JPH04286164A - 半導体メモリ - Google Patents
半導体メモリInfo
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- JPH04286164A JPH04286164A JP3074720A JP7472091A JPH04286164A JP H04286164 A JPH04286164 A JP H04286164A JP 3074720 A JP3074720 A JP 3074720A JP 7472091 A JP7472091 A JP 7472091A JP H04286164 A JPH04286164 A JP H04286164A
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- gate electrode
- gisl
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Links
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Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体メモリに関し
、特に、従来と異なる動作原理に基づく半導体メモリに
関するものである。
、特に、従来と異なる動作原理に基づく半導体メモリに
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、代表的な不揮発性半導体メモリと
して、EPROM(Electrically Pro
grammable Read Only Memor
y)とEEPROM(Electrically Er
asable and Programmable R
ead Only Memory)とがある。そして、
これらのEPROMやEEPROMとしては、フローテ
ィングゲートを用いたものが代表的である。フローティ
ングゲート構造のEPROMにおいては、アバランシェ
ブレークダウンにより発生させたホットキャリアをフロ
ーティングゲートに注入し、このフローティングゲート
の電荷の蓄積状態により情報の記憶を行い、消去は紫外
線照射により行う。一方、フローティングゲート構造の
EEPROMにおいては、酸化膜中を流れるファウラー
−ノルドハイム(Fowler−Nordheim)の
トンネル電流を利用して電気的に消去または書き込みを
行い、しかも消去または書き込みを行うメモリセルを各
メモリセル毎に設けられた選択トランジスタにより選択
するものである。
して、EPROM(Electrically Pro
grammable Read Only Memor
y)とEEPROM(Electrically Er
asable and Programmable R
ead Only Memory)とがある。そして、
これらのEPROMやEEPROMとしては、フローテ
ィングゲートを用いたものが代表的である。フローティ
ングゲート構造のEPROMにおいては、アバランシェ
ブレークダウンにより発生させたホットキャリアをフロ
ーティングゲートに注入し、このフローティングゲート
の電荷の蓄積状態により情報の記憶を行い、消去は紫外
線照射により行う。一方、フローティングゲート構造の
EEPROMにおいては、酸化膜中を流れるファウラー
−ノルドハイム(Fowler−Nordheim)の
トンネル電流を利用して電気的に消去または書き込みを
行い、しかも消去または書き込みを行うメモリセルを各
メモリセル毎に設けられた選択トランジスタにより選択
するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、従
来のEPROMやEEPROMと異なる動作原理に基づ
き、しかもこれらのEPROMやEEPROMと同等の
書き込み特性や消去特性やデータ保持特性を得ることが
できる不揮発性の半導体メモリを提供することにある。
来のEPROMやEEPROMと異なる動作原理に基づ
き、しかもこれらのEPROMやEEPROMと同等の
書き込み特性や消去特性やデータ保持特性を得ることが
できる不揮発性の半導体メモリを提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】従来のMOSFETにお
いて、GISL(Gate Induced Subb
reakdown Leakage)と呼ばれるリーク
電流がドレイン−基板間の耐圧を低下させる現象が観測
されている(IEDM Tech. Dig. p.7
14 (1987))。このGISLは、最近のMO
SFETの微細化に伴いチャネル長が短くなり、ゲート
酸化膜が薄くなってきたことにより問題になってきたも
のである。一例として本発明者が実際に行ったBVDS
測定で現れるGISLの測定結果を図7に示す。図7に
おいて、縦軸はドレイン電流ID 、横軸はドレイン電
圧VD である。図7に示すように、VD =10V近
辺から徐々に立ち上がる電流がGISLである。
いて、GISL(Gate Induced Subb
reakdown Leakage)と呼ばれるリーク
電流がドレイン−基板間の耐圧を低下させる現象が観測
されている(IEDM Tech. Dig. p.7
14 (1987))。このGISLは、最近のMO
SFETの微細化に伴いチャネル長が短くなり、ゲート
酸化膜が薄くなってきたことにより問題になってきたも
のである。一例として本発明者が実際に行ったBVDS
測定で現れるGISLの測定結果を図7に示す。図7に
おいて、縦軸はドレイン電流ID 、横軸はドレイン電
圧VD である。図7に示すように、VD =10V近
辺から徐々に立ち上がる電流がGISLである。
【0005】このGISLは、上記文献のFig.2
にnチャネルMOSFETについて示されているように
、VD >0を大きくしていくときに、n+ 型のドレ
イン領域とゲート電極の端部との間に電界集中が起こり
、この電界集中の結果生じる強電界によりドレイン領域
と半導体基板との間にトンネル電流が発生することによ
り生じるものである。このGISLは、アバランシェブ
レークダウンが起こるVD よりも小さいVD におい
て発生するため、すでに述べたように、MOSFETの
ドレイン−基板間の耐圧を低下させ、特性を悪くする要
因として問題となっているものである。
にnチャネルMOSFETについて示されているように
、VD >0を大きくしていくときに、n+ 型のドレ
イン領域とゲート電極の端部との間に電界集中が起こり
、この電界集中の結果生じる強電界によりドレイン領域
と半導体基板との間にトンネル電流が発生することによ
り生じるものである。このGISLは、アバランシェブ
レークダウンが起こるVD よりも小さいVD におい
て発生するため、すでに述べたように、MOSFETの
ドレイン−基板間の耐圧を低下させ、特性を悪くする要
因として問題となっているものである。
【0006】本発明者の知見によれば、このGISLは
、次のような方法により抑制することができる。その方
法をnチャネルMOSFETを例にとって説明する。 第1の方法では、通常のBVDSの測定方法と同じよう
に、VG =VS =Vsub =0V(VG :ゲー
ト電圧、VS :ソース電圧、Vsub :基板電圧)
としてVD を大きくしていくことにより、MOSFE
Tのブレークダウンを起こさせるものである。第2の方
法では、VS =Vsub =0V、VG <0として
VD を大きくしていくことにより、MOSFETのブ
レークダウンを起こさせるものである。
、次のような方法により抑制することができる。その方
法をnチャネルMOSFETを例にとって説明する。 第1の方法では、通常のBVDSの測定方法と同じよう
に、VG =VS =Vsub =0V(VG :ゲー
ト電圧、VS :ソース電圧、Vsub :基板電圧)
としてVD を大きくしていくことにより、MOSFE
Tのブレークダウンを起こさせるものである。第2の方
法では、VS =Vsub =0V、VG <0として
VD を大きくしていくことにより、MOSFETのブ
レークダウンを起こさせるものである。
【0007】これらの方法について、従来の5V系のn
チャネルMOSFETで実際に行った測定結果を例にと
って説明する。nチャネルMOSFETのゲート電極に
ゲート電圧VG を印加する前のBVDSの測定結果を
図7に示す。図7において、■、■、■は連続して行っ
た3回の測定結果を示す。図7からわかるように、1回
目の測定(ウォークアウト前)に比べて2回目及び3回
目の測定(ウォークアウト後)ではGISL成分が抑制
されている。これが上記第1の方法である。この測定後
にVG =−7Vとして上述と同様にBVDSの測定を
行うと、図8に示すように、GISL成分は大きくなる
。この後、再びVG =0としてBVDSの測定を行う
と、図9に示すように、上記第1の方法に比べてより明
らかにGISLの抑制が見られる。これが上記第2の方
法である。
チャネルMOSFETで実際に行った測定結果を例にと
って説明する。nチャネルMOSFETのゲート電極に
ゲート電圧VG を印加する前のBVDSの測定結果を
図7に示す。図7において、■、■、■は連続して行っ
た3回の測定結果を示す。図7からわかるように、1回
目の測定(ウォークアウト前)に比べて2回目及び3回
目の測定(ウォークアウト後)ではGISL成分が抑制
されている。これが上記第1の方法である。この測定後
にVG =−7Vとして上述と同様にBVDSの測定を
行うと、図8に示すように、GISL成分は大きくなる
。この後、再びVG =0としてBVDSの測定を行う
と、図9に示すように、上記第1の方法に比べてより明
らかにGISLの抑制が見られる。これが上記第2の方
法である。
【0008】これらの現象は、一度ブレークダウンが起
こると、n+ 型のドレイン領域とゲート電極の端部と
の間の強電界によりゲート酸化膜中に正孔(ホール)が
注入されるために、その後の測定ではゲート電極の端部
での電界が緩和され、GISLの原因となるドレイン−
基板間のトンネル電流の発生が抑制されることにより起
こる。VG <0とした方がGISLの抑制効果が大き
いのは、VG =0に比べて正孔がより注入されやすい
からである。なお、上述のようにしてGISLの抑制を
行った後に紫外線照射を行ってからBVDSの測定を行
った結果を図10に示す。図10からわかるように、紫
外線照射によりゲート酸化膜中の正孔が外部に逃げるこ
とにより、再びGISL成分が現れる。以上のGISL
の抑制は、pチャネルMOSFETについても、バイア
ス電圧の符号を変えることにより、同様に行うことがで
きる。
こると、n+ 型のドレイン領域とゲート電極の端部と
の間の強電界によりゲート酸化膜中に正孔(ホール)が
注入されるために、その後の測定ではゲート電極の端部
での電界が緩和され、GISLの原因となるドレイン−
基板間のトンネル電流の発生が抑制されることにより起
こる。VG <0とした方がGISLの抑制効果が大き
いのは、VG =0に比べて正孔がより注入されやすい
からである。なお、上述のようにしてGISLの抑制を
行った後に紫外線照射を行ってからBVDSの測定を行
った結果を図10に示す。図10からわかるように、紫
外線照射によりゲート酸化膜中の正孔が外部に逃げるこ
とにより、再びGISL成分が現れる。以上のGISL
の抑制は、pチャネルMOSFETについても、バイア
ス電圧の符号を変えることにより、同様に行うことがで
きる。
【0009】本発明者は、上記知見に基づいて鋭意検討
を行った結果、上述のGISLが生じている状態とGI
SLが抑制された状態とを制御することによって、従来
とは動作原理が異なる半導体メモリを実現することがで
きることを見い出した。すなわち、GISLが生じてい
る状態とGISLが抑制された状態とではID が異な
るから、この差を利用して情報の記憶を行うことができ
る。ところが、上述のようにゲート酸化膜でキャリアの
トラップを行う場合には、キャリアのトラップを効率良
く行うことができず、キャリアのトラップの安定性も十
分ではない。本発明者の検討によれば、この問題は、ゲ
ート酸化膜とは別に、キャリアのトラップを効率良く行
うことができるものを、GISLが生じる原因となる強
電界が存在するゲート電極のドレイン領域側の端部とゲ
ート酸化膜との間に設けることにより解決することがで
きる。そして、このキャリアのトラップを効率良く行う
ことができるものとしては、窒化シリコン膜やフローテ
ィングゲートを用いるのが良い。本発明は、以上の検討
に基づいて案出されたものである。すなわち、上記目的
を達成するために、この発明は、半導体メモリにおいて
、ゲート絶縁膜(5)を介して半導体基板(2)上に形
成されたゲート電極(6)と、半導体基板(2)中に形
成されたドレイン領域(8)と、少なくともゲート電極
(6)のドレイン領域(8)側の端部とゲート絶縁膜(
5)との間に形成された窒化シリコン膜(10)または
フローティングゲート(11)とを具備し、ゲート電極
(6)とドレイン領域(8)との間の電界によりドレイ
ン領域(8)と半導体基板(2)との間に流れるトンネ
ル電流の差に応じて2値情報を記憶するようにしたもの
である。
を行った結果、上述のGISLが生じている状態とGI
SLが抑制された状態とを制御することによって、従来
とは動作原理が異なる半導体メモリを実現することがで
きることを見い出した。すなわち、GISLが生じてい
る状態とGISLが抑制された状態とではID が異な
るから、この差を利用して情報の記憶を行うことができ
る。ところが、上述のようにゲート酸化膜でキャリアの
トラップを行う場合には、キャリアのトラップを効率良
く行うことができず、キャリアのトラップの安定性も十
分ではない。本発明者の検討によれば、この問題は、ゲ
ート酸化膜とは別に、キャリアのトラップを効率良く行
うことができるものを、GISLが生じる原因となる強
電界が存在するゲート電極のドレイン領域側の端部とゲ
ート酸化膜との間に設けることにより解決することがで
きる。そして、このキャリアのトラップを効率良く行う
ことができるものとしては、窒化シリコン膜やフローテ
ィングゲートを用いるのが良い。本発明は、以上の検討
に基づいて案出されたものである。すなわち、上記目的
を達成するために、この発明は、半導体メモリにおいて
、ゲート絶縁膜(5)を介して半導体基板(2)上に形
成されたゲート電極(6)と、半導体基板(2)中に形
成されたドレイン領域(8)と、少なくともゲート電極
(6)のドレイン領域(8)側の端部とゲート絶縁膜(
5)との間に形成された窒化シリコン膜(10)または
フローティングゲート(11)とを具備し、ゲート電極
(6)とドレイン領域(8)との間の電界によりドレイ
ン領域(8)と半導体基板(2)との間に流れるトンネ
ル電流の差に応じて2値情報を記憶するようにしたもの
である。
【0010】
【作用】上述のように構成されたこの発明の半導体メモ
リによれば、ゲート電極(6)とドレイン領域(8)と
の間の電界によりドレイン領域(8)と半導体基板(2
)との間に流れるトンネル電流、すなわちGISLが生
じている状態とGISLが抑制された状態とを2値情報
に対応させることにより、2値情報を記憶することがで
きる。この記憶は、半導体メモリの電源を切っても失わ
れず、従ってこの半導体メモリは不揮発性である。 また、この場合、GISLを抑制するためのキャリアの
トラップは、窒化シリコン膜(10)自身やこの窒化シ
リコン膜(10)とゲート絶縁膜(5)との界面、また
はフローティングゲート(11)により効率良く行うこ
とができる。従って、GISLの抑制効果は良好であり
、従来のEPROMやEEPROMと同等の書き込み特
性や消去特性やデータ保持特性を得ることができる。
リによれば、ゲート電極(6)とドレイン領域(8)と
の間の電界によりドレイン領域(8)と半導体基板(2
)との間に流れるトンネル電流、すなわちGISLが生
じている状態とGISLが抑制された状態とを2値情報
に対応させることにより、2値情報を記憶することがで
きる。この記憶は、半導体メモリの電源を切っても失わ
れず、従ってこの半導体メモリは不揮発性である。 また、この場合、GISLを抑制するためのキャリアの
トラップは、窒化シリコン膜(10)自身やこの窒化シ
リコン膜(10)とゲート絶縁膜(5)との界面、また
はフローティングゲート(11)により効率良く行うこ
とができる。従って、GISLの抑制効果は良好であり
、従来のEPROMやEEPROMと同等の書き込み特
性や消去特性やデータ保持特性を得ることができる。
【0011】
【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照しながら説明する。この実施例による半導体メモリは
、すでに述べたように、GISLが生じている状態とG
ISLが抑制された状態との間にID の差が存在する
ことを利用したものである。図2はこの発明の一実施例
による半導体メモリの回路図である。図2において、Q
M はメモリトランジスタ、QS は選択トランジスタ
、Rは抵抗を示す。抵抗Rは、スイッチS1 を介して
電源電圧VDDの電源に接続されている。そして、この
スイッチS1 により、メモリセルへの電源電圧VDD
の供給をオン/オフすることができるようになっている
。ここで、この電源電圧VDDは、メモリトランジスタ
QM のGISLの抑制を行うことができるVD以上の
電圧とする。また、選択トランジスタQS と抵抗Rと
の間の端子Aは、スイッチS2 の切り替えにより、電
圧VA の出力端子または消去用の負の電源電圧VEE
の電源に接続されるようになっている。なお、メモリト
ランジスタQM のソースは接地されている。
照しながら説明する。この実施例による半導体メモリは
、すでに述べたように、GISLが生じている状態とG
ISLが抑制された状態との間にID の差が存在する
ことを利用したものである。図2はこの発明の一実施例
による半導体メモリの回路図である。図2において、Q
M はメモリトランジスタ、QS は選択トランジスタ
、Rは抵抗を示す。抵抗Rは、スイッチS1 を介して
電源電圧VDDの電源に接続されている。そして、この
スイッチS1 により、メモリセルへの電源電圧VDD
の供給をオン/オフすることができるようになっている
。ここで、この電源電圧VDDは、メモリトランジスタ
QM のGISLの抑制を行うことができるVD以上の
電圧とする。また、選択トランジスタQS と抵抗Rと
の間の端子Aは、スイッチS2 の切り替えにより、電
圧VA の出力端子または消去用の負の電源電圧VEE
の電源に接続されるようになっている。なお、メモリト
ランジスタQM のソースは接地されている。
【0012】次に、上述のように構成されたこの実施例
による半導体メモリの動作について説明する。最初、こ
の半導体メモリの全メモリセルのメモリトランジスタQ
M は、全てGISLが生じている状態にあるとする。 まず、書き込み時には、スイッチS1 をオンさせると
ともに、書き込みを行うべきメモリセルの選択トランジ
スタQS のゲートにゲート電圧を印加してこの選択ト
ランジスタQS をオンさせる。これによって、メモリ
トランジスタQM のドレインに電源電圧VDDが印加
され、このメモリトランジスタQM はGISLが抑制
された状態、すなわちID が小さい状態となる。この
ようにして書き込みが行われる。
による半導体メモリの動作について説明する。最初、こ
の半導体メモリの全メモリセルのメモリトランジスタQ
M は、全てGISLが生じている状態にあるとする。 まず、書き込み時には、スイッチS1 をオンさせると
ともに、書き込みを行うべきメモリセルの選択トランジ
スタQS のゲートにゲート電圧を印加してこの選択ト
ランジスタQS をオンさせる。これによって、メモリ
トランジスタQM のドレインに電源電圧VDDが印加
され、このメモリトランジスタQM はGISLが抑制
された状態、すなわちID が小さい状態となる。この
ようにして書き込みが行われる。
【0013】次に、読み出し時には、スイッチS1 を
オンさせた状態でスイッチS2 をVA の出力端子側
に切り替え、そのときの出力電圧VA を検出する。こ
の出力電圧VA は、メモリトランジスタQM のID
の大小によって異なる。すなわち、このVA は、メ
モリトランジスタQM のID が小さいとき、すなわ
ちGISLが抑制された状態のときにはハイレベルにな
り、このメモリトランジスタQM のID が大きいと
き、すなわちGISLが生じている状態のときにはロー
レベルにある。従って、VAのレベルにより、メモリセ
ルの情報を読み出すことができる。この場合、メモリセ
ルの情報を例えば1VのVA の差として読み出そうと
すると、例えばVDD=14V、ID =1×10−9
Aのとき、Rの抵抗値としては1010Ω程度が必要で
ある。
オンさせた状態でスイッチS2 をVA の出力端子側
に切り替え、そのときの出力電圧VA を検出する。こ
の出力電圧VA は、メモリトランジスタQM のID
の大小によって異なる。すなわち、このVA は、メ
モリトランジスタQM のID が小さいとき、すなわ
ちGISLが抑制された状態のときにはハイレベルにな
り、このメモリトランジスタQM のID が大きいと
き、すなわちGISLが生じている状態のときにはロー
レベルにある。従って、VAのレベルにより、メモリセ
ルの情報を読み出すことができる。この場合、メモリセ
ルの情報を例えば1VのVA の差として読み出そうと
すると、例えばVDD=14V、ID =1×10−9
Aのとき、Rの抵抗値としては1010Ω程度が必要で
ある。
【0014】次に、消去時には、スイッチS2 をVE
E側に切り替えてメモリトランジスタQM のドレイン
にこのVEE(例えば、−10V)を印加するとともに
、このメモリトランジスタQM のゲートに正のゲート
電圧VG を印加する。これによって、書き込みが行わ
れてGISLが抑制された状態となったメモリトランジ
スタQMは再びGISLが生じた状態となり、消去が行
われる。なお、消去は、紫外線照射によっても行うこと
ができる。 この場合には、全てのメモリセルの消去を一括して行う
ことができる。
E側に切り替えてメモリトランジスタQM のドレイン
にこのVEE(例えば、−10V)を印加するとともに
、このメモリトランジスタQM のゲートに正のゲート
電圧VG を印加する。これによって、書き込みが行わ
れてGISLが抑制された状態となったメモリトランジ
スタQMは再びGISLが生じた状態となり、消去が行
われる。なお、消去は、紫外線照射によっても行うこと
ができる。 この場合には、全てのメモリセルの消去を一括して行う
ことができる。
【0015】図1はこの実施例による半導体メモリの構
造例を示す。図1に示すように、この構造例においては
、例えばn型のシリコン(Si)基板1中にpウエル2
が形成されている。このpウエル2は接地電位に設定さ
れる。このpウエル2の表面にはSiO2 膜のような
フィールド絶縁膜3が選択的に形成され、これによって
素子間分離が行われている。符号4は例えばp+ 型の
チャネルストップ領域を示す。フィールド絶縁膜3で囲
まれた活性領域の表面には、例えばSiO2 膜のよう
なゲート絶縁膜5が形成されている。
造例を示す。図1に示すように、この構造例においては
、例えばn型のシリコン(Si)基板1中にpウエル2
が形成されている。このpウエル2は接地電位に設定さ
れる。このpウエル2の表面にはSiO2 膜のような
フィールド絶縁膜3が選択的に形成され、これによって
素子間分離が行われている。符号4は例えばp+ 型の
チャネルストップ領域を示す。フィールド絶縁膜3で囲
まれた活性領域の表面には、例えばSiO2 膜のよう
なゲート絶縁膜5が形成されている。
【0016】符号6、7はゲート電極を示す。これらの
ゲート電極6、7は、例えば、リン(P)のような不純
物がドープされた多結晶Si膜や、この不純物がドープ
された多結晶Si膜上に例えばタングステンシリサイド
(WSi2 )膜のような高融点金属シリサイド膜を重
ねたポリサイド膜などにより形成することができる。ま
た、符号8、9は例えばn+ 型の半導体領域を示す。 そして、ゲート電極6と半導体領域8とによりメモリト
ランジスタQM が形成され、ゲート電極7と半導体領
域8、9とにより選択トランジスタQS が形成されて
いる。
ゲート電極6、7は、例えば、リン(P)のような不純
物がドープされた多結晶Si膜や、この不純物がドープ
された多結晶Si膜上に例えばタングステンシリサイド
(WSi2 )膜のような高融点金属シリサイド膜を重
ねたポリサイド膜などにより形成することができる。ま
た、符号8、9は例えばn+ 型の半導体領域を示す。 そして、ゲート電極6と半導体領域8とによりメモリト
ランジスタQM が形成され、ゲート電極7と半導体領
域8、9とにより選択トランジスタQS が形成されて
いる。
【0017】この構造例においては、メモリトランジス
タQM のゲート電極6とゲート絶縁膜5との間に窒化
シリコン(Si3 N4 )膜10がゲート電極6と同
一形状に形成されている。そして、GISLの抑制のた
めのキャリアのトラップは、このSi3 N4 膜10
により効率良く行われる。なお、抵抗Rは例えば多結晶
Si膜(図示せず)により形成することができる。
タQM のゲート電極6とゲート絶縁膜5との間に窒化
シリコン(Si3 N4 )膜10がゲート電極6と同
一形状に形成されている。そして、GISLの抑制のた
めのキャリアのトラップは、このSi3 N4 膜10
により効率良く行われる。なお、抵抗Rは例えば多結晶
Si膜(図示せず)により形成することができる。
【0018】次に、図1に示す半導体メモリの製造方法
について説明する。図1に示すように、まずn型Si基
板1中にpウエル2を形成した後、このpウエル2の表
面を選択的に熱酸化してフィールド絶縁膜3を形成する
。 これと同時に、あらかじめpウエル2にイオン注入され
てあったp型不純物が拡散してフィールド絶縁膜3の下
側にチャネルストップ領域4が形成される。この後、フ
ィールド絶縁膜3で囲まれた活性領域の表面に例えば熱
酸化法によりゲート絶縁膜5を形成する。
について説明する。図1に示すように、まずn型Si基
板1中にpウエル2を形成した後、このpウエル2の表
面を選択的に熱酸化してフィールド絶縁膜3を形成する
。 これと同時に、あらかじめpウエル2にイオン注入され
てあったp型不純物が拡散してフィールド絶縁膜3の下
側にチャネルストップ領域4が形成される。この後、フ
ィールド絶縁膜3で囲まれた活性領域の表面に例えば熱
酸化法によりゲート絶縁膜5を形成する。
【0019】次に、CVD法により全面にSi3 N4
膜10を形成した後、このSi3 N4 膜10のう
ち選択トランジスタQS の形成領域の部分をエッチン
グ除去する。次に、CVD法により全面に多結晶Si膜
を形成し、この多結晶Si膜に例えばPのような不純物
をドープして低抵抗化した後、この多結晶Si膜及びS
i3N4 膜10をエッチングにより所定形状にパター
ニングする。これによって、ゲート電極6、7が形成さ
れるとともに、ゲート電極6及びこのゲート電極6と同
一形状のSi3 N4 膜10が形成される。
膜10を形成した後、このSi3 N4 膜10のう
ち選択トランジスタQS の形成領域の部分をエッチン
グ除去する。次に、CVD法により全面に多結晶Si膜
を形成し、この多結晶Si膜に例えばPのような不純物
をドープして低抵抗化した後、この多結晶Si膜及びS
i3N4 膜10をエッチングにより所定形状にパター
ニングする。これによって、ゲート電極6、7が形成さ
れるとともに、ゲート電極6及びこのゲート電極6と同
一形状のSi3 N4 膜10が形成される。
【0020】次に、これらのゲート電極6、7をマスク
としてpウエル2中に例えばヒ素(As)のようなn型
不純物を高濃度にイオン注入する。この後、必要に応じ
て注入不純物の電気的活性化のための熱処理を行う。こ
れによって、ゲート電極6、7に対して自己整合的にn
+ 型の半導体領域8、9が形成される。抵抗Rを例え
ば多結晶Si膜により形成する場合には、この後に層間
絶縁膜を介して二層目の多結晶Si膜を形成し、この多
結晶Si膜をエッチングによりパターニングして抵抗R
を形成する。
としてpウエル2中に例えばヒ素(As)のようなn型
不純物を高濃度にイオン注入する。この後、必要に応じ
て注入不純物の電気的活性化のための熱処理を行う。こ
れによって、ゲート電極6、7に対して自己整合的にn
+ 型の半導体領域8、9が形成される。抵抗Rを例え
ば多結晶Si膜により形成する場合には、この後に層間
絶縁膜を介して二層目の多結晶Si膜を形成し、この多
結晶Si膜をエッチングによりパターニングして抵抗R
を形成する。
【0021】以上のように、この実施例によれば、メモ
リトランジスタQM にGISLが生じている状態とG
ISLが抑制された状態とを2値情報に対応させること
により、従来と異なる動作原理に基づく不揮発性の半導
体メモリを実現することができる。しかも、GISLの
抑制のためのキャリアのトラップは、メモリトランジス
タQM のゲート電極6とゲート絶縁膜5との間に設け
られたSi3 N4 膜10により行っているので、E
PROMやEEPROMと同等の優れた書き込み特性や
消去特性やデータ保持特性を得ることができる。また、
この半導体メモリは、選択トランジスタQM によりメ
モリセル毎に書き込みまたは消去を行うことができ、従
来のEEPROMと同様な機能を有している。
リトランジスタQM にGISLが生じている状態とG
ISLが抑制された状態とを2値情報に対応させること
により、従来と異なる動作原理に基づく不揮発性の半導
体メモリを実現することができる。しかも、GISLの
抑制のためのキャリアのトラップは、メモリトランジス
タQM のゲート電極6とゲート絶縁膜5との間に設け
られたSi3 N4 膜10により行っているので、E
PROMやEEPROMと同等の優れた書き込み特性や
消去特性やデータ保持特性を得ることができる。また、
この半導体メモリは、選択トランジスタQM によりメ
モリセル毎に書き込みまたは消去を行うことができ、従
来のEEPROMと同様な機能を有している。
【0022】なお、図2に示す構造例においては、メモ
リトランジスタQMのゲート電極6とゲート絶縁膜5と
の間にSi3 N4 膜10がゲート電極6と同一形状
に形成されているが、図3に示すように、このSi3
N4 膜10は、ゲート電極6の半導体領域8側の端部
とゲート絶縁膜5との間にだけ形成するようにしても上
述と同様な効果を得ることができる。
リトランジスタQMのゲート電極6とゲート絶縁膜5と
の間にSi3 N4 膜10がゲート電極6と同一形状
に形成されているが、図3に示すように、このSi3
N4 膜10は、ゲート電極6の半導体領域8側の端部
とゲート絶縁膜5との間にだけ形成するようにしても上
述と同様な効果を得ることができる。
【0023】図4はこの実施例による半導体メモリの他
の構造例を示す。図4に示すように、この他の構造例に
おいては、メモリトランジスタQM のゲート電極6と
ゲート絶縁膜5との間にフローティングゲート11がゲ
ート電極6と同一形状に形成されている。このフローテ
ィングゲート11は、例えば多結晶Si膜により形成さ
れる。ここで、ゲート電極6とフローティングゲート1
1とは、例えばSiO2 膜のような絶縁膜12により
互いに電気的に絶縁されている。その他の構成は図1に
示す構造例と同一であるので、説明を省略する。この図
4に示す構造例においては、フローティングゲート11
が、図1や図3に示す構造例におけるSi3 N4 膜
10と同様な役割、すなわちGISLの抑制のためのキ
ャリアのトラップを行う役割を果たしている。
の構造例を示す。図4に示すように、この他の構造例に
おいては、メモリトランジスタQM のゲート電極6と
ゲート絶縁膜5との間にフローティングゲート11がゲ
ート電極6と同一形状に形成されている。このフローテ
ィングゲート11は、例えば多結晶Si膜により形成さ
れる。ここで、ゲート電極6とフローティングゲート1
1とは、例えばSiO2 膜のような絶縁膜12により
互いに電気的に絶縁されている。その他の構成は図1に
示す構造例と同一であるので、説明を省略する。この図
4に示す構造例においては、フローティングゲート11
が、図1や図3に示す構造例におけるSi3 N4 膜
10と同様な役割、すなわちGISLの抑制のためのキ
ャリアのトラップを行う役割を果たしている。
【0024】この図4に示す半導体メモリの製造方法は
次の通りである。ここでは、フローティングゲート11
を一層目の多結晶Si膜により形成し、ゲート電極6、
7を二層目の多結晶Si膜により形成する場合を考える
。図4に示すように、ゲート絶縁膜5まで形成した後、
全面に一層目の多結晶Si膜を形成し、この多結晶Si
膜に例えばPのような不純物をドープして低抵抗化する
。次に、この多結晶Si膜をフローティングゲート11
よりも大きな所定形状にパターニングした後、この多結
晶Si膜上に絶縁膜12を形成する。次に、全面に二層
目の多結晶Si膜を形成した後、この多結晶Si膜上に
ゲート電極6、7に対応した形状のレジストパターン(
図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスクと
して二層目の多結晶Si膜、絶縁膜12及び一層目の多
結晶Si膜をエッチングにより順次パターニングする。 この後、半導体領域8、9などを形成し、目的とする半
導体メモリを完成させる。
次の通りである。ここでは、フローティングゲート11
を一層目の多結晶Si膜により形成し、ゲート電極6、
7を二層目の多結晶Si膜により形成する場合を考える
。図4に示すように、ゲート絶縁膜5まで形成した後、
全面に一層目の多結晶Si膜を形成し、この多結晶Si
膜に例えばPのような不純物をドープして低抵抗化する
。次に、この多結晶Si膜をフローティングゲート11
よりも大きな所定形状にパターニングした後、この多結
晶Si膜上に絶縁膜12を形成する。次に、全面に二層
目の多結晶Si膜を形成した後、この多結晶Si膜上に
ゲート電極6、7に対応した形状のレジストパターン(
図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスクと
して二層目の多結晶Si膜、絶縁膜12及び一層目の多
結晶Si膜をエッチングにより順次パターニングする。 この後、半導体領域8、9などを形成し、目的とする半
導体メモリを完成させる。
【0025】以上、この発明の実施例につき具体的に説
明したが、この発明は、上述の実施例に限定されるもの
ではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が
可能である。例えば、図4に示す構造例におけるフロー
ティングゲート11は、図3に示す構造例のように、ゲ
ート電極6の半導体領域8側の端部とゲート絶縁膜5と
の間にだけ設けても、上述と同様な効果を得ることがで
きる。さらに、Si3 N4 膜10やフローティング
ゲート11は、半導体領域8側に延在させても良い。
明したが、この発明は、上述の実施例に限定されるもの
ではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が
可能である。例えば、図4に示す構造例におけるフロー
ティングゲート11は、図3に示す構造例のように、ゲ
ート電極6の半導体領域8側の端部とゲート絶縁膜5と
の間にだけ設けても、上述と同様な効果を得ることがで
きる。さらに、Si3 N4 膜10やフローティング
ゲート11は、半導体領域8側に延在させても良い。
【0026】また、上述の実施例におけるメモリトラン
ジスタQM はnチャネルMOSFETであるが、この
メモリトランジスタQM はpチャネルMOSFETに
より形成することも可能である。この場合には、バイア
ス電圧の符号を上述の実施例と逆にすればよい。また、
図1、図3及び図4に示す構造例においては、メモリセ
ルの高集積化を図るためにメモリトランジスタQM の
ソース領域用の半導体領域が形成されていないが、この
メモリトランジスタQM のソース領域用の半導体領域
を形成してもよい。さらに、上述の実施例における電源
電圧VDD、消去用の電源電圧VEE、抵抗Rの抵抗値
などは必要に応じて選定することができるものであり、
上述の実施例で述べた値に限定されるものではないこと
は言うまでもない。
ジスタQM はnチャネルMOSFETであるが、この
メモリトランジスタQM はpチャネルMOSFETに
より形成することも可能である。この場合には、バイア
ス電圧の符号を上述の実施例と逆にすればよい。また、
図1、図3及び図4に示す構造例においては、メモリセ
ルの高集積化を図るためにメモリトランジスタQM の
ソース領域用の半導体領域が形成されていないが、この
メモリトランジスタQM のソース領域用の半導体領域
を形成してもよい。さらに、上述の実施例における電源
電圧VDD、消去用の電源電圧VEE、抵抗Rの抵抗値
などは必要に応じて選定することができるものであり、
上述の実施例で述べた値に限定されるものではないこと
は言うまでもない。
【0027】なお、上述の実施例と同一の手法は、GI
SLの抑制によるMOSFETの特性改善に応用するこ
とが可能である。その例を図5及び図6に示す。図5に
おいて、符号21はp型Si基板のような半導体基板、
22はゲート絶縁膜、23はゲート電極、24、25は
それぞれソース領域及びドレイン領域として用いられる
例えばn+ 型の半導体領域を示す。この場合、ゲート
電極23の、ドレイン領域、すなわち半導体領域25側
の端部とゲート電極23との間にSi3 N4 膜26
が形成されている。そして、半導体領域25をゲート電
極23に対して正にバイアスしてこのSi3 N4 膜
26に正孔を注入し、この正孔をSi3 N4 膜26
でトラップすることにより、GISLを効果的に抑制す
ることができ、これによってMOSFETの特性改善を
図ることができる。図6に示す例は、図5に示す例にお
けるSi3 N4 膜26の代わりにフローティングゲ
ート27を用いたものである。 符号28は絶縁膜を示す。この例においては、半導体領
域25をゲート電極23に対して正にバイアスしてフロ
ーティングゲート27に正孔を注入し、この正孔をフロ
ーティングゲート27でトラップすることにより、GI
SLを効果的に抑制することができ、これによってMO
SFETの特性改善を図ることができる。なお、上述の
実施例や、図5または図6に示す例のようにSi3 N
4 膜やフローティングゲートを形成せず、単にゲート
電極のドレイン領域側の端部とゲート絶縁膜との間のゲ
ート絶縁膜の膜厚を局部的に大きくするだけでも、GI
SLを抑制することは可能である。
SLの抑制によるMOSFETの特性改善に応用するこ
とが可能である。その例を図5及び図6に示す。図5に
おいて、符号21はp型Si基板のような半導体基板、
22はゲート絶縁膜、23はゲート電極、24、25は
それぞれソース領域及びドレイン領域として用いられる
例えばn+ 型の半導体領域を示す。この場合、ゲート
電極23の、ドレイン領域、すなわち半導体領域25側
の端部とゲート電極23との間にSi3 N4 膜26
が形成されている。そして、半導体領域25をゲート電
極23に対して正にバイアスしてこのSi3 N4 膜
26に正孔を注入し、この正孔をSi3 N4 膜26
でトラップすることにより、GISLを効果的に抑制す
ることができ、これによってMOSFETの特性改善を
図ることができる。図6に示す例は、図5に示す例にお
けるSi3 N4 膜26の代わりにフローティングゲ
ート27を用いたものである。 符号28は絶縁膜を示す。この例においては、半導体領
域25をゲート電極23に対して正にバイアスしてフロ
ーティングゲート27に正孔を注入し、この正孔をフロ
ーティングゲート27でトラップすることにより、GI
SLを効果的に抑制することができ、これによってMO
SFETの特性改善を図ることができる。なお、上述の
実施例や、図5または図6に示す例のようにSi3 N
4 膜やフローティングゲートを形成せず、単にゲート
電極のドレイン領域側の端部とゲート絶縁膜との間のゲ
ート絶縁膜の膜厚を局部的に大きくするだけでも、GI
SLを抑制することは可能である。
【0028】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
従来のEPROMやEEPROMと異なる動作原理に基
づき、しかもこれらのEPROMやEEPROMと同等
の書き込み特性や消去特性やデータ保持特性を得ること
ができる不揮発性の半導体メモリを実現することができ
る。
従来のEPROMやEEPROMと異なる動作原理に基
づき、しかもこれらのEPROMやEEPROMと同等
の書き込み特性や消去特性やデータ保持特性を得ること
ができる不揮発性の半導体メモリを実現することができ
る。
【図1】この発明の一実施例による半導体メモリの構造
例を示す断面図である。
例を示す断面図である。
【図2】この発明の一実施例による半導体メモリの回路
図である。
図である。
【図3】図1に示す半導体メモリの構造例の変形例を示
す断面図である。
す断面図である。
【図4】この発明の一実施例による半導体メモリの他の
構造例を示す断面図である。
構造例を示す断面図である。
【図5】この発明の手法をMOSFETの特性改善に応
用した例を説明するための断面図である。
用した例を説明するための断面図である。
【図6】この発明の手法をMOSFETの特性改善に応
用した他の例を説明するための断面図である。
用した他の例を説明するための断面図である。
【図7】nチャネルMOSFETのID −VD 特性
の測定結果を示すグラフである。
の測定結果を示すグラフである。
【図8】nチャネルMOSFETのID −VD 特性
の測定結果を示すグラフである。
の測定結果を示すグラフである。
【図9】nチャネルMOSFETのID −VD 特性
の測定結果を示すグラフである。
の測定結果を示すグラフである。
【図10】nチャネルMOSFETのID −VD 特
性の測定結果を示すグラフである。
性の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
1 n型Si基板
2 pウエル
QM メモリトランジスタ
QS 選択トランジスタ
R 抵抗
6 ゲート電極
7 ゲート電極
8 半導体領域
9 半導体領域
10 Si3 N4 膜
11 フローティングゲート
Claims (1)
- 【請求項1】 ゲート絶縁膜を介して半導体基板上に
形成されたゲート電極と、上記半導体基板中に形成され
たドレイン領域と、少なくとも上記ゲート電極の上記ド
レイン領域側の端部と上記ゲート絶縁膜との間に形成さ
れた窒化シリコン膜またはフローティングゲートとを具
備し、上記ゲート電極と上記ドレイン領域との間の電界
により上記ドレイン領域と上記半導体基板との間に流れ
るトンネル電流の差に応じて2値情報を記憶するように
した半導体メモリ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3074720A JPH04286164A (ja) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | 半導体メモリ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3074720A JPH04286164A (ja) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | 半導体メモリ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04286164A true JPH04286164A (ja) | 1992-10-12 |
Family
ID=13555343
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3074720A Pending JPH04286164A (ja) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | 半導体メモリ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04286164A (ja) |
-
1991
- 1991-03-14 JP JP3074720A patent/JPH04286164A/ja active Pending
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