JP2010182370A - 不揮発性メモリー装置および不揮発性メモリー装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】MONOS型不揮発性メモリー素子の消去を行う場合として、バンド間トンネリングホットホールによる消去方法を用いることが好適である。この場合、消去できる領域がドレイン領域近傍に制限されるため、FN電流を用いた消去動作よりも消去できる領域が狭く、特にソース領域近傍側の電荷を消去しきれないという課題があり、特に製造工程で帯電したソース領域近傍の電荷を消去することが困難になるという課題がある。
【解決手段】ソース領域203Sに5V程度の電圧をかけ、ドレイン領域203D、ゲート電極206を接地する動作と、ドレイン領域203Dに5V程度の電圧をかけ、ソース領域203S、ゲート電極206を接地する動作とを行う。ソース領域203S近傍に位置するゲート絶縁層204の電荷も消去することが可能となり、製造工程で帯電したソース領域近傍の電荷を消去することが可能となる。
【選択図】図1
【解決手段】ソース領域203Sに5V程度の電圧をかけ、ドレイン領域203D、ゲート電極206を接地する動作と、ドレイン領域203Dに5V程度の電圧をかけ、ソース領域203S、ゲート電極206を接地する動作とを行う。ソース領域203S近傍に位置するゲート絶縁層204の電荷も消去することが可能となり、製造工程で帯電したソース領域近傍の電荷を消去することが可能となる。
【選択図】図1
Description
本発明は、不揮発性メモリー装置および不揮発性メモリー装置の製造方法に関する。
近年、不揮発性メモリー装置として、工程の簡易性から記憶素子として平板型のMONOS(Metal−Oxide−Nitride−Oxide−Semiconductor)型記憶素子を用いたものが採用されてきている。平板型MONOS記憶素子は、大きく分けて、FN(Fowler−Nordheim)電流を制御して電荷の書き込み・消去を行うものと、ホットキャリアを用いて電荷の書き込み・消去を行うものと2つのタイプがある。
FN電流を用いる平板型MONOS記憶素子については、たとえば特許文献1に記載されている。特許文献1に示すように、FN電流を用いて消去するには、ゲート電極に−7[V]、基板に8[V]程度の電位を用いてFN電流を発生させ、この電流により消去動作を行う。
一方、ホットキャリアを用いて電荷の書き込み・消去を行うタイプでは、特許文献2に示されるように、ドレイン領域に4〜7[V]程度の電位を用い、ゲート電極(特許文献2中ではコントロールゲートと記載されている)に−4.5[V]程度の電位を与えることでバンド間トンネリングホットホール(Band−To−Band Tunneling Hot−Hole:以下BTBTHHとも呼称する)を発生させ、この現象に伴い発生する電流を用いて消去動作を行う。
上記したように、バンド間トンネリングホットホールを用いるタイプでは、FN電流を制御するタイプと比べ低いバイアス電圧で電荷の書き込み・消去が行えるため、EOT(Equivalent Oxide Thickness:等価酸化シリコン膜厚)をFN電流を制御するタイプのものと比べ薄く設定することができる。そのため、読み出しを行う際に流せる電流値を、FN電流を制御するタイプのものと比べ高い状態に設定でき、寄生容量等を速やかに充電できることから、高速動作に適しているという利点を有している。
BTBTHHによる消去方法は、消去できる領域がドレイン領域(ソース領域と比べ高い電圧を印加した方)近傍に制限されるため、FN電流を用いた消去動作よりも消去できる領域が狭く、特にソース領域近傍側の電荷を消去しきれないという課題がある。これは、不揮発性メモリー素子にP型のものを用い、バンド間トンネリングホットエレクトロン(Band−To−Band Tunneling Hot−Electron:BTBTHE)を用いる場合でも同様である(電位の極性は異なっている)。通常のホットキャリア書き込み動作・消去動作を行う場合には影響が小さいが、不揮発性メモリー装置がプラズマエッチング等の工程を用いて製造された直後の初期状態や、多数回書き込み動作・消去動作を行いソース領域近傍側に電荷が蓄積された場合に顕著に現れ、不揮発性メモリー素子の記憶領域のソース側に書き込みが行われた状態となる。この場合、通常の消去動作を行ってもソース領域近傍側の電荷は消去しきれず、残留するため、正常な読み出しが困難となり、不揮発性メモリー素子としての機能が阻害されてしまうという課題がある。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり以下の形態または適用例として実現することが可能である。ここで、「半導体層」とは、「半導体基板そのもの」または、「絶縁層の少なくとも一部を覆う半導体層」を指すものと定義する。また、「上」とは、半導体層からゲート電極方向に向かう、半導体層の法線方向を指すものと定義する。
[適用例1]本適用例にかかる不揮発性メモリー装置は、不揮発性メモリー素子と、前記不揮発性メモリー素子を駆動する駆動回路と、を備え、前記不揮発性メモリー素子は、半導体層と、前記半導体層の上に設けられた第1絶縁層と、前記第1絶縁層の上に設けられた電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層の上に設けられた第2絶縁層と、を含むゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に配置されたゲート電極と、を含み、前記半導体層は、N型導電型を発生させる不純物を含む、N型のソース領域と、N型導電型を発生させる不純物を含む、N型のドレイン領域と、前記ゲート絶縁層を介して前記ゲート電極下側に配置され、前記半導体層の平面視にて、前記ソース領域と前記ドレイン領域に挟まれるチャネル領域と、を含み、前記駆動回路は、前記ソース領域に、前記ドレイン領域よりも高い電位を与え、前記ゲート電極に、前記ドレイン領域の電位または前記ドレイン領域の電位よりも低く、かつ前記ソース領域の電位と前記ゲート電極との間における電位差が前記ゲート絶縁層の耐圧未満の値となる電位を与える動作と、前記ドレイン領域に、前記ソース領域よりも高い電位を与え、前記ゲート電極に、前記ソース領域の電位または前記ソース領域の電位よりも低く、かつ前記ドレイン領域の電位と前記ゲート電極との間における電位差が前記ゲート絶縁層の耐圧未満の値となる電位を与える動作と、を含むリセット動作を行うことを特徴とする。
これによれば、不揮発性メモリー素子のソース領域側とドレイン領域側の電荷蓄積層に蓄積された負電荷を、バンド間トンネリングホットホールにより相殺することが可能となる。そのため、ソース領域側とドレイン領域側の片側のみをバンド間トンネリングホットホールを用いて電荷蓄積層に蓄積された負電荷を相殺する場合と比べて広い領域に対して負電荷を相殺することが可能となり、電荷蓄積層の残留電荷の蓄積に伴う不揮発性メモリー素子の劣化を抑制することが可能となる。また、層状の半導体を絶縁層上に備えた基板を用いることで、薄膜トランジスター(TFT:Thin Film Transistor)や、SOI(Silicon On Insulator)等の用途に対しても本発明の不揮発性メモリー装置を搭載することが可能となる。
[適用例2]本適用例にかかる不揮発性メモリー装置は、不揮発性メモリー素子と、前記不揮発性メモリー素子を駆動する駆動回路と、を備え、前記不揮発性メモリー素子は、半導体層と、前記半導体層の上に設けられた第1絶縁層と、前記第1絶縁層の上に設けられた電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層の上に設けられた第2絶縁層と、を含むゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に配置されたゲート電極と、を含み、前記半導体層は、P型導電型を発生させる不純物を含む、P型のソース領域と、P型導電型を発生させる不純物を含む、P型のドレイン領域と、前記ゲート絶縁層を介して前記ゲート電極下側に配置され、前記半導体層の平面視にて、前記ソース領域と前記ドレイン領域に挟まれるチャネル領域と、を含み、前記駆動回路は、前記ソース領域に、前記ドレイン領域よりも低い電位を与え、前記ゲート電極に、前記ドレイン領域の電位または前記ドレイン領域の電位よりも高く、かつ前記ソース領域の電位と前記ゲート電極との間における電位差が前記ゲート絶縁層の耐圧未満の値となる電位を与える動作と、前記ドレイン領域に、前記ソース領域よりも低い電位を与え、前記ゲート電極に、前記ソース領域の電位または前記ソース領域の電位よりも高く、かつ前記ドレイン領域の電位と前記ゲート電極との間における電位差が前記ゲート絶縁層の耐圧未満の値となる電位を与える動作と、を含むリセット動作を行うことを特徴とする。
これによれば、不揮発性メモリー素子のソース領域側とドレイン領域側の電荷蓄積層に蓄積された正電荷を、たとえばバンド間トンネリングホットエレクトロンにより相殺し、消去することが可能となる。そのため、ソース領域側とドレイン領域側の片側のみをバンド間トンネリングホットエレクトロンを用いて電荷蓄積層に蓄積された正電荷を相殺する場合と比べて広い領域に対して正電荷を相殺することが可能となり、電荷蓄積層の残留電荷の蓄積に伴う不揮発性メモリー素子の劣化を抑制することが可能となる。また、半導体層を絶縁体上に備えた基板を用いた場合には、薄膜トランジスター(TFT:Thin Film Transistor)や、SOI(Silicon On Insulator)等の用途に対しても本発明の不揮発性メモリー装置を搭載することが可能となる。
[適用例3]上記した適用例にかかる不揮発性メモリー装置であって、前記駆動回路は、前記不揮発性メモリー装置が、予め定められた消去回数毎に、前記リセット動作を行うことを特徴とする。
上記した適用例によれば、不揮発性メモリー素子のソース領域側とドレイン領域側の電荷蓄積層に残留する残留電荷をバンド間トンネルホットキャリア(キャリアはN型であればホール、P型であればエレクトロン)により相殺し、消去することが可能となる。そのため、ソース領域側とドレイン領域側の片側のみをバンド間トンネルホットキャリアを用いて電荷蓄積層に蓄積された電荷を相殺する場合と比べて広い領域に対して電荷を相殺することが可能となり、電荷蓄積層の残留電荷の蓄積に伴う不揮発性メモリー素子の劣化を抑制することが可能となる。また、製造工程後、電荷蓄積層中にプロセスチャージが残留した状態で電気的試験を行う際に、プロセスチャージを相殺、消去することが好ましい。この場合、予め定められた消去回数として、「0」(最初)で上記した電位条件を与えることでプロセスチャージを消去することが可能となる。
[適用例4]上記した適用例にかかる不揮発性メモリー装置であって、前記駆動回路は、前記電荷蓄積層に残る残留電荷と反対極性を有する電荷を蓄える消去動作の後、前記不揮発性メモリー素子の電気的特性を検査し、残留電荷量に応じて有限回での前記電荷の再消去、再検査を行う動作を行うことを特徴とする。
上記した適用例によれば、残留電荷と反対極性を有する電荷の蓄積による消去工程に用いられる時間を、残留電荷量に対応させることができる。消去工程には100msec程度の時間が掛かるため、電気的特性を調べながら消去を行うことで、過剰な消去時間を用いることなく、短時間で消去させることが可能となる。また、不揮発性メモリー素子を再び用いる前に全て消去されていることが確認されているため、消去不十分な状態の不揮発性メモリー素子はなく、正確な書き込み動作を行わせることが可能となる。また、再消去回数を有限回に設定するため、消去不能の不良素子があった場合において、消去動作が無限ループに入ることを防ぐことができる。
[適用例5]上記した適用例にかかる不揮発性メモリー装置であって、前記ゲート電極の長さが0.5μm以下であることを特徴とする。
上記した適用例によれば、ゲート電極の長さを0.5μm以下に抑えることでソース領域側とドレイン領域側の双方からバンド間トンネリングホットキャリア(キャリアはN型であればホール、P型であればエレクトロン)を注入することで、ゲート電極下部分に位置する電荷蓄積層全域に行うことが可能となり、電荷蓄積層中の電荷をFN(Fowler−Nordheim)電流を用いて相殺する場合と比べ、低い電圧で相殺でき、かつ負電源なしで駆動回路を構成することが可能となる。FN電流を用いて相殺する場合には、−7V程度の負電源と、チャネル領域と隣接する半導体で構成される領域に+5V程度の電圧を印加する必要があるが、この適用例を用いることで、単一の電源で、かつFN電流を用いる場合と比べ低い電圧で電荷蓄積層中の電荷を相殺することが可能となる。そのため、駆動回路を構成するトランジスターの耐圧を下げることが可能となり、集積度の向上、高速動作、低消費電力化された不揮発性メモリー装置を提供することが可能となる。なお、ゲート電極の長さの下限値は、製造プロセス上の都合により定まり、加工限界の値を用いることができる。
[適用例6]上記した適用例にかかる不揮発性メモリー装置であって、前記ソース領域内で、前記半導体層の平面視にて前記ゲート電極と接触せぬ領域に位置し、かつ前記ソース領域と同一導電型を示し、前記ソース領域のシート抵抗を低減するソースコンタクト領域と、前記ドレイン領域内で、前記半導体層の平面視にて前記ゲート電極と接触せぬ領域に位置し、かつ前記ドレイン領域と同一導電型を示し、前記ドレイン領域のシート抵抗を低減するドレインコンタクト領域と、を含み、前記ソースコンタクト領域と前記ドレインコンタクト領域との間には、空乏化していない逆導電型を示す領域が挟まれていることを特徴とする。
上記した適用例によれば、ゲート電極と接触せぬ領域にドレインコンタクト領域、ソースコンタクト領域を設けることで、ソース領域またはドレイン領域の少なくとも片側に、低抵抗領域が並列に配置されるため、電気抵抗値を低減することが可能となり、読み出し動作を高速化することが可能となる。また、半導体層の平面視におけるゲート電極近傍を避けて、ドレインコンタクト領域やソースコンタクト領域が配置されるため、バンド間トンネリングホットキャリアの発生に与える影響は小さく抑えられ、5V程度の低い電圧で消去動作を行うことが可能となる。さらに、リーク電流を発生させる短チャネル効果の発生を抑制することも可能となる。
[適用例7]上記した適用例にかかる不揮発性メモリー装置であって、前記第1絶縁層および前記第2絶縁層が酸化珪素で構成され、前記電荷蓄積層が窒化珪素で構成されていることを特徴とする。
上記した適用例によれば、酸化珪素は窒化珪素と比べヤング率が低く、半導体で構成される領域に与える応力を抑えることが可能となる。加えて、酸化珪素の電気絶縁率は高く、電荷蓄積層からの電荷の流出を止めることが可能となる。また、窒化珪素は適度な中間準位を持つため、注入された電荷を効率的に蓄え、かつ放出することが可能であり、電荷量の制御を可能とするゲート絶縁層を構成できることから容易に書き込み/消去が行え、かつ保持特性に優れた不揮発性メモリー素子を構成できる。そして、この不揮発性メモリー素子を駆動する駆動回路を備えることで、電荷保持特性に優れた不揮発性メモリー装置を提供することが可能となる。
[適用例8]上記した適用例にかかる不揮発性メモリー装置であって、前記第2絶縁層は、窒化珪素で構成されていることを特徴とする。
上記した適用例によれば、電荷蓄積層と第2絶縁層とを兼ねて層を形成することが可能となり、不揮発性メモリー装置の構成要素を減らすことが可能となり、ばらつき等を低減することが可能となる。また、製造工程を短縮することができ、コスト低減を可能とする不揮発性メモリー装置を提供することが可能となる。
[適用例9]本適用例にかかる不揮発性メモリー装置の製造方法は、半導体層上に第1絶縁層と、電荷蓄積層と、第2絶縁層とを含むゲート絶縁層を形成する工程と、前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成する工程と、前記半導体層中に、前記ゲート絶縁層を介して前記ゲート電極下側に配置されるチャネル領域を前記半導体層の平面視にて挟んで、N型の導電型を発生させる不純物を含むソース領域とドレイン領域を形成する工程と、を含む不揮発性メモリー素子を備えた不揮発性メモリー装置の製造方法であって、前記ソース領域に、前記ドレイン領域よりも高い電位を与え、前記ゲート電極に、前記ドレイン領域の電位または前記ドレイン領域の電位よりも低く、かつ前記ソース領域の電位と前記ゲート電極との間における電位差が前記ゲート絶縁層の耐圧未満の値となる電位を与える動作と、前記ドレイン領域に、前記ソース領域よりも高い電位を与え、前記ゲート電極に、前記ソース領域の電位または前記ソース領域の電位よりも低く、かつ前記ドレイン領域の電位と前記ゲート電極との間における電位差が前記ゲート絶縁層の耐圧未満の値となる電位を与える動作と、を順不同で行う駆動回路を形成する工程をさらに含み、前記不揮発性メモリー装置に電圧印加が可能となった工程において、または当該工程よりも後の工程で、前記駆動回路を用いて前記不揮発性メモリー素子の前記ソース領域側に前記ドレイン領域側よりも高い電位を与え、前記ゲート電極に前記ソース領域の電位よりも低い電位を与える工程と、前記ドレイン領域に前記ソース領域よりも高い電位を与え、前記ドレイン領域の電位よりも低い電位を与える工程とを順不同で行うリセット工程と、を行うことを特徴とする。
これによれば、製造工程中に副次的に注入された電荷蓄積領域中の電荷を消去した状態で不揮発性メモリー装置を提供しうる製造方法を提供することができる。また、ソース領域とドレイン領域との両側から正電荷を蓄積する工程を有しているため、より広い範囲で製造工程中に副次的に注入された電荷を消去することが可能となる。
[適用例10]本適用例にかかる不揮発性メモリー装置の製造方法は、半導体層上に第1絶縁層と、電荷蓄積層と、第2絶縁層とを含むゲート絶縁層を形成する工程と、前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成する工程と、前記半導体層中に、前記ゲート絶縁層を介して前記ゲート電極下側に配置されるチャネル領域を前記半導体層の平面視にて挟んで、P型の導電型を発生させる不純物を含むソース領域とドレイン領域を形成する工程と、を含む不揮発性メモリー素子を備えた不揮発性メモリー装置の製造方法であって、前記ソース領域に、前記ドレイン領域よりも低い電位を与え、前記ゲート電極に、前記ドレイン領域の電位または前記ドレイン領域の電位よりも高く、かつ前記ソース領域の電位と前記ゲート電極との間における電位差が前記ゲート絶縁層の耐圧未満の値となる電位を与える動作と、前記ドレイン領域に、前記ソース領域よりも低い電位を与え、前記ゲート電極に、前記ソース領域の電位または前記ソース領域の電位よりも高く、かつ前記ドレイン領域の電位と前記ゲート電極との間における電位差が前記ゲート絶縁層の耐圧未満の値となる電位を与える動作と、を順不同で行う駆動回路を形成する工程をさらに含み、前記不揮発性メモリー装置に電圧印加が可能となった工程において、または当該工程よりも後の工程で、前記駆動回路を用いて前記不揮発性メモリー素子の前記ソース領域側に前記ドレイン領域側よりも低い電位を与え、前記ゲート電極に前記ソース領域の電位よりも高い電位を与える工程と、前記ドレイン領域に前記ソース領域よりも低い電位を与え、前記ドレイン領域の電位よりも高い電位を与える工程とを順不同で行うリセット工程と、を行うことを特徴とする。
これによれば、製造工程中に副次的に注入された電荷蓄積領域中の電荷を消去した状態で不揮発性メモリー装置を提供しうる製造方法を提供することができる。また、ソース領域とドレイン領域との両側から負電荷を蓄積する工程を有しているため、より広い範囲で製造工程中に副次的に注入された電荷を消去することが可能となる。
[適用例11]上記した適用例にかかる不揮発性メモリー装置の製造方法であって、前記リセット工程後に、前記不揮発性メモリー素子の電気的特性を検査し、残留電荷量に応じて有限回の再消去、再検査を行う動作を行うことを特徴とする。
上記した適用例によれば、残留電荷量に応じて、消去工程に用いられる時間を定めることができる。消去工程には100msec程度の時間が掛かるため、適切な量の消去を行うことで、過剰な消去時間を用いることなく、高速で消去させることが可能となる。また、消去後の状態を確認した後、再び用いられるため確実に消去が行われているので、消去不十分な状態の不揮発性メモリー素子をなくすことができ、正確な書き込み動作を行える不揮発性メモリー装置の製造方法の提供が可能となる。また、再消去回数を有限回に設定してるため、不良素子が含まれる際に消去動作が無限ループに入ることを防ぐことができる。
以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。
(第1の実施形態:不揮発性メモリー装置の構成)
(第1の実施形態:不揮発性メモリー装置の構成)
以下、本実施形態にかかる不揮発性メモリー装置を構成する不揮発性メモリー素子の構造について図面を用いて説明する。図1は、不揮発性メモリー素子の断面図である。不揮発性メモリー素子1は、半導体層としての基板200、浅溝絶縁(Shallow Trench Isolation:以下STIと記載する)領域201、ドレインコンタクト領域202D、ソースコンタクト領域202S、ドレイン領域203D、ソース領域203S、ゲート絶縁層204、空乏抑制領域205、ポリシリコンを用いたゲート電極206、サイドウォール207、チャネル領域208と、を含む。ゲート絶縁層204は、酸化珪素を用いた第1絶縁層204A、窒化珪素を用いた電荷蓄積層204B、酸化珪素を用いた第2絶縁層204Cを含む。
基板200は、たとえば単結晶珪素基板を用いることが好適である。また、ドレインコンタクト領域202Dとソースコンタクト領域202Sとの間に空乏化していない領域を残せるよう、P型を形成する不純物が添加されていることが好ましい。基板200は、上記した要素を支えるためのものとして機能している。
STI領域201は、隣接する素子と電気的に分離する(素子分離)機能を有している。STI領域201を用いて素子分離を行うことで、LOCOS領域やセミリセスLOCOS領域を用いる場合と比べ、素子分離領域を狭くできるため、高集積化に適した素子分離を行うことが可能となる。
ドレインコンタクト領域202D、ソースコンタクト領域202Sは、後述するドレイン領域203D、ソース領域203Sの接合位置を浅くすることで生じる電気抵抗の上昇を抑制するために設けられている。ドレインコンタクト領域202D、ソースコンタクト領域202Sは、基板200での平面視にて、ゲート電極206と接触せぬ領域に形成されている。本実施形態では、ドレインコンタクト領域202D、ソースコンタクト領域202Sは、ドレイン領域203D、ソース領域203Sよりも深い接合位置を有している。この場合、電流が流れる領域を深さ方向に大きく(広く)することが可能となる。電流が流れる領域が広くなることで電気的な抵抗が低くなる。このようにドレイン領域203D、ソース領域203Sと並列にドレインコンタクト領域202D、ソースコンタクト領域202Sを配置することで、ドレイン領域203D、ソース領域203Sに少ない電圧降下で電位を供給することが可能となる。
ゲート絶縁層204は、酸化珪素を用いた第1絶縁層204A、窒化珪素を用いた電荷蓄積層204B、酸化珪素を用いた第2絶縁層204Cにより構成されている。第1絶縁層204Aは電荷蓄積層204Bから半導体で構成される領域への電荷の流出を抑える機能と、窒化珪素よりも低いヤング率を有することから窒化珪素を用いた電荷蓄積層204Bと基板200との間に生じる応力を緩和する機能を有している。電荷蓄積層204Bは、適度な中間準位を持つことから、注入された電荷を効率的に蓄え、かつ放出することを可能としている。第2絶縁層204Cは、電荷蓄積層204Bの電荷が上側に逃げることを防止する機能を有している。
空乏抑制領域205は、ドレインコンタクト領域202D、ソースコンタクト領域202Sによるパンチスルーや、ドレイン領域203D、ソース領域203Sによるパンチスルーを防止すべく配置されている。ゲート電極206は、ゲート電極206に加えられた電位に基づき基板200表面に位置するチャネル領域208にキャリアを誘起・排除する機能を有している。本実施形態では、ゲート電極206の長さ(チャネル領域208中で電流が流れる方向と平行な方向)は0.35μmとしている。ゲート電極206の長さについては特に制限はないが、0.5μm程度以下であれば、電荷蓄積層204B内部の蓄積電荷を放出させることができるため好適である。ゲート電極206の長さの最小値は、ゲート電極206を形成するための工程における限界までの値をとることができる。サイドウォール207はドレインコンタクト領域202D、ソースコンタクト領域202Sをイオン注入法により形成する場合に、ドレイン領域203D、ソース領域203Sとオフセットを形成するマスクとして機能する。
次に、不揮発性メモリー素子1の動作について説明する。不揮発性メモリー装置が備える不揮発性メモリー素子1を駆動する駆動回路(図5参照:たとえばドレインコンタクト領域202Dはソース線コントローラー、ソースコンタクト領域202Sはビット線コントローラー、ゲート電極206はワード線コントローラーにより電位が設定される)を用いて、ゲート電極206を0[V]、ソースコンタクト領域202Sを介してソース領域203Sを0[V]、ドレインコンタクト領域202Dを介してドレイン領域203Dにたとえば5[V]を印加する(ドレイン領域203Dに、ソース領域203Sよりも高い電位を与え、ゲート電極206に、ソース領域203Sの電位を与える)と、バンド間トンネリングホットホールによりD_ER領域にある電荷蓄積層204B中の電荷は消去される。続けて、ゲート電極206を0[V]に保持した状態で、ソースコンタクト領域202Sを介してソース領域203Sをたとえば5[V]、ドレインコンタクト領域202Dを介してドレイン領域203Dにたとえば0[V]を印加する(ソース領域203Sに、ドレイン領域203Dよりも高い電位を与え、ゲート電極206に、ドレイン領域203Dの電位を与える)と、バンド間トンネリングホットホールによりS_ER領域にある電荷蓄積層204B中の電荷は消去される。ここで、この工程を行うことで、電荷蓄積層204B中のD_ER領域(S_ER領域と一部オーバーラップするドレイン領域203D側)の電荷とS_ER領域(D_ER領域と一部オーバーラップするソース領域203S側)の電荷の両方を消去するリセット動作が可能となり、改めて書き込み動作を行わせることが可能となる。ここで、ゲート電極206の電位を0[V]とした場合について説明したが、これは、ドレイン領域203Dまたはソース領域203Sの高いほうの電位とゲート電極206の電位差がゲート絶縁層204との耐圧未満となるよう、ゲート電極206の電位として負電位を印加しても良い。
また、リセット動作を行った後、ベリファイ動作を行い、リセット動作が不十分な場合(たとえば所定の値以上の電荷が検出されたとき)には、再度リセット動作を行っても良く、ベリファイ動作を行う場合は、リセット動作が正常に行われていることを確認できるため、確実なリセット動作を行うことが可能となる。また、リセット動作回数(上記したD_ER領域の消去とS_ER領域の消去とで一回と数える)の消去との上限を定めておくことも好適であり、不良不揮発性メモリー素子が含まれている場合等に、リセット動作が無限ループに入るリスクをなくすことができる。
なお、本実施形態では、N型の不揮発性メモリー素子の構造について説明したが、これはP型の不揮発性メモリー素子に対しても容易に応用可能である。この場合、砒素を不純物として用いた領域については硼素を用い、硼素を用いた領域については砒素または燐を用いることで対応可能である。この場合、原子量の違いを考慮して、硼素を用いる場合には、イオン注入を行う場合に加速エネルギーを11/75倍(質量比)にし、砒素を用いる場合には逆に75/11倍にすることで対応可能である。デカボラン、弗化硼素等を用いる場合には、これらの分子量に対応した加速エネルギーを用いることで対応可能である。なお、硼素の熱拡散係数は砒素よりも大きいことから、イオン注入後に行われるアニール条件によっては、この熱拡散係数差を補正するようイオン注入の加速エネルギーを調整することも好適である。
(変形例:第1の実施形態)
(変形例:第1の実施形態)
第1の実施形態では、図1に示すように第2絶縁層204Cに酸化珪素を用いた例について説明したが、これは窒化珪素を用いても良い。この場合、電荷蓄積層と第2絶縁層とを兼ねて層を形成することが可能となり、不揮発性メモリー装置の構成要素を減らすことが可能となる。そのため、ばらつき等を低減することが可能となる。また、製造工程を短縮することができ、コスト低減を可能とする不揮発性メモリー装置を提供することが可能となる。
また、第1の実施形態では、半導体層として基板そのものを用いた場合について説明したが、これは基板そのものを半導体層として用いる場合に代えて、絶縁層の少なくとも一部を覆う半導体層として単結晶珪素層を配置した、SOI(Silicon On Insulator)基板を用いることも好適である。この場合には、前述したSTI領域を形成せずに、素子分離を行うことができる。図2は、SOI基板を用いた場合の不揮発性メモリー素子MC10_SOIを示す構造の断面図である。素子分離は、半導体層300を島状に切り離すことで実現している。
珪素層301A上に酸化珪素層301Bを備えた基板301上には、単結晶珪素層を用いた半導体層300が配置されている。そして、ドレイン領域203D、ソース領域203S、ドレインコンタクト領域202D、ソースコンタクト領域202Sは、半導体層300の厚み以下の深さで形成されている。この場合、ドレインコンタクト領域202D、ソースコンタクト領域202Sと深さ方向に対して容量を形成する導体や半導体がないため、寄生容量を低減することが可能となり、消費電力の低減や、より高速での動作が可能となる。他の構成は第1の実施形態に順ずるものとする。
また、半導体層として単結晶珪素層に限らず、多結晶珪素層を用いることも可能である。図3は、ガラス基板401上に配置された多結晶珪素層を用いた半導体層400を用いて不揮発性メモリー素子MC10_POLYを形成した場合の断面図である。多結晶珪素層の移動度は、単結晶珪素層の移動度より若干低いが、十分にホットキャリアを発生させることが可能である。この場合、アモルファス珪素層を多結晶珪素層に改質するレーザーアニールが行える層厚が厚さの上限となり、たとえば100nm程度の値が上限となる。そのため、前述したSOI基板を用いる場合と同様、ドレインコンタクト領域202D、ソースコンタクト領域202S、ドレイン領域203D、ソース領域203Sは半導体層400の厚み以下の深さで形成される。なお、この層厚の上限は、ガラス基板401に代えてさらに耐熱性が高い石英や、セラミックス等を基板として用い、多結晶珪素層を直接積層して得られる厚い半導体層を用いる場合には制限要因から外れる。
この場合においても、ドレインコンタクト領域202D、ソースコンタクト領域202Sと深さ方向に対して容量を形成する導体や半導体がないため、寄生容量を低減することが可能となり、消費電力の低減や、より高速での動作が可能となる。加えて、多結晶珪素層を用いた半導体層400は単結晶珪素基板を用いる場合と比べ、より大面積の基板を用いることが可能となるため、多数の不揮発性メモリー装置を一枚の基板から取ることが可能となり、コスト的にも有利な不揮発性メモリー装置が得られる。
(第2の実施形態:不揮発性メモリー装置の製造方法)
(第2の実施形態:不揮発性メモリー装置の製造方法)
以下、本実施形態にかかる不揮発性メモリー装置を構成する不揮発性メモリー素子の製造方法について図面を用いて説明する。図4(a)〜(c)は、本実施形態にかかる製造工程を説明するための工程断面図である。なお、ここでは不揮発性メモリー素子1を形成するための工程に焦点をあて、他の工程については省略して記載している。また、本実施形態では単結晶珪素基板を用いた場合の製造方法について説明しているが、素子分離工程の変更や、アモルファス珪素層を多結晶珪素層に改質する工程の追加により、単結晶の半導体層を有するSOI基板や、ガラス基板上に配置された半導体層としての多結晶珪素層を含む構造体に対しても応用可能である。
まず、工程1として、基板200に素子分離領域となるSTI領域201を形成する。具体的には、基板200にフォトリソグラフ・エッチング工程により270nm程度の溝を形成し、酸化珪素を化学気相堆積(Chemical Vapor Deposition:CVD)法により積層することで溝を充填した後、化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)法により平坦化することで形成している。続けてウェル形成、閾値調整用の不純物導入等を行う。ここまでの工程を終了した断面構造を図4(a)に示す。
次に、工程2として、酸化珪素を用いた第1絶縁層204A、窒化珪素を用いた電荷蓄積層204B、酸化珪素を用いた第2絶縁層204Cを形成する。第1絶縁層204Aは3nm程度の厚さとなるよう熱酸化法を用いて形成する。次に、電荷蓄積層204Bとして窒化珪素層を5nm程度の厚さとなるよう、CVD法を用いて堆積する。続けて、第2絶縁層204Cとして酸化珪素層を5nm程度の厚さとなるようCVD法を用いて堆積する。ここで、第2絶縁層204Cは酸化珪素に代えて、窒化珪素層を用いても良く、この場合には電荷蓄積層204Bの層厚を厚くし、たとえば10nm程度に積層して形成することが好適であり、製造工程を短縮することが可能となる。続けて、ゲート電極206を構成する物質となるポリシリコン層を堆積する。ここで、ポリシリコン層に不純物を予め導入しても良く、不純物ガスとしてたとえばホスフィンを混入させてCVD法で層形成したり、ポリシリコン層形成後にイオン注入を行って不純物を導入しても良い。また、後述するイオン注入工程でポリシリコン層に不純物を導入しても良く、この場合PMOSとNMOSでゲート電極の仕事関数を変える、所謂異極ゲート構造を得ることが可能となる。次に、フォトリソグラフ・エッチング工程によりゲート電極206を形成する。エッチング工程は、主としてプラズマエッチング等が用いられる。ここまでの工程を終了した断面構造を図4(b)に示す。なお、ポリシリコン層に代えてタンタルや、モリブデン、チタン、タングステン、銅等の金属や、これらの合金、多層構造を用いてゲート電極206を形成しても良い。金属としてはその他のものとして遷移金属一般を用いることが可能であるが、イオン注入(プラズマイオン注入法を含む)等により導入された不純物を活性化させる900℃程度のアニール温度に耐える金属であることがより好ましい。
次に、工程3として、ドレイン領域203D、ソース領域203Sを形成する。具体的には、ゲート電極206をマスクとして砒素を5KeV程度の加速エネルギーを用いてイオン注入することで形成される。ドーズ量としては、1×1015cm-2〜4×1015cm-2程度の値を用いることができる。次に、ゲート電極206をマスクとして、硼素を10°〜30°程度の角度に斜め方向から入射させてイオン注入することで空乏抑制領域205を形成する。空乏抑制領域205を形成することで、ドレイン領域203D、ソース領域203Sの間に生じるパンチスルー現象を効果的に抑制することが可能となる。続けて、サイドウォール207を形成する。具体的には酸化珪素や窒化珪素を130nm程度プラズマCVD法等を用いて等方性に堆積し、次に異方性エッチングを行うことでゲート電極206の側面に酸化珪素や窒化珪素を残して形成する。ここまでの工程を終了した断面構造を図4(c)に示す。ここで、ドレイン領域203D、ソース領域203Sに挟まれたゲート電極206直下の領域はチャネル領域208として機能する。
次に、工程4として、ドレインコンタクト領域202D、ソースコンタクト領域202Sを形成する。具体的には、ゲート電極206とサイドウォール207とをマスクとして、砒素を加速エネルギー25KeV、ドーズ量1×1015cm-2〜4×1015cm-2程度の条件でイオン注入を行う。サイドウォール207をマスクとして用いることで、ドレインコンタクト領域202D、ソースコンタクト領域202Sはゲート電極206からサイドウォール207の幅分離して、ドレイン領域203D、ソース領域203Sを形成することができ、平面視にて、ゲート電極206端部に位置するドレイン領域203D、ソース領域203Sの接合深さを深くすることなく電気抵抗を低減することが可能となる。ここまでの工程を行うことで、図1に示す不揮発性メモリー素子1の構造が形成される。その後、図示せぬパッシベーション層や金属配線等を形成して、不揮発性メモリー装置を形成することができる。
ここで、第1絶縁層204A、窒化珪素を用いた電荷蓄積層204B、酸化珪素を用いた第2絶縁層204Cを形成する工程以降にも、プラズマエッチングやプラズマCVD処理が行われるため、電荷蓄積層204B中には、電荷が書き込まれた状態となっている。そこで、プローバー等を介して不揮発性メモリー装置のチェックを行うべく、電源電圧を印加した最初の状態で、第1の実施形態の図1に示した操作を行うことで、電荷蓄積層204B中の電荷を全て消去することが可能となり、書き込み可能な状態とするリセット動作が行える。なお、出荷前であればリセット動作は、電源電圧を印加した最初の状態以降に行っても良い。
なお、本実施形態では、N型の不揮発性メモリー素子を形成する工程について説明したが、これはP型の不揮発性メモリー素子を形成する工程に容易に変換することができる。即ち、砒素のイオン注入に代えて、硼素イオン、または硼素を含むイオンを注入すれば良い。その際、イオン注入に用いる加速エネルギーを砒素との質量比分だけ低下させることでほぼ同じ構成を持つP型の不揮発性メモリー素子が得られる。ここで、硼素の熱拡散係数は砒素に比べ大きいので、イオン注入処理後の熱処理条件によっては、加速エネルギーを質量比よりも小さくすることが好適な場合がある。また、リセット動作を行った後、ベリファイ動作を行い、リセット動作が不十分な場合には、再度リセット動作を行っても良く、この場合には、リセット動作が正常に行われていることを確認できるため、確実なリセット動作を行うことが可能となる。また、リセット動作回数の上限を定めておくことも好適であり、不良不揮発性メモリー素子が含まれている場合等に、リセット動作が無限ループに入るリスクをなくすことができる。
(第3の実施形態:不揮発性メモリー装置の構成)
(第3の実施形態:不揮発性メモリー装置の構成)
以下、本実施形態にかかる不揮発性メモリー装置を構成する不揮発性メモリー素子の構造について図面を用いて説明する。図5は、不揮発性メモリー素子MC00、MC01、MC10、MC11を4つ並べた不揮発性メモリー装置100の配線図である。不揮発性メモリー素子MC00、MC01、MC10、MC11は各々図1の断面形状を有している。ここでは動作説明を行うために、4つの素子を並べた例について説明しているが、実際には多数の素子を一つのブロックとして備えている。そして、不揮発性メモリー素子MC00のドレイン領域としてのドレインD00は、ソース線SL0に接続され、ソース領域としてのソースS00はビット線BL0に接続され、ゲート電極としてのゲートG00はワード線WL1に接続されている。また、不揮発性メモリー素子MC01のドレイン領域としてのドレインD01は、ソース線SL0に接続され、ソース領域としてのソースS01はビット線BL1に接続され、ゲート電極としてのゲートG01はワード線WL1に接続されている。また、不揮発性メモリー素子MC10のドレイン領域としてのドレインD10は、ソース線SL1に接続され、ソース領域としてのソースS10はビット線BL0に接続され、ゲート電極としてのゲートG10はワード線WL0に接続されている。また、不揮発性メモリー素子MC11のドレイン領域としてのドレインD11は、ソース線SL1に接続され、ソース領域としてのソースS11はビット線BL1に接続され、ゲート電極としてのゲートG11はワード線WL0に接続されている。
そして、ソース線SL0,SL1の電位は駆動回路としてのソース線コントローラーで制御され、ビット線BL0,BL1の電位は駆動回路としてのビット線コントローラーで制御され、ワード線WL0,WL1の電位は駆動回路としてのワード線コントローラーによって制御される。そして、ソース線コントローラー、ビット線コントローラー、ワード線コントローラーが行った各ブロック毎の消去回数は消去回数カウンターを含む駆動回路としてのリセット制御部により記憶される。
不揮発性メモリー装置100が製造されて、最初に電源が供給された場合には、リセット制御部からリセット要求出力がソース線コントローラー、ビット線コントローラー、ワード線コントローラーに出力される。リセット要求を受け取ったソース線コントローラー、ビット線コントローラー、ワード線コントローラーは、まず、ソース線SL0の電位を5[V]、ソース線SL1の電位を5[V]、ビット線BL0の電位を0[V]、ビット線BL1の電位を0[V]、ワード線WL0の電位を0[V]、ワード線WL1の電位を0[V]に設定する。
不揮発性メモリー素子MC00には、ドレインD00に5[V]、ゲートG00に0[V]、ソースS00に0[V]の電位が与えられる。そのため、ドレインD00とゲートG00との間に与えられた電位差によりバンド間トンネリングホットホール(BTBTHH)によりドレインD00側の電荷は消去される。同様に、不揮発性メモリー素子MC01には、ドレインD01に5[V]、ゲートG01に0[V]、ソースS01に0[V]の電位が与えられているため、ドレインD01側の電荷は消去される。また、不揮発性メモリー素子MC10には、ドレインD10に5[V]、ゲートG10に0[V]、ソースS10に0[V]の電位が与えられているため、ドレインD10側の電荷は消去される。また、不揮発性メモリー素子MC11には、ドレインD11に5[V]、ゲートG11に0[V]、ソースS11に0[V]の電位が与えられているため、ドレインD11側の電荷は消去される。
次に、ソース線SL0の電位を0[V]、ソース線SL1の電位を0[V]、ビット線BL0の電位を5[V]、ビット線BL1の電位を5[V]、ワード線WL0の電位を0[V]、ワード線WL1の電位を0[V]に設定する。
不揮発性メモリー素子MC00には、ドレインD00に0[V]、ゲートG00に0[V]、ソースS00に5[V]の電位が与えられる。そのため、ソースS00とゲートG00との間に与えられた電位差によりバンド間トンネリングホットホール(BTBTHH)によりソースS00側の電荷は消去される。同様に、不揮発性メモリー素子MC01には、ドレインD01に0[V]、ゲートG01に0[V]、ソースS01に5[V]の電位が与えられているため、ソースS01側の電荷は消去される。また、不揮発性メモリー素子MC10には、ドレインD10に0[V]、ゲートG10に0[V]、ソースS10に5[V]の電位が与えられているため、ソースS10側の電荷は消去される。また、不揮発性メモリー素子MC11には、ドレインD11に0[V]、ゲートG11に0[V]、ソースS11に5[V]の電位が与えられているため、ソースS11側の電荷は消去される。
以上の工程を行うことで、不揮発性メモリー素子MC00、MC01、MC10、MC11の電荷蓄積層204B(図1参照)の電荷を消去するリセット動作が行える。リセット動作は、初期リセット動作を含めて予め定めた回数の消去を行った後(たとえば数10回の消去を行った後に行うようROMに書き込んでおく)行うようにしても良い。また、累積消去回数が増えた場合に、順次短い期間でリセット動作を行うようにしても良い。この場合、不揮発性メモリー素子MC00、MC01、MC10、MC11の劣化を補償することが可能となる。また、消去動作を行った後、ベリファイ動作を行い、十分な消去が行えていない場合にリセット動作を行うようにしても良い。この場合、100msec程度という長い時間を必要とするリセット動作を、必要な場合にのみ行わせることが可能となる。
また、リセット動作を行った後、ベリファイ動作を行い、リセット動作が不十分な場合には、再度リセット動作を行っても良く、この場合には、リセット動作が正常に行われていることを確認できるため、確実なリセット動作を行うことが可能となる。また、リセット動作回数の上限を定めておくことも好適であり、不良不揮発性メモリー素子が含まれている場合等に、リセット動作が無限ループに入るリスクをなくすことができる。
ここで、本実施形態では不揮発性メモリー素子MC00〜不揮発性メモリー素子MC11にN型の不揮発性メモリー素子を用いた例について説明したが、これはP型の不揮発性メモリー素子に対しても容易に応用可能である。この場合、電位の絶対値を変えずに、符号のみを変えることで対応可能である。また、インパクトイオン化係数がホールとエレクトロンで異なることから、インパクトイオン化係数の差分を補正するよう印加電位を変えることも好適である。
MC00…不揮発性メモリー素子、MC01…不揮発性メモリー素子、MC10…不揮発性メモリー素子、MC11…不揮発性メモリー素子、MC10_SOI…不揮発性メモリー素子、MC10_POLY…不揮発性メモリー素子、SL0…ソース線、SL1…ソース線、WL0…ワード線、WL1…ワード線、BL0…ビット線、BL1…ビット線、G00…ゲート電極としてのゲート、G01…ゲート電極としてのゲート、G10…ゲート電極としてのゲート、G11…ゲート電極としてのゲート、S00…ソース領域としてのソース、S01…ソース領域としてのソース、S10…ソース領域としてのソース、S11…ソース領域としてのソース、D00…ドレイン領域としてのドレイン、D01…ドレイン領域としてのドレイン、D10…ドレイン領域としてのドレイン、D11…ドレイン領域としてのドレイン、100…不揮発性メモリー装置、200…基板、201…STI領域、202D…ドレインコンタクト領域、202S…ソースコンタクト領域、203D…ドレイン領域、203S…ソース領域、204…ゲート絶縁層、204A…第1絶縁層、204B…電荷蓄積層、204C…第2絶縁層、205…空乏抑制領域、206…ゲート電極、207…サイドウォール、208…チャネル領域、300…半導体層、301…基板、301A…珪素層、301B…酸化珪素層、400…半導体層、401…ガラス基板。
Claims (11)
- 不揮発性メモリー素子と、前記不揮発性メモリー素子を駆動する駆動回路と、を備え、
前記不揮発性メモリー素子は、
半導体層と、
前記半導体層の上に設けられた第1絶縁層と、前記第1絶縁層の上に設けられた電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層の上に設けられた第2絶縁層と、を含むゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に配置されたゲート電極と、を含み、
前記半導体層は、
N型導電型を発生させる不純物を含む、N型のソース領域と、
N型導電型を発生させる不純物を含む、N型のドレイン領域と、
前記ゲート絶縁層を介して前記ゲート電極下側に配置され、前記半導体層の平面視にて、前記ソース領域と前記ドレイン領域に挟まれるチャネル領域と、を含み、
前記駆動回路は、
前記ソース領域に、前記ドレイン領域よりも高い電位を与え、前記ゲート電極に、前記ドレイン領域の電位または前記ドレイン領域の電位よりも低く、かつ前記ソース領域の電位と前記ゲート電極との間における電位差が前記ゲート絶縁層の耐圧未満の値となる電位を与える動作と、
前記ドレイン領域に、前記ソース領域よりも高い電位を与え、前記ゲート電極に、前記ソース領域の電位または前記ソース領域の電位よりも低く、かつ前記ドレイン領域の電位と前記ゲート電極との間における電位差が前記ゲート絶縁層の耐圧未満の値となる電位を与える動作と、
を含むリセット動作を行うことを特徴とする不揮発性メモリー装置。 - 不揮発性メモリー素子と、前記不揮発性メモリー素子を駆動する駆動回路と、を備え、
前記不揮発性メモリー素子は、
半導体層と、
前記半導体層の上に設けられた第1絶縁層と、前記第1絶縁層の上に設けられた電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層の上に設けられた第2絶縁層と、を含むゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に配置されたゲート電極と、を含み、
前記半導体層は、
P型導電型を発生させる不純物を含む、P型のソース領域と、
P型導電型を発生させる不純物を含む、P型のドレイン領域と、
前記ゲート絶縁層を介して前記ゲート電極下側に配置され、前記半導体層の平面視にて、前記ソース領域と前記ドレイン領域に挟まれるチャネル領域と、を含み、
前記駆動回路は、
前記ソース領域に、前記ドレイン領域よりも低い電位を与え、前記ゲート電極に、前記ドレイン領域の電位または前記ドレイン領域の電位よりも高く、かつ前記ソース領域の電位と前記ゲート電極との間における電位差が前記ゲート絶縁層の耐圧未満の値となる電位を与える動作と、
前記ドレイン領域に、前記ソース領域よりも低い電位を与え、前記ゲート電極に、前記ソース領域の電位または前記ソース領域の電位よりも高く、かつ前記ドレイン領域の電位と前記ゲート電極との間における電位差が前記ゲート絶縁層の耐圧未満の値となる電位を与える動作と、
を含むリセット動作を行うことを特徴とする不揮発性メモリー装置。 - 請求項1または2に記載の不揮発性メモリー装置であって、
前記駆動回路は、前記不揮発性メモリー装置が、予め定められた消去回数毎に、前記リセット動作を行うことを特徴とする不揮発性メモリー装置。 - 請求項3に記載の不揮発性メモリー装置であって、
前記駆動回路は、前記電荷蓄積層に残る残留電荷と反対極性を有する電荷を蓄える消去動作の後、前記不揮発性メモリー素子の電気的特性を検査し、残留電荷量に応じて有限回での前記電荷の再消去、再検査を行う動作を行うことを特徴とする不揮発性メモリー装置。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の不揮発性メモリー装置であって、前記ゲート電極の長さが0.5μm以下であることを特徴とする不揮発性メモリー装置。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載の不揮発性メモリー装置であって、前記ソース領域内で、前記半導体層の平面視にて前記ゲート電極と接触せぬ領域に位置し、かつ前記ソース領域と同一導電型を示し、前記ソース領域のシート抵抗を低減するソースコンタクト領域と、
前記ドレイン領域内で、前記半導体層の平面視にて前記ゲート電極と接触せぬ領域に位置し、かつ前記ドレイン領域と同一導電型を示し、前記ドレイン領域のシート抵抗を低減するドレインコンタクト領域と、を含み、
前記ソースコンタクト領域と前記ドレインコンタクト領域との間には、空乏化していない逆導電型を示す領域が挟まれていることを特徴とする不揮発性メモリー装置。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載の不揮発性メモリー装置であって、前記第1絶縁層および前記第2絶縁層が酸化珪素で構成され、前記電荷蓄積層が窒化珪素で構成されていることを特徴とする不揮発性メモリー装置。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の不揮発性メモリー装置であって、前記第2絶縁層は、窒化珪素で構成されていることを特徴とする不揮発性メモリー装置。
- 半導体層上に第1絶縁層と、電荷蓄積層と、第2絶縁層とを含むゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層中に、前記ゲート絶縁層を介して前記ゲート電極下側に配置されるチャネル領域を前記半導体層の平面視にて挟んで、N型の導電型を発生させる不純物を含むソース領域とドレイン領域を形成する工程と、
を含む不揮発性メモリー素子を備えた不揮発性メモリー装置の製造方法であって、
前記ソース領域に、前記ドレイン領域よりも高い電位を与え、前記ゲート電極に、前記ドレイン領域の電位または前記ドレイン領域の電位よりも低く、かつ前記ソース領域の電位と前記ゲート電極との間における電位差が前記ゲート絶縁層の耐圧未満の値となる電位を与える動作と、
前記ドレイン領域に、前記ソース領域よりも高い電位を与え、前記ゲート電極に、前記ソース領域の電位または前記ソース領域の電位よりも低く、かつ前記ドレイン領域の電位と前記ゲート電極との間における電位差が前記ゲート絶縁層の耐圧未満の値となる電位を与える動作と、
を順不同で行う駆動回路を形成する工程をさらに含み、
前記不揮発性メモリー装置に電圧印加が可能となった工程において、または当該工程よりも後の工程で、前記駆動回路を用いて前記不揮発性メモリー素子の前記ソース領域側に前記ドレイン領域側よりも高い電位を与え、前記ゲート電極に前記ソース領域の電位よりも低い電位を与える工程と、前記ドレイン領域に前記ソース領域よりも高い電位を与え、前記ドレイン領域の電位よりも低い電位を与える工程とを順不同で行うリセット工程と、を行うことを特徴とする不揮発性メモリー装置の製造方法。 - 半導体層上に第1絶縁層と、電荷蓄積層と、第2絶縁層とを含むゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層中に、前記ゲート絶縁層を介して前記ゲート電極下側に配置されるチャネル領域を前記半導体層の平面視にて挟んで、P型の導電型を発生させる不純物を含むソース領域とドレイン領域を形成する工程と、
を含む不揮発性メモリー素子を備えた不揮発性メモリー装置の製造方法であって、
前記ソース領域に、前記ドレイン領域よりも低い電位を与え、前記ゲート電極に、前記ドレイン領域の電位または前記ドレイン領域の電位よりも高く、かつ前記ソース領域の電位と前記ゲート電極との間における電位差が前記ゲート絶縁層の耐圧未満の値となる電位を与える動作と、
前記ドレイン領域に、前記ソース領域よりも低い電位を与え、前記ゲート電極に、前記ソース領域の電位または前記ソース領域の電位よりも高く、かつ前記ドレイン領域の電位と前記ゲート電極との間における電位差が前記ゲート絶縁層の耐圧未満の値となる電位を与える動作と、
を順不同で行う駆動回路を形成する工程をさらに含み、
前記不揮発性メモリー装置に電圧印加が可能となった工程において、または当該工程よりも後の工程で、前記駆動回路を用いて前記不揮発性メモリー素子の前記ソース領域側に前記ドレイン領域側よりも低い電位を与え、前記ゲート電極に前記ソース領域の電位よりも高い電位を与える工程と、前記ドレイン領域に前記ソース領域よりも低い電位を与え、前記ドレイン領域の電位よりも高い電位を与える工程とを順不同で行うリセット工程と、を行うことを特徴とする不揮発性メモリー装置の製造方法。 - 請求項9または10に記載の不揮発性メモリー装置の製造方法であって、前記リセット工程後に、前記不揮発性メモリー素子の電気的特性を検査し、残留電荷量に応じて有限回の再消去、再検査を行う動作を行うことを特徴とする不揮発性メモリー装置の製造方法。
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2009
- 2009-02-05 JP JP2009024573A patent/JP2010182370A/ja not_active Withdrawn
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