JP2010129739A - Nonvolatile semiconductor storage device and method of manufacturing same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an MONOS type flash memory securing a required amount of electric charge stored sites in an electric charge stored film. <P>SOLUTION: The nonvolatile semiconductor storage device includes source-drain regions 10a, 10b formed by spacing apart from each other on the surface of a semiconductor layer 10, a tunnel insulating film 11 arranged on the semiconductor layer 10 between the source-drain regions 10a, 10b, an insulating electric charge stored film 12 arranged on the tunnel insulating film 11 and containing an isotope having a ratio different from an isotope ratio in a natural state, a block insulating film 14 arranged on the electric charge stored film 12, and a control gate electrode 15 arranged on the block insulating film 14. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device and a manufacturing method thereof.

電源を切っても不揮発な記憶装置は、研究段階のものも含めれば多々あるが、現状では不揮発性半導体記憶装置(フラッシュメモリ)が最大の市場規模を得ている。半導体回路は年々微細化が進展しており、半導体記憶装置も大容量化が進行している。フラッシュメモリも例外ではなく微細化が進展しているが、MONOS(metal/oxide/nitride/oxide/semiconductor)型と呼ばれるようなブロック絶縁膜と電荷蓄積部とを有する構造の適用が検討されている。   There are many non-volatile storage devices including those in the research stage even when the power is turned off, but at present, non-volatile semiconductor storage devices (flash memories) have the largest market scale. Semiconductor circuits have been miniaturized year by year, and semiconductor memory devices have also been increased in capacity. Flash memory is no exception, and miniaturization is progressing, but the application of a structure having a block insulating film and a charge storage portion called a MONOS (metal / oxide / nitride / oxide / semiconductor) type is being studied. .

このMONOS型と呼ばれる構造のフラッシュメモリにおいても、微細化が進展するにつれ、記憶部分としての電荷蓄積膜の薄膜化が進展しつつある。電荷蓄積膜として従来はSiNが用いられてきた(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、SiNの電気的欠陥密度は十分ではなく、特に薄いSiN電荷蓄積膜では十分な電荷を蓄積できなくなっている。
特開2004−71877号公報
Also in the flash memory having a structure called the MONOS type, as the miniaturization progresses, the charge storage film as a memory portion is becoming thinner. Conventionally, SiN has been used as the charge storage film (see, for example, Patent Document 1). However, the electrical defect density of SiN is not sufficient, and a particularly thin SiN charge storage film cannot store sufficient charges.
JP 2004-71877 A

特許文献1においては、電荷蓄積膜として高誘電率膜を用いることも開示されているが、新材料を複雑なLSIプロセスに組み込むためには種々多様な障壁があることは言うまでもない。特にLSIプロセスにおいて必要である高温での熱処理を経ても電荷蓄積サイトとなるべき安定な電気的欠陥を含有するような材料を創り出すのは至難である。まったく新しい視点からの電気的欠陥密度の増大方法が望まれる。   Patent Document 1 discloses the use of a high dielectric constant film as a charge storage film, but it goes without saying that there are various barriers for incorporating a new material into a complicated LSI process. In particular, it is extremely difficult to create a material that contains stable electrical defects that should become charge storage sites even after heat treatment at a high temperature required in an LSI process. A method for increasing the density of electrical defects from a completely new viewpoint is desired.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、LSIプロセスの熱処理を経ても電気的欠陥を高密度に安定に有する電荷蓄積膜を備えた不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device including a charge storage film having electrical defects stably at high density even after heat treatment of an LSI process, and its manufacture Is to provide a method.

本発明は、半導体層の表面に離間して形成されたソース領域及びドレイン領域と、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記半導体層上に設けられたトンネル絶縁膜と、前記トンネル絶縁膜の上に設けられ天然状態における同位体比とは異なる比率の同位元素を含む絶縁性の電荷蓄積膜と、前記電荷蓄積膜の上に設けられたブロック絶縁膜と、前記ブロック絶縁膜の上に設けられた制御ゲート電極と、を具備することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置を提供する。   The present invention provides a source region and a drain region formed on a surface of a semiconductor layer so as to be separated from each other, a tunnel insulating film provided on the semiconductor layer between the source region and the drain region, and the tunnel insulating film An insulating charge storage film containing an isotope in a ratio different from an isotope ratio in a natural state, a block insulating film provided on the charge storage film, and on the block insulating film There is provided a nonvolatile semiconductor memory device comprising a control gate electrode provided.

また、本発明は、半導体層の表面に離間して形成されたソース領域及びドレイン領域と、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記半導体層上に設けられたトンネル絶縁膜と、前記トンネル絶縁膜の上に設けられ不安定核種の崩壊により生成された同位元素を含む絶縁性の電荷蓄積膜と、前記電荷蓄積膜の上に設けられたブロック絶縁膜と、前記ブロック絶縁膜の上に設けられた制御ゲート電極と、を具備することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置を提供する。   The present invention also provides a source region and a drain region formed on the surface of a semiconductor layer, a tunnel insulating film provided on the semiconductor layer between the source region and the drain region, and the tunnel An insulating charge storage film containing an isotope generated by the decay of unstable nuclides provided on the insulating film; a block insulating film provided on the charge storage film; and on the block insulating film There is provided a nonvolatile semiconductor memory device comprising a control gate electrode provided.

また、本発明は、半導体層上にトンネル絶縁膜を形成する工程と、前記トンネル絶縁膜上に不安定核種を含む電荷蓄積膜を形成する工程と、前記電荷蓄積膜上にブロック絶縁膜を形成する工程と、前記ブロック絶縁膜上に制御ゲート電極を形成する工程と、を具備することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法を提供する。   The present invention also includes a step of forming a tunnel insulating film on the semiconductor layer, a step of forming a charge storage film containing unstable nuclides on the tunnel insulating film, and a block insulating film formed on the charge storage film. And a method of forming a control gate electrode on the block insulating film. A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device is provided.

また、本発明は、半導体層上にトンネル絶縁膜を形成する工程と、前記トンネル絶縁膜上に不安定核種を含む膜を形成する工程と、前記不安定核種を含む膜を覆うように第1の電荷蓄積膜を形成する工程と、前記電荷蓄積膜上にブロック絶縁膜を形成する工程と、前記ブロック絶縁膜上に制御ゲート電極を形成する工程と、を具備することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法を提供する。   The present invention also includes a step of forming a tunnel insulating film on the semiconductor layer, a step of forming a film containing unstable nuclides on the tunnel insulating film, and a first covering the film containing unstable nuclides. And a step of forming a block insulating film on the charge storage film, and a step of forming a control gate electrode on the block insulating film. A method for manufacturing a semiconductor memory device is provided.

また、本発明は、半導体層上にトンネル絶縁膜を形成する工程と、前記トンネル絶縁膜上に電荷蓄積膜を形成する工程と、前記電荷蓄積膜上にブロック絶縁膜を形成する工程と、前記ブロック絶縁膜上に制御ゲート電極を形成する工程と、前記電荷蓄積膜に不安定核種を注入する工程と、を具備することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法を提供する。   The present invention also includes a step of forming a tunnel insulating film on a semiconductor layer, a step of forming a charge storage film on the tunnel insulating film, a step of forming a block insulating film on the charge storage film, There is provided a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising: forming a control gate electrode on a block insulating film; and injecting unstable nuclides into the charge storage film.

本発明によれば、LSIプロセスの熱処理を経ても電気的欠陥を高密度に安定に有する電荷蓄積膜を備えた不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a nonvolatile semiconductor memory device including a charge storage film having electrical defects stably at a high density even after heat treatment of an LSI process, and a manufacturing method thereof.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
[不揮発性半導体記憶装置の構造]
図1は、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の構造を示す断面図である。
(First embodiment)
[Structure of nonvolatile semiconductor memory device]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment.

図1に示すように本実施形態の不揮発性半導体記憶装置はMONOS型構造を有する。即ち、シリコン基板10の表面にソース領域及びドレイン領域10a,10bが離間して形成されており、ソース領域及びドレイン領域10a,10bの間にはチャネル領域10cが形成される。チャネル領域10c上にはトンネル絶縁膜11、下層の電荷蓄積膜12a、上層の電荷蓄積膜12b、ブロック絶縁膜14、および制御ゲート電極15が順次形成されている。ブロック絶縁膜とは電荷蓄積膜と制御ゲート電極との間の電荷の流れをブロックする絶縁膜である。下層の電荷蓄積膜12aと上層の電荷蓄積膜12bとにより電荷蓄積膜12が構成されている。電荷蓄積膜12には電荷を蓄積するサイトとして電気的欠陥サイトが存在し、このサイトに電荷を蓄積可能である。電荷蓄積膜12における電荷の蓄積状態の違いにより情報を記憶させることができる。制御ゲート電極15に書き込み電圧を印加することによりトンネル絶縁膜11を介して電荷を電荷蓄積膜12に注入して書き込みを行い、制御ゲート電極15に読み出し電圧を印加することにより読み出しを行う。   As shown in FIG. 1, the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment has a MONOS type structure. That is, source and drain regions 10a and 10b are formed on the surface of the silicon substrate 10 apart from each other, and a channel region 10c is formed between the source and drain regions 10a and 10b. A tunnel insulating film 11, a lower charge storage film 12a, an upper charge storage film 12b, a block insulating film 14, and a control gate electrode 15 are sequentially formed on the channel region 10c. The block insulating film is an insulating film that blocks the flow of charges between the charge storage film and the control gate electrode. The charge storage film 12 is composed of the lower charge storage film 12a and the upper charge storage film 12b. The charge storage film 12 has an electrical defect site as a site for storing charges, and charges can be stored at these sites. Information can be stored by the difference in charge accumulation state in the charge storage film 12. A write voltage is applied to the control gate electrode 15 to inject charges into the charge storage film 12 through the tunnel insulating film 11, and writing is performed. A read voltage is applied to the control gate electrode 15 to perform reading.

ここで、トンネル絶縁膜11としては、例えばSiO2, SiON, HfSiON, HfAlO, LaAlO3, La2Hf2O7, 若しくはPrOx(ただしxは1.5≦x≦2.0の範囲。)の膜、或いはこれらの積層膜を用いることができる。また、電荷蓄積膜12a、12bとしては、SiNx, AlOy, SiAlO, SiOz, HfON, HfSiON, ZrON, ZrSiON, (ただしx、y、zは0<x≦1.33, 1.0≦y≦1.5, 1.0≦z≦2.0の範囲。)の膜、或いはこれらの積層膜を用いることができる。電荷蓄積膜は絶縁性であり、金属的電気伝導体以外の材料であって電荷をトラップする能力を有する必要がある。電荷蓄積膜12a、12bの各々の材質は同じであっても良いし、異なっていても良い。また、ブロック絶縁膜14としては、例えばSiO2, Al2O3、或いはランタンアルミネート等の希土類を含む酸化物などを用いることができる。さらにまた、制御ゲート電極15としては、例えば低抵抗にドープされたSi、或いはAl, W等の金属などを用いることができる。なお、トンネル絶縁膜、電荷蓄積膜、ブロック絶縁膜、制御ゲート電極の材質は本発明の本質ではなく、他の種類の膜を用いることが可能である。 Here, as the tunnel insulating film 11, for example, a film of SiO 2 , SiON, HfSiON, HfAlO, LaAlO 3 , La 2 Hf 2 O 7 , or PrO x (where x is in the range of 1.5 ≦ x ≦ 2.0), or These laminated films can be used. The charge storage films 12a and 12b include SiN x , AlO y , SiAlO, SiO z , HfON, HfSiON, ZrON, ZrSiON, where x, y, and z are 0 <x ≦ 1.33, 1.0 ≦ y ≦ 1.5, 1.0 ≦ z ≦ 2.0) or a laminated film thereof can be used. The charge storage film is insulative and needs to be a material other than a metallic electrical conductor and capable of trapping charges. The materials of the charge storage films 12a and 12b may be the same or different. As the block insulating film 14, for example, an oxide containing rare earth such as SiO 2 , Al 2 O 3 , or lanthanum aluminate can be used. Furthermore, as the control gate electrode 15, for example, Si doped with a low resistance, or a metal such as Al or W can be used. The materials of the tunnel insulating film, charge storage film, block insulating film, and control gate electrode are not essential to the present invention, and other types of films can be used.

電荷蓄積膜12a、電荷蓄積膜12bの界面及びその近傍には不安定核種の崩壊により生じた同位元素13が存在している。同位元素13の濃度は例えば1×1010/cm2以上1×1013/cm2以下であるが、この範囲に限られることはない。本実施形態において重要なことは、同位元素13の比率が天然状態における同位体比よりも高くなっていることである。ここで、天然状態における同位体比とは、人類が実験的に検証可能な太陽系内の同位体比のことであって、自然現象によって濃縮が起こるようなごくわずかな例外環境を除いて0.01%の精度で太陽系内あまねく一定の比率になることが知られているものである。自然現象による濃縮が起こるような環境として、例えばオクロの天然原子炉や金星大気中の酸素などが知られている。このような極わずかな例外環境から採鉱した原材料を使うことは通常工業的には全く採算が取れないため、そういったケースである可能性は常識的には排除できる。なお、それら極わずかな例外環境における同位体比の値は個別に知られており、通常の同位体比とは異なる理由がそれら極わずかな例外環境により採取した原材料によるものか、本願特許による製造方法を採用したためであるのかにおいて、判断に困ることは非常に考えにくいものである。 An isotope 13 generated by the decay of unstable nuclides is present at and near the interfaces of the charge storage film 12a and the charge storage film 12b. The concentration of the isotope 13 is, for example, 1 × 10 10 / cm 2 or more and 1 × 10 13 / cm 2 or less, but is not limited to this range. What is important in the present embodiment is that the ratio of the isotope 13 is higher than that in the natural state. Here, the isotope ratio in the natural state is the isotope ratio in the solar system that can be experimentally verified by mankind, and is 0.01% except for a few exceptional environments where enrichment occurs due to natural phenomena. It is known that the ratio will be constant within the solar system. As an environment in which enrichment occurs due to a natural phenomenon, for example, the Okuro natural reactor and oxygen in the atmosphere of Venus are known. The use of raw materials mined from such a very few exceptional environments is usually not profitable industrially, so the possibility of such a case can be ruled out by common sense. The values of isotope ratios in these exceptional environments are known individually, and the reason why they differ from normal isotope ratios is due to the raw materials collected in these exceptional environments, or the manufacture according to this patent. It is very difficult to think that it is difficult to judge whether the method is adopted.

同位元素の種類は限定されないが、例えば、Siの場合、その安定同位体の比率は、天然状態において28Si:29Si:30Si=92.23:4.67:3.10といった比率であり、本実施形態の不揮発性半導体記憶装置ではこの比率に比べて28Siの比率が相対的に高くなっている。例えば、界面の1原子層のみに限定すると、28Siの比率は天然同位体比の92.23%より増えて92.23%+0.0025%から92.23%+2.5%程度の範囲で増大することになる。後述するように、この安定同位体の比率を得るためには、原料となる不安定核種として、例えば28Mgを用い、その崩壊により同位元素を生成する方法などを採ることができる。このように相対的に軽い同位体が天然状態における存在比率よりも高い存在比率で電荷蓄積膜に含まれる場合、電子との質量比が小さくなることで電荷の衝突断面積が若干増大し、これによりトラップ特性が向上するといった利点がある。また、デバイスの質量が軽くなるといった利点もあり、コンシューマー向けに有利である。 The type of isotope is not limited. For example, in the case of Si, the ratio of the stable isotope is 28 Si: 29 Si: 30 Si = 92.23: 4.67: 3.10 in the natural state. In the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment, the ratio of 28 Si is relatively higher than this ratio. For example, if limited to only one atomic layer at the interface, the ratio of 28 Si increases from 92.23% of the natural isotope ratio and increases in the range of about 92.23% + 0.0025% to 92.23% + 2.5%. As will be described later, in order to obtain this stable isotope ratio, for example, 28 Mg is used as an unstable nuclide as a raw material, and a method of generating an isotope by its decay can be employed. When a relatively light isotope is contained in the charge storage film in an abundance ratio higher than the abundance ratio in the natural state in this way, the charge collision cross section is slightly increased by decreasing the mass ratio with the electrons. This has the advantage that the trap characteristics are improved. In addition, there is an advantage that the mass of the device becomes light, which is advantageous for consumers.

また、本実施形態において、相対的に重い同位体が天然状態における存在比率よりも高い存在比率で電荷蓄積膜に含まれてもよく、その場合、高温での劣化が減少するといった利点があり、高温環境で用いるデバイスに有利である。このような応用例としては、例えば自動車制御機器向けなどが挙げられる。天然状態においては、Hfの同位体比は174Hf:176Hf: 177Hf: 178Hf: 179Hf: 180Hf = 0.16 : 5.12 : 18.60 : 27.10 : 13.74 : 35.20 といった比率となるが、例えば174Hf:176Hf: 177Hf: 178Hf: 179Hf: 180Hf = 0.16 : 5.07 : 18.15 : 26.44 : 15.84 : 34.34 という比率にすることにより重い同位体の存在比率が高くなる。この安定同位体の比率を得るためには、原料となる不安定核種として、例えば半減期が約5時間の179Luを用い、その崩壊により同位元素を生成する方法などを採ることができる。 Further, in the present embodiment, a relatively heavy isotope may be included in the charge storage film at a higher abundance ratio than the abundance ratio in the natural state, in which case there is an advantage that deterioration at high temperature is reduced, This is advantageous for devices used in high temperature environments. Examples of such applications include those for automobile control equipment. In the natural state, the Hf isotope ratio is 174 Hf: 176 Hf: 177 Hf: 178 Hf: 179 Hf: 180 Hf = 0.16: 5.12: 18.60: 27.10: 13.74: 35.20, for example, 174 Hf: 176 Hf: 177 Hf: 178 Hf: 179 Hf: 180 Hf = 0.16: 5.07: 18.15: 26.44: 15.84: 34.34 The ratio of heavy isotopes increases. In order to obtain this stable isotope ratio, for example, 179 Lu having a half-life of about 5 hours can be used as an unstable nuclide as a raw material, and an isotope can be generated by its decay.

本実施形態の不揮発性半導体記憶装置では、電荷蓄積膜12a、電荷蓄積膜12b中に、不安定核種の崩壊で生じた直線状の軌跡が形成されるといった特徴がある。この軌跡を希フッ酸溶液などによるエッチングによって拡大したフィッショントラックの例を図2に示す。図2(a)、図2(b)はいずれもエッチング後に膜表面に現れるフィッショントラックの概略を示す平面図である。図2(a)では直線状の軌跡がエッチングにより直線状のフィッショントラックとして現れることが示されており、このフィッショントラックは放射状になることもある。また、図2(b)では膜面に対して斜めに開いた細長い穴状のフィッショントラックが示されている。これらのフィッショントラックの形状ひいては軌跡の形状は、使用する不安定核種などによって異なるものである。   The nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment is characterized in that a linear locus generated by the decay of unstable nuclides is formed in the charge storage film 12a and the charge storage film 12b. An example of a fission track in which this locus is enlarged by etching with a dilute hydrofluoric acid solution or the like is shown in FIG. 2 (a) and 2 (b) are plan views schematically showing fission tracks appearing on the film surface after etching. FIG. 2A shows that a linear locus appears as a linear fission track by etching, and the fission track may be radial. FIG. 2B shows an elongated hole-like fission track opened obliquely with respect to the film surface. The shape of these fission tracks and the shape of the trajectory differ depending on the unstable nuclide used.

本実施形態の軌跡は、後述するように不安定核種の崩壊により生成され、電気的欠陥サイト(電荷蓄積サイト)に相当するものである。この軌跡が形成されている電荷蓄積膜の部分には、多くの電荷を蓄積することが可能である。不安定核種の崩壊で生じた軌跡の大きさは、例えば0.5nm以上5nm以下、密度は例えば1×1010/cm2以上1×1013/cm2以下であるが、この範囲に限られることはない。また、軌跡の存在範囲は例えば1nm以上10nm以下の膜厚範囲であり、不揮発性半導体記憶装置の電荷蓄積膜以外の構成要素に与える影響はほとんどない。 The trajectory of the present embodiment is generated by the decay of unstable nuclides as will be described later, and corresponds to an electrical defect site (charge storage site). A large amount of charge can be stored in the portion of the charge storage film where the locus is formed. The size of the locus generated by the decay of the unstable nuclide is, for example, 0.5 nm or more and 5 nm or less, and the density is, for example, 1 × 10 10 / cm 2 or more and 1 × 10 13 / cm 2 or less. There is no. In addition, the existence range of the locus is, for example, a film thickness range of 1 nm or more and 10 nm or less, and there is almost no influence on components other than the charge storage film of the nonvolatile semiconductor memory device.

[不揮発性半導体記憶装置の製造方法]
次に本実施形態の不揮発性半導体記憶装置の製造方法について説明する。図3は、本実施形態の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を説明する工程断面図である。
[Method of Manufacturing Nonvolatile Semiconductor Memory Device]
Next, a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment will be described. FIG. 3 is a process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment.

まず、図3(a)に示すように、(100)面を有する単結晶シリコン基板10の表面を希フッ酸で処理することにより、基板10の表面の自然酸化膜を剥離し、剥離後の基板10の表面にトンネル絶縁膜11を形成する。さらに、トンネル絶縁膜11の上に電荷蓄積膜12aを形成する。   First, as shown in FIG. 3A, the surface of the single crystal silicon substrate 10 having the (100) plane is treated with dilute hydrofluoric acid to peel off the natural oxide film on the surface of the substrate 10, and after the peeling. A tunnel insulating film 11 is formed on the surface of the substrate 10. Further, a charge storage film 12 a is formed on the tunnel insulating film 11.

次に、図3(a)に示すように、真空蒸着法、スパッタリング法、若しくはCVD法などの下地膜へのダメージが少ない成膜法により電荷蓄積膜12a上に不安定核種を含む膜13aを形成する。不安定核種及びその種類については後述する。不安定核種として例えば93Yを用い、不安定核種を含む膜13aとして例えばZrO2膜を用いることができる。不安定核種の種類や製造方法については、後に詳述する。さらに、図3(b)に示すように、不安定核種を含む膜13aを覆うように電荷蓄積膜12a上に電荷蓄積膜12bを形成する。その後の通常行われる熱処理などにより、不安定核種を含む膜13aの不安定核種が電荷蓄積膜12a、12b中に拡散などして、不安定核種13bを電荷蓄積膜12a、12b中に混入させることができる。電荷蓄積膜12a、12b中の不安定核種13bの濃度については、電荷蓄積膜12a、12bや不安定核種を含む膜13aの膜厚を調節したり、熱処理温度や熱処理時間を調整することによって制御することができる。電荷蓄積膜12aの膜厚と電荷蓄積膜12bの膜厚とはほぼ同じでも良いが、電荷蓄積膜12aの膜厚が電荷蓄積膜12bの膜厚よりも薄い場合は、トンネル絶縁膜11の近傍により多くの電荷蓄積サイトを生成することができ、荷電中心位置を下げることによって隣接セル間の寄生容量による誤書き込みを抑制することが可能である。 Next, as shown in FIG. 3A, a film 13a containing unstable nuclides is formed on the charge storage film 12a by a film forming method that causes little damage to the underlying film, such as a vacuum deposition method, a sputtering method, or a CVD method. Form. The unstable nuclides and their types will be described later. For example, 93 Y can be used as the unstable nuclide, and for example, a ZrO 2 film can be used as the film 13a containing the unstable nuclide. The types of unstable nuclides and production methods will be described in detail later. Further, as shown in FIG. 3B, a charge storage film 12b is formed on the charge storage film 12a so as to cover the film 13a containing unstable nuclides. The unstable nuclides of the film 13a containing the unstable nuclides are diffused into the charge storage films 12a and 12b by the heat treatment performed normally thereafter, and the unstable nuclides 13b are mixed into the charge storage films 12a and 12b. Can do. The concentration of the unstable nuclide 13b in the charge storage films 12a and 12b is controlled by adjusting the film thickness of the charge storage films 12a and 12b and the film 13a containing the unstable nuclide, and adjusting the heat treatment temperature and heat treatment time. can do. The film thickness of the charge storage film 12a and the film thickness of the charge storage film 12b may be substantially the same. However, when the film thickness of the charge storage film 12a is smaller than the film thickness of the charge storage film 12b, the vicinity of the tunnel insulating film 11 is used. Therefore, it is possible to generate more charge storage sites, and it is possible to suppress erroneous writing due to parasitic capacitance between adjacent cells by lowering the charge center position.

その後、図3(b)に示すように、電荷蓄積膜12b上にブロック絶縁膜14、および制御ゲート電極15となる導電膜を順次形成する。次に、図3(c)に示すように、トンネル絶縁膜11、電荷蓄積膜12a、12b、ブロック絶縁膜14、および制御ゲート電極15となる導電膜を含む積層体をリソグラフィ及びエッチングによりパターニングし、さらに不純物のイオン注入及び活性化のための熱処理により、上記積層体の両側のシリコン基板10の表面にソース・ドレイン領域を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 3B, a block insulating film 14 and a conductive film to be the control gate electrode 15 are sequentially formed on the charge storage film 12b. Next, as shown in FIG. 3C, the stacked body including the tunnel insulating film 11, the charge storage films 12a and 12b, the block insulating film 14, and the conductive film to be the control gate electrode 15 is patterned by lithography and etching. Further, source / drain regions are formed on the surface of the silicon substrate 10 on both sides of the stacked body by heat treatment for impurity ion implantation and activation.

このような熱処理によって電荷蓄積膜12a、12b中の電気的欠陥サイト(電荷蓄積サイト)は減ってしまうが、その後の半導体製造プロセス後に電荷蓄積膜12a、12b中の不安定核種13bが徐々に崩壊することにより、電荷蓄積サイトを生成することが可能である。不安定核種13bは崩壊により図1における同位元素13に変化する。   Such heat treatment reduces the number of electrical defect sites (charge storage sites) in the charge storage films 12a and 12b, but the unstable nuclide 13b in the charge storage films 12a and 12b gradually collapses after the subsequent semiconductor manufacturing process. By doing so, it is possible to generate charge storage sites. The unstable nuclide 13b changes to the isotope 13 in FIG. 1 by decay.

[不安定核種の種類]
ここで、本実施形態の不安定核種について、より詳細に説明する。
[Types of unstable nuclides]
Here, the unstable nuclide of this embodiment will be described in more detail.

本実施形態で用いる不安定核種の半減期は、1分間以上1年間以下の短寿命核種であることが好ましい。半減期が1分間未満の超短寿命核種では、LSI製造プロセスで必要な熱処理を経る以前に不安定核種が崩壊してしまい、電気的な欠陥量を制御する効果に乏しい。半減期が1年間を超える長寿命核種では、不揮発性半導体記憶装置の電荷蓄積膜以外の部分やその他のLSIの部分の構造的な寿命により製品としての信頼性が落ちる上に、半導体記憶装置の性能が向上するペースは年単位で進むため、産業的に成り立たせることが困難である。一方で半減期が1分間未満の超短寿命核種でも、半減期1分間以上1年間未満の短寿命核種の崩壊によって生成する核種は混入していても問題ない。   The half-life of the unstable nuclide used in this embodiment is preferably a short-lived nuclide of 1 minute or more and 1 year or less. In the case of an ultra-short-lived nuclide having a half-life of less than 1 minute, the unstable nuclide decays before undergoing the heat treatment necessary for the LSI manufacturing process, and the effect of controlling the amount of electrical defects is poor. For long-lived nuclides whose half-life exceeds one year, the reliability of the product is reduced due to the structural life of parts other than the charge storage film of the nonvolatile semiconductor memory device and other LSI parts. Since the pace at which performance improves is on a yearly basis, it is difficult to make it industrially viable. On the other hand, there is no problem even if an ultrashort-lived nuclide having a half-life of less than 1 minute is mixed with a nuclide produced by the decay of a short-lived nuclide having a half-life of 1 minute to less than 1 year.

このような要求を満たす不安定核種として、例えば11C, 13N, 14O, 15O, 17F, 18F, 24Ne, 24Na, 27Mg, 28Mg, 28Al, 29Al, 30P, 31Si, 32P, 35S, 37S, 37Ar, 38S, 38Cl, 38K, 39Cl, 39Ar, 41Ar, 42K, 43K, 43Sc, 44K, 44Sc, 45K, 45Ti, 46Sc, 47K, 47Sc, 47V, 48Sc, 48V, 48Cr, 49K, 49Sc, 49V, 49Cr, 51Ti, 51Cr, 51Mn, 52Ti, 52V, 52Mn, 52Fe, 53V, 54Mn, 55Cr, 56Cr, 56Mn, 56Co, 56Ni, 57Mn, 57Co, 57Ni, 58Co, 59Fe, 60Cu, 60Zn, 61Fe, 61Co, 61Cu, 61Zn, 62Co, 62Cu, 62Zn, 63Zn, 64Cu, 65Ni, 65Zn, 65Ga, 66Ni, 66Cu, 66Ga, 66Ge, 67Cu, 67Ga, 67Ge, 68Ga, 68Ge, 69Zn, 69Ge, 70Ga, 70As, 71Zn, 71Ge, 71As, 71Se, 72Zn, 72Ga, 72As, 72Se, 73Ga, 73As, 73Se, 74As, 75Ge, 75Se, 76As, 76Br, 76Kr, 77Ge, 77As, 77Br, 77Kr, 78Ge, 78As, 78Br, 79Kr, 79Rb, 80Br, 80Sr, 81Se, 82Br, 82Rb, 82Sr, 83Rb, 83Sr, 34Se, 84Br, 84Rb, 85Sr, 85Y, 85Zr, 86Rb, 86Y, 86Zr, 87Y, 87Zr, 88Kr, 88Rb, 88Y, 88Zr, 89Kr, 89Rb, 89Sr, 89Zr, 89Nb, 90Y, 90Nb, 90Mo, 91Sr, 91Y, 91Nb, 91Mo, 92Sr, 92Y, 93Sr, 93Y, 94Sr, 94Y, 94Tc, 94Ru, 95Y, 95Zr, 95Nb, 95Tc, 95Ru, 96Nb, 96Tc, 97Zr, 97Nb, 98Ru, 99Rh, 99Pd, 100Rh, 100Pd, 101Mo, 101Tc, 102Mo, 102Tc, 103Mo, 103Tc, 103Ru, 103Pd, 104Tc, 104Ag, 104Cd, 105Ru, 105Rh, 105Ag, 105Cd, 106Ag, 106In, 107Cd, 107In, 108Ru, 108Ag, 108In, 109Pd, 110In, 110Sn, 111Pd, 111Ag, 111In, 111Sn, 112Pd, 112Ag, 112In, 113Pd, 113Ag, 113Sn, 114In, 115Sb, 116Sb, 116Te, 117Cd, 117In, 117Sb, 118Cd, 118Sb, 118Te, 119Sb, 119Te, 119I, 120Sb, 120I, 120Xe, 121Sn, 121Te, 121I, 121Xe, 122Sb, 122I, 122Xe, 123Sn, 124Sb, 124I, 125I, 125Xe, 125Cs, 126Sb, 126I, 126Cs, 126Ba, 127Sn, 127Sb, 127Te, 127Xe, 127Cs, 127Ba, 128Sn, 128Sb, 128I, 128Cs, 128Ba, 129Cs, 129Ba, 130Sb, 130I, 130Cs, 131Sb, 131Te, 131I, 131Cs, 131Ba, 132Te, 132I, 132Cs, 132La, 133Te, 133I, 133Xe, 134Te, 134I, 134La, 134Ce, 135La, 135Ce, 136I, 136Cs, 136La, 136Pr, 138Xe, 138Cs, 138Pr, 138Nd, 139Cw, 139Ba, 139Ce, 139Pr, 139Nd, 140Cs, 140Ba, 140La, 140Pr, 140Nd, 141Ba, 141La, 141Ce, 141Nd, 142Ba, 142La, 142Pr, 142Sm, 143La, 143Ce, 143Pr, 143Pm, 143Sm, 144Ce, 144Pr, 144Pm, 144Gd, 145Ce, 145Pr, 146Pr, 146Eu, 146Gd, 149Nd, 149Pm, 149Eu, 150Pm, 152Pm, 153Pm, 153Sm, 153Gd, 153Tb, 154Pm, 155Tb, 155Dy, 156Sm, 156Eu, 156Tb, 157Eu, 158Eu, 158Ho, 158Er, 159Gd, 159Dy, 159Ho, 159Er, 160Tb, 160Ho, 160Er, 161Gd, 161Tb, 161Ho, 161Er, 161Tm, 162Gd, 162Tb, 162Ho, 162Tm, 163Tb, 164Tb, 164Ho, 164Tm, 164Yb, 165Dy, 165Er, 165Tm, 165Yb, 166Dy, 166Ho, 166Tm, 166Yb, 167Dy, 167Ho, 167Tm, 167Yb, 168Ho, 168Tm, 169Er, 169Yb, 169Lu, 169Hf, 170Tm, 170Lu, 170Hf, 171Lu, 171Hf, 172Er, 172Tm, 172Lu, 173Er, 173Tm, 174Tm, 175Yb, 175Hf, 175Ta, 175W, 176Ta, 176W, 177Yb, 177Lu, 177Ta, 177W, 178Yb, 178Lu, 178Ta, 178W, 179Lu, 180Ta, 180Re, 181Hf, 181W, 181Re, 181Os, 182Ta, 182Re, 182Os, 183Hf, 183Ta, 183Re, 183Os, 184Ta, 184Re, 185Ta, 185W, 185Os, 185Ir, 186Ta, 186Re, 186Ir, 186Pt, 187Ir, 187Pt, 188W, 188Re, 188Ir, 188Pt, 189W, 189Re, 189Ir, 189Pt, 189Hg, 190W, 190Re, 190Ir, 191Os, 191Pt, 191Au, 191Hg, 192Ir, 192Au, 192Hg, 193Os, 194Ir, 194Au, 195Ir, 195Au, 195Hg, 195Pb, 196Au, 196Pb, 197Pt, 197Hg, 197Tl, 197Pb, 198Au, 198Tl, 198Pb, 199Pt, 199Au, 199Tl, 199Pb, 200Pt, 200Au, 200Tl, 200Pb, 200Bi, 201Tl, 201Pb, 201Bi, 202Tl, 203Hg, 203Pb, 203Bi, 204Bi, 205Hg, 206Hg, 206Tl, 206Bi, 206Po, 206At, 207Tl, 208Tl, 209Tl, 209Pb, 210Bi, 210Po, 211Pb, 211Bi, 211Po, 215At, 215Po, 215Bi, 219Rn, 219At, 223Ra, 223Fr, 227Th, 212Po, 212Bi, 212Pb, 216Po, 220Rn, 224Ra, 213Po, 213Bi, 217At, 221Fr, 225Ac, 225Ra などを挙げることができる。 For example, 11 C, 13 N, 14 O, 15 O, 17 F, 18 F, 24 Ne, 24 Na, 27 Mg, 28 Mg, 28 Al, 29 Al, 30 P , 31 Si, 32 P, 35 S, 37 S, 37 Ar, 38 S, 38 Cl, 38 K, 39 Cl, 39 Ar, 41 Ar, 42 K, 43 K, 43 Sc, 44 K, 44 Sc, 45 K, 45 Ti, 46 Sc, 47 K, 47 Sc, 47 V, 48 Sc, 48 V, 48 Cr, 49 K, 49 Sc, 49 V, 49 Cr, 51 Ti, 51 Cr, 51 Mn, 52 Ti, 52 V, 52 Mn, 52 Fe, 53 V, 54 Mn, 55 Cr, 56 Cr, 56 Mn, 56 Co, 56 Ni, 57 Mn, 57 Co, 57 Ni, 58 Co, 59 Fe, 60 Cu, 60 Zn , 61 Fe, 61 Co, 61 Cu, 61 Zn, 62 Co, 62 Cu, 62 Zn, 63 Zn, 64 Cu, 65 Ni, 65 Zn, 65 Ga, 66 Ni, 66 Cu, 66 Ga, 66 Ge, 67 Cu, 67 Ga, 67 Ge, 68 Ga, 68 Ge, 69 Zn, 69 Ge, 70 Ga, 70 As, 71 Zn, 71 Ge, 71 As, 71 Se, 72 Zn, 72 Ga, 72 As, 72 Se, 73 Ga, 73 As, 73 Se , 74 As, 75 Ge, 75 Se, 76 As, 76 Br, 76 Kr, 77 Ge, 77 As, 77 Br, 77 Kr, 78 Ge, 78 As, 78 Br, 79 Kr , 79 Rb, 80 Br, 80 Sr, 81 Se, 82 Br, 82 Rb, 82 Sr, 83 Rb, 83 Sr, 34 Se, 84 Br, 84 Rb, 85 Sr, 85 Y, 85 Zr, 86 Rb, 86 Y, 86 Zr, 87 Y, 87 Zr, 88 Kr, 88 Rb, 88 Y, 88 Zr, 89 Kr, 89 Rb, 89 Sr, 89 Zr, 89 Nb, 90 Y, 90 Nb, 90 Mo, 91 Sr, 91 Y, 91 Nb, 91 Mo, 92 Sr, 92 Y, 93 Sr, 93 Y, 94 Sr , 94 Y, 94 Tc, 94 Ru, 95 Y, 95 Zr, 95 Nb, 95 Tc, 95 Ru, 96 Nb, 96 Tc, 97 Zr, 97 Nb, 98 Ru, 99 Rh, 99 Pd, 100 Rh, 100 Pd, 101 Mo, 101 Tc, 102 Mo, 102 Tc, 103 Mo, 103 Tc, 103 Ru, 103 Pd, 104 Tc, 104 Ag, 104 Cd, 105 Ru, 105 Rh, 105 Ag, 105 Cd, 106 Ag, 106 In, 107 Cd, 107 In, 108 Ru, 108 Ag, 108 In, 109 Pd, 110 In, 110 Sn, 111 Pd, 111 Ag, 111 In, 111 Sn, 112 Pd, 112 Ag, 112 In, 113 Pd , 113 Ag, 113 Sn, 114 In, 115 Sb, 116 Sb, 116 Te, 117 Cd, 117 In, 117 Sb, 118 Cd, 118 Sb, 118 Te, 119 Sb, 119 Te, 119 I, 120 Sb, 120 I, 120 Xe, 121 Sn, 121 Te, 121 I, 121 Xe, 122 Sb, 122 I, 122 Xe, 123 Sn, 124 Sb, 124 I, 125 I, 125 Xe, 125 Cs, 126 Sb, 126 I, 126 Cs, 126 Ba, 127 Sn, 127 Sb, 127 Te, 127 Xe, 127 Cs, 127 Ba, 128 Sn, 128 Sb, 128 I, 128 Cs, 128 Ba, 129 Cs, 129 Ba, 130 Sb, 130 I , 130 Cs, 131 Sb, 131 Te, 131 I, 131 Cs, 131 Ba, 132 Te, 132 I, 132 Cs, 132 La, 133 Te, 133 I, 133 Xe, 134 Te, 1 34 I, 134 La, 134 Ce, 135 La, 135 Ce, 136 I, 136 Cs, 136 La, 136 Pr, 138 Xe, 138 Cs, 138 Pr, 138 Nd, 139 Cw, 139 Ba, 139 Ce, 139 Pr , 139 Nd, 140 Cs, 140 Ba, 140 La, 140 Pr, 140 Nd, 141 Ba, 141 La, 141 Ce, 141 Nd, 142 Ba, 142 La, 142 Pr, 142 Sm, 143 La, 143 Ce, 143 Pr, 143 Pm, 143 Sm, 144 Ce, 144 Pr, 144 Pm, 144 Gd, 145 Ce, 145 Pr, 146 Pr, 146 Eu, 146 Gd, 149 Nd, 149 Pm, 149 Eu, 150 Pm, 152 Pm, 153 Pm, 153 Sm, 153 Gd, 153 Tb, 154 Pm, 155 Tb, 155 Dy, 156 Sm, 156 Eu, 156 Tb, 157 Eu, 158 Eu, 158 Ho, 158 Er, 159 Gd, 159 Dy, 159 Ho , 159 Er, 160 Tb, 160 Ho, 160 Er, 161 Gd, 161 Tb, 161 Ho, 161 Er, 161 Tm, 162 Gd, 162 Tb, 162 Ho, 162 Tm, 163 Tb, 164 Tb, 164 Ho, 164 Tm, 164 Yb, 165 Dy, 165 Er, 165 Tm, 165 Yb, 166 Dy, 166 Ho, 166 Tm, 166 Yb, 167 Dy, 167 Ho, 167 Tm, 167 Yb, 168 Ho, 168 Tm, 169 Er, 169 Yb, 169 Lu, 169 Hf, 170 Tm, 170 Lu, 170 Hf, 171 Lu, 171 Hf, 172 Er, 172 Tm, 172 Lu, 173 Er, 173 Tm, 174 Tm, 175 Yb, 175 Hf, 175 Ta , 175 W, 176 Ta, 176 W, 177 Yb, 177 Lu, 177 Ta, 177 W, 178 Yb, 178 Lu , 178 Ta, 178 W, 179 Lu, 180 Ta, 180 Re, 181 Hf, 181 W, 181 Re, 181 Os, 182 Ta, 182 Re, 182 Os, 183 Hf, 183 Ta, 183 Re, 183 Os, 184 Ta, 184 Re, 185 Ta, 185 W, 185 Os, 185 Ir, 186 Ta, 186 Re, 186 Ir, 186 Pt, 187 Ir, 187 Pt, 188 W, 188 Re, 188 Ir, 188 Pt, 189 W, 189 Re, 189 Ir, 189 Pt, 189 Hg, 190 W, 190 Re, 190 Ir, 191 Os, 191 Pt, 191 Au, 191 Hg, 192 Ir, 192 Au, 192 Hg, 193 Os, 194 Ir, 194 Au , 195 Ir, 195 Au, 195 Hg, 195 Pb, 196 Au, 196 Pb, 197 Pt, 197 Hg, 197 Tl, 197 Pb, 198 Au, 198 Tl, 198 Pb, 199 Pt, 199 Au, 199 Tl, 199 Pb, 200 Pt, 200 Au, 200 Tl, 200 Pb, 200 Bi, 201 Tl, 201 Pb, 201 Bi, 202 Tl, 203 Hg, 203 Pb, 203 Bi, 204 Bi, 205 Hg, 206 Hg, 206 Tl, 206 Bi, 206 Po, 206 At, 207 Tl, 208 Tl, 209 Tl, 209 Pb, 210 Bi, 210 Po, 211 Pb, 211 Bi, 211 Po, 215 At, 215 Po, 215 Bi, 219 Rn, 219 At , 223 Ra, 223 Fr, 227 Th, 212 Po, 212 Bi, 212 Pb, 216 Po, 220 Rn, 224 Ra, 213 Po, 213 Bi, 217 At, 221 Fr, 225 Ac, 225 Ra it can.

これらの短寿命核種の中でも、崩壊後にO, N, Si, Zr, Hf などの電荷蓄積膜や半導体などを構成する元素へ崩壊するような不安定核種、或いは希ガスのような半導体に無害な元素へ崩壊するような不安定核種を用いることが、崩壊後の安定同位体の拡散を抑制するようなプロセスを構築するような労力が最小限になるという点で特に望ましい。例えば、28Mg, 38S, 38Cl, 82Br, 82Sr, 83Rb, 83Sr, 92Sr, 92Y, 93Y, 128Ba, 129Cs, 129Ba, 131Cs, 131Ba, 132Te, 132I, 176Ta, 177Yb, 177Lu, 177Ta, 177W, 178Yb, 178Lu, 178Ta, 178W, 179Luなどを挙げることができる。例えば、電荷蓄積膜がHfO2である場合は、176Taなどの不安定核種を用い、崩壊により176Hfなどの安定同位体を生成すれば良い。 Among these short-lived nuclides, they are harmless to unstable nuclides that decay into charge storage films such as O, N, Si, Zr, and Hf and elements that constitute semiconductors, or semiconductors such as rare gases. The use of unstable nuclides that decay into elements is particularly desirable in that the effort to build a process that suppresses the diffusion of stable isotopes after decay is minimized. For example, 28 Mg, 38 S, 38 Cl, 82 Br, 82 Sr, 83 Rb, 83 Sr, 92 Sr, 92 Y, 93 Y, 128 Ba, 129 Cs, 129 Ba, 131 Cs, 131 Ba, 132 Te, 132 I, 176 Ta, 177 Yb, 177 Lu, 177 Ta, 177 W, 178 Yb, 178 Lu, 178 Ta, 178 W, 179 Lu, and the like. For example, when the charge storage film is HfO 2 , an unstable nuclide such as 176 Ta may be used and a stable isotope such as 176 Hf may be generated by decay.

これらの短寿命核種でありかつ崩壊後の元素が半導体に対して無害である核種の中でも、半減期が8時間以上30日以下であるような核種がプロセス上特に好ましい。例えば28Mg(半減期21時間), 32P(半減期14日), 82Br(半減期1.4日), 82Sr(半減期26日), 83Sr(半減期1.4日), 93Y(半減期10時間), 128Ba(半減期2.4日), 129Cs(半減期1.3日), 129Ba(129Csから129Xeへの崩壊(半減期1.3日)における半減期2時間の短寿命な中間生成核種)、131Cs(9.6日), 131Ba(12日), 132Te(3日), 176Ta(8時間), 176W(176Taから176Hfへの崩壊(半減期8時間)における半減期2時間の短寿命な中間生成核種), 177Ta(2日), 178W(22日)が特に好ましい。これらの中でも、28Mgは崩壊後の元素が28Siであり、シリコンを主成分とする半導体集積回路への影響が特に少ないため好ましい。 Among these nuclides that are short-lived nuclides and whose elements after decay are harmless to semiconductors, nuclides having a half-life of 8 hours to 30 days are particularly preferred in the process. For example, 28 Mg (half-life 21 hours), 32 P (half-life 14 days), 82 Br (half-life 1.4 days), 82 Sr (half-life 26 days), 83 Sr (half-life 1.4 days), 93 Y (half-life) period 10 hours), 128 Ba (half-life 2.4 days), 129 Cs (half-life 1.3 days), 129 Ba (collapse from 129 Cs to 129 Xe (half-life 1.3 days) half-life 2 hours short-lived intermediate in the nuclide), 131 Cs (9. 6 days), 131 Ba (12 days), 132 Te (3 days), 176 Ta (8 hours), 176 W (collapse from 176 Ta to 176 Hf (half-life 8 hours) in short-lived intermediates nuclide half life 2 hours), 177 Ta (2 days), 178 W (22 days) is particularly preferred. Among these, 28 Mg is preferable because the element after collapse is 28 Si and has a particularly small influence on a semiconductor integrated circuit containing silicon as a main component.

また、半減期をh、メモリチップのセルの集積数をn個、メモリチップの保持特性が要求するフラットバンド電圧シフト量をVfbs、メモリチップのフラットバンドウィンドウをVfbw、電荷蓄積膜の成膜開始からメモリチップの製品検査終了までの製造時間をpとする。フラットバンドウィンドウVfbwが全て本実施形態の方法により導入された不安定核種に起因するものであり、フラットバンド電圧シフトVfbsが全て本実施形態の方法において製品に残留している不安定核種に起因するものであると近似的に考えると、電荷蓄積膜中に導入した短寿命核種の量Riと製品検査終了後に残留している短寿命各種の量Rrとの間には、一つのメモリセルにおいてRr/Ri=Vfbs/Vfbwという関係式が成り立つ。全てのメモリチップ内のセルにおいて1個の不良セルもあってはならぬという要求を考慮すると、この比(Rr/Ri)はさらに小さくなり、(Vfbs/Vfbw)×(1/n)という値になる。これは、1つのメモリセルにおいて不良が生じる確率をxとすると、n個のメモリセルにおいて不良が生じる確率はnxとなってn倍になるので、要求される残留不安定核種の量を1/nにしたものである。この値を半減期hと製造時間pを用いて書くと、(1/2)の(p/h)乗であるから、(Vfbs/Vfbw)×(1/n)≧((1/2)の(p/h)乗)なる関係式が成り立つ。この関係式の右辺は、製造時間が経過しても残存している不安定核種の割合と、フラットバンド電圧ウィンドウを形成した不安定核種の割合との比率であって、この比率の最大値は、製品において許容できる最大のリテンション電圧値と、製品において書込消去に必要なフラットバンドウィンドウ幅との比率である。実際のリテンション電圧は、この見積もりで用いた最大の許容電圧値以下であれば良い。上記関係式より、半減期には、h≦p/(ln((Vfbs/Vfbw)×(1/n))/ln(1/2))という関係式が要求される。   In addition, the half-life is h, the number of integrated cells in the memory chip is n, the flat band voltage shift amount required by the retention characteristics of the memory chip is Vfbs, the flat band window of the memory chip is Vfbw, and the charge storage film starts to be formed The manufacturing time from the end of the product inspection to the end of the memory chip is defined as p. All flat band windows Vfbw are caused by unstable nuclides introduced by the method of this embodiment, and all flat band voltage shifts Vfbs are caused by unstable nuclides remaining in the product in the method of this embodiment. Approximately, the amount Rr of short-lived nuclides introduced into the charge storage film and the various amounts Rr of short-lived remaining after the product inspection are completed in one memory cell. The relational expression / Ri = Vfbs / Vfbw is established. Considering the requirement that there should not be one defective cell among all the cells in the memory chip, this ratio (Rr / Ri) is further reduced to a value of (Vfbs / Vfbw) × (1 / n). become. This is because if the probability that a failure occurs in one memory cell is x, the probability that a failure occurs in n memory cells is nx, which is multiplied by n. n. If this value is written using the half life h and the production time p, it is (p / h) to the power of (1/2), so (Vfbs / Vfbw) × (1 / n) ≧ ((1/2) (P / h)) is established. The right side of this relational expression is the ratio of the ratio of unstable nuclides that remain even after the production time has elapsed and the ratio of unstable nuclides that have formed a flat band voltage window. The maximum value of this ratio is The ratio between the maximum retention voltage value allowable in the product and the flat band window width necessary for writing / erasing in the product. The actual retention voltage may be less than or equal to the maximum allowable voltage value used in this estimation. From the above relational expression, the relational expression h ≦ p / (ln ((Vfbs / Vfbw) × (1 / n)) / ln (1/2)) is required for the half-life.

この関係式によれば、仮に100Gbitのメモリチップを製造するものとして、Vfbs=0.1V、Vfbw=20Vとし、28Mg(半減期21時間)を用いるものとすると、電荷蓄積膜の作製開始から製品検査終了までの時間pを39日間とすれば十分である。この見積もりは、多値のメモリセルである場合、フラットバンドシフトの保持特性への要求スペックが厳しいので制限が大きくなるが、0か1かの2値のメモリセルであるならば、フラットバンドシフトは比較的大きくても構わないため、電荷蓄積膜の成膜開始から製品検査終了までの時間pを短縮できるといった利点がある。 According to this relational expression, assuming that a 100 Gbit memory chip is manufactured and Vfbs = 0.1 V, Vfbw = 20 V, and 28 Mg (half-life 21 hours) is used, from the start of fabrication of the charge storage film It is sufficient that the time p until the end of product inspection is 39 days. This estimate is limited when the multi-level memory cell is required because the required specifications for the retention characteristics of the flat band shift are strict, but if it is a binary memory cell of 0 or 1, the flat band shift Can be relatively large, which has the advantage that the time p from the start of film formation to the end of product inspection can be shortened.

なお、製品検査は、安全・衛生・環境上の検査でもある。即ち、非常に繊細な超高集積メモリ素子の一素子にすら影響を与えないような基準は、人体などに影響を与えない基準を上回るものである。製品製造のために用いた短寿命核種は、製品検査時以降は安全・衛生・環境上無視しうる程度の天然放射線レベル以下にしか残留しない。   The product inspection is also a safety, health and environmental inspection. That is, a standard that does not affect even a very delicate ultra-highly integrated memory device exceeds a standard that does not affect the human body or the like. Short-lived nuclides used for product production remain below natural radiation levels that are negligible for safety, health and the environment after product inspection.

[不安定核種の製造方法]
上述した不安定核種の生成方法としては、たとえばプロトン、デューテロン、三重水素核、ヘリウム3核、リチウム核などの高エネルギー粒子を原子核に衝突させることで引き起こされる核分裂反応、核融合反応、核破砕反応などを用いることが可能である。その他、電荷を持たない粒子、例えば中性子などの粒子を原子核に吸収させるような中性子吸収反応なども採用可能である。
[Method of producing unstable nuclides]
As the above-mentioned method of generating unstable nuclides, for example, fission reaction, fusion reaction, nuclear fragmentation reaction caused by collision of high energy particles such as protons, deuterons, tritium nuclei, helium trinuclear and lithium nuclei with atomic nuclei. Etc. can be used. In addition, it is also possible to employ a neutron absorption reaction in which particles having no charge, for example, particles such as neutrons are absorbed by the nucleus.

例えば、30Siにγ線を照射する30Si (γ,2p) 28Mg反応を挙げることができる。この反応式は、括弧の前の核種30Siが括弧の中の左側の粒子γ即ちガンマ線(光子)を吸収することにより原子核内が活性化され、括弧の中の右側の粒子p即ち陽子を2個放出することにより括弧の後の核種28Mgが生成することを意味している。後述する反応式も同様である。その他、26Mgに3個の水素原子を打ち込む 26Mg(3H,p)28Mg反応などによって28Mgを得る方法などを挙げることもできる。また、原子炉の使用済み燃料に含まれる核分裂生成物90Srを精製後、90Srが自然にβ崩壊するのを待つ90Sr(β,ν)90Y反応によって90Yを得る方法なども挙げられる。 For example, a 30 Si (γ, 2p) 28 Mg reaction of irradiating gamma rays 30 Si. This reaction formula shows that the nuclide 30 Si in front of the parenthesis absorbs the left particle γ, that is, gamma ray (photon) in the parenthesis, and the inside of the nucleus is activated, and the right particle p in the parenthesis p It means that the nuclide 28 Mg after the parenthesis is generated by releasing one. The same applies to the reaction formula described later. Other, it may also be mentioned a method of obtaining a 26 Mg (3H, p) 28 Mg reaction 28 Mg, such as by implanting three hydrogen atoms to 26 Mg. Further, after purification of the fission product 90 Sr contained in the spent fuel of a nuclear reactor, also include a method for obtaining a 90 Sr is 90 Sr (β, ν) wait to beta decay spontaneously 90 Y react by 90 Y It is done.

このように生成させた不安定核種を、化学的な分離手法、例えば溶液と沈殿を用いる方法や、カラムを使って分離する方法や、真空中でRI(Radioisotope)ビームを電気四重極電場に通すことで質量/電荷比により分離する方法などによって分離し、必要な不安定核種を精製する。この精製において、最終的なLSI製品に害を与えない核種は分離する必要が無いのは言うまでもない。例えば、溶液から抽出する方法について簡単に述べると、使用済み燃料中の核分裂生成物を抽出するために、使用済み燃料を酸などで溶解させ、各種沈殿反応で様々なイオンを沈殿させていく。マグネシウムはナトリウムなどとともに最後まで溶液に残留するイオンだが、ナトリウムなど最後まで沈殿しないイオンとの混合溶液に対して、例えば燐酸アンモニウムによりマグネシウムを沈殿させる反応を用いて、マグネシウムのみを沈殿させて分離するような手法がある。精製された核種は、例えば電気四重極電場により分離したRIビームを直接スパッタリングターゲットに照射して当該ターゲットに含ませることが可能である。或いは同様の手法で真空蒸着で用いる原料中に打ち込むことも可能である。また、CVD法の原料の有機金属化合物を作製する際の原料中に打ち込むことによりCVD法の原料中に含ませることも可能である。これらを電荷蓄積膜の成膜装置中に導入して、不安定核種を含む膜13aの成膜に備えれば良い。   The unstable nuclides generated in this way are chemically separated, for example, using a solution and precipitation, using a column, or using a radioisotope (RI) beam in an electric quadrupole field in a vacuum. Separation is performed by a method of separating by mass / charge ratio by passing through, and necessary unstable nuclides are purified. It goes without saying that nuclides that do not harm the final LSI product need not be separated in this purification. For example, to briefly describe a method of extracting from a solution, in order to extract fission products in spent fuel, the spent fuel is dissolved with an acid or the like, and various ions are precipitated by various precipitation reactions. Magnesium is an ion that remains in the solution to the end together with sodium, etc., but separates by separating only magnesium using a reaction that precipitates magnesium with, for example, ammonium phosphate, against a mixed solution of ions such as sodium that do not precipitate to the end. There is a technique like this. The purified nuclide can be included in the target by, for example, directly irradiating the sputtering target with an RI beam separated by an electric quadrupole electric field. Alternatively, it is possible to drive into the raw material used for vacuum deposition by the same method. Further, it can be included in the raw material of the CVD method by being implanted into the raw material when the organometallic compound as the raw material of the CVD method is produced. These may be introduced into a charge storage film deposition apparatus to prepare for the deposition of the film 13a containing unstable nuclides.

[製造工程中の安全性]
本実施形態の製造方法により製造した装置そのものの放射能レベルに関する安全性は上述したように問題ないことを述べた。一方、装置を製造する工程中における工場作業者の安全については充分注意を払わねばならないことは言うまでもない。成膜装置は、通常は真空等を保つため丈夫で分厚いSUS材質の外壁などを有しており、このため成膜装置外への放射能漏れは少ない。ただし、窓部分は放射能を漏洩させる部分となりかねないので、鉛ガラスなどの放射能を遮断する材質の窓材を用いる必要がある。
[Safety during manufacturing process]
It has been described that the safety related to the radioactivity level of the device itself manufactured by the manufacturing method of the present embodiment has no problem as described above. On the other hand, it goes without saying that sufficient attention must be paid to the safety of factory workers during the process of manufacturing the device. The film forming apparatus usually has a strong and thick outer wall made of SUS material in order to maintain a vacuum or the like, and therefore, there is little leakage of radioactivity to the outside of the film forming apparatus. However, since the window portion may be a portion that leaks radioactivity, it is necessary to use a window material made of a material that blocks radioactivity, such as lead glass.

また、不安定核種を用いる製造装置からの排気や排水などは、いったん除害カラムなどに十分な割合で吸着し、外部へは不安定核種を漏洩させない工夫が必要である。不安定核種などを吸着した除害カラムなどは、上述した製品検査時間程度放置することにより不安定核種からの放射能が十分に減衰するまで待つ必要がある。使用後すぐに除害カラムを交換しては作業者が被爆してしまう恐れがある。したがって、例えば2系統の除害カラムを用意し、片方の系統の除害カラムを使用後、上述のように製品検査時間程度の間はこの除害カラムを使用せずに放置し、放射能が十分に減衰した後に当該除害カラムを交換する。一方で、当該除害カラムを使用しない間は、他方の系統の除害カラムにて製造を続けることにより、生産性を高く維持することが可能である。   In addition, it is necessary to devise a method in which exhaust or waste water from a manufacturing apparatus using unstable nuclides is once adsorbed to a detoxification column or the like at a sufficient rate and does not leak unstable nuclides to the outside. It is necessary to wait until the radioactivity from the unstable nuclide is sufficiently attenuated by leaving the abatement column or the like adsorbing the unstable nuclide for about the product inspection time described above. If the abatement column is replaced immediately after use, there is a risk that the operator will be exposed to the explosion. Therefore, for example, two types of abatement columns are prepared, and after using one of the column abatement columns, as described above, it is left without using these abatement columns for about the product inspection time, and the radioactivity is reduced. Replace the column after it has decayed sufficiently. On the other hand, while the detoxification column is not used, it is possible to maintain high productivity by continuing production with the other type of detoxification column.

また、ヒューマンエラーなどを防止するために、小型の放射能計測装置などを取り付けておいて、十分に放射能が減衰している状態でない限りメンテナンスができないようなインターロックを取り付けることが望ましい。このようなメンテナンスは、除害カラムに限らない。不安定核種を導入する過程後の製造装置においては全て放射能の危険があるので、メンテナンス前に放射能が充分減衰するまで強制的に待つようなインターロックが必要なのは同様である。   In order to prevent human error, it is desirable to attach a small radioactivity measuring device or the like and an interlock that cannot be maintained unless the radioactivity is sufficiently attenuated. Such maintenance is not limited to the abatement column. Since all production equipment after the process of introducing unstable nuclides has a danger of radioactivity, it is necessary to provide an interlock that forcibly waits until the radioactivity is sufficiently attenuated before maintenance.

(第2の実施形態)
図4は、本実施形態の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を説明する工程断面図である。図3の構成要素に対応する部分には同一符号を付して示す。本実施形態の製造方法は、第1の実施形態の製造方法に対して、電荷蓄積膜とトンネル絶縁膜との間に不安定核種を含む膜を形成する点が異なる。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment. Parts corresponding to the components in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. The manufacturing method of this embodiment is different from the manufacturing method of the first embodiment in that a film containing an unstable nuclide is formed between the charge storage film and the tunnel insulating film.

即ち、図4(a)に示すように、第1の実施形態と同様に単結晶シリコン基板10の表面にトンネル絶縁膜11を形成する。次に、このトンネル絶縁膜11上に、真空蒸着法、スパッタリング法、若しくはCVD法などの下地膜へのダメージが少ない成膜法により不安定核種を含む膜13aを形成する。その後は、第1の実施形態と同様にして図4(c)に示す不揮発性半導体記憶装置を製造する。不安定核種13bは崩壊により第1の実施形態と同様に同位元素13に変化する。   That is, as shown in FIG. 4A, the tunnel insulating film 11 is formed on the surface of the single crystal silicon substrate 10 as in the first embodiment. Next, a film 13a containing unstable nuclides is formed on the tunnel insulating film 11 by a film forming method such as a vacuum evaporation method, a sputtering method, or a CVD method that causes little damage to the underlying film. Thereafter, the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 4C is manufactured in the same manner as in the first embodiment. The unstable nuclide 13b is changed to the isotope 13 by the decay as in the first embodiment.

本実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、ブロック絶縁膜を省略する素子構造の場合、電荷蓄積膜12とトンネル絶縁膜11との界面に近い電荷蓄積膜12内の位置に不安定核種を導入することにより、制御ゲート電極15側へのリーク電流を抑制することが可能である。   According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In the case of an element structure in which the block insulating film is omitted, an unstable nuclide is introduced at a position in the charge storage film 12 close to the interface between the charge storage film 12 and the tunnel insulating film 11, so that the control gate electrode 15 side is reached. Leakage current can be suppressed.

(第3の実施形態)
図5は、本実施形態の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を説明する工程断面図である。図3の構成要素に対応する部分には同一符号を付して示す。本実施形態の製造方法は、第1の実施形態の製造方法に対して、イオン注入法により電荷蓄積膜に対して不安定核種を含ませる点が異なる。
(Third embodiment)
FIG. 5 is a process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment. Parts corresponding to the components in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. The manufacturing method of this embodiment is different from the manufacturing method of the first embodiment in that an unstable nuclide is included in the charge storage film by an ion implantation method.

即ち、図5(a)に示すように、第1の実施形態と同様の方法を用いて単結晶シリコン基板10の表面にトンネル絶縁膜11及び電荷蓄積膜12を形成する。さらに、図5(b)に示すように、第1の実施形態と同様に電荷蓄積膜12上にブロック絶縁膜14、および制御ゲート電極15となる導電膜を順次形成する。   That is, as shown in FIG. 5A, the tunnel insulating film 11 and the charge storage film 12 are formed on the surface of the single crystal silicon substrate 10 by using the same method as in the first embodiment. Further, as shown in FIG. 5B, a block insulating film 14 and a conductive film to be the control gate electrode 15 are sequentially formed on the charge storage film 12 as in the first embodiment.

次に、図5(b)に示すように、不安定核種をイオン注入することにより、電荷蓄積膜12中に不安定核種を例えば 1011個/cm2 程度の密度で導入する。このイオン注入法により、トンネル絶縁膜11、ブロック絶縁膜14、或いは制御ゲート電極15となる導電膜にも若干の不安定核種が導入されることもあるが、不安定核種が導入されていない部分のトンネル絶縁膜やブロック絶縁膜の厚みがリーク電流が充分少ない程度の厚さであれば問題はない。なお、本実施形態では、制御ゲート電極15となる導電膜を形成した後にイオン注入を行ったが、電荷蓄積膜12を形成した後ブロック絶縁膜14を形成する前、或いはブロック絶縁膜14を形成した後制御ゲート電極15となる導電膜を形成する前に、不安定核種のイオン注入を行っても良い。ブロック絶縁膜14を形成する前にイオン注入を行えば、ブロック絶縁膜14中の不安定核種の含有量を減少させることができ、ブロック絶縁膜14におけるリーク電流を抑制する効果が大きくなる。本実施形態に示した不安定核種のイオン注入は、RIビームを直接注入するような手法も可能である。 Next, as shown in FIG. 5B, unstable nuclides are introduced into the charge storage film 12 at a density of, for example, about 10 11 atoms / cm 2 by ion implantation of unstable nuclides. By this ion implantation method, some unstable nuclides may be introduced into the conductive film to be the tunnel insulating film 11, the block insulating film 14, or the control gate electrode 15. There is no problem if the thickness of the tunnel insulating film or the block insulating film is such that the leakage current is sufficiently small. In this embodiment, the ion implantation is performed after the conductive film to be the control gate electrode 15 is formed. However, before the block insulating film 14 is formed after the charge storage film 12 is formed, or the block insulating film 14 is formed. Then, before forming the conductive film to be the control gate electrode 15, ion implantation of unstable nuclides may be performed. If ion implantation is performed before the block insulating film 14 is formed, the content of unstable nuclides in the block insulating film 14 can be reduced, and the effect of suppressing leakage current in the block insulating film 14 is increased. For the ion implantation of unstable nuclides shown in the present embodiment, a technique in which an RI beam is directly implanted is also possible.

ここで、トンネル絶縁膜11やブロック絶縁膜14の厚さには余裕がなくてはならない。即ち、トンネル絶縁膜11やブロック絶縁膜14において欠陥が無い部分の厚みが不十分である場合、リテンション特性が劣化する。例えば、トンネル絶縁膜11としてSiO膜を用いる場合、4nm程度以上の無欠陥膜厚が存在することが望ましい。ブロック絶縁膜14はトンネル絶縁膜11よりもかなり厚い場合が多いので、この制限はもっと緩く、通常の作製であれば問題にならない。 Here, the thickness of the tunnel insulating film 11 and the block insulating film 14 must have a margin. That is, when the thickness of the tunnel-insulating film 11 or the block insulating film 14 where there is no defect is insufficient, the retention characteristics deteriorate. For example, when a SiO 2 film is used as the tunnel insulating film 11, it is desirable that a defect-free film thickness of about 4 nm or more exists. Since the block insulating film 14 is often much thicker than the tunnel insulating film 11, this restriction is more relaxed and does not pose any problem if it is manufactured normally.

なお、電荷蓄積膜の膜厚は20nm以下が好ましい。20nmを越えると、微細化された記憶素子の面内方向の大きさに対して、蓄積膜の実膜厚が厚くなってしまうため、素子が膜厚方向に細長くなってしまうので、加工が困難であり、ロバスト性などに問題が生じる。   The film thickness of the charge storage film is preferably 20 nm or less. If the thickness exceeds 20 nm, the actual film thickness of the storage film becomes thicker than the size of the miniaturized memory element in the in-plane direction, so that the element becomes elongated in the film thickness direction, making processing difficult. Therefore, a problem arises in robustness.

その後は、第1の実施形態と同様にして図5(c)に示す不揮発性半導体記憶装置を製造する。不安定核種13bは崩壊により第1の実施形態と同様に同位元素13に変化する。   Thereafter, the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 5C is manufactured in the same manner as in the first embodiment. The unstable nuclide 13b is changed to the isotope 13 by the decay as in the first embodiment.

本実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、RIビームを直接イオン注入するような手法を用いれば、放射能汚染対策に気を遣わねばならない工程が激減するという効果を得ることが可能である。   According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In addition, if a technique such as direct ion implantation of the RI beam is used, it is possible to obtain an effect that the number of steps that must be taken care of against radioactive contamination is drastically reduced.

なお、本発明は上記実施形態に限定されることはない。本発明の例は、メモリセル内の要素技術に関わる発明であり、メモリセルの回路レベルでの接続の仕方には依存しないため、NAND型の不揮発性半導体メモリの他、NOR型、AND型、DINOR型の不揮発性半導体メモリ、NOR型とNAND型の良い点を融合した2トラ型フラッシュメモリ、さらには、1つのメモリセルが2つの選択トランジスタにより挟みこまれた構造を有する3トラNAND型などにも適用可能である。また、本発明は、NAND型のインタフェースとNOR型の高信頼性・高速読み出し機能を兼ね備えたアーキテクチャーを持つフラッシュメモリにも適用することができる。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment. The example of the present invention is an invention related to the elemental technology in the memory cell, and does not depend on the connection method of the memory cell at the circuit level. Therefore, in addition to the NAND type nonvolatile semiconductor memory, the NOR type, the AND type, DINOR-type non-volatile semiconductor memory, two-tra type flash memory that combines the advantages of NOR-type and NAND-type, and three-tra-NAND type having a structure in which one memory cell is sandwiched between two select transistors It is also applicable to. The present invention can also be applied to a flash memory having an architecture having both a NAND type interface and a NOR type high reliability and high speed read function.

また、上記実施形態では、本発明の半導体層としてシリコン基板の表面部分を用いた例を示したが、これに限られることは無く、SOI(Silicon On Insulator)基板のシリコン層などを半導体層として用いても良いし、シリコン以外の半導体材料を用いても良い。また、半導体装置に限らず、電気的欠陥に電荷を蓄積することが本質的な装置、例えば記憶装置やスイッチング装置などであれば、あまねく本発明を適用可能である。   Moreover, in the said embodiment, although the example which used the surface part of the silicon substrate was shown as a semiconductor layer of this invention, it is not restricted to this, The silicon layer etc. of a SOI (Silicon On Insulator) substrate are used as a semiconductor layer. Alternatively, a semiconductor material other than silicon may be used. Further, the present invention is applicable not only to semiconductor devices but also to devices that are essential for accumulating electric charges in electrical defects, such as memory devices and switching devices.

その他、本発明は上記実施形態や実施例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態や実施例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、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態や実施例に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。さらに、異なる実施形態や実施例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples as they are, and can be embodied by modifying constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Moreover, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above-described embodiments and examples. For example, you may delete some components from all the components shown by embodiment and an Example. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment and an Example.

第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の構造を示す断面図。1 is a cross-sectional view showing a structure of a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment. フィッショントラックの例を示す模式図。The schematic diagram which shows the example of a fission track. 第1の実施形態の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を説明する工程断面図。Process sectional drawing explaining the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device of 1st Embodiment. 第2の実施形態の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を説明する工程断面図。Process sectional drawing explaining the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device of 2nd Embodiment. 第3の実施形態の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を説明する工程断面図。Process sectional drawing explaining the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device of 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 シリコン基板
10a,10b ソース領域及びドレイン領域
10c チャネル領域
11 トンネル絶縁膜
12、12a、12b 電荷蓄積膜
13 同位元素
13a 不安定核種を含む膜
13b 不安定核種
14 ブロック絶縁膜
15 制御ゲート電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Silicon substrate 10a, 10b Source region and drain region 10c Channel region 11 Tunnel insulating film 12, 12a, 12b Charge storage film 13 Isotope 13a Film containing unstable nuclide 13b Unstable nuclide 14 Block insulating film 15 Control gate electrode

Claims (10)

半導体層の表面に離間して形成されたソース領域及びドレイン領域と、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記半導体層上に設けられたトンネル絶縁膜と、前記トンネル絶縁膜の上に設けられ天然状態における同位体比とは異なる比率の同位元素を含む絶縁性の電荷蓄積膜と、前記電荷蓄積膜の上に設けられたブロック絶縁膜と、前記ブロック絶縁膜の上に設けられた制御ゲート電極と、を具備することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A source region and a drain region formed on the surface of the semiconductor layer, a tunnel insulating film provided on the semiconductor layer between the source region and the drain region, and provided on the tunnel insulating film; An insulating charge storage film containing an isotope ratio different from the isotope ratio in the natural state, a block insulating film provided on the charge storage film, and a control provided on the block insulating film A nonvolatile semiconductor memory device comprising: a gate electrode; 前記同位元素は不安定核種の崩壊により生成され、この不安定核種の半減期が1分間以上1年間以下である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。 The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the isotope is generated by decay of an unstable nuclide, and a half-life of the unstable nuclide is 1 minute or more and 1 year or less. 半導体層の表面に離間して形成されたソース領域及びドレイン領域と、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記半導体層上に設けられたトンネル絶縁膜と、前記トンネル絶縁膜の上に設けられ不安定核種の崩壊により生成された同位元素を含む絶縁性の電荷蓄積膜と、前記電荷蓄積膜の上に設けられたブロック絶縁膜と、前記ブロック絶縁膜の上に設けられた制御ゲート電極と、を具備することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A source region and a drain region formed on the surface of the semiconductor layer, a tunnel insulating film provided on the semiconductor layer between the source region and the drain region, and provided on the tunnel insulating film; An insulating charge storage film containing an isotope generated by the decay of an unstable nuclide, a block insulating film provided on the charge storage film, and a control gate electrode provided on the block insulating film And a non-volatile semiconductor memory device. 前記不安定核種の半減期が1分間以上1年間以下であ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。 4. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 3, wherein a half-life of the unstable nuclide is 1 minute or more and 1 year or less. 前記電荷蓄積膜は、前記不安定核種の崩壊による線状の欠陥を含むことを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記載の不揮発性半導体記憶装置。 5. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein the charge storage film includes a linear defect due to the decay of the unstable nuclide. 半導体層上にトンネル絶縁膜を形成する工程と、前記トンネル絶縁膜上に不安定核種を含む電荷蓄積膜を形成する工程と、前記電荷蓄積膜上にブロック絶縁膜を形成する工程と、前記ブロック絶縁膜上に制御ゲート電極を形成する工程と、を具備することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 Forming a tunnel insulating film on the semiconductor layer; forming a charge storage film containing unstable nuclides on the tunnel insulating film; forming a block insulating film on the charge storage film; Forming a control gate electrode on the insulating film. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device. 半導体層上にトンネル絶縁膜を形成する工程と、前記トンネル絶縁膜上に不安定核種を含む膜を形成する工程と、前記不安定核種を含む膜を覆うように第1の電荷蓄積膜を形成する工程と、前記電荷蓄積膜上にブロック絶縁膜を形成する工程と、前記ブロック絶縁膜上に制御ゲート電極を形成する工程と、を具備することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 Forming a tunnel insulating film on the semiconductor layer; forming a film containing unstable nuclides on the tunnel insulating film; and forming a first charge storage film so as to cover the film containing unstable nuclides And a step of forming a block insulating film on the charge storage film, and a step of forming a control gate electrode on the block insulating film. . 前記不安定核種を含む膜を形成する工程の前に、前記トンネル絶縁膜上に第2の電荷蓄積膜を形成する工程をさらに具備することを特徴とする請求項7に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 The nonvolatile semiconductor memory according to claim 7, further comprising a step of forming a second charge storage film on the tunnel insulating film before the step of forming the film containing the unstable nuclide. Device manufacturing method. 半導体層上にトンネル絶縁膜を形成する工程と、前記トンネル絶縁膜上に電荷蓄積膜を形成する工程と、前記電荷蓄積膜上にブロック絶縁膜を形成する工程と、前記ブロック絶縁膜上に制御ゲート電極を形成する工程と、前記電荷蓄積膜に不安定核種を注入する工程と、を具備することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 Forming a tunnel insulating film on the semiconductor layer; forming a charge storage film on the tunnel insulating film; forming a block insulating film on the charge storage film; and controlling on the block insulating film A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising: forming a gate electrode; and injecting an unstable nuclide into the charge storage film. 少なくとも前記電荷蓄積膜をパターニングする工程と、パターニングされた前記電荷蓄積膜の両側における前記半導体層の表面にソース領域及びドレイン領域を離間して形成する工程と、をさらに具備することを特徴とする請求項6乃至9のいずれかに記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 The method further comprises: patterning at least the charge storage film; and forming a source region and a drain region separately on the surface of the semiconductor layer on both sides of the patterned charge storage film. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 6.
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