the electrical characteristics such as breakdown voltage and leakage current depending on the thickness of the gate insulating film 14a. Can do. In other words, when the tunnel insulating film and the gate insulating film have the same thickness, if the tunnel insulating film is made thinner, the gate insulating film is also made the same thickness. There is a possibility that the breakdown voltage of the gate insulating film is lowered or the leakage current is increased. On the other hand, in the present invention, only the tunnel insulating film 14b can be thinned while the gate insulating film 14a has a certain thickness or more. Therefore, the rewriting voltage can be lowered without impairing the electrical characteristics depending on the thickness of the gate insulating film 14a.

さらに、本発明の実施形態によれば、Pチャネル型不揮発性メモリ10のドレインと、Pチャネル型の選択ゲートトランジスタ20のソースとが、第2のP型拡散領域(P−領域12、P+領域13)を共有している。従って、Pチャネル型不揮発性メモリ10と、選択ゲートトランジスタ20とを含むメモリセルの占有面積を低減することができ、半導体装置の縮小化と、製造コストの低減に寄与することができる。   Further, according to the embodiment of the present invention, the drain of the P-channel nonvolatile memory 10 and the source of the P-channel select gate transistor 20 are connected to the second P-type diffusion region (P− region 12, P + region). 13) is shared. Therefore, the area occupied by the memory cell including the P-channel nonvolatile memory 10 and the select gate transistor 20 can be reduced, which can contribute to the reduction of the semiconductor device and the manufacturing cost.

1 シリコン基板
2 N型ウェル領域
3 N−領域
4 N+領域
5 シリコン酸化膜
8、12、21 P−領域
9、13、23 P+領域
10 Pチャネル型不揮発性メモリ
14 絶縁膜(シリコン酸化膜)
14a、24 ゲート絶縁膜(厚膜部分)
14b トンネル絶縁膜(薄膜部分)
14´ シリコン酸化膜
15 浮遊ゲート電極
15´ 第1のN型ポリシリコン膜
15 浮遊ゲート電極
16 電極間絶縁膜
17 制御ゲート電極
20 選択ゲートトランジスタ
27 ゲート電極
100 半導体装置
R1〜R4 レジストパターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 N type well area | region 3 N- area | region 4 N + area | region 5 Silicon oxide film 8, 12, 21 P- area | region 9, 13, 23 P + area | region 10 P channel type non-volatile memory 14 Insulating film (silicon oxide film)
14a, 24 Gate insulating film (thick film part)
14b Tunnel insulating film (thin film part)
14 'silicon oxide film 15 floating gate electrode 15' first N-type polysilicon film 15 floating gate electrode 16 interelectrode insulating film 17 control gate electrode 20 selection gate transistor 27 gate electrode 100 semiconductor devices R1 to R4 resist pattern

Claims (9)

半導体基板に設けられたN型拡散領域と、
前記N型拡散領域内で互いに離れた状態で設けられた第1のP型拡散領域及び第2のP型拡散領域と、
前記第2のP型拡散領域上に設けられたトンネル絶縁膜と、
前記N型拡散領域のうちの前記第1のP型拡散領域と前記第2のP型拡散領域とに挟まれた領域上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上から前記トンネル絶縁膜上にかけて連続して設けられた浮遊ゲート電極と、を備え、
前記第2のP型拡散領域は前記トンネル絶縁膜の直下の全領域に配置されていることを特徴とするPチャネル型不揮発性メモリ。
An N-type diffusion region provided in the semiconductor substrate;
A first P-type diffusion region and a second P-type diffusion region provided in a separated state in the N-type diffusion region;
A tunnel insulating film provided on the second P-type diffusion region;
A gate insulating film provided on a region sandwiched between the first P-type diffusion region and the second P-type diffusion region of the N-type diffusion region;
A floating gate electrode provided continuously from above the gate insulating film to the tunnel insulating film,
The P-channel type nonvolatile memory, wherein the second P-type diffusion region is disposed in the entire region immediately below the tunnel insulating film.
請求項1に記載のPチャネル型不揮発性メモリであって、
前記トンネル絶縁膜は、前記ゲート絶縁膜よりも膜厚が小さいことを特徴とするPチャネル型不揮発性メモリ。
The P-channel nonvolatile memory according to claim 1,
The P-channel nonvolatile memory according to claim 1, wherein the tunnel insulating film is smaller in thickness than the gate insulating film.
請求項1又は請求項2に記載のPチャネル型不揮発性メモリであって、
前記浮遊ゲート電極上に設けられた電極間絶縁膜と、
前記電極間絶縁膜上に設けられた制御ゲート電極と、を備えることを特徴とするPチャネル型不揮発性メモリ。
A P-channel nonvolatile memory according to claim 1 or 2,
An interelectrode insulating film provided on the floating gate electrode;
A P-channel nonvolatile memory, comprising: a control gate electrode provided on the interelectrode insulating film.
請求項1から請求項3の何れか一項に記載のPチャネル型不揮発性メモリであって、
前記浮遊ゲート電極はN型半導体からなることを特徴とするPチャネル型不揮発性メモリ。
The P-channel nonvolatile memory according to any one of claims 1 to 3,
The P-channel type nonvolatile memory, wherein the floating gate electrode is made of an N-type semiconductor.
請求項1から請求項4の何れか一項に記載のPチャネル型不揮発性メモリであって、
前記トンネル絶縁膜を経由したFNトンネル現象により、前記第2のP型拡散領域から前記浮遊ゲート電極に電子を注入されることで、当該Pチャネル型不揮発性メモリに対するデータの書き込みが行われることを特徴とするPチャネル型不揮発性メモリ。
A P-channel nonvolatile memory according to any one of claims 1 to 4,
By writing electrons into the floating gate electrode from the second P-type diffusion region by the FN tunneling phenomenon via the tunnel insulating film, data is written to the P-channel nonvolatile memory. A p-channel type non-volatile memory characterized.
半導体基板に設けられたN型拡散領域と、
前記N型拡散領域内で互いに離れた状態で設けられた第1のP型拡散領域及び第2のP型拡散領域と、
前記N型拡散領域のうちの前記第1のP型拡散領域と前記第2のP型拡散領域とに挟まれた領域上から、前記第2のP型拡散領域上にかけて、絶縁膜を介して連続して設けられた浮遊ゲート電極と、を備え、
前記絶縁膜は厚膜部分と薄膜部分とを有し、
前記厚膜部分は前記N型拡散領域上に設けられると共に、前記薄膜部分は前記第2のP型拡散領域上にのみ設けられ、
前記薄膜部分を経由したFNトンネル現象により、前記第2のP型拡散領域から前記浮遊ゲート電極に電子が注入されることで、当該Pチャネル型不揮発性メモリに対するデータの書き込みが行われることを特徴とするPチャネル型不揮発性メモリ。
An N-type diffusion region provided in the semiconductor substrate;
A first P-type diffusion region and a second P-type diffusion region provided in a separated state in the N-type diffusion region;
Of the N-type diffusion region, the region sandwiched between the first P-type diffusion region and the second P-type diffusion region and the second P-type diffusion region are interposed via an insulating film. A floating gate electrode provided continuously,
The insulating film has a thick film portion and a thin film portion,
The thick film portion is provided on the N-type diffusion region, and the thin film portion is provided only on the second P-type diffusion region,
Data is written to the P-channel nonvolatile memory by injecting electrons from the second P-type diffusion region to the floating gate electrode by the FN tunnel phenomenon via the thin film portion. A P-channel nonvolatile memory.
請求項1から請求項6の何れか一項に記載のPチャネル型不揮発性メモリと、
前記半導体基板に設けられたPチャネル型トランジスタと、を備え、
前記Pチャネル型不揮発性メモリのドレインと、前記Pチャネル型トランジスタのソースとが電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
The P-channel type nonvolatile memory according to any one of claims 1 to 6,
A P-channel transistor provided on the semiconductor substrate,
A semiconductor device, wherein a drain of the P-channel nonvolatile memory and a source of the P-channel transistor are electrically connected.
請求項7に記載の半導体装置であって、
前記第2のP型拡散領域内に設けられて、前記第2のP型拡散領域よりP型不純物の濃度が高い第3のP型拡散領域、を備え、
前記第3のP型拡散領域は、前記Pチャネル型不揮発性メモリのドレインであり、且つ、前記Pチャネル型トランジスタのソースでもあることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 7,
A third P-type diffusion region provided in the second P-type diffusion region and having a higher concentration of P-type impurities than the second P-type diffusion region;
The semiconductor device, wherein the third P-type diffusion region is a drain of the P-channel nonvolatile memory and also a source of the P-channel transistor.
半導体基板にN型拡散領域を形成する工程と、
前記N型拡散領域内に、第1のP型拡散領域及び第2のP型拡散領域を互いに離れた状態に形成する工程と、
前記第2のP型拡散領域上にのみトンネル絶縁膜を形成する工程と、
前記N型拡散領域のうちの前記第1のP型拡散領域と前記第2のP型拡散領域とに挟まれた領域上に、前記トンネル絶縁膜よりも膜厚の大きいゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上から前記トンネル絶縁膜上にかけて連続して浮遊ゲート電極を形成する工程と、を備えることを特徴とするPチャネル型不揮発性メモリの製造方法。
Forming an N-type diffusion region in a semiconductor substrate;
Forming a first P-type diffusion region and a second P-type diffusion region in the N-type diffusion region apart from each other;
Forming a tunnel insulating film only on the second P-type diffusion region;
A gate insulating film having a thickness larger than that of the tunnel insulating film is formed on a region sandwiched between the first P-type diffusion region and the second P-type diffusion region in the N-type diffusion region. Process,
Forming a floating gate electrode continuously from the gate insulating film to the tunnel insulating film. A method for manufacturing a P-channel type nonvolatile memory, comprising:
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