JPH0745724A - Nonvolatile semiconductor storage device - Google Patents

Nonvolatile semiconductor storage device

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JPH0745724A
JPH0745724A JP18410293A JP18410293A JPH0745724A JP H0745724 A JPH0745724 A JP H0745724A JP 18410293 A JP18410293 A JP 18410293A JP 18410293 A JP18410293 A JP 18410293A JP H0745724 A JPH0745724 A JP H0745724A
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JP
Japan
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insulating film
layer
memory device
semiconductor memory
insulating
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP18410293A
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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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Abstract

PURPOSE:To provide a nonvolatile semiconductor storage device which is enhanced in reliability by a method wherein an insulating film is restrained from deteriorating due to a write/erase operating characteristic. CONSTITUTION:An insulating film 17 includes a semi-insulating polysilicon layer 14a (SIPOS layer) composed of silicon oxide and polysilicon. The insulating film 17 is of three-layered structure and composed of a lower insulating film 12a on a P-conductivity type semiconductor substrate 10, an intermediate insulating film 14a, and an upper insulating film 16a, wherein the intermediate insulating film 14a is an SIPOS layer. Furthermore, the lower and the upper insulating film, 12a and 16a, are formed of silicon dioxide (SiO2).

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、電気的に書き込み及
び消去ができ、しかも情報の保持に外部より電力を与え
る必要のない不揮発性半導体記憶装置(所謂EEPRO
M)に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-volatile semiconductor memory device (so-called EEPRO) which can be electrically written and erased and which does not require external power supply to retain information.
M).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の不揮発性半導体記憶装置は、例え
ば文献I(文献I:「Effectof temper
atur on data retention of
silicon−oxide−nitride−ox
ide−semiconductor nonvola
till memory toransistor
s」、S.L.Miller at al、J、App
l、Phys、67(11)、1 June 199
0)及び文献II(文献II:「MONOS型EEPR
OM」、月刊Semiconductor Worl
d、岸敏幸他、1991.4)に開示されているものが
ある。
2. Description of the Related Art A conventional non-volatile semiconductor memory device is disclosed in, for example, Document I (Document I: "Effect of temperature").
atur on data retention of
silicon-oxide-nitride-ox
idea-semiconductor nonvola
till memory transistor
s ", S.S. L. Miller at al, J, App
1, Phys, 67 (11), 1 June 199.
0) and Document II (Document II: “MONOS-type EEPR”).
OM ", Monthly Semiconductor Director World
d, Toshiyuki Kishi et al., 1991.4).

【0003】図6の(A)及び(B)は、文献Iと文献
IIに開示されている不揮発性記憶装置の構造の一例を
示している。
FIGS. 6A and 6B show an example of the structure of the nonvolatile memory device disclosed in Documents I and II.

【0004】図6の(A)の構成によれば、30はp導
電型半導体基板、32はトンネル酸化膜、34は窒化
膜、36はトップ酸化膜、38はn+ 導電型のゲート電
極、42はn+ 型のソース領域、44はn+ 型のドレイ
ン領域である。
According to the structure of FIG. 6A, 30 is a p-conductivity type semiconductor substrate, 32 is a tunnel oxide film, 34 is a nitride film, 36 is a top oxide film, 38 is an n + conductivity type gate electrode, 42 is an n + type source region, and 44 is an n + type drain region.

【0005】基板30の表面には、n+ 導電型のソース
領域42とドレイン領域44が形成されており、基板1
0上には、トンネル酸化膜32、窒化膜34、トップ酸
化膜36及びゲート電極38がそれぞれ積層されてい
る。
An n + conductivity type source region 42 and drain region 44 are formed on the surface of the substrate 30.
A tunnel oxide film 32, a nitride film 34, a top oxide film 36, and a gate electrode 38 are stacked on the gate electrode 0.

【0006】一方、文献IIのタイプの不揮発性半導体
装置には、高集積化IC対応メモリセルである。
On the other hand, the non-volatile semiconductor device of the type of Document II is a memory cell compatible with a highly integrated IC.

【0007】図6の(B)を参照して文献に開示されて
いる高集積化IC対応メモリセルの構造につき簡単に説
明する。
The structure of the highly integrated IC compatible memory cell disclosed in the literature will be briefly described with reference to FIG.

【0008】この高集積化IC対応メモリセルの構成は
以下の通りである。50はpウエル、52はn型半導体
基板、54はゲート酸化膜、56はアドレスゲート、5
8はONO(Oxide−Nitride−Oxid
e)膜、60はメモリゲート、64及び66はフィール
ド酸化膜、68a及び68bはn- 導電型拡散層、70
a及び70bはn+ 導電型拡散層である。
The structure of this highly integrated IC compatible memory cell is as follows. 50 is a p-well, 52 is an n-type semiconductor substrate, 54 is a gate oxide film, 56 is an address gate, 5
8 is ONO (Oxide-Nitride-Oxid)
e) film, 60 is a memory gate, 64 and 66 are field oxide films, 68a and 68b are n conductivity type diffusion layers, 70
Reference numerals a and 70b are n + conductivity type diffusion layers.

【0009】次に、図6の(A)に示した不揮発性半導
体記憶装置(以下、EEPROMと称する。)を用いて
メモリセルの動作方法につき簡単に説明する。
Next, a method of operating a memory cell using the nonvolatile semiconductor memory device (hereinafter referred to as EEPROM) shown in FIG. 6A will be briefly described.

【0010】このEEPROMの書き込み動作は、ドレ
イン領域44からトンネル酸化膜32と窒化膜34との
界面に蓄積される電子の注入によって行う。この界面に
電子が多数蓄積されているときは、チャネルが反転しな
いため、チャネル領域43に電子が流れない。このと
き、エンハスメント状態(ゲート電極電圧が0Vのとき
ドレイン電流が流れない状態)となり、しきい値電圧が
増加し、OFF状態(“0”状態)となる。なお、トッ
プ酸化膜36は、注入される電子に対して、ゲート電極
38側への電子の放出を防止するための障壁の役目をす
る。
The writing operation of this EEPROM is performed by injecting electrons accumulated from the drain region 44 at the interface between the tunnel oxide film 32 and the nitride film 34. When a large number of electrons are accumulated at this interface, the channel does not invert, so that no electrons flow in the channel region 43. At this time, an enhancement state (a state in which the drain current does not flow when the gate electrode voltage is 0V) is set, the threshold voltage increases, and the state becomes an OFF state (“0” state). The top oxide film 36 functions as a barrier against the injected electrons to prevent the electrons from being emitted to the gate electrode 38 side.

【0011】一方、消去は、窒化膜34とトンネル酸化
膜32にトラップされた電子を基板30側に放出させる
ことによって行う。すなわち、トンネル酸化膜32と窒
化膜34との界面に蓄積された電子を基板30のソース
領域42に放出させることによってチャネルは反転す
る。このとき、しきい値電圧は減少し、ON状態
(“1”状態)となる。
On the other hand, the erasing is performed by releasing the electrons trapped in the nitride film 34 and the tunnel oxide film 32 to the substrate 30 side. That is, the channel is inverted by releasing the electrons accumulated at the interface between the tunnel oxide film 32 and the nitride film 34 to the source region 42 of the substrate 30. At this time, the threshold voltage decreases and the ON state (“1” state) is set.

【0012】上述したように、従来のEEPROMの書
き込み及び消去は、窒化膜34とトンネル酸化膜32と
の界面(以下、トラップ層という。)にトラップされた
電子を注入、放出することによって行っていた。
As described above, the writing and erasing of the conventional EEPROM are performed by injecting and releasing the electrons trapped at the interface between the nitride film 34 and the tunnel oxide film 32 (hereinafter referred to as the trap layer). It was

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の不揮発性記憶装置は、トラップ層への電子注入
やトラップ層からの電子放出を繰り返すことによって窒
化膜の劣化が起こるため、電子の注入効率が低下し、従
ってしきい値電圧(Vth)の変動が大きくなるという問
題がある。更に、窒化膜の劣化によってリーク電流は増
加し、トラップ層に蓄積される電荷の保持ができなくな
り、デバイス特性を悪くする原因となっていた。また、
窒化膜の劣化によって絶縁破壊の強さが低下するという
問題もある。
However, in the above-mentioned conventional nonvolatile memory device, since the nitride film is deteriorated by repeating the electron injection into the trap layer and the electron emission from the trap layer, the electron injection efficiency is increased. Of the threshold voltage, and thus the fluctuation of the threshold voltage (V th ) becomes large. Further, the deterioration of the nitride film increases the leak current, making it impossible to hold the charges accumulated in the trap layer, which causes deterioration of device characteristics. Also,
There is also a problem that the strength of dielectric breakdown is lowered due to the deterioration of the nitride film.

【0014】この発明は、上述した問題点に鑑み行われ
たものであり、すなわち、この発明の目的は、書き込み
及び消去の動作特性による絶縁膜の劣化を抑制し、信頼
性の高い不揮発性半導体記憶装置を提供することにあ
る。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, that is, an object of the present invention is to suppress deterioration of an insulating film due to operating characteristics of writing and erasing and to provide a highly reliable nonvolatile semiconductor. A storage device is provided.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明の不揮発性半導体記憶装置の構成によれ
ば、下地上に絶縁膜と、該絶縁膜上にゲート電極とを具
えた不揮発性半導体記憶装置において、前記絶縁膜は、
二酸化シリコン(SiO2 )とポリシリコンとの組成に
よってなる半絶縁性ポリシリコン層を含むことを特徴と
する。
In order to achieve this object, according to the configuration of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, a nonvolatile memory having an insulating film on a base and a gate electrode on the insulating film is provided. In the conductive semiconductor memory device, the insulating film is
It is characterized by including a semi-insulating polysilicon layer composed of a composition of silicon dioxide (SiO 2 ) and polysilicon.

【0016】また、この発明の実施に当たり、好ましく
は、前記絶縁膜を、下地上に下層絶縁膜と中間絶縁膜と
上層絶縁膜との積層構造として、この中間絶縁膜を半絶
縁性ポリシリコン層とするのが良い。
Further, in carrying out the present invention, preferably, the insulating film is a laminated structure of a lower insulating film, an intermediate insulating film and an upper insulating film on a base, and the intermediate insulating film is a semi-insulating polysilicon layer. It is good to

【0017】また、この発明の実施に当たり、好ましく
は、前記下層及び上層絶縁膜を、二酸化シリコン(Si
2 )層とするのが良い。
Further, in carrying out the present invention, preferably, the lower and upper insulating films are formed of silicon dioxide (Si).
It is preferable to use an O 2 ) layer.

【0018】また、第1導電型の半導体基板と、該第1
導電型の半導体基板の上面に設けられた第2導電型の第
1及び第2不純物領域と、前記第1導電型の半導体基板
上に設けられ、かつ、少なくとも前記第1及び第2不純
物領域の一部と接している第1絶縁膜と、該第1絶縁膜
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3絶縁膜と、該第3絶縁膜上に設けられた導電層
とを少なくとも具えた不揮発性半導体記憶装置におい
て、前記第2絶縁膜を、二酸化シリコンとポリシリコン
との組成からなる半絶縁性ポリシリコン層で形成してな
ることを特徴とする。
Further, the first conductivity type semiconductor substrate and the first conductivity type semiconductor substrate
A second conductivity type first and second impurity regions provided on an upper surface of the conductivity type semiconductor substrate; and at least the first and second impurity regions provided on the first conductivity type semiconductor substrate. A first insulating film in contact with a part, a second insulating film provided on the first insulating film, a third insulating film provided on the second insulating film, and a third insulating film on the third insulating film A non-volatile semiconductor memory device including at least a conductive layer provided in the semiconductor device, wherein the second insulating film is formed of a semi-insulating polysilicon layer having a composition of silicon dioxide and polysilicon. To do.

【0019】また、この発明の実施に当たり、好ましく
は、前記第1及び第3絶縁膜を、二酸化シリコン(Si
2 )層とするのが良い。
In implementing the present invention, preferably, the first and third insulating films are formed of silicon dioxide (Si).
It is preferable to use an O 2 ) layer.

【0020】[0020]

【作用】上述したこの不揮発性半導体記憶装置によれ
ば、絶縁膜は、二酸化シリコン(SiO2 )とポリシリ
コンとの組成によってなる半絶縁性ポリシリコン(以
下、SIPOSと称する。)層を含む構造とする。な
お、SIPOSについては文献III(文献III:
「An Advanced MOS−IC Proce
ss Technology Using Local
Oxidation of Oxygen−Dope
d Polysilicon Films」、IEE
E、JOURNAL OF SOLID−STATE
CIRCUITS、VOL.SC−13、No.4、A
UGUST、1978、P472)に開示されている例
があるが、半導体性を示すことは明らかになっている
が、その組成については未だ明確ではない。
According to the above-mentioned nonvolatile semiconductor memory device, the insulating film includes a semi-insulating polysilicon (hereinafter referred to as SIPOS) layer having a composition of silicon dioxide (SiO 2 ) and polysilicon. And Regarding SIPOS, reference III (reference III:
"An Advanced MOS-IC Proce
ss Technology Using Local
Oxidation of Oxygen-Dope
d Polysilicon Films ", IEEE
E, JOURNAL OF SOLID-STATE
CIRCUITS, VOL. SC-13, No. 4, A
There is an example disclosed in UGUST, 1978, P472), but it is clear that it shows semiconductivity, but its composition is not yet clear.

【0021】このようなSIPOS領域中には電子トラ
ップサイトが数多く存在しているため、シリコン(S
i)基板側からSIPOS層へ注入される電子をSIP
OS層中に十分に蓄積できる。更に、ゲート電極を負電
位にすることによってSIPOS層に蓄積された電子を
シリコン基板側に容易に放出できる。この理由について
の詳細な説明は後述する。従って、従来のEEPROM
に比べ書き換え動作回数の向上が期待できる。また、書
き込み動作によるSIPOS層の劣化が小さいことから
リーク電流は減少し、かつ、絶縁破壊の強さも大きくで
きる。
Since many electron trap sites exist in such a SIPOS region, silicon (S
i) SIP electrons injected from the substrate side into the SIPOS layer
It can be sufficiently accumulated in the OS layer. Furthermore, by setting the gate electrode to a negative potential, the electrons accumulated in the SIPOS layer can be easily emitted to the silicon substrate side. A detailed description of this reason will be given later. Therefore, the conventional EEPROM
It can be expected that the number of rewriting operations will be improved as compared with. Further, since the deterioration of the SIPOS layer due to the write operation is small, the leak current can be reduced and the strength of the dielectric breakdown can be increased.

【0022】また、絶縁膜を、下層絶縁膜と中間絶縁膜
と上層絶縁膜との3層積層構造とし、中間絶縁膜を半絶
縁性ポリシリコン層とする。このように絶縁膜を3層積
層構造にすることによってSIPOS層への電子注入や
電子放出を安定して行うことができる。
Further, the insulating film has a three-layer laminated structure of a lower insulating film, an intermediate insulating film and an upper insulating film, and the intermediate insulating film is a semi-insulating polysilicon layer. By thus forming the three-layer structure of the insulating film, it is possible to stably inject and emit electrons into the SIPOS layer.

【0023】また、好ましくは、下層及び上層絶縁膜
を、二酸化シリコン(SiO2 )層とするのが良い。こ
のようなSiO2 層を用いることによって実質的に下層
絶縁膜を通って注入された電子をSIPOS層中に十分
に捕獲することができる。
Further, it is preferable that the lower and upper insulating films are silicon dioxide (SiO 2 ) layers. By using such a SiO 2 layer, the electrons injected through the lower insulating film can be sufficiently trapped in the SIPOS layer.

【0024】[0024]

【実施例】以下、この発明の不揮発性半導体記憶装置
(以下、EEPROMと称する。)の実施例の構成を図
1に示し、また、この発明のEEPROMの形成方法を
図2の(A)〜(D)及び図3の(A)〜(C)を参照
して説明する。しかしながら、各図は、この発明が理解
できる程度に各構成成分の形状、大きさ、及び配置を概
略的に示してあるにすぎない。また、各図は、EEPR
OMの長手方向に対して直角に切断したときの要部断面
構造の一部を示しているが、実際のEEPROMは、基
板上に多数の素子が配列されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A non-volatile semiconductor memory device (hereinafter referred to as an EEPROM) according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. 1, and an EEPROM forming method of the present invention is shown in FIGS. This will be described with reference to (D) and (A) to (C) of FIG. However, the respective drawings are merely schematic representations of the shapes, sizes, and arrangements of the respective constituents so that the present invention can be understood. In addition, each figure is EEPR
A part of the cross-sectional structure of the main part when cut at a right angle to the longitudinal direction of the OM is shown, but in an actual EEPROM, a large number of elements are arranged on a substrate.

【0025】図1は、この発明の第1実施例のEEPR
OMの主要構造を示した断面図である。
FIG. 1 shows the EEPR of the first embodiment of the present invention.
It is sectional drawing which showed the main structure of OM.

【0026】先ず、第1導電型の半導体基板10として
p導電型半導体基板(以下、基板と称する。)を用い
る。この基板10は、例えば比抵抗が3Ω・cm〜5Ω
・cm、結晶面の方位を(100)面とする。この基板
10上に第1絶縁膜12a、第1絶縁膜14a、第3絶
縁膜16a及び導体層18aがそれぞれ積層されてい
る。更に、基板10の表面には、第2導電型の第1不純
物領域20及び第2不純物領域22を具えている。な
お、ここでは、第1、第2及び第3絶縁膜12a、14
a及び16aを総称して絶縁膜17と呼ぶ。
First, as the first conductivity type semiconductor substrate 10, a p conductivity type semiconductor substrate (hereinafter referred to as a substrate) is used. This substrate 10 has, for example, a specific resistance of 3 Ω · cm to 5 Ω.
-Cm, the orientation of the crystal plane is the (100) plane. A first insulating film 12a, a first insulating film 14a, a third insulating film 16a and a conductor layer 18a are laminated on the substrate 10, respectively. Further, the surface of the substrate 10 is provided with a first impurity region 20 and a second impurity region 22 of the second conductivity type. Note that here, the first, second, and third insulating films 12a, 14 are formed.
The a and 16a are collectively referred to as an insulating film 17.

【0027】次に、図2の(A)、(B)、(C)及び
(D)と図3の(A)、(B)及び(C)を参照してこ
の発明の実施例の製造工程につき説明する。なお、この
実施例に用いた薄膜形成装置は、CVD(化学気相成
長)装置(図示せず)である。
Next, referring to FIGS. 2 (A), (B), (C) and (D) and FIGS. 3 (A), (B) and (C), manufacture of the embodiment of the present invention. The steps will be described. The thin film forming apparatus used in this example is a CVD (chemical vapor deposition) apparatus (not shown).

【0028】先ず、基板10を任意好適な洗浄液を用い
て基板10に付着している不純物を除去する。その後、
洗浄済の基板10を、ただちに任意好適な反応炉(図示
せず)中に搬入する。
First, impurities adhering to the substrate 10 are removed from the substrate 10 by using any suitable cleaning liquid. afterwards,
The cleaned substrate 10 is immediately loaded into any suitable reaction furnace (not shown).

【0029】その後、反応炉内に酸素ガスを導入し、約
900℃、5分間の加熱を行って基板10上に第1絶縁
膜12を形成する(図2の(A))。この第1絶縁膜1
2をトンネル酸化膜とも称する。このトンネル酸化膜1
2は、例えばSiO2 で形成し、膜厚を例えば約2nm
(ナノメートル)とする。
After that, oxygen gas is introduced into the reaction furnace and heated at about 900 ° C. for 5 minutes to form the first insulating film 12 on the substrate 10 ((A) of FIG. 2). This first insulating film 1
2 is also referred to as a tunnel oxide film. This tunnel oxide film 1
2 is formed of, for example, SiO 2 and has a film thickness of, for example, about 2 nm
(Nanometer).

【0030】続いて、図2の(B)の構造体を、直ちに
薄膜形成用CVD装置内に載置する。その後、反応炉内
に、例えばシラン(SiH4 )ガス、一酸化二窒素(N
2 O)ガス及び窒素(N2 )ガスを含む混合ガスを導入
する。このとき、N2 OとSiH4 の流量比を例えば
2:1とし、加熱温度を例えば約600℃、約10分間
の加熱処理をする。このとき第2絶縁膜14が形成され
る(図2の(B))。この第2絶縁膜14は、二酸化シ
リコンとポリシリコンとの組成からなる半絶縁性ポリシ
リコン層(SIPOS層とも称する。)によって形成さ
れている。また、SIPOS層14の膜厚を、例えば約
10nmとする。
Subsequently, the structure shown in FIG. 2B is immediately placed in the thin film forming CVD apparatus. Then, in the reaction furnace, for example, silane (SiH 4 ) gas, dinitrogen monoxide (N
A mixed gas containing 2 O) gas and nitrogen (N 2 ) gas is introduced. At this time, the flow rate ratio of N 2 O and SiH 4 is set to, for example, 2: 1 and the heating temperature is, for example, about 600 ° C. and the heat treatment is performed for about 10 minutes. At this time, the second insulating film 14 is formed ((B) of FIG. 2). The second insulating film 14 is formed of a semi-insulating polysilicon layer (also referred to as SIPOS layer) made of a composition of silicon dioxide and polysilicon. Moreover, the film thickness of the SIPOS layer 14 is, eg, about 10 nm.

【0031】続いて、シラン(SiH4 )ガス、一酸化
二窒素(N2 O)ガス及び窒素(N2 )ガスの供給を停
止した後、図2の(B)の構造体を室温まで降下させ
る。
Then, after the supply of silane (SiH 4 ) gas, dinitrogen monoxide (N 2 O) gas and nitrogen (N 2 ) gas was stopped, the structure of FIG. 2B was cooled to room temperature. Let

【0032】その後、酸化膜形成用装置に試料を搬入し
た後、反応炉内に酸素(O2 )ガスと水素(H2 )ガス
との混合ガスを導入し、加熱温度を、例えば950℃、
約10分間の加熱処理によって第3絶縁膜16を形成す
る(図2の(C)。このとき形成された第3絶縁膜16
をトップ酸化膜と称する。なお、このときのトップ酸化
膜16の膜厚を約4nmとする。
Then, after the sample is loaded into the oxide film forming apparatus, a mixed gas of oxygen (O 2 ) gas and hydrogen (H 2 ) gas is introduced into the reaction furnace, and the heating temperature is set to, for example, 950 ° C.
The third insulating film 16 is formed by a heat treatment for about 10 minutes ((C) in FIG. 2. The third insulating film 16 formed at this time)
Is called a top oxide film. The thickness of the top oxide film 16 at this time is about 4 nm.

【0033】次に、図2の(C)の構造体を直ちに薄膜
形成用CVD装置(図示せず)に搬入した後、炉内にシ
ラン(SH4 )ガスとホスフィン(PH3 )ガスとを所
定の流量比に調節して導入し、加熱温度を例えば約63
0℃、10分間の加熱処理を行う。このとき、トップ酸
化膜16上に導電層18が形成される(図2の
(D))。この導電層18をゲート電極用予備層とも称
する。また、このゲート電極用予備層18には、リン
(P)がドープされている。
Next, the structure of FIG. 2C is immediately loaded into a thin film forming CVD apparatus (not shown), and silane (SH 4 ) gas and phosphine (PH 3 ) gas are introduced into the furnace. It is introduced after adjusting the flow rate to a predetermined value, and the heating temperature is, for example, about 63.
Heat treatment is performed at 0 ° C. for 10 minutes. At this time, the conductive layer 18 is formed on the top oxide film 16 ((D) of FIG. 2). This conductive layer 18 is also referred to as a gate electrode preliminary layer. The preliminary layer 18 for gate electrode is doped with phosphorus (P).

【0034】次に、任意好適なマスク材料を用いてゲー
ト電極用予備層18上にマスク材料を塗布した後、ホト
リソグラフィ法及びエッチングを行ってレジストパター
ン19を形成する(図3の(A))。
Next, a mask material is applied on the preliminary layer 18 for the gate electrode using any suitable mask material, and then a photolithography method and etching are performed to form a resist pattern 19 ((A) of FIG. 3). ).

【0035】次に、任意好適な異方性エッチングを行っ
て先ずゲート電極用予備層18をエッチングし、図3の
(B)の構造体を得る。このとき形成される18aをゲ
ート電極と称する。
Next, any suitable anisotropic etching is performed to first etch the preliminary layer 18 for the gate electrode to obtain the structure shown in FIG. 3 (B). 18a formed at this time is called a gate electrode.

【0036】次に、ゲート電極18aを任意好適な方法
を用いてマスクして例えばホトエッチング法やドライエ
ッチング法を用いてトップ酸化膜16、SIPOS層1
4及びトンネル酸化膜12をそれぞれエッチングする。
このよにして図3の(C)の構造体を得る。なお、この
とき形成された12a、14a、16aをそれぞれトン
ネル酸化膜、SIPOS層及びトップ酸化膜と称する。
Next, the gate electrode 18a is masked by using any suitable method, and the top oxide film 16 and the SIPOS layer 1 are formed by using, for example, a photo etching method or a dry etching method.
4 and the tunnel oxide film 12 are etched respectively.
In this way, the structure of FIG. 3C is obtained. The 12a, 14a, and 16a formed at this time are referred to as a tunnel oxide film, a SIPOS layer, and a top oxide film, respectively.

【0037】次に、トンネル酸化膜12a、SIPOS
層14a及びトップ酸化膜16aを任意好適な方法によ
ってマスクした後、例えばひ素(As)をイオン注入し
て基板10の表面にn+ 導電型のソース領域20及びド
レイン領域22を形成する(図3の(C))。
Next, the tunnel oxide film 12a, SIPOS
After masking the layer 14a and the top oxide film 16a by any suitable method, for example, arsenic (As) is ion-implanted to form an n + conductivity type source region 20 and drain region 22 on the surface of the substrate 10 (FIG. 3). (C)).

【0038】上述した製造工程を経て不揮発性半導体記
憶装置の主要部構造が形成される。
Through the manufacturing steps described above, the main part structure of the nonvolatile semiconductor memory device is formed.

【0039】次に、図4のエネルギーバンドの模式図を
参照して書き込み及び消去動作時の電子のトラップされ
る状況につき説明する。
Next, a situation in which electrons are trapped during the write and erase operations will be described with reference to the energy band schematic diagram of FIG.

【0040】図4の(A)は、書き込み動作のエネルギ
ーバンド状態を示しており、SIPOS領域中には多数
の電子トラップサイト101が存在する。シリコン基板
側104の電位を高くすることによって基板側から電子
102がSiO2 領域107を通ってSIPOS領域1
05の電子トラップサイト101に捕獲される。一方、
図4の(B)は、消去動作のエネルギーバンドの状態を
示しており、ゲート電極側106に負電位を印加すると
SIPOS領域105中にトラップされている電子10
2は、容易にシリコン電極側104に放出される。
FIG. 4A shows the energy band state of the write operation, and there are many electron trap sites 101 in the SIPOS region. By increasing the potential of the silicon substrate side 104, the electrons 102 pass from the substrate side through the SiO 2 region 107 to the SIPOS region 1.
05 is captured by the electron trap site 101. on the other hand,
FIG. 4B shows the state of the energy band of the erase operation. When a negative potential is applied to the gate electrode side 106, the electrons 10 trapped in the SIPOS region 105 are shown.
2 is easily released to the silicon electrode side 104.

【0041】次に、図5を参照してこの発明の実施例で
形成したEEPROMのヒステレシス特性につき説明す
る。図中、横軸にゲート電圧(Vg )を取り、縦軸にし
きい値電圧(Vth)を取って表す。
Next, the hysteresis characteristic of the EEPROM formed in the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, the horizontal axis represents the gate voltage (V g ) and the vertical axis represents the threshold voltage (V th ).

【0042】図5からも理解できるように、書き込み状
態(w曲線)では、しきい値電圧が約1.8Vになり、
消去状態(e曲線)では約−1.8Vになる。この発明
の実施例のように絶縁膜をSiO2 /SIPOS/Si
2 の3層構造とすることによって書き換え回数を増加
させてもヒステレシス特性の変化が小さいことを出願者
等は実験で確認している。
As can be understood from FIG. 5, in the written state (w curve), the threshold voltage becomes about 1.8V,
In the erased state (e curve), it becomes about -1.8V. As in the embodiment of the present invention, the insulating film is formed of SiO 2 / SIPOS / Si.
The applicants have confirmed through experiments that the change in the hysteresis characteristic is small even if the number of times of rewriting is increased by adopting a three-layer structure of O 2 .

【0043】このように、書き込み及び消去動作を行っ
てもSIPOS層の劣化が少ないことからリーク電流の
減少、また、絶縁破壊の強さの増大も期待できる。
As described above, since the deterioration of the SIPOS layer is small even when the writing and erasing operations are performed, it is possible to expect a decrease in leak current and an increase in the strength of dielectric breakdown.

【0044】上述したこの発明の実施例によれば、基板
10の結晶面を(100)面としたが、何らこれに限定
される必要はなく、他の結晶面であっても良い。
According to the above-described embodiment of the present invention, the crystal plane of the substrate 10 is the (100) plane, but the crystal plane is not limited to this and may be another crystal plane.

【0045】[0045]

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の不揮発性半導体記憶装置の構成によれば、絶縁
膜は、二酸化シリコンとポリシリコンとの組成からなる
半絶縁性ポリシリコン層(以下、SIPOS層とい
う。)を含む構造とした。このようなSIPOS層を形
成することによってSIPOS領域中に電子捕獲(トラ
ップサイト)が数多く存在するため、基板側からの電子
の注入及び放出が極めて容易にできる。また、絶縁膜
を、下層絶縁膜と中間絶縁膜と上層絶縁膜の3層積層構
造にし、中間絶縁膜をSIPOS層としている。このた
め、SIPOS領域中への電子の注入及びSIPOS領
域からの電子の放出が極めて容易にできる。また、書き
込み動作回数が増加しても電子の注入及び放出によるS
IPOS層の劣化が少ない。このため、絶縁膜のリーク
電流は減少し、絶縁破壊の強さも大きくできる。また、
下層及び上層絶縁膜を、二酸化シリコン(SiO2 )層
とすることによって下層絶縁膜を通ってSIPOS層に
注入された電子を十分捕獲し、また放出することが容易
になる。このため、EEPROOMの書き換え回数の著
しい増加が期待できる。
As is apparent from the above description, according to the structure of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the insulating film is a semi-insulating polysilicon layer (composition of silicon dioxide and polysilicon). Hereinafter, it will be referred to as a SIPOS layer). By forming such a SIPOS layer, a large number of electron traps (trap sites) exist in the SIPOS region, so that injection and emission of electrons from the substrate side can be extremely facilitated. Further, the insulating film has a three-layer laminated structure including a lower insulating film, an intermediate insulating film, and an upper insulating film, and the intermediate insulating film is a SIPOS layer. Therefore, injection of electrons into the SIPOS region and emission of electrons from the SIPOS region can be extremely facilitated. Even if the number of write operations is increased, S due to injection and emission of electrons
Little deterioration of the IPOS layer. Therefore, the leak current of the insulating film is reduced, and the strength of dielectric breakdown can be increased. Also,
When the lower and upper insulating films are made of silicon dioxide (SiO 2 ) layers, it becomes easy to sufficiently capture and release the electrons injected into the SIPOS layer through the lower insulating film. Therefore, it can be expected that the number of times of rewriting of EEPROOM will be significantly increased.

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

【図1】この発明の実施例のEEPROM構造の要部断
面図である。
FIG. 1 is a sectional view of an essential part of an EEPROM structure according to an embodiment of the present invention.

【図2】(A)〜(D)は、この発明の実施例の製造工
程を説明するために供する工程図である。
2 (A) to (D) are process drawings provided for explaining a manufacturing process of an embodiment of the present invention.

【図3】(A)〜(C)は、図2に続く、この発明の実
施例の製造工程を説明するために供する工程図である。
3 (A) to 3 (C) are process drawings provided for explaining the manufacturing process of the embodiment of the present invention following FIG.

【図4】(A)〜(B)は、この発明の書き込み時及び
消去時のエネルギーバンドの変化を説明するために供す
る模式図である。
FIGS. 4A to 4B are schematic diagrams provided for explaining changes in energy band during writing and erasing according to the present invention.

【図5】この発明の実施例の実施例のヒステレシス特性
図である。
FIG. 5 is a hysteresis graph of an embodiment of the present invention.

【図6】(A)〜(B)は、従来の不揮発性メモリ装置
の断面図である。
6A and 6B are cross-sectional views of a conventional nonvolatile memory device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10:p導電型半導体基板 12a:トンネル酸化膜(SiO2 膜) 14a:SIPOS層 16a:トップ酸化膜(SiO2 膜) 17:絶縁膜 18:ゲート電極用予備層 18a:ゲート電極 19:レジストパターン 20:ソース領域 22:ドレイン領域 101:電子トラップサイト 102:電子 103:SiO2 領域 104:シリコン基板 105:SIPOS領域 106:ゲート電極 107:SiO2 領域10: p conductive type semiconductor substrate 12a: tunnel oxide film (SiO 2 film) 14a: SIPOS layer 16a: top oxide film (SiO 2 film) 17: insulating film 18: preliminary layer for gate electrode 18a: gate electrode 19: resist pattern 20: source region 22: drain region 101: electron trap site 102: electron 103: SiO 2 region 104: silicon substrate 105: SIPOS region 106: gate electrode 107: SiO 2 region

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下地上に絶縁膜と、該絶縁膜上にゲート
電極とを具えた不揮発性半導体記憶装置において、 前記絶縁膜は、二酸化シリコン(SiO2 )とポリシリ
コンとの組成によってなる半絶縁性ポリシリコン層を含
むことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
1. A non-volatile semiconductor memory device comprising an insulating film on a lower surface and a gate electrode on the insulating film, wherein the insulating film is made of a composition of silicon dioxide (SiO 2 ) and polysilicon. A non-volatile semiconductor memory device comprising an insulating polysilicon layer.
【請求項2】 請求項1の前記絶縁膜を、前記下地上に
下層絶縁膜と中間絶縁膜と上層絶縁膜との積層構造とし
て、前記中間絶縁膜を前記半絶縁性ポリシリコン層とす
ることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
2. The insulating film according to claim 1, which has a laminated structure of a lower insulating film, an intermediate insulating film, and an upper insulating film on the base, and the intermediate insulating film is the semi-insulating polysilicon layer. And a nonvolatile semiconductor memory device.
【請求項3】 請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装
置において、 前記下層及び上層絶縁膜を、二酸化シリコン(Si
2 )層とすることを特徴とする不揮発性半導体記憶装
置。
3. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein the lower and upper insulating films are made of silicon dioxide (Si).
A non-volatile semiconductor memory device having an O 2 ) layer.
【請求項4】 第1導電型の半導体基板と、該第1導電
型の半導体基板の上面に設けられた第2導電型の第1及
び第2不純物領域と、前記第1導電型の半導体基板上に
設けられ、かつ、少なくとも前記第1及び第2不純物領
域の一部と接している第1絶縁膜と、該第1絶縁膜上に
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3絶縁膜と、該第3絶縁膜上に設けられた導電層とを
少なくとも具えた不揮発性半導体記憶装置において、 前記第2絶縁膜を、二酸化シリコンとポリシリコンとの
組成からなる半絶縁性ポリシリコン層で形成してなるこ
とを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
4. A semiconductor substrate of a first conductivity type, first and second impurity regions of a second conductivity type provided on an upper surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type, and the semiconductor substrate of the first conductivity type. A first insulating film provided on the first insulating film and in contact with at least part of the first and second impurity regions; a second insulating film provided on the first insulating film; and a second insulating film A nonvolatile semiconductor memory device comprising at least a third insulating film provided on the third insulating film and a conductive layer provided on the third insulating film, wherein the second insulating film is composed of silicon dioxide and polysilicon. A non-volatile semiconductor memory device comprising a semi-insulating polysilicon layer made of.
【請求項5】 請求項4に記載の不揮発性半導体記憶装
置において、 前記第1及び第3絶縁膜を、二酸化シリコン(Si
2 )層とすることを特徴とする不揮発性半導体装置。
5. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 4, wherein the first and third insulating films are made of silicon dioxide (Si).
A non-volatile semiconductor device having an O 2 ) layer.
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