JPH0425078A - 半導体不揮発性メモリ - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気的書き込み 体不揮発性メモリ、すなわち、 消去が可能な半導 ＥＥＦＲＯＭ（ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　　Ｅｒａｓａｂｌｅ　　Ｐｒｏ
ｇｒａｍｍａｂｌｅ　　Ｒｅａｄ　　ＯｎｌｙＭｅ川ｏ
ｒｙ）用特に電気的−括消去型（フラソシブ〜型）ＥＥ
ＰＲＯＭにおける絶縁膜に関する。

〔発明の４既要〕 本発明は、電気的式き込み・消去が可能な半導体不揮発
性メモリにおいて、ポリシリコン」二の絶縁膜として、
シリコン酸化膜とシリコン窒化膜からなる二層構造絶縁
膜を消去絶縁膜として用いることにより、フローティン
グゲート電極」二にイレズグー１−電極を持つ半導体不
揮発性メモリを実現した。

〔従来の技術〕

第２図は、従来のフラッシュＥＥＰＲＯＭのメモリセル
の断面構造図である。このメモリセルでは、例えばＰ型
ンリコンからなる半導体基板ｌの表面部分に、隣接する
メモリセル同士を電気的に分離するために、フィールド
絶縁膜２が形成されている。そして、フィールド絶縁膜
２に囲まれた半導体基板１の能動領域−にに、Ｎ゛型の
ソース・ｌ・レイン領域（図示ゼず）設りられており、
ごのソース・ルーイン領域に挟まれた領域上に、薄いシ
リコン酸化膜のゲート絶縁膜３が形成されている。そし
て、このゲート絶縁膜３を介してポリシリコンからなる
フローティングり一一ト電極４が設ｂＪられている。ま
た、フィールド絶縁膜２」二にはポリシリコンからなる
イレーズデー１〜電極５が形成され、フローティングゲ
ート電極４の端部の下側に、ポリシリコンの熱酸化膜か
らなる消去絶縁膜１１を介して対向するように接してい
る。さらＧこフローティングゲート電極４」二に、ポリ
シリコンの熱酸化膜からなる容量絶縁膜９を介してポリ
シリコンからなるコントロールゲート電極１０が設けら
れている。

（発明が解決しようとする課題〕 上記で述べたように、従来のフラッシュＥＥＰＲＯＭに
おいて、ポリシリコンを熱酸化したシリコン酸化膜を消
去用絶縁膜として用いた場合、このポリシリコン酸化膜
は、下地のポリシリコンの影響、すなわちアスペリティ
のために、局所的な電界の集中が起こるために、単結晶
シリコン上に形成したシリコン酸化膜と比べて約２桁は
どリク電流が多くなる。さらに、フローティングゲート
の端部にも電界の集中が起こるため、ポリシリコン電極
の構造上、凸部から電流が流れ出る方向でもまた、リー
ク電流が多くなるという欠点がある。従って、ポリシリ
コン酸化膜は、端結晶シリコン上の酸化膜に比べて破壊
電流密度が低い、またフローティングゲートに情報とし
て蓄積された電荷がリーク電流として流れやすいために
、情報の不揮発的な記憶が不可能になるという問題があ
る。そのため、実際のメモリセルに、ポリシリコン酸化
膜からなる消去膜を用いる際には、１〜ンネル消去電流
の方向に制限がある。ずなわら、上のポリシリコン電極
から酸化膜を介して下のポリシリコン電極へ向かって電
流を流さなければならない。そのためＦＬＯＴＯＸタイ
プでは、ポリシリコンを３層にしなければならず、高集
積化が邦しい。さらに、ポリシリコン酸化膜は、同し膜
厚では基板上に作成したものに比べてリーク電流が多く
、その分膜厚を厚（する必要があり、低電圧で消去がて
きないという欠点を持っている。

〔課題を解決するだめの手段〕

以上に述べた課題を解決するために、本発明では、ポリ
シリコンからなるフローティングゲート電極上の消去用
絶縁膜として、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜からな
る二層構造絶縁膜を用いた。

〔作用〕

」二層のごとく、ポリシリコンからなるフローティング
炉−１・電極上の消去用絶縁膜としてシリコン酸化膜と
シリコン窒化膜からなる二層構造絶縁膜を用いた場合、
ポリシリコン酸化膜における電界の集中をシリコン窒化
膜が緩和してしまうため、単結晶シリコン上に比べてリ
ーク電流が多いという、ポリシリコンにおけるアスペリ
ティやメモリセル自身が持つ構造的な欠点に起因する悪
影響を受けにくくなった。また、ポリシリコン酸化膜と
シリコン窒化膜からなる二層構造絶縁膜の場合、下のポ
リシリコン電極から二層構造絶縁膜を介して上のポリシ
リコン電極の方向へ、トンネル消去電流を流した方が電
流を多く流すことができるのて、ＦＬＯＴＯＸタイプで
も二層構造でもよく、高集積化に適している。さらに、
シリコン酸化膜とシリコン窒化膜からなる二層構造絶縁
膜では、消去電流を流すと、つまり書き替えを行うと、
シリコン窒化膜とシリコン酸化ｎりの界面に正孔がトラ
ンプされるため、メモリの闇値ウィンドウ幅が広くなる
。従って、この二層構造絶縁膜を用いた半導体不揮発性
メモリでは、書き替え回数を飛躍的に伸ぽずことが可能
ととなった。

〔実施例〕 以下に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。第１図は本発明に係るフラッシュＥＥＰＲＯＭのメ
モリセルの断面構造図である。このメモリセルでは、例
えばＰ型シリコンからなる半導体基板１の表面部分に、
隣接するメモリセル同士を電気的に分離するために、フ
ィールド絶縁膜２が形成されている。そして、フィール
ド絶縁膜２に囲まれた半導体基板１の能動領域上に、Ｎ
゛型のソース・トレイン領域（図示せず）設けられてお
り、このソース・トレイン領域に挾まれた領域上に、薄
いシリコン酸化膜のゲート絶縁膜３が形成されている。

そして、このゲート絶縁膜３を介してポリシリコンから
なるフローティングゲＩ・電極４が設けられている。ま
た、フィールドに色縁■莫２−トにはポリシリコンから
なるイレーズゲＩ・電極５が形成され、フローティング
デー１−電極４の☆：：ｊ部に、ポリシリコン熱酸化膜
６と化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）法によるシリコン窒化
膜７からなる、消去用絶縁膜として形成された二層構造
細糸３膜８を介して対向するように接している。

さらにフ１′Ｊ−ティングゲ−１・電極４上に、ポリシ
リコンの熱酸化膜からなる容量絶縁膜９を介してポリシ
リコンからなるコントロールゲート電極１０が設番づら
れている。

」二層の電荷のやりとりを行うシリコン酸化膜とシリコ
ン窒化膜からなる積層絶縁膜は、その使用目的に応して
膜厚比を選択することができる。前記の二層からなる積
層絶縁膜の形成は、以下のように行った。ポリシリコン
上の酸化膜は、酸化温度９００°Ｃ以」二、１１００°
Ｃ以下の熱酸化によって形成されており、その膜厚は、
少なくとも３０Å以上、１００Å以下である。その上の
シリコン窒化膜は、堆積温度７００℃以上、８００°Ｃ
以下のジクロロシランとアンモニ・アガスの化学気相成
長法により１■積されており、その膜厚は、少なくとも
５０人以」二、１５０Å以下である。シリコン酸化膜と
シリコン窒化膜の形成順序を逆、つまりシリコン窒化■
シを熱酸化して酸化膜を形成することも可能であり、そ
の時、トンネル電流の方向は、上のポリシリコン電極か
ら下のポリシリコン電極へ向かって流す必要がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように、ポリシリコンからなるフローティ
ングゲート電極上の消去用絶縁膜としてシリコン酸化膜
とシリコン窒化膜からなる二層構造絶縁膜を用いること
により、ポリシリコンにおけるアスペリティやメモリセ
ル自身が持つ構造的な欠点に起因する悪影響を受けにく
くなった。また、この二層構造絶縁膜では、下のポリシ
リコン電極から二層構造絶縁膜を介して上のポリシリコ
ン電極の方向へ、トンネル消去電流を流すことができる
ので、ＦＬＯＴＯＸタイプでも二層構造でよく、高集積
化が可能となった。さらに、この二層ＪＭ造絶絶縁膜用
いた半零体不揮発性メモリでは、１孔１ランプのため、
書き替え回数の増加とともにトンネルＮ？Ａが流れやす
くなるため、書き替え回数を飛躍的に伸ばすことが可能
となった。

【図面の簡単な説明】

第１（２１ｉＪ本発明にかかるフラッシュＥＥＰＩマＯ
Ｍのメモリセルの断面構造図、第２図は従来のフラノシ
ュド：ｌ尤ＰＲＯＭのメモリセルの断面＋２１　ｉＲ７
図である。 半導体基板 フィールド３色縁膜 グー　１４色縁■父 フローティングゲ イレーズゲート電極 ポリソリコン酸化膜 １・電極 薄いシリコン窒化膜 層構造絶縁膜 容量絶縁膜 コントロールゲート電極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　半導体基板上に第１の絶縁膜を介して設けられたフロ
   ーティングゲート電極と、 上記フローティングゲート電極上に第２の絶縁膜を介し
   て設けられたイレーズゲート電極と、上記フローティン
   グゲート電極上に第３の絶縁膜を介して設けられたコン
   トロールゲート電極を持つ半導体不揮発性メモリにおい
   て、 上記第２の絶縁膜が、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜
   からなる二層構造絶縁膜で構成されていることを特徴と
   する半導体不揮発性メモリ。