JP2008016681A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】データ保持特性を向上させる。
【解決手段】不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板11上にトンネル絶縁膜14を介して設けられた浮遊ゲート電極15と、浮遊ゲート電極15上に設けられたゲート間絶縁膜16と、ゲート間絶縁膜16上に設けられた制御ゲート電極22とを含むメモリセルトランジスタCTを具備し、ゲート間絶縁膜16は、第1のシリコン酸化膜17、ハフニウムが添加された第1のアルミニウム酸化膜18、第2のアルミニウム酸化膜19、ハフニウムが添加された第3のアルミニウム酸化膜20、及び第2のシリコン酸化膜21が順に積層された積層膜である。
【選択図】 図3

Description

本発明は、不揮発性半導体記憶装置に係り、特に浮遊ゲート電極と制御ゲート電極との間に設けられたゲート間絶縁膜を有するメモリセルトランジスタを備えた不揮発性半導体記憶装置に関する。
従来、半導体メモリとしては例えばデータの書き込み及び消去を電気的に行う、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)が知られている。さらに、EEPROMの1つとして、高集積化が可能なNAND型フラッシュメモリが知られている。
NAND型フラッシュメモリのメモリセルトランジスタは、半導体基板上にトンネル絶縁膜を介して電荷蓄積を目的とする浮遊ゲート電極、ゲート間絶縁膜、制御ゲート電極が積層形成されたスタックゲート構造を有している。
浮遊ゲート電極と制御ゲート電極との間に挟まれたゲート間絶縁膜は、例えば酸化膜及び窒化膜により構成される。このようなゲート間絶縁膜では、実効酸化膜厚(EOT:Effective Oxide Thickness)が厚くなってしまう。そこで、酸化膜及び高誘電体膜を使用することにより、EOTの削減が可能となる。
しかし、高誘電体膜として例えばアルミニウム酸化膜(AlO膜)を使用した場合、Poole-Frenkel効果による低電界印加時のリーク電流が問題となる。このリーク電流が発生することで、メモリセルトランジスタの浮遊ゲート電極に蓄積された電荷が、ゲート間絶縁膜を介して放出される。浮遊ゲート電極から電荷が放出することで、“ΔVt=∫Qdt/Ccg-fg”からなる関係式で表されるメモリセルトランジスタの閾値電圧が時間の経過と伴に変動してしまう。この閾値変動により、メモリセルトランジスタに書き込んだデータが保持されないという問題が発生する。なお、Vはメモリセルトランジスタの閾値電圧、Qは浮遊ゲート電極の電荷量、Ccg-fgは制御ゲート電極−浮遊ゲート電極間の容量、tは時間をそれぞれ表している。
また、この種の関連技術として、界面特性を改善し、かつEOTを薄くした半導体素子の多層誘電体構造物が開示されている。(特許文献1参照)。
特開2005−217409号公報
本発明は、浮遊ゲート電極及び制御ゲート電極間の容量を大きくすることができ、かつデータ保持特性を向上させることが可能な不揮発性半導体記憶装置を提供する。
本発明の第1の視点に係る不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板上にトンネル絶縁膜を介して設けられた浮遊ゲート電極と、前記浮遊ゲート電極上に設けられたゲート間絶縁膜と、前記ゲート間絶縁膜上に設けられた制御ゲート電極とを含むメモリセルトランジスタを具備し、前記ゲート間絶縁膜は、第1のシリコン酸化膜、ハフニウムが添加された第1のアルミニウム酸化膜、第2のアルミニウム酸化膜、ハフニウムが添加された第3のアルミニウム酸化膜、及び第2のシリコン酸化膜が順に積層された積層膜である。
本発明の第2の視点に係る不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板上にトンネル絶縁膜を介して設けられた浮遊ゲート電極と、前記浮遊ゲート電極上に設けられたゲート間絶縁膜と、前記ゲート間絶縁膜上に設けられた制御ゲート電極とを含むメモリセルトランジスタを具備し、前記ゲート間絶縁膜は、第1のシリコン窒化膜、ハフニウムが添加された第1のアルミニウム酸化膜、第2のアルミニウム酸化膜、ハフニウムが添加された第3のアルミニウム酸化膜、及び第2のシリコン窒化膜が順に積層された積層膜である。
本発明によれば、浮遊ゲート電極及び制御ゲート電極間の容量を大きくすることができ、かつデータ保持特性を向上させることが可能な不揮発性半導体記憶装置を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの回路図である。1つのユニットは、直列に接続された複数のメモリセルトランジスタCT(典型的には、8個のメモリセルトランジスタCT)からなるメモリセル列と、一対の選択ゲートトランジスタST1,ST2とにより構成されている。選択ゲートトランジスタST1は、メモリセル列の一端(ドレイン側)に直列に接続されている。選択ゲートトランジスタST2は、メモリセル列の他端(ソース側)に直列に接続されている。
メモリセルトランジスタCTの制御ゲート端子には、行方向に延在するワード線WLが接続されている。選択ゲートトランジスタST1のゲート端子には、行方向に延在する選択ゲート線SGDが接続されている。選択ゲートトランジスタST1のドレイン端子には、列方向に延在するビット線BLが接続されている。選択ゲートトランジスタST2のゲート端子には、行方向に延在する選択ゲート線SGSが接続されている。選択ゲートトランジスタST2のソース端子には、行方向に延在するソース線SLが接続されている。
選択ゲート線SGD,SGSは、選択ゲートトランジスタST1,ST2のオン/オフを制御するために設けられている。選択ゲートトランジスタST1,ST2は、データ書き込み及びデータ読み出し等の際に、ユニット内のメモリセルトランジスタCTに所定の電位を供給するためのゲートとして機能する。このユニットが行列状に複数個配置されてメモリセルアレイCAが構成されている。
図2は、NAND型フラッシュメモリの平面図である。制御ゲート電極CGとビット線BLとの交差領域には、メモリセルトランジスタCTが設けられている。制御ゲート電極CGは、図1に示したワード線WLに対応する。
選択ゲート線SGDとビット線BLとの交差領域には、選択ゲートトランジスタST1が設けられている。選択ゲート線SGSとビット線BLとの交差領域には、選択ゲートトランジスタST2が設けられている。選択ゲートトランジスタST1のドレイン領域は、ビット線コンタクトBCを介してビット線BLに接続されている。選択ゲートトランジスタST2のソース領域は、ソース線コンタクトSCを介してソース線SLに接続されている。
図3は、メモリセルトランジスタCTを説明する断面図であり、図2に示したIII−III線に沿った断面図である。なお、図3において、ビット線BLと、メモリセルトランジスタCT及びビット線間に設けられた層間絶縁層とは、図示を省略している。
P型導電性の基板11は、例えばP型半導体基板、P型ウェルを有する半導体基板、P型半導体層を有するSOI(Silicon On Insulator)型基板などである。半導体基板としては、例えばSi(シリコン)が用いられる。
基板11内には、ソース領域12及びドレイン領域13が設けられている。ソース領域12及びドレイン領域13はそれぞれ、シリコン内に高濃度のn型不純物(P(リン)、As(ヒ素)等)を導入して形成されたn型拡散領域により構成される。隣接するメモリセルトランジスタCTは、ソース領域12/ドレイン領域13を共有することで直列に接続される。
ソース領域12及びドレイン領域13間のチャネル領域上には、トンネル絶縁膜14が設けられている。トンネル絶縁膜14としては、例えばシリコン酸化膜が用いられる。トンネル絶縁膜14上には、浮遊ゲート電極(FG)15が設けられている。浮遊ゲート電極15としては、例えば多結晶シリコンが用いられる。浮遊ゲート電極15は、ビット線BLとワード線WLとの交差領域に選択的に設けられ、各メモリセルトランジスタCTに対応して設けられている。また、浮遊ゲート電極15はそれぞれ、電気的に分離されている。
浮遊ゲート電極15上には、ゲート間絶縁膜16が設けられている。ゲート間絶縁膜16上には、制御ゲート電極22(CG)が設けられている。制御ゲート電極22としては、例えば多結晶シリコンが用いられる。
ゲート間絶縁膜16は、シリコン酸化膜(SiO膜)17、ハフニウム・アルミネート膜(HfAl膜)18、アルミニウム酸化膜(AlO膜)19、ハフニウム・アルミネート膜(HfAl膜)20、シリコン酸化膜(SiO膜)21が順に積層された積層膜である。すなわち、ゲート間絶縁膜16は、シリコン酸化膜17とシリコン酸化膜21との間に、高誘電体膜(HfAl膜18、アルミニウム酸化膜19、HfAl膜20の積層膜)を備えている。なお、HfAl膜18,20は、ハフニウムが添加されたアルミニウム酸化膜である。
このように構成されたメモリセルトランジスタCTでは、浮遊ゲート電極15に電荷が注入され、或いは浮遊ゲート電極15に蓄積された電荷が引き抜かれることで、メモリセルトランジスタCTの閾値電圧が変化する。具体的には、メモリセルトランジスタCTのチャネル領域と制御ゲート電極22との間の電位差を変化させることで、チャネル領域と制御ゲート電極22との間に双方向の高電界を印加する。そして、この双方向の高電界により、浮遊ゲート電極15に電荷を注入し、或いは浮遊ゲート電極15に蓄積された電荷を引き抜く。このようにして、メモリセルトランジスタCTのデータを書き換えることができる。
ところで、CG−FG間の容量C2と、FG−基板間の容量C1とのカップリング比は、“C2/(C1+C2)”で表される。微細化された半導体記憶装置では、浮遊ゲート電極15と制御ゲート電極22との対向面積が小さくなる。しかし、メモリとして正常に機能させるためには、CG−FG間の容量C2は一定値以上を確保する必要がある。
カップリング比を向上させるためには、CG−FG間の絶縁膜として、シリコン酸化膜より誘電率が高い高誘電体膜を用いることが考えられる。一般に、高誘電体膜を流れるリーク電流の電界依存性は、選択する高誘電体材料の電子に対するエネルギー障壁の高さ(バリアハイト)と誘電率とによって決まる。
誘電率が高ければ実効酸化膜厚(EOT:effective oxide thickness)を一定にした場合に物理的な膜厚が厚くなるため、リーク電流は減少する。しかし一方で、バリアハイトが小さくなることにより、室温においても電子の熱励起成分により、フェルミ準位より高い準位から電子がトンネルする確率やバリアを超えて絶縁膜中に電子が放出される確率が高くなり、リーク電流が増大する。
本実施形態のゲート間絶縁膜16は、カップリング比を向上させるために高誘電体膜を備えつつ、リーク電流を効果的に抑制することが可能な膜構造を有している。図4は、ゲート間絶縁膜16のエネルギー準位図である。
シリコン酸化膜17は、浮遊ゲート電極15から高誘電体膜(HfAl膜18、アルミニウム酸化膜19、HfAl膜20の積層膜)へ電子が流れるのを防ぐための電子バリアとして機能する。また、シリコン酸化膜17は、高誘電体膜から浮遊ゲート電極15へ電子が流れるのを防ぐための電子バリアとして機能する。
同様に、シリコン酸化膜21は、制御ゲート電極22から高誘電体膜(HfAl膜18、アルミニウム酸化膜19、HfAl膜20の積層膜)へ電子が流れるのを防ぐための電子バリアとして機能する。また、シリコン酸化膜21は、高誘電体膜から制御ゲート電極22へ電子が流れるのを防ぐための電子バリアとして機能する。
シリコン酸化膜17,21は、多結晶シリコンからなる浮遊ゲート電極15及び制御ゲート電極22や高誘電体膜に比べて、電子に対するエネルギー障壁が高い。よって、シリコン酸化膜17,21を浮遊ゲート電極15及び制御ゲート電極22の界面にそれぞれ配置する。これにより、浮遊ゲート電極15から制御ゲート電極22へのリーク電流、及び制御ゲート電極22から浮遊ゲート電極15へのリーク電流を低減することができる。
HfAl膜18,20は、多くのトラップ準位を有する。浮遊ゲート電極15に注入された電子は、低電界が印加されることにより、浮遊ゲート電極15から放出される。HfAl膜18,20は、低電界により放出された電子をトラップ準位に捕獲する。電子がHfAl膜18,20に捕獲されると、このHfAl膜18,20の電子に対するエネルギー障壁が高くなる。これにより、低電界での電流リークを抑制することができる。
また、HfAl膜18,20に捕獲された電子は、時間の経過や熱励起により、トラップ準位から放出される。HfAl膜18,20から電子が放出されると、メモリセルトランジスタCTの閾値電圧が変動してしまう。これは、制御ゲート電極22から見ると、HfAl膜18,20に捕獲された電子は浮遊ゲート電極15に蓄積された電子と同等である。このため、この捕獲された電子がHfAl膜18,20から放出されると、浮遊ゲート電極15から電子が減少したのと同等になるからである。
この影響を抑制するために、HfAl膜18,20の膜厚をそれぞれ1nm以下に設定することにより、トラップ準位の絶対量を減らす。これにより、HfAl膜18,20に捕獲/放出される電子の数が減少するため、メモリセルトランジスタCTの閾値電圧の変動を抑制することができる。
さらに、高誘電体膜の膜厚を厚くして耐圧を向上させ、かつトラップ準位の少ない膜を使用する目的で、HfAl膜18とHfAl膜20との間に、ハフニウム(Hf)が添加されていないアルミニウム酸化膜19を挿入する。これにより、ゲート間絶縁膜16の耐圧を向上させることができる。
以上詳述したように第1の実施形態によれば、高誘電体膜を備えたゲート間絶縁膜16内を用いているため、CG−FG間の容量を大きくすることができる。これにより、メモリセルトランジスタCTのカップリング比を向上させることができる。
また、カップリング比が向上するため、メモリセルトランジスタCTの素子特性を向上させることができる。具体的には、メモリセルトランジスタCTのデータ保持特性を向上させることができる。
また、ゲート間絶縁膜16の電子バリア構造によってリーク電流を効果的に抑制することが可能となる。
また、HfAl膜18,20の膜厚を制御することで、HfAl膜18,20に捕獲/放出される電子の数を減少させることができる。これにより、メモリセルトランジスタCTの閾値電圧の変動を抑制することができる。
さらに、HfAl膜18とHfAl膜20との間に、ハフニウム(Hf)が添加されていないアルミニウム酸化膜19を挿入している。これにより、ゲート間絶縁膜16の耐圧を向上させることができる。
(第2の実施形態)
上記第1の実施形態では、高誘電体膜のためのエネルギー障壁としてシリコン酸化膜のみを使用しているため、EOTが厚くなってしまう。そこで、第2の実施形態では、エネルギー障壁として、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを併用するようにしている。
図5は、本発明の第2の実施形態に係るメモリセルトランジスタCTを説明する断面図である。ゲート間絶縁膜16は、シリコン窒化膜(SiN)23、シリコン酸化膜(SiO膜)17、ハフニウム・アルミネート膜(HfAl膜)18、アルミニウム酸化膜(AlO膜)19、ハフニウム・アルミネート膜(HfAl膜)20、シリコン酸化膜(SiO膜)21、シリコン窒化膜(SiN)24が順に積層された積層膜である。
シリコン酸化膜17は、浮遊ゲート電極15から高誘電体膜(HfAl膜18、アルミニウム酸化膜19、HfAl膜20の積層膜)へ電子が流れるのを防ぐための電子バリアとして機能する。また、シリコン酸化膜17は、高誘電体膜から浮遊ゲート電極15へ電子が流れるのを防ぐための電子バリアとして機能する。
シリコン窒化膜23及びシリコン酸化膜17は、浮遊ゲート電極15から高誘電体膜(HfAl膜18、アルミニウム酸化膜19、HfAl膜20の積層膜)へ電子が流れるのを防ぐための電子バリアとして機能する。また、シリコン窒化膜23及びシリコン酸化膜17は、高誘電体膜から浮遊ゲート電極15へ電子が流れるのを防ぐための電子バリアとして機能する。
同様に、シリコン窒化膜24及びシリコン酸化膜21は、制御ゲート電極22から高誘電体膜(HfAl膜18、アルミニウム酸化膜19、HfAl膜20の積層膜)へ電子が流れるのを防ぐための電子バリアとして機能する。また、シリコン窒化膜24及びシリコン酸化膜21は、高誘電体膜から制御ゲート電極22へ電子が流れるのを防ぐための電子バリアとして機能する。
シリコン酸化膜の誘電率は3.9程度、シリコン窒化膜の誘電率は7.5程度であり、シリコン窒化膜はシリコン酸化膜に対して倍程度に誘電率が高い。このため、カップリング比を減少させずに、ゲート間絶縁膜16のEOTを薄く形成することが可能となる。
なお、多結晶シリコンからなる浮遊ゲート電極15及び制御ゲート電極22の界面に酸化膜が形成されると、その製造工程或いはメモリセルトランジスタCT全面に保護膜としての酸化膜を形成する工程により、浮遊ゲート電極15及び制御ゲート電極22のエッジが酸化して丸くなってしまう。すると、浮遊ゲート電極15と制御ゲート電極22との対向面積が減少するため、CG−FG間の容量が減少してしまう。
本実施形態では、浮遊ゲート電極15及び制御ゲート電極22の界面にそれぞれシリコン窒化膜23,24を配置しているため、浮遊ゲート電極15及び制御ゲート電極22のエッジが酸化して丸くなるのを抑制することができる。これにより、CG−FG間の容量が減少するのを抑制することができる。
また、HfAl膜18,20の膜厚はそれぞれ、1nm以下に設定される。これにより、トラップ準位の絶対量を減らすことで、メモリセルトランジスタCTの閾値電圧の変動を抑制する。
第2の実施形態では、上記第1の実施形態に比べて、EOTを薄くすることができる。さらに、ゲート間絶縁膜16の誘電率を高くすることができるため、カップリング比を向上させることができる。その他の効果は、第1の実施形態と同じである。
(第3の実施形態)
上記第2の実施形態では、高誘電体膜のためのエネルギー障壁としてシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を使用しているため、EOTをさらに薄くするには限界がある。また、EOTを薄くするには、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の物理膜厚を薄くする必要があるために、耐圧を十分に得ることができなくなる可能性がある。そこで、第3の実施形態では、シリコン酸化膜を用いずに、エネルギー障壁としてシリコン窒化膜を用いるようにしている。
図6は、本発明の第3の実施形態に係るメモリセルトランジスタCTを説明する断面図である。ゲート間絶縁膜16は、シリコン窒化膜(SiN)23、ハフニウム・アルミネート膜(HfAl膜)18、アルミニウム酸化膜(AlO膜)19、ハフニウム・アルミネート膜(HfAl膜)20、シリコン窒化膜(SiN)24が順に積層された積層膜である。すなわち、シリコン窒化膜23上に直接、高誘電体膜(HfAl膜18、アルミニウム酸化膜19、HfAl膜20の積層膜)を形成する。
シリコン窒化膜23は、浮遊ゲート電極15から高誘電体膜(HfAl膜18、アルミニウム酸化膜19、HfAl膜20の積層膜)へ電子が流れるのを防ぐための電子バリアとして機能する。また、シリコン窒化膜23は、高誘電体膜から浮遊ゲート電極15へ電子が流れるのを防ぐための電子バリアとして機能する。
同様に、シリコン窒化膜24は、制御ゲート電極22から高誘電体膜(HfAl膜18、アルミニウム酸化膜19、HfAl膜20の積層膜)へ電子が流れるのを防ぐための電子バリアとして機能する。また、シリコン窒化膜24は、高誘電体膜から制御ゲート電極22へ電子が流れるのを防ぐための電子バリアとして機能する。
シリコン窒化膜23,24は、多結晶シリコンからなる浮遊ゲート電極15及び制御ゲート電極22や高誘電体膜に比べて、電子に対するエネルギー障壁が高い。よって、シリコン窒化膜23,24を浮遊ゲート電極15及び制御ゲート電極22の界面にそれぞれ配置する。これにより、浮遊ゲート電極15から制御ゲート電極22へのリーク電流、及び制御ゲート電極22から浮遊ゲート電極15へのリーク電流を低減することができる。
アルミニウム酸化膜19は、物理膜厚を厚くして耐圧を向上させる目的で、膜厚が3nm以上に設定される。
浮遊ゲート電極15上にゲート間絶縁膜16を形成する場合、浮遊ゲート電極15の側面上にもゲート間絶縁膜16が形成される。最小加工寸法の微細化に起因したメモリセルトランジスタCTの微細化に伴い、隣接する2つのメモリセルトランジスタCTの浮遊ゲート電極15間の距離は、より小さくなる。ゲート間絶縁膜16に含まれるアルミニウム酸化膜19の物理膜厚があまり厚くなり過ぎると、この浮遊ゲート電極15間がゲート間絶縁膜16でほぼ埋まってしまう。これにより、浮遊ゲート電極15間に制御ゲート電極22としての多結晶シリコンが埋め込まれる余裕がなくなってしまう。このような理由から、アルミニウム酸化膜19は、膜厚が15nm以下に設定される。
HfAl膜18,20の膜厚はそれぞれ、1nm以下に設定される。これにより、トラップ準位の絶対量を減らすことで、メモリセルトランジスタCTの閾値電圧の変動を抑制する。
以上詳述したように第3の実施形態によれば、誘電率が高いシリコン窒化膜のみを高誘電体膜のための電子バリアとして用いることにより、EOTを薄くしつつ、十分な耐圧を有するゲート間絶縁膜16を形成することができる。
さらに、シリコン酸化膜より誘電率が大きいシリコン窒化膜を用いているため、メモリセルトランジスタCTのカップリング比を向上させることができる。その他の効果は、上記第1の実施形態と同じである。
(第4の実施形態)
上記第3の実施形態では、高誘電体膜のためのエネルギー障壁としてシリコン窒化膜を使用している。よって、制御ゲート電極22として多結晶シリコンを用いる場合、多結晶シリコンとの仕事関数差が小さくなる。そこで、第4の実施形態では、リーク電流をより低減させるために、制御ゲート電極22の導電性材料として、シリコン窒化膜との仕事関数差が大きい材料を用いるようにしている。
図7は、本発明の第4の実施形態に係るメモリセルトランジスタCTを説明する断面図である。トンネル絶縁膜14上には、浮遊ゲート電極15が設けられている。浮遊ゲート電極15としては、例えば多結晶シリコンが用いられる。浮遊ゲート電極15上には、ゲート間絶縁膜16が設けられている。ゲート間絶縁膜16の構成は、例えば上記第3の実施形態と同じである。ゲート間絶縁膜16上には、制御ゲート電極25が設けられている。
ここで、制御ゲート電極25としては、高誘電体膜のためのエネルギー障壁として用いられるシリコン窒化膜24との仕事関数差が大きい材料が選択される。この仕事関数差が大きければ大きいほど、リーク電流を低減することができる。制御ゲート電極25としての導電性材料としては、ルテニウム(Ru)、酸化ルテニウム(RuO)、及びタンタル(Ta)等があげられる。
このように構成されたメモリセルトランジスタCTでは、制御ゲート電極25とシリコン窒化膜24との仕事関数差が大きい。このため、シリコン窒化膜24は、制御ゲート電極25に比べてエネルギー障壁が高くなる。これにより、リーク電流を低減することができる。
また、制御ゲート電極25としてルテニウム(Ru)、酸化ルテニウム(RuO)、及びタンタル(Ta)等を用いているため、制御ゲート電極25の空乏化を防ぐことが可能となる。これにより、制御ゲート電極25の電流密度を向上させることができる。
なお、第4の実施形態では、ゲート間絶縁膜16として上記第3の実施形態で示したゲート間絶縁膜16を一例として説明している。しかし、第4の実施形態を上記第第1及び第2の実施形態に適用することも可能である。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化できる。また、実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。
本発明の第1の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの回路図。 NAND型フラッシュメモリの平面図。 第1の実施形態に係るメモリセルトランジスタCTを説明する断面図。 ゲート間絶縁膜16のエネルギー準位図。 本発明の第2の実施形態に係るメモリセルトランジスタCTを説明する断面図。 本発明の第3の実施形態に係るメモリセルトランジスタCTを説明する断面図。 本発明の第4の実施形態に係るメモリセルトランジスタCTを説明する断面図。
符号の説明
CA…メモリセルアレイ、CT…メモリセルトランジスタ、ST1,ST2…選択ゲートトランジスタ、WL…ワード線、BL…ビット線、SGD,SGS…選択ゲート線、SL…ソース線、CG…制御ゲート電極、BC…ビット線コンタクト、SC…ソース線コンタクト、11…基板、12…ソース領域、13…ドレイン領域、14…トンネル絶縁膜、15…浮遊ゲート電極、16…ゲート間絶縁膜、17,21…シリコン酸化膜(SiO膜)、18,20…ハフニウム・アルミネート膜(HfAl膜)、19…アルミニウム酸化膜(AlO膜)、22,25…制御ゲート電極、23,24…シリコン窒化膜(SiN膜)。

Claims (5)

  1. 半導体基板上にトンネル絶縁膜を介して設けられた浮遊ゲート電極と、前記浮遊ゲート電極上に設けられたゲート間絶縁膜と、前記ゲート間絶縁膜上に設けられた制御ゲート電極とを含むメモリセルトランジスタを具備し、
    前記ゲート間絶縁膜は、第1のシリコン酸化膜、ハフニウムが添加された第1のアルミニウム酸化膜、第2のアルミニウム酸化膜、ハフニウムが添加された第3のアルミニウム酸化膜、及び第2のシリコン酸化膜が順に積層された積層膜であることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  2. 前記ゲート間絶縁膜は、前記浮遊ゲート電極及び前記制御ゲート電極との界面にそれぞれ設けられた第1及び第2のシリコン窒化膜を含むことを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  3. 半導体基板上にトンネル絶縁膜を介して設けられた浮遊ゲート電極と、前記浮遊ゲート電極上に設けられたゲート間絶縁膜と、前記ゲート間絶縁膜上に設けられた制御ゲート電極とを含むメモリセルトランジスタを具備し、
    前記ゲート間絶縁膜は、第1のシリコン窒化膜、ハフニウムが添加された第1のアルミニウム酸化膜、第2のアルミニウム酸化膜、ハフニウムが添加された第3のアルミニウム酸化膜、及び第2のシリコン窒化膜が順に積層された積層膜であることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  4. 前記制御ゲート電極の材料は、ルテニウム、酸化ルテニウム及びタンタルからなるグループから選択されることを特徴とする請求項3に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  5. 前記第1及び第3のアルミニウム酸化膜の膜厚は、1nm以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の不揮発性半導体記憶装置。
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