JP2005228760A - Charge storage memory and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】 メモリセル小型化とデータ保持時間の長期化とを図る。
【解決手段】 半導体基板1の上にボトム障壁層4と第1の電荷蓄積層5と第2の電荷蓄積層6とトップ障壁層7とゲート電極8を順次積層した構成とし、第2の電荷蓄積層6の局在準位の密度を第1の電荷蓄積層5の局在準位の密度よりも高くする。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the size of a memory cell and extend the data holding time.
A bottom barrier layer 4, a first charge storage layer 5, a second charge storage layer 6, a top barrier layer 7, and a gate electrode 8 are sequentially stacked on a semiconductor substrate 1 to form a second charge. The density of the localized levels of the storage layer 6 is set higher than the density of the localized levels of the first charge storage layer 5.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、MOS型またはMIS型半導体装置からなり、ゲート絶縁膜中に電子を蓄積することによりメモリ機能を持たせた電荷蓄積型メモリ及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a charge storage type memory made of a MOS type or MIS type semiconductor device and having a memory function by storing electrons in a gate insulating film, and a method for manufacturing the same.
従来から知られている電荷蓄積型メモリの動作について説明する。電荷蓄積型メモリとしては、浮遊ゲートに電子を蓄積するEEPROM(フラッシュメモリ)が良く知られている。この浮遊ゲート型フラッシュメモリは、浮遊ゲートに蓄えた電子が絶縁膜を介して抜け出さないようにするために、絶縁膜の厚さを薄くすることができず、そのため書き込みおよび消去の低電圧化や微細化に限界があった。 The operation of a conventionally known charge storage type memory will be described. As a charge storage type memory, an EEPROM (flash memory) that stores electrons in a floating gate is well known. In this floating gate type flash memory, the thickness of the insulating film cannot be reduced in order to prevent electrons stored in the floating gate from passing through the insulating film. There was a limit to miniaturization.
この浮遊ゲート型フラッシュメモリの欠点を改善する次世代のメモリとして、Si3N4を電荷蓄積層として用いるSONOS(Semiconductor-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor)メモリが注目を集めている。SONOSは、電荷蓄積の方法として、空間的に局在したトラップ準位を用いるために、トラップメモリとも呼ばれている。このトラップメモリの電荷蓄積層としては、Si3N4の他にAl2O3を用いる構造についても、メモリとして極めて良好なデータ保持特性を持つという最近の研究報告がある(例えば、非特許文献1参照)。 SONOS (Semiconductor-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor) memory using Si 3 N 4 as a charge storage layer has attracted attention as a next-generation memory that improves the drawbacks of the floating gate flash memory. SONOS is also called a trap memory because it uses a trap level spatially localized as a method of charge accumulation. As a charge storage layer of this trap memory, there is a recent research report that a structure using Al 2 O 3 in addition to Si 3 N 4 has extremely good data retention characteristics as a memory (for example, non-patent literature) 1).
ここで、Al2O3を用いる構造を例にとり詳しく説明する。図11は、近年注目されているトラップメモリの1例の断面図であり、p型単結晶シリコン基板11のソース12とドレイン13を跨ぐような位置に、SiO2のボトム障壁層14を1nm、Al2O3の電荷蓄積層15を10nm、再びSiO2のトップ障壁層17を10nmずつ順次堆積し、最後に、n型ポリシリコンのゲート電極18を堆積したものである。
Here, the structure using Al 2 O 3 will be described in detail by taking an example. FIG. 11 is a cross-sectional view of an example of a trap memory that has attracted attention in recent years. The
図12は、図11のトラップメモリのバンド構造を示したものである。Al2O3の電荷蓄積層15には、トラップ準位が、Al2O3のコンダクションバンドから、2.4eV下の位置に存在する。このトラップ準位に電子が捕獲されるため、ボトム障壁層14を介して電荷が抜けにくくなる。そのため、ボトム障壁層14を薄くすることができ、書き込みと消去の低電圧化と微細化が可能になる。
FIG. 12 shows the band structure of the trap memory of FIG. The
さて、浮遊ゲート型フラッシュメモリもトラップメモリ(SONOS)も、電荷蓄積層に電子を注入することによりトランジスタのしきい値電圧を変化させ、これにより電流が流れるか流れないかでメモリの”1”,”0”を判定するものである。 Now, both the floating gate type flash memory and the trap memory (SONOS) change the threshold voltage of the transistor by injecting electrons into the charge storage layer. , “0” is determined.
図13は、トラップメモリにおいて、p型基板11に20Vを印加し、ゲート電極18を0Vにし、ソース12とドレイン13をオープンにして、電荷蓄積層15からp型基板11へ電子を引き出すことにより、しきい値電圧を負に設定する時の電子の運動の様子を示している。この動作をメモリの消去と呼んでいる。
FIG. 13 shows a trap memory in which 20 V is applied to the p-
一方、図14は、p型基板11とソース12とドレイン13を0Vにし、ゲート電極18に20Vを印加して、p型基板11から電荷蓄積層15に電子を注入することにより、しきい値電圧を正に設定する時の電子の運動の様子を示している。この動作をメモリの書き込みと呼んでいる。
On the other hand, FIG. 14 shows a threshold value by injecting electrons from the p-
図15は、電子を注入することにより設定した浮遊ゲート型メモリ又はトラップメモリ(SONOS)のメモリセルのしきい値分布を示している。ワード線の電圧が0Vの時に”1”の状態であれば、メモリセルに電流が流れ、”0”の状態であれば、電流が流れない。電流が流れるか流れないかにより、“1”と“0”の状態を区別している。したがって、1個のメモリセルは1ビットのデータを記憶することができる。 FIG. 15 shows a threshold distribution of a memory cell of a floating gate type memory or trap memory (SONOS) set by injecting electrons. If the voltage of the word line is 0V, current flows in the memory cell if it is “1”, and if it is “0”, no current flows. The state of “1” and “0” is distinguished depending on whether a current flows or not. Therefore, one memory cell can store 1-bit data.
図16はメモリセルのしきい値分布として、4種類のグループを持った状態を示している。しきい値電圧は、消去状態として“11”の状態をもち、書き込み状態として“10”、“01”、“00”の状態をもつ。この場合、1セル当り4個のしきい値の状態をもつので、1セル2ビットとなっている。 FIG. 16 shows a state having four types of groups as the threshold distribution of the memory cells. The threshold voltage has a state of “11” as an erase state and a state of “10”, “01”, and “00” as a write state. In this case, since there are four threshold states per cell, there are 2 bits per cell.
さて、上記のトラップメモリでは、局在準位に電子を蓄積させている。そして、電子が局在準位からトンネル現象を起こさずに捕獲されている、つまりリークせずに捕獲されていることを用いてメモリ機能を持たせている。通常のSONOSメモリの場合では、最近接の局在準位の相互間の距離は、5nm程度であることが知られている。この場合、10年程度のデータ保持特性が得られている。 Now, in the above trap memory, electrons are accumulated at the localized levels. A memory function is provided by using the fact that electrons are captured without causing a tunnel phenomenon from the localized level, that is, captured without leaking. In the case of a normal SONOS memory, it is known that the distance between the nearest local levels is about 5 nm. In this case, a data retention characteristic of about 10 years is obtained.
次に、従来のSONOSメモリを、ECRスパッタ法を用いて製造する方法について詳しく述べる。ECRスパッタ法は、プラズマを用いて薄膜の成長を行うもので、Al2O3についても良質な薄膜が成長できることが知られている(例えば、非特許文献2参照)。 Next, a method for manufacturing a conventional SONOS memory using the ECR sputtering method will be described in detail. The ECR sputtering method uses plasma to grow a thin film, and it is known that a good quality thin film can be grown on Al 2 O 3 (see, for example, Non-Patent Document 2).
図17に、ECRスパッタ装置を示す。21は2.45GHzのマイクロ波を導入する導波管、22は磁場生成用のコイル、23はマイクロ波透過用のクォーツ窓、24も磁場生成用のコイル、25はチャンバ、26は軸26aを中心に回転可能なホルダ、27はそのホルダ26に保持される半導体基板、28はターゲット、29はターゲット28に高周波電力を印加するための13.56MHzの高周波発振器、30、31はガス注入部である。ここでは、電子サイクロトロン共鳴プラズマ32を生成するために、2.45GHzで500Wのマイクロ波と、コイル22,24により発生する875ガウスの磁束を用いている。そして、このプラズマ32に発散磁場により10〜20eV程度の運動エネルギーを持たせて、垂直方向(半導体基板27方向)に引き出すことにより、半導体基板27上で膜の成長を行う。ECRスパッタ装置では、10〜20eVと非常に低エネルギーであるために、膜の結晶に欠陥が入らない高品質の薄膜の成長が可能である。
FIG. 17 shows an ECR sputtering apparatus. 21 is a waveguide for introducing a microwave of 2.45 GHz, 22 is a coil for generating a magnetic field, 23 is a quartz window for transmitting microwaves, 24 is also a coil for generating a magnetic field, 25 is a chamber, and 26 is an
図18は、ガス注入部30からアルゴン(Ar)ガスを注入するとともに、ガス注入部31から酸素(O2)ガスを注入し、Alをターゲット28としたときの半導体基板27上での酸化アルミニウムの成長速度と、屈折率(測定波長:632.8nm)を酸素ガスの流量に対してプロットしたものである。白丸は屈折率、黒丸は成長速度であり、横軸が酸素ガス流量である。
FIG. 18 shows aluminum oxide on the
屈折率については、酸素ガス流量が4〜9sccmにおいて、1.6〜1.7という値が得られており、これは化学量論的組成(Al2O3)の酸化アルミニウムの通常の値である。酸素ガス流量が4sccm以下では、屈折率が徐々に大きくなり、このことから理想的な組成Al2O3の状態から、Alが過剰に存在する組成Al2+xO3(x>0)状態に変化することがわかる。 Regarding the refractive index, a value of 1.6 to 1.7 was obtained at an oxygen gas flow rate of 4 to 9 sccm, which is a normal value of aluminum oxide having a stoichiometric composition (Al 2 O 3 ). is there. When the oxygen gas flow rate is 4 sccm or less, the refractive index gradually increases. From this, the composition Al 2 + x O 3 (x> 0) state in which Al exists excessively from the ideal composition Al 2 O 3 state. It turns out that it changes to.
成長速度においても、酸素ガス流量によって、成長速度が大きく変化する。7〜9sccmの領域において、成長速度は1nm/minと非常に遅い。これは、酸素ガス流量が大きいために、Alターゲット表面が酸化してしまい、Al原子が飛び出しにくくなったためである。ECRスパッタ法において、この領域をオキサイド領域(領域(3))と呼んでいる。 Also in the growth rate, the growth rate varies greatly depending on the oxygen gas flow rate. In the region of 7-9 sccm, the growth rate is very slow at 1 nm / min. This is because the oxygen gas flow rate is large and the surface of the Al target is oxidized, making it difficult for Al atoms to jump out. In the ECR sputtering method, this region is called an oxide region (region (3)).
また、4〜7sccmの領域において、成長速度は6.5nm/minと非常に速い。これは、酸素ガス流量が小さいために、Alターゲット表面が酸化せず、Al原子が飛び出しやすいためである。ECRスパッタ法において、この領域をメタル領域(領域(2))と呼んでいる。このメタル領域において、酸化アルミニウムを堆積した場合、局在準位の極めて少ない良質な組成Al2O3の膜を堆積できることが知られている。 In the region of 4-7 sccm, the growth rate is very fast at 6.5 nm / min. This is because the Al target surface is not oxidized and Al atoms are likely to jump out because the oxygen gas flow rate is small. In the ECR sputtering method, this region is called a metal region (region (2)). In the metal region, it is known that when aluminum oxide is deposited, a film having a good composition Al 2 O 3 with very few localized levels can be deposited.
ここで、等価酸化膜厚EOT(equivalent oxide thickness)を、
EOT≡[(SiO2の誘電率)/(絶縁体の誘電率)]×絶縁体の膜厚
と定義すると、誘電率がSiO2よりも大きなAl2O3膜は、同じEOTで比較した場合に、SiO2 膜よりも実膜厚を大きくすることができるため、絶縁膜中を流れるリーク電流が小さくなることが知られている。
Here, the equivalent oxide thickness EOT (equivalent oxide thickness) is
When defined as EOT≡ [(dielectric constant of SiO 2 ) / (dielectric constant of insulator)] × insulator film thickness, an Al 2 O 3 film having a dielectric constant larger than SiO 2 is compared with the same EOT In addition, since the actual film thickness can be made larger than that of the SiO 2 film, it is known that the leakage current flowing in the insulating film is reduced.
次に、酸素ガス流量がさらに小さい領域について説明する。図18の0〜4sccmの領域のように酸素ガス流量を小さくすることにより、成長速度は、6.5nm/minから徐々に再び小さくなる。これは、酸素が不足し、Al2O3 が成長しにくくなったためである。ここでは、この領域をメタルリッチ領域(領域(1))と呼ぶことにする。 Next, a region where the oxygen gas flow rate is even smaller will be described. By reducing the oxygen gas flow rate as in the region of 0 to 4 sccm in FIG. 18, the growth rate gradually decreases again from 6.5 nm / min. This is because oxygen is insufficient and Al 2 O 3 is difficult to grow. Here, this region is referred to as a metal rich region (region (1)).
このようなメタルリッチ領域(1)においては、屈折率の変化を見ることにより、Al原子が過剰に供給されている組成Al2+xO3 (x>0)が成長されていることが分かる。Al原子が過剰のAl2+xO3の膜は、絶縁体中においてAl原子による局在準位が多数生成され、そこに電子を蓄積することができると予測される。ECRスパッタ法では、このメタルリッチ領域(1)において酸素流量を制御することにより局在準位の形成を制御できる。従来技術においては、Al原子が過剰のAl2+xO3の膜の堆積を、ECRスパッタ法のメタルリッチ領域(1)を利用することにより実現した。 In such a metal rich region (1), it can be seen that a composition Al 2 + x O 3 (x> 0) in which Al atoms are excessively supplied is grown by observing the change in refractive index. . A film of Al 2 + x O 3 with an excess of Al atoms is expected to generate a large number of localized levels due to Al atoms in the insulator and accumulate electrons there. In the ECR sputtering method, the formation of localized levels can be controlled by controlling the oxygen flow rate in the metal rich region (1). In the prior art, deposition of a film of Al 2 + x O 3 with an excess of Al atoms was realized by using the metal rich region (1) of the ECR sputtering method.
以上の手法により作製した電荷蓄積型メモリの全体の構造の断面図を図19に示す。p型シリコン基板41の上に、ボトム障壁層44として、5.5sccmの酸素流量によりAl2O3を4.5nm成長させ、次に0〜4sccmの酸素流量によりAl2+xO3の電荷蓄積層45を4.5nm成長させ、次に5.5sccmの酸素流量によりAl2O3のトップ障壁層47を9nm成長させた。ゲート電極48はAlを蒸着することにより形成している。
FIG. 19 shows a cross-sectional view of the entire structure of the charge storage type memory manufactured by the above method. On the p-
図19に示した電荷蓄積型メモリの電荷蓄積層45に局在準位をもつ場合のバンド構造を図20に示した。また、図21に、酸素流量4sccmのメタル領域(2)の条件で、電荷蓄積層45として成長したAl2+xO3のダイオードのC−V特性を示す。ゲート電極48を形成する前に高真空中で600℃、約3分間の熱処理を施している。この場合は、電荷蓄積層45には局在準位があまり生成されず、C−V特性において、電荷蓄積効果によるヒステリシスを生じないことが分かる。
FIG. 20 shows a band structure in the case where the
図22に、酸素流量2sccmのメタルリッチ領域(1)の条件で、電荷蓄積層45として成長したAl2+xO3のダイオードのC−V特性を示す。この試料もゲート電極48の形成前に600℃の高真空中熱処理を約3分間施している。この場合は、電荷蓄積層45には局在準位が数多く生成されて、C−V特性において、電荷蓄積効果によるヒステリシスが生じている。ここで、ゲート電圧を1Vとした時に、容量の大きい状態をA、容量の小さい状態をBとする。
FIG. 22 shows the CV characteristics of the Al 2 + x O 3 diode grown as the
図23は、図22においてゲート電圧を1V(状態A,B)とした時の電荷蓄積型アルミナ(Al2+xO3)ダイオードの容量値の時間変化を示したものである。状態Aでは30分経過後も殆ど値が変化しない。次に、状態をBとして容量値の変化を調べると、同様に30分経過後も殆ど値が変化しない。次に、再び状態をAとして容量値を測定すると、2時間経過後も殆ど値が変化しないことが分かった。この結果から、10年(3×108秒)後にも大きな変化はなく、十分大きなマージンがとれることが予想される。このように、障壁層44,47に欠陥の少ない高品質のAl2O3膜を用いたため、良好な電荷保持特性が得られ、また、酸素流量を減らしてAl過剰としたAl2+xO3の電荷蓄積層は、トラップに電子を蓄積するために、メモリとして極めて良好な動作をすることが明らかとなった。 FIG. 23 shows the time change of the capacitance value of the charge storage type alumina (Al 2 + x O 3 ) diode when the gate voltage is 1 V (states A and B) in FIG. In state A, the value hardly changes even after 30 minutes. Next, when the change in the capacitance value is examined with the state as B, the value hardly changes even after 30 minutes. Next, when the capacity value was measured again with the state as A, it was found that the value hardly changed even after 2 hours. From this result, it is expected that there will be no significant change after 10 years (3 × 10 8 seconds) and a sufficiently large margin will be taken. As described above, since the high-quality Al 2 O 3 film having few defects is used for the barrier layers 44 and 47, good charge retention characteristics can be obtained, and Al 2 + x O in which the oxygen flow rate is reduced and Al is increased. It has been clarified that the charge storage layer 3 operates very well as a memory because it stores electrons in the trap.
さて、現在の最先端のメモリセルのサイズは90nm角(90nm×90nm)であるが、今後、メモリセルのサイズが一層微細化され、メモリが大容量化され、SONOSメモリにおいては、20nm角(20nm×20nm)以下のメモリセルも実現されると考えられる。このとき、20nm角のメモリセルにおいて、電荷蓄積層の高さ(厚さ)が10nm程度になると仮定すると、最近接の局在準位の相互間の距離は、5nm程度であるから、電荷蓄積層の領域においいて、局在準位の数は次式により求められる。 Now, the size of the current state-of-the-art memory cell is 90 nm square (90 nm × 90 nm), but in the future, the size of the memory cell will be further miniaturized to increase the capacity of the memory. It is considered that a memory cell of 20 nm × 20 nm or less is also realized. At this time, assuming that the height (thickness) of the charge storage layer is about 10 nm in a 20 nm square memory cell, the distance between the nearest localized levels is about 5 nm. In the layer region, the number of localized levels can be obtained by the following equation.
(20nm/5nm)2×(10nm/5nm)=32 (1)
この32個という数は極めて小さく、各メモリセルにおいてかなりばらつくことが予想される。また、電荷蓄積層にはなるべく多くの電子を蓄積した方が、しきい値電圧が大きく変化し、メモリの“1”と“0”の状態を明確に区別できるという利点がある。
(20 nm / 5 nm) 2 × (10 nm / 5 nm) = 32 (1)
This number of 32 is extremely small and is expected to vary considerably in each memory cell. Further, storing as many electrons as possible in the charge storage layer has the advantage that the threshold voltage changes greatly and the “1” and “0” states of the memory can be clearly distinguished.
以上の観点から、各メモリセルにおける電荷蓄積層の局在準位の数はなるべく多くする必要がある。そこで、仮に、局在準位の数を前記の32個の4倍の128個にした場合、最近接の局在準位の相互間の距離は、5nm/41/3=3.15nm程度となる。しかし、このように局在準位の相互間の距離が短くなると、局在準位に捕獲されている電子が、隣の局在準位にトンネルしやすくなる。トンネル確率は、一般式では次式で表せる(例えば、非特許文献3参照)。 From the above viewpoint, it is necessary to increase the number of localized levels of the charge storage layer in each memory cell as much as possible. Therefore, if the number of localized levels is 128, which is four times the 32, the distance between the nearest localized levels is about 5 nm / 4 1/3 = 3.15 nm. It becomes. However, if the distance between the localized levels is shortened in this way, electrons trapped in the localized level are likely to tunnel to the adjacent localized level. The tunnel probability can be expressed by the following formula in the general formula (see, for example, Non-Patent Document 3).
p=exp(−αφ1/2d) (2)
ここで、φはトンネル障壁の障壁高さ、dはトンネル障壁の厚み、αは係数である。電荷蓄積層の電子は、最終的にはトンネル現象によってボトム障壁層から半導体基板にリークして失われるが、失われる電子数はトンネル確率に比例する。従って、データの保持時間は、トンネル確率が小さい方が長いことがわかる。
p = exp (−αφ 1/2 d) (2)
Here, φ is the barrier height of the tunnel barrier, d is the thickness of the tunnel barrier, and α is a coefficient. Electrons in the charge storage layer are eventually lost by leaking from the bottom barrier layer to the semiconductor substrate due to a tunnel phenomenon, but the number of electrons lost is proportional to the tunnel probability. Therefore, it can be seen that the data retention time is longer when the tunnel probability is smaller.
式(2)より、トンネル障壁の厚みの変化は、トンネル確率に対して、指数関数的に影響する。シミュレーションおよび実験により、トンネル障壁層の厚みが1nm薄くなると、トンネルによるトンネル電流は、約100倍大きくなることが知られている(例えば、非特許文献4参照)。よって、局在準位の相互間の距離が5nmから3nmと小さくなった場合、トンネルによるリーク電流が約1万倍大きくなることが予想される。このことは、トラップメモリのデータ保持性能が、例えば10年(3×108秒)から8時間(3×104秒)へ劣化することを意味している。 From equation (2), the change in tunnel barrier thickness has an exponential effect on the tunnel probability. From simulations and experiments, it is known that when the thickness of the tunnel barrier layer is reduced by 1 nm, the tunnel current due to the tunnel increases about 100 times (for example, see Non-Patent Document 4). Therefore, when the distance between the localized levels is reduced from 5 nm to 3 nm, it is expected that the leakage current due to the tunnel is increased about 10,000 times. This means that the data retention performance of the trap memory deteriorates, for example, from 10 years (3 × 10 8 seconds) to 8 hours (3 × 10 4 seconds).
以上のように、メモリセルの小型化を図る際に、電荷蓄積層における局在準位の数をなるべく多くしようとすると、最近接の局在準位の相互間の距離を小さくする必要があり、このためデータ保持性能が悪化するという問題点が存在した。 As described above, when attempting to reduce the size of the memory cell, if the number of localized levels in the charge storage layer is to be increased as much as possible, it is necessary to reduce the distance between the nearest localized levels. For this reason, there is a problem that the data retention performance deteriorates.
本発明の目的は、電荷蓄積層のボトム障壁層の側の局在準位密度を低く、トップ障壁層側の局在準位密度を高くして、電荷蓄積層からボトム障壁層を経由するトンネルによる半導体基板側への電荷のリークをなくし、メモリセルの小型化とデータ保持性能の向上の両者を満足できることができるようにした電荷蓄積型メモリ及びその製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to reduce the local level density on the bottom barrier layer side of the charge storage layer and increase the local level density on the top barrier layer side so that the tunnel from the charge storage layer via the bottom barrier layer It is an object of the present invention to provide a charge storage type memory and a method of manufacturing the same, which can satisfy both the miniaturization of the memory cell and the improvement of the data retention performance.
請求項1にかかる発明は、半導体基板と、該半導体基板の上面に堆積したボトム障壁層と、該ボトム障壁層の上面に堆積した電荷蓄積層と、該電荷蓄積層の上面に堆積し前記ボトム障壁層より厚いトップ障壁層と、該トップ障壁層の上面に形成したゲート電極とを有し、前記電荷蓄積層における電子の蓄積の有無によりしきい値を変化させる電荷蓄積型メモリにおいて、前記電荷蓄積層を、前記ボトム障壁層の側に位置する第1の電荷蓄積層と、前記トップ障壁層の側に位置し、前記第1の電荷蓄積層と同一の複数の元素から構成され、前記第1の電荷蓄積層よりも局在準位密度が高い第2の電荷蓄積層とからなる2層構造としたことを特徴とする。
The invention according to
請求項2にかかる発明は、請求項1に記載の電荷蓄積型メモリにおいて、前記ボトム障壁層および前記トップ障壁層は酸化シリコンであり、前記電荷蓄積層は窒化シリコン、酸化アルミニウム、又は酸化シリコンのいずれか1つの中に金属原子又は半導体原子を過剰に存在させ局在準位を生成させてなることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the charge storage type memory according to the first aspect, the bottom barrier layer and the top barrier layer are made of silicon oxide, and the charge storage layer is made of silicon nitride, aluminum oxide, or silicon oxide. It is characterized in that a local level is generated by excessively containing a metal atom or a semiconductor atom in any one of them.
請求項3にかかる発明は、請求項1に記載の電荷蓄積型メモリにおいて、前記電荷蓄積層および前記トップ障壁層を同一の絶縁物で構成し、前記トップ障壁層は化学量論的組成の絶縁物でなり、前記第1の電荷蓄積層は絶縁物を構成する元素である金属原子又は半導体原子が化学量論的に過剰に存在し、該金属原子又は該半導体原子の局在準位を持たせ、該局在準位に電子が蓄積されるようにし、前記第2の電荷蓄積層は絶縁物を構成する元素である金属原子又は半導体原子が化学量論的に前記第1の電荷蓄積層よりもさらに過剰に存在し、該金属原子又は該半導体原子の局在準位を持たせ、該局在準位に電子が蓄積されるようにしたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the charge storage type memory according to the first aspect, the charge storage layer and the top barrier layer are made of the same insulator, and the top barrier layer is an insulator having a stoichiometric composition. The first charge storage layer has a stoichiometric excess of metal atoms or semiconductor atoms that are elements constituting the insulator, and has a localized level of the metal atoms or the semiconductor atoms. Electrons are accumulated at the localized level, and the second charge accumulation layer has a stoichiometrically equivalent metal atom or semiconductor atom as an element constituting the insulator in the first charge accumulation layer. In addition, the present invention is characterized in that the metal atom or the semiconductor atom is present in an excessive amount, and electrons are accumulated in the localized level.
請求項4にかかる発明は、請求項1に記載の電荷蓄積型メモリにおいて、前記ボトム障壁層、前記電荷蓄積層および前記トップ障壁層を同一の絶縁物で構成し、前記ボトム障壁層および前記トップ障壁層は化学量論的組成の絶縁物でなり、前記第1の電荷蓄積層は絶縁物を構成する元素である金属原子又は半導体原子が化学量論的に過剰に存在し、該金属原子又は該半導体原子の局在準位を持たせ、該局在準位に電子が蓄積されるようにし、前記第2の電荷蓄積層は絶縁物を構成する元素である金属原子又は半導体原子が化学量論的に前記第1の電荷蓄積層よりもさらに過剰に存在し、該金属原子又は該半導体原子の局在準位を持たせ、該局在準位に電子が蓄積されるようにしたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the charge storage type memory according to the first aspect, the bottom barrier layer, the charge storage layer, and the top barrier layer are formed of the same insulator, and the bottom barrier layer and the top The barrier layer is made of an insulator having a stoichiometric composition, and the first charge storage layer has a stoichiometric excess of metal atoms or semiconductor atoms as elements constituting the insulator, and the metal atoms or The semiconductor atom has a localized level so that electrons are accumulated in the localized level, and the second charge storage layer has a stoichiometric amount of a metal atom or a semiconductor atom which is an element constituting an insulator. Theoretically, the metal charge is present in excess of the first charge storage layer, has a localized level of the metal atom or the semiconductor atom, and electrons are accumulated in the localized level. Features.
請求項5にかかる発明は、請求項3又は4に記載の電荷蓄積型メモリにおいて、前記絶縁物として酸化アルミニウムを用い、前記電荷蓄積層に存在する前記金属原子としてアルミニウム原子を用いたことを特徴とする。
The invention according to
請求項6にかかる発明は、請求項3又は4に記載の電荷蓄積型メモリにおいて、前記絶縁物として窒化シリコンを用い、前記電荷蓄積層に存在する前記半導体原子としてシリコン原子を用いたことを特徴とする。
The invention according to
請求項7にかかる発明は、請求項1乃至6のいずれか1つに記載の電荷蓄積型メモリにおいて、前記半導体基板は、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、又はアモルファスシリコンン基板からなることを特徴とする。
The invention according to
請求項8にかかる発明は、請求項3に記載の電荷蓄積型メモリを製造する方法であって、電子サイクロトロン共鳴型のプラズマ発生手段と、該プラズマ発生手段に希ガスおよび酸素ガスを供給するガス供給手段と、前記プラズマ発生手段内に設置されるアルミニウムからなるターゲットと、前記プラズマ発生手段内に設置される半導体基板と、前記ターゲットへの高周波電力印加手段とを少なくとも有するスパッタリング手段を使用し、前記第1の電荷蓄積層の形成時には、前記酸素ガスを、スパッタリングにより前記半導体基板上に堆積される酸化アルミニウムの屈折率が該酸化アルミニウムの化学量論的組成であるAl2O3の屈折率よりも高い屈折率となる第1の供給量とし、前記第2の電荷蓄積層の形成時には、前記酸素ガスを、スパッタリングにより前記半導体基板上に堆積される酸化アルミニウムの屈折率が前記第1の電荷蓄積層の屈折率よりも高い屈折率となる第2の供給量とし、前記トップ障壁層の形成時には、前記酸素ガスを、スパッタリングにより前記半導体基板上に堆積される酸化アルミニウムの屈折率が該酸化アルミニウムの化学量論的組成であるAl2O3の屈折率となる第3の供給量とする、ことを特徴とする。
The invention according to
請求項9にかかる発明は、請求項4に記載の電荷蓄積型メモリを製造する方法であって、電子サイクロトロン共鳴型のプラズマ発生手段と、該プラズマ発生手段に希ガスおよび酸素ガスを供給するガス供給手段と、前記プラズマ発生手段内に設置されるアルミニウムからなるターゲットと、前記プラズマ発生手段内に設置される半導体基板と、前記ターゲットへの高周波電力印加手段とを少なくとも有するスパッタリング手段を使用し、前記第1の電荷蓄積層の形成時には、前記酸素ガスを、スパッタリングにより前記半導体基板上に堆積される酸化アルミニウムの屈折率が該酸化アルミニウムの化学量論的組成であるAl2O3の屈折率よりも高い屈折率となる第1の供給量とし、前記第2の電荷蓄積層の形成時には、前記酸素ガスを、スパッタリングにより前記半導体基板上に堆積される酸化アルミニウムの屈折率が前記第1の電荷蓄積層の屈折率よりも高い屈折率となる第2の供給量とし、前記ボトム障壁層および前記トップ障壁層の形成時には、前記酸素ガスを、スパッタリングにより前記半導体基板上に堆積される酸化アルミニウムの屈折率が該酸化アルミニウムの化学量論的組成であるAl2O3の屈折率となる第3の供給量とする、ことを特徴とする。
The invention according to claim 9 is a method for manufacturing the charge storage type memory according to
本発明の電荷蓄積型メモリによれば、電荷蓄積層を局在準位密度が低い第1の電荷蓄積層と局在準位密度が高い第2の電荷蓄積層の2層構造で構成し、第1の電荷蓄積層をボトム障壁層の側に配置し、第2の電荷蓄積層をトップ障壁層の側に配置して、局在準位密度が高い第2の電荷蓄積層を半導体基板から遠い側に配置したので、ボトム障壁層を介して半導体基板方向にトンネルによりリークする電荷をほとんど無くすことができ、メモリセルの小型化とデータ保持性能の向上の両者を満足させることができる利点がある。 According to the charge storage type memory of the present invention, the charge storage layer has a two-layer structure of a first charge storage layer having a low localized level density and a second charge storage layer having a high localized level density, The first charge storage layer is disposed on the bottom barrier layer side, the second charge storage layer is disposed on the top barrier layer side, and the second charge storage layer having a high localized level density is separated from the semiconductor substrate. Since it is arranged on the far side, it is possible to eliminate almost all electric charges leaked by the tunnel in the direction of the semiconductor substrate through the bottom barrier layer, and there is an advantage that both the miniaturization of the memory cell and the improvement of the data retention performance can be satisfied. is there.
本発明では、半導体基板表面にボトム障壁層、電荷蓄積層、トップ障壁層、ゲート電極を順次積層した構造を有する電荷蓄積型メモリにおいて、電荷蓄積層を、局在準位密度の低い第1の電荷蓄積層と局在準位密度の高い第2の電荷蓄積層からなる2層構造として、第2の電荷蓄積層を半導体基板から最も離れたトップ障壁層の側に配置し、局在準位に蓄積した電荷のトンネル確率を低くすることによって、メモリセルの小型化を図った場合でも十分な電荷蓄積量を保ったままデータ保持時間を長くできるようにする。以下、詳しく説明する。 In the present invention, in a charge storage memory having a structure in which a bottom barrier layer, a charge storage layer, a top barrier layer, and a gate electrode are sequentially stacked on the surface of a semiconductor substrate, the charge storage layer is formed of the first low localized level density. As a two-layer structure comprising a charge storage layer and a second charge storage layer having a high localized level density, the second charge storage layer is arranged on the side of the top barrier layer farthest from the semiconductor substrate, and the localized level By lowering the tunnel probability of the charge accumulated in the memory cell, the data retention time can be extended while maintaining a sufficient charge accumulation amount even when the memory cell is downsized. This will be described in detail below.
図1は実施例1の電荷蓄積型メモリの構造を示す断面図である。この実施例1は、p型単結晶シリコン基板1のソース2とドレイン3を跨ぐような位置に、SiO2のボトム障壁層4を1nm、Al2+x1O3(x1>0)の第1の電荷蓄積層5(タイプ2)を10nm、Al2+x2O3(x2>x1)の第2の電荷蓄積層6(タイプ3)を0.3nm(1原子層程度)、SiO2のトップ障壁層7を10nm順次積層し、最後に、n型ポリシリコンのゲート電極8を積層している。このように、所定の局在準位を持つAl2+x1O3の第1の電荷蓄積層5(タイプ2)をボトム障壁層4の上に積層し、その上に局在準位密度がより高いAl2+x2O3の第2の電荷蓄積層6(タイプ3)が1原子層程度積層されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the charge storage type memory according to the first embodiment. In the first embodiment, the
図2は、図1の電荷蓄積型メモリのバンド構造を示す図である。第1,第2の電荷蓄積層5,6の領域においてトラップ準位が存在し、ここに電子が蓄積される。これらの電荷蓄積層5,6の領域における電流は、トラップ準位を介して流れる電流となる。また、ボトム障壁層4においては、トラップ準位が存在せず、Fowler-Nordheim(F-N)トンネル型となる。また、トップ障壁層7においては、膜厚がボトム障壁層4よりも厚い為に、電流は殆ど流れない。
FIG. 2 is a diagram showing a band structure of the charge storage type memory of FIG. Trap levels exist in the regions of the first and second
20nm角、高さ10nmの領域の局在準位の数を128として、第1の電荷蓄積層5に32個、第2の電荷蓄積層6に96個だけ配置するものとする。このとき、第1の電荷蓄積層5(タイプ2)においては、局在準位の相互間の距離は5nmである。第2の電荷蓄積層6(タイプ3)においては、20nm角の2次元に局在準位が96個配置されていることから、局在準位の相互間の距離は、20nm/(96)1/2=2nm程度である。
Assume that the number of localized levels in a 20 nm square and 10 nm high region is 128, and that 32 are arranged in the first
電荷蓄積層5,6の生成は、例えば、前述したECRスパッタ法により製造することができる。この場合は、酸素ガス流量を減らす(図18のメタルリッチ領域(1))ことにより実現する。すなわち、第1の電荷蓄積層5の形成時には、酸素ガスを、スパッタリングにより堆積される酸化アルミニウムの屈折率が該酸化アルミニウムの化学量論的組成であるAl2O3の屈折率よりも高い屈折率となる第1の供給量とする。第2の電荷蓄積層6の形成時には、酸素ガスを、スパッタリングにより堆積される酸化アルミニウムの屈折率が第1の電荷蓄積層5の屈折率よりも高い屈折率となる第2の供給量とする。これらにより、第1の電荷蓄積層5の組成は、Al原子が過剰に供給されている組成Al2+x1O3(x1>0)となり、第2の電荷蓄積層6の組成は、Al原子がより過剰に供給されている組成Al2+x2O3(x2>x1)となり、これらのAl原子の局在準位が生成する。
The
この実施例1により、電荷蓄積型メモリセル内における局在準位の数を大きくすることができ、かつ、p型単結晶シリコン基板1までのトンネル経路において、最近接の局在準位の相互間の距離を5nmに保つことができ、良好なデータ保持特性を保つことができる。図3に第1の電荷蓄積層5(タイプ2:3層の局在準位)と第2の電荷蓄積層6(タイプ3:1層の局在準位)の局在準位Pの空間的位置の模式図を示した。
According to the first embodiment, the number of localized levels in the charge storage type memory cell can be increased, and in the tunnel path to the p-type single
図9に、本実施例1を用いた場合の局在準位の相互距離に関する効果を示す。従来例では、20nm角10nm高さのメモリセル領域に128個の局在準位を配置しようとすると、局在準位の相互間隔は、3.15nmとなった。これに対して、本実施例1によれば、半導体基板1から最も離れた位置に局在準位の相互間隔が2nmと密度の高い第2の電荷蓄積層6を設けるために、リークに関与する局在準位の間隔は、第1の電荷蓄積層5の5nmであり、局在準位相互間のトンネルを殆ど無くすことができる。図10に、本実施例1を用いた場合のデータ保持時間に関する効果を示す。従来例のデータ保持時間が8時間(3×104秒)であるのに対し、本実施例1では、10年(3×108秒)程度と長いデータ保持時間を実現できる。
FIG. 9 shows the effect on the mutual distance of the localized levels when Example 1 is used. In the conventional example, when 128 localized levels are arranged in a memory cell region having a height of 20 nm and a height of 10 nm, the mutual interval between the localized levels is 3.15 nm. On the other hand, according to the first embodiment, since the second
図4は実施例2の電荷蓄積型メモリの構造を示す断面図である。この実施例2は、p型単結晶シリコン基板1のソース2とドレイン3を跨ぐような位置に、SiO2 のボトム障壁層4を1nm、Al2+x1O3(x1>0)の第1の電荷蓄積層5(タイプ2)を10nm、Al2+x2O3(x2>x1)の第2の電荷蓄積層6(タイプ3)を0.3nm(1原子層程度)、Al2O3のトップ障壁層7A(タイプ1)を10nm順次積層し、最後に、n型ポリシリコンのゲート電極8を積層している。すなわち、この実施例2は、実施例1の電荷蓄積型メモリにおけるトップ障壁層7を、局在準位の極めて少ない10nmのAl2O3のトップ障壁層7Aに置き換えたものである。
FIG. 4 is a sectional view showing the structure of the charge storage type memory according to the second embodiment. In this Example 2, the
この結果、実施例2では、第1,第2の電荷蓄積層5,6とトップ障壁層7Aを同一の絶縁物Al2O3で構成することができる。図6にタイプ1〜3の局在準位の相互間の距離の比較を示した。タイプ2が5nm、タイプ3が2nmであるのに対し、タイプ1は50nm程度とタイプ2,3に比べて桁違いに大きな距離であり、電荷蓄積効果よりも電荷障壁効果が大きくなっている。
As a result, in the second embodiment, the first and second
図5は図4の電荷蓄積型メモリのバンド構造を示す図である。第1,第2の電荷蓄積層5,6の領域においてトラップ準位が存在し、ここに電子が蓄積される。これらの電荷蓄積層5,6の領域における電流は、トラップ準位を介して流れる電流となる。また、ボトム障壁層4においては、トラップ準位が存在せず、Fowler-Nordheim(F-N)トンネル型となる。また、トップ障壁層7Aにおいては、障壁高さがボトム障壁層4のそれよりも低いが、膜厚がボトム障壁層4よりも厚い為に、電流は殆ど流れない。
FIG. 5 is a diagram showing a band structure of the charge storage type memory of FIG. Trap levels exist in the regions of the first and second
この構造により、電荷蓄積層5,6とトップ障壁層7Aを別の材料に切り替える必要がなくなり、きめ細かい薄膜の制御を行うことができ、かつ製造コストの低減を行うことが可能となる。また、ボトム障壁層4のSiO2はシリコン基板1の熱酸化により容易に形成できるので、製造コストの増加にはつながらない。
With this structure, it is not necessary to switch the
電荷蓄積層5,6の生成は、前述したECRスパッタ法により製造する場合は、実施例1の場合と同様に製造できる。トップ障壁層7Aの生成は、図18のメタル領域(2)又はオキサイド領域(3)を利用してAl2O3の化学量論的組成の膜とする。
The
図7は実施例3の電荷蓄積型メモリの構造を示す断面図である。この実施例3は、p型単結晶シリコン基板1のソース2とドレイン3を跨ぐような位置に、Al2O3のボトム障壁層4A(タイプ1)を1nm、Al2+x1O3(x1>0)の第1の電荷蓄積層5(タイプ2)を10nm、Al2+x2O3(x2>x1)の第2の電荷蓄積層6(タイプ3)を0.3nm(1原子層程度)、Al2O3のトップ障壁層7A(タイプ1)を10nm順次積層し、最後に、n型ポリシリコンのゲート電極8を積層している。すなわち、この実施例3は、実施例1の電荷蓄積型メモリにおけるトップ障壁層7を、局在準位の極めて少ない10nmのAl2O3のトップ障壁層7Aに置き換えると共に、ボトム障壁層4も局在準位の極めて少ない1nmのAl2O3のボトム障壁層4Aに置き換えたものである。この結果、実施例3では、ボトム障壁層4A、電荷蓄積層5,6とトップ障壁層7Aを同一の絶縁物Al2O3で構成することができる。
FIG. 7 is a sectional view showing the structure of the charge storage type memory according to the third embodiment. The third embodiment, in a position astride the
図8は図7の電荷蓄積型メモリのバンド構造を示す図である。第1,第2の電荷蓄積層5,6の領域においてトラップ準位が存在し、ここに電子が蓄積される。これらの電荷蓄積層5,6の領域における電流は、トラップ準位を介して流れる電流となる。また、ボトム障壁層4Aにおいては、トラップ準位が存在せず、Fowler-Nordheim(F-N)トンネル型となる。また、トップ障壁層7Aにおいては、膜厚がボトム障壁層4Aよりも厚い為に、電流は殆ど流れない。
FIG. 8 is a diagram showing a band structure of the charge storage type memory of FIG. Trap levels exist in the regions of the first and second
この構造により、ボトム障壁層4Aと電荷蓄積層5,6とトップ障壁層7Aを別の材料に切り替える必要がなくなり、きめ細かい薄膜の制御を行うことができ、かつ製造コストの低減を行うことが可能となる。
With this structure, it is not necessary to switch the
電荷蓄積層5,6の生成は、前述したECRスパッタ法により製造する場合は、実施例1の場合と同様に製造できる。ボトム障壁層4Aとトップ障壁層7Aの生成は、図18のメタル領域(2)又はオキサイド領域(3)を利用してAl2O3の化学量論的組成の膜とする。
The
なお、以上の実施例1〜3で使用した絶縁物の酸化アルミニウムは、窒化シリコンに置き換えることもできる。この場合は、第1の電荷蓄積層5はシリコンリッチな組成Si3+y1N4(y1>0)とし、第2の電荷蓄積層6はよりシリコンリッチな組成Si3+y2N4(y2>y1)とし、トップ障壁層7Aやボトム障壁層4Aは化学量論的組成のSi3N4とすればよい。
The insulating aluminum oxide used in Examples 1 to 3 can be replaced with silicon nitride. In this case, the first
また、実施例1〜3で使用した酸化アルミニウムの電荷蓄積層5,6は、Al2O3、Si3N4、SiO2等を基材としてそこにタングステンやアルミニウムのような金属原子、あるいはシリコンやゲルマニウムのような半導体原子をドープすることにより局在準位を生成させることも可能であり、これらの場合、第2の電荷蓄積層6は第1の電荷蓄積層5の場合よりも、ドーピング密度を大きくして局在準位の密度を高める。
In addition, the aluminum oxide
さらに、実施例1〜3において単結晶シリコン基板1は、多結晶シリコン基板あるいはアモルファスシリコン基板に代えることができる。また、電荷蓄積型メモリの作製方法において、電荷蓄積層5,6の製法は、ECRスパッタ法やドーピング法以外の製法が制限されるものではない。
Further, in the first to third embodiments, the single
1:p型単結晶シリコン基板
2:ソース
3:ドレイン
4,4A:ボトム障壁層
5:第1の電荷蓄積層
6:第2の電荷蓄積層
7,7A:トップ障壁層
8:ゲート電極
11:p型単結晶シリコン基板
12:ソース
13:ドレイン
14:ボトム障壁層
15:電荷蓄積層
17:トップ障壁層
18:ゲート電極
21:導波管
22:コイル
23:クォーツ窓
24:コイル
25:チャンバ
26:ホルダ
27:半導体基板
28:ターゲット
29:高周波発振器
30,31:ガス注入部
32:電子サイクロトロン共鳴プラズマ
41:p型単結晶シリコン基板
44:ボトム障壁層
45:電荷蓄積層
47:トップ障壁層
48:ゲート電極
1: p-type single crystal silicon substrate 2: source 3: drain 4, 4A: bottom barrier layer 5: first charge storage layer 6: second
Claims (9)
前記電荷蓄積層を、前記ボトム障壁層の側に位置する第1の電荷蓄積層と、前記トップ障壁層の側に位置し、前記第1の電荷蓄積層と同一の複数の元素から構成され、前記第1の電荷蓄積層よりも局在準位密度が高い第2の電荷蓄積層とからなる2層構造としたことを特徴とする電荷蓄積型メモリ。 A semiconductor substrate; a bottom barrier layer deposited on the top surface of the semiconductor substrate; a charge storage layer deposited on the top surface of the bottom barrier layer; a top barrier layer deposited on the top surface of the charge storage layer and thicker than the bottom barrier layer; A charge storage type memory having a gate electrode formed on the upper surface of the top barrier layer and changing a threshold value depending on whether electrons are stored in the charge storage layer;
The charge storage layer is composed of a first charge storage layer located on the bottom barrier layer side and a plurality of elements located on the top barrier layer side and the same as the first charge storage layer, 2. A charge storage type memory having a two-layer structure including a second charge storage layer having a localized level density higher than that of the first charge storage layer.
前記ボトム障壁層および前記トップ障壁層は酸化シリコンであり、
前記電荷蓄積層は窒化シリコン、酸化アルミニウム、又は酸化シリコンのいずれか1つの中に金属原子又は半導体原子を過剰に存在させ局在準位を生成させてなることを特徴とする電荷蓄積型メモリ。 The charge storage type memory according to claim 1,
The bottom barrier layer and the top barrier layer are silicon oxide;
The charge storage memory according to claim 1, wherein the charge storage layer is formed by excessively containing metal atoms or semiconductor atoms in any one of silicon nitride, aluminum oxide, and silicon oxide to generate localized levels.
前記電荷蓄積層および前記トップ障壁層を同一の絶縁物で構成し、
前記トップ障壁層は化学量論的組成の絶縁物でなり、
前記第1の電荷蓄積層は絶縁物を構成する元素である金属原子又は半導体原子が化学量論的に過剰に存在し、該金属原子又は該半導体原子の局在準位を持たせ、該局在準位に電子が蓄積されるようにし、
前記第2の電荷蓄積層は絶縁物を構成する元素である金属原子又は半導体原子が化学量論的に前記第1の電荷蓄積層よりもさらに過剰に存在し、該金属原子又は該半導体原子の局在準位を持たせ、該局在準位に電子が蓄積されるようにしたことを特徴とする電荷蓄積型メモリ。 The charge storage type memory according to claim 1,
The charge storage layer and the top barrier layer are made of the same insulator,
The top barrier layer comprises a stoichiometric insulator,
The first charge storage layer has a stoichiometrically excessive amount of metal atoms or semiconductor atoms, which are elements constituting the insulator, and has a localized level of the metal atoms or the semiconductor atoms. So that the electrons accumulate in the level,
In the second charge storage layer, metal atoms or semiconductor atoms that are elements constituting the insulator are stoichiometrically present in an excessive amount more than the first charge storage layer, and the metal atoms or the semiconductor atoms A charge storage type memory characterized by having a localized level and storing electrons in the localized level.
前記ボトム障壁層、前記電荷蓄積層および前記トップ障壁層を同一の絶縁物で構成し、
前記ボトム障壁層および前記トップ障壁層は化学量論的組成の絶縁物でなり、
前記第1の電荷蓄積層は絶縁物を構成する元素である金属原子又は半導体原子が化学量論的に過剰に存在し、該金属原子又は該半導体原子の局在準位を持たせ、該局在準位に電子が蓄積されるようにし、
前記第2の電荷蓄積層は絶縁物を構成する元素である金属原子又は半導体原子が化学量論的に前記第1の電荷蓄積層よりもさらに過剰に存在し、該金属原子又は該半導体原子の局在準位を持たせ、該局在準位に電子が蓄積されるようにしたことを特徴とする電荷蓄積型メモリ。 The charge storage type memory according to claim 1,
The bottom barrier layer, the charge storage layer and the top barrier layer are made of the same insulator,
The bottom barrier layer and the top barrier layer are made of an insulator having a stoichiometric composition,
The first charge storage layer has a stoichiometrically excessive amount of metal atoms or semiconductor atoms, which are elements constituting the insulator, and has a localized level of the metal atoms or the semiconductor atoms. So that the electrons accumulate in the level,
In the second charge storage layer, metal atoms or semiconductor atoms that are elements constituting the insulator are stoichiometrically present in an excessive amount more than the first charge storage layer, and the metal atoms or the semiconductor atoms A charge storage type memory characterized by having a localized level and storing electrons in the localized level.
前記絶縁物として酸化アルミニウムを用い、前記電荷蓄積層に存在する前記金属原子としてアルミニウム原子を用いたことを特徴とする電荷蓄積型メモリ。 The charge storage type memory according to claim 3 or 4,
A charge storage type memory using aluminum oxide as the insulator and aluminum atoms as the metal atoms present in the charge storage layer.
前記絶縁物として窒化シリコンを用い、前記電荷蓄積層に存在する前記半導体原子としてシリコン原子を用いたことを特徴とする電荷蓄積型メモリ。 The charge storage type memory according to claim 3 or 4,
A charge storage type memory using silicon nitride as the insulator and silicon atoms as the semiconductor atoms present in the charge storage layer.
前記半導体基板は、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、又はアモルファスシリコンン基板からなることを特徴とする電荷蓄積型メモリ。 The charge storage type memory according to any one of claims 1 to 6,
2. The charge storage memory according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is a single crystal silicon substrate, a polycrystalline silicon substrate, or an amorphous silicon substrate.
電子サイクロトロン共鳴型のプラズマ発生手段と、該プラズマ発生手段に希ガスおよび酸素ガスを供給するガス供給手段と、前記プラズマ発生手段内に設置されるアルミニウムからなるターゲットと、前記プラズマ発生手段内に設置される半導体基板と、前記ターゲットへの高周波電力印加手段とを少なくとも有するスパッタリング手段を使用し、
前記第1の電荷蓄積層の形成時には、前記酸素ガスを、スパッタリングにより前記半導体基板上に堆積される酸化アルミニウムの屈折率が該酸化アルミニウムの化学量論的組成であるAl2O3の屈折率よりも高い屈折率となる第1の供給量とし、
前記第2の電荷蓄積層の形成時には、前記酸素ガスを、スパッタリングにより前記半導体基板上に堆積される酸化アルミニウムの屈折率が前記第1の電荷蓄積層の屈折率よりも高い屈折率となる第2の供給量とし、
前記トップ障壁層の形成時には、前記酸素ガスを、スパッタリングにより前記半導体基板上に堆積される酸化アルミニウムの屈折率が該酸化アルミニウムの化学量論的組成であるAl2O3の屈折率となる第3の供給量とする、
ことを特徴とする電荷蓄積型メモリの製造方法。 A method for manufacturing the charge storage type memory according to claim 3, comprising:
Electron cyclotron resonance type plasma generating means, gas supply means for supplying a rare gas and oxygen gas to the plasma generating means, a target made of aluminum installed in the plasma generating means, and installed in the plasma generating means Using a sputtering means having at least a semiconductor substrate and a high-frequency power application means to the target,
At the time of forming the first charge storage layer, the refractive index of Al 2 O 3 in which the refractive index of aluminum oxide deposited on the semiconductor substrate by sputtering is the stoichiometric composition of the aluminum oxide is formed by using the oxygen gas. A first supply amount with a higher refractive index than
When the second charge storage layer is formed, oxygen gas is used to form a first refractive index of aluminum oxide deposited on the semiconductor substrate by sputtering so that the refractive index is higher than the refractive index of the first charge storage layer. 2 supply amount,
At the time of forming the top barrier layer, the oxygen gas is deposited on the semiconductor substrate by sputtering so that the refractive index of the aluminum oxide becomes the refractive index of Al 2 O 3 which is the stoichiometric composition of the aluminum oxide. 3 supply amount,
A method for manufacturing a charge storage type memory.
電子サイクロトロン共鳴型のプラズマ発生手段と、該プラズマ発生手段に希ガスおよび酸素ガスを供給するガス供給手段と、前記プラズマ発生手段内に設置されるアルミニウムからなるターゲットと、前記プラズマ発生手段内に設置される半導体基板と、前記ターゲットへの高周波電力印加手段とを少なくとも有するスパッタリング手段を使用し、
前記第1の電荷蓄積層の形成時には、前記酸素ガスを、スパッタリングにより前記半導体基板上に堆積される酸化アルミニウムの屈折率が該酸化アルミニウムの化学量論的組成であるAl2O3の屈折率よりも高い屈折率となる第1の供給量とし、
前記第2の電荷蓄積層の形成時には、前記酸素ガスを、スパッタリングにより前記半導体基板上に堆積される酸化アルミニウムの屈折率が前記第1の電荷蓄積層の屈折率よりも高い屈折率となる第2の供給量とし、
前記ボトム障壁層および前記トップ障壁層の形成時には、前記酸素ガスを、スパッタリングにより前記半導体基板上に堆積される酸化アルミニウムの屈折率が該酸化アルミニウムの化学量論的組成であるAl2O3の屈折率となる第3の供給量とする、
ことを特徴とする電荷蓄積型メモリの製造方法。 A method of manufacturing the charge storage type memory according to claim 4, comprising:
Electron cyclotron resonance type plasma generating means, gas supply means for supplying a rare gas and oxygen gas to the plasma generating means, a target made of aluminum installed in the plasma generating means, and installed in the plasma generating means Using a sputtering means having at least a semiconductor substrate and a high-frequency power application means to the target,
At the time of forming the first charge storage layer, the refractive index of Al 2 O 3 in which the refractive index of aluminum oxide deposited on the semiconductor substrate by sputtering is the stoichiometric composition of the aluminum oxide is formed by using the oxygen gas. A first supply amount with a higher refractive index than
When the second charge storage layer is formed, oxygen gas is used to form a first refractive index of aluminum oxide deposited on the semiconductor substrate by sputtering so that the refractive index is higher than the refractive index of the first charge storage layer. 2 supply amount,
At the time of forming the bottom barrier layer and the top barrier layer, the oxygen gas is sputtered with Al 2 O 3 whose refractive index of aluminum oxide deposited on the semiconductor substrate by sputtering is the stoichiometric composition of the aluminum oxide. A third supply amount that becomes a refractive index is used.
A method for manufacturing a charge storage type memory.
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