JPS5823483A - 不揮発性半導体メモリ - Google Patents

不揮発性半導体メモリ

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JPS5823483A
JPS5823483A JP56122635A JP12263581A JPS5823483A JP S5823483 A JPS5823483 A JP S5823483A JP 56122635 A JP56122635 A JP 56122635A JP 12263581 A JP12263581 A JP 12263581A JP S5823483 A JPS5823483 A JP S5823483A
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JP
Japan
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silicon nitride
nitride film
silicon
film
thickness
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JP56122635A
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Hidekazu Suzuki
英一 鈴木
Yutaka Hayashi
豊 林
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate

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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】 本発明は、多層絶縁膜(シリコン酸化膜−シリコン窒化
膜−シリコン酸化膜)を少くとも有する不揮発性半導体
メモリに関するものである。
不揮発性半導体メモリの代表的なものに、MNOS(M
etal−Nitride−Oxidr−8ilico
n )記憶素子がある。MNO8記憶素子は、第1図に
示す構造を有しておシ、シリコン窒化膜8中のトラップ
鳴に、シリコンlから薄−8ins II *を介して
トンネリング機構によって電荷を注入、トラップさせて
情報を記憶させ、トランジスタのしきい値電圧VmA 
をトラップの荷電状膝を変化させることによって不揮発
性半導体メモリとして動作する。
従来、トランジスタのしきい値電圧VdA  を変化さ
せるための書き込み/情夫電圧#iコjv前後と大龜く
、LSxの高速化、低電圧化には不適当であった。mo
s記憶素子におψて、書き込み/消去電圧を小さくする
ことは、回路設計上また素子の劣化防止の意味からも極
めて重要である。これを実現するために、絶縁膜を薄く
することが考えられる。シリコンに接する薄−8iO1
膜は、シリコンからトンネリング機wIIcよ塾キャリ
アを注入さ破なければならないので、書き込み速度の観
点から約30ム以下の厚さでなければならない。シンネ
リング効率からFiSins li ki薄いほどよい
が、記憶保持時及び読み出し時におけるバックFンネリ
ングによる、記憶された電荷のトラップからのディスチ
ャージを押えるためK ll1Sins展厚は厚い方が
よい。従って、Sin。
積厚を約11ム以下にするのFi困難であるO従ってt
書龜込み/情夫電圧を小さくするためKは、シリコン窒
化膜を薄膜化することが有用である。シリコン窒化膜の
薄膜化に際して、それを決める要因は、記憶されるキャ
リアのシリコン窒化膜内でのIIm!距麟であるO第1
[に示すM菫OS@最において、このIII獲距離の2
倍以下のシリコン窒化膜厚では、トラップ4に捕獲され
ずにゲートフに達してしまうキャリアが多くなり、II
IIi1効率が悪くなって意味がなくなるとされていた
。 HamptOnらの文献(Teohnica1本発
明は、従来の下限とされていたシリコン窒化膜厚を更に
薄くシ、一層低電圧の書き込み/消去を可能にするため
の半導体不揮発+主メモリの構造とその製造方法を提供
する目的でなされたものである。
以下、本発明について説明する。従来示され、たシリコ
ン窒化膜厚の下限値は、シリコン窒化:*Sでのキャリ
アのlll1l!距離の評価から導出されたものである
が、このm11m!距m1Fi)ランプ4の捕獲断面積
J−とその密度M−の檀の逆数//JgN*であるので
、J−2M−のいずれか又は両方を実効的に大きくする
ことができれば捕獲距離を小さくし、ひ−てはシリコン
窒化膜厚を薄くすることができ、低電圧による書き込み
/消去が実現できる。たとえば、シリコン窒化jI8を
シリコンリッチにしてトラップ密度を増加させることが
できる◎ しかし、このためシリコン窒化膜8のリーク電流も大と
なり記憶保持特性均\°悪くなる0これに対して、本発
明では、第2図のエネルギーバンド図で示すようにシリ
コン窒化膜表面を酸化して禁止帯幅がシリコン窒化膜8
よ砂も大きいン酸化膜9によってゲート7へのキャリア
の輸送が防けられるので、実効的にキャリアの捕獲断′
面積が大きくなる効果となるからである。従って、本発
明により従来のシリコン窒化膜厚の下限値190ムより
も小さ一値であり、かつ捕獲距離以下であるデjム以下
にすることができる。
シリコン窒化118上IC形成するシリコン酸化膜9は
、9jムのシリコン窒化膜8の場合を考えるとその電気
容量値以上の容量値をもたなければ低電圧書吉込み設計
に支障をきたすので、q5ム×(シリコン酸化膜の誘電
率)/(シリコン窒化膜の誘電率>ZSOム がこのシ
リコン酸化膜9の上限となる◎ シリコン窒化膜8の成長過程では最初島状の膜が成長し
、ヂj五程度の厚さまでは部分的に薄い部分又はピンホ
ールが存在し易い。
これを図示したものが第3図(a)である。シリコン窒
化膜8のピンホール8が電界効果トランジスタ構造で不
揮発性メモリを構成した場合のゲート千に入っていれば
ゲージ電極からのリーク電流が発生し、記憶素子として
のみならずトランジスタとしての機能は果たさなくなる
本発明は、この問題も解決する手段を提供するものであ
る。即ち、第3図φ)に示すように、30ム以下の5i
ns 14 Z上に次の酸化工程後に最終的に得られる
膜厚が9jム以下のシリコン窒化膜8を付した後、更に
シリコン窒化@8を酸化にトラップされる電荷が打ち消
され、書き込み/消去の効率が減少することになる。こ
の問題を、本発明は前述のようにシリコン窒化膜上に更
にシリコン酸化膜を有する構造にしてゲージからのキャ
リアの注入を抑止することによって解決して−るもので
ある。更に、第3の利点として、本発明の構造(より不
揮発性メモリとしての劣化防止を同時に行なえることで
ある0即ち、シリコン窒化膜ではシリコン酸化膜と異な
)正孔も伝導し易−0 従って、シリコン窒化膜を酸化しな一通常のMNO8構
造では、正ゲート極性時Kit容易にゲートから正孔が
注入され、注入された正孔はシリコンに接するシリコン
酸化膜を容易に通過できる−た負ゲージ極性時には、シ
リコンから、シリコンK1mする薄いシリコン酸化膜を
通過してシリコン窒化膜に流れ、ゲートまで達するこの
正孔が、シリコンK11lするシリコン酸化膜を通過す
る時に、シリコン−シリコン酸化膜界1fisシリコン
酸化膜に欠陥を形成し、素子を劣化させる。本発明の構
成により、シリコン窒化膜表面を酸化してシリコン酸化
膜に変換させることによって正孔に対する障壁が形成さ
れ、前述の劣化を防止することも同時に実現できるもの
である。
また必要とあらば、シリコン窒化膜表面の酸化後、水素
雰囲気中で加熱するか水素プラズマ中で処理を行なえば
、シリコン窒化膜表面の酸化によるシリコン−シリコン
酸化膜界面特性の劣化を取に除くことができる。なお上
記説明で、#iゲートー絶縁膜−シリコンの基本構造に
ついて述べたが、第1図に示したようにゲート7下に一
部重なるようにソース6、ドレイン6領域を基板に設け
て読み出しを容易とした構造をとることができるαこの
構造はシリコン基板のみならずSO8基板又はシリコン
基板上に分離されたシリコン領域上に構成することがで
きる。
以上の説明から明らかなように、本発明は、従来のMN
OS 記憶素子ではms短距離2倍である190ムがシ
リコン窒化膜厚の薄膜化の限界とされて−たシリコン窒
化膜厚を、シリコン窒化膜表面を更に酸化することによ
り、シリコン窒化膜をキャリアのIII獲距離である9
jム以下に薄膜化させることを可能にし、書き込み/消
去の低電圧化、高速化を実現できると−う効果がある。
本発明の11/の特徴は前述の如くであるが、更に第2
0特徴として、薄膜化されたシリコン窒化膜に1他より
も薄−個所やピンホールが生じた個所をシリコン酸化膜
で埋めて素子をも注入され、る正孔が、シリコンに接す
る薄−シリコン酸化膜を導通する時に発生させる欠1i
Kよる素子の劣化をシリコン窒化膜表面にシリコン酸化
膜を形成する仁とによって正孔障壁を形成し、これを阻
止する効果が゛ある。即ち、本発明は従来にない電気的
高速低電圧書き込み/消去が可能な又劣化に対しても強
−牛導体不揮発性メモリの基本的な構造及び製造方法を
提供するものであり素子の特性向上に大きく貢献するも
のである。
【図面の簡単な説明】
第1v!i11従来ノMNO811子ノ脱11g、12
,3同社本発明の詳細な説明する実施例略図、第1図は
本発明の他の実施例略図である。 図中、lはシリコン基板、2#i薄−シリコン酸化膜、
8t!シリコン窒化膜、4tjシリコン窒化膜中のトラ
ップ、5はソース、6IIiドレインフはグー118社
シリフン窒化展にできたピンホール、9はシリコン窒化
膜を酸化することによりできたシリコン酸化膜、10は
シリコン窒化膜のピンホールにできたシリコン酸化膜で
ある。 7′1図 ;t′2 図 矛3図 (0) (b) 7′4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  第1のシリコン領域と、該領域上に積層され
    たljム〜30ム厚の第1の薄いシリコン酸化膜、りj
    ム以下の厚さのシリコン窒化膜、jOム以下の第2の薄
    −シリコン酸化膜とから構成される多層ゲート絶縁膜と
    、該ゲージ絶縁膜上に設けられたゲートから少なくとも
    なることを特徴とする不揮発性半導体メモリ。 (2、特許請求の範囲第(1)項記載の不揮発性半導体
    メモリにお−て、前記ゲート下に一部重なる如く、互v
    hK離関したソース、ドレイン領域を前記第7のシリコ
    ン領域に設けた仁とを特徴とする不揮発性半導体メモリ
    。 (1)  特許請求の範囲第(1)項記載の不揮発性半
    導体メモリにおいて、前記シリコン窒化膜轄部分的にシ
    リコン酸化膜で貫通された構造を有することを特徴とす
    る不揮発性半導体メモリ。
JP56122635A 1981-08-05 1981-08-05 不揮発性半導体メモリ Granted JPS5823483A (ja)

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