本发明专利技术提供一种使数据保持特性提高的非易失性半导体存储器件。在通过热载流子注入来进行写入或者擦除的存储单元中，包括作为由电荷蓄积部的氮化硅膜（ＳＩＮ）、位于其上下的氧化膜（ＢＯＴＯＸ）、（ＴＯＰＯＸ）的层叠膜构成的ＯＮＯ膜；其上部的存储器栅电极（ＭＧ）；源极区域（ＭＳ）以及漏极区域（ＭＤ），使包含在氮化硅膜（ＳＩＮ）中的Ｎ－Ｈ键和Ｓｉ－Ｈ键的总密度为５×１０↑［２０］ｃｍ↑［－３］以下。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及非易失性半导体存储器件，特别是涉及适合于提高数 据保持特性的非易失性半导体存储器件。
技术介绍
作为可进行电写入/擦除的非易失性半导体存储器件，EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory: 电擦除 可编程只读存储器)被广泛应用。现在广泛应用的以闪存器为代表的 这些存储器件(存储器)是如下所述的存储器件，即在MOS (Metal Oxide Semiconductor:金属氧化物半导体)晶体管的栅电极下具有用 氧化膜包围的导电性浮置栅电极、陷阱性绝缘膜，将浮置栅电极、陷 阱性绝缘膜中的电荷蓄积状态作为存储信息，并将其作为晶体管的阈 寸直进4亍读出。该陷阱性绝缘膜是指可进行电荷蓄积的绝缘膜，作为 一例可列举 氮化硅膜等。通过对这种电荷蓄积区域注入/释放电荷来使MOS晶体 管的阈值改变(shift),使其作为存储元件进行工作。将这种以氮化 硅膜作为电荷蓄积区域的非易失性存储器称为MONOS ( Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor:金属氧化氮氧化硅)型存储器，与导电 性的浮置栅极膜相比，由于离散地蓄积电荷，所以数据保持的可靠性 优良。另外，由于数据保持的可靠性优良，所以具有能够使氮化硅膜 上下的氧化膜薄膜化，并可实现写入/擦除动作的低电压化等优点。在上述MONOS型存储器的电荷蓄积区域上所使用的氮化硅膜 一定含有氢，已知利用通常采用的减压化学汽相沉积(LPCVD: Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法进4亍成月莫时的含氢浓度为3 x 10cn^左右(例如参照非专利文献1)。这些氢以硅与氢的键(Si-H键)或氮与氢的键(N-H键)的形式而存在， 一般而言，N-H键比 Si-H键多(例如参照非专利文献2)。对于在MONOS型存储器的电荷蓄积区域上使用的氮化硅膜的 氢，有若干个通过降低Si-H键的密度来使数据保持特性提高的提案。 在专利文献1 (特开2006-128593号公报)中，在二氯硅烷 (DCS:SiCl2H2)/氨(NH3)的流量比为0.1以下的条件下利用化学汽 相沉积(CVD:Chemical Vapor Deposition)法对氮化硅膜进行成膜， 使Si-H键的密度为1 x 10cm-s以下。其结果，氮化硅膜中的陷阱密 度下降，难以引起氮化硅膜中的电荷的移动，能够提高数据保持特性。在专利文献2 (特开2004-356562号公报)中，使用原子层沉积 (ALD: Atomic Layer Deposition )法，使氮化硅膜中的Si画H键的密 度为1 x l02Gcm—3以下。其结果，能够减少氮化硅膜中较浅的陷阱， 难以引起氮化硅膜中的电荷的移动，使数据保持特性提高。在氮化硅膜中关注Si-H键而不关注以比Si-H键密度高的密度而 存在的N-H键，是因为Si-H键的键能更小、用制造工序中的热负荷 等能量键易于断开的缘故。作为还包含N-H键而形成氢浓度低的氮化硅膜的方法，有使用不 含氢的气体来成膜的方法，在专利文献3 (特开2002-203917号公报) 中公开了采用四氯化硅SiCI4与已电离的等离子状态的氮来形成氮化 硅膜的方法。专利文献1:日本特开2006-128593号公报专利文献2:日本特开2004-356562号公报专利文献3:日本特开2002-203917号7〉才艮非专利文献1: Physical Review B,Vol. 48, pp. 5444,1993.非专利文献2: Journal of the Electrochemical Society, Vol. 124, pp. 909， 1977.
技术实现思路
本专利技术要解决的课题是在具有使用氮化硅膜作为电荷蓄积区域并注入热载流子(热电子或者热空穴)进行写入或者擦除的非易失性理引起的数据保持特性的恶化。使上述数据保持特性恶化的机理由氢的释放、氢的扩散、基 于氢的劣化反应这三个构成。以下，对各个机理进行说明。在此，将对氮化硅膜注入电子来提高MONOS型存储器的阈值电 压定义为写入，将阈值电压已上升的状态定义为写入状态，将 对氮化硅膜注入空穴或者释放蓄积在氮化硅膜上的电子来降低 MONOS型存储器的阈值电压定义为擦除，将阈值电压已下降的 状态定义为擦除状态。另外，以下，基于n沟道的MONOS型存 储器进行说明。但在p沟道的MONOS型存储器中，原理上也能够同 样地进行处理。最初的氩的释放是由对电荷蓄积区域的氮化硅膜在写入时注 入热电子、或者在擦除时注入热空穴而引起的。利用热载流子的能量 切断存在于氮化硅膜中的N-H键和Si-H键，产生未结合的氢。若在 该状态下温度上升为IO(TC ~ 150。C左右的高温时，则未结合的氢从氮 化硅膜被释放到氧化硅膜、硅衬底上。热载流子的能量比制造工序中 的热能高，不仅是Si-H键，键能高于Si-H键的N-H键也被切断。因而，减少密度高于Si-H键的N-H键这一点对氢的释放量的减 小是有效的。另外，还有热载流子注入的温度越高，数据保持特性的 恶化就越大这样的特征。这是因为在氢易于被释放的高温下进行热载 流子注入，而成为未结合状态的氢在进行再结合之前被释放的概率较 高，所以氢的释放量增多的缘故。接下来的氢的扩散，，是在保持于高温中发生的。从电荷蓄积区 域的氮化硅膜释放出的氢在氧化硅膜中或者硅衬底中扩散，并从释放 出氢的存储单元向周围蔓延。在未进行热载流子注入的存储单元中， 当从周围的进行了热载流子注入的存储单元释放出的氢产生扩散时， 也会引起数据保持特性的恶化。另外，由于保持的温度越高，扩散就 越快，所以数据保持特性的恶化就会变大。基于氢的劣化反应被认为是引起与作为p型晶体管的劣化现象而被熟知的NBTI ( Negative Bias Temperature Instability:负偏温不稳定性)同样的劣化反应。当扩散的氢在写入状态下到达阈值电压较 高的存储单元时，扩散来的氢与蓄积在硅衬底上的空穴引起NBTI反 应，在硅衬底/氧化硅膜的界面生成界面能级，在氧化硅膜中生成正固 定电荷。这些界面能级与正固定电荷使写入状态的阈值电压下降，引 起数据保持的恶化。由于在硅衬底上蓄积有空穴是数据保持特性恶化 的条件，所以在擦除状态下阈值电压较低的存储单元中，由于在硅衬 底的表面没有蓄积空穴，因此不会引起基于氢的劣化反应。另外，在 p沟道的MONOS型存储器的情况下，在阈值电压高且沟道处于倒相 状态的存储单元中，将引起基于氢的劣化反应。从以上的机理可知，作为该劣化的特征可列举出(a)热载流子 注入时的衬底温度越高，数据保持特性的恶化就越大；(b)数据保持 的温度越高，数据保持特性的恶化就越大；(c)在擦除状态下不会引 起阈值电压的降低；(d)当在周围的存储单元中进行热载流子注入时 则在未进行热载流子注入的存储单元中也能观察到数据保持特性的 恶化等。分别在图19~图22中示出表示这些特征(a) ~ (d)的数据保 持特性。图19是在以衬底温度125。C和150。C进行了改写后且以衬底 温度150°C进行了保持的情况下进行写入后的存储单本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种非易失性半导体存储器件，其特征在于，具有：形成在半导体衬底中的一对源极区域和漏极区域；形成在上述源极区域和漏极区域之间的上述半导体衬底的区域上的第一栅电极；以及形成在上述半导体衬底的表面与上述第一栅电极之间的电荷蓄积部，其中，上述电荷蓄积部包含Ｎ－Ｈ键、硅以及Ｓｉ－Ｈ键的总密度为５×１０↑［２０］ｃｍ↑［－３］以下的第一氮化膜，通过对上述电荷蓄积部注入热载流子来进行写入或擦除。
【技术特征摘要】
JP 2007-4-27 2007-1191221.一种非易失性半导体存储器件，其特征在于，具有形成在半导体衬底中的一对源极区域和漏极区域；形成在上述源极区域和漏极区域之间的上述半导体衬底的区域上的第一栅电极；以及形成在上述半导体衬底的表面与上述第一栅电极之间的电荷蓄积部，其中，上述电荷蓄积部包含N-H键、硅以及Si-H键的总密度为5×1020cm-3以下的第一氮化膜，通过对上述电荷蓄积部注入热载流子来进行写入或擦除。2. 根据权利要求1所述的非易失性半导体存储器件，其特征在于上述电荷蓄积部还包含第二氮化膜，上述第一氮化膜配置在上述第二氮化膜与上述半导体衬底的表 面之间。3. 根据权利要求2所述的非易失性半导体存储器件，其特征在于 ' 上述第一氮化膜的膜厚为3nm以下。4. 根据权利要求2所述的非易失性半导体存储器件，其特征在于上述电荷蓄积部还包含第三氮化膜，上述第三氮化膜配置在上述第二氮化膜与上述第一栅电极之间， 上述第三氮化膜是N-H键和Si-H键的总密度为5x 1(^cm-s以下的氮化膜。5. 根据权利要求4所述的非易失性半导体存储器件，其特征在于上述第三氮化膜的膜厚为3nm以下。6. 根据权利要求1所述的非易失性半导体存储器件，其特征在于还具有形成在上述源极区域和漏极区域之间的上述半导体衬底 的区域上的第二栅电极。7. 根据权利要求1所述的非易失性半导体存储器件，其特征在于上述第一氮化膜在通过化学气相沉积法沉积了氮化膜以后，用等 离子状态的氮进行氮化而形成。8. 根据权利要求1所述的非易失性半导体存储器件，其特征在于上述第 一 氮化膜通过溅射法进行沉积而形成。9. 根据权利要求1所述的非易失性半导体存储器件，其特征在于上述第一氮化膜通过使SiCU或者Si2Cl6与等离子状态的氮气交替曝露的原子层沉积法进行沉积而形成。10. 根据权利要求1所述的非易失性半导体存储器件，其特征在于还在上述第一氮化膜与上述半导体衬底的表面之间配置有氧化膜，上述第一氮化膜通过对上述氧化膜的一部分进行等离子体氮化 而形成。11. 根据权利要求1所述的非易失性半导体存储器件，其特征在于上述第一氮化膜是氧氮化膜。12. 根据权利要求1所述的非易失性半导体存储器件，其特征在于上述氮化膜是氮化硅膜...
【专利技术属性】
技术研发人员：石丸哲也，岛本泰洋，峰利之，青木康伸，鸟羽功一，安井感，
申请(专利权)人：株式会社瑞萨科技，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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