JPS5969973A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Publication number
JPS5969973A
JPS5969973A JP57181110A JP18111082A JPS5969973A JP S5969973 A JPS5969973 A JP S5969973A JP 57181110 A JP57181110 A JP 57181110A JP 18111082 A JP18111082 A JP 18111082A JP S5969973 A JPS5969973 A JP S5969973A
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JP
Japan
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layer
added
dielectric layer
impurity
si3n4
Prior art date
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Pending
Application number
JP57181110A
Other languages
English (en)
Inventor
Tatsuo Fuji
藤 龍夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp, Nippon Electric Co Ltd filed Critical NEC Corp
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Publication of JPS5969973A publication Critical patent/JPS5969973A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/69IGFETs having charge trapping gate insulators, e.g. MNOS transistors

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  • Non-Volatile Memory (AREA)

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】 本発明は半導体装置、特に二1訪を体層をゲート絶縁層
として備えた絶縁ゲート型電界効果トランジスタからな
る不揮発性半導体記憶装置の記憶保持特性の改善に関す
るものである。
ゲート絶縁層が二重誘電体構造をイjする絶縁ゲート型
電界効果トランジスタからなる不揮発性記憶装置は、浮
遊ゲート構造を4Jする絶縁ゲート型竜界効釆トランジ
スタからなる不揮発性記憶装置では紫外線による全ピッ
ト同時消去のみが可能であるに対し、1ビツトあるいは
1ワード毎に′ル、気的に書き換えが可能であることか
ら、極めて有用なものである。
ここで、二1誘電体ケート絶縁層とは、半導体基板表面
に形成された電子ないし止孔に対する捕獲中心密度の極
めて小さい第1の6を体1曽と、該第1の誘電体層表面
を櫟うように形成された電子ないし正孔に対する捕獲中
心密度の大きな第2の誘電体層とからなっておシ、第2
の誘電体Nは電性(電子または正孔)蓄積・保持層とし
て働らき、第1の誘電体層は電荷のソースおよびシンク
である半導体基板と第2の誘電体層との間の障壁として
働らいている。第1の誘1b、体層(障壁)の厚さは、
電荷が直接トンネル効果で辿り抜けることのできるよう
に1通常15乃至3oXと極めて薄いものがハJいられ
ている。
上記の二連誘電体層をゲート絶縁層として備えた絶縁ゲ
ート型軍界効朱トランジスタとして最も一般的ナモノI
d、、MNO8FB’J’、JIIp チ、ゲー ト絶
m層の第1の@電体層として熱酸化にょる5in2層を
、第2の誘電体層としてCVD法にょる84.N。
膜をそれぞれ用いた電界効果トランジスタである。
また、FE TにはPチャンネル型とNチャンネル型と
があるが、以下、Pチャンネル型MNO8FE’L’を
例に皐げて説明する。
Pチャンネル型MNO8FETのゲート電極(Al)に
基板(N型Si)に対して十分な大きさの負の電圧パル
スを印加すると、N型Si基板表面はP型に反転し、P
型反転層内の多数キャリアである正孔が薄い8i0.層
を直接トンネル効果にょシ通過してS i3N、層内に
注入され、Si3N4層中の止孔に対する捕獲中心に捕
獲δれる。この結果、ゲート絶縁Tfr4内に正の電り
jが蓄積されることとなり、l!’ETの閾値電圧は負
の方向に変化する。S i、 N、層中の正孔に対する
捕獲中心密度は空間的に均一であると考えてよいが、こ
の場合負電圧パルス印加直後の捕獲された正孔の密度分
布は、第1図に示すようにS 1o2−8 i、 N、
界曲力・らSi、N、J酸中に若干入ったところにピー
クを企し、ゲート札、極(Al竜惨)方向にかけて徐々
に減少している。この捕獲さオシだ正孔′&1度分布か
卸掲ざ7’Lる限り、閾値市5圧は変動することなく、
永遠に記憶は&持き才しる。
しかしながら、5isN、層内に捕獲された正孔の数は
実際には、時間とともに減少してゆく。この款少の原因
は、捕獲され/ζ1孔の密度分布によって生じる電界に
よる捕獲中心からの放出や、熱的ないし電離放射軸励起
による放出かわり、捕獲中心から放出された正孔はS 
i、 N、層中の空の捕獲中心間のホッピング伝、4に
よりゲート電イ参仙jに流れるか、あるいはS io、
−S i、 N、界■に到達後Sin。
層を通ってN mS i基板に流れる。この結果、MN
O8FETの閾値電圧は時間とともに正の方向へ変動し
、ついには負電圧パルス印加前の閾値を圧に等しくなる
。即ち、MNO8FETの記憶保持時間は有限であシ、
通常は10’〜105秒台である。
本発明の目的は、MNO8FETの有限な記憶保持時間
を少なくとも105時間以上(〜10年以上)まで拡大
し、不揮発性半導体記憶装置と云うにたる納しいMNO
8FET’′f:%供することにある。
本発明によれは、電荷蓄積層である5isN、層中の電
子まだは正孔に対する捕獲中心密度を補償するような不
純物がS i、 N、層中に添加されていることを特歓
とするよりなMI’JO8FETが得られる。
CVD法によp形成されるS i、 N、層中の電子ま
たは止孔に対する捕獲中心密度は、MNO8FhiTの
閾値電圧を十分変化させるにたるだけの電子または正孔
の数に比較して数桁以上大きい。したがって、電荷蓄積
状態にある8 i、 N、層中には、蓄積層れている電
荷量に比べてはるかに多い空の捕獲中心密度が存在する
。一方、空の捕獲中心間のホッピング伝導により流れる
電荷の量は空の捕獲中心密度に比例するから、通常のM
NO8FETの記憶保持時間が104〜105秒と短か
いのは、Si3N4層中に必要な蓄積電他桁に比べては
るかに多い空の捕獲中心か存在することが原因である。
即ち、MNO8FETの記憶保持時間を延長するにはs
 i、N。
層中の電子せたは正孔に対する捕獲中心密度を必要十分
な大きさとすることが必要である。
本発明の構造においては、rrl[述のようにMNO8
F’ETのS ’s NA 層中の電子まだは正孔に対
する捕獲中心を補供するような不純物がS i3N、 
層中に添加されていることを特徴としている。即ち、S
I、N4層中の実効的な捕獲中心孔・度を不純物添加(
でより、必要な捕獲電荷旬と等価ないし若干上まわる程
度にまで減少させ、電荷蓄積状態における空の捕獲中心
の数を可能々限り減少さぞであるMNO8FETが得ら
れる。
S t、 N、層中への不純物添加は、CVD法による
s i3N、層形成時に原料ガスと同時に必要な不純物
元素を含むガスを流すか、あるいはS i、 N、層形
成後イオン注入法によ如必要な不純物元素を8 i、 
N。
層中に注入することで容易に連成できる。逆にいえは、
このような製法により8 i、 N、層中に容易に添加
できる不純物が好ましい。このような捕獲中心軸01用
の不純物としては、止孔に対する捕獲中心については、
正孔か正電荷であることから水素が、また軍、子に対す
る捕獲中心についでは篭、子が県亀り■であることから
塩素が、通孔状態で気体であり、かつイオン注入も容易
に行なえることからそれぞれ鎗(している。
第2図は、本発明の一実施例を示した断面図であって、
N型St基板1表面に20Aの〜さの熱酸化によるSi
0,702が形成されておp、SiO,層2表面は水素
原子4が不純物として添加されているC V D法Fc
!ルSi、N、43 (厚す5oO乃至700A)が形
成され、さらに8i、N、i3表面にはAlグー) I
ll、惨5が形成されている。尚、第2図ではソースお
よびドレイン領域等は省略している。
第3図ね−、PチャンネルMNO8FETの記憶保持特
性を水素原子が晧加されていない従来のMNO8FHT
の1値゛紅圧笈化11と紀2図に示された本発明による
MNO8FETの筐値屯圧変化12とで用板じたもOで
ある。第3図から明らかなように、本発明を冥加したへ
1NO8FETの記憶13IS持特性は従来のものに比
べてはるかに記憶保持特性が改善され、105時間以上
と疫っていることが明らかである。
以」二祝明したように、本発明によればMN08FET
の記1.は保持特性の改官効呆は怖めて顕著である。
また、以上の説明においては二lル)箱体構造を有する
ゲート絶縁層を月Jいた絶1イゲート型電界効果トラン
ジスタとしではMNO8FE’l’に限ったが、例えは
第2の鵠霜体層とし1アルミナ(A、llt On )
肌・を用いたtsiN 08 F ETに本発明を個用
しても同様な効果が得られる。さらに、添加すべき不純
物として、前述の不純物のを1かにF(フッ紫)等でも
よい。
【図面の簡単な説明】
第1図は、PチャンネルMN OS F jルTの負パ
ノ17ス電圧印加直後における5i3N4)&中での捕
獲正孔密度分布を示す図、第2図は、本発明の一実施例
のゲート構造を示す断面図、第3図は、閾値電圧の袈化
によってPチャンネルMNO8FETの記憶保持特性を
ボした図であシ、11は従来のMN08FET。 12は本発明によるMNO8FETの閾値を圧変化をそ
れぞれ示す。 1・・・・・・N型Si基板、2・・・・・・熱酸化S
in、層、3・・・・・・CVD法によるS輸N4層、
4・・・・・・添加された水素原子、5・・・・・・A
lゲート電極。 第 / 図 ↓@7)岨1壬”JL鵞ツ、l鉗゛ (イ(Jン、1う
41γ)厚ご方向(化蝦、中硫少

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体基板の一生表面に形成された第1の誘電体層
    と該第1の誘電体層表面を覆うように形成された第2の
    誘電体層と・をゲート絶縁層として備えた絶縁ゲート型
    電界効果トランジスタ罠おいて、前記第2の誘電体層に
    、該第2の誘電体層中に存在する電子あるいは正孔に対
    する捕獲中心を補償するような不純物が添加されている
    ことを特徴とする半導体装置。 2、前記第2の誘電体層に添加される不純物が水素であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体
    装置。 3、前記第2の誘電体層に添加される不純物が塩素であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体
    装置。
JP57181110A 1982-10-15 1982-10-15 半導体装置 Pending JPS5969973A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS603159A (ja) * 1983-06-21 1985-01-09 Matsushita Electronics Corp 不揮発性記憶装置の製造方法
JPS6136976A (ja) * 1984-07-30 1986-02-21 Matsushita Electronics Corp 半導体記憶装置の製造方法
US6445030B1 (en) 2001-01-30 2002-09-03 Advanced Micro Devices, Inc. Flash memory erase speed by fluorine implant or fluorination
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