DE3852903T2

DE3852903T2 - Hohe Durchbruchspannung aufweisende isolierende Schicht, die zwischen Polysilizium-Schichten liegt.

Info

Publication number: DE3852903T2
Application number: DE3852903T
Authority: DE
Inventors: Katsunori Ishihara; Yuuichi C O Patent Divi Mikata
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Microelectronics Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Device Solutions Corp
Priority date: 1987-04-14
Filing date: 1988-04-12
Publication date: 1995-06-29
Anticipated expiration: 2008-04-13
Also published as: KR910006592B1; DE3852903D1; EP0287031B1; JPH0581193B2; EP0287031A2; JPS63255972A; EP0287031A3; KR880013232A

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, die in der JP-A-61 190 981 beschrieben ist und aufweist: ein Halbleitersubstrat mit einem ersten Leitfähigkeitstyp; einen ersten Isolierfilm, der über dem Halbleitersubstrat liegt; eine dreilagige Anordnung aus polykristallinem Silizium auf dem ersten Isolierfilm mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei eine obere und eine untere Oberflächenschicht der dreilagigen Anordnung aus polykristallinem Silizium keine Verunreinigung aufweisen; sowie einen zweiten Film, welcher über der dreilagigen Anordnung aus polykristallinem Silizium liegt.
Die JP-A-61 190 981 beschreibt weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, welche mehrere Schichten aufweist, die auf einem Halbleitersubstrat mit einem ersten Leitfähigkeitstyp vorgesehen sind, mit folgenden Schritten:
a) Ausbildung einer ersten Isolierschicht auf einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats; und
b) Ausbildung, auf dem ersten Isolierfilm, einer dreilagigen Anordnung aus polykristallinem Silizium mit einer Verunreinigung eines zweiten Leitfähigkeitstyps und mit einer oberen und einer unteren Oberflächenschicht, welche keine Verunreinigung enthält.
Die GB-A-2 120 849 beschreibt einen Halbleiter-IC- Kondensator, bei welcher eine thermische Oxidschicht zwischen zwei Siliziumschichten angeordnet ist, von denen eine mit einer isolierenden Oxidschicht abgedeckt ist.
In dem RCA Review, Band 44, No. 2, Juni 1983, Seiten 287 bis 312 sind Untersuchungen von mit in-situ mit Phosphor dotierten Polysilizium-LPCVD-Filmen beschrieben, die im Temperaturbereich von 560ºC bis 640ºC abgelagert werden. Um phosphordotierte Filme höchster Qualität zu erhalten, wird es als erforderlich angesehen, eine Ablagerung bei Temperaturen nicht oberhalb von 570ºC vorzunehmen, wogegen zwischen 580ºC und 620ºC abgelagerte Filme eine schlechtere Qualität aufweisen, die für bestimmte Einsatzzwecke noch als annehmbar erscheint, und bei Temperaturen von 620ºC und darunter abgelagerte Filme werden als Filme mit geringer Qualität angesehen.
Die US-A-4 584 760 beschreibt eine Halbleitervorrichtung, bei welcher eine Schicht aus polykristallinem Silizium auf einem Isolierfilm ausgebildet wird, und oben auf der Schicht aus Polysilizium darauf eine Metallsilizidschicht erzeugt wird. Um zu verhindern, da die Metallsilizidschicht in die Schicht aus Polysilizium hineindiffundiert, und schließlich die Grenzfläche zum Isolierfilm über verschiedene Wärmebehandlungsvorgänge erreicht, wird die Verunreinigungskonzentration der Schicht aus Polysilizium in Richtung der Tiefe unterschiedlich gewählt. Ein erster Film aus Polysilizium kann auf dem Isolierfilm ausgebildet werden, und dann wird ein zweiter Film aus Polysilizium mit einer geringeren Verunreinigungskonzentration als bei dem ersten Film aus Polysilizium auf der Oberfläche des ersten Films aus Polysilizium ausgebildet; dann wird ein Metallfilm auf dem zweiten Film aus Polysilizium hergestellt, und man läßt den Metallfilm und den zweiten Film aus Polysilizium miteinander reagieren, um eine Metallsilizidschicht zu erzeugen.
Weiterhin ist eine Halbleiterschicht einer solchen Art bekannt, welche durch Ausbildung eines Films aus Polysilizium auf einem Isolierfilm hergestellt wird, überlagert einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats, und durch Ausbildung eines Isolierfilms aus dem Film aus Polysilizium und Ausbildung einer Schicht aus Polysilizium, wobei diese Filme aus Polysilizium als Elektrode verwendet werden.
Ein EPROM ist als diese Art einer Halbleitervorrichtung bekannt. Figur 1 ist eine Querschnittsansicht, welche einen der Herstellungsschritte eines konventionellen EPROMs zeigt. In Figur 1 werden ein erster thermischer Oxidfilm 2 mit einer Dicke von 500 Å (50 nm) und ein Feldoxidfilm über der Oberfläche eines Siliziumsubstrats 1 des P&supmin;-Typs gebildet, wobei der Feldoxidfilm einen Elementenbereich umgibt. Eine erste Schicht 3 aus Polysilizium mit einer Dicke von 1000 Å (100 nm), die als Schicht zur Ausbildung einer Gateelektrode mit unbestimmten Potential (floating gate) verwendet wird, wird durch ein chemisches Dampfablagerungsverfahren (CVD) mit niedrigem Druck auf dem Feldoxidfilm 1 und auf dem ersten thermischen Oxidfilm 2 hergestellt.
Phosphor wird durch ein thermisches Diffusionsverfahren in den ersten Film 3 aus Polysilizium eindiffundiert. Die Oberfläche des ersten Films 3 aus Polysilizium wird bei etwa 1000ºC thermisch oxidiert, wodurch ein zweiter thermischer Oxidfilm 4 mit einer Dicke von 500 Å (50 mm) ausgebildet wird.
Ein zweiter Film 5 aus Polysilizium zur Ausbildung einer Steuergateelektrode wird auf der Oberfläche der sich ergebenden Anordnung mit Hilfe eines Niederdruck-CVD- Verfahrens hergestellt. In den zweiten Film 5 aus Polysilizium wird Phosphor durch ein thermisches Diffusionsverfahren eindiffundiert.
Figur 2 ist eine Querschnittsansicht, welche ein Modell für einen konventionellen EPROM zeigt. Nachstehend erfolgt eine Erläuterung des Herstellungsverfahrens für einen konventionellen EPROM, unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 (eine Gesamtansicht).
Der zweite Film 5 aus Polysilizium, der zweite thermische Oxidfilm 4, der erste Film 3 aus Polysilizium und der erste thermische Oxidfilm 2 werden nacheinander mit Hilfe eines Photoätzverfahrens geätzt. Dies führt dazu, daß wie in Figur 2 gezeigt eine Steuergateelektrode 15, ein zweiter Gateoxidfilm 14, eine Gateelektrode 13 mit unbestimmten Potential, und ein erster Gateoxidfilm 12 ausgebildet werden.
Dann erfolgt eine Ionenimplantierung einer Verunreinigung des N-Typs in einen Oberflächenabschnitt der Halbleiteranordnung 1, unter Verwendung der Steuergateelektrode 15, des zweiten Gateoxidfilms 14, der Gateelektrode 13 mit unbestimmtem Potential und des ersten Gateoxidfilms 12 als Masken. Mit dem Substrat 1 wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, wodurch die Verunreinigung des N-Typs tief in das Substrat 1 hineindiffundiert. Dies führt dazu, daß ein Drainbereich 16 des N&spplus;-Typs und ein Sourcebereich 17 des N&spplus;-Typs in dem Halbleitersubstrat gebildet werden.
Die Oberfläche der sich ergebenden Anordnung wird thermisch oxidiert, um einen thermischen Oxidfilm 18 zu erzeugen, von welchem die Oberflächen des Substrats 1 und der Steuergateelektrode 15, und ebenso die Seitenoberflächen des zweiten Gateoxidfilms 14, der Gateelektrode 14 mit unbestimmtem Potential und des ersten Oxidfilms umgeben werden.
Eine Passivierungsschicht 19, beispielsweise ein PSG-Film, wird auf der gesamten Oberfläche der sich ergebenden Oberfläche abgelagert.
Die Passivierungsschicht 19 wird selektiv geätzt, um Kontaktlöcher auszubilden. Dies führt dazu, daß die Abschnitte des Drainbereichs 16 und des Sourcebereichs 17 an den Orten der Kontaktlöcher freigelegt werden. Eine Al-Si- Schicht wird auf der gesamten Oberfläche der sich ergebenden Anordnung abgelagert, worauf ein Mustererzeugungsschritt folgt, um eine Drainelektrode 20 und eine Sourcelektrode 21 auszubilden. Auf diese Weise wird, wie in Figur 2 gezeigt ist, ein konventioneller EPROM fertiggestellt.
Der EPROM ist so ausgebildet, daß er das Einschreiben von Daten durch Anlegen einer hohen positiven Spannung über den Drainbereich 16 des N&spplus;-Typs und die Steuergateelektrode 15 und die Injektion von Elektronen in die Gateelektrode 13 mit unbestimmtem Potential gestattet.
Es ist erforderlich, daß in die Gateelektrode 13 mit unbestimmtem Potential injizierten Elektronen in der Gateelektrode 13 mit unbestimmtem Potential für einen längeren Zeitraum gespeichert werden.
Wenn zufällig oder aus anderen Gründen eine hohe positive Spannung an die Steuergateelektrode 15 angelegt wird, so gibt es Fälle, in welchen die so in der Gateelektrode 13 mit unbestimmtem Potential gespeicherten Elektronen über den zweiten Gateoxidfilm 14 absorbiert werden, und Daten verlorengehen. Man nimmt an, daß dieses Phänomen, nämlich daß bei Anlegen einer hohen Spannung an die Steuergateelektrode 15 in der Gateelektrode 13 mit unbestimmtem Potential gespeicherte Elektronen über den zweiten Gateoxidfilm 14 in der Steuergatelektrode 15 absorbiert werden, durch den folgenden Grund verursacht wird.
Nach Ablagerung des Films 3 aus Polysilizium zur Ausbildung der Gateelektrode 13 mit unbestimmtem Potential wird Phosphor durch thermische Diffusion in den ersten Film 3 aus Polysilizium dotiert, und die Oberfläche des ersten Films 3 aus Polysilizium wird thermisch oxidiert, um den zweiten thermischen Oxidfilm 4 als zweiten Gateoxidfilm 14 zur Verfügung zu stellen.
Nach der Ablagerung des zweiten Films 5 aus Polysilizium zur Ausbildung der Steuergateelektrode 15 wird Phosphor durch ein thermisches Diffusionsverfahren in den zweiten Film 5 aus Polysilizium eindotiert.
Dann werden verschiedene Wärmebehandlungen in den Schritten einschließlich der Ausbildung des thermischen Oxidfilms 18 durchgeführt.
Phosphor wird in den ersten Film 3 aus Polysilizium und den zweiten Film 5 aus Polysilizium eindotiert und wandert zum ersten thermischen Oxidfilm bzw. zum zweiten thermischen Oxidfilm 4.
Dies führt dazu, daß sich das in Figur 3 gezeigte Phosphorkonzentrationsprofil in dem ersten Film 3 aus Polysilizium und dem zweiten Film 5 aus Polysilizium ergibt. Die Phosphorkonzentration wird daher höher an den äußeren Kantenabschnitten A und C des ersten Films 2 aus Polysilizium und des zweiten Films 5 aus Polysilizium.
Dies bedeutet, daß der Phosphor in den thermischen Oxidfilm 2 und den zweiten thermischen Oxidfilm 4 hineindiffundiert. Dies führt dazu, daß die hohe Dichte des ersten thermischen Oxidfilms 2 und des zweiten thermischen Oxidfilms 4 verringert wird, so daß eine elektrische Leitfähigkeit ermöglicht wird. Daher wird die Durchbruchsspannung verringert, was eine leichte Wanderung von Elektronen ermöglicht.
Wenn eine hohe Spannung an die Steuergateelektrode 15 angelegt wird, werden in der Gateelektrode 13 mit unbestimmtem Potential gespeicherte Elektronen in der Steuergateelektrode 15 über den zweiten Gateoxidfilm 14 absorbiert.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Halbleitervorrichtung, welche die Durchbruchsspannung auf einem dünnen Isolierfilm verbessern kann, der zwischen Schichten aus Polysilizium vorgesehen ist, und in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung dieser Halbleitervorrichtung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleitervorrichtung mit den im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen zur Verfügung gestellt. Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung zur Verfügung, welches die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 7 aufweist. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die Erfindung wird besser aus der nachstehenden, ins Einzelne gehenden Eeschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen deutlich. Es zeigt:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht mit einer Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer konventionellen Halbleitervorrichtung;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht der konventionellen Halbleitervorrichtung, angewandt bei einem EPROM;
Fig. 3 ein Phosphorkonzentrationsprofil einer polykristallinen Schicht einer konventionellen Halbleitervorrichtungsanordnung;
Fig. 4A bis 4G ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 Querschnittsansichten entsprechend den Figuren 4D und 4E, welche die Herstellungsschritte für eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen;
Fig. 6 eine Darstellung des Phosphorkonzentrationsprofils der ersten Schicht aus Polysilizium einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 die Beziehung der Phosphorkonzentration eines A-Films einer ersten Schicht aus Polysilizium zu einer zweiten Gatedurchbruchsspannung in einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 die Beziehung der Phosphorkonzentration eines C-Films einer ersten Schicht aus Polysilizium zur Gatedurchbruchsspannung bei der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 9 die Beziehung der Phosphorkonzentration der Isolierfilme zur Durchbruchsspannung bei der konventionellen Halbleitervorrichtung und bei der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung:
Die Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefüften Zeichnungen erläutert.
Ein erster thermischer Oxidfilm (Isolierfilm) 52 mit einer Dicke von 500 Å wird durch ein thermisches Oxidationsverfahren auf der Oberfläche eines Substrats 51 bei 700ºC bis 1100ºC in einer Atmosphäre aus entweder trockenem O&sub2;, H&sub2;O, oder HCl + O&sub2; ausgebildet (Figur 4A). Ein Siliziumfilm 53 mit zumindest 30 A, welcher nicht einkristallin ist, wird durch LPCVD-Verfahren auf der sich ergebenden Anordnung bei einer Reaktionstemperatur von ungefähr 400ºC bis 600ºC in einer thermisch zersetzten Silan/Phosphin-Gasatmosphäre (SiH&sub4;/PH&sub3;) abelagert (Figur 4B) Hierbei bedeutet ein Siliziumfilm, der nicht einkristallin ist, daß der Film entweder aus amorphem Silizium oder aus polykristallinem Silizium (poly-Si) besteht, und dieser Film wird nachstehend als Nicht-Einkristall-Siliziumfilm bezeichnet.
Liegt die Ablagerungstemperatur des Films 53 unterhalb von 600ºC, so geht bei der Ausbildung des Nicht-Einkristall- Siliziumfilms 53 die Kristallisation von Siliziumatomen, die auf dem thermischen Oxidfilm 52 adsorbiert sind, nur langsam weiter.
Der Grund dafür, daß die Dicke des Nicht-Einkristall- Siliziumfilms 53 30 Å beträgt, liegt darin, daß die Oberfläche des ersten thermischen Oxidfilms 52 mit dem Nicht- Einkristall-Siliziumfilm 53 mit gleichförmiger Dichte abgedeckt werden muß, und daß infolge der geringen Ablagerungsrate, die bei der Ausbildung des Films 53 durch das LPCVD-Verfahren auftritt, viel Zeit erforderlich ist, wenn die Dicke des Films größer ist als erforderlich.
Nach der Ausbildung des Nicht-Einkristall-Siliziumfilms 53, also durch Erhöhung der Reaktionstemperatur auf 600º bis 800º in der LPCVD-Einrichtung, ohne das Substrat 51 einer äußeren Atmospähre auszusetzen, wird ein 1000 Å dicker Film 54 aus Polysilizium mit einer Phosphorkonzentration von 1 x 10²¹ cm&supmin;³ auf der sich ergebenden Anordnung ausgebildet, in einer thermisch zersetzten Silan/Phosphin-Gasatmosphäre (SiH&sub4;/PH&sub3;) (Figur 4C).
Dann wird ein 500 Å dicker Film 55 aus Polysilizium mit einer Phosphorkonzentration von 1 x 10²&sup0; cm&supmin;³ bei einer Reaktionstemperatur von 400º bis 800º C in einer thermisch zersetzten Silan/Phosphin-Gasatmosphäre (SiH&sub4;/PH&sub4;) unter Verwendung der LPVCD-Einrichtung (Figur 4D) ausgebildet. Die Konzentration an Phosphor in dem Nicht-Einkristall- Siliziumfilm 53 und dem Polysiliziumfilm 55 kann geringer sein als 5 x 10²&sup0; cm&supmin;³ und die Phosphorkonzentration in dem Polysiliziumfilm 54 kann höher sein als 5 x 10²&sup0; cm&supmin;³. Es ist möglich, daß keine Phosphoratome in dem Nicht-Einkristall- Siliziumfilm 53 und der Polysiliziumschicht 55 enthalten sind. Die Oberfläche des Polysiliziumfilms 55 wird thermisch bei 700º bis 1100ºC oxidiert, entweder in einer trockenen O&sub2; oder H&sub2;O-Atmosphäre, oder in einer verdünnten Atmosphäre aus HCl/O&sub2;, Ar, oder N&sub2;, zur Ausbildung eines zweiten, 500 Å dicken thermischen Oxidfilms 56 (Isolierfilms) (Figur 4E).
Der zweite thermische Oxidfilm 56 dient als dielektrischer Film eines Kondensators, wenn die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung für die Speicherzellen eines EPROM verwendet wird. Die zweite Polysiliziumschicht 57 mit 3500 Å mit einem Flächenwiderstand von 20 Ohm wird auf dem zweiten thermischen Oxidfilm 56 abgelagert (Figur 4F).
Falls die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung für Speicherzellen von EPROMs eingesetzt wird, bilden der Nicht-Einkristall-Siliziumfilm 53, der Polysiliziumfilm 54, und der Polysiliziumfilm 55 eine Gateelektrode mit unbestimmtem Potential als eine Elektrode eines Kondensators, und die Polysiliziumschicht 57 bildet eine Steuergateelektrode als die andere Elektrode dieses Kondensators.
Der Polysilizumfilm 57, der zweite thermische Oxidfilm 56, der Polysiliziumfilm 55, der Polysiliziumfilm 54 und der Nicht-Einkristall-Siliziumfilm 53 werden nacheinander geätzt, um einen Kondensator einer Speicherzelle bereitzustellen, wie in Figur 4G gezeigt ist.
Figur 5 ist eine Querschnittsansicht, welche als Modell einen Kondensator gemäß Figur 4E zeigt. In Figur 5 ist zur Erleichterung der Beschreibung eine erste Polysiliziumschicht gezeigt, welche aus einem A-, B-, und einem C-Film besteht, welche dem Polysiliziumfilm 55, dem Polysiliziumfilm 54 bzw. der Nicht-Einkristall-Siliziumschicht 53 entsprechen. Es wird darauf hingewiesen, daß der an der Ausbildung des C-Films und des A-Films beteiligte Vorgang als ein erster Ablagerungsvorgang bezeichnet wird, und daß der bei der Ausbildung des zweiten thermischen Oxidfilms 56 beteiligte Vorgang als ein zweiter Ablagerungsvorgang bezeichnet wird.
Wie aus Figur 5 hervorgeht, wird in dem ersten Ablagerungsvorgang Silizium auf dem ersten Isolierfilm 52 (welcher das Halbleitersubstrat 51 überlagert) bei einer Reaktionstemperatur von 500ºC bis 600ºC abgelagert, um einen Nicht-Einkristall-Siliziumfilm (C-Film) zu bilden, wobei in diesem Fall die Kristallisierung des Siliziums nur geringfügig entwickelt ist. Dann wird die Reaktionstemperatur auf 600ºC bis 800ºC erhöht, also im wesentlichen auf dieselbe Temperatur, die bei dem konventionellen Verfahren verwendet wird, zur Ausbildung eines Polysiliziumfilms (A-Film und E-Film), und daraufhin einer ersten Polysiliziumschicht (A-Film und B-Film und C-Film), wobei die Teilchengröße sehr gering ist, kleiner als 100 Å. Selbst wenn daher die Reaktionstemperatur auf im wesentlichen demselben Niveau liegt bei dem konventionellen Verfahren, kann ein Polysiliziumfilm mit einer Teilchengröße von unterhalb 100 Å in derselben erforderlichen Zeit wie beim konventionellen Verfahren hergestellt werden. Bei dem zweiten Ablagerungsvorgang wird auf dem zweiten Polysiliziumfilm ein zweiter Isolierfilm ausgebildet, und in diesem Fall zeigt eine Grenzfläche zwischen dem ersten Polysiliziumfilm und dem zweiten Isolierfilm eine gleichmäßigere Verteilung des Films und eine Verringerung einer Verunreinigungsfalle, so daß sich eine hohe Durchbruchsspannung erzielen läßt.
Der Phosphor des ersten Polysiliziumfilms, der durch das konventionelle thermische Diffusionsverfahren hergestellt wird, weist eine höhere Konzentration in dem C-Bereich neben dem ersten Isolierfilm und dem A-Bereich neben dem zweiten Isolierfilm auf als in dem B-Bereich, wie aus Figur 3 hervorgeht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten, bei einer verbesserten Filmdichte der ersten Polysiliziumschicht, wie aus Figur 6 hervorgeht, der C- und A-Film der ersten Polysiliziumschicht kein Phosphor, oder sind so ausgebildet, daß sie ein niedrigeres Phosphorkonzentrationsniveau als der B-Film aufweisen (eine Zwischenschicht). Während der Wärmebehandlung diffundieren die Phosphorionen nicht von der ersten Polysiliziumschicht in den ersten und zweiten Isolierfilm hinein, so daß die Durchbruchsspannung des ersten und zweiten Isolierfilms erhöht wird. Figur 7 zeigt graphisch die Beziehung zwischen der zweiten Gatedurchbruchsspannung des zweiten Isolierfilms und der Phosphorkonzentration der A-Schicht, und Figur 8 zeigt graphisch die Beziehung zwischen der ersten Gatedurchbruchsspannung des ersten Isolierfilms und der Phosphorkonzentration der C-Schicht. Wie aus diesen beiden Diagrammen deutlich wird, wird eine hohe Durchbruchsspannung des Isolierfilms aufrechterhalten, wenn die Phosphorkonzentration niedriger als 5 x 10²&sup0; cm&supmin;³ ist.
Da der Phosphor in den ersten Polysiliziumfilm zum Zeitpunkt von dessen Herstellung eindiffundiert, tritt nach der Ausbildung des Polysiliziumfilms keine Diffusion der Phosphorionen auf, wodurch das beteiligte Herstellungsverfahren verkürzt wird.
Zum Vergleich wurden die Durchbruchsspannung eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kondensators und jene eines Kondensators gemessen, der mit dem konventionellen Verfahren hergestellt wurde, und die Ergebnisse sind in Figur 9 dargestellt.
Bei dem in Figur 9 gezeigten Diagramm bezeichnet die Ordinate die Durchbruchsspannung des zweiten Isolierfilms 56 in Einheiten der Feldstärke nach Anlegen einer Spannung über den ersten und zweiten Polysiliziumfilm, und die Abszisse bezeichnet die Phosphorkonzentration. In Figur 9 zeigen offene Kreise solche Werte, die gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt wurden, die ausgefüllten Kreise stellen Werte dar, die unter Verwendung des konventionellen Verfahrens erhalten wurden, und vertikale Querbalken zeigen Variationen der Durchbruchsspannung. Aus Figur 9 wird deutlich, daß die Verbesserung der Durchbruchsspannung dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zuzuschreiben ist.

Claims

1. Halbleiterspeichervorrichtung mit einem Gate mit unbestimmtem Potential und einem Steuergate, mit:

einem Halbleitersubstrat (51) eines ersten Leitfähigkeitstyps;

einem auf dem Halbleitersubstrat (51) ausgebildeten, ersten Isolierfilm (52), welcher einen Gateisolierfilm der Speichervorrichtung darstellt;

einem Nicht-Einkristall-Siliziumfilm (53), der auf dem ersten Isolierfilm (52) vorgesehen ist und eine Verunreinigung eines zweiten Leitfähigkeitstyps mit einem vorbestimmten Konzentrationsniveau aufweist;

einem ersten Polysiliziumfilm (54), der auf dem Nicht- Einkristall-Siliziumfilm (53) vorgesehen ist, und eine Verunreinigung des zweiten Leitfähigkeitstyps mit einem ersten Konzentrationsniveau aufweist;

einem zweiten Polysiliziumfilm (55), der auf den ersten Polysiliziumfilm (54) vorgesehen ist und eine Verunreinigung des zweiten Leitfähigkeitstyps mit einem zweiten Konzentrationsniveau aufweist;

einem zweiten Isolierfilm (56), aus thermischem Oxid, der auf dem zweiten Polysiliziumfilm (55) vorgesehen ist; und

einem dritten Polysiliziumfilm (57), der auf dem zweiten Isolierfilm (56) vorgesehen ist;

wobei der Nicht-Einkristall-Siliziumfilm (53), der erste Polysiliziumfilm (54) und der zweite Polysiliziumfilm (55) eine Gateelektrode mit unbestimmtem Potential der Speichervorrichtung bilden, und der dritte Polysiliziumfilm (57) eine Steuergateelektrode der Speichervorrichtung bildet, und das vorbestimmte Konzentrationsniveau des Nicht-Einkristall-Siliziumfilms (53) ausreichend niedriger ist als das erste Konzentrationsniveau, so daß keine Diffusion der Verunreinigung des ersten Polysilizumfilms (54) in den ersten Isolierfilm (52) auftritt, und das zweite Konzentrationsniveau des zweiten Polysiliziumfilms (55) ausreichend niedriger ist als das erste Konzentrationsniveau des ersten Polysiliziumfilms (54), so daß keine Diffusion der Verunreinigung des ersten Polysilizumfilms (54) in den zweiten Isolierfilm (56) auftritt.

2. Halbleiterspeichervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorbestimmte Konzentrationsniveau niedriger ist als 5 x 10²&sup0; cm&supmin;³.

3. Halbleiterspeichervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Konzentrationsniveau höher als 5 x 10²&sup0; cm&supmin;³ ist.

4. Halbleiterspeichervorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Konzentrationsniveau niedriger als 5 x 10²&sup0; cm&supmin;³ ist.

5. Halbleiterspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigung des zweiten Leitfähigkeitstyps Phosphor ist.

6. Halbleiterspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Isolierfilm (52) ein thermischer Oxidfilm ist.

7. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterspeichervorrichtung, welche ein Gate mit unbestimmtem Potential und ein Steuergate aufweist, sowie mehrere Filme (52 bis 57), die auf einem Halbleitersubstrat (51) eines ersten Leitfähigkeitstyps vorgesehen sind, mit folgenden Schritten:

a) Ausbildung eines ersten Isolierfilms (52) auf einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats (51);

b) Ausbildung, auf dem ersten Isolierfilm (52), einer dreilagigen Anordnung (53, 54, 55) aus polykristallinem Silizium, welche eine Verunreinigung eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist, mit einer oberen und einer unteren Oberflächenschicht (53, 55), die eine Verunreinigungskonzentration aufweisen, deren Niveau niedriger ist als jene des Restes der dreilagigen Anordnung (53, 54, 55) aus polykristallinem Silizium;

c) Ausbildung eines zweiten Isolierfilms (56) aus thermischem Oxid auf der dreilagigen Anordnung (53, 54, 55) aus polykristallinem Silizium, und

d) Ausbildung des unteren Oberflächenfilms (53) der dreilagigen Anordnung (53, 54, 55) aus polykristallinem Silizium als Nicht-Einkristall- Siliziumfilm (53) in einem amorphen Zustand.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Oberflächenfilm (53) eine Phosphorkonzentration von weniger als 5 x 10²&sup0; cm&supmin;³ als Verunreinigung des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist, und daß die dreilagige Anordnung (53, 54, 55) aus Polysilizium eine Phosphorkonzentration von weniger als 5 x 10²&sup0; cm&supmin;³ aufweist, und durch ein LPCVD-Verfahren in einer thermisch zersetzten Silan/Phosphin-Gasatmosphäre bei 400ºC bis 600ºC gebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Oberflächenfilm (55) eine Phosphorkonzentration von weniger als 5 x 10²&sup0; cm&supmin;³ als Verunreinigung des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist, und daß die dreilagige Anordnung (53, 54, 55) aus Polysilizium durch ein LPCVD- Verfahren in einer thermisch zersetzten Silan/Phosphin- Gasatmosphäre bei 400ºC bis 800ºC ausgebildet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Polysiliziumfilm (54) der dreilagigen Anordnung (53, 54, 55) aus Polysilizium eine Phosphorkonzentration von mehr als 5 x 10²&sup0; cm&supmin;³ als Verunreinigung des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist, und daß die dreilagige Anordnung (53, 54, 55) aus Polysilizium durch ein LPCVD- Verfahren in einer thermisch zersetzten gasförmigen Silan/Phosphin-Atmosphäre bei 600ºC bis 800ºC ausgebildet wird.