JP2007184380A - 不揮発性メモリセル、これを有するメモリアレイ、並びに、セル及びアレイの操作方法 - Google Patents
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- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
Abstract
【解決手段】半導体基板であって、該基板の表面より下に配置され且つチャネル領域106によって分離されたソース領域102及びドレイン領域104を備えた半導体基板と101;前記チャネル領域106より上に配置されたトンネル誘電体構造であって、低いホールトンネリング障壁高さを有する少なくとも1つの層を備えたトンネル誘電体構造120と;前記トンネル誘電体構造より上に配置された電荷蓄積層130と;前記電荷蓄積層より上に配置された絶縁層140と;前記絶縁層より上に配置されたゲート電極150と;を有するメモリセル。
【選択図】図1
Description
本出願は、2005年1月3日出願の米国仮特許出願60/640,229号、2005年1月27日出願の米国仮特許出願60/647,012号、2005年6月10日出願の米国仮特許出願60/689,231号、及び2005年6月10日出願の米国仮特許出願60/689,314号に基づくものであり、又、米国法典35編119条(e)項により前記米国仮特許出願の優先権を主張する。前記各米国仮特許出願は、引用をもって、その全内容が本出願に内包されている。
不揮発性メモリ(NVM:Non−volatile memory)は、NVMセルを有するデバイスであり、デバイスへの電力供給が除去された時でさえ情報を連続的に記憶することができる半導体メモリを指す。NVMには、マスクROM(Mask ROM:Mask Read−Only Memory)、プログラマブルROM(PROM:Programmable Read−Only Memory)、消去可能プログラマブルROM(EPROM:Erasable Programmable Read−Only Memory)、電気的消去可能プログラマブルROM(EEPROM:Electrically Erasable Programmable Read−Only Memory)、及びフラッシュメモリ(Flash Memory)などが含まれる。不揮発性メモリは半導体業界において広く使用されており、プログラム(書き込み)されたデータの損失を防止するために開発されたメモリとして分類される。通常、不揮発性メモリは、デバイスのエンドユース要件に基づいてプログラム、読み出し及び/又は消去が可能であり、プログラムされたデータを長期間に渡って記憶することができる。
本発明は、不揮発性メモリデバイスに関するものであり、より詳しくは、自己収束消去動作を容易にすると共に保持状態の期間におけるメモリデバイスの電荷蓄積層内での電荷保持能力を保持してもいるトンネル誘電体構造を有する不揮発性メモリデバイスに関するものである。
以下、本発明及びその現在好ましい実施形態について詳細に説明する。それらの例は添付の図面に示した。可能な限り、同一又は類似の部分を参照するのには、図面及び説明文において同一又は類似の参照番号を使用した。グラフ以外の図面は、かなり単純化された形態にあり、縮尺も正確ではないことを理解されたい。本明細書の開示内容に関連して、上端(頂部)、下端(底部)、左、右、上方、下方、上、下、真下、後方及び前方などの方向を示す表現は、単なる簡明化のために添付図面に関して使用されている。図面についての以下の説明に関連して用いられているこのような方向を示す表現は、添付の特許請求の範囲に明示されていない如何なる形式においても本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。本明細書の開示内容は、図示された特定の実施形態に言及しているが、これらの実施形態は例示のために提示したものであって、限定のために提示したものでないことを理解されたい。本明細書に記載される工程段階及び構造は、完全な集積回路の製造のための完全な工程フローをカバーしたものではないことを理解されたい。本発明は、当該技術分野において既知又は開発されるであろう各種の集積回路製造技術と共に実施することができる。
Claims (27)
- 半導体基板であって、該基板の表面より下に配置され且つチャネル領域によって分離されたソース領域及びドレイン領域を備えた半導体基板と、
前記チャネル領域より上に配置されたトンネル誘電体構造であって、低いホールトンネリング障壁高さを有する少なくとも1つの層を備えたトンネル誘電体構造と、
前記トンネル誘電体構造より上に配置された電荷蓄積層と、
前記電荷蓄積層より上に配置された絶縁層と、
前記絶縁層より上に配置されたゲート電極と、
を有することを特徴とするメモリセル。 - 前記トンネル誘電体構造は、それぞれが最大で約4nmまでの厚さを有する少なくとも2つの誘電体層を有することを特徴とする請求項1に記載のメモリセル。
- 前記トンネル誘電体構造は、第1の酸化ケイ素層と、前記第1の酸化ケイ素層より上の第1の窒化ケイ素層と、前記第1の窒化ケイ素層より上の第2の酸化ケイ素層と、を有することを特徴とする請求項1に記載のメモリセル。
- 前記電荷蓄積層は、窒化ケイ素、Al2O3及びHfO2から成る群から選択された少なくとも1つの材料を含むことを特徴とする請求項1に記載のメモリセル。
- 前記絶縁層は、酸化ケイ素を含むことを特徴とする請求項1に記載のメモリセル。
- 前記トンネル誘電体構造は、無視できるほど小さい捕捉効率を有することを特徴とする請求項1に記載のメモリセル。
- 請求項1に記載のメモリセルを複数有することを特徴とするメモリアレイ。
- 前記複数のメモリセルのうち少なくとも2つは、シャロートレンチアイソレーション及びシリコンオンインシュレーターアイソレーションのうち少なくとも1つによって互いに分離されていることを特徴とする請求項10に記載のメモリアレイ。
- 少なくとも2つのワード線と、少なくとも2つのビット線と、少なくとも1つのソース線と、を有することを特徴とする請求項10に記載のメモリアレイ。
- 対応するビット線に接続された少なくとも1つのビット線選択トランジスタを有することを特徴とする請求項10に記載のメモリアレイ。
- 対応するソース線に接続された少なくとも1つのソース線選択トランジスタを有することを特徴とする請求項10に記載のメモリアレイ。
- 前記基板は、前記メモリデバイスのための少なくとも1対のシャロージャンクションを有することを特徴とする請求項10に記載のメモリアレイ。
- 半導体基板であって、該基板の表面より下に配置され且つチャネル領域によって分離されたソース領域及びドレイン領域を備えた半導体基板と、
前記チャネル領域より上に配置された多層トンネル誘電体構造であって、低いホールトンネリング障壁高さを有する少なくとも1つの層を備えた多層トンネル誘電体構造と、
前記多層トンネル誘電体構造より上に配置された電荷蓄積層と、
前記電荷蓄積層より上に配置された絶縁層と、
前記絶縁層より上に配置されたゲート電極と、
を有することを特徴とするメモリセル。 - 前記少なくとも1つの低いホールトンネリング障壁高さを有する層は、約4.5eV以下のホールトンネリング障壁高さを有することを特徴とする請求項13に記載のメモリセル。
- 前記少なくとも1つの低いホールトンネリング障壁高さを有する層は、約1.9eV以下のホールトンネリング障壁高さを有することを特徴とする請求項13に記載のメモリセル。
- 前記多層トンネル誘電体構造は、前記少なくとも1つの低いホールトンネリング障壁高さを有する層と、前記基板と前記少なくとも1つの層との間に配置された下端層と、を有し、前記少なくとも1つの低いホールトンネリング障壁高さを有する層は、前記下端層の厚さよりも厚い厚さを有することを特徴とする請求項13に記載のメモリセル。
- 前記多層トンネル誘電体構造は、前記少なくとも1つの低いホールトンネリング障壁高さを有する層と、前記基板と前記少なくとも1つの層との間に配置された下端層と、前記電荷蓄積層と前記少なくとも1つの層との間に配置された上端層と、を有することを特徴とする請求項13に記載のメモリセル。
- 前記下端層及び前記上端層は酸化ケイ素を含み、前記少なくとも1つの低いホールトンネリング障壁高さを有する層は窒化ケイ素を含むことを特徴とする請求項17に記載のメモリセル。
- 前記少なくとも1つの低いホールトンネリング障壁高さを有する層は、前記下端層の厚さよりも厚い厚さを有することを特徴とする請求項17に記載のメモリセル。
- 前記少なくとも1つの低いホールトンネリング障壁高さを有する層は、前記下端層の厚さよりも厚い厚さを有することを特徴とする請求項18に記載のメモリセル。
- 前記多層トンネル誘電体構造内の各層は、最大で約4nmまでの厚さを有することを特徴とする請求項13に記載のメモリセル。
- 前記多層トンネル誘電体構造内の各層は、約1nmから約3nmの厚さを有することを特徴とする請求項13に記載のメモリセル。
- 半導体基板であって、該基板の表面より下に配置され且つチャネル領域によって分離されたソース領域及びドレイン領域を備えた半導体基板と、
前記チャネル領域より上に配置されたO/N/Oトンネル誘電体構造と、
前記ONOトンネル誘電体構造より上に配置された電荷蓄積層と、
前記電荷蓄積層より上に配置された絶縁層と、
前記絶縁層より上に配置されたゲート電極と、
を有することを特徴とするメモリセル。 - 前記O/N/Oトンネル誘電体構造内の各層は、最大で約4nmまでの厚さを有することを特徴とする請求項23に記載のメモリセル。
- 前記O/N/Oトンネル誘電体構造内の各層は、約1nmから約3nmの厚さを有することを特徴とする請求項23に記載のメモリセル。
- 前記O/N/Oトンネル誘電体構造の窒化物層は、前記O/N/Oトンネル誘電体構造の下端酸化物層の厚さよりも厚い厚さを有することを特徴とする請求項23に記載のメモリセル。
- 前記O/N/Oトンネル誘電体構造の窒化物層は、前記O/N/Oトンネル誘電体構造の下端酸化物層の厚さよりも厚い厚さを有することを特徴とする請求項25に記載のメモリセル。
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