JPH03132079A - 半導体不揮発性記憶装置 - Google Patents

半導体不揮発性記憶装置

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JPH03132079A
JPH03132079A JP1271304A JP27130489A JPH03132079A JP H03132079 A JPH03132079 A JP H03132079A JP 1271304 A JP1271304 A JP 1271304A JP 27130489 A JP27130489 A JP 27130489A JP H03132079 A JPH03132079 A JP H03132079A
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JP
Japan
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oxide film
gate
memory device
semiconductor
source region
Prior art date
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Pending
Application number
JP1271304A
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English (en)
Inventor
Hideaki Onishi
秀明 大西
Makoto Kojima
誠 小島
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
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Publication date
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Publication of JPH03132079A publication Critical patent/JPH03132079A/ja
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、理想的なトランジスタ特性を実現する電界効
果トランジスタからなる半導体不揮発性記憶装置に関す
るものである。
従来の技術 近年、半導体記憶装置の中において、半導体不揮発性記
憶装置はその不揮発性という特徴、すなわち電源を切っ
ても記憶を保持するという特徴のため、注目を集めてい
る。その中でも電気的書き換え可能なデバイスとしては
、F G (FlcalingGale)型とMNOS
 (Metal −Nitride −Oxide−3
emiconductor )型、およびMONO8(
Melxl −0w1de −Nitride −Ox
ide −5cm1conduclo+ )型に大別さ
れる。ここでは、番後者のMONO3型半導体不揮発性
記憶装置について述べていく。このMONO3型半導体
不揮発性記憶装置のMONO3の名称は、MelaOx
ide −Nitride −Oxide−Semic
onductorの頭文字を取ったもので、そのデバイ
スの断面構造を示しており、MOI OS (Meta
l −OxideInsulalo+ −Ox1de−
Semiconductor)構造の一種である。半導
体不揮発性記憶装置に用いられるMONOS構造トラン
ジスタは、ゲート電極(以下ゲートと記す)下の絶縁膜
として基板側から20人程度の極薄酸化膜、さらに数1
00人のナイトライド膜を用いたものであり、消去(E
vade)  ・書き込み(Write)は、ゲートと
ゲート直下の半導体部分との間に高電界を印加し、トン
ネル電流により、ナイトライド膜中のトラップにホール
または電子を蓄積し、これによりMONO3)ランジス
タのしきい値を変化させ、情報を記憶する。
第3図および第4図はN型MONO8型半導体不揮発性
記憶装置の平面図および断面図、第5図はその等価回路
図、第6図はその特性図を示し、以下その説明をする。
第3図において、N型MONO8型半導体不揮発性記憶
装置はゲート部21とその両側に形成されたドレイン領
域22、ソース領域23からなり、第4図はこの半導体
不揮発性記憶装置をゲート幅方向にA−A’線で切断し
た断面図である。第4図において、ゲート部21はポリ
シリコンゲート24とその下に酸化シリコン膜25を介
して形成された数1[1(1人の均一な膜厚のナイトラ
イド膜26と、20人程度の極薄酸化膜27により構成
されている。ただし、極薄酸化膜27の膜厚は20人程
度で均一であるが、その両端部では膜厚が徐々に厚くな
って、厚い酸化膜28になっていく遷移領域27′が存
在している。29はP形シリコン基板であり、第3図に
示したドレイン領域22とソース領域23はこのゲート
部21の両側でP形シリコン基板29上に形成されてい
る。
この第4図に示す極く通常のMONOSメモリトランジ
スタの等価回路は、第5図に示すように、20人程度の
均一な極薄酸化膜を持ったMONOSメモリトランジス
タ31と、これよりやや厚い極薄酸化膜を持ったM−O
N OSメモリトランジスタ32からなる。ここで、3
3はゲート端子、34はソース端子、35はドレイン端
子である。
このようなMONOSメモリトランジスタのErase
時(ナイトライド膜中にホールをトラップしている状態
)およびWrite時(ナイトライド膜中に電子をトラ
ップしている状態)の各々のソース−ドレイン間電流(
I Ds)とゲート電圧(Vc)のr  V6特性を第
6図に示す。Erase時には極薄酸化膜MONOSメ
モリトランジスタ31のみによって決定される特性を示
す。しかし、Lite時においては、異なる傾きの電流
特性が重なってくる。この特性を以下に説明する。MO
NOSメモリトランジスタをEraseまたはLite
の状態にするには、各々極薄酸化膜27を介してホール
または電子をトンネル電流により、ナイトライド膜26
中のトラップに捕獲させることで行う。前記トンネル電
流は、膜厚のべき乗に逆比例するため、少しでも膜厚が
厚くなると、同じ電圧でもほとんど電流が流れなくなる
。すなわち、20人程度の極薄酸化膜27を有するMO
NOSメモリトランジスタ31をE+ase /Lif
eするMONOSゲート部の電界では、たとえば40人
の極薄酸化膜に対しては、トンネル電流が2乗分の1と
なり、実際にはほとんどトンネル電流を通さないように
なり、トラップにホールもしくは電子が捕獲されなくな
る。ナイトライド膜26の膜厚を書き込み電圧+6V程
度で300人にすると、前述の極薄酸化膜厚20人の差
は、総合的な等価ゲート酸化膜厚としては表に現れない
。このため、前述の遷移領域27′のやや厚い極薄酸化
膜を有するMONOSメモリトランジスタ32は、EI
ase /While電圧をゲートに印加してもそのし
きい値電圧はほとんど変化しない。
したがって、第6図に示すように、EIase したと
きは、極薄酸化膜MONOSメモリトランジスタ31の
しきい値がA直線のように負側にシフトし、やや厚い極
薄酸化膜MONOSメモリトランジスタ32のしきい値
電圧はB直線のようにそのままのため、後者は前者に完
全に隠される。しかし、Write時は、前者がC直線
のように正側にシフトし、後者はB直線のようにそのま
まであるため、前者と後者との合成により、2段階の傾
きをもっのリーク電流のように現れる後者の特性をサイ
ドウオークと呼んでいる。
発明が解決しようとする課題 前述した従来のような構造をした半導体不揮発性記憶装
置では、前述のサイドウオーク特性がWhile側で発
生するため、これがリーク電流と同じ作用をし、好まし
いトランジスタ静特性を示さず、従来の構造を有した半
導体不揮発性記憶装置では、設計をする際の問題となっ
ていた。
本発明はかかる問題を解決するもので、前述のサイドウ
オーク特性を持たない半導体不揮発性記憶装置を提供す
ることを目的とするものである。
課題を解決するための手段 上記問題を解決するために、本発明の半導体不揮発性記
憶装置は、−導電型半導体基板上に、リング形状のゲー
ト部を設け、前記リング形状のゲート部の内側と外側を
ソース領域とドレイン領域、あるいはドレイン領域とソ
ース領域とした構造にしたものである。
作用 上記構造の半導体不揮発性記憶装置では、従来の第5図
の32に示すようなやや厚い極薄酸化膜を持つMONO
Sメモリトランジスタがないため、サイドウオーク特性
のない半導体不揮発性記憶装置を得ることが可能となる
実施例 以下本発明の一実施例について図面を用いて説明する。
第1図は本発明の一実施例のMONOSメモリトランジ
スタの平面図、第2図は断面図である。
第1図および第2図において、1はリング形状のゲート
部、2.3はこのリング形状のゲート部1の外側と内側
に設けられた、たとえばソース領域とドレイン領域であ
る。ゲート部1はP形シリコン基板10の上に、トンネ
リング媒体となる極薄酸化膜7とホールもしくは電子を
トラップするためのナイトライド膜6と酸化シリコン膜
5およびポリシリコンゲート4がそれぞれリング形状に
積層されて形成され、このリング形状層に囲まれた外側
のP形シリコン基板IQの上にソース領域2が形成され
、内側のP形シリコン基板10の上にドレイン領域3が
形成されている。厚い酸化膜8はソース領域2の外側に
残り、ゲート部1とは隔離されている。
次にこの構造を得る半導体不揮発性記憶装置の製造方法
の一例を説明する。まず、P型シリコン基板1G上に厚
い酸化膜8およびトンネリング領域となる20人程度の
均一な極薄酸化膜7を成長させた後、ナイトライド膜6
を数100人、酸化シリコン膜5を数10人、ポリシリ
コンゲート4を数4人成長させ、その後、所定の部分の
みを公知のフォトエツチング技術で開孔する。そして、
この間孔部分にリンイオンを注入しN型の拡散層を形成
し、ソース領域2とドレイン領域3を設け、リング形状
部のポリシリコンゲート部4を厚い酸化膜8と重ならな
いようにする。
なお、本実施例ではリング形状のゲート部1の外側にソ
ース領域、内側にドレイン領域3を設けたが、その逆で
もよい。
以上、NchMONOSメモリトランジスタに対する製
造方法について述べたが、Pchについても同様なこと
が言える。またMONO3構造はMO10S構造の一例
として述べており、MIOS構造になっても同様なこと
が言える。
発明の効果 以上のように、本発明の半導体不揮発性記憶装置によれ
ば、リング形状のポリシリコンゲートとやや厚い酸化膜
の遷移領域の重なりがないため、サイドウオーク特性が
なくなり、リークのない良好なTr特性が得られる。ま
た、記憶情報を読み出すのに、所定のソース−ドレイン
間電流(i os)に達するゲート電圧(しきい値)を
設定するが、従来よりも感知するIDSを小さくでき、
そのため、記憶情報を読み取る時間が従来よりも短かく
できる。また、記憶情報を読み取るのにゲートに印加す
る電圧が小さくできるため、記憶情報を次第に変化させ
てしまう影響を小さくできることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の半導体不揮発性記憶装置の
平面図、第2図は同半導体不揮発性記憶1ユ 装置の断面図、第3図P来の半導体不揮発性記憶装置の
平面図、第4図は第3図のA−A’断面図、第5図は従
来の半導体不揮発性記憶装置の等価回路図、第6図は従
来の半導体不揮発性記憶装置の5− v6特性を示した
図である。 1・・・ゲート部、2・・・ソース領域、3・・・ドレ
イ領域、4・・・ポリシリコンゲート、訃・・酸化シリ
ン膜、6・・・ナイトライド膜、7・・・極薄酸化膜、
・・・厚い酸化膜、10・・・P型シリコン基板。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、MIOS(Metal−Insulator−Ox
    ide−Semiconductor)構造もしくはM
    OIOS(Metal−Oxide−Insulato
    r−Oxide−Semiconductor)構造の
    半導体記憶装置であって、リング形状のゲート部を設け
    、前記リング形状のゲート部の内側と外側にドレイン領
    域とソース領域もしくはソース領域とドレイン領域を設
    けた半導体不揮発性記憶装置。 2、MIOS構造もしくはMOIOS構造の絶縁部分に
    ナイトライド膜を用いたことを特徴とする請求項1記載
    の半導体不揮発性記憶装置。
JP1271304A 1989-10-17 1989-10-17 半導体不揮発性記憶装置 Pending JPH03132079A (ja)

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