JPS62109369A - 半導体記録媒体 - 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 本発明は半導体記録媒体に係り、特に情報信号が高密度
に記録再生される半導体記録媒体に関する。

従来の技術 情報信号が高密度に記録され再生される記録媒体の一種
として、第２図に１で示す如き半導体ディスクメモリが
従来より知られている（例えば特開昭５５−１５０２６
８号公報）。これは例えばシリコンウェーハ等の円盤状
半導体基板２の表面に、例えば５ｉ０２等よりなる数十
人の薄い絶縁体膜３を形成し、更にこの絶縁体膜３上に
数百人の厚さでＳ！３Ｎａのような窒化膜等でなる電荷
蓄積機能を有する絶縁体膜４を積層形成したもので、全
体として円盤状に構成したものである。この半導体ディ
スクメモリ１に対する情報信号の記録・再生は、このデ
ィスクメモリ１を回転させ、かつ、その表面の絶縁体膜
４に記録・再生用ヘッド５を摺動させ、絶縁性基体５ａ
の後端面に取付固定されたヘッド電極５ｂと半導体基板
２との間に信号電圧を印加することによって行なわれる
。

すなわち、記録時にはヘッド電極５ｂと半導体基板２と
の間に情報信号に応じた数十Ｖの正又は負の電圧を印加
し、これにより電子又はホールが絶縁体ＦＪ３をトンネ
ル効果で抜けて絶縁体膜４に到達してそこに負電荷及び
正電荷として帯電保持される。従って、情報信号は絶縁
体膜４に帯電電荷として記録される。この絶縁体膜４の
電荷の帯電状態に伴って、半導体基板２の空乏層の容量
に変化を生じるため、再生時にはヘッド電極５ｂと半導
体基板２との間に信号源６より高周波信号を供給し、上
記空乏層の古川変化を周波数の変化分として取り出すこ
とによって、記録情報の読み出しが行なわれる。

一方、第２図において、ヘッド電極５ｂをゲート電極に
変えた構成のＭＮＯＳ　（Ｍｅｔａｌ−Ｎ　１ｔｒｉｄ
ｅ　−Ｑ　ｘｉｄｅ　−３ｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）
記憶素子がある。この素子の記録・消去電圧を下げるた
め、第３図に示すようにＭ　ＯＮ　ＯＳ　（Ｍｅｔａｌ
　−０ｘｉｄｅＮ　１ｔｒｉｄｅ　−Ｑ　ｘｉｄｅ　−
３ｅａ＋１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）記録素子が知られてい
る。このＭＯＮＯ８記憶素子７は絶縁体ｇｉ３’上の５
ｉ３Ｎａよりなる電荷蓄積機能を有する絶縁体膜４′が
、第２図の絶縁体膜４に比し数十Ａ程度に薄く形成され
、更に絶縁体ＩＩ！１４’の表面が醇化されてＳ！０２
よりなる酸化膜８が形成された構成である。酸化膜８上
にはゲート電極９が位置する。なお、半導体基板２′は
円盤ではない。

このＭＯＮＯ８記憶素子７には次のような特長がある。

■　シリコン酸化膜である絶縁体ｒＩＡ３′及び８がシ
リコン窒化膜である絶縁体膜４′を挾み、シリコン半導
体基板２′から注入される電荷に灯してバリアを形成す
るため、絶縁体膜４′を極限まで薄膜化でき、動作電圧
を下げることができる。

■　熱酸化による酸化膜８と絶縁体膜４′との界面に、
それらの膜厚に依存しない、メモリ作用に寄与する多量
の電子トラップが形成され、絶縁体膜４′の薄膜化にか
わらず、予示の電荷を蓄積することができる。

■　酸化膜８によって、ＭＮＯ８構造の主要劣化原因だ
ったゲート電極９からの正孔注入の阻止作用を持たせる
ことができ、劣化の少ないメモリを実現することができ
る。

■　万一、絶縁体膜４′にピンホールや周辺よりも薄い
部分があっても、酸化膜８を形成する熱酸化工稈におい
て、それらの微小部分の酸化速度が速いため、酸化物で
埋められる形となって修復される。従って、極めて薄い
絶縁体膜４′を扱うにも拘らず、製造歩留りを向上させ
ることができる。

発明が解決しようとする問題点 しかるに、第２図に示した半導体ディスクメモリ１は、
記録・消去のため半導体基板２とヘッド電極５ｂとの間
に、数十Ｖ程度の高い電圧を印加する必要があるため、
記録・消去回路が複雑になると共に、半導体ディスクメ
モリ１とヘッド電極５ｂとの間で放電を起し、両者を破
壊し易かった。

このため、電荷蓄積機能を有する絶縁体１１０４を２０
０人程度に薄くして記録・消去電圧を下げる方法も考え
られるが、絶縁体膜４を薄くすることは膜中のピンホー
ルの増加につながり、逆に絶縁破壊電圧を低下させてし
まう。

一方、第３図に示したＭＯＮＯ８記憶素子７は、前記し
た特長を有するが、半導体ディスクメモリとしては従来
構成されておらず、またゲート電極９に接触する最上層
の酸化膜８の硬度が、絶縁体膜４′に比べ低いため、こ
れを仮に半導体ディスクメモリとして構成した場合には
ヘッド（ゲート電極９）との摩擦により、酸化膜８が摩
耗あるいは傷つき易く、寿命が短いという問題点があっ
た。

そこで、本発明は酸化膜上に保護用シリコン窒化膜を形
成することにより、上記の諸問題点を解決した半導体記
録媒体を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明になる半導体記録媒体は、半導体基板の上方に、
第１乃至第４の絶縁体膜が順次積層されてなる。

作用 半導体基板の表面には第１の絶縁体膜が形成され、その
上には電荷蓄積様能を有する第２の絶縁体膜が形成され
、更にその上には電荷蓄積機能を増大させる第３の絶縁
体膜が形成され、更にその表面上に保護用の第４の絶縁
体膜が形成される。

ヘッドが第４の絶縁体膜上を謂動するので、第３の絶縁
体膜のヘッドとの摩擦による摩耗等は生じない。

実施例 第１図は本発明の一実施例の縦断面図をヘッドと共に示
す。同図中、第２図と同一構成部分には同一符号を付し
、その説明を省略する。半導体ディスクメモリ１０は円
盤状の半導体基板２の表面上に、２０人程度の膜厚のシ
リコン酸化膜が、約８００℃の窒素（Ｎ２）あるいはア
ルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスで稀釈した酸素（０２）
雰囲気中で第１の絶縁体膜３として形成される。更にこ
の第１の絶縁体膜３上には、第１図に示す如く、第２の
絶縁体膜４″、第３の絶縁体膜１１及び第４の絶縁体膜
１２が順次積層されてなる。

第２の絶縁体膜４″は数十〜１００人程度０膜厚のＳｉ
３Ｎ４のようなシリコン窒化膜でなる電荷蓄積機能を有
する絶縁体膜で、反応ガスとしてジクロロシラン（Ｓ！
ＨｚＣ１２）とアンモニア（ＮＨ３）を使用した減圧Ｃ
Ｖ　Ｄ　（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｕｒ　ＤＯｐＯ３
ｉｔｉＯｎ　）法で、第１の絶縁体膜３上に形成される
。次にこの第２の絶縁体膜４″を約９００℃で水蒸気酸
化し、第２の絶縁体膜４″の表面上に数十へ程度の薄い
シリコン酸化膜が電荷蓄積機能を増大させる第３の絶縁
体Ｆｉ１１として形成される。このように、半導体基板
２上に絶縁体膜３．４″及び１１が順次に積層されたメ
モリに、今度は第２の絶縁体膜４″と同様に減圧ＣＶＤ
法により数十〜１００人程度０膜厚のシリコン窒化膜が
絶縁体膜１１の表面上に第４の絶縁体膜１２として形成
される。この第４の絶縁体膜１２は第３の絶縁体膜（Ｉ
化！Ｊ）１１の硬度よりも高く、絶縁体膜４″の硬度と
同一である。

従って、本実施例によれば、ヘッド５が第４の絶縁体１
１１１２上を摺動した場合、ヘッド５との摩擦による摩
耗は前記ＭＯＮＯ８記憶素子７に比し大幅に低減する。

しかも、本実施例では前記ＭＯＮＯ８記憶素子７と同様
の特長を有する。

なお最終的に必要とされる記憶特性を得るために、上記
の第１乃至第４の絶縁体膜３，４“。

１１及び１２の膜形成後に、必要に応じて適当な条件で
の熱処理を施してもよい。

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、例えば半導体基板２は単結晶シリコンのみならず、多
結晶、非結晶質でもよく、上部が平坦で滑らかなシリコ
ンであれば、全体がシリコンである必要はない。更には
、シリコン以外の半導体であってもよい。また、第１の
絶縁体ｇ１３であるシリコン酸化膜は、熱酸化で形成す
るように説明したが、光化学反応を使った酸化、熱濃硝
酸による酸化、ＣＶＤ法による膜形成等によっても得ら
れる。更に、第２．第４の絶縁体膜としてのシリコン窒
化膜４″及び１１は、シリコンを含む５ｉＨａ、Ｓｉ２
　　　ト１ｓ、５ｉｌｌｃｌ　　３　　。

Ｓ　！　Ｃｌ　４と窒素を含むＮＨ３、Ｎ２等を使用し
た常圧ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、光
ＣＶＤ法等の各種のＣＶＤ法やターゲットに窒化シリコ
ン（Ｓｉ３Ｎ４）を使用したスパッタ法、更にはターゲ
ットにシリコン（Ｓ　ｉ　）　、雰囲気に窒素（Ｎ２）
を使用したイオンブレーティング法等、各種の方法でも
形成できる。

また、シリコン窒化膜−ヒの薄い第３の絶縁体膜（ここ
では酸化膜）１１は第２の絶縁体膜（シリコン窒化膜）
４″を７００〜９００℃程度で酸素（０２）あるいは水
蒸気雰囲気の高圧力五で酸化しても得られる。また第４
の絶縁体膜にはシリコン窒化膜に限らず、アルミナ膜（
Ａｌ２Ｏ２）等、第３の絶縁体膜よりも高硬度の絶縁体
を使用できる。また更に、本発明はディスクメモリに限
らず、例えば半導体基板２を円筒とし、その表面に第１
乃至第４の絶縁体膜を形成した形状のメモリとしても構
成でき、半導体記録媒体として広く使用することができ
る。

発明の効果 上述の如く、本発明によれば、ヘッドとの摩擦による摩
耗や損傷を従来のＭＯＮＯ３Ｉ成の半導体記憶素子を半
導体記録媒体として使用した場合に比し大幅に低減する
ことができ、またＭＯＮＯ８記憶素子と同様に、電荷蓄
積機能を有する第２の絶縁体膜を、その記憶特性を低下
させずに１００Å以下に薄くできるので、記録・消去電
圧を下げることができ、半導体記録媒体とヘッドとの間
のｔＩｉ電が発生しにくいので両者を長寿命にでき、更
に一ヒ記第２の絶縁体膜のピンホールを第３の絶縁体膜
形成時に埋めることができるので製造歩留りを向上させ
ることができる等の特長を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図°は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図及
び第３図は夫々従来の半導体ディスクメモリ及び半導体
記憶素子の各個を示すｗｉ断面図である。 ２・・・半導体基板、３・・・第１の絶縁体膜、４″・
・・第２の絶縁体膜、１０・・・半導体ディスクメモリ
、１１・・・第３の絶縁体膜、１２・・・第４の絶縁体
膜。 第璽　図 弓

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板の上方に、第１の絶縁体膜、電荷蓄積
   機能を有する第２の絶縁体膜、電荷蓄積機能を増大させ
   る第３の絶縁体膜及び保護用の第４の絶縁体膜が順次積
   層されてなることを特徴とする半導体記録媒体。
2. （２）該第２及び第４の絶縁体膜は夫々数十〜１００Å
   程度の膜厚のシリコン窒化膜であり、該第３の絶縁体膜
   は数十Å程度の膜厚の酸化膜であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の半導体記録媒体。