【手続補正書】
【提出日】平成17年6月27日(2005.6.27)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体領域と、該第１の半導体領域上に順次積層された底部絶縁膜、中間膜、頂部絶縁膜からなる第１のゲート絶縁膜と、該第１のゲート絶縁膜上に設けられた第１の導電ゲート構造から少なくとも構成され、
更に、該中間膜内、該中間膜と該底部絶縁膜界面、該中間膜と該頂部絶縁膜界面のうちの少なくとも一箇所に、離散化したキャリア捕獲サイトを設け、
該底部絶縁膜はその電子親和力において該中間膜に接する側を該第１の半導体領域に接する側より大きく構成することにより、該第１の半導体領域からの電子の注入の増加を抑えた電子構造で、底部絶縁膜を通した該離散化したキャリア捕獲サイトからの電子の放出を容易としたことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項２】
第１の半導体領域と、該第１の半導体領域上に順次積層された底部絶縁膜、中間膜、頂部絶縁膜からなる第１のゲート絶縁膜と、該第１のゲート絶縁膜上に設けられた第１の導電ゲート構造から少なくとも構成され、
更に、該中間膜内、該中間膜と該底部絶縁膜界面、該中間膜と該頂部絶縁膜界面のうちの少なくとも一箇所に、離散化したキャリア捕獲サイトを設け、
前記底部絶縁膜はその価電子帯頂面に関して該中間膜に接する側を該第１の半導体領域に接する側より電子エネルギーを高く構成することにより、前記第１の半導体領域からの正孔の注入の増加を抑えた電子構造で、底部絶縁膜を通した前記離散化したキャリア捕獲サイトからの正孔の放出を容易としたことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項３】
前記離散化したキャリア捕獲サイトは前記中間膜内及び前記界面のうち少なくとも一箇所に存在する前記第１のゲート絶縁膜の形成時に作りこまれた電子的な捕獲準位であることを特徴とする請求項１ないしは２記載の不揮発性メモリ。
【請求項４】
前記捕獲サイトは前記中間膜より導電度の大きい互いに絶縁された微小粒子であることを特徴とする請求項１、２いずれか記載の不揮発性メモリ。
【請求項５】
前記底部絶縁膜がシリコン酸化膜、前記中間膜がシリコン窒化膜、前記頂部絶縁膜がシリコン酸化膜で構成され、該底部シリコン酸化膜は窒化され、その中間膜側における窒化率を前記第１の半導体領域側より大きくしたことを特徴とする請求項１、２，３、４いずれか記載の不揮発性メモリ。
【請求項６】
前記中間膜がシリコンと酸素の結合を含んだシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項５記載の不揮発性メモリ。
【請求項７】
前記底部絶縁膜がシリコン酸化膜であり、前記中間膜が該シリコン酸化膜を窒化した膜であり、前記頂部絶縁膜が該シリコン酸化膜を窒化した膜を更に酸化した膜であることを特徴とする請求項１ないしは２記載の不揮発性メモリ。
【請求項８】
請求項５記載のメモリと該メモリの頂部酸化膜と同時に形成された第４のゲート絶縁膜と該メモリの第１導電ゲートと同時に形成された第４の導電ゲートとを有するトランジスタを含む不揮発性メモリアレイ。
【請求項９】
前記底部絶縁膜はシリコン酸化膜であり、該底部絶縁膜を８５０℃より低い温度において、窒素原子を含むプラズマ雰囲気中および窒素ラディカルを含む雰囲気中のうち少なくとも一つの雰囲気中で表面窒化することを特徴とする請求範囲５、６、ないし７記載のメモリの製造方法。
【請求項１０】
前記頂部絶縁膜は、酸素原子を含むプラズマ雰囲気中および酸素ラディカルを含む雰囲気中のうち少なくとも一つの雰囲気中で、かつ８５０℃より低い温度で、前記中間膜を表面酸化することにより形成することを特徴とする請求範囲５、６ないし７記載のメモリの製造方法。
【請求項１１】
前記頂部絶縁膜は、酸素原子を含むプラズマ雰囲気中および酸素ラディカルを含む雰囲気中のうち少なくとも一つの雰囲気中で、かつ８５０℃より低い温度で、前記中間膜を表面酸化して後、８５０℃より低い温度で化学蒸着により形成することを特徴とする請求範囲１ないし２記載のメモリの製造方法。
【請求項１２】
前記頂部絶縁膜は、前記中間膜上に８５０℃より低い温度で化学蒸着された後、酸素原子を含むプラズマ雰囲気中および酸素ラディカルを含む雰囲気中のうち少なくとも一つの雰囲気中でかつ８５０℃より低い温度でアニールすることにより形成することを特徴とする請求範囲１ないし２記載のメモリの製造方法。
【請求項１３】
前記第４のゲート絶縁膜は、前記頂部絶縁膜と同時に、酸素原子を含むプラズマ雰囲気中および酸素ラディカルを含む雰囲気中のうち少なくとも一つの雰囲気中で、かつ８５０℃より低い温度で、形成することを特徴とする請求範囲８記載のメモリアレイの製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
【従来の技術】
不揮発性メモリの記憶手段（浮遊ゲート、ＭＯＮＯＳ［Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ（金属（導電ゲートを総称する）−酸化膜−窒化膜−酸化膜−半導体）］メモリの窒化膜中のキャリア捕獲準位ないしは絶縁膜中の相互絶縁された微小粒子等の離散化したキャリア捕獲サイト）へ蓄積された電子電荷を消去する方法として、ホール、ホットホール（高エネルギーをもった正孔）注入による電荷中和、記憶手段へ捕獲された電子のＦＮ（Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍ（ファウラー・ノルドハイム））トンネルまたは直接トンネルによる放出が用いられてきた。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記の問題を避けるために、キャリア捕獲準位からＦＮトンネルにより電子を放出する方法が考えられるが、前記の様に、半導体側の底部酸化膜を厚くした場合は消去速度が遅くなる。さらに捕獲準位の電子は残留分が多くなるため導電ゲートから見たゲート閾値電圧は充分小さい値にならないことが発明者により発見された。これを避けるために低部絶縁膜の厚さを小さくすれば、記憶保持特性が悪くなり、第１の半導体からのホール注入量が増加することは周知のことである。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
前記ＭＯＮＯＳ構造は文字通りに解釈すれば、第１の導電ゲートが金属電極、底部絶縁膜が酸化膜、中間膜が窒化膜、頂部絶縁膜が酸化膜に該当するが、一般には浮遊ゲートに対比する記憶手段の分類の為の代名詞に使われている場合が多い。本発明でもＭＯＮＯＳの“Ｍ”は金属には限らず、不純物を添加した導電性の多結晶シリコン、窒化チタンＴｉＮ等の金属以外の導電膜で構成したものも含む。“ＯＮＯ”は３層ゲート絶縁膜の代名詞として使用する。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
一方、捕獲されたキャリアが正孔の場合は、本発明では、捕獲正孔の放出の容易な電子構造を前記底部絶縁膜に作り込むことで前記課題を解決する。即ち、前記第１の半導体領域の表面がフラットバンドとなる時、前記底部絶縁膜をその価電子帯頂面に関して、前記中間膜に接する側を前記第１の半導体領域に接する側より電子エネルギーを高く構成することにより、読み出し時における前記第１の半導体領域からの正孔の注入の増加を抑えた状態で、前記底部絶縁膜を通した前記キャリアの捕獲サイトからの正孔の放出を容易とする。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
一方、図４に示す様に、前記底部絶縁膜を、その価電子帯頂面に関して、第１の半導体領域の表面がフラットバンドとなる時、該中間膜に接する側のエネルギーの値ＶＢｂｍを該第１の半導体領域に接する側の電子エネルギーの値ＶＢｂｓより大きく構成すると、読み出し時に前記第１の半導体領域からの正孔の注入の増加を抑えた状態で、前記底部絶縁膜を通した前記キャリアの捕獲サイトからの正孔の放出が容易となる。この場合は読み出しにおいて負ゲート電位を加えたとき、正孔の半導体側からの中間膜への注入は少なく抑えられるため、ＶＢｂｓもＶＢｂｍと同じ程度に大きくする場合に較べて読み出しディスターブは改善される。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
必要に応じて、図６のように第２の半導体領域１２０が第１導電ゲートの一方の端部側に第１の半導体に接して設けられる。これを第２の実施例とする。更に必要に応じて図７のように第３の半導体領域１３０が第１導電ゲートの他方の端部側に第１の半導体に接して設けられる。これを第３の実施例とする。
これら第２、３の半導体領域１２０、１３０の位置は第１の半導体表面上でも表面内でもよい。第２および第３の半導体領域は不純物原子のイオン注入、不純物を添加したエピタキシアル成長などで形成される。


【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
図８は本発明の第６の実施例の断面構造例で、
前記第１の半導体領域１００上に第１のゲート絶縁膜２１０と隣接して設けられた第３のゲート絶縁膜２３０と、
前記第１の導電ゲート３１０と絶縁膜２３１により電気的に絶縁されかつ並置された状態で該第３のゲート絶縁膜上に設けられた第３の導電ゲート３３０と、
更に要すれば
前記第１の導電ゲートから絶縁されてかつ一部重畳した位置関係で第１の半導体領域へ接触した第２の半導体領域１２０と、
前記第３の導電ゲートから絶縁されてかつ一部重畳した位置関係で第１の半導体領域へ接触した第３の半導体領域１３０と、をさらに設け、該第２の半導体領域と第３の半導体領域は前記第１導電ゲートと前記第３導電ゲートとを間に挟んで離間している。


【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
図９は第７の実施例の断面構造例で、
前記第１の半導体領域上に第１のゲート絶縁膜２１０と隣接して設けられた第３のゲート絶縁膜２３０と、
該第３のゲート絶縁膜上に設けられた前記第３の導電ゲート３３０と、
前記第１の半導体領域上に前記第３のゲート絶縁膜と隣接して設けられた第２のゲート絶縁膜２２０と、
該第２のゲート絶縁膜上に設けられた第２の導電ゲート３２０と、を更に設け、
前記第１の導電ゲート３１０と該第３の導電ゲート３３０と該第２の導電ゲート３２０とは絶縁膜２３４により互いに絶縁された状態で並置され、
該第２の絶縁膜２２０は該第１の半導体領域上に順次積層された第２の底部絶縁膜２２１、第２の中間膜２２２、第２の頂部絶縁膜２２３からなり、更に、該第２の中間膜内、該第２の中間膜と該第２の底部絶縁膜界面、該第２の中間膜と該第２の頂部絶縁膜界面のうちの少なくとも一箇所に、離散化された電子の捕獲サイトを設けた構造を有する。


【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
上記ホットキャリア注入では、第１の導電ゲート、第２の導電ゲート及び第２の半導体領域または第３の半導体領域のいずれの３電位が上記のそれぞれ対応する値より小さくても注入は出来ない。また第３の導電ゲートのバイアスが上記の条件をみたさないと注入は出来ない。したがって、このセルの第３の導電ゲートをワード線、第２の半導体領域を第１のビット線、第３の半導体領域を第２のビット線、第１の導電ゲートを第１の制御線、第２の導電ゲートを第２の制御線に接続してアレイを構成した場合、または、第３の導電ゲートを制御線、第２の半導体領域を第１のビット線、第３の半導体領域を第２のビット線、第１の導電ゲート及び第２の導電ゲートをワード線に接続してアレイを構成した場合、いずれもこれらの３つの線の内２つの線が交叉してこの３条件を満たしたセルのみが選択的にプログラムできるように制御できる。