TW200908342A - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

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nitride film
memory device
semiconductor memory
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Tetsuya Ishimaru
Yasuhiro Shimamoto
Toshiyuki Mine
Yasunobu Aoki
Koichi Toba
Kan Yasui
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Renesas Tech Corp
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Description

200908342 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於非揮發性半導體記縣置，特料關於適 合於資料保持特性之提高之非揮發性半導體記憶裝置。 【先前技術】 作為可電性寫入•拭除之非揮發性半導體記憶裝置，廣 ^^MEEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory:電可消除可程式化唯讀記憶體）。現在廣泛 使用之快閃記憶體所代表之此等記憶裝置(記憶體)係在 MOS(Metal Oxide Semiconductor:金屬氧化物半導體）電 晶體之閘極電極下，具有被氧化膜包圍之導電性之浮游閘 極電極及时性絕緣膜，以在浮游閘極電極及陷㈣絕緣 膜之電荷儲存狀態作為記憶資訊，將其讀出作為電晶體之 臨限值。 此所謂㈣性絕緣膜，係指可儲存電荷之絕緣膜，以一 例表示時’可列舉氮切膜等。#由對此種電荷儲存區域 之電荷之注人•放出而使M〇s電晶體之臨限值移位，使其 執行作為記憶元件之動作。以此種氮切膜作為電荷儲存 區域之非揮發性記憶體稱為M〇N〇s (Μ_ 〇心_仙 Oxide Semiconductor :金屬氧化物氮化物氧化物半導體 里。己隐體’與導電性之浮游閣極膜相&，可零散地儲存電 荷’故資料保持之可靠性較優…因資料保持之可靠性 較優，可使氮切膜±τ之氧化㈣型化，具有可達成寫 入•拭除動作之低電壓化等優點。 129802.doc 200908342 使用於上述MONOS型記憶體之電荷儲存區域之氮化矽 膜必定含有氫，已知一般使用之低壓化學汽相沉積 (LPCVD : Low Pressure Chemical Vap〇r Dep〇siti〇n)法成膜 之情形之含氫濃度為3 χ 1 〇21 cm_3程度（例如參照非專利文獻 1)。此等氫係以矽與氫之鍵結（si_H鍵）或氮與氫之鍵結（n_ Η鍵）之形態存在，一般，N_H鍵比Si_H鍵較多（例如參照非 專利文獻2)。 有關使用於MONOS型記憶體之電荷儲存區域之氮化矽 膜之氫，曾有藉由降低Si-H鍵之密度，以提高資料保持特 性之幾個提案。在專利文獻丨（日本特開2〇〇6 128593號公 報）中’在二氯矽烧（DCS: SiChH2)/氨（NH3)之流量比ο]以 下之條件下’藉化學汽相沉積（CVD ·· chemical Vapor· Deposition)法成膜氮化矽膜，使Si_H鍵之密度成為ΐχΐ〇2〗 cm 3以下。其結果，氮化矽膜中之陷阱密度下降，難以引 起氮化石夕膜中之電荷之移動’而可提高資料保持特性。 在專利文獻2(日本特開2004-3565 62號公報）中，利用原 子層、/儿積（ALD : Atomic Layer Deposition)法，使氮化矽膜 _之Si-H鍵之密度成為lxl〇2〇 cm·3以下。其結果，減少氮 化石夕膜中之淺的陷阱’難以引起氮化矽膜中之電荷之移 動’而可提高資料保持特性。 在氮化矽膜中，著眼於Si_H鍵而非著眼於以高於以^鍵 之禮度存在之N-H鍵係由於Si-H鍵之鍵能較小，製程中之 熱負荷等能量較容易使鍵結切斷之故。 作為包含N-H鍵在内形成氫濃度低之氮化矽膜之方法， 129802.doc 200908342 有利用不含虱之氣體成膜之方法，在專利文獻3 (日本特開 2002-2039 17號公報）中，揭示利用四氯化矽SiCi4與電離之 電漿狀態之氮形成氮化矽膜之方法。 [專利文獻1]日本特開2006-128593號公報 [專利文獻2]日本特開2004-356562號公報 [專利文獻3]日本特開2002-203917號公報 [非專利文獻 1] Physical Review B，Vol. 48，ρρ· 5444 1993。
[非專利文獻 2] Journal of the Electrochemical Society, Vol 124, pp. 909， 1977 。 【發明内容】 [發明所欲解決之問題] 本發明所欲解決之問題係在具有使用氧氮化膜作為電荷 儲存區域，注入熱載子（熱電子或熱電洞）而施行寫入或栻 除之非揮發性半導體記憶體之半導體裝置中，本發明人所 發現之以往未被知悉之機構所引起之資料保持特性之惡 化。 「使上述資料保持特性惡化之機構係由「氫之放出」、 氯之擴政」、「氫引起之劣化反應」之3者所構成。以 下，說明各機構。 、，山J 叫风同上viUJNUS型記 憶體之臨限值電壓定羞爲「诠 ° 疋我為寫入」，將臨限值電壓之提高 狀態定義為「驾；v此能 .° ‘· ’· 心」，在鼠化石夕膜注入電洞或放出儲 存於氮化石夕膜之雷 、之電子而降低M〇N〇S型記憶體之臨限值電 129802.doc 200908342 f疋義為「拭除」’將臨限值電壓之降低定義A「拭除狀 〜 卜，依據n通道之MONOS型記憶體進行說 明田P通道之MONOS型記憶體在原理上也可同樣作處理。 取初之「氫之放出」係在電荷儲存區域之氮化矽膜，寫 入時注人熱電子’或在拭除時注人熱電洞所引起。熱載子 之能量會切斷存在於氮化矽膜中之N-H鍵及Si-H鍵，產生 未鍵結之氫。在該狀態下，將溫度提高至100。(：〜15(TC程 度之间/皿％，未鍵結之氫會由氮化矽膜放出至氧化矽臈及 石夕基板。與製程中之熱能相比，熱載子之能量較高，不僅 Si-H鍵，連鍵能高於Si_H鍵之N_H鍵也會被切斷。 故減少密度高於Si_H鍵之N_H鍵對氫之放出量之減少相 當有效。又，熱载子之溫度愈高時，具有資料保持特性之 惡化愈大之特徵。此係由於在容易放出未鍵結狀態之氫之 高溫下，施行熱載子之注入之概率高於未鍵結狀態之氫再 鍵結前被放出之概率，故氫之放出量會增多之故。 接下來之「氫之擴散」係在保持於高溫之當中所引起。 由電荷儲存區域之氮化矽膜放出之氫會在氧化矽膜中及石夕 基板中擴散而由放出氫之記憶單元向周圍擴散。當由周圍 之施行熱載子之注入之記憶單元放出之氫也擴散至未施行 熱載子之’主入之δ己憶單元時’就會引起資料保持特性之惡 化。又’保持之溫度愈高時’擴散愈快’故資料保持特性 之惡化愈大。 「氫引起之劣化反應」被認為會引起與作為Ρ型電晶體 之劣化現象而廣為人知之負偏置溫度不穩定性（ΝΒΤΙ)同樣 I29802.doc 200908342
劣匕反應。在寫入狀態下，擴散之氫到達臨限值電壓高 單元時，擴散來之虱與儲存於碎基板之電洞會引起 反應，在秒基板/氧化石夕膜之界面產生界面能級，在 氧切膜中產生正的固定電荷。此等界面能級與正的固定 電荷會降低寫入狀態之臨限值電壓，引起資料保持之惡 化。、石夕基板儲存有電洞係資料保持特性之惡化之條件，故 在拭除狀態而臨限值電壓低之記憶單元中，由於矽基板之 表面並未儲存有電洞，故不會有氫引起之劣化反應。又， P通道之MONOS型記憶體之情形，在臨限值電壓高而通道 處於反轉狀態之記憶單元中，會有氫引起之劣化反應。 由以上之機構可知：作為本劣化之特徵，可列舉⑷熱載 子’主入之際之基板溫度愈高，資料保持特性之惡化愈大、 (b)貝料保持之溫度愈高，資料保持特性之惡化愈大、⑷ 在拭，狀態下，不會引起臨限值電壓之降低、⑷在周圍之
::L單兀施仃熱載子注入時’在未施行熱載子注入之記憶 單元也可看到資料保持特性之惡化等。 圖1 9〜圖22分別表示顯示此等特徵⑷〜⑷之資料保持特 性。圖1 9係在基板溫度125t與i耽施行重寫後施行以基 板/皿度1 50 C保持之情形之寫入後之記憶單元之資料保持 特!生重寫時熱载子注人之際之基板溫度愈高，臨限值電 壓之降低量愈大，資料保持特性愈惡化。此顯示上述⑷之 特徵。 圖係在基板溫度15〇。厂故t 。 夂^知仃重寫後施行以基板溫度 12 5 C與1 5 0 °C保持之情形之宜λ〜 之寫入後之記憶單元之資料保持 129802.doc -10- 200908342 特性’顯示（b)資料保持之溫度愈高，臨限值電壓之降低量 愈大’資料保持特性愈惡化之特徵。 圖21係在基板溫度15〇t施行重寫後施行以ι5(Γ(：之溫度 保持之情形之拭除狀態之記憶單元之資料保持特性，顯示 在拭除狀態下，不會引起臨限值電壓之降低之（(〇之特徵。 圖22係以基板溫度15〇。〇對相鄰之胞施行重寫之情形與 未她行之情形之施行在丨5〇它施行後之記憶單元之資料保 持特性，測定資料保持特性之際記憶單元並未施行重寫。 在相鄰之記憶單元施行熱載子注入時，在未施行熱載子注 入之記憶單元也可見到資料保持特性之惡化，顯示有（❶之 特徵。 本發明之目的在於抑制非揮發性半導體記憶裝置之資料 保持特性之惡化，謀求可靠性之提高。更具體言之，在於 抑制因熱載子之注入而由氮化石夕膜放出U與儲存於g 板之電洞所引起之NBTI反應產生 座生之貝枓保持特性之惡 化0 I, 本發明之前述及其他目的與新穎 、夂特徵可由本專利說明 ¥之S己述及附圖獲得明確之瞭解。 [解決問題之技術手段] 本案中所揭示之發明係用於抑制 ^ e „ 51起問題之資料保持特 性之心化之3種機構…「氫之放出 、「— 「氫引起之劣化反應」。其， A之擴散」、 之概要時，如以下所述。 ^地明教具代表性者 本發明之非揮發性半導體記憶震置係、包含：形成於半導 129802.doc • 11 · 200908342 體基板中之—對源極及沒極區域；第1閘極電極，且係妒 成於源極及沒極區域間之半導體基板之區域上，·電荷錯存 部’其係形成於半導體基板之表面與第】間極電極之間· 電荷儲存部包含氮錢之㈣_鍵）㈣與氫之鍵’ ΤΓ計密度為5xl〇2°cm·3以下之第1氮化膜，·藉：注 入熱載子，在電荷儲存部施行寫入或拭除。 又，本發明之另一非揮發性半導體記憶裝置係包 1電曰曰體’其係形成於記憶體區域内，具有含氮化膜之 極絕緣膜’並藉由注人熱载子施行寫人或拭除；第2電曰 體，其係形成於邏輯區域内m其係對第丨電^ 之第1源極或第m極被電性連接；及第2接點，其係 電晶體之第2源極或第2沒極被電性連接；^電晶體之第工 閘極電極、第1源極及第1汲太 弟υ及極未被形成自對準接點用之氮 化石夕臈所覆蓋’或一部分祐覆莫. 口丨刀被覆盍，在連接第2電晶體之第2 接點之第2源極或第2汲極上，开彡忐 氮化石夕膜。 心成有形成自對準接點用之 、又’本發明之另一非揮發性半導體記憶褒置係包含：形 成於半導體基板中之—對源極月、议广 , ^ /原極及汲極區域；第1閘極電 極’其係形成於源極及彡及搞p P 0日 及及極£域間之半導體基板之區域 上；及電荷儲存部’其係形成於半導體基板之表面與第'丨 閘極電極之間；在氧化臈與前 、 „ ^ 干等體基板之界面或前述 乳化膜内，具有i素元素與矽元 7, 7 <鍵名口，藉由注入熱載 子，在電％儲存部施行寫入或拭除。 [發明之效果] 129802.doc 12- 200908342 簡單說明本案所揭示之發明中 得之效果如下。 由八有代表性之發明所 可謀求非揮發性半導體記憶 謀求抑制重寫後之資料料特性之劣;4化°尤其’可 【實施方式】 :下’依據圖式詳細說明本發明之實施型態。 明實施形態用之全圖中， 在说 j之構件原則上附以同—尨 唬，而省略其重複之說明。又， ' 圖彳 在說明以下之實施形態之 =中’為使圖式容易瞭解’即使為平面圖，有 影線。 又，在以下之實施型態中，依據n型通道之記憶單元進 行說明。P型通道之記憶單元之情形，也可與η型通道之記 憶單元同樣地加以處理。即，在㈣通道之記憶單元中， 也會因對電荷儲存區域 < 氮化秒膜之熱載子注入而放出 虱，放出之氫與矽基板之電洞會引起NBTI反應而使資料 保持特性惡化。 (實施型態1) 在第1實施型態中，在引起資料保持特性之惡化之3種機 構中，藉由減少「氫之放出」，以抑制資料保持特性之惡 化。具體上，減少存在於電荷儲存部中之氮化石夕膜中之N_ Η鍵與Si-H鍵而減少熱載子引起之氫之放出量。以下，氫 浪度表示N-H鍵與Si-H鍵之合計濃度’氫濃度可利用sims (Secondary Ion Mass Spectroscopy: 2次離子質量分析）或 升溫脫離分析TDS (thermal desorption spectroscopy)加以 129802.doc -13- 200908342 測定。 圖1係本實施型態之代表性的非揮發性半導體記憶裝置 (快閃記憶體）之要部剖面圖。 如圖1所示，記憶單元具有電荷儲存部之氮化矽臈（氮化 膜）SIN、由位於其上下之氧化膜（氧化矽膜）Β〇τ〇χ、 TOPOX之積層膜構成之〇N〇膜（〇N〇)、由如n型多晶矽之 導電體構成之記憶閘極電極MG、由η型雜質（導入此雜質 之半導體區域（矽區域））構成之源極區域（源極擴散層、打型 半導體區域）MS及由η型雜質（導入此雜質之半導體區域（矽 區域））構成之 >及極區域（;及極擴散層、η型半導體區 域）MD。 源極區域MS及汲極區域MD係形成於設在ρ型矽基板（半 導體基板）PSUB上之p型井區域PWEL中。在氮化石夕膜 SIN，使用減少氫濃度之膜。作為氮化矽臈SIN，也可使用 減少鼠濃度之石夕氧氮化膜。 圖1所示之記憶單元之寫入動作及栻除動作如圖2所示。 寫入動作係藉通道熱電子注入所執行。作為寫入電壓，例 如施加至源極區域MS之電壓為5 V，施加至記憶閘極電極 MG之電壓為7 V，施加至汲極區域MD之電壓為〇 v，施加 至井之電壓為〇 V。拭除動作係加速並注入帶間隧道現象 (BTBT : Band-To-Band Tunneling)所產生之電洞。作為拭 除電C，例如施加至記憶閘極電極mg之電壓為_5 v，施 加至源極區域MS之電壓為6 V，施加至汲極區域MD之電 壓為〇 V，施加至井之電壓為〇 v。讀出動作例如施加至汲 \29802.doc 14 200908342 極區域MD之電壓為1.5 V，施加至源極區域ms之電壓為〇 V，施加至記憶閘極電極MG之電壓為1.5 V，向與寫入時 反方向施行源極•沒極間之電塵。
圖1所示之§己憶單元之寫入動作及栻除動作如圖2所示。 寫入動作係藉通道熱電子注入所執行。作為寫入電壓，例 如施加至源極區域MS之電壓為5 v，施加至記憶閘極電極 MG之電壓為7 V，施加至汲極區域河!)之電壓為〇 v ,施加 至井之電壓為0 V。拭除動作係加速並注入帶間隧道現象 (BTBT: Band-To-Band Tunneling)所產生之電洞。作為拭 除電壓，例如施加至記憶閘極電極MGi電壓為_5 V，施 加至源極區域MS之電壓為6 v，施加至汲極區域md之電 壓為〇 V’施加至井之電壓為〇 v。讀出動作例如施加至汲 極區域MD之電壓為1>5 ν’施加至源極區域奶之電壓為。 V，施加至記憶閘極電極MG之電壓為15 V，向與寫入時 反方向施行源極•汲極間之電壓。 使施加至源極•沒極間之雷厭 间之電壓之方向相反而施行寫入動 作、拭除動作及讀出動作睥，>I4 _ 卞吋也可將電荷之儲存處設定為 源極側與汲極側之2處而採用2位元/胞動作。 取代上述拭除動作，也可接田〜& ea t ❿J妹用對§己憶閘極施加負電壓， 以FN隧道效應將電子引至 、 、 丁 5丨主矽基板，或以FN隧道效應由基 板注入電洞之拭除方式。 也可採用對記憶閘極施加正 電壓，以FN隧道效應將電子引 )丨玍。己隐閘極，或以F N随道 效應由記憶閘極注入電洞之栻除方式。 接著，說明降低電荷儲存邱 W仔°卩之虱化矽膜所含之氫量之效 I29802.doc 200908342 果。如以上所說明，由氮化矽膜放出之氫與儲存在石夕基板 之電洞雙方之存在會引起NBTI反應，使資料保持特性惡 化。此引起NBTI反應之速度在電洞量充分多於氫量之情 形被虱直所規制，反之’在氫量充分多於電洞量之情 形’被電洞量所規制。 圖3係表示氮化矽膜中之N-H鍵與Si_H鍵之合計密度與以 基板溫度150°C之高溫施行1〇萬次重寫後之15〇〇c · 1〇〇〇小 時保持時之臨限值降低量之關係。氮化矽膜中之n_h鍵與 Si-H鍵之合計密度係在以65(rc之LpcvD&成膜之情形為 2.2xl021 cm_3，在提高溫度而以7〇〇〇C2LpcvD法成膜之情 形為9X10 〇 cm 3 ,與在交互導入siH2Cl2氣體與電漿氣 體而成膜之一般的ALD法中以氫濃度相同溫度之LPCVD法 成膜之情形相比，可減少1/2至1/3，以63〇t：成膜之情形為 1 · 1 X 1 〇21 C m—3。利用使用此等氮化矽膜之記憶單元測定資 料保持特性時，特性並無變化。此係由於該區域由電洞量 規制NBTI反應之速度，決定特性之關鍵在於電洞量而非 在於氫量之故。 對此，在詳見後述之不含氫之含矽氣體與氮化電漿氣體 父互暴露之ALD法所成膜之氮化矽膜中，可將Ν·Η鍵與s“ Η鍵之合計密度減少至1〇2。cm·3層級之前半其結果可 改善2:料保持特性。一併導入含若干氫之題3電漿氣體而 在10 cm層級之前半，使N_H鍵與以^鍵之合計密度變 動柃，貧料特性會依存於N_H鍵與Si_H鍵之合計密度而變 化。此表不NBTI反應之速度會向氫量所規制之區域移 129802.doc -16- 200908342 動，決定特性之關鍵在於氫量而非在於電洞量。由以上可 知：氮化矽膜中之N_H鍵與si_H鍵之合計密度為5xl〇2Q cm-3 以下時’可獲得資料保持特性改善之效果。 以下，利用別的方法，導出顯現資料保持特性改善之效 果之氮化矽膜中之N_H鍵與si_H鍵之合計密度。如上述之 「發明所欲解決之問題」所說明，將熱電子注入氮化矽膜 中時’會由氮化矽膜放出氫。藉此熱電子注入之氫之放 出可減乂氮化矽臈中之氫濃度，並就減少至何種程度 時，可改善資料保持特性之劣化進行確認。 在確認實驗中使用利用，所示之7G(rc成膜之LPCVD法 之氮化石夕膜之6己憶單元。實驗順序如以下所述。首先，以 尸c之回/皿對氮化矽膜施行第丨次之熱電子注入（秒鐘而放 出亂化膜中之虱，減少氮化膜之殘留氮濃度。其次，為避 免因…、電子/主入所放出之氫對其後之保持實驗造成影響， 施行降低注入教電+ — 电千之s己憶早兀附近所放出之氫濃度用之 充分之退火（3〇〇。〇丨，丨士、 + j扦）。接者，以15〇t：施行第2次之熱 電子注入而放出氮化# ’、 虱化臈中之虱，以未施行熱電子注入之相 鄰之記憶單元進彳千& & & 、 保持特性之評估。改變第1次之熱電子 注入時間t而進行數今 „ ^ ^ 實驗，導出顯現保持劣化之抑制效 數卜 虱濃度（第1次之熱電子注入時間t之函 圖2 3係表示評估兹7 & ^ . 久之熱電子注入時間t與保持之臨限
=之:關係之實驗結果。增加熱電子注入時⑴時， 在-之時間以前，臨限值降低量大致無變化，在W 129802.doc 200908342 二上臨:值降低量才變小，顯現保持劣化之抑制效果。 量乂： ’曰臨限值降低量無變化係由於該區域係由電洞 里而¥由虱s決定保持劣化之反應規制之區域之故。在 上’臨限值降低量才變小可理解為該區域係由氫 里非由電洞量決定保持劣化之擴散規制之區域。 "之，、σ果，估计顯現保持劣化之抑制效果之1 〇〇〇s 之熱電子注入時之氮化膜中之氫濃度。 氮化膜中之殘留氫濃度R⑴之變化速度dR⑴/dt等於敎電 子注入引起之氫放出速度_附上負號之值。氫放出速度 係和殘留氫與執電子^日、黑士 1 f '、，、冤子相遇之概率，即，殘留氫濃度R⑴與 熱電子注入量J(C/em2/ )
)之積成正比。故假設比例常數為A 時’ dR⑴/dt可用下式加以表示： 式⑴ 變成： dR(t)/dt=-E(t)=-AxjxR(t) 由式（1)’以t之函數表示R(t)時 R(t)=R〇xexp(-at) 式（2) 在此，R〇、a為常數。 卜1 000秒時之R⑴相當於在圖23顯現保持劣化抑制效果 之氫密度’若知悉R。與a，即可導出其值。 广個R“系㈣秒時之氮化膜中之氫濃度，即，原本含在 乳化膜之氣濃度。本實驗使用之氮化膜係在70(TC成臈之 LPCVD法之氮化石夕胺 ,m 〇 _ 2〇 3 犋，如圖3所示，膜之氫濃度R0為 9xl 020/cm3。 n 另一方之a係由_ 3所不之保持劣化之實驗結果所求 得。圖2 3所示之伴垃 呆持限值電壓降低量AVth_r⑴係在臨限 129802.doc 18 200908342 值電壓降低量中亦含電荷被抽出至矽基板等之氫劣化以外 之成分，以氫劣化引起之降低成分AVth_H⑴與氩劣化以 外之降低成分AYth—e之和加以表示。前者之氫劣化引起之 降低成分△Vth—HO係與第2次熱電子注入引起之氫放出量 成正比，可說此第2次熱電子注入引起之氫放出量與殘留 氫濃度R(t)成正比。
故Δνΐ;1ι—Η⑴與R⑴係以正比關係表示。後者之氫劣化以 外之降低成分Δνα_ε係不依存於t，呈現一定值。即，保 持之臨限值電壓降低量△ Vth_r⑴為·. AVth_r(t)=AVth_H(t)+AVth_e=BxR(t)+AVth_e=Cxexp(-at)+ △Vth—e 式（3) 。圖24係表示使式（3)適合於圖23之測定資料中 由擴散規制 決定保持劣化之 (3)之常數C、a AVth e=0.5。 1000s以後之3點之結果。由此結果，求式 AVth e 時’得：c = 〇.4、a=〇 〇〇〇4、 將以上之心與"代入式（2)，求t=1000秒時之R⑴時， R(l_S)=RGexp(训_)=9χ1〇'χρ(〇_4χΐ(^冲1〇2〇 。由以上，顯現氫密度減少引起之保持劣化抑制效果之氮 =中之氫濃度估計約6X1〜，可藉別的方法確認顯 現圖3所示之保持劣化抑 為5x]〇2。/ 2 ㈣欢果之化膜中之氫濃度至少 為5x10 /cm以下時可獲得效果。 半二，：Γ參照圖Μ7, 一面說明圖1所示之非揮發性 體圯憶裝置（快閃記憶體）之製造方 7係表示本實施型筚例。圖4〜圖 。之非揮發性半導體記憶$置之製造方 129802.doc •19、 200908342 法之基板之要部剖面圖。記憶單元係在記憶體區域排列成 陣列狀，但在各圖中’顯示僅1個記憶單元之剖面部。 首先’說明圖4。在p型矽基板!>81；6上依需要形成元件 分離氧化膜區域STI ’並形成作為記憶單元區域之p型井區 域PWEL。在此p型井區域PWEl之表面部，形成調整臨限 值之P型或η型雜質區域（通道區域）με。
接著，將矽基板表面潔淨化處理後，積層含氫濃度（N_H 鍵與Si-H鍵之合計濃度）為5x1〇2〇 cm-3以下之氮化矽膜之 ONO (Oxide Nitride Oxide :氧化物氮化物氧化物）膜。為 了形成ΟΝΟ膜，例如藉熱氧化或ISSG (In Situ Steam
Generation :自然蒸氣產生）氧化形成下部氧化膜Βοτοχ 後，形成氫》辰度為5χ 102G cm·3以下之氮化石夕膜sin，再藉 汽相沉積法與熱氧化或ISSG氧化形成上部氧化膜 TOPOX。 寫入及拭除均以熱載子注入施行之情形，下部氧化膜 BOTOX及上部氧化膜ΤΟΡ〇χ之膜厚以在難以引起隧道效 應現象之3 nm以上為宜。藉FN隧道效應將電子抽出至矽 基板或藉F N隧道效應將電洞由基板注入而施行拭除之情 形，下部氧化膜BOTOX之膜厚有必要薄到丨5 nm〜3 1^程 度。又，藉FN隧道效應將電子抽出至閘極或藉FN隧道效 應由閘極注入電洞而施行拭除之情形，不形成上部氧化膜 TOPOX，或有必要使上部氧化膜τ〇ρ〇χ之膜厚薄到2 以下。氮化矽膜SIN之膜厚為可儲存充分獲得臨限值電壓 之移位之電荷之2 nm以上。氳濃度低之氮化矽膜之形成方 129802.doc •20- 200908342 法容後再詳細揭示。 接著，在ΟΝΟ膜上，沉積作為記憶閘極電極_之^型多 晶梦層NMG( 150 nm程度）。 其次，說明圖5。利用光微影技術與乾式蝕刻技術，加 工圖6所示之n型多晶石夕層NMG，形成記憶閑極電極MG。 此記憶間極電極係向圖式之進深方向延伸，屬於線狀圖 案。接著，分別以氫氟酸與熱磷酸除去露出之上部氧化膜 TOPOX、氮切膜SINe其後，施行低滚度之_雜質之 離子植入，在汲極部形成低濃度0型雜質區域1^0“，在源 極部形成低濃度η型雜質區域MSM。 其次’說明圖6。以氫氟酸除去〇Ν〇膜之下部氧化膜 BOTOX中露出表面之部分後，沉積氧化臈，利用各向里 性钱刻技㈣刻而在記憶閘極電極M G之側壁形成側壁間 1¾層SW°藉由施行η型雜暫夕雜工姑 πηι雜質之離子植入，而形成汲極區域 應及源極區域MS。接著，沉積自對準接觸（SAC:Self
Align Contact)用之氮化矽膜 SACSIN。 其次’說明圖7。切基板之全面沉積布線層間絕緣膜 INS卜利用光微影技術與乾式㈣技術，在沒極區域廳 2成接觸孔之開口’在開口部（接觸孔）形成金屬層（插 :ONT。其後，㈣光微影技術與乾式㈣技術，形成 約層布線M1。接著，沉積布線層間絕緣膜INS2。以後， 雖省略圖不，但在布線層間絕緣細s2形成接觸孔，進一 電性膜，藉圖案化形成布線。如此，重複布線層 間絕緣膜與布線之形成步驟，即可形成多層之布線。 以上’以圖4〜圖7所示之方法製造之記憶單元之布線方 129802.doc 200908342 向如圖7所圖示，記憶閘極電極MG與源極區域MS係向垂 直於紙面之方向延伸，被連接至汲極區域MD，作為位元 線之第1層布線MI係向正交於記憶閘極電極MG及源極區 域MS之方向延伸。 源極區域MS也可使用第1層布線而向平行於汲極區域 MD之方向延伸。另外’如圖8所示之記憶單元般，汲極區 域MD與源極區域MS係作為擴散層布線，向垂直於紙面之 方向延伸’記憶閘極電極MG也可向正交於沒極區域md及 源極區域MS之擴散層布線之方向延伸。 圖8所示之記憶單元之製造方法異於圖4〜圖7所示之記憶 單元之製造方法。首先，形成〇N〇膜之下部氧化膜 BOTOX、氫濃度5x l〇2Q cm_3以下之氮化矽膜SIN、上部氧 化膜TOPOX，利用光微影技術與乾式蝕刻技術，除去形成 源極與汲極之區域之0N0膜。其次，以熱氧化在除去〇N〇 膜之區域形成氧化膜L〇，注入n型雜質而形成汲極區域 MD '、源極區域MS。接著，沉積多晶矽層而藉光微影技術 與乾式蝕刻技術，形成記憶閘極電極MG。此記憶閘極電 極係向圖式之左右方向延伸，屬於線狀圖案。 在圖8所示之記憶單元中’ 〇N〇膜在源極區域ms與汲極 區域MD之上被除去，剩下被使用作為電荷儲存部之氮化 石夕膜者僅係記憶體區域之—部分。對此，㈣㈣示之記 憶單元般，也可形成以使用於電荷儲存部之氮切膜覆蓋 。己It體區域之全面之構造。此情形，除接點部夕卜，以氮化 石夕膜覆蓋記憶體陣列之記憶體區域之全區域。氮化㈣係 129802.doc -22- 200908342 難以使氣通過之膜，故以氮化石夕膜覆蓋全面時，可抑制在 氮化矽膜成膜後之製程中氫進入作為 ^ , 巧电何儲存部之氮化矽 膜之區域而使氮化矽膜中之氳濃度增加至高於cm·3。 在圖9中’雖僅揭w個記憶單元，但在本實施型Γ/， 圖9之氮化矽膜係形成與其他記憶單元之作為電荷儲存部 之爾膜共享’此氮化石夕膜之側面端部並非如圖8所示 A”立於記憶單元内，而係形成至少被配置於記憶體區域之 夕側，氣化石夕膜係形成覆蓋著底氧化臈。即，在記憶體區 域内’除了接點部以外，全面形成氛 膜，且覆蓋著底 乳化膜。 採用此種構成係由於在氮化矽臈成臈後之製程中產生之 氫會經由底氧化臈進人作為電荷儲存部之氮切膜之區 圖8之構造，可使氯主要到達底氧化膜之路徑 =經由記憶體區域外側之區域之路徑。故以氮切膜覆 2底氧化膜之全面時，便可抑制在氫經由底氧化膜進入 乍為電何儲存部之氮化石夕膜之區域而使氮化石夕膜中之氮濃 度增加至高於5x1 〇20 cm-3之現象。 又’在記憶體區域之接點部當然未形成底氧化膜與氮化 石夕膜。又’在圖9中’雖全面地形成底氧化膜，但全面地 氧化膜並非獲得該效果所必須，也可在形成底氧化 、'示去部分，其後，全面地形成氮化矽膜。 以上’已揭示有關圖1所示之單閘型之記憶單元之實施 =但本Γ明透過在圖10〜圖13表示要部剖面圖之分離閉 i之έ己憶單元中，右你立Φ #户丑*rr 卜 在作為電何儲存部之氮化矽膜使用氫濃 129802.doc •23· 200908342 度5xl02Q cm_3以下之氮化膜，也可獲得同樣之效果。 圖1 0所示之記憶單元具有儲存電荷用之氮化矽膜SIN、 由位於其上下之氧化膜BOTOX、TOPOX構成之ΟΝΟ膜、 由如η型多晶矽之導電體構成之記憶閘極電極MG、η型多 晶矽構成之選擇閘極電極SG、位於選擇閘極電極SG下之 閘極絕緣膜SGOX、η型雜質構成之源極區域MS及η型雜質 構成之〉及極區域M D。又’源極區域M S及〉及極區域M D係 形成於設在ρ型矽基板PSUB上之ρ型井區域PWEL中。以選 擇閘極電極SG之側壁間隔層之形狀構成記憶閘極電極 MG，先形成選擇閘極電極SG後，形成ΟΝΟ膜（BOTOX、 SIN及TOPOX)，利用各向異性蝕刻技術形成記憶閘極電極 MG。 圖11係以選擇閘極電極SG之側壁間隔層之形狀構成記 憶閘極電極MG之記憶單元。此種記憶單元之情形，先形 成ΟΝΟ膜（BOTOX、SIN及TOPOX)及記憶閘極電極MG， 在其側壁形成絕緣膜構成之側壁間隔層GAPSW。更在其 側壁，利用各向異性蝕刻技術形成選擇閘極電極SG。為確 保記憶閘極電極MG與選擇閘極電極SG之耐壓，在記憶閘 極電極MG上形成罩面氧化膜層CAP。 圖12係將記憶閘極電極MG搭在選擇閘極電極SG上之構 成之記憶單元。此種記憶單元之情形，先形成選擇閘極電 極SG，利用光微影技術形成ΟΝΟ膜及記憶閘極電極MG。 圖1 3係將選擇閘極電極SG搭在記憶閘極電極MG上之構 成之記憶單元。此種記憶單元之情形，利用光微影技術形 129802.doc -24- 200908342 成選擇閘極電極SG以外，可利 様地开 Q 了和用與圖"所示之記憶單元同
樣地形成。即，先形成〇N 成選擇閑極電極SG。、及—極MG後，形 圖10〜圖13所示之記憶單元 方彳B 4 b 之寫入方式、拭除 方式及Μ出方式使其執行動作。里 ^ ^ /、π圖1所不之記憶單元 ===之處基本上僅在於“㈣。以動作係透過 ::j/主入方式之熱電子注入所執行。作為寫入電 ，歹1如施加至源極區域Ms之電遷％為5 v，施加至記憶 閉極電極MG之電壓Vm2 A 1 0 v +a 冤壓Vmg為10 V，施加至選擇閘極SG之電 堅g為1.5 V、施加至沒極區域MD之電壓vd為使流至通 乙之電视成為ΙμΑ之0.7 V程度，施加至井之電壓乂⑽⑻ V。拭除動作與圖丨所示之記憶單元同樣地，係以利用 BTBT之熱電洞注入’或藉謂随道效應執行。讀出動作也 與圖1所示之記憶單元同樣地，向與寫入時反方向施行源 極•汲極間之電壓。 圖10〜圖13所示之分離閘型構造雖會使記憶單元面積增 大’但與圖1之記憶單元相’可減少寫人電流。將選擇 閘極之閘極絕緣膜薄膜化時，具有可利用低電壓M0S電晶 體構成字元驅動器、可施行高速之讀出動作等之優點。 其次，說明氫濃度5X102G cm 3以下之電荷儲存部之氮化 矽膜SIN之製造方法。氫濃度低之氮化矽膜可利用以下之 U)〜（c)中之一種製造方法成膜。 (a)以LPCVD法形成氮化矽膜後，施行使用氮氣之電漿 氮化。電漿之能量會切斷氮化矽膜中之N_h鍵及Si-H鍵， I29802.doc •25· 200908342 而使氫脫離，氮原子會鍵結於其結果出現之未鍵結手而可 降低氫濃度。具體的製造方法例如如以下所述。 首先，將LPCVD裝置之反應爐内之溫度設定於75〇。〇程 度後’分別以50 seem、500 sccm之流量，將二氯石夕烧 (SiHsCI2)與氨（NH3)之氣體導入爐内，將氮化矽膜沉積於 ΟΝΟ膜之下部氧化膜上。氮化矽膜之膜厚為丨打⑺〜8 ， 更好為1 nm〜3 nm。其後，利用電漿氮化裝置，以i3 % MHz之父流電磁場電離氮氣與氬氣而產生氮電漿氣體，曝 露該氮電漿氣體而以LPCVD法使氮化矽膜電漿氮化。此 時，基板溫度為450。(：。電漿氮化之氮化矽膜之膜厚變厚 時難以減少氫浪度，故欲形成厚的氮化石夕膜之情形，只 要交互地施行利用LPCVD法之氮化賴之沉積與利用氣氣 之電漿氮化即可。在此，雖使用平行平板型之電漿cv〇， 但也可施行利用電感耦合電漿（Inductively C〇upied Plasma)及利用微波之自由基性之氮化。 ⑻利用氫3量^之^)材料、氣體之賤鑛法沉積氮化石夕 膜。靶材料、氣體之氫含量少’故可形成氫濃度低之氮化 石夕膜。例如，基板溫度設定為·，以氬與氮氣減鑛石夕 之乾，成膜氮化石夕膜。 (c)利用使不含氫之含⑪氣體與氮化電衆氣體交互暴露 之ALD法成膜之氮切膜。由於原料氣體不含氫，故成為 低/辰度之氮化矽膜。又，在不使用ALD法之電漿。法 中欲形成薄膜之氮化石夕臈時，有必要抑制產生電聚之功 率’與Si3N4之組成比相比，會形成料剩之氮化石夕膜。 129802.doc -26 - 200908342 =剩之f切膜由於臈中有淺的能級陷牌多數存在，故 何保持能力較差。對此，利用ALD法時，可將充分之氮 二氮化石夕膜中，可降低石夕之組成比，直到嫩之組成 比Si3+XN4之X達到0,05以下為止。 #如此使用降低組成比直到Si3+xN^x降低至⑽以下之 见化石夕膜日寸’可獲得電荷保持能力高之氮化石夕膜。可形成 電荷保持能力高之電荷儲存膜。作為具體的製造方法，將 ALD裝置之反應爐内之溫度設定於55 石夕氣體與氮電浆氣體。作為不含氯之含石夕氣體，只 四氣切Sicu或六氯乙钱Si2CU，作為氮電㈣體只要 ㈣稀有氣體之電裝氣體即可。電裝氣體係 在反應爐外產生後導入。 以上’已說明有關在氮化石夕膜之膜中全體降低氫濃度之 電街儲存用之氮化石夕膜之形成方法，但若在氮化石夕膜之與 下部氧化膜之界面附近或與上部氧化膜之界面附近降低氮 化石夕膜中之氫濃度，則可抑制資料保持特性之惡化。此係 由於氫難以在氮化石夕膜中擴散，在鍵結被熱載子之注入切 斷之氫中，存在於距離氮切膜之界面較深之氣不能脫出 之故。具體上，在15(rc之保持溫度下，距離氮化矽膜與 下部氧化膜之界面或氮切膜與上部氧化臈之界面3咖以 上之區域之氫會使資料保持特性惡化。 因此，如圖14所示，在與下部氧化膜之界面側，僅將膜 厚3 nm以下之氮化石夕膜_ι形成為氫濃度低之氫濃度 5x 1020 cm-3以下之氮化石々胺，—朴 又 、在八上部之氮化矽膜SIN2， 129802.doc -27· 200908342 利用LPCVD^通常❹之方法成㈣切料，即可降 低氫放出量。又，如圖15所示，在與下部氧化膜之界面 側，除了形成膜厚3 nm以下之、 爻虱化矽膜SIN1以外，並在鱼 上部氧化膜之界面側’也將膜厚3咖以下之氮切膜咖 形成為氫濃度低之氫濃度5xl〇2。cm_3以下之說化石夕膜時， 可進一步抑制氫放出量。 虱濃度低之氮化矽膜之薄膜SIm或SIN3可利用上述
⑷〜⑷之製造方法形成。又，與下部氧化膜之界面側之氮 化矽膜SIN1也可利用下述（d)之方法形成。 (d)以氮電漿氣體使下部氧化膜Β〇τ〇χ電漿氮化，將下 部氧化膜BOTOX中之氧置換成氮而形成氮切膜。殘留 下部氧化膜BOTOX之氧’成為含氧之氮化矽膜。下部氧 化膜BOTOX之氫濃度低，且不含於使用於氮化之氣體 中’故成為氫濃度低之氮化石夕膜。 氫濃度低之氮化矽膜SIN1或SIN3也可組合上述（a)〜(d)之 製造方法而形成。又，插入氫濃度低之氮化矽膜之薄臈 SIN 1或SIN3之電荷儲存用之氮化矽膜也可使用於圖ι〇〜圖 13所示之分離閘型之記憶單元。 又’以上之說明中’說明可藉將作為電荷儲存部之氮化 石夕膜之虱激度控制在5 X 1 〇2G cm·3以下，以改善資料保持特 性，較好為使用在3xl〇20 cm·3以下之氫濃度，更好為使用 在1 x 1 〇2G cm-3以下之氫濃度之氮化膜時，可達成資料保持 特性之進一步之改善。 (實施型態2) 129802.doc -28· 200908342 在本實施型態中，藉由在引起資料保持特性之惡化之3 種機構中，㈣「氫之擴散」，以降低放出之氫之濃度， 並抑制資料保持特性之惡化。具體上，消除記憶單元上之 SAC用之氮切臈，以確保氫向記憶單元上方擴散之路 徑’降低記憶單元附近之氫濃度。但SAC技術係近年來使 用MOS電晶體之半導體裝置所必須之技術，不能在非揮發 性半導體記憶裝置之所有區域中消除s A c用之氮化石夕膜。 因此’僅在記憶體陣列之區域中，消除sac用之氮化 膜。 最好將作為電荷儲存部之氮切膜之氫濃度控制在 cm'3以下。 又，如此，消除SAC用之 特性之惡化，故無必要將作 J辰度控制在5><1〇20 cm·3以下 言之， 5χ1020 氮化矽膜時，可抑制資料保持 為電荷儲存部之氮化矽膜之氫 。但，從資料保持特性之觀點 圖⑽本實施型態之非揮發性半導體記憶裝置之要部剖 面圖，左右之剖面圖分別表示形成於同一半導體裝置内之 MONOS型記憶單元與]^〇8電晶體。 左側之MGNOS型記憶單㈣代表性地表示存在於記情 體區域之！個記憶單元，由H@M〇S電晶體所構成，與圖7 所示之記憶單元相異之處僅在於無SAc用之氮化矽臈 SACSIN之點上。 右側之電晶體係代表性地表示在非揮發性半導體記憶裳 置中之11型或P型之廳電晶體，在此以η型之情形為例加 以表示。MOS電晶體係使用於使非揮發性半導體記憶裝置 129802.doc -29- 200908342 起作用之周邊電路、與外部進行資料之輸出入之1/0電 路、及在快閃共存型微電腦中實現微電腦功能之邏輯電 路。在此’表示形成邏輯電路之邏輯區域之電晶體。如圖 16之右側所示，在M0S電晶體上形成有sAc用之氮化秒膜 SACSIN。 換s之，在圖16中，揭示構成形成於記憶體區域内之記 憶單元之電晶體、形成於邏輯區域内之電晶體、連接在形 成於s己憶體區域之電晶體之源極或汲極之接點、及連接在
邏輯區域之電晶體之源極或汲極之第2接點，記憶體區域 之電晶體之閘極電極、源極及汲極不被形成自對準接點用 之氮化矽臈所覆蓋，另一方面，在連接邏輯區域之電晶體 之接點之閘極電極、源極及汲極上，則被形成自對準接點 用之氮化石夕膜所覆蓋。X，邏輯區域之自對準接點用之氮 化矽膜未必需要覆蓋全面，只要至少形成在連接接點之源 極或汲極上即可。 圖16所示之構造可藉將SAC用之氮化石夕膜沉積於晶圓全 面後利用光微影技術與乾式敍刻技術，選擇地除去士己情 體區域之氮切膜而製成。採用此構造時，在記憶體^ 以外之區域，可利用SAC技術形成高密度地配置⑽ 體之電路，在印，障科ρ ^ A曰曰 在。己Jt體£域中’雖有必須採取接點之對準餘 裕之缺點，但可抑制由電荷儲存部 、 引起之資料保持特性之€ 、化。 膜放出之風所 圖？係表示本實施之另—型態。相對於在圖16所 万例中，除去記憶體陣列 、 j上之所有SAC用之氮化矽膜，在 129802.doc •30· 200908342 圖17所示之實施例中，留下記憶體區域之接點部附近之 _用之氮化石夕膜，而除去其他記憶體區域上之SAC用之 氮化夕膜此構造係在晶圓全面沉積SAC用之氮化石夕膜 後，利用光微影技術僅露出希望除去氮化石夕膜之區域，並 蝕刻氮化矽臈時，即可製成。 換言之，在圖17中’在記憶體區域之電晶體巾，並非以 SAC用之氮化石夕膜覆蓋構成記憶單元之電晶體之全部，而 至少在連接接點之源極或沒極上，形成自對準接點用之氮 化矽膜。又，與圖丨6同樣地，邏輯區域之自對準接點用之 氮化石夕膜未必需要覆蓋全面’只要至少形成在連接接點之 源極或汲極上即可。 圖17所示之例異於圖16之例，沒有必須採取接點之對準 餘裕之缺點。且可確保氫向記憶單元上方擴散之路徑，故 效果雖比圖16之例少，但可抑制資料保持特性之惡化。在 圖16與圖17中’雖揭示使用》1之單閘型記憶單元之例， 但即使使用圖10〜圖14所示之分離閘型記憶單元之情形， 也可獲得同樣之效果。 (實施型態3) 在本實施型態_，藉由在引起資料保持特性之惡化之3 種機構中，㈣「氫引起之劣化反應」，以抑制資 ：保持 特性之惡化。具體上，#由在記憶單元之矽基板/底氧化 膜界面及底氧化膜中，導入與矽之鍵能大於氫之元素，例 如鹵素元素，使其難以發生氫引起之界面能級及正的固定 電荷之生成反應。 129802.doc 200908342
’植入能量為15 keV。 在其後之熱處理過 成中，將氟取人⑦基板與底氧化膜之界面或底氧化膜中 形成Si-F鍵。除了氟以外， 鍵能大於氫之元素。藉此， 也可注入氣及重氫等，與矽之 在底氧化膜中形成Si-F鍵。 又，使用自素元素之情形，當然會形成_素元素與石夕元 素之鍵結。又’尤其’在幽素元素之中，氟及氣的質量較 小，使用氟及氣元素之情形，與使用其他鹵素元素之情形 相比，離子植入之際，具有對氧化矽膜及矽基板之損傷較 小之優點。 在圖18中’雖在例中揭示使用第1實施型態所示之圖1之 單閘型記憶單元之情形，但即使使用圖！0〜圖丨4所示之分 離閘型記憶單元之情形，也可獲得同樣之效果。 以上，已說明實施型態1〜3，但此實施型態不僅可單獨 實施，將複數個組合而實施時，可獲得進一步之資料保持 特性提高之效果。 以上，已就本發明人所創見之發明，依據其實施形態予 以具體說明，但本發明並不僅限定於前述實施形態，在不 脫離其要旨之範圍内，當然可作種種之變更。 129802.doc -32- 200908342 [產業上之可利用性】 么月適用於非揮發性半導體記憶裝置。 【圖式簡單說明】 閃憶裝置（侠 二係表不本發明之實施型態之非揮發性半導體記憶裝 寫入•拭除方式之基板 之要部剖面圖。 低鍵與~姻之合計密度與保持之臨限值降 低置之關係之曲線圖。 置本發明之實施型態之非揮發性半導體記㈣ 製以方法之基板之要部剖面圖。 圖=表示本發明之實施型態之非揮發性半導體記憶裝 之製以方法之基板之要部剖面圖。 圖=表示本發明之實施型態之非揮發性半導體記憶裝 之製&方法之基板之要部剖面圖。 ^係表示本發明之實施型態之非揮發性半導體記憶裂 置之製造方法之基板之要部剖面圖。 圖8係本發明之實施剞能 ψ ^之另一非揮發性半導體記憶裝 置（快閃s己憶體）之要部剖面圖。 圖9係本發明之實施也丨離 ^ H、之另一非揮發性半導體記憶裝 置（快閃記憶體）之要部剖面圖。 圖1 0係本發明之實施型離 .._ ^ 之另一非揮發性半導體記憶裝 置（快閃記憶體）之要部剖面圖。 圖1 1係本發明之實施型能夕 , 之另一非揮㈣半導體記憶裝 129802.doc -33- 200908342 置（快閃記憶體）之要部剖面圖。 圖12係本發明之實施型態之另—非揮發性半導體記憶裝 置（快閃記憶體）之要部剖面圖。 圖1 3係本發明之實施型離之另— i ,“、t另非揮發性半導體記憶裝 置（快閃記憶體）之要部剖面圖。 圖1 4係本發明之實施型離之另__ 2=、疋力非揮發性半導體記憶裝 置（快閃記憶體）之要部剖面圖。 圖15係本發明之實施型態之另一非揮發性半導體記憶裝 置（快閃記憶體）之要部剖面圖。 圖16係本發明之實施型態之非揮發性半導體記憶裝置 (快閃記憶體）之要部剖面圖。 圖17係本發明之實施型態之另—非揮發性半導體記憶裝 置（快閃記憶體）之要部剖面圖。 圖18係表示本發明之實施型態之非揮發性半導體記憶裝 置之製造方法之基板之要部剖面圖。 圖19係表示寫入側之資料保持特性之保持溫度依存性之 曲線圖。 圖20係表示寫入側之資料保持特性之重寫溫度依存性之 曲線圖。 圖21係表示拭除側之資料保持特性之曲線圖。 圖22係表示比較重寫鄰接胞之情形與未重寫之情形之資 料保持特性之曲線圖。 圖23係表示電子注入時間與保持臨限值降低量之關係之 曲線圖。 129802.doc •34- 200908342 圖24係表示圖23之資料中，適合擴散規制區域之資料之 結果之曲線圖。 【主要元件符號說明】 BOTOX 下部氧化膜（氧化膜） CAP 氧化矽膜 CONT 接點之金屬層（插塞） • GAPSW 側壁間隔層 INS1 布線層間絕緣膜 f " INS 2 布線層間絕緣膜 LO 元件分離之氮化矽膜 Ml 第1層布線 MD 汲_極區域 MDM 低濃度η型雜質區域 ME 記憶體之臨限值調整用雜質區域 MG 記憶閘極電極 MS 源極區域 kj MSM 低濃度η型雜質區域 NMG η型多晶矽層 - ONO ΟΝΟ膜 PSUB Ρ型矽基板 PWEL ρ型井區域 SACSIN SAC用之氮化矽膜 SG 選擇閘極電極 SGOX 閘極絕緣膜 129802.doc -35- 200908342 SIN、SINl、 電荷儲存用氮化矽膜 SIN2、SIN3 SW 側壁間隔層 TOPOX 上部氧化膜（氧化膜） f 36- 129802.doc

Claims (1)

  1. 200908342 十、申請專利範圍： i 一種非揮發性半導體記憶裝置，其特徵在於包含 =對源極錢㈣域，其形成於半導體基板中 、、第1閘極電極’其形成於前述源極及汲極區 述半導體基板之區域上； 電荷儲存部，其形成於前述半導體基板之表面 第1閘極電極之間； W述電荷儲存部包含N-H鍵與Si_H鍵之合計 hio20 cm-3以下之第1氮化膜； 藉由注入熱載子，在前述電荷儲存部施行寫 除。 ‘、 2. 如請求項1之非揮發性半導體記憶裝置，其中 刎述電荷儲存部進一步包含第2氮化膜； 前述第1氮化膜配置於前述第2氮化膜與前述半 板之表面之間。 3. 如叫求項2之非揮發性半導體記憶裝置，其中 前述第1氮化獏之膜厚為3 nm以下。 4·如明求項2之非揮發性半導體記憶裝置，其中 月'J述電荷儲存部進一步包含第3氮化膜； 月’J述第3氮化臈配置於前述第2氮化膜與前 電極之間； 則述第3氮化膜係N-H鍵與Si-H鍵之合計密度為 cm·3以下之氮化膜。 5·如明求項4之非揮發性半導體記憶裝置，其中 129802.doc 間之前 與前述 密度為 入或栻 導體基 1閘極 5χΐ〇20 200908342 則述第3氮化膜之膜厚為3 nm以下。 6.如凊求項1之非揮發性半導體記憶裝置，其中 進步包含第2閘極電極’其形成於前述源極及汲極 區域間之前述半導體基板之區域上。 7'如請求項1之非揮發性半導體記憶裝置，其中 剛述第1氮化膜係在藉由化學汽相沉積法沉積氮化膜 後，以電漿狀態之氮進行氮化而形成。 8.如請求項1之非揮發性半導體記憶裝置，其中 前述第1氮化膜係藉由濺鍍法沉積而形成。 9·如請求項1之非揮發性半導體記憶裝置，其中 月’J述第1氮化膜係藉由交互曝露Sicl4或si2cl6與電漿狀 態之氮氣之原子層沉積法沉積而形成。 10.如請求項1之非揮發性半導體記憶裝置，其中 進一步在前述第1氮化膜與前述半導體基板之表面之 間配置有氧化膜； 鈉述第1氮化膜係藉由將前述氧化膜之一部分電漿氮 化而形成。 Π.如請求項1之非揮發性半導體記憶裝置，其中 前述第1氮化臈係氧氮化膜。 12. 如請求項1之非揮發性半導體記憶裝置，其中 ，述氮化膜係氮化矽膜’且前述氮化矽膜之組成為 Si3+xN4時 ’ X為 〇.〇5 以下。 13. 如請求項1之非揮發性半導體記憶裝置，其中 進/包3形成於記憶體區域内之第1記憶單元與第2 129802.doc 200908342 記憶單元； 刖述第1記愔、垔^ 隐早兀在别述源極及汲極區域' 極電極'前述電荇則述弟1間 』、冤何储存部、前述電荷儲存 體^板之表面之間具有氧化膜； ^迷切 剛述第2記憶單元在前述第謂極電極、前述 板之表面盥前诂笼1 子瑕基 义，、引这弟2閘極電極之間具有第2氮化膜； 2述第1氮化膜係前述第2氮化膜之一部分： 前述第2氮化臈覆蓋前述記憶體區域之 板表面之接點部以外之全面。 千導體基 14. 如請求項匕非揮發性半導體記憶裝置，其中 進一步包含形成於前述半導體基板之表面與前 儲存部之間之氧化膜； 可 在前述氧化膜與前述半導體基板之界面或前述氧化膜 内，具有鹵素元素與矽元素之鍵結。 、 15. 如請求項14之非揮發性半導體記憶裝置，其中 ϋ 前述幽素元素係氟。 16. 一種非揮發性半導體記憶裝置，其特徵在於包含： 第1電晶體，其形成於記憶體區域内，具有含氮化膜 之閘極絕緣Μ ’並藉由注入熱載子而施行寫入或拭除； 第2電晶體，其形成於邏輯區域内； 第1接點，其對前述第！電晶體之第丨源極或第1汲極被 電性連接；及 第2接點，其對前述第2電晶體之第2源極或第〗汲極被 電性連接； 129802.doc 200908342 前述第1電晶體之前述第】 坌1 r 3極電極、前述第1源極及 弟1汲極’係未被用以形成 及 -. 自對準接點之氮化矽膜所霜 盍，或一部分被覆蓋； 联所覆 在連接有前述第2電晶體之前述第2接點之 極或第2汲極上，形成有用 刖述第2源 膜。 有用以形成自對準接點之氮切 17. 18. 19. 如2求項16之非揮發性半導體記憶裝置，其中 4述一部分係連接有前逑第 !沒極。 帛1接點之則述第丨源極或第 一種非揮發性半導體記«置，其特徵在於包含： 一對源極及汲極區域，其形成於半導體基板中； 第1閘極電極，其形成於前述源極及汲極區 述半導體基板之區域上； 月1J 電荷儲存部，其形成於前述半導體基板之表面與 第1閘極電極之間；及 、刖述 氧化膜，其係形成於前述半導體基板之表面與 何儲存部之間； ; 在前述氧化膜與前述半導體基板之界面或 内：具㈣素元素與石夕元素之鍵結； 錢膜 藉由/主入熱載子，在前述電荷儲存部施行 除。 间入或拭 如請求項1 8之非揮發性半導體記憶裝置，其中 前述鹵素元素係氟。 129802.doc
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