JPH065875A - Nonvolatile memory - Google Patents

Nonvolatile memory

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JPH065875A
JPH065875A JP4161569A JP16156992A JPH065875A JP H065875 A JPH065875 A JP H065875A JP 4161569 A JP4161569 A JP 4161569A JP 16156992 A JP16156992 A JP 16156992A JP H065875 A JPH065875 A JP H065875A
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JP
Japan
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film
oxide film
silicon nitride
insulating film
silicon oxide
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Withdrawn
Application number
JP4161569A
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Japanese (ja)
Inventor
Hisashi Fukuda
永 福田
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH065875A publication Critical patent/JPH065875A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a nonvolatile memory having a tunnel insulator consisting of a silicon nitride film and a silicon oxide film to decrease the erase voltage and decrease the film thickness on the side for read operation. CONSTITUTION:A nonvolatile memory comprises a field-effect transistor having a laminated structure on a p-type semiconductor substrate 10. The laminated structure includes a tunnel insulator formed of a silicon nitride film 12a and a silicon oxide film 12b, a floating gate electrode 14, an inner insulating film 16, and a control gate 18. The tunnel insulator for write operation, i.e., the silicon oxide, can be made sufficiently thin for effective injection of electrons. On the other hand, the tunnel insulator for erase operation, i.e., the silicon nitride, enables the extraction of electrons at lower voltage.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、半導体不揮発性メモ
リ装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor nonvolatile memory device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から半導体集積回路、特にシリコン
集積回路では、膜厚が極めて薄い酸化膜が用いられてき
た。とりわけ、1.0nm以下の設計ルールの不揮発性
メモリ(1Mビット以降のフラッシュメモリ)において
は、100A°以下の膜厚のシリコン酸化膜(Si
2 )がトンネル酸化膜として用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an extremely thin oxide film has been used in a semiconductor integrated circuit, particularly in a silicon integrated circuit. In particular, in a non-volatile memory with a design rule of 1.0 nm or less (flash memory of 1 Mbit or more), a silicon oxide film (Si having a film thickness of 100 A ° or less
O 2 ) is used as the tunnel oxide film.

【0003】上述のように薄い酸化膜を有するフラッシ
ュメモリは、書き換えによってトンネル酸化膜にダメー
ジを与え、最終的には絶縁破壊となってデータの書き換
え回数を制限することになる。このよう理由から、トン
ネル酸化膜の特性は、フラッシュメモリの動作、特に書
き換え回数及びデータ記憶保持時間を決定する上で極め
て重要な因子となる。
In the flash memory having the thin oxide film as described above, the tunnel oxide film is damaged by rewriting, which eventually causes dielectric breakdown and limits the number of times data is rewritten. For this reason, the characteristics of the tunnel oxide film are extremely important factors in determining the operation of the flash memory, particularly the number of rewrites and the data storage retention time.

【0004】従来の不揮発性メモリ装置については、文
献I(月刊、Semiconductor Worl
d、1991年、4月号、p94〜98)に開示されて
いる。図7の(A)及び(B)は、従来の不揮発性メモ
リ装置を説明するための構造図を示している。
For a conventional non-volatile memory device, refer to Document I (Monthly, Semiconductor Director World).
d, 1991, April issue, p94-98). 7A and 7B are structural views for explaining a conventional nonvolatile memory device.

【0005】図7の(A)の構造では、p型半導体基板
10の表面部分にn+ 導電型のソース領域20とn+
電型のドレイン領域22とが形成されている。また、ソ
ース領域の下には、バンド間トンネルリーク抑制のため
に、低濃度のn- 層24が設けられており、一方、ドレ
イン領域22の下には、書き込み効率の向上を図るため
に、p+ 層26が設けられている例である。
[0005] In the structure of (A) in FIG. 7, and the n + conductivity type source region 20 and the n + conductivity type drain region 22 is formed in a surface portion of the p-type semiconductor substrate 10. Further, a low-concentration n layer 24 is provided below the source region for suppressing band-to-band tunnel leak, while below the drain region 22 to improve writing efficiency, This is an example in which the p + layer 26 is provided.

【0006】また、p型半導体基板10上には、ソース
領域20及びドレイン領域22間にわたる範囲において
トンネル酸化膜12、浮遊ゲート電極14、絶縁膜16
及び制御ゲート18が積層された構造が設けられてい
る。
Further, on the p-type semiconductor substrate 10, the tunnel oxide film 12, the floating gate electrode 14, and the insulating film 16 are provided in the range between the source region 20 and the drain region 22.
And a structure in which the control gate 18 is stacked.

【0007】次に、図7の(B)は、p型半導体基板の
表面にn- 層24及びp+ 層26を具えていない例であ
る。その他は、図7の(A)と同様な構成になってい
る。すなわち、基板上にトンネル酸化膜12、浮遊ゲー
ト電極14、絶縁膜16及び制御ゲート18を形成して
いる。
Next, FIG. 7B is an example in which the surface of the p-type semiconductor substrate is not provided with the n layer 24 and the p + layer 26. Otherwise, the configuration is similar to that of FIG. That is, the tunnel oxide film 12, the floating gate electrode 14, the insulating film 16 and the control gate 18 are formed on the substrate.

【0008】次に、従来の不揮発性メモリ装置の動作方
法について図7の(A)の構造を例にとって説明する。
Next, an operating method of the conventional non-volatile memory device will be described by taking the structure of FIG. 7A as an example.

【0009】まず、情報の読み出しは、浮遊ゲート電極
14に電子が多数注入されている状態のときは、チャン
ネルが反転しないためチャンネル領域に電子が流れな
い。このため、ソース・ドレイン領域間に電流は流れな
い。すなわち、OFF状態となる。
First, in reading information, when a large number of electrons are injected into the floating gate electrode 14, electrons do not flow into the channel region because the channel is not inverted. Therefore, no current flows between the source / drain regions. That is, it is turned off.

【0010】一方、浮遊ゲート電極14に電子が注入さ
れていない状態のとき、チャンネルは容易に反転してソ
ース・ドレイン領域間に電流を流すことができる。すな
わち、ON状態となる。
On the other hand, when electrons are not injected into the floating gate electrode 14, the channel can be easily inverted and a current can flow between the source / drain regions. That is, it is turned on.

【0011】このように不揮発性メモリ装置は、浮遊ゲ
ートに注入されている電子の量によってONまたはOF
Fの動作を繰り返して動作する。
As described above, the nonvolatile memory device is turned on or off depending on the amount of electrons injected into the floating gate.
The operation of F is repeated.

【0012】次に、ドレイン領域22から浮遊ゲート電
極14への電子の注入(書き込み)及び浮遊ゲート電極
14からソース領域20への電子の抜き取り(消去)に
ついて説明する。
Next, injection (writing) of electrons from the drain region 22 to the floating gate electrode 14 and extraction (erasing) of electrons from the floating gate electrode 14 to the source region 20 will be described.

【0013】まず、ドレイン領域22から浮遊ゲート電
極14への電子の注入は、ドレイン領域22に基板10
に対して逆バイアスの正の電圧(約5V)を印加して浮
遊ゲートの電位が約10Vになるように制御ゲートに電
圧を印加する。このときソース領域20から流出した電
子は、ソース領域電位からドレイン領域電位へと加速さ
れて、その一部は浮遊ゲート電極14に注入される。
First, injection of electrons from the drain region 22 to the floating gate electrode 14 is carried out in the drain region 22 by the substrate 10.
A reverse bias positive voltage (about 5V) is applied to the control gate so that the potential of the floating gate becomes about 10V. At this time, the electrons flowing out of the source region 20 are accelerated from the source region potential to the drain region potential, and some of them are injected into the floating gate electrode 14.

【0014】次に、浮遊ゲート電極14から電子を抜き
取る場合は、ソース領域20に正の高電圧を印加するこ
とによってトンネル酸化膜12を通してトンネル電流が
ソース領域20側に流れ浮遊ゲート中の電子がソース領
域20に抜き取られる。
Next, when electrons are extracted from the floating gate electrode 14, by applying a positive high voltage to the source region 20, a tunnel current flows through the tunnel oxide film 12 to the source region 20 side, and electrons in the floating gate are removed. It is extracted into the source region 20.

【0015】上述したように、フラッシュメモリへの情
報の書き込み及び消去はトンネル酸化膜を通して行われ
る。
As described above, writing and erasing of information in the flash memory is performed through the tunnel oxide film.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図2の
(A)及び(B)を用いて説明した従来の不揮発性メモ
リ装置では、情報の書き込み及び消去を繰り返し行うた
めトンネル酸化膜にかかるストレスも情報の書き換え回
数に比例して増加する。
However, in the conventional non-volatile memory device described with reference to FIGS. 2A and 2B, since the writing and erasing of information are repeatedly performed, the stress applied to the tunnel oxide film is also increased. It increases in proportion to the number of times information is rewritten.

【0017】また、このストレスは、膜厚とデータ保持
期間の間に相関関係を有しており、例えば、ストレスが
大きくなる程データの保持特性が劣化する。
Further, this stress has a correlation between the film thickness and the data retention period. For example, as the stress increases, the data retention characteristic deteriorates.

【0018】動作特性の劣化は、トンネル酸化膜の絶縁
破壊及びリーク電流の増加という形であらわれる。ま
た、このトンネル酸化膜の劣化は、浮遊ゲートからソ−
ス領域に電子を抜き取るときに顕著に発生し、トンネル
酸化膜が薄くなるにしたがって絶縁破壊の低下、また、
リーク電流の増加となって現れる。
The deterioration of the operating characteristics is manifested in the dielectric breakdown of the tunnel oxide film and the increase of leak current. In addition, the deterioration of the tunnel oxide film is caused by the floating gate
Occurs remarkably when electrons are extracted into the gate region, and the dielectric breakdown decreases as the tunnel oxide film becomes thinner.
It appears as an increase in leak current.

【0019】これに対してトンネル酸化膜の膜厚を厚く
すれば、トンネル酸化膜に加わる電界は小さくできる。
また、書き換え回数を増加させ、かつ、データ保持期間
を長くできる。
On the other hand, if the thickness of the tunnel oxide film is increased, the electric field applied to the tunnel oxide film can be reduced.
In addition, the number of rewrites can be increased and the data retention period can be lengthened.

【0020】しかし、既に説明した通り、デバイスを動
作させたとき特に消去動作のときにはトンネル電流を用
いている。従って、トンネル酸化膜を厚くすると、消去
のときソース・浮遊ゲート間に高電圧を印加しなけれ
ば、このトンネル電流を生じさせることができない。こ
のため、大きい面積の昇圧回路を半導体回路内に形成す
る必要が生じるという問題があった。また、トンネル酸
化膜の薄膜化にはおのずと限界があり、その限界値は一
般に80〜90A°の膜厚と予想される。
However, as described above, the tunnel current is used when the device is operated, especially in the erase operation. Therefore, if the tunnel oxide film is made thick, this tunnel current cannot be generated unless a high voltage is applied between the source and the floating gate at the time of erasing. Therefore, there is a problem in that it is necessary to form a booster circuit having a large area in the semiconductor circuit. Further, there is a limit to the thinning of the tunnel oxide film, and the limit value is generally expected to be 80 to 90 A °.

【0021】この発明は、上述した問題点に鑑みなされ
たもであり、この発明の目的は、特に、消去のときソー
ス浮遊ゲート間に印加される電圧を低くなるようなトン
ネル酸化膜を形成し、また、書き込み及び消去のときト
ンネル酸化膜の信頼性が向上するようなトンネル酸化膜
を形成する半導体不揮発性メモリを提供することにあ
る。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to form a tunnel oxide film which lowers the voltage applied between the source floating gates at the time of erasing. Another object of the present invention is to provide a semiconductor non-volatile memory in which a tunnel oxide film is formed so that the reliability of the tunnel oxide film is improved during writing and erasing.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
めに、この発明によれば、第1導電型の半導体基板と、
該半導体基板に設けられ、互いに離間している第2導電
型の第1及び第2不純物領域と、前記半導体基板の、前
記第1及び第2不純物領域間にわたって、前記半導体基
板上に形成されている第1絶縁膜と、該第1絶縁膜上に
設けられた第1導電体層と、該第1導電体層上に設けら
れた第2絶縁膜と、該第2絶縁膜上に設けられた第2導
電体層とを有する不揮発性メモリ装置において、第1絶
縁膜を前記第1不純物領域側のシリコン窒化膜と、前記
第2不純物領域側のシリコン酸化膜とを以って構成して
あることを特徴とする。
In order to achieve this object, according to the present invention, a semiconductor substrate of a first conductivity type,
A second conductive type first and second impurity region provided on the semiconductor substrate and spaced apart from each other, and formed on the semiconductor substrate between the first and second impurity regions of the semiconductor substrate. A first insulating film, a first conductive layer provided on the first insulating film, a second insulating film provided on the first conductive layer, and a second insulating film provided on the second insulating film. In the nonvolatile memory device having a second conductive layer, the first insulating film is composed of a silicon nitride film on the first impurity region side and a silicon oxide film on the second impurity region side. It is characterized by being.

【0023】[0023]

【作用】この発明の構成によれば、第1絶縁膜(この絶
縁膜をトンネル絶縁膜と称する)は互いに並置させたシ
リコン酸化膜(SiO2 膜)とシリコン窒化膜(Si3
4 膜)とを具えている。そして、情報の消去のとき
は、第1の導電体層(浮遊ゲート)からシリコン窒化膜
を経て第2不純物領域(ソース領域)に電子を引き抜
く。このために要する電界強度をシリコン酸化膜(Si
2 膜)の場合よりも低くできる。また、情報の消去の
とき、シリコン窒化膜は、シリコン酸化膜に比べてリー
ク電流が大きいため電子を容易にソース領域側に引き抜
くことができる。
According to the structure of the present invention, the first insulating film (this insulating film is referred to as a tunnel insulating film) has the silicon oxide film (SiO 2 film) and the silicon nitride film (Si 3 film) arranged side by side.
And it includes the N 4 film) and. Then, when erasing information, electrons are extracted from the first conductor layer (floating gate) to the second impurity region (source region) through the silicon nitride film. The electric field strength required for this purpose is determined by the silicon oxide film (Si
It can be made lower than in the case of O 2 film). Further, at the time of erasing information, the silicon nitride film has a larger leak current than the silicon oxide film, so that electrons can be easily extracted to the source region side.

【0024】一方、情報の書き込みのとき、第2不純物
領域(ドレイン領域)からシリコン酸化膜を経て第1の
導電体層(浮遊ゲート)へ電子を注入する。従って、シ
リコン窒化膜に比べてシリコン酸化膜を薄くしても絶縁
破壊電荷を大きくできる。
On the other hand, when writing information, electrons are injected from the second impurity region (drain region) into the first conductor layer (floating gate) through the silicon oxide film. Therefore, the dielectric breakdown charge can be increased even if the silicon oxide film is thinner than the silicon nitride film.

【0025】[0025]

【実施例】以下、図を参照しこの発明の実施例につき説
明する。尚、ここでは、この発明の不揮発性メモリ装置
につき説明を行なう。しかし、これらの図1〜4におい
てはこの発明を理解できる程度に、各構成成分の形状、
大きさおよび配置関係を概略的に示してあるにすぎな
い。また、これらの図において従来と同様な構成成分に
ついては同一の番号を付して示し、また、以下の説明に
おいてはこれらの説明を一部省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The nonvolatile memory device of the present invention will be described here. However, in these FIGS. 1 to 4, the shape of each component,
Only the size and the layout relationship are shown schematically. Further, in these drawings, the same components as those of the conventional one are denoted by the same reference numerals, and in the following description, the description thereof will be partially omitted.

【0026】図1は、この発明の説明に供する不揮発性
メモリ装置の主要部の構造を示した断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of the main part of a non-volatile memory device used for explaining the present invention.

【0027】この不揮発性メモリ装置では、第1導電型
の半導体基板10、例えば、p導電型、比抵抗が5Ω・
cm、面方位(100)のシリコン基板(以下、p導電
型半導体基板と呼ぶ。)上に第1絶縁膜12a及び12
b(以下、12aをシリコン窒化膜及び12bをシリコ
ン酸化膜と呼ぶ。また、シリコン窒化膜とシリコン酸化
膜を合わせたものをトンネル絶縁膜と呼ぶ。)、第1導
電体層14(以下、浮遊ゲート電極と呼ぶ。)、第2絶
縁膜16(以下、層間絶縁膜と呼ぶ。)、及び第2導電
体層18(以下、制御ゲート電極と呼ぶ。)が順に積層
してある。
In this non-volatile memory device, a semiconductor substrate 10 of the first conductivity type, for example, a p conductivity type and a specific resistance of 5Ω.
cm, plane orientation (100) on a silicon substrate (hereinafter referred to as p-conductivity type semiconductor substrate), first insulating films 12a and 12
b (hereinafter, 12a is referred to as a silicon nitride film and 12b is referred to as a silicon oxide film, and a combination of the silicon nitride film and the silicon oxide film is referred to as a tunnel insulating film), and a first conductor layer 14 (hereinafter, referred to as floating). A gate electrode), a second insulating film 16 (hereinafter referred to as an interlayer insulating film), and a second conductor layer 18 (hereinafter referred to as a control gate electrode) are sequentially stacked.

【0028】また、p導電型半導体基板には、第1およ
び第2不純物領域20及び22を有している。ここで、
第2導電型の不純物領域20をソース領域、他の第2導
電型の不純物領域22をドレイン領域と呼ぶこともあ
る。更に、ソース領域20の下には、n層24が設け
られ、他方、ドレイン領域24の下にはp層26が設
けられている。そして、この発明では、トンネル絶縁膜
12を第2導電型の第1及び第2不純物領域20、22
間にわたって基板10上に設けた構造となっている。そ
して、この実施例では、シリコン窒化膜を第1不純物領
域20側に設け、シリコン酸化膜を第2不純物領域22
側に位置させて、両者12a及び12bを平面的に並置
させた状態にある。
The p-conductivity type semiconductor substrate has first and second impurity regions 20 and 22. here,
The second conductivity type impurity region 20 may be referred to as a source region, and the other second conductivity type impurity regions 22 may be referred to as a drain region. Furthermore, an n - layer 24 is provided below the source region 20, while a p - layer 26 is provided below the drain region 24. In the present invention, the tunnel insulating film 12 is formed into the second conductivity type first and second impurity regions 20 and 22.
The structure is provided on the substrate 10 over the space. Then, in this embodiment, a silicon nitride film is provided on the first impurity region 20 side, and a silicon oxide film is formed on the second impurity region 22.
It is in the state where it is located on the side and both 12a and 12b are juxtaposed in a plane.

【0029】次に、図2〜図4を参照してこの発明の製
造工程につき説明する。
Next, the manufacturing process of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0030】p導電型半導体基板10(図2の(A))
上に、アンモニヤ(NH3 )ガスの雰囲気中で、120
0℃、100分熱窒化処理を行い、膜厚を50A°(オ
ングストローム)のシリコン窒化膜(Si3 4 膜)の
第1予備層11を形成する(図2の(B))。その後、
レジスト材料をシリコン窒化膜の第1予備層11上に塗
布してレジスト層を形成する(図2の(C))。
P conductive type semiconductor substrate 10 ((A) of FIG. 2)
Above, in an atmosphere of ammonia (NH 3 ) gas, 120
A thermal nitriding treatment is performed at 0 ° C. for 100 minutes to form a first preliminary layer 11 of a silicon nitride film (Si 3 N 4 film) having a film thickness of 50 A ° (angstrom) ((B) of FIG. 2). afterwards,
A resist material is applied on the first preliminary layer 11 of the silicon nitride film to form a resist layer ((C) of FIG. 2).

【0031】次に、公知技術であるホットエッチング技
術を用いて、シリコン窒化膜の第1予備層11は残存さ
せた状態でレジスト層13をパターニングし、レジスト
パターン13aを形成する(図2の(D))。
Next, using a well-known hot etching technique, the resist layer 13 is patterned with the first preliminary layer 11 of the silicon nitride film left, to form a resist pattern 13a ((in FIG. 2). D)).

【0032】次に、レジストパターン13aをマスクと
して、シリコン窒化膜の第1予備層11の露出部分を除
去し、シリコン窒化膜の第2予備層11aを形成して基
板10の表面の一部を露出させる(図3の(A))。
Next, using the resist pattern 13a as a mask, the exposed portion of the first preliminary layer 11 of the silicon nitride film is removed to form the second preliminary layer 11a of the silicon nitride film, and a part of the surface of the substrate 10 is removed. It is exposed ((A) of FIG. 3).

【0033】その後、レジストパターン13aを除去
し、パターニングされたシリコン窒化膜の第2予備層1
1aを露出させる(図示せず)。
After that, the resist pattern 13a is removed, and the patterned second preliminary layer 1 of the silicon nitride film is formed.
1a is exposed (not shown).

【0034】次に、基板10上に形成されている状態の
構造体に対して酸化性ガスの雰囲気中で熱処理酸化を行
う。このときの酸化性ガスを、好ましくは、例えば、酸
素(O2 )ガスと窒素(N2 )ガスの流量比を1:1に
して形成する。このときの熱処理条件は1000℃、1
5分とする。また、このときの酸化過程で、第2予備層
11aは殆ど酸化されないが、基板10の露出した部分
のみが酸化されて、約50A°の膜厚のシリコン酸化膜
(SiO2 膜)の第1予備層11bが第2予備層11a
の横に並んで形成される(図3の(B))。
Next, the structure formed on the substrate 10 is heat-treated and oxidized in an oxidizing gas atmosphere. The oxidizing gas at this time is preferably formed, for example, with a flow rate ratio of oxygen (O 2 ) gas and nitrogen (N 2 ) gas of 1: 1. The heat treatment conditions at this time are 1000 ° C. and 1
5 minutes. In addition, in the oxidation process at this time, the second preliminary layer 11a is hardly oxidized, but only the exposed portion of the substrate 10 is oxidized to form the first silicon oxide film (SiO 2 film) having a thickness of about 50 A °. The preliminary layer 11b is the second preliminary layer 11a.
Are formed side by side (FIG. 3B).

【0035】尚、このときの膜厚を第2予備層11aと
実質的に同一となるように熱酸化処理を制御するのが良
い。
The thermal oxidation process is preferably controlled so that the film thickness at this time is substantially the same as that of the second preliminary layer 11a.

【0036】その後、基板10を速やかにシリコン薄膜
形成装置に移して、例えば、通常のCVD技術を用い
て、シリコン窒化膜の第2予備層11a及びシリコン酸
化膜の第1予備層11b上に多結晶シリコン薄膜層14
を形成する。続いて、多結晶シリコン薄膜層14にリン
(P)を拡散させてn+ 導電型の浮遊ゲート電極を形成
するための予備電極層14aを形成する(図3の
(C))。
After that, the substrate 10 is quickly transferred to a silicon thin film forming apparatus, and a large number of layers are formed on the second preliminary layer 11a of the silicon nitride film and the first preliminary layer 11b of the silicon oxide film by using, for example, a normal CVD technique. Crystalline silicon thin film layer 14
To form. Subsequently, phosphorus (P) is diffused in the polycrystalline silicon thin film layer 14 to form a preliminary electrode layer 14a for forming an n + conductivity type floating gate electrode (FIG. 3C).

【0037】次に、予備電極層14a上に、膜厚35n
m程度の第2絶縁膜用の予備絶縁層16aを高温酸化法
によって形成し、次に、この絶縁膜上に、予備電極層1
4aの形成と同一の方法を用いて、制御ゲート電極形成
のための予備ゲート電極層18aを形成する(図3の
(D))。
Next, a film thickness of 35n is formed on the preliminary electrode layer 14a.
A preliminary insulating layer 16a for the second insulating film having a thickness of about m is formed by a high temperature oxidation method, and then the preliminary electrode layer 1 is formed on the insulating film.
The preliminary gate electrode layer 18a for forming the control gate electrode is formed by using the same method as that for forming 4a (FIG. 3D).

【0038】その後、予備ゲート電極層18a上にマス
ク用の予備絶縁膜を形成して、電極となる部分に相当す
る予備絶縁膜が残るようにパターニングを行い、マスク
19を形成し、このマスクを利用してホットエッチング
技術及びドライエッチング技術を用いて、基板10の表
面に達するまでエッチングして図4の(A)に示すよう
な構造体を得る。このエッチング後に残存している層が
それぞれ、シリコン窒化膜12a、シリコン酸化膜12
b、浮遊ゲート電極14、第2絶縁膜16、制御ゲート
電極18となる。そして、両膜12a及び12bが、ト
ンネル絶縁膜12を形成している。これら両膜12a、
12bは基板上方から見たとき基板10上に隣接して横
方向に並置して設けた状態にある(図4の(A))。
Then, a preliminary insulating film for a mask is formed on the preliminary gate electrode layer 18a, and patterning is performed so that the preliminary insulating film corresponding to a portion to be an electrode remains, and a mask 19 is formed. Utilizing the hot etching technique and the dry etching technique, etching is performed until the surface of the substrate 10 is reached to obtain a structure as shown in FIG. The layers remaining after this etching are the silicon nitride film 12a and the silicon oxide film 12 respectively.
b, the floating gate electrode 14, the second insulating film 16, and the control gate electrode 18. The two films 12a and 12b form the tunnel insulating film 12. Both films 12a,
When viewed from above the substrate, 12b is in a state of being provided side by side adjacently on the substrate 10 (FIG. 4A).

【0039】次に、シリコン窒化膜12a及びシリコン
酸化膜12b、浮遊ゲート電極14、層間絶縁膜16、
制御ゲート電極18の周辺を、例えば、レジスト材料な
どを用いてマスキングし(図示せず)た後、イオン注入
及び活性化を行って、基板10にn+ 導電層のソース領
域20及びドレイン領域22を形成する。また、注入効
率を上げるため、例えばボロン(B)イオンを注入して
ソース領域20の下にp- 層24を形成し、また、更
に、例えば、砒素(As)イオンなどを注入してドレイ
ン領域の下にn- 層26を形成する(図4の(B))。
Next, the silicon nitride film 12a and the silicon oxide film 12b, the floating gate electrode 14, the interlayer insulating film 16,
The periphery of the control gate electrode 18 is masked (not shown) with, for example, a resist material, and then ion implantation and activation are performed to form a source region 20 and a drain region 22 of the n + conductive layer on the substrate 10. To form. In order to improve the implantation efficiency, for example, boron (B) ions are implanted to form the p layer 24 under the source region 20, and further, for example, arsenic (As) ions are implanted to form the drain region. An n layer 26 is formed underneath (FIG. 4B).

【0040】上述したような製造工程を経て不揮発性メ
モリ素子の主要部が形成される。
The main part of the non-volatile memory device is formed through the manufacturing process as described above.

【0041】この発明では、第1絶縁膜を形成している
シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の長さm及びnの比率
を50:50としたが、ソース領域20側に僅かのシリ
コン窒化膜を形成してあれば、素子の機能を十分果たす
ことができる。なぜなら、情報の消去を行うとき浮遊ゲ
ート電極14からソース領域20に抜ける電子はトンネ
ル絶縁膜のごく一部分で行われるためである。
In the present invention, the ratio of the lengths m and n of the silicon nitride film forming the first insulating film and the silicon oxide film is 50:50, but a slight silicon nitride film is formed on the source region 20 side. If formed, the function of the element can be sufficiently fulfilled. This is because the electrons that escape from the floating gate electrode 14 to the source region 20 when erasing information are performed in only a small part of the tunnel insulating film.

【0042】次に、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜
の電圧ー電流特性について説明する。図5は横軸に電界
強度(MV/cmの単位)をとり、縦軸にリーク電流密
度(A/cm2 の単位)を取ってシリコン窒化膜とシリ
コン酸化膜の特性を表した曲線である。ここで曲線I
は、シリコン窒化膜、また、曲線IIは、シリコン酸化膜
を表している。ただし、曲線I及び曲線IIは、膜厚を
4.5nmにしたときの値である。この図からも理解で
きるように、リーク電流密度10-6A/cm2 のときシ
リコン酸化膜の電界強度は約8MV/cmであるのに対
してシリコン窒化膜は約4MV/cmと低下する。この
ため、消去動作するソース領域側に窒化膜を具えること
によって、従来より低い電圧で消去を行うことができ
る。従って、この発明では、シリコン窒化膜をソース側
に用いるため、プールフレンケル伝導によって電流が流
れ、シリコン酸化膜に比べ、より低い電圧のもとで同一
の電流を抜き取ることができる。また、シリコン窒化膜
は、シリコン酸化膜に比べ高電界で誘起されるリーク電
流密度は大きいため、電子の引き抜きが容易となり、そ
の結果長期間の信頼性を確保できる。
Next, the voltage-current characteristics of the silicon nitride film and the silicon oxide film will be described. FIG. 5 is a curve showing the characteristics of the silicon nitride film and the silicon oxide film with the electric field strength (unit of MV / cm) on the horizontal axis and the leakage current density (unit of A / cm 2 ) on the vertical axis. . Where curve I
Represents a silicon nitride film, and curve II represents a silicon oxide film. However, the curve I and the curve II are values when the film thickness is 4.5 nm. As can be understood from this figure, when the leak current density is 10 −6 A / cm 2 , the electric field strength of the silicon oxide film is about 8 MV / cm, whereas the silicon nitride film decreases to about 4 MV / cm. Therefore, by providing the nitride film on the side of the source region where the erasing operation is performed, erasing can be performed at a lower voltage than before. Therefore, in the present invention, since the silicon nitride film is used on the source side, a current flows by pool Frenkel conduction, and the same current can be extracted under a lower voltage than that of the silicon oxide film. Further, since the silicon nitride film has a large leak current density induced by a high electric field as compared with the silicon oxide film, it is easy to extract electrons, and as a result, long-term reliability can be secured.

【0043】次に、トンネル絶縁膜における絶縁破壊電
荷特性について説明する。
Next, the dielectric breakdown charge characteristics of the tunnel insulating film will be described.

【0044】図6は、横軸にトンネル絶縁膜の厚さ(A
°単位:A°はオングソトロームを表す記号)を取り、
縦軸に絶縁破壊電荷QBD(C/cm2 の単位)をとり、
膜厚に依存性によるゲート正極性とゲート負極性の特性
を表わした図である。ここで、曲線Iは、シリコン酸化
膜のゲート正電極特性、曲線IIはシリコン酸化膜の負電
極特性、III はシリコン窒化膜のゲート正電極特性およ
びIVはシリコン窒化膜の負電極を表している。ただし、
注入電流密度は、±100A/cm2 とする。
In FIG. 6, the horizontal axis indicates the thickness of the tunnel insulating film (A
° Unit: A ° is a symbol representing Ongstrom,
The dielectric breakdown charge Q BD (unit: C / cm 2 ) is plotted on the vertical axis,
It is a figure showing the characteristic of gate positive polarity and gate negative polarity by dependence on film thickness. Here, curve I represents the gate positive electrode characteristic of the silicon oxide film, curve II represents the negative electrode characteristic of the silicon oxide film, III represents the gate positive electrode characteristic of the silicon nitride film, and IV represents the negative electrode of the silicon nitride film. . However,
The injection current density is ± 100 A / cm 2 .

【0045】この図からも理解できるように、ゲート正
電極を印加した場合、すなわち、書き込み動作のとき、
シリコン酸化膜の絶縁破壊電荷特性は、膜厚を薄くする
と増大する。一方、ゲート負電極を印加した場合、すな
わち、消去動作のとき、シリコン酸化膜の絶縁破壊電荷
特性は、膜厚を薄くすると極端に低下する。
As can be understood from this figure, when the gate positive electrode is applied, that is, in the write operation,
The dielectric breakdown charge characteristics of the silicon oxide film increase as the film thickness decreases. On the other hand, when the gate negative electrode is applied, that is, during the erase operation, the dielectric breakdown charge characteristic of the silicon oxide film is extremely reduced when the film thickness is reduced.

【0046】これに対して、シリコン窒化膜の膜厚依存
性をみると膜厚60A°で、正電極及び負電極に対する
絶縁破壊電荷は40〜30A°を示している。
On the other hand, looking at the film thickness dependence of the silicon nitride film, the film thickness is 60 A °, and the dielectric breakdown charges for the positive electrode and the negative electrode are 40 to 30 A °.

【0047】この事実から、書き込みする側にシリコン
酸化膜を用いたとき、すなわち正極性の電位をドレイン
領域側に与えたとき、トンネル酸化膜の厚さを薄くして
もシリコン窒化膜に比べて、絶縁破壊電荷値は増加す
る。従って、トンネル酸化膜の寿命特性を伸ばすことが
できる。
From this fact, when a silicon oxide film is used on the write side, that is, when a positive potential is applied to the drain region side, even if the tunnel oxide film is thinned, it will be compared to a silicon nitride film. , The breakdown charge value increases. Therefore, the life characteristics of the tunnel oxide film can be extended.

【0048】一方、消去する側にシリコン窒化膜を用い
たとき、すなわち負電極の電位をソース領域に与えたと
き、トンネル酸化膜厚60A°の負極性で絶縁破壊電界
値は30C/cm2 となり、シリコン酸化膜の7C/c
2 に比べて、その差23C/cm2 改善される。この
結果より、情報の消去にシリコン窒化膜を用いれば、ト
ンネル酸化膜の厚さを薄くしても絶縁破壊電荷の低下に
は殆ど影響がないため消去動作が安定する。
On the other hand, when a silicon nitride film is used on the side to be erased, that is, when the potential of the negative electrode is applied to the source region, the dielectric breakdown field value is 30 C / cm 2 due to the negative polarity of the tunnel oxide film thickness of 60 A °. , Silicon oxide film 7C / c
The difference is 23 C / cm 2 compared to m 2 . From this result, if the silicon nitride film is used for erasing information, even if the thickness of the tunnel oxide film is thinned, there is almost no effect on the reduction of the dielectric breakdown charge, and the erasing operation is stabilized.

【0049】[0049]

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の不揮発性メモリ装置によれば、トンネル絶縁膜
の一部分としてシリコン酸化膜を用いているので情報の
書き込みの場合、ドレイン領域から浮遊ゲートに電子を
注入する際の、薄膜化による絶縁破壊電荷を、シリコン
窒化膜の場合よりも、増加できる。このため、情報の長
期信頼性の向上をはかることができる。
As is apparent from the above description, according to the non-volatile memory device of the present invention, since the silicon oxide film is used as a part of the tunnel insulating film, the floating from the drain region occurs when writing information. The dielectric breakdown charge due to the thinning when electrons are injected into the gate can be increased as compared with the case of the silicon nitride film. Therefore, it is possible to improve the long-term reliability of information.

【0050】一方、この発明の構造によればトンネル絶
縁膜の一部分としてシリコン窒化膜を用いるため、情報
の消去のとき、浮遊ゲートからソース領域に電子を抜く
ときの、シリコン酸化膜に比べ電界強度を低くできる。
このため、消去動作のときソース領域に負電位を印加し
て浮遊ゲートからソース領域に電子を抜き取る場合、低
電圧で消去動作が可能になる。
On the other hand, according to the structure of the present invention, since the silicon nitride film is used as a part of the tunnel insulating film, the electric field strength is higher than that of the silicon oxide film when electrons are extracted from the floating gate to the source region at the time of erasing information. Can be lowered.
Therefore, when a negative potential is applied to the source region during the erase operation to extract electrons from the floating gate to the source region, the erase operation can be performed at a low voltage.

【0051】従って、この発明の不揮発性メモリ装置を
用いることによって、データの書き込み及び消去は低電
圧化ができ、また、情報の読み取り特性の信頼性を図る
ことができる。また、データの保持時間を伸ばすことが
できる。
Therefore, by using the non-volatile memory device of the present invention, it is possible to lower the voltage for writing and erasing data and to improve the reliability of the information reading characteristic. In addition, the data retention time can be extended.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例の不揮発性メモリ装置の要部を示す断面
図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of a nonvolatile memory device according to an embodiment.

【図2】この発明の製造工程の説明に供する図である。FIG. 2 is a diagram which is used for describing a manufacturing process of the present invention.

【図3】図2に続く、この発明の製造工程の説明に供す
る図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the manufacturing process of the present invention following FIG. 2;

【図4】図3に続く、この発明の製造工程の説明に供す
る図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the manufacturing process of the present invention following FIG.

【図5】この発明に用いたトンネル絶縁膜の種類による
電流ー電圧特性を示した図である。
FIG. 5 is a diagram showing current-voltage characteristics according to the type of tunnel insulating film used in the present invention.

【図6】この発明に用いたトンネル絶縁膜における絶縁
破壊電荷特性を示した図である。
FIG. 6 is a diagram showing dielectric breakdown charge characteristics of the tunnel insulating film used in the present invention.

【図7】従来の不揮発性メモリ装置の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional nonvolatile memory device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10:p導電型半導体基板 12:第1絶縁膜(トンネル絶縁膜) 12a、12b:シリコン窒素化膜及びシリコン酸化膜
(Si3 4 膜とSiO2 膜) 14:浮遊ゲート電極 16:層間絶縁膜 18:制御ゲート電極 20:ソース領域 22:ドレイン領域 24:n- 層 26:p-
10: p conductive type semiconductor substrate 12: first insulating film (tunnel insulating film) 12a, 12b: silicon nitride film and silicon oxide film (Si 3 N 4 film and SiO 2 film) 14: floating gate electrode 16: interlayer insulation film 18: a control gate electrode 20: source region 22: a drain region 24: n - layer 26: p - layer

フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G11C 16/02 16/04 H01L 27/115 29/62 G 9055−4M 8728−4M H01L 27/10 434 Continuation of front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Office reference number FI technical display location G11C 16/02 16/04 H01L 27/115 29/62 G 9055-4M 8728-4M H01L 27/10 434

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型の半導体基板と、該半導体基
板に設けられ、互いに離間している第2導電型の第1及
び第2不純物領域と、前記半導体基板の、前記第1及び
第2不純物領域間にわたって、前記半導体基板上に形成
されている第1絶縁膜と、該第1絶縁膜上に設けられた
第1導電体層と、該第1導電体層上に設けられた第2絶
縁膜と、該第2絶縁膜上に設けられた第2導電体層とを
有する不揮発性メモリ装置において、 第1絶縁膜を前記第1不純物領域側のシリコン窒化膜
と、前記第2不純物領域側のシリコン酸化膜とを以って
構成してあることを特徴とする不揮発性メモリ装置。
1. A semiconductor substrate of a first conductivity type, first and second impurity regions of a second conductivity type which are provided in the semiconductor substrate and are separated from each other, and the first and second semiconductor substrates of the semiconductor substrate. A first insulating film formed on the semiconductor substrate, a first conductor layer provided on the first insulating film, and a first conductor layer provided on the first conductor layer across the two impurity regions. In a non-volatile memory device having a second insulating film and a second conductor layer provided on the second insulating film, the first insulating film may be a silicon nitride film on the first impurity region side and the second impurity film. A non-volatile memory device comprising a region-side silicon oxide film.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100344829B1 (en) * 1999-12-15 2002-07-20 주식회사 하이닉스반도체 Method for fabricating of semiconductor memory device
KR100356468B1 (en) * 1999-12-29 2002-10-18 주식회사 하이닉스반도체 Method of manufacturing a flash memory device

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