JPH02114568A - 不揮発性記憶装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、記憶保持特性の非常に優れたフローティング
ゲート型の電界効果トランジスタからなる不揮発性記憶
装置の製造方法に関するものである。

（従来の技術） 従来、電気的に書き込み消去が可能なＲＯＭ（Ｅ　Ｅ　
Ｐ　ＲＯＭ　、　Ｅ　１ｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｅｒａ
ｓａｂｌｅ　ａｎｄＰ　ｒｏｇｒａｍａｂｌｅ　ＲＯＭ
　）の１つとして、トンネリング注入により書き込み消
去を行うフローティングゲート構造の不揮発性記憶装置
が知られている。

このフローティングゲート型の不揮発性記憶装置は、半
導体基板側から薄い絶縁膜を介して電荷をトンネリング
させ、絶縁膜上のフローティングゲート電極に電荷を蓄
積し、トランジスタのしきい値電圧を変化させて情報を
記憶させることを原理としている。

従来のフローティングゲート型の不揮発性記憶装置を第
３図に示した構造断面図を参照して説明する。第３図に
示すように、Ｐ型シリコン基板１の中にＮ型の不純物を
含んだドレイン領域２とソース領域３が形成され、シリ
コン基板１の上にソース領域３とドレイン領域２にまた
がって酸化シリコン膜４が形成されるとともに、この酸
化シリコン膜４の中のドレイン領域２の上の一部分にト
ンネリング媒体となり得る薄い酸化シリコンＩｙＡ５が
形成され、酸化シリコン膜５の上にフローティングゲー
ト電極６、酸化シリコン膜７およびコントロールゲート
電極８が順次積層された構造となっている。

近年、第３図に示すごとき不揮発性記憶装置において、
プログラミング電圧の低電圧化、書き換えに伴うメモリ
特性の劣化の低減を実現するために、トンネリング媒体
となり得る薄い酸化シリコン膜５の代わりに、薄い窒化
シリコン膜、又は窒化シリコン膜−酸化シリコン膜の２
Ｍ！Ｊの積層膜、又は酸化シリコン膜−窒化シリコン膜
−酸化シリコン膜の３層の積層膜、又はオキシナイトラ
イド膜などの窒化シリコン吸糸のトンネリング絶縁膜を
用いることが提案されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、窒化シリコン吸糸のトンネリング絶縁膜
を用いた不揮発性記憶装置において、通常フローティン
グゲート電極及びコントロールゲート電極にポリシリコ
ン膜等の高融点金属を用いるため、トンネリング絶縁膜
を形成した後に、９００〜１０００℃程度の高温熱処理
がどうしても必要となり、このため窒化シリコン吸糸の
トンネリング絶縁膜の膜質が著しく変化し、記憶保持特
性が悪化するといった問題点を有していた。

本発明の目的は、かかる問題に鑑み、フローティングゲ
ート型不揮発性記憶装置において、記憶保持特性を悪化
させることなく、プログラム電圧の低電圧化、書き換え
に伴うメモリ特性の劣化の低減化をはかることができる
製造方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達するために、本発明は一導電型半導体基板
面に、少なくとも窒化シリコン膜を含むトンネリング絶
縁膜を選択形成する工程と、前記トンネリング絶縁膜上
にフローティングゲート電極を形成する工程と、前記フ
ローティングゲート電極上に絶縁膜を介してコントロー
ルゲート電極を形成する工程を少なくとも有する不揮発
性記憶装置の製造方法において、上記トンネリング絶縁
膜を形成した後に、水素雰囲気中における熱処理を行な
うことを特徴とするものである。

（作　用） 本発明は、水素熱処理を行うことにより、窒化シリコン
膜中の水素含有量を増加させ、窒化シリコン膜の電気伝
導度を小さくシ、記憶保持特性の悪化の少ない優れた記
憶保持特性をうろことができるものである。

（実施例） 本発明者の検討によれば、窒化シリコン膜を含むトンネ
リング絶縁膜形成後の高温熱処理による記憶保持特性の
悪化は、窒化シリコン膜成長直後の膜質に強く依存し、
特に窒化シリコン膜中に含まれる水素、特に５ｉ−Ｉ（
結合の含有量に関係があり、５ｉ−Ｈ結合の多い窒化シ
リコン膜は、窒化シリコン膜成長温度以上の高温熱処理
を行なうことにより、５ｉ−Ｈ結合の数が少なくなり、
不安定なトラップが付加増大され、窒化シリコン膜の空
気伝導度が増加し、そのため記憶保持特性の悪化が起こ
ることを見い出した。すなわち、窒化シリコン膜を形成
した後の工程での高温熱処理による記憶保持特性の悪化
は、主に窒化シリコン膜形成の際の水素含有量に大きく
依存していることが明らかとなった。

また、フローティングゲート型不揮発性記憶装置は、ト
ンネリング絶縁膜を形成した後、通常ポリシリコン膜等
の高融点金属からなるフローティングゲート電極及びコ
ントロールゲート電極を形成し、さらにソース、トレイ
ン形成、保護膜の形成などの工程が行なわれるが、これ
らの工程においてソース、ドレインの押し込み、保護膜
の緻密化などのために、トンネリング絶縁膜である窒化
シリコン膜の成長温度以上の高温で熱処理が行なわれる
ので、水素処理は、これらの高温熱処理が終了した後に
行なう必要がある。さらに、窒化シリコン膜は通常、化
学的気相成長法により形成されるが、この成長温度は通
常７００〜８００℃であり。

このような窒化シリコン膜をトンネリング絶縁１摸とし
て用いた場合の水素処理の温度は約７００℃以上で行な
うことにより効果があることが見い出された。

次に、本発明の具体的な実施例を図面を用いて説明する
。

第１図は、本発明の一実施例を示した工程順断面図であ
る。

まず、第１図（Ａ）に示すようにＰ型シリコン基板１全
面に、酸化シリコン膜９を５００人形成し。

さらに窒化シリコン膜１０を１０００人形成した後、素
子分離のための所定の部分を公知のフォトエツチング技
術によりエツチングを行う。

次いで、第１図（Ｂ）に示すように、通常の熱酸化法に
よりフィールド酸化膜１１をＩＰ程度形成させる。

次に第１図（Ｃ）に示すように、窒化シリコン膜１０と
その下の酸化シリコン膜９を順次エツチングした後１通
常の熱酸化法を用いて酸化シリコン膜４を５００人形成
させる。次いで、フォトレジスト１２をマスクとして、
リンイオン１３を注入しＮ型拡散層１４．１５を形成す
る。本実施例では注入条件を１００ｋｅＶ、Ｉ　ＸＩＯ
”ａｎ−２の条件下で実施した。

次に、第１図（Ｄ）に示すように、フォトレジスト１２
を除去した後、Ｎ型拡散層１５の上の酸化シリコン膜４
の一部分を通常のフォトエツチング技術により開孔し、
この間孔部にジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃ１！、）とア
ンモニア（ＮＨ，）の化学反応に基づく、減圧気相成長
法によりトンネリング媒体となる薄い窒化シリコン膜１
６を形成させる。本実施例ではＮＨ，／ＳｉＨ，ＣＩｌ
、＝　５　、７５０℃の条件下で窒化シリコン膜１６を
約１００人形成さｔた。

次いで、第１図（Ｅ）に示すように、窒化シリコン膜１
６上にリンをドープ（約２　ＸＩＯ２０ｍ−３）　した
ポリシリコン膜を気゛相成長法により約５０００人形成
させ、その後公知のフォトエツチング技術により、ポリ
シリコン膜よりなるフローティングゲート電極６を形成
する。次いで、通常の熱酸化法により。

酸化シリコン膜７をフローティングゲート電極６上で約
４００人となるように形成する。その後、リンをドープ
（約２　ＸＩＯ”ａｎ−３）Ｌ、たポリシリコン膜を気
相成長法により、約４０００人形成させ、次いで公知の
フォトエツチング技術によりポリシリコン膜よりなるコ
ントロールゲート電極８を形成する。

さらに、コントロールゲート電極８とフィールド酸化膜
１１をマスクとして、ヒ素を打ち込み（５０ｋｅＶ　、
　４　Ｘ　１０１ｓｃ１０１ｓ、ソース、ドレイン領域
となるＮ型拡散層２，３を形成する。

次いで、第１図（Ｆ）に示すように、公知の気相成長法
により、酸化シリコン膜１７を全面に被着後。

ソース、ドレインの押し込みと、酸化シリコン膜１７の
緻密化のために、１０００℃、Ｎ２雰囲気中で熱処理を
行なう。その後、水素雰囲気中において、９００℃、　
３０分間の熱処理を行った。最後に、酸化シリコン膜１
７を公知のフォトエツチング技術によりコンタクト孔婆
開孔し、アルミニウム電極１８を形成し、第１図 （Ｆ）に示すごときフローティングゲート型の不揮発性
記憶装置を作製することができる。

以上のごとくして得られたフローティングゲート型不揮
発性記憶装置の記憶保持特性の一例を第２図に示す。縦
軸はしきい値電圧、横軸は保持時間を示している。第２
図に示すように、本発明の製造方法により作製された不
揮発性記憶装置の記憶保持特性（実＠　１９）は、水素
熱処理を行なわない場合（破線２０）に比べ記憶保持特
性が非常に優れていることがわかる。

本実施例では、トンネリング絶縁膜として窒化シリコン
膜の単層膜を用いた場合について示したが、トンネリン
グ絶縁膜として、窒化シリコン膜−酸化シリコン膜の２
層膜、酸化シリコン膜−窒化シリコン膜−酸化シリコン
膜の３層膜、オキシナイトライド膜などの窒化シリコン
吸糸の絶縁膜を用いた場合についても同様の効果がある
ことは言うまでもない。

（発明の効果） 以上説明したところから明らかなように、本発明のごと
き製造方法によれば、記憶保持特性を悪化させることな
く、プログラミング電圧の低電圧化、書き換えに伴うメ
モリ特性の劣化の低減化が実現でき、フローティングゲ
ート型の半導体記憶装置の高性能化に大きく寄与するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための工程順断面
図、第２図は本発明の詳細な説明するための記憶保持特
性図、第３図は従来のフローティングゲート型不揮発性
記憶装置の構造断面図である。 １　・・・　Ｐ型シリコン基板、２，３，１４゜１５・
・・Ｎ型拡散層、　４，７，９．１７・・・酸化シリコ
ン膜、５，１６・・・　トンネリング媒体となりつる薄
い窒化シリコン膜、６　・・・フローティングゲート電
極、　８・・・コントロールゲート電極、１０・・・窒
化シリコン膜、１１・・・　フィールド酸化膜、１２・
・・　フォトレジスト、１３・・・　リンイオン、１８
・・・アルミニウム電極。 特許出願人　松下電子工業株式会社 へ＼−７ 第 図 １０　窒化シツコン７Ｉ爽 第 因 ８　コ〉ドローＪし電極 ４．１５　・・Ｎ１把歌１ 第 図 旧 １７・ 値化シリコン膜 °°アルミニウム電極 第 図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）一導電型半導体基板面に、少なくとも窒化シリコ
   ン膜を含むトンネリング絶縁膜を選択形成する工程と、
   前記トンネリング絶縁膜上にフローティングゲート電極
   を形成する工程と、前記フローティングゲート電極上に
   絶縁膜を介してコントロールゲート電極を形成する工程
   を有する不揮発性記憶装置の製造方法において、上記ト
   ンネリング絶縁膜を形成した後に、水素雰囲気中におけ
   る熱処理を行なうことを特徴とする不揮発性記憶装置の
   製造方法。
2. （２）上記トンネリング絶縁膜が窒化シリコン膜と酸化
   シリコン膜との２種の積層膜であることを特徴とする請
   求項（１）記載の不揮発性記憶装置の製造方法。
3. （３）上記トンネリング絶縁膜が第１の酸化シリコン膜
   と窒化シリコン膜と第２の酸化シリコン膜との３種の積
   層膜であることを特徴とする請求項（１）記載の不揮発
   性記憶装置の製造方法。
4. （４）上記トンネリング絶縁膜がオキシナイトライド膜
   であることを特徴とする請求項（１）記載の不揮発性記
   憶装置の製造方法。
5. （５）上記水素雰囲気中における熱処理の温度が７００
   ℃以上であることを特徴とする請求項（１）、（２）、
   （３）、（４）のいずれかに記載の不揮発性記憶装置の
   製造方法。