JPH0567789A - 不揮発性記憶装置及びその製造方法 - Google Patents

不揮発性記憶装置及びその製造方法

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JPH0567789A
JPH0567789A JP3227575A JP22757591A JPH0567789A JP H0567789 A JPH0567789 A JP H0567789A JP 3227575 A JP3227575 A JP 3227575A JP 22757591 A JP22757591 A JP 22757591A JP H0567789 A JPH0567789 A JP H0567789A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ソース近傍のシリコン窒化膜にキャリアを捕
獲することなく、選択トランジスタとして確実に動作さ
せることが可能な不揮発性記憶装置及びその製造方法を
提供する。 【構成】 ソース領域及びドレイン領域が形成されたシ
リコン基板10上に順次シリコン酸化膜12、シリコン
窒化膜14、シリコン酸化膜16、ポリシリコン電極1
8が積層される。シリコン窒化膜14のソース領域側に
水素イオンや酸素イオンの不純物が混入され、注入され
たキャリアが捕獲されるのを抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は不揮発性記憶装置、特に
選択性が改良されたEPROMに関する。
【0002】
【従来の技術】不揮発性記憶装置はEPROM(Erasab
le Programmable Read Only Memory)として用いられる
等、汎用LSIの用途を広げる重要なデバイスとなって
いる。
【0003】図3には不揮発性記憶装置の一例としてM
ONOS(MetalOxide Nitride Oxide Semiconductor )メモリが示されている。MON
OSメモリはP型シリコン基板10のゲート領域に順次
シリコン酸化膜12、シリコン窒化膜14、シリコン酸
化膜16、ポリシリコン電極18を積層して構成され
る。データ書込時にはゲート電極に正バイアス、例えば
Vg=10Vを印加し、ドレイン電極にVd=9V、ソ
ース電極にVs=0Vを印加する。すると、シリコン基
板10から電子がシリコン酸化膜12を通って(トンネ
ル現象)シリコン窒化膜14に捕獲され、蓄積される。
このように電荷が蓄積された状態では、この捕獲された
電荷を打ち消すだけの余分な電圧を印加しないかぎりド
レイン電流は流れず、従ってこのドレイン電流が流れる
/流れない状態をデータの1ビットに対応させることが
できる。
【0004】一方、消去時にはゲート電極に負バイア
ス、例えばVg=−6Vを印加し、ドレイン電極にVd
=9V、ソース電極にVs=0Vを印加する。すると、
ホールがシリコン酸化膜12を通ってシリコン窒化膜1
6に捕獲され、蓄積された電子を打ち消してドレイン電
流が流れるようになる。
【0005】このように、従来のMONOSメモリでは
電子、ホールのシリコン窒化膜16への注入によりデー
タの書込、消去を行っているが、ゲート電極にバイアス
を印加した場合電界は図3の矢印に示すようソース電極
から斜めに向かい、ドレイン電極に向かうに従って弱く
なる。従って、書込時や消去時に電子やホールはシリコ
ン窒化膜16の全域に注入されるのではなく、ドレイン
接続領域上の特定領域のみに注入され、シリコン窒化膜
の残りの領域はフレッシュな状態に維持される。そし
て、この特定領域への電子・ホールの注入が選択トラン
ジスタとしての機能を維持することを可能としている。
【0006】すなわち、もし消去時にシリコン窒化膜全
域にホールが捕獲されてしまうと、過剰にホールが注入
された場合(製造時の特性バラツキにより起こり得
る)、ゲート電極が無バイアス状態でもドレイン電流が
常に流れてしまい、複数のMONOS素子でEPROM
を構成した場合に選択トランジスタとして機能しなくな
るからである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このように、シリコン
窒化膜のソース領域近傍には電子やホールが捕獲されな
いことがEPROMとして機能するためには必要である
が、従来装置では電子やホールはドレイン近傍から大き
なエネルギをもって注入されるため、わずかな確率でソ
ース方向に電子やホールの移動が生じ捕獲されてしまう
問題があった。
【0008】もちろん、ゲートのチャネル長を大きくす
れば電子やホールが捕獲されない領域が形成できるもの
の、素子の微細化に反してしまう問題があった。
【0009】本発明は上記従来技術の有する課題に鑑み
なされたものであり、その目的はソース近傍のシリコン
窒化膜にキャリアを捕獲することなく、選択トランジス
タとして確実に動作させることが可能な不揮発性記憶装
置及びその製造方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の不揮発性記憶装置は、ソース領域及
びドレイン領域が形成された半導体基板と、この半導体
基板のゲート領域上に形成されたシリコン酸化膜と、こ
のシリコン酸化膜上に形成されたシリコン窒化膜と、こ
のシリコン窒化膜上に形成された電極とを有する不揮発
性記憶装置において、前記シリコン窒化膜のソース領域
側に所定濃度の不純物を混入してなることを特徴とす
る。
【0011】また、上記目的を達成するために、請求項
2記載の不揮発性記憶装置の製造方法は、半導体基板上
にシリコン酸化膜を形成する酸化膜形成ステップと、こ
のシリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を形成する窒化膜
形成ステップと、このシリコン窒化膜の所定領域に開口
部を有するレジストを形成するレジスト形成ステップ
と、この開口部に不純物イオンを注入して前記シリコン
窒化膜に不純物イオンを混入する不純物注入ステップ
と、所定温度で加熱するアニールステップと、前記シリ
コン窒化膜上に金属膜を形成する電極形成ステップと、
前記半導体基板の前記シリコン窒化膜の前記不純物が混
入された所定領域側にソース領域を形成し、他側にドレ
イン領域を形成するソース/ドレイン形成ステップとを
有することを特徴とする。
【0012】
【作用】このように本発明の不揮発性記憶装置はシリコ
ン窒化膜のソース領域側に不純物が混入されて構成され
る。この不純物はシリコン窒化膜のシリコンのダングリ
ングボンドと結合し、半導体基板から注入された電子や
ホールなどのキャリアがダングリングボンドと結合して
捕獲されるのを防ぎ、過剰なキャリアが注入されてもシ
リコン窒化膜のソース領域側を常にフレッシュ状態に維
持する。
【0013】
【実施例】以下、図面を用いながら本発明に係る不揮発
性記憶装置およびその製造方法の一実施例を説明する。
【0014】図1には本実施例の不揮発性記憶装置の断
面図が示されている。従来のMONOSメモリと同様
に、ソース電極及びドレイン電極が形成されたシリコン
基板10上にシリコン酸化膜12、シリコン窒化膜1
4、シリコン酸化膜16、ポリシリコン電極18が順次
積層される構成である。
【0015】ここで、本実施例において特徴的なこと
は、シリコン窒化膜14のソース領域側に水素イオンや
酸素イオン等の不純物15が混入されていることであ
る。この混入不純物15はシリコン窒化膜14内のシリ
コンが形成するダングリングボンドと結合し、電子やホ
ールがこのダングリングボンドと結合するのを抑制する
と考えられる。
【0016】従って、本実施例の不揮発性記憶装置にデ
ータを書込む際、ゲート電極18にVg=10V、ソー
ス電極にVs=0V、ドレイン電極にVd=9Vを印加
すると電子はシリコン基板10から注入されてシリコン
窒化膜14に捕獲されるが、この捕獲された電子はソー
ス領域側に移動してもそこでは捕獲されることがなく、
シリコン窒化膜14のソース領域側はフレッシュ状態に
保たれる。
【0017】またデータを消去する際にゲート電極18
にVg=−6V、ソース電極にVs=0V、ドレイン電
極にVd=9Vを印加しても、注入されたホールがソー
ス領域側で捕獲されることはなく、同様にシリコン窒化
膜14のソース領域側はフレッシュ状態に保たれる。
【0018】さらに、小さい確率ではあるがシリコン基
板10のソース接続側からキャリアがシリコン窒化膜1
4に注入されるが、この場合でもシリコン窒化膜14内
の不純物のためキャリアは捕獲されることがない。
【0019】このように、本実施例の不揮発性記憶装置
では、シリコン窒化膜のソース領域側にはキャリアが捕
獲されないため、例えば消去時に過剰なホールがドレイ
ン領域側に注入されてもシリコン窒化膜14のソース領
域側が絶縁膜として機能し、スイッチングを行って選択
トランジスタとして機能することができる。
【0020】図2には本実施例の不揮発性記憶装置の製
造方法が示されている。従来のMONOSメモリの製造
方法と同様に、シリコン基板10上にLOCOS(Loca
l Oxidation of Silicon)法によりシリコン酸化膜12を
形成し、さらにシリコン窒化膜14及びシリコン酸化膜
16をスパッタ法やCVD法などにより順次形成する。
【0021】次に、ホトレジストを塗布し、ソース領域
が形成される領域側に開口部17aを有するレジストパ
ターン17を形成する。そして、このレジストパターン
17をマスクとして水素イオンあるいは酸素イオン等の
不純物15をシリコン窒化膜14中に注入する。不純物
イオンを注入した後、この素子を900℃でアニール
し、不純物を熱拡散させてシリコンのダングリングボン
ドとの結合を促進させる。
【0022】シリコン窒化膜14に不純物を混入させた
後、ポリシリコン電極18をシリコン酸化膜16上に積
層し、最後に図3(B)に示すようにセルフアライメン
トプロセスによりソース領域及びドレイン領域を形成
し、図1に示された不揮発性記憶装置が製造される。こ
こで、ソース領域は不純物が混入された領域側に形成さ
れる。
【0023】なお、本実施例ではイオンインプランテー
ション法によりシリコン窒化膜に不純物を混入する例を
示したが、不純物雰囲気中でのアニール処理や不純物塗
布後の熱拡散処理、さらにはプラズマ処理等を組み合わ
せて不純物を混入させてもよい。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る不揮
発性記憶装置及びその製造方法によれば、シリコン窒化
膜のソース領域側に不純物を混入させてソース領域側で
のキャリアの捕獲を抑制したので、選択トランジスタの
機能を維持し、多数回の書換えを行うことが可能とな
る。
【0025】また、不純物混入によりキャリア移動によ
るソース領域側の捕獲を抑制することができるので、ゲ
ート長を短縮し、より微細化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の不揮発性記憶装置の断面図
である。
【図2】同実施例の不揮発性記憶装置の製造方法を示す
断面図である。
【図3】従来装置の断面図である。
【符号の説明】 10 シリコン基板 12 シリコン酸化膜 14 シリコン窒化膜 15 不純物 16 シリコン酸化膜 18 ポリシリコン電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ソース領域及びドレイン領域が形成され
    た半導体基板と、 この半導体基板のゲート領域上に形成されたシリコン酸
    化膜と、 このシリコン酸化膜上に形成されたシリコン窒化膜と、 このシリコン窒化膜上に形成された電極と、 を有する不揮発性記憶装置において、 前記シリコン窒化膜のソース領域側に所定濃度の不純物
    を混入してなることを特徴とする不揮発性記憶装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板上にシリコン酸化膜を形成す
    る酸化膜形成ステップと、 このシリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を形成する窒化
    膜形成ステップと、 このシリコン窒化膜の所定領域に開口部を有するレジス
    トを形成するレジスト形成ステップと、 この開口部に不純物イオンを注入して前記シリコン窒化
    膜に不純物イオンを混入する不純物注入ステップと、 所定温度で加熱するアニールステップと、 前記シリコン窒化膜上に金属膜を形成する電極形成ステ
    ップと、 前記半導体基板の前記シリコン窒化膜の前記不純物が混
    入された所定領域側にソース領域を形成し、他側にドレ
    イン領域を形成するソース/ドレイン形成ステップと、 を有することを特徴とする不揮発性記憶装置の製造方
    法。
JP3227575A 1991-09-09 1991-09-09 不揮発性記憶装置及びその製造方法 Pending JPH0567789A (ja)

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