(57)【要約】【課題】金属膜からなるＦＧを用いることで、書き込み特性及びリテンション特性を向上させた不揮発性半導体記憶装置を提供する。【解決手段】不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板上に形成された第１のゲート絶縁層、前記半導体基板上に前記第1のゲート絶縁層を介して形成された浮遊ゲート、前記浮遊ゲート上に形成された第２のゲート絶縁層、及び前記浮遊ゲート上に前記第２のゲート絶縁層を介して形成された制御ゲートを有するメモリセルを備え、前記浮遊ゲートは、前記第１のゲート絶縁膜と接する第１の半導体膜、及び前記半導体膜上に積層された金属膜とからなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された第１のゲート絶縁膜、前記半導体基板上に前記第1のゲート絶縁膜を介して形成された浮遊ゲート、前記浮遊ゲート上に形成された第２のゲート絶縁膜、及び前記浮遊ゲート上に前記第２のゲート絶縁膜を介して形成された制御ゲートを有するメモリセルを備え、
前記浮遊ゲートは、前記第１のゲート絶縁膜と接する第１の半導体膜、及び前記半導体膜上に積層された金属膜を備えた
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
【請求項２】
前記浮遊ゲートの金属膜は、前記浮遊ゲートの第１の半導体膜よりも積層方向に垂直な断面の面積が広いことを特徴とする請求項１記載の不揮発性半導体記憶装置。
【請求項３】
前記浮遊ゲートは、前記金属膜上に積層された第２の半導体膜を備えることを特徴とする請求項１記載の不揮発性半導体記憶装置。
【請求項４】
前記浮遊ゲートは、前記金属膜及び第２の半導体膜間に他の金属膜及び半導体膜からなる１又は２以上の積層体を備えることを特徴とする請求項３記載の不揮発性半導体記憶装置。
【請求項５】
前記浮遊ゲートの第１の半導体膜にドープされる不純物は、書き込み時に、前記第１のゲート絶縁膜近傍に反転層が形成される濃度よりも低く、読み出し時に、前記第１のゲート絶縁膜近傍に反転層が形成されない濃度よりも高いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の不揮発性半導体記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不揮発性半導体記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来浮遊ゲート構造を有するメモリセルでは、浮遊ゲート（以下、“ＦＧ”と呼ぶ）と制御ゲート（以下、“ＣＧ”と呼ぶ）との容量結合を強くするために、ＦＧとＣＧの対向面積を大きくする必要があるため、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）上のＣＧの高さを低くする形状が用いられていた（特許文献１）。しかしながら、メモリの高集積化によるメモリセルサイズの縮小化に伴い、ＳＴＩ間隔が小さくなる。このため、ＣＧ−ＦＧ間の絶縁膜（以下、“ＩＰＤ”：Inter-Poly-Si Dielectricsと呼ぶ）の形成やＣＧの埋め込みが困難となり、ＣＧは平面構造にならざるを得ない。この場合、ＣＧ−ＦＧの対向面積と素子領域（以下、“ＡＡ”と呼ぶ）表面の面積とが同程度になるため、ＦＧとＣＧとの容量結合比（以下、“Ｃｒ”と呼ぶ）が低下し、書込み・消去・読出し動作に問題が発生していた。これを解決するために、トンネル絶縁膜の薄膜化によってトンネル電流を増大する方法が考えられるが、薄膜化によって保持時のトンネル確率も増大するため書込み状態の保持特性（以下、“リテンション特性”と呼ぶこともある）が劣化する。
【０００３】
一方、ＦＧとして一般に、不純物をドーピングしたポリシリコンが用いられている。ポリシリコン電極を用いる際には、書込み・消去・読出し時に空乏化を防止するために、高濃度（1020cm-3）の不純物がドープされている。しかしながら、素子の微細化に伴い層間絶縁膜などＦＧに接する絶縁層にポリシリコンから不純物が吸いだされる効果によりＦＧ中に十分に高濃度で不純物濃度をドープすることが困難であった。そのため、書込み・消去・読出し時にＦＧが空乏化し、リテンション特定の劣化が問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２２８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、書き込み特性及びリテンション特性を向上させた不揮発性半導体記憶装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板上に形成された第１のゲート絶縁層、前記半導体基板上に前記第1のゲート絶縁層を介して形成された浮遊ゲート、前記浮遊ゲート上に形成された第２のゲート絶縁層、及び前記浮遊ゲート上に前記第２のゲート絶縁層を介して形成された制御ゲートを有するメモリセルを備え、前記浮遊ゲートは、前記第１のゲート絶縁膜と接する第１の半導体膜、及び前記半導体膜上に積層された金属膜を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、書き込み特性及びリテンション特性を向上させた不揮発性半導体記憶装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの断面図である。
【図２】本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置における書き込み時の状態を説明する図である。
【図３】本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置における読み出し時の状態を説明する図である。
【図４Ａ】本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの製造工程を示す図である。
【図４Ｂ】本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの製造工程を示す図である。
【図４Ｃ】本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの製造工程を示す図である。
【図４Ｄ】本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの製造工程を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの断面図である。
【図６Ａ】本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの製造工程を示す図である。
【図６Ｂ】本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの製造工程を示す図である。
【図６Ｃ】本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの製造工程を示す図である。
【図６Ｄ】本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの製造工程を示す図である。
【図６Ｅ】本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの製造工程を示す図である。
【図６Ｆ】本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの製造工程を示す図である。
【図７Ａ】本発明の第３の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの断面図である。
【図７Ｂ】本発明の第３の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの断面図である。
【図８】本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置における書き込み時の状態を説明する図である。
【図９】本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置における読み出し時の状態を説明する図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態を説明する。
【００１０】
［第１の実施形態］
［メモリセルの構造］
図1は、本発明の第１の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセル１００の断面図である。
【００１１】
このメモリセル１００は、半導体基板であるシリコン（Si）基板１０１と、この上に形成された第１のゲート絶縁層であるトンネル絶縁膜１０２、このトンネル絶縁膜１０２を介してシリコン基板１０１のＡＡ上に形成されたＦＧ、第２のゲート絶縁膜であるＩＰＤ膜１０６、及びＣＧ１０７からなる積層体とから構成されている。ここで、ＦＧは、ポリシリコンからなる第１の半導体膜１０４と、ＩＰＤ膜１０６に接する所定厚の金属膜１０５とからなる。また、ＣＧ１０７が延びる方向に隣接するメモリセル１００のＦＧから下の部分間は、ＣＧ１０７と直交する所定深さのＳＴＩ１０３によって相互に分離されている。
【００１２】
このように、ＦＧのＣＧ１０７に対向する部分に金属膜１０５を設けることで、ＦＧ−ＣＧ間容量に対する空乏化の影響を排除させることができる。
【００１３】
次に、図２及び図３を用いてメモリセル１００のＦＧの半導体膜１０４に対し、ドープされる不純物の濃度について説明する。
【００１４】
図２及び図３は、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置における書き込み時及び読み出し時の状態を説明する図である。
【００１５】
メモリセル１００では、書き込み時、トンネル絶縁膜１０２を通るキャリアのトンネリングによってＦＧに電荷を蓄積させるため、読み出し時に比べて高い電圧がＣＧ１０７に印加される。そこで、ＦＧの半導体膜１０４にドープされる不純物の濃度を、書き込み時に印加される電圧ＶｐｇｍによってＦＧの半導体膜１０４のうちの図２に示すトンネル絶縁膜１０２近傍に反転層（ホール）１１１が形成される濃度Ｎｐｏｌｙｍａｘ（Ｖｐｇｍ）以下とし、且つ、読み出し時に印加される電圧ＶｒｅａｄによってＦＧの半導体膜１０４のうちの図３に示すトンネル絶縁膜１０２近傍に反転層が形成されない濃度Ｎｐｏｌｙｍｉｎ（Ｖｒｅａｄ）より高くする。つまり、ＦＧの半導体膜１０４の不純物濃度Ｎｐｏｌｙは、Ｎｐｏｌｙｍｉｎ（Ｖｒｅａｄ）＜Ｎｐｏｌｙ＜Ｎｐｏｌｙｍａｘ（Ｖｐｇｍ）となるよう設定される。
【００１６】
これにより、読み出し時における実効的なトンネル膜厚ＥＯＴは、トンネル絶縁膜１０２の物理的な膜厚に、ＦＧの半導体膜１０４に形成される空乏層１１３の幅を加えたものとなる。一方、書き込み時においては、ＦＧの半導体膜１０４とこの半導体膜１０４に対向するシリコン基板１０１のＡＡに反転層（電子）１１２が形成されるため、実効的なトンネル膜厚ＥＯＴは、量子効果により若干の相違は発生するものの、トンネル絶縁膜１０２の物理的な膜厚とほぼ等しくなる。
【００１７】
ここで、トンネル絶縁膜１０２自体のシリコン酸化膜（SiO2）換算膜厚をＴｏｘ、読み出し時の空乏層幅をｔｄｅｐ、半導体膜１０４の誘電率をεSi、及びシリコン酸化膜の誘電率をεＯＸとすると、書き込み時、読出し時のＦＧ−ＡＡ間の実効的なトンネル膜厚ＥＯＴは、それぞれＥＯＴ＝Ｔｏｘ、ＥＯＴ＝Ｔｒｅａｄ＝Ｔｏｘ＋ｔｄｅｐ×εｏｘ／εSiとなる。これらからも分かるように、本実施形態では、書き込み時及び読み出し時の実効的なトンネル膜厚ＥＯＴが異なる。このように、半導体膜１０４にドープされる不純物の濃度を決定することで、トンネル絶縁膜１０２を薄膜化することができる。
【００１８】
一方、書き込み時に電荷のトンネル効率を上げるためには、トンネル絶縁膜に掛かる電界強度を強くしたり、トンネル絶縁膜を薄膜化したりすることが有効である。しかし、ＦＧ及びＣＧの対向する領域が平坦な場合には容量結合比Ｃｒを大きくすることができないため、トンネル絶縁膜に掛かる電界強度を強くすると、ＦＧ−ＣＧ間の電界強度も上昇し、ＩＰＤ膜を介してリークされる電荷が増大してしまう。したがって、実効的なトンネル膜厚を薄くすることによりトンネル効率を向上させることが望ましい。
【００１９】
但し、従来のように、ポリシリコンに不純物が高濃度にドープされている場合、空乏層幅が小さいため、読み出し時の実効的なトンネル膜厚はトンネル絶縁膜自体のシリコン酸化膜換算膜厚と同程度になってしまう。この場合、トンネル絶縁膜を薄膜化させると読み出し時に誤書き込みが生じることになる。
【００２０】
その点、本実施形態では、書き込み時の実効的なトンネル膜厚ＴＯＥはトンネル絶縁膜自体のシリコン酸化膜換算膜厚Ｔｏｘであるのに対し、読み出し時の実効的なトンネル膜厚ＴＯＥは空乏層１１３の分だけ厚膜化されるため、上記問題を回避することができる。
【００２１】
さらに、プログラム状態で放置させた場合、ＡＡに電子の反転層１１２が形成され、トンネル絶縁膜１０２に掛かる電界強度が低下するため、リテンション特性を改善させることができる。
【００２２】
以上から、本実施形態によれば、書き込み特性及びリテンション特性に優れた不揮発性半導体記憶装置を提供することができる。
【００２３】
なお、ＦＧの半導体膜１０４にドープされる不純物の濃度Ｎｐｏｌｙは、ＩＰＤ膜１０６の厚さ、材質の誘電率ε、書き込み時及び読み出し時の印加電圧Ｖｐｇｍ及びＶｒｅａｄ、トンネル絶縁膜１０２自体のシリコン酸化膜換算膜厚Ｔｏｘ、読み出し時の空乏層１１３の幅ｔｄｅｐなどにより、任意に設定することができるが、５×１０１８ｃｍ−３〜５×１０１９ｃｍ−３になることが望ましい。
【００２４】
［メモリセルの製造方法］
次に、図４Ａ〜図４Ｄを用いて本実施形態に係る半導体記憶装置のメモリセル１００の製造方法について説明する。
【００２５】
まず、図４Ａにおいて、シリコン基板１５１上にトンネル絶縁膜１０２となるSiO2からなる絶縁層１５２、ＦＧの半導体膜１０４となるポリシリコンからなる半導体層１５４、ＦＧの金属膜１０５となるWSiからなる金属層１５５を順次堆積させる。なお、金属層１５５として、WSiの他、Cu、Ti、Pt、あるいはTiNなど任意の導体を用いることができる。
【００２６】
続いて、図４Ｂにおいて、隣接メモリセル１００間にＲＩＥを用いて深さがシリコン基板１５１の内側に達する平行する複数の溝１５８を形成する。
【００２７】
続いて、図４Ｃにおいて、溝１５８に、絶縁膜１０３となる、例えば、SiO2からなる埋め込み絶縁体１５３を埋め込みＳＴＩを形成する。その後、この埋め込み絶縁体１５３上面をＣＭＰを用いて平坦化させる。なお、図４Ｃの場合、ＣＭＰのストッパとして金属層１５５を用いているが、必要に応じ、例えば、金属層１５５上にSiNからなる保護膜を形成しても良い。但し、この場合、その後に保護膜を除去する必要がある。
【００２８】
最後に、図４Ｄにおいて、埋め込み絶縁体１５３及び金属層１５５上にＩＰＤ膜１０６となるＩＰＤ層１５６、ＣＧとなるポリシリコンからなる半導体層１５７を順次堆積させる。ここで、ＩＰＤ層１５６は、例えば、SiN及びSiO2の積層膜を用いることができる他、HfO2、Al2O3等の高誘電体膜、これら高誘電体膜の積層膜、あるいは高誘電体膜とSiO2、SiN等との積層膜を用いることもできる。
【００２９】
なお、上記説明では、なお半導体層１５４に対する不純物のドーピング工程を省略したが、半導体層１５４を堆積後にイオン注入によってドープしても良いし、堆積過程と同時にドープしても良い。
【００３０】
また、上記方法では、トンネル絶縁膜１０２及びＦＧを形成した後、ＳＴＩを形成したが、この他、ＳＴＩ形成後、トンネル絶縁膜１０２及びＦＧを形成してもメモリセル１００を製造することができる。
【００３１】
［第２の実施形態］
［メモリセルの構造］
図５は、本発明の第２の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセル２００の断面図である。
【００３２】
このメモリセル２００は、ＦＧの金属膜２０５が、ＦＧの第１の半導体膜２０４より広くなっている点を除いて、第１の実施形態に係るメモリセル１００と同様の構造を有している。
【００３３】
本実施形態によれば、ＦＧの金属膜２０５を半導体膜２０４に比べて広くすることで、ＦＧとＣＧとの対向面積が、ＦＧとＡＡとの対向面積より広くなる。その結果、ＦＧ−ＣＧ間容量がＦＧ−ＡＡ間容量より大きくなるため、第１の実施形態より容量結合比Ｃｒを大きくすることができる。
【００３４】
なお、金属層２０５の材料としては、加工容易性、熱的安定性、酸化に対する耐性、コスト等の生産性、及び絶縁膜２０３やＩＰＤ膜２０６等の整合性などを考慮した上で、TiN、TaN、あるいはWSi等のシリサイドなど、任意の金属を用いることができる。
【００３５】
［メモリセルの製造方法］
次に、図６を用いて本実施形態に係る半導体記憶装置のメモリセル２００の製造方法について説明する。
【００３６】
まず、図６Ａにおいて、シリコン基板２５１上にトンネル絶縁膜２０２となるSiO2からなる絶縁層２５２、ＦＧの半導体膜２０４となるポリシリコンからなる半導体層２５４、SiN等からなるダミー層２５８を順次堆積させる。
【００３７】
続いて、図６Ｂにおいて、隣接メモリセル２００間にＲＩＥを用いて深さがシリコン基板２５１の内部に達する平行な複数の溝２５９を形成する。
【００３８】
続いて、図６Ｃにおいて、溝２５９に、絶縁膜２０３となる、例えば、SiO2からなる埋め込み絶縁体１５３を埋め込んでＳＴＩを形成する。その後、埋め込み絶縁体２５３上面をＣＭＰを用いて平坦化させる。
【００３９】
続いて、図６Ｄにおいて、ダミー層２５８を剥離させる。その際、金属層２５４上面に対し突出した埋め込み絶縁体２５３の一部分２５３ａも除去しておく。
【００４０】
続いて、図６Ｅにおいて、図６Ｄによって、埋め込み絶縁体２５３及び半導体層２５４の上面に、高さが埋め込み絶縁体２５３の最上面に達する金属膜２０５となる金属層２５５を堆積させる。その後、埋め込み絶縁体２５３及び金属層２５５の上面をＣＭＰを用いて平坦化させる。なお、金属層２５５として、WSiの他、任意の材料を用いることができる。
【００４１】
最後に、図６Ｆにおいて、平坦化された埋め込み絶縁体２５３及び金属層２５５上にＩＰＤ膜２０６となるＩＰＤ層２５６、ＣＧとなるポリシリコンからなる半導体層２５７を順次堆積させる。ここでも、第１の実施形態と同様、ＩＰＤ層２５６は、例えばSiN及びSiO2の積層膜を用いることができる他、HfO2、Al2O3等の高誘電体膜、これら高誘電体膜の積層膜、あるいは高誘電体膜とSiO2、SiN等との積層膜などを用いることもできる。
【００４２】
なお、上記説明では、トンネル絶縁膜２０２及びＦＧの半導体膜２５４を形成した後、ＳＴＩを形成したが、この他、ＳＴＩ形成後、トンネル絶縁膜２０２及びＦＧを形成してもメモリセル２００を製造することができる。
【００４３】
［第３の実施形態］
図７Ａは、本発明の第３の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセル３００の断面図である。
【００４４】
このメモリセル３００は、ＦＧが、トンネル絶縁膜３０２からＩＰＤ膜３０６にかけて、第１の半導体膜３０４ａ、金属膜３０５、及び第２の半導体膜３０４ｂを積層された構造となっている。その他に関しては、第１の実施形態に係るメモリセル１００と同様の構造を有している。
【００４５】
このようなＦＧの構造によれば、前記第１及び第２の半導体膜３０４ａ及び３０４ｂの膜厚やドーパント濃度は任意に設定することができるが、例えば、図７Ｂに示すように、第1及び第2の半導体膜３０４ａをｐ型不純物としてホウ素（B）がドープされたポリシリコンとし、金属膜３０５としてポリシリコンの電導帯付近の仕事関数を有する金属を用いると、ＦＧの金属膜３０５中のポテンシャルが低下し電子の安定性が増すために、良好な保持特性が実現できる。ポリシリコン中のホウ素濃度は任意に設定できるが、１０２０ｃｍ−３程度の高濃度であることが望ましい。また、前記の金属は任意に選ぶことができるが、上記のＦＧ中の電子を安定化には仕事関数が電導帯付近である、例えば、WやPtなどの金属が望ましいが、ポリSi中のｐ型不純物濃度が十分に高濃度である場合には、バンドギャップの中心付近の仕事関数である、例えば、NiSi、TiNなどの金属であっても構わない。
【００４６】
以上では、第１及び第２の半導体膜３０４ａ及び３０４ｂと金属膜３０５との仕事関数を選ぶことで、金属膜３０５中の電子のポテンシャルが低くなるような構造のＦＧを用いたが、例えば、第１半導体膜３０４ａに対しｐ型不純物、第２の半導体膜３０４ｂに対しｎ型不純物をそれぞれドープし、金属膜３０５の仕事関数を電導帯付近にすることで、ＦＧに書き込まれた電子がトンネル絶縁膜３０２を通してシリコン基板３０１中に抜け出ることを抑制できる。逆に、第１の半導体膜３０４ａをｎ型にドープすることで書き込み時にトンネル絶縁膜３０２に掛かる電界強度を強くすることができ、書込み速度を向上させるができる。これらは、第１の半導体膜３０４ａの不純物濃度分布を調整し、目的に応じたデバイス設計を可能にできることを示している。同様に、第２の半導体膜３０４ｂにドープされる不純物種や濃度を調整することで、ＦＧから絶縁膜３０６を通してＣＧ３０７に抜ける電子を抑制することもできる。
【００４７】
また、上記説明において、第１及び第２の半導体膜３０４ａ及び３０４ｂにポリシリコンを用いて説明したが、SiGeやSiCのほか、GaAsやInP等の化合物半導体を用いても良い。
【００４８】
なお、第１の半導体膜３０４ａと第２の半導体膜３０４ｂとを同じ材料（ポリシリコン）を用いて説明したが、仕事関数やバンド構造などの特性に応じて、適切な材料を個別的に用いることが望ましい。
【００４９】
図８及び図９は、本実施形態に係る本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置における書き込み時及び読み出し時の状態を示す図である。
【００５０】
メモリセル３００では、第１及び第２の半導体膜３０４ａ及び３０４ｂにｎ型不純物がドープされたポリシリコンを用いている。ここで、不純物濃度は、書き込み時において、第１の半導体膜３０４ａのトンネル絶縁膜３０２側に反転層３１１が形成され（図８）、読み出し時において、反転層３１１が形成されないよう（図９）設定する。この場合、書き込み時と読み出し時の実効的なトンネル膜厚ＥＯＴを変えることができ、これによって、書き込み特性とリテンション特性に優れたメモリセルを実現することができる。
【００５１】
［第４の実施形態］
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセル４００の断面図である。
【００５２】
このメモリセル４００は、ＦＧが、トンネル絶縁膜４０２からＩＰＤ膜４０６にかけて、第１の半導体膜４０４ａ、金属膜４０５、及び第２の半導体膜４０４ｂを積層してなる。また、ＩＰＤ膜４０６に近い金属膜４０５及び半導体膜４０４ｂが、トンネル絶縁膜４０２に近い半導体膜４０４ａより幅が広くなっている。その他に関しては、第１の実施形態に係るメモリセル１００と同様の構造を有している。
【００５３】
このようなＦＧの構造によれば、第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、ＦＧの半導体膜４０４ｂ及び金属膜４０５を半導体膜４０４ａに比べて広くすることで、ＦＧとＣＧとの対向面積が、ＦＧとＡＡとの対向面積より広くなる。その結果、ＦＧ−ＣＧ間容量がＦＧ−ＡＡ間容量より大きくなるため、第３の実施形態より容量結合比Ｃｒを大きくすることができる。
【００５４】
［第５の実施形態］
図１１は、本発明の第５の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセル５００の断面図である。
【００５５】
このメモリセル５００は、ＦＧが、トンネル絶縁膜５０２からＩＰＤ膜５０６にかけて、半導体膜５０４及び金属膜５０５を多層に積層させた構造となっており、具体的には、第１の半導体膜５０４ａ、金属膜５０５ａ、半導体膜５０４ｂ、金属膜５０５ｂ、半導体膜５０４ｃ、金属膜５０４ｃ、及び第２の半導体膜５０４ｄを積層させた構造となっている。その他に関しては、第１の実施形態に係るメモリセル１００と同様の構造を有している。
この場合、例えば、トンネル絶縁膜５０２及びＩＰＤ膜５０６に近い金属膜５０５の材料を、仕事関数が価電子帯に近いものとし、よりＦＧの中央に向かうに従い、金属膜５０５の材料を、仕事関数が導電帯に近いものとすることで、保持時にＦＧ中央の電子濃度が最も高くなるよう調整できる。
【００５６】
このように、本実施形態によれば、それぞれの金属層５０５の仕事関数を設定することで、目的に応じたポテンシャル構造を有するＦＧを形成することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１００、２００、３００、４００、５００・・・メモリセル、１０１、２０１、３０１、４０１、５０１・・・シリコン基板、１０２、２０２、３０２、４０２、５０２・・・トンネル絶縁膜、１０３、２０３、３０３、４０３、５０３・・・絶縁膜、１０４、２０４、３０４、４０４、５０４・・・ＦＧの半導体膜、１０５、２０５、３０５、４０５、５０５・・・ＦＧの金属膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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