JP2011009640A - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents
Semiconductor integrated circuit device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011009640A JP2011009640A JP2009153915A JP2009153915A JP2011009640A JP 2011009640 A JP2011009640 A JP 2011009640A JP 2009153915 A JP2009153915 A JP 2009153915A JP 2009153915 A JP2009153915 A JP 2009153915A JP 2011009640 A JP2011009640 A JP 2011009640A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- integrated circuit
- circuit device
- semiconductor integrated
- film
- memory cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
Abstract
【課題】不揮発性メモリにおいて、データの書き換え回数増加時における動作信頼性を向上できる技術を提供する。
【解決手段】基板1上に、ボトム酸化膜7Aと電荷蓄積層8Aとトップ酸化膜9Aからなる積層絶縁膜を介して、ゲート電極9Aが形成され、ボトム酸化膜7Aの膜厚はトップ酸化膜9Aの膜厚よりも厚く形成されている。このように構成されているメモリセルにおいて、書き込みおよび消去となる電荷蓄積層8Aへの電荷のやり取りは、ゲート電極10Aと電荷蓄積層8Aとの間で行う。
【選択図】図6In a nonvolatile memory, a technique capable of improving operation reliability when the number of data rewrites is increased is provided.
A gate electrode 9A is formed on a substrate 1 via a laminated insulating film composed of a bottom oxide film 7A, a charge storage layer 8A and a top oxide film 9A. The thickness of the bottom oxide film 7A is the top oxide film. It is formed thicker than the film thickness of 9A. In the memory cell configured as described above, charge exchange to the charge storage layer 8A for writing and erasing is performed between the gate electrode 10A and the charge storage layer 8A.
[Selection] Figure 6
Description
本発明は、半導体集積回路装置に関し、特に、不揮発性記憶素子を有する半導体集積回路装置に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a technique effective when applied to a semiconductor integrated circuit device having a nonvolatile memory element.
特開2008−4913号公報(特許文献1)は、半導体基板上に、絶縁層、電荷蓄積層、多層トンネリング誘電体構造およびゲートを順次積層した不揮発性メモリセルの構造において、多層トンネリング誘電体構造を、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸化シリコン膜の積層膜とした構造を開示している。さらに、データの書き込みおよびデータの消去をゲート電極側から行う動作方式も記載されている。 Japanese Patent Laying-Open No. 2008-4913 (Patent Document 1) discloses a multilayer tunneling dielectric structure in a nonvolatile memory cell structure in which an insulating layer, a charge storage layer, a multilayer tunneling dielectric structure, and a gate are sequentially stacked on a semiconductor substrate. Discloses a structure in which a stacked film of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film is used. Further, an operation method is described in which data writing and data erasing are performed from the gate electrode side.
特開2008−277530号公報(特許文献2)は、電荷蓄積部である窒化シリコン膜の上下を酸化シリコン膜で挟み、上層の酸化シリコン膜上にメモリゲート電極を配置した構造を有する不揮発性メモリセルを開示している。 Japanese Patent Laying-Open No. 2008-277530 (Patent Document 2) discloses a nonvolatile memory having a structure in which a silicon nitride film as a charge storage portion is sandwiched between silicon oxide films and a memory gate electrode is disposed on an upper silicon oxide film. A cell is disclosed.
特開平10−247694号公報(特許文献3)は、半導体基板上に、酸化シリコン膜または酸化窒化膜などからなるトンネル膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜などからなる絶縁膜、およびゲート電極を下層から順に積層した構造のMONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor)型の不揮発性メモリセルにおいて、上層の絶縁膜を下層のトンネル膜より薄くした構造を開示している。 Japanese Laid-Open Patent Publication No. 10-247694 (Patent Document 3) discloses a tunnel substrate made of a silicon oxide film or an oxynitride film, an insulating film made of a silicon nitride film, a silicon oxide film, or the like on a semiconductor substrate, and a gate electrode. In the MONOS (Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor) type nonvolatile memory cell having a structure in which layers are stacked in order, a structure in which an upper insulating film is thinner than a lower tunnel film is disclosed.
特開平7−58313号公報(特許文献4)は、半導体基板上に、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸窒化シリコン膜およびゲート電極を順次下層から積層した不揮発性メモリセルの構造において、上層の酸窒化シリコンを下層の酸化シリコン膜より薄くした構造を開示している。 Japanese Patent Laid-Open No. 7-58313 (Patent Document 4) discloses a structure of a nonvolatile memory cell in which a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, and a gate electrode are sequentially stacked from a lower layer on a semiconductor substrate. A structure is disclosed in which silicon oxynitride is thinner than the underlying silicon oxide film.
特開2004−349680号公報(特許文献5)は、半導体基板上に、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、ゲート電極、およびキャップ絶縁膜を順次下層から積層した不揮発性メモリセルの構造において、下層の酸化シリコンを上層の酸化シリコン膜より薄くした構造を開示している。さらに、データの書き込みおよびデータの消去を基板側から行う動作方式も記載されている。 Japanese Patent Laying-Open No. 2004-349680 (Patent Document 5) discloses a structure of a nonvolatile memory cell in which a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxide film, a gate electrode, and a cap insulating film are sequentially stacked from a lower layer on a semiconductor substrate. Discloses a structure in which the lower silicon oxide film is thinner than the upper silicon oxide film. Further, an operation method for writing data and erasing data from the substrate side is also described.
電気的にデータの書き込みおよび消去が可能な不揮発性記憶装置として、EEPROM(Electrical Erasable and Programmable Read Only Memory)やフラッシュメモリが広く使用されている。現在広く用いられているEEPROMやフラッシュメモリに代表されるこれらの不揮発性半導体記憶装置(不揮発性メモリ)は、MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタのゲート電極下に、上下を酸化シリコン膜等で挟まれた導電性の浮遊ゲート電極やトラップ性絶縁膜を配置し、この浮遊ゲート電極やトラップ性絶縁膜を電荷蓄積層として、浮遊ゲート電極やトラップ性絶縁膜での電荷蓄積状態によってトランジスタのしきい値が異なることを利用して情報を記憶する。 As a nonvolatile storage device that can electrically write and erase data, an EEPROM (Electrical Erasable and Programmable Read Only Memory) and a flash memory are widely used. These non-volatile semiconductor memory devices (non-volatile memories) represented by EEPROM and flash memory, which are widely used at present, are sandwiched between a silicon oxide film or the like under the gate electrode of a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor. A conductive floating gate electrode or trapping insulating film is used, and the floating gate electrode or trapping insulating film is used as a charge storage layer. The threshold value of the transistor depends on the charge storage state of the floating gate electrode or trapping insulating film. The information is memorized by using the difference.
このトラップ性絶縁膜とは、電荷の蓄積可能なトラップ準位を有する絶縁膜をいい、一例として、窒化シリコン膜等があげられる。トラップ性絶縁膜を有する不揮発性半導体記憶装置では、トラップ性絶縁膜への電荷の注入・放出によってMOSトランジスタのしきい値をシフトさせ記憶素子として動作させる。このようなトラップ性絶縁膜を電荷蓄積膜とする不揮発性半導体記憶装置をMONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor)型トランジスタと呼んでおり、電荷蓄積膜に導電性の浮遊ゲート電極を使用する場合に比べ、離散的なトラップ準位に電荷を蓄積するためにデータ保持の信頼性に優れる。また、データ保持の信頼性に優れているためにトラップ性絶縁膜上下の酸化シリコン膜の膜厚を薄膜化でき、書き込み・消去動作の低電圧化が可能である等の利点を有する。 This trapping insulating film refers to an insulating film having a trap level in which charges can be accumulated, and examples thereof include a silicon nitride film. In a non-volatile semiconductor memory device having a trapping insulating film, the threshold value of the MOS transistor is shifted by charge injection / release to / from the trapping insulating film to operate as a memory element. Such a non-volatile semiconductor memory device using a trapping insulating film as a charge storage film is called a MONOS (Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor) type transistor, compared to the case where a conductive floating gate electrode is used for the charge storage film. In addition, since charges are accumulated in discrete trap levels, the reliability of data retention is excellent. In addition, since the data retention reliability is excellent, the thickness of the silicon oxide film above and below the trapping insulating film can be reduced, and the voltage of the write / erase operation can be reduced.
MONOS型トランジスタでは、たとえば、特開2004−349680号公報(特許文献5)に開示されている不揮発性メモリセルにおいて、データの書き込みおよび消去時に半導体基板中に形成されるチャネル全面で電荷のやり取りを行う不揮発性半導体記憶装置が開示されている。しかし、データの書き換え回数の増加と共に、トラップ性絶縁膜下の酸化シリコン膜と、その下層の半導体基板との間の界面準位が増加してしまい、データ読み出し動作時の電流(読み出し電流)が減少してしまうという問題があった。そのため、データが消去されている状態における読み出し電流が確保できなくなり、リテンション不良となってしまうことが課題となっている。 In a MONOS transistor, for example, in a nonvolatile memory cell disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-349680 (Patent Document 5), charge is exchanged over the entire channel formed in a semiconductor substrate during data writing and erasing. A non-volatile semiconductor memory device to perform is disclosed. However, as the number of data rewrites increases, the interface state between the silicon oxide film below the trapping insulating film and the underlying semiconductor substrate increases, and the current (read current) during the data read operation increases. There was a problem that it decreased. Therefore, there is a problem that a read current in a state where data is erased cannot be secured, resulting in a retention failure.
このような課題の対策として、書き込みおよび消去時の電荷のやり取りを半導体基板とトラップ性絶縁膜間では行わず、ゲート電極とトラップ性絶縁膜間で行う方法が考えられる。この時、たとえば、特開2008−4913号公報(特許文献1)に開示されている不揮発性メモリセルのように、トラップ絶縁膜中に注入された電子の保持特性を向上させるために、トラップ性絶縁膜上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸化シリコン膜の3層の積層膜を形成する手段がある。しかしながら、積層膜としたことにより、物理的および電気的な膜厚が厚くなり、データ書き込みおよびデータ消去に用いる電圧を高く(たとえば約16V以上)に設定する必要が生じてくる。そのため、昇圧回路の面積を増加する必要が生じたり、周辺デバイスの信頼度の保証が厳しくなったりする等の課題が生じてくる。 As a countermeasure for such a problem, a method is conceivable in which charge exchange during writing and erasing is not performed between the semiconductor substrate and the trapping insulating film but between the gate electrode and the trapping insulating film. At this time, for example, in order to improve the retention characteristics of electrons injected into the trap insulating film as in the nonvolatile memory cell disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-4913 (Patent Document 1), the trapping property is improved. There is a means for forming a three-layered film of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film on the insulating film. However, the use of the laminated film increases the physical and electrical film thickness and makes it necessary to set a high voltage (for example, about 16 V or more) for data writing and data erasing. For this reason, problems such as the need to increase the area of the booster circuit and the strict guarantee of the reliability of peripheral devices arise.
本発明の目的は、MONOS型の不揮発性メモリにおいて、データの書き換え回数増加時における動作信頼性を向上できる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the operation reliability when the number of data rewrites is increased in a MONOS type nonvolatile memory.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
本発明による半導体集積回路装置は、メモリセルを有する半導体集積回路装置であって、
前記メモリセルは、
半導体基板と、
前記半導体基板中に形成されたn型のソース領域およびn型のドレイン領域と、
前記半導体基板の主面上に形成された第1絶縁層と、
前記第1絶縁層上に形成された絶縁性の電荷蓄積層と、
前記電荷蓄積層上に形成された第2絶縁層と、
前記第2絶縁層上に形成されたゲート電極と、
を有し、
前記第2絶縁層は単層で形成され、
前記第2絶縁層は、前記第1絶縁層より膜厚が薄く、
前記メモリセルは、前記第2絶縁層を介し、前記ゲート電極から前記電荷蓄積層へ電荷を注入することにより、データの書き込みおよび消去を行うものである。
A semiconductor integrated circuit device according to the present invention is a semiconductor integrated circuit device having memory cells,
The memory cell is
A semiconductor substrate;
An n-type source region and an n-type drain region formed in the semiconductor substrate;
A first insulating layer formed on a main surface of the semiconductor substrate;
An insulating charge storage layer formed on the first insulating layer;
A second insulating layer formed on the charge storage layer;
A gate electrode formed on the second insulating layer;
Have
The second insulating layer is formed of a single layer;
The second insulating layer is thinner than the first insulating layer,
The memory cell performs data writing and erasing by injecting charge from the gate electrode to the charge storage layer through the second insulating layer.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
MONOS型の不揮発性メモリにおいて、データの書き換え回数増加時における動作信頼性を向上できる。 In the MONOS type nonvolatile memory, the operation reliability when the number of data rewrites is increased can be improved.
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。 In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。 Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、実施例等において構成要素等について、「Aからなる」、「Aよりなる」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。 Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. In addition, when referring to the constituent elements in the embodiments, etc., “consisting of A” and “consisting of A” do not exclude other elements unless specifically stated that only the elements are included. Needless to say.
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.
また、材料等について言及するときは、特にそうでない旨明記したとき、または、原理的または状況的にそうでないときを除き、特定した材料は主要な材料であって、副次的要素、添加物、付加要素等を排除するものではない。たとえば、シリコン部材は特に明示した場合等を除き、純粋なシリコンの場合だけでなく、添加不純物、シリコンを主要な要素とする2元、3元等の合金(たとえばSiGe)等を含むものとする。 In addition, when referring to materials, etc., unless specified otherwise, or in principle or not in principle, the specified material is the main material, and includes secondary elements, additives It does not exclude additional elements. For example, unless otherwise specified, the silicon member includes not only pure silicon but also an additive impurity, a binary or ternary alloy (for example, SiGe) having silicon as a main element.
また、本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 In addition, components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本実施の形態の半導体集積回路装置は、不揮発性メモリとして、MONOS型の不揮発性メモリを有するものである。また、本実施の形態の半導体集積回路装置には、たとえば、入出力回路およびCPU等のプロセッサからなる論理回路や、RAM等が搭載される。この本実施の形態の半導体集積回路装置について、その製造工程と併せて図1〜図25を用いて説明する。 The semiconductor integrated circuit device of this embodiment has a MONOS type nonvolatile memory as a nonvolatile memory. Further, the semiconductor integrated circuit device of the present embodiment is mounted with a logic circuit composed of an input / output circuit and a processor such as a CPU, a RAM, and the like, for example. The semiconductor integrated circuit device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
図1〜図8は、本実施の形態のMONOS型の不揮発性メモリのメモリセル部に相当する部分の製造工程中の断面図である。 1 to 8 are cross-sectional views during a manufacturing process of a portion corresponding to the memory cell portion of the MONOS type nonvolatile memory of the present embodiment.
まず、図1に示すように、単結晶シリコンからなる半導体基板(以下、単に基板と記す)1を熱処理して、その主面に薄い酸化シリコン膜(パッド酸化膜)を形成する。次いでこの酸化シリコン膜の上に窒化シリコン膜をCVD(Chemical Vapor Deposition)法で堆積した後、フォトレジスト膜をマスクにしたドライエッチングで素子分離領域の窒化シリコン膜と酸化シリコン膜を除去する。酸化シリコン膜は、後の工程で素子分離溝の内部に埋め込まれる酸化シリコン膜をデンシファイ(焼き締め)する時などに基板に加わるストレスを緩和する目的で形成される。また、窒化シリコン膜は酸化されにくい性質を持つので、その下部(活性領域)の基板表面の酸化を防止するマスクとして利用される。 First, as shown in FIG. 1, a semiconductor substrate (hereinafter simply referred to as a substrate) 1 made of single crystal silicon is heat-treated to form a thin silicon oxide film (pad oxide film) on its main surface. Next, after depositing a silicon nitride film on the silicon oxide film by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, the silicon nitride film and the silicon oxide film in the element isolation region are removed by dry etching using a photoresist film as a mask. The silicon oxide film is formed for the purpose of alleviating stress applied to the substrate when the silicon oxide film buried in the element isolation trench is densified (baked) in a later step. In addition, since the silicon nitride film is difficult to oxidize, the silicon nitride film is used as a mask for preventing oxidation of the lower surface (active region) of the substrate surface.
続いて、窒化シリコン膜をマスクにしたドライエッチングで素子分離領域の基板1に深さ350nm程度の溝を形成する。次いで、エッチングで溝の内壁に生じたダメージ層を除去するために、基板1を1000℃程度で熱処理して溝の内壁に膜厚10nm程度の薄い酸化シリコン膜を形成する。続いて、CVD法にて基板1上に酸化シリコン膜を堆積した後、この酸化シリコン膜の膜質を改善するために、基板1を熱処理して酸化シリコン膜をデンシファイ(焼き締め)する。
Subsequently, a trench having a depth of about 350 nm is formed in the
次に、前述の窒化シリコン膜をストッパに用いた化学機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing;CMP)法で基板1上の酸化シリコン膜を研磨して基板1の主面の溝の内部に残すことにより、表面が平坦化された素子分離溝2を形成する。
Next, the silicon oxide film on the
次に、図2に示すように、基板1に熱処理を施し、基板1の主面に酸化シリコン膜3を形成する。この酸化シリコン膜3は、後の工程で基板1の主面に不純物イオンを打ち込む際に、基板1にダメージを与えてしまうことを防ぐ機能と、基板1の主面が汚染されてしまうことを防ぐ機能とを有する。
Next, as shown in FIG. 2, the
続いて、基板1の主面に対し、上記酸化シリコン膜3を介してn型の導電型を有する不純物イオン(たとえばリンまたはヒ素)を導入し、後の工程で基板1の主面に形成されるウエルと基板1とを電気的に分離するためのn型アイソレーション領域4を形成する。次いで、基板1の主面にp型の導電型を有する不純物イオン(たとえばホウ素)を導入し、p型ウエル5を形成する。次いで、基板1の主面にトランジスタのしきい値電圧を調整するためのn型の導電型(たとえばヒ素)もしくはp型の導電型(たとえばホウ素)を有する不純物イオンを導入し、n型もしくはp型のチャネル領域6を形成する。
Subsequently, impurity ions (for example, phosphorus or arsenic) having n-type conductivity are introduced into the main surface of the
次に、図3に示すように、基板1を洗浄することによるウエットエッチングで酸化シリコン膜3を除去する。続いて、基板1に熱処理を施すことにより、絶縁膜として、例えば基板1の主面に5nm〜9nm程度、好ましくは7nm程度以上の膜厚の酸化シリコン膜7を形成する。この酸化シリコン膜7の膜厚の設計理由と本実施の形態の不揮発性メモリの特性との関係については、本実施の形態の不揮発性メモリの特性を説明する際に併せて後述する。
Next, as shown in FIG. 3, the
続いて、低圧CVDにて酸化シリコン膜7上にトラップ準位を有する絶縁膜として、例えば14nm〜20nm程度の窒化シリコン膜8を堆積する。この窒化シリコン膜8は、本実施の形態の不揮発性メモリにおける電荷蓄積層となる。窒化シリコン膜8は、例示した低圧CVD法以外でも、たとえばALD(Atomic-Layer-Deposition)法等によっても成膜することができる。ALD法を用いた場合には、窒化シリコン膜8をシリコンリッチの窒化シリコン膜とすることができるので、電荷蓄積層となった際に、より電化トラップ密度の高い電荷蓄積層とすることが可能となり、リテンション特性を向上させることが可能となる。
Subsequently, a silicon nitride film 8 of, eg, about 14 nm to 20 nm is deposited as an insulating film having a trap level on the
また、本実施の形態では、電荷蓄積層として窒化シリコン膜を使用したが、窒化シリコン膜に限らず、例えば、酸化アルミニウム膜(アルミナ)、酸化ハフニウム膜または酸化タンタル膜など、窒化シリコン膜よりも高い誘電率を有する高誘電率膜を使用してもよい。電荷蓄積層としてトラップ準位を有する絶縁膜を使用する場合、電荷は絶縁膜に形成されているトラップ準位に捕獲される。このようにトラップ準位に電荷を捕獲することにより、絶縁膜中に電荷を蓄積するようになっている。 In this embodiment, a silicon nitride film is used as the charge storage layer. However, the charge storage layer is not limited to a silicon nitride film, and is more than a silicon nitride film such as an aluminum oxide film (alumina), a hafnium oxide film, or a tantalum oxide film. A high dielectric constant film having a high dielectric constant may be used. In the case where an insulating film having a trap level is used as the charge storage layer, charges are trapped in the trap level formed in the insulating film. Thus, charges are accumulated in the insulating film by trapping the charges at the trap level.
続いて、窒化シリコン膜8上に絶縁膜として、たとえば膜厚2nm程度以下の酸化シリコン膜9を成膜する。この酸化シリコン膜9の成膜方法としては、スチーム酸化法、あるいはISSG(In-Situ Steam Generation)酸化法を例示することができる。酸化シリコン膜9の膜厚の設計理由と本実施の形態の不揮発性メモリの特性との関係については、本実施の形態の不揮発性メモリの特性を説明する際に併せて後述する。 Subsequently, a silicon oxide film 9 having a thickness of, for example, about 2 nm or less is formed on the silicon nitride film 8 as an insulating film. Examples of a method for forming the silicon oxide film 9 include a steam oxidation method or an ISSG (In-Situ Steam Generation) oxidation method. The relationship between the reason for designing the thickness of the silicon oxide film 9 and the characteristics of the nonvolatile memory of the present embodiment will be described later when the characteristics of the nonvolatile memory of the present embodiment are described.
続いて、低圧CVD法にて、酸化シリコン膜9上に、たとえば200nm程度の多結晶シリコン膜10を形成し、この多結晶シリコン膜にn型の不純物(たとえばリン)を導入する。その後、たとえば絶縁膜として70nm程度の酸化シリコン膜11を堆積する。多結晶シリコン膜10は、後の工程で加工されてゲート電極となり、酸化シリコン膜11は、多結晶シリコン膜10を加工(エッチング)する際のハードマスクとして使用するキャップ絶縁膜となる。
Subsequently, a polycrystalline silicon film 10 of about 200 nm, for example, is formed on the silicon oxide film 9 by low pressure CVD, and an n-type impurity (for example, phosphorus) is introduced into this polycrystalline silicon film. Thereafter, for example, a
次に、図4に示すように、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされたフォトレジスト膜(図示は省略)をマスクとして酸化シリコン膜11をドライエッチングによりパターニングする。その後、パターニングされた酸化シリコン膜11をハードマスクにして、多結晶シリコン膜10、酸化シリコン膜9、窒化シリコン膜8および酸化シリコン膜7をドライエッチングする。それにより、本実施の形態の不揮発性メモリのメモリセルとなるゲート電極10A、トップ酸化膜(第2絶縁層)9A、電荷蓄積層8Aおよびボトム酸化膜(第1絶縁層)7Aを形成する。本実施の形態においては、図4に示す工程のエッチングはハードマスクを用いることにより行ったが、レジストを用いてこの工程のエッチングを行ってもよい。
Next, as shown in FIG. 4, the
次に、図5に示すように、基板1に熱処理を施して、基板1(n型もしくはp型チャネル領域6)の表面と、ボトム酸化膜7A、電荷蓄積層8A、トップ酸化膜9Aおよびゲート電極10Aの側壁とに、酸化シリコンからなる保護膜12を成膜する。この保護膜12は、次工程において不純物イオンを基板1の主面に導入する際に、ボトム酸化膜7A、電荷蓄積層8A、トップ酸化膜9Aおよびゲート電極10Aの側壁を保護し、さらに基板1の主面へのダメージおよび汚染を防ぐ機能を有する。
Next, as shown in FIG. 5, the
続いて、ボトム酸化膜7A、電荷蓄積層8A、トップ酸化膜9A、ゲート電極10Aおよび酸化シリコン膜11からなる積層膜の両側の基板1の主面に、1×1018/cm3程度の低濃度でn型の導電型を有する不純物(たとえばリン)を導入し、n−型エクステンション領域13を形成する。
Subsequently, on the main surface of the
次に、図6に示すように、低圧CVD法により、基板1の主面に絶縁膜として、たとえば酸化シリコン膜を堆積し、次いでその酸化シリコン膜およびハードマスクとして使用した酸化シリコン膜11とを異方的にエッチング(エッチバック)することにより、ボトム酸化膜7A、電荷蓄積層8A、トップ酸化膜9Aおよびゲート電極10Aの側壁に、酸化シリコン膜からなるサイドウォールスペーサ14を形成する。ここで、本実施の形態においては、サイドウォールスペーサを形成する絶縁膜として、酸化シリコン膜を使用したが、酸化シリコン膜に限らず、窒化シリコン膜、あるいは、酸化シリコン膜および窒化シリコン膜からなる積層膜として形成してもよい。基板1の主面と水平な方向におけるサイドウォールスペーサ14の厚さは、異方的にエッチングされる絶縁膜の膜厚で調節することができる。
Next, as shown in FIG. 6, for example, a silicon oxide film is deposited as an insulating film on the main surface of the
続いて、側壁にサイドウォールスペーサ14が形成されたボトム酸化膜7A、電荷蓄積層8A、トップ酸化膜9Aおよびゲート電極10Aからなる積層膜の両側の基板1の主面に、1×1020/cm3程度のn型の導電型を有する不純物(たとえばヒ素)を導入する。次いで、基板1に800℃〜900℃程度の熱処理を施すことにより、導入した不純物を活性化させ、n+型半導体領域15を形成する。それにより、n−型エクステンション領域13をおよびn+型半導体領域15からなるnチャネル型のLDD(Lightly-Doped-Drain)構造のソース領域およびドレイン領域を形成することができる。
Subsequently, the main surface of the
次に、シリサイド工程について説明する。基板1の主面上に、たとえば金属膜としてコバルト膜を形成する。このとき、露出しているゲート電極10Aおよび露出しているn+型半導体領域15にコバルト膜が接する。その後、基板1に対して熱処理を施すことによって、ゲート電極10Aおよびn+型半導体領域15にコバルトシリサイド膜16を形成する。これにより、ゲート電極10Aは、多結晶シリコン膜とコバルトシリサイド膜の積層構造となる。コバルトシリサイド膜16はゲート電極10Aの低抵抗化のために形成される。同様に、上述した熱処理により、n+型半導体領域15の表面においてもシリコンとコバルト膜が反応してコバルトシリサイド膜16が形成される。このため、n+型半導体領域15においても低抵抗化をはかることができる。なお、本実施の形態1では、コバルトシリサイド膜16を形成するように構成しているが、たとえばコバルトシリサイド膜16に代えてニッケルシリサイド膜、チタンシリサイド膜、またはプラチナシリサイド膜を形成するようにしてもよい。
Next, the silicide process will be described. On the main surface of the
ここまでの工程により、本実施の形態の不揮発性メモリのメモリセルを形成することができる。 Through the steps so far, the memory cell of the nonvolatile memory of this embodiment can be formed.
次に、図7に示すように、基板1の主面上にCVD法で窒化シリコン膜17および酸化シリコン膜18を順次堆積する。窒化シリコン膜17は、本実施の形態の不揮発性メモリのメモリセルを含む各デバイスに対して、外部から水素および重金属等が浸入してしまう不具合を防ぐ保護機能を有し、さらに、後の工程で酸化シリコン膜18および窒化シリコン膜17に対してn+型半導体領域15上に形成されたコバルトシリサイド膜16に達するコンタクトホールを形成する際には、SAC(Self-Align-Contact)用のエッチングストッパー膜として機能する。
Next, as shown in FIG. 7, a
次に、図8に示すように、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされたフォトレジスト膜(図示は省略)をマスクとして酸化シリコン膜18および窒化シリコン膜17をドライエッチングすることにより、n+型半導体領域15上に形成されたコバルトシリサイド膜16およびゲート電極10A上に形成されたコバルトシリサイド膜16のそれぞれに達するコンタクトホールを形成する。次いで、そのコンタクトホール内を含む酸化シリコン膜18上に、バリアメタル膜(窒化チタン膜、チタン膜もしくはそれらの積層膜)を形成した後、さらにタングステン膜を堆積し、そのコンタクトホールをタングステン膜で埋め込む。その後、コンタクトホール以外の酸化シリコン膜18上のバリアメタル膜およびタングステン膜を、たとえばCMP法により除去し、プラグ19を形成する。
Next, as shown in FIG. 8, the
次に、プラグ19と接続する配線20を形成し、本実施の形態の半導体集積回路装置を製造する。配線20を形成するには、たとえば酸化シリコン膜18上にチタン膜、主導電層となるアルミニウム合金膜および窒化チタン膜をスパッタリング法により順次堆積し、続いてフォトレジスト膜をマスクとしたドライエッチングによりそのチタン膜、アルミニウム合金膜および窒化チタン膜をパターニングする。
Next, the
その後、酸化シリコン膜18、プラグ19および配線20を形成した工程を繰り返すことにより、配線層をさらに多層に形成してもよい。
Thereafter, the wiring layer may be formed in multiple layers by repeating the process of forming the
なお、本実施の形態の不揮発性メモリは、NOR型のメモリ回路を形成する。NOR型のメモリ回路にすることにより、データの書き換え単位は小さいが、高速でデータのやりとりが可能な、たとえばICカードのような分野に有効である。 Note that the nonvolatile memory of this embodiment forms a NOR type memory circuit. By using a NOR type memory circuit, the data rewrite unit is small, but it is effective in a field such as an IC card that can exchange data at high speed.
次に、不揮発性メモリセルの動作について図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す電圧は印加条件の一例であり、これに限定されるものではなく、必要に応じて種々変更可能である。また、本実施の形態では、電荷蓄積層8Aへの電子の注入を「書き込み」、正孔の注入を「消去」と定義する。
Next, the operation of the nonvolatile memory cell will be described with reference to the drawings. The voltage shown below is an example of application conditions, and is not limited to this, and can be variously changed as necessary. In the present embodiment, the injection of electrons into the
図9は、本実施の形態のメモリセルにおいて、書き込み動作時に印加される電圧条件を示す図である。図9に示すように、p型ウエル5に0V、ゲート電極10Aに−12V〜−13V程度の負電圧が印加されている。そして、ソース領域およびドレイン領域(n+型半導体領域15およびn−型エクステンション領域13)に0Vが印加されている。このメモリセルにおいては、ゲート電極10A(−12V〜−13V)とソース領域(0V)と、ドレイン領域(0V)およびp型ウエル5(0V)との電位差によりトンネル電流が発生し、ゲート電極10Aから電荷蓄積層8Aに電子21が注入される。すなわち、FNトンネル現象を用いて、ゲート電極10Aから電荷蓄積層8Aに、電子の注入が行なわれる。注入された電子21は、電荷蓄積層8Aのトラップ準位に捕獲され、その結果、電荷蓄積層8Aに電子21が蓄積されて、図11に示すように、メモリセルのしきい値が上昇し、メモリセルに情報が書き込まれる。
FIG. 9 is a diagram showing voltage conditions applied during a write operation in the memory cell of the present embodiment. As shown in FIG. 9, a negative voltage of about -12V to -13V is applied to the p-
図10は、書込み動作時の選択メモリセルおよび非選択メモリセルを表した回路図である。この時、書込みの対象を、選択メモリセルMC1とした場合を例示する。選択ワード線WL1を通じて、ゲート電極10Aに−12V〜−13V程度の負電圧が印加される。この時、選択ビット線BL1には0Vが印加されている。選択ビット線BL1と接続するメモリセルのうち、非選択ワード線WL2には0Vが印加されている。また、非選択ビット線BL2には、選択ワード線WL1と同等の電位−12V〜−13Vが印加されている。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a selected memory cell and a non-selected memory cell during a write operation. In this case, the case where the target of writing is the selected memory cell MC1 is illustrated. A negative voltage of about −12V to −13V is applied to the
この時、非選択メモリセルMC2では、選択ワード線WL1の電位と、非選択ビット線BL2の電位が同等であるので、電荷蓄積層8Aに電子が注入されないようになっている。
At this time, in the non-selected memory cell MC2, since the potential of the selected word line WL1 and the potential of the non-selected bit line BL2 are equal, electrons are not injected into the
しかし、非選択メモリセルMC3では、非選択ビット線BL2の電位が大きく、ボトム酸化膜7A側に大きな電界が発生してしまい、電荷蓄積層8Aに誤って電子が注入されてしまう恐れがある。本実施の形態では、ボトム酸化膜7Aの膜厚をトップ酸化膜9Aの膜厚よりも厚くしているので、ボトム酸化膜7A側と同じ電位であっても、電界が緩和されている。このため、電荷蓄積層8Aに誤って電子が注入されてしまう不具合を解消できる。すなわち、非選択ビット線BL2におけるディスターブを防止することができる。
However, in the non-selected memory cell MC3, the potential of the non-selected bit line BL2 is large, and a large electric field is generated on the
続いて、消去動作について説明する。図12は、本実施の形態のメモリセルにおいて、消去動作時に印加される電圧条件を示す図である。図12に示すように、p型ウエル5に0V、ゲート電極10Aに+12V〜+13V程度の正電圧が印加されている。そして、ソース領域およびドレイン領域(n+型半導体領域15およびn−型エクステンション領域13)に0Vが印加されている。このメモリセルにおいては、ゲート電極10A(+12V〜+13V)とソース領域(0V)と、ドレイン領域(0V)およびp型ウエル5(0V)との電位差によりトンネル電流が発生し、ゲート電極10Aから電荷蓄積層8Aにホール22が注入される。すなわち、FNトンネル現象を用いて、ゲート電極10Aから電荷蓄積層8Aに、ホールの注入が行なわれる。注入されたホール22は、電荷蓄積層8Aのトラップ準位に捕獲され、図14に示すように、メモリセルのしきい値が低下する。このようにして消去動作が行われる。
Next, the erase operation will be described. FIG. 12 is a diagram showing voltage conditions applied during the erase operation in the memory cell of the present embodiment. As shown in FIG. 12, 0V is applied to the p-
図13は、消去動作時の選択メモリセルMC4を表した回路図である。消去動作は、選択ワード線WL1に電気的に接続する各ゲート電極10Aに+12V〜+13V程度の正電圧が印加され、一括消去される。このとき、非選択ウェル(図示せず)については、+12V〜+13V程度の正電圧が印加され、電界を緩和している。
FIG. 13 is a circuit diagram showing the selected memory cell MC4 during the erase operation. In the erasing operation, a positive voltage of about +12 V to +13 V is applied to each
次に、読み出し動作について説明する。図15は本実施の形態のメモリセルにおいて、読み出し動作時に印加される電圧条件を示す図である。図15に示すように、p型ウエル5に−2V、ゲート電極10Aに+1.5V、ドレイン領域に+0.8Vを印加する。さらに、ソース領域に0Vを印加する。この時、メモリセルが書き込み状態にあってしきい値電圧が高い場合には、メモリセルには電流は流れない。一方、メモリセルが消去状態にあってしきい値電圧が低い場合には、メモリセルに電流が流れる。このように、メモリセルが書き込み状態にあるか、あるいは、消去状態にあるかをメモリセルに流れる電流の有無を検出することで判別することができる。
Next, the reading operation will be described. FIG. 15 is a diagram showing voltage conditions applied during a read operation in the memory cell of the present embodiment. As shown in FIG. 15, -2V is applied to the p-
図16は、読み出し動作時の選択メモリセルMC5を表した回路図である。上述のように、選択メモリセルMC5以外は、ソース・ドレイン間に電流が流れない動作電圧となっており、選択メモリセルMC5のみを読み出すことができる。 FIG. 16 is a circuit diagram showing the selected memory cell MC5 during the read operation. As described above, except for the selected memory cell MC5, the operating voltage is such that no current flows between the source and the drain, and only the selected memory cell MC5 can be read.
上記のように、本実施の形態におけるメモリセルの書き込み動作および消去動作では、ゲート電極10Aと電荷蓄積層8Aとの間のトンネル電流によって電荷のやり取りを行っている。そのため、図17に示すように、メモリセルのデータを書き換える動作回数が増加すると、ゲート電極10Aとトップ酸化膜9Aとの界面に界面準位23が形成される。図17中の「×」は界面準位を示す。一方、たとえば背景技術で説明した技術(特許文献5)においては、書き込み動作および消去動作における電荷のやり取りを半導体基板と電荷蓄積層との間のトンネル電流によって行っている。そのため、図18に示すように、メモリセルのデータを書き換える動作回数が増加すると、半導体基板と下層の酸化膜との界面に界面準位23が形成される。
As described above, in the write operation and erase operation of the memory cell in the present embodiment, charges are exchanged by the tunnel current between the
ここで、図19および図20に示されているデータ書き換え回数の増加に伴う消去状態でのゲート電圧および読み出し電流の関係を比較する。図19は、本実施の形態による書き換え動作を行った場合を示し、図20は、背景技術にて説明した書き換え動作を行った場合を示している。図19に示されるように、本実施の形態におけるメモリセルでは、ゲート電極10Aとトップ酸化膜9Aとの界面に界面準位が形成されているため、書き換え回数が増加しても読み出し電流には影響を与えない。一方、図20に示されるように、書き込みおよび消去動作における電荷のやり取りを半導体基板と電荷蓄積層との間のトンネル電流によって行う場合は、書き換え回数が増加すると半導体基板と下層の酸化膜との界面に界面準位が形成されるため、読み出し電流が減少しリテンション不良が発生することが懸念される。
Here, the relationship between the gate voltage and the read current in the erased state accompanying the increase in the number of data rewrites shown in FIGS. 19 and 20 will be compared. FIG. 19 shows a case where the rewriting operation according to the present embodiment is performed, and FIG. 20 shows a case where the rewriting operation described in the background art is performed. As shown in FIG. 19, in the memory cell in the present embodiment, an interface state is formed at the interface between the
したがって、上記不良の発生する確率を低減し、データの書き換え回数の増加時においても動作信頼性を向上するために、半導体基板と下層の酸化膜との界面に界面準位が形成されないような書き込みおよび消去動作が必要とされる。本実施の形態におけるメモリセルのデータの書き込みおよび消去動作は、ゲート電極10Aと電荷蓄積層8Aとの間のトンネル電流によって電荷のやり取りを行っている。このような書き込みおよび消去動作を行うことにより、半導体基板と下層の酸化膜との界面に界面準位が形成されることを回避することを可能としている。
Therefore, in order to reduce the probability of occurrence of the above defects and improve the operation reliability even when the number of data rewrites is increased, writing in which no interface state is formed at the interface between the semiconductor substrate and the lower oxide film And an erase operation is required. In the data writing and erasing operations of the memory cell in the present embodiment, charges are exchanged by a tunnel current between the
ゲート電極10Aと電荷蓄積層8Aとの間のトンネル電流によって書き込みおよび消去動作を行うために、本実施の形態においては、ボトム酸化膜7Aとなる酸化シリコン膜7およびトップ酸化膜9Aとなる酸化シリコン膜9を図3で示されている工程のような膜厚により形成している。具体的には、ボトム酸化膜7Aの膜厚(5nm〜9nm程度、好ましくは7nm程度以上)をトップ酸化膜9Aの膜厚(2nm程度以下)よりも厚くなるように形成している。ボトム酸化膜7Aの膜厚を厚くすることにより、電荷蓄積層8Aからボトム酸化膜7A側(チャネル領域6側)への電荷21の抜け出し、およびボトム酸化膜7A側(チャネル領域6側)から電荷蓄積層8Aへの電荷21の注入の抑制を可能としている。さらに、トップ酸化膜9Aの膜厚を2nm程度以下と薄く形成することにより、ゲート電極10Aと電荷蓄積層8Aとの間で、トンネル電流による電荷のやり取りを可能としている。
In this embodiment, in order to perform writing and erasing operations by the tunnel current between the
また、トップ酸化膜9Aを単層構造としたことにより、トップ酸化膜9Aの物理的膜厚および酸化膜換算の膜厚を薄くすることができる。これにより、書込み動作および消去動作に用いる電圧(ゲート電圧)を低く設定することができる。これにより、昇圧回路の面積を低減でき、さらに周辺デバイスの信頼度についても保証できるようになる。
Further, since the
本実施の形態の不揮発性メモリのメモリセルは、nチャネル型の構成となっている。以下に、本実施の形態のメモリセルをnチャネル型とした場合の利点について、図21〜図25を用いて説明する。 The memory cell of the nonvolatile memory according to this embodiment has an n-channel configuration. Hereinafter, advantages obtained when the memory cell of this embodiment is an n-channel type will be described with reference to FIGS.
図21および図22は、それぞれnチャネル型のメモリセルにおける低電界(熱平衡状態)下およびデータ消去動作時におけるエネルギーバンド図であり、図23、図24および図25は、それぞれpチャネル型のメモリセルにおける低電界(熱平衡状態)下およびデータ消去動作時におけるエネルギーバンド図である。なお、図内の数値は各材料のバンドギャップ幅、および仕事関数差であり、「−」は電荷トラップサイトを示し、「h」はホールを示す。nチャネル型のメモリセルとpチャネル型のメモリセルとを比較すると、図21および図23に示すように、低電界(熱平衡状態)下では、pチャネル型のメモリセルでの窒化シリコン膜中におけるホールのトラップされる位置がnチャネル型のメモリセルよりも深くなり、ゲート電極側へホールが抜けにくくなるという利点がある。しかし、一方で、図22および図24に示すように、データ消去動作時においては、nチャネル型のメモリセルではホールが窒化シリコン膜を通らないダイレクトトンネリングに近いエネルギーバンド構成となり、消去動作の高速化に寄与するが、pチャネル型のメモリセルではホールが窒化シリコン膜を通るエネルギーバンド構成となっていることから、nチャネル型のメモリセルのような消去動作の高速化ができなくなっている。ただし、図25に示すように、pチャネル型のメモリセルでも、消去動作時のゲート電圧を上昇させればnチャネル型のメモリセルの消去動作時のエネルギーバンド構成に近い状態となる。しかし、その場合には、周辺回路を高耐圧構造とする必要が生じ、回路が形成される面積を大きくしてしまうという不具合が生じることが懸念される。すなわち、本実施の形態のように、nチャネル型の不揮発性メモリセルとすることが好ましい。 21 and 22 are energy band diagrams in a low electric field (thermal equilibrium state) and data erasing operation in an n-channel memory cell, respectively. FIGS. 23, 24, and 25 are p-channel memory, respectively. It is an energy band figure under the low electric field (thermal equilibrium state) and the data erasing operation in the cell. The numerical values in the figure are the band gap width and work function difference of each material, “−” indicates a charge trap site, and “h” indicates a hole. Comparing the n-channel memory cell and the p-channel memory cell, as shown in FIGS. 21 and 23, in a silicon nitride film in the p-channel memory cell under a low electric field (thermal equilibrium state). There is an advantage that the position where the hole is trapped becomes deeper than that of the n-channel type memory cell, and the hole is difficult to escape to the gate electrode side. However, on the other hand, as shown in FIGS. 22 and 24, in the data erasing operation, the n-channel memory cell has an energy band configuration close to direct tunneling in which holes do not pass through the silicon nitride film, and the erasing operation has a high speed. However, since the p-channel memory cell has an energy band structure in which holes pass through the silicon nitride film, the speed of the erase operation cannot be increased as in the n-channel memory cell. However, as shown in FIG. 25, even in a p-channel type memory cell, if the gate voltage at the time of erasing operation is increased, the energy band configuration at the time of erasing operation of the n-channel type memory cell becomes close. However, in that case, it is necessary to make the peripheral circuit have a high breakdown voltage structure, and there is a concern that a problem of increasing the area in which the circuit is formed may occur. That is, it is preferable to use an n-channel nonvolatile memory cell as in this embodiment.
また、本実施の形態におけるメモリセルでは、電荷蓄積層8Aとゲート電極10Aの間に形成され、かつ、書き込みおよび消去動作時にトンネル電流が流れる膜を、トップ酸化膜9Aとして酸化シリコンの単層で形成しているため、書き込みおよび消去速度を積層で形成した場合と比較して高速にすることが可能となる。
In the memory cell according to the present embodiment, a film formed between the
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
本発明の半導体集積回路装置の構成は、不揮発性メモリを有する半導体装置に適用することができる。 The configuration of the semiconductor integrated circuit device of the present invention can be applied to a semiconductor device having a nonvolatile memory.
1 基板
2 素子分離溝
3 酸化シリコン膜
4 n型アイソレーション領域
5 p型ウエル
6 チャネル領域
7 酸化シリコン膜
7A ボトム酸化膜(第1絶縁層)
8 窒化シリコン膜
8A 電荷蓄積層
9 酸化シリコン膜
9A トップ酸化膜(第2絶縁層)
10 多結晶シリコン膜
10A ゲート電極
11 酸化シリコン膜
12 保護膜
13 n−型エクステンション領域
14 サイドウォールスペーサ
15 n+型半導体領域
16 コバルトシリサイド膜
17 窒化シリコン膜
18 酸化シリコン膜
19 プラグ
20 配線
21 電子
22 ホール
23 界面準位
BL1、BL2 ビット線
MC1、MC2、MC3、MC4、MC5 メモリセル
WL1、WL2 ワード線
1
8
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10
Claims (8)
半導体基板と、
前記半導体基板中に形成されたn型のソース領域およびn型のドレイン領域と、
前記半導体基板の主面上に形成された第1絶縁層と、
前記第1絶縁層上に形成された絶縁性の電荷蓄積層と、
前記電荷蓄積層上に形成された第2絶縁層と、
前記第2絶縁層上に形成されたゲート電極と、
を有し、
前記第2絶縁層は単層で形成され、
前記第2絶縁層は、前記第1絶縁層より膜厚が薄く、
前記メモリセルは、前記第2絶縁層を介し、前記ゲート電極から前記電荷蓄積層へ電荷を注入することにより、データの書き込みおよび消去を行うことを特徴とする半導体集積回路装置。 A semiconductor integrated circuit device having a memory cell, wherein the memory cell is
A semiconductor substrate;
An n-type source region and an n-type drain region formed in the semiconductor substrate;
A first insulating layer formed on a main surface of the semiconductor substrate;
An insulating charge storage layer formed on the first insulating layer;
A second insulating layer formed on the charge storage layer;
A gate electrode formed on the second insulating layer;
Have
The second insulating layer is formed of a single layer;
The second insulating layer is thinner than the first insulating layer,
2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the memory cell performs data writing and erasing by injecting charges from the gate electrode to the charge storage layer through the second insulating layer.
前記電荷蓄積層は、窒化シリコンを主成分とする膜から形成されていることを特徴とする半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to claim 1.
The semiconductor integrated circuit device, wherein the charge storage layer is formed of a film containing silicon nitride as a main component.
前記電荷蓄積層はシリコンリッチな窒化シリコンにより形成されていることを特徴とする半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to claim 2.
The semiconductor integrated circuit device, wherein the charge storage layer is formed of silicon-rich silicon nitride.
前記第1絶縁層および前記第2絶縁層は、酸化シリコン膜から形成されていることを特徴とする半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to claim 2.
The semiconductor integrated circuit device, wherein the first insulating layer and the second insulating layer are formed of a silicon oxide film.
前記第1絶縁層の厚さは、5nm〜9nmであり、
前記電荷蓄積層の厚さは、14nm〜20nmであり、
前記第2絶縁層の厚さは、2nm以下であることを特徴とする半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to claim 4.
The thickness of the first insulating layer is 5 nm to 9 nm,
The charge storage layer has a thickness of 14 nm to 20 nm,
The semiconductor integrated circuit device, wherein the second insulating layer has a thickness of 2 nm or less.
前記メモリセルは、NOR型のメモリ回路を形成することを特徴とする半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to claim 1.
A semiconductor integrated circuit device, wherein the memory cell forms a NOR type memory circuit.
前記データの書き込みおよび消去は、FNトンネル現象を用いて行なわれることを特徴とする半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to claim 1.
The data writing and erasing are performed by using an FN tunnel phenomenon.
前記メモリセルを複数有し、
前記複数のメモリセルは、前記データの書き込み動作時に選択ワード線および選択ビット線に接続される第1メモリセルと、前記データの書き込み動作時に非選択ワード線および非選択ビット線に接続される第2メモリセルとを含み、
前記データの書き込み動作時に、前記選択ワード線の電位と前記非選択ビット線の電位は同じであり、前記非選択ワード線の電位と前記選択ビット線の電位は同じであることを特徴とする半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to claim 1.
A plurality of the memory cells;
The plurality of memory cells include a first memory cell connected to a selected word line and a selected bit line during the data write operation, and a first memory cell connected to a non-selected word line and a non-selected bit line during the data write operation. 2 memory cells,
In the data write operation, the potential of the selected word line and the potential of the non-selected bit line are the same, and the potential of the non-selected word line and the potential of the selected bit line are the same Integrated circuit device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009153915A JP2011009640A (en) | 2009-06-29 | 2009-06-29 | Semiconductor integrated circuit device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009153915A JP2011009640A (en) | 2009-06-29 | 2009-06-29 | Semiconductor integrated circuit device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2011009640A true JP2011009640A (en) | 2011-01-13 |
Family
ID=43565920
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009153915A Pending JP2011009640A (en) | 2009-06-29 | 2009-06-29 | Semiconductor integrated circuit device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2011009640A (en) |
-
2009
- 2009-06-29 JP JP2009153915A patent/JP2011009640A/en active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5149539B2 (en) | Semiconductor device | |
| US9029931B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP5629120B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP6407651B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| US9536889B2 (en) | Split gate memory device, semiconductor device and forming method thereof | |
| JP5538828B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP2010183022A (en) | Semiconductor device, and method of manufacturing the same | |
| KR20110058631A (en) | Semiconductor memory device | |
| JPWO2009104688A1 (en) | Nonvolatile memory device and manufacturing method thereof | |
| CN106024889B (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
| WO2025067499A1 (en) | Nonvolatile ferroelectric semiconductor memory and preparation method | |
| JP5118887B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| CN109994542B (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| US7936005B2 (en) | Semiconductor memory device including laminated gate having electric charge accumulating layer and control gate and method of manufacturing the same | |
| JP6310802B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| JP2010108976A (en) | Semiconductor device, and method of manufacturing the same | |
| JP2009289950A (en) | Semiconductor memory device | |
| JP2006339599A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP2010050285A (en) | Semiconductor memory device | |
| TW201826501A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing same | |
| JP2011009640A (en) | Semiconductor integrated circuit device | |
| JP2005116582A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
| JP2011096727A (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
| TWI387058B (en) | Non-volatile semiconductor memory component and method of fabricating non-volatile semiconductor memory component | |
| JP2012069652A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method |