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JPH0746704B2 - Semiconductor memory device - Google Patents

Semiconductor memory device

Info

Publication number
JPH0746704B2
JPH0746704B2 JP61111050A JP11105086A JPH0746704B2 JP H0746704 B2 JPH0746704 B2 JP H0746704B2 JP 61111050 A JP61111050 A JP 61111050A JP 11105086 A JP11105086 A JP 11105086A JP H0746704 B2 JPH0746704 B2 JP H0746704B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon nitride
nitride film
film
floating gate
gate electrode
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP61111050A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS62266872A (en
Inventor
和夫 佐藤
Original Assignee
松下電子工業株式会社
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 松下電子工業株式会社 filed Critical 松下電子工業株式会社
Priority to JP61111050A priority Critical patent/JPH0746704B2/en
Publication of JPS62266872A publication Critical patent/JPS62266872A/en
Publication of JPH0746704B2 publication Critical patent/JPH0746704B2/en
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、記憶特性の秀れたフローティングゲート型の
電界効果トランジスタからなる半導体記憶装置に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device including a floating gate type field effect transistor having excellent memory characteristics.

従来の技術 従来、電気的に書き込み消去が可能なROM(EEPROM;Elec
trically Erasable and Programable ROM)の1つとし
て、トンネリング注入により書き込み消去を行うフロー
ティングゲート構造の半導体記憶装置が知られている。
このフローティング型半導体記憶装置は、半導体基板側
から薄い絶縁膜を介して電荷をトンネリングさせ、絶縁
膜上のフローティングゲート電極に電荷を蓄積し、トラ
ンジスタのしきい値電圧を変化させて情報を記憶させる
ことを原理としている。
Conventional Technology Conventionally, electrically erasable ROM (EEPROM; Elec
As one of the "trically erasable and programmable ROM", a semiconductor memory device of a floating gate structure is known in which writing and erasing are performed by tunneling injection.
In this floating type semiconductor memory device, charges are tunneled from the semiconductor substrate side through a thin insulating film, the charges are accumulated in a floating gate electrode on the insulating film, and the threshold voltage of a transistor is changed to store information. The principle is that.

第3図に従来のフローティングゲート型の半導体記憶装
置の一例の断面図を示す。1はP型シリコン基板、2及
び3はN型の拡散領域、4は酸化シリコン膜、10はトン
ネリング媒体となりうる薄い酸化シリコン膜、7はフロ
ーティングゲート電極、8は酸化シリコン膜、9はコン
トロールゲート電極である。
FIG. 3 shows a cross-sectional view of an example of a conventional floating gate type semiconductor memory device. 1 is a P-type silicon substrate, 2 and 3 are N-type diffusion regions, 4 is a silicon oxide film, 10 is a thin silicon oxide film that can be a tunneling medium, 7 is a floating gate electrode, 8 is a silicon oxide film, and 9 is a control gate. It is an electrode.

近年、第3図に示すごとき半導体記憶装置において、プ
ログラム電圧の低電圧化を実現するために、トネリング
媒体となりうる薄い酸化シリコン膜10の代わりに、窒化
シリコン膜を用い、プールフレンケルトンネリング注入
効率を増加させた構造がよく知られている。
In recent years, in a semiconductor memory device as shown in FIG. 3, in order to realize a low program voltage, a silicon nitride film is used instead of a thin silicon oxide film 10 that can be a tunneling medium, and pool Frenkel tunneling injection efficiency is improved. The increased structure is well known.

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、トンネリング絶縁膜として、酸化シリコ
ン膜より電気伝導性の高い窒化シリコン膜を用いた構造
だと、フローティングゲート電極に蓄積された電荷の放
出効率も増大してしまい、記憶保持特性が悪化するとい
った欠点を有していた。すなわち、プログラム電圧の低
電圧化と記憶保持特性の確保は相反する関係にあり、記
憶保持特性を確保した上でのプログラム電圧の低電圧化
は極めて困難であり、実用上の問題点となっていた。
Problems to be Solved by the Invention However, if a structure using a silicon nitride film having higher electrical conductivity than a silicon oxide film is used as the tunneling insulating film, the discharge efficiency of charges accumulated in the floating gate electrode also increases. However, it has a drawback that the memory retention property is deteriorated. That is, there is a contradictory relationship between lowering the program voltage and ensuring the memory retention characteristic, and it is extremely difficult to lower the program voltage while ensuring the memory retention characteristic, which is a practical problem. It was

本発明の目的はかかる問題点に鑑み、フローティングゲ
ート型半導体記憶装置において、記憶保持特性を劣化さ
せることなくプログラム電圧の低電圧化をはかることが
できる新規な構造を提供することにある。
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a new structure in a floating gate type semiconductor memory device, which can lower the program voltage without deteriorating the memory retention characteristic.

問題点を解決するための手段 前記目的を達成するために、本発明はソース及びドレイ
ンの拡散領域を有する一導電型の半導体基板上の所定の
領域に、高電気伝導性の第1の窒化シリコン膜とこれよ
りも低い低電気伝導性の第2の窒化シリコン膜の少なく
とも2種の被膜を順次積層して共にプールフレンゲルト
ンネリング媒体となり得る第1の絶縁膜を備え、前記第
1の絶縁膜上にフローティングゲート電極を備え、前記
フローティングゲート電極上に第2の絶縁膜を介して制
御電極を備えた半導体記憶装置を提供する。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention provides a first silicon nitride having high electrical conductivity in a predetermined region on a semiconductor substrate of one conductivity type having source and drain diffusion regions. A first insulating film capable of forming a Pool Freren-Gel tunneling medium by sequentially stacking at least two kinds of films of a film and a second silicon nitride film having a lower electrical conductivity lower than the film, and the first insulating film. Provided is a semiconductor memory device having a floating gate electrode thereon and a control electrode on the floating gate electrode via a second insulating film.

作用 本発明のごとき構造によれば、シリコン基板側に電気伝
導性の高い窒化シリコン膜を備えているため、シリコン
基板側からのトンネリング注入効率を増大させることが
可能となり、一方フローティングゲート電極側に電気伝
導性の低い窒化シリコン膜を備えているため、フローテ
ィングゲート電極に蓄積された電荷の放出効率は減少
し、優れた記憶保持特性を確保することができる。
Action According to the structure of the present invention, since the silicon substrate is provided with the silicon nitride film having high electric conductivity, it is possible to increase the tunneling injection efficiency from the silicon substrate side, while the floating gate electrode side is provided. Since the silicon nitride film having low electrical conductivity is provided, the efficiency of discharging the charges accumulated in the floating gate electrode is reduced, and excellent memory retention characteristics can be secured.

実施例 本発明の具体的な実施例を図面を用いて説明する。Example A specific example of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例である半導体記憶装置の断面
構造図である。図において1はP型シリコン基板、2及
び3はN型の拡散領域、4は酸化シリコン膜、5は高電
気伝導性の第1の窒化シリコン膜、6は低電気伝導性の
第2の窒化シリコン膜、7はフローティングゲート電
極、8は酸化シリコン膜、9はコントロールゲート電極
である。
FIG. 1 is a sectional structural view of a semiconductor memory device which is an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a P-type silicon substrate, 2 and 3 are N-type diffusion regions, 4 is a silicon oxide film, 5 is a first silicon nitride film having high electrical conductivity, and 6 is second nitride having low electrical conductivity. A silicon film, 7 is a floating gate electrode, 8 is a silicon oxide film, and 9 is a control gate electrode.

また、第1図に示すごとき本発明の構造を実現する製造
方法の一実施例を第2図A〜第2図Cに示す。
An embodiment of a manufacturing method for realizing the structure of the present invention as shown in FIG. 1 is shown in FIGS. 2A to 2C.

まず、第2図Aに示すように、P型シリコン基板1上
に、公知の選択拡散技術によりN型の拡散領域2,3を形
成し、その後酸化シリコン膜4を熱酸化法により形成す
る。酸化シリコン膜4の厚さは、基板からのトンネリン
グが起こらないように厚くする必要があり、本実施例で
は役500Åとした。
First, as shown in FIG. 2A, N type diffusion regions 2 and 3 are formed on a P type silicon substrate 1 by a known selective diffusion technique, and then a silicon oxide film 4 is formed by a thermal oxidation method. The thickness of the silicon oxide film 4 needs to be thick so that tunneling from the substrate does not occur, and in this embodiment, it is set to 500Å.

次に、トンネリング領域となる所定の部分の酸化シリコ
ン膜4をエッチング除去した後、高電気伝導性の第1の
窒化シリコン膜5、低電気伝導性の第2の窒化シリコン
膜6を順次形成する。高電気伝導性の第1の窒化シリコ
ン膜5と低電気伝導性の第2の窒化シリコン膜6は、ト
ンネリング効果を有効に利用するために、両方の膜厚の
合計を70〜150Å程度にする必要があり、本実施例では
高電気伝導性の第1の窒化シリコン膜60Å低電気伝導性
の第2の窒化シリコン膜60Åとした。また、窒化シリコ
ン膜の電気伝導性の制御は、例えばシラン(SiH4)とア
ンモニア(NH3)の化学反応に基づく気相成長法におけ
るNH3/SiH4流量比によりコントロール可能であり、一
般にNH3/SiH4流量比が大きい程、電気伝導度は低くな
る。そこで、本実施例では、高電気伝導性を有する第1
の窒化シリコン膜5は、NH3/SiH4(流量比)=10、800
℃の条件下の気相成長法により形成し、低電気伝導性を
有する第2の窒化シリコン膜6は、NH3/SiH4(流量
比)=500、800℃の条件下の気相成長法により形成し
た。
Next, after the silicon oxide film 4 in a predetermined portion to be the tunneling region is removed by etching, the first silicon nitride film 5 having high electrical conductivity and the second silicon nitride film 6 having low electrical conductivity are sequentially formed. . In order to effectively use the tunneling effect, the first silicon nitride film 5 having high electrical conductivity and the second silicon nitride film 6 having low electrical conductivity have a total thickness of about 70 to 150Å. In this embodiment, the first silicon nitride film 60Å having high electrical conductivity is used as the second silicon nitride film 60Å having low electrical conductivity. The electrical conductivity of the silicon nitride film can be controlled by, for example, the NH 3 / SiH 4 flow rate ratio in the vapor phase growth method based on the chemical reaction of silane (SiH 4 ) and ammonia (NH 3 ), and generally NH 3 The higher the 3 / SiH 4 flow rate ratio, the lower the electrical conductivity. Therefore, in the present embodiment, the first electrical conductor having high electrical conductivity is used.
The silicon nitride film 5 of NH 3 / SiH 4 (flow ratio) = 10,800
The second silicon nitride film 6 having a low electric conductivity formed by the vapor phase growth method under the condition of ° C is NH 3 / SiH 4 (flow rate ratio) = 500, and the vapor phase growth method under the condition of 800 ° C. Formed by.

次に第2図Bに示すごとく、第2の窒化シリコン膜6上
に、導電性のポリシリコン膜を約5000Å形成させ、その
後、公知のフォトエッチング技術によりポリシリコン膜
よりなるフローティングゲート電極7を形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, a conductive polysilicon film is formed on the second silicon nitride film 6 by about 5000 Å, and then the floating gate electrode 7 made of the polysilicon film is formed by a known photoetching technique. Form.

次いで、第2図Cに示すごとく、通常の熱酸化法によ
り、酸化シリコン膜8をフローティングゲート電極7上
で約1000Åとなるように形成する。その後、導電性のポ
リシリコン膜を約4000Å形成させ、次いで公知のフォト
エッチング技術により、ポリシリコン膜からなるコント
ロールゲート電極9を形成し、第2図Cに示すごとき本
発明の構造を実現することができる。
Next, as shown in FIG. 2C, a silicon oxide film 8 is formed on the floating gate electrode 7 to a thickness of about 1000 Å by a normal thermal oxidation method. Thereafter, a conductive polysilicon film is formed to a thickness of about 4000 Å, and then a control gate electrode 9 made of a polysilicon film is formed by a known photoetching technique to realize the structure of the present invention as shown in FIG. 2C. You can

第2図Cに示すごとき本発明の半導体記憶装置の記憶保
持特性の一例を第4図(直線11)に示す。また、トンネ
リング絶縁膜として、高電気伝導性の窒化シリコン膜の
みを用いた場合(一点鎖線12)と、低電気伝導性の窒化
シリコン膜のみを用いた場合(点線13)の記憶保持特性
を比較のために第4図に併せて示す。
An example of the memory retention characteristics of the semiconductor memory device of the present invention as shown in FIG. 2C is shown in FIG. 4 (line 11). In addition, the memory retention characteristics of the case where only the highly conductive silicon nitride film is used as the tunneling insulating film (dashed line 12) and the case where only the low electrical conductivity silicon nitride film is used (dotted line 13) are compared. Are also shown in FIG.

この図よりわかるように、低電気伝導性の窒化シリコン
膜のみを用いた場合(一点鎖線12)の記憶保持特性は、
非常に優れた特性を示すが、メモリ窓幅(書き込みモー
ドと消去モードとのしきい値電圧の差)が小さく、低電
圧での書き込み消去には不利となる。また、高電気伝導
性の窒化シリコン膜のみを用いた場合(点線13)はメモ
リ窓幅は十分大きくなり、低電圧の書き込み消去には有
利であるが、記憶保持特性に劣っている。
As can be seen from this figure, the memory retention characteristics when only the low-electrical conductivity silicon nitride film is used (dashed line 12) are:
Although it has excellent characteristics, it has a small memory window width (difference in threshold voltage between the write mode and the erase mode), which is disadvantageous for writing and erasing at a low voltage. Further, when only the high-electrical-conductivity silicon nitride film is used (dotted line 13), the memory window width becomes sufficiently large, which is advantageous for low-voltage write / erase, but is inferior in memory retention characteristic.

一方、本発明のごとき構造の半導体記憶装置の記憶保持
特性(直線11)は、メモリ窓幅が十分大きい上に、記憶
保持特性も非常に優れており、記憶保持特性を劣化させ
ることなくプログラム電圧の低電圧化を実現することが
できる。
On the other hand, the memory retention characteristic (straight line 11) of the semiconductor memory device having the structure of the present invention is such that the memory window width is sufficiently large and the memory retention characteristic is also very excellent, and the program voltage can be maintained without degrading the memory retention characteristic. It is possible to reduce the voltage.

なお、以上の説明では窒化シリコン膜を2層とした場合
について例示したが、これが電気伝導度の異なる3層以
上の窒化シリコン膜を用いても同様の効果が期待でき
る。
In the above description, the case where the silicon nitride film has two layers has been exemplified, but the same effect can be expected by using three or more layers of silicon nitride films having different electric conductivities.

発明の効果 以上説明したところから明らかなように、本発明のごと
き構造によれば、記憶保持特性を劣化させることなくプ
ログラム電圧の低電圧化が実現でき、フローティングゲ
ート型の半導体記憶装置の高性能化に大きく寄与するも
のである。
As described above, according to the structure of the present invention, the program voltage can be lowered without deteriorating the memory retention characteristic, and the high performance of the floating gate type semiconductor memory device can be realized. It will greatly contribute to the realization.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例を説明するための断面図、第
2図は本発明の構造を実現するための製造方法の一実施
例を説明するための工程断面図、第3図は従来のフロー
ティングゲート型半導体記憶装置の構造断面図、第4図
は本発明の効果を説明するための記憶保持特性図であ
る。 1……P型シリコン基板、2,3……N型拡散領域、4…
…酸化シリコン膜、5……高電気伝導性の第1の窒化シ
リコン膜、6……低電気伝導性の第2の窒化シリコン
膜、7……フローティングゲート電極、8……酸化シリ
コン膜、9……コントロール電極。
FIG. 1 is a sectional view for explaining an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a process sectional view for explaining an embodiment of a manufacturing method for realizing the structure of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a structural sectional view of a conventional floating gate type semiconductor memory device, and FIG. 4 is a memory retention characteristic diagram for explaining the effect of the present invention. 1 ... P-type silicon substrate, 2,3 ... N-type diffusion region, 4 ...
... Silicon oxide film, 5 ... High electrical conductivity first silicon nitride film, 6 ... Low electrical conductivity second silicon nitride film, 7 ... Floating gate electrode, 8 ... Silicon oxide film, 9 ...... Control electrode.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ソース及びドレインの拡散領域を有する一
導電型の半導体基板上の所定の領域に、高電気伝導性の
第1の窒化シリコン膜とこれよりも低い低電気伝導性の
第2の窒化シリコン膜の少なくとも2種の被膜を順次積
層して共にプールフレンゲルトンネリング媒体となり得
る第1の絶縁膜を備え、前記第1の絶縁膜上にフローテ
ィングゲート電極を備え、前記フローティングゲート電
極上に第2の絶縁膜を介して制御電極を備えたことを特
徴とする半導体記憶装置。
1. A first silicon nitride film having a high electrical conductivity and a second silicon film having a lower electrical conductivity lower than the first silicon nitride film are provided in a predetermined region on a semiconductor substrate of one conductivity type having diffusion regions of a source and a drain. At least two kinds of films of a silicon nitride film are sequentially stacked, and a first insulating film that can serve as a pool Frelengel tunneling medium is provided, a floating gate electrode is provided on the first insulating film, and a floating gate electrode is provided on the floating gate electrode. A semiconductor memory device comprising a control electrode via a second insulating film.
【請求項2】第1の窒化シリコン膜と第2の窒化シリコ
ン膜は、共に同じ混合ガスでかつその混合ガス成分の流
量比を異ならせて形成される特許請求の範囲第1項記載
の半導体記憶装置。
2. The semiconductor according to claim 1, wherein the first silicon nitride film and the second silicon nitride film are formed with the same mixed gas and different flow rate ratios of the mixed gas components. Storage device.
【請求項3】フローティングゲート電極が導電性ポリシ
リコン膜から構成されている特許請求範囲第1項または
第2項記載の半導体記憶装置。
3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the floating gate electrode is formed of a conductive polysilicon film.
JP61111050A 1986-05-15 1986-05-15 Semiconductor memory device Expired - Lifetime JPH0746704B2 (en)

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JPS62266872A JPS62266872A (en) 1987-11-19
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