JPH0334672B2 - - Google Patents
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- JPH0334672B2 JPH0334672B2 JP57095191A JP9519182A JPH0334672B2 JP H0334672 B2 JPH0334672 B2 JP H0334672B2 JP 57095191 A JP57095191 A JP 57095191A JP 9519182 A JP9519182 A JP 9519182A JP H0334672 B2 JPH0334672 B2 JP H0334672B2
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- JP
- Japan
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- silicon nitride
- nitride film
- film
- temperature
- silicon
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
- H10D30/69—IGFETs having charge trapping gate insulators, e.g. MNOS transistors
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- Non-Volatile Memory (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、MNOS（金属一窒化シリコン膜−二
酸化シリコン膜−半導体）型の電界トランジスタ
構造を基本構成とする不揮発性記憶装置における
不揮発性能、特に、記憶保持特性の優れた高性能
の不揮発性記憶装置およびその製造方法に関する
ものである。
酸化シリコン膜−半導体）型の電界トランジスタ
構造を基本構成とする不揮発性記憶装置における
不揮発性能、特に、記憶保持特性の優れた高性能
の不揮発性記憶装置およびその製造方法に関する
ものである。
従来、MNOS型不揮発性記憶装置のゲート電
極としてAl電極を用いるのが通常であつた。
極としてAl電極を用いるのが通常であつた。
近年、半導体の寸法微細化、高集積化、および
高速化に伴つてMOS構造素子のゲート電極とし
て、ポリシリコン等の高融点材料を用いる方向に
進みつつある。しかしながら、MNOS型構造に
おいて、高融点金属材料をゲート電極に形成する
際に、通常1000℃程度の高温処理を必要とするの
で、MNOS素子の記憶保持特性を悪化させるこ
とが知られている。
高速化に伴つてMOS構造素子のゲート電極とし
て、ポリシリコン等の高融点材料を用いる方向に
進みつつある。しかしながら、MNOS型構造に
おいて、高融点金属材料をゲート電極に形成する
際に、通常1000℃程度の高温処理を必要とするの
で、MNOS素子の記憶保持特性を悪化させるこ
とが知られている。
MNOS型不揮発性記憶装置は、窒化シリコン
膜と、極薄の二酸化シリコン膜の界面、又は窒化
シリコン膜バルク中に分布するトラツプに、半導
体側から極薄の二酸化シリコン膜を介して行なわ
れる電荷のトンネリング注入と、その蓄積により
トランジスタのしきい値電圧Vthを変化させ、情
報を記憶させるものであり、その記憶保持特性の
確保がMNOS型不揮発性記憶装置の最大の課題
となつており、又実用上の重要な問題となつてい
る。
膜と、極薄の二酸化シリコン膜の界面、又は窒化
シリコン膜バルク中に分布するトラツプに、半導
体側から極薄の二酸化シリコン膜を介して行なわ
れる電荷のトンネリング注入と、その蓄積により
トランジスタのしきい値電圧Vthを変化させ、情
報を記憶させるものであり、その記憶保持特性の
確保がMNOS型不揮発性記憶装置の最大の課題
となつており、又実用上の重要な問題となつてい
る。
本発明の目的は、記憶保持特性が高集積化、高
精度化において飛躍的な向上をはかることのでき
る高融点金属ゲート電極を有するMNOS絶縁膜
構造およびその製造方法を提供することにある。
すなわち、本発明は、ゲート絶縁膜を形成させる
際に、水素含有量の異なる２以上の窒化シリコン
膜を積層させることを特徴とするものである。
精度化において飛躍的な向上をはかることのでき
る高融点金属ゲート電極を有するMNOS絶縁膜
構造およびその製造方法を提供することにある。
すなわち、本発明は、ゲート絶縁膜を形成させる
際に、水素含有量の異なる２以上の窒化シリコン
膜を積層させることを特徴とするものである。
本発明者らの実験によれば、高温熱処理による
記憶保持特性の劣化は、MNOS構造における窒
化シリコン中に含まれる水素、特にSi−Ｈ結合の
含有量に関係があり、Si−Ｈ結合の多い窒化シリ
コン膜は、900℃以上の高温処理を行なうことに
より、Si−Ｈ結合が少なくなり、不安定なトラツ
プが附加増大され、記憶保持特性の劣化が起こ
る。他方、Si−Ｈ結合の少ない窒化シリコン膜
は、900℃以上の高温処理を行なつても前記不安
定なトラツプの生成がほとんどないので記憶保持
特性の変化が少ないことを見い出した。すなわ
ち、窒化シリコン膜を形成した後の高温処理によ
る特性の悪化は、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を見い出し
た。
記憶保持特性の劣化は、MNOS構造における窒
化シリコン中に含まれる水素、特にSi−Ｈ結合の
含有量に関係があり、Si−Ｈ結合の多い窒化シリ
コン膜は、900℃以上の高温処理を行なうことに
より、Si−Ｈ結合が少なくなり、不安定なトラツ
プが附加増大され、記憶保持特性の劣化が起こ
る。他方、Si−Ｈ結合の少ない窒化シリコン膜
は、900℃以上の高温処理を行なつても前記不安
定なトラツプの生成がほとんどないので記憶保持
特性の変化が少ないことを見い出した。すなわ
ち、窒化シリコン膜を形成した後の高温処理によ
る特性の悪化は、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を見い出し
た。
さらに、本発明者らの検討結果によれば、窒化
シリコン膜中の水素含有量は、シランとアンモニ
アを用いる気相成長の際の温度に強く依存し、 (1) 成長温度が高いほど全水素含有量、及びSi−
Ｈ結合が少なくなる傾向にある（例えば700℃
で約８％、900℃で約６％）。
シリコン膜中の水素含有量は、シランとアンモニ
アを用いる気相成長の際の温度に強く依存し、 (1) 成長温度が高いほど全水素含有量、及びSi−
Ｈ結合が少なくなる傾向にある（例えば700℃
で約８％、900℃で約６％）。
(2) 成長温度が900℃以上になると、Si−Ｈ結合
は、ほとんど存在しなくなる。
は、ほとんど存在しなくなる。
ことが見い出された。この経果は、他の研究者ら
の経果とも一致する（P.S.Peery ital、J.
Elictrorils Mat′、8.11、（1979））。
の経果とも一致する（P.S.Peery ital、J.
Elictrorils Mat′、8.11、（1979））。
本発明は、上記の事実に基づいてなされたもの
である。以下、本発明に係るMNOS構造につい
て説明する。本発明の実施例では、薄い二酸化シ
リコン膜上に、比較的低温（700〜900℃）でSi−
Ｈ結合の多い窒化シリコン膜を形成させ次いで、
この窒化シリコン膜上に、高温（900〜1000℃）
で、Si−Ｈ結合の少ない窒化シリコン膜を積層さ
せることにより、第２層目の窒化シリコン膜成長
時に、第１層目の窒化シリコン膜が高温処理さ
れ、有効なトラツプを生じさせると同時に、その
上に水素含有量の少ない窒化シリコン膜を形成さ
せることができる。本発明のような構造にするこ
とにより、MNOSの記憶特性として必要な、し
きい値電圧の窓の大きさ（△Vth）を適当に大き
くとることができると同時に、第２層目の窒化シ
リコン膜形成時に高温（〜1000℃）で成長してい
るため、窒化シリコン膜上にゲート電極を被着し
た後に高温処理を行なつても、記憶保持特性は、
ほとんど劣化しないことが見い出された。
である。以下、本発明に係るMNOS構造につい
て説明する。本発明の実施例では、薄い二酸化シ
リコン膜上に、比較的低温（700〜900℃）でSi−
Ｈ結合の多い窒化シリコン膜を形成させ次いで、
この窒化シリコン膜上に、高温（900〜1000℃）
で、Si−Ｈ結合の少ない窒化シリコン膜を積層さ
せることにより、第２層目の窒化シリコン膜成長
時に、第１層目の窒化シリコン膜が高温処理さ
れ、有効なトラツプを生じさせると同時に、その
上に水素含有量の少ない窒化シリコン膜を形成さ
せることができる。本発明のような構造にするこ
とにより、MNOSの記憶特性として必要な、し
きい値電圧の窓の大きさ（△Vth）を適当に大き
くとることができると同時に、第２層目の窒化シ
リコン膜形成時に高温（〜1000℃）で成長してい
るため、窒化シリコン膜上にゲート電極を被着し
た後に高温処理を行なつても、記憶保持特性は、
ほとんど劣化しないことが見い出された。
次に、本発明の構造を有するMNOSの具体的
な製造法の実施例を図面を用いて説明する。
な製造法の実施例を図面を用いて説明する。
第１図Ａに示すように、Ｐ型基板１全面に二酸
化シリコン膜２を500Å形成し、さらに窒化シリ
コン膜３を1200Å程度形成したのち、素子分離の
ため、所定の部分を周知のフオトエツチング技術
でエツチングを行なう。
化シリコン膜２を500Å形成し、さらに窒化シリ
コン膜３を1200Å程度形成したのち、素子分離の
ため、所定の部分を周知のフオトエツチング技術
でエツチングを行なう。
次に、第１図Ｂに示すように、通常の熱酸化法
によりフイールド酸化膜４を1μ程度形成する。
によりフイールド酸化膜４を1μ程度形成する。
次に、第１図Ｃに示すように、窒化シリコン膜
３とその下の二酸化シリコン膜２を順次エツチン
グした後、20Å程度の薄い二酸化シリコン膜５を
800℃、酸素雰囲気中で酸化して形成する。
３とその下の二酸化シリコン膜２を順次エツチン
グした後、20Å程度の薄い二酸化シリコン膜５を
800℃、酸素雰囲気中で酸化して形成する。
その後、第１図Ｄに示すように、二酸化シリコ
ン膜５の上に、シラン（SH4）とアンモニア
（NH3）の化学反応にもとずく気相成長法によつ
て、NH3／SiH4＝500、800℃の条件下で窒化シ
リコン膜６を50Å形成させる。さらに、引き続
き、窒化シリコン膜６上にNH3／SiH4＝1000、
950℃の条件下の気相成長により、窒化シリコン
膜７を500Å形成させる。次いで、全面にポリシ
リコン膜を4000Å程度形成させ、その後、ゲート
となりうる部分のみを残して、ポリシリコンをフ
オトエツチングによりパターンニングし、ゲート
電極８を形成する。さらに、ゲート電極８とフイ
ールド酸化膜４をマスクとして、リンを打ち込み
（100KeV、４×1015cm2）ポリシリコンのゲート電
極とソース・ドレイン領域９，１０を形成する。
ン膜５の上に、シラン（SH4）とアンモニア
（NH3）の化学反応にもとずく気相成長法によつ
て、NH3／SiH4＝500、800℃の条件下で窒化シ
リコン膜６を50Å形成させる。さらに、引き続
き、窒化シリコン膜６上にNH3／SiH4＝1000、
950℃の条件下の気相成長により、窒化シリコン
膜７を500Å形成させる。次いで、全面にポリシ
リコン膜を4000Å程度形成させ、その後、ゲート
となりうる部分のみを残して、ポリシリコンをフ
オトエツチングによりパターンニングし、ゲート
電極８を形成する。さらに、ゲート電極８とフイ
ールド酸化膜４をマスクとして、リンを打ち込み
（100KeV、４×1015cm2）ポリシリコンのゲート電
極とソース・ドレイン領域９，１０を形成する。
次いで、第１図Ｅに示すように、周知の気相成
長法により、二酸化シリコ膜１１を全面に被着し
た後、ソース・ドレインの押し込みと、二酸化シ
リコン膜１１の緻密化のために、1000℃で30分の
N2雰囲気中で熱処理を行なう。最後に、ソー
ス・ドレイン領域９，１０に電極を設けるため
に、二酸化シリコン膜１１、窒化シリコン膜６，
７、及び二酸化シリコン膜５をエツチングしてコ
ンタクト孔を開孔し、ソース・ドレイン電極１
２，１３を形成して、Ｎチヤンネルシリコンゲー
トMNOS型不揮発性記憶装置を作製することが
できる。
長法により、二酸化シリコ膜１１を全面に被着し
た後、ソース・ドレインの押し込みと、二酸化シ
リコン膜１１の緻密化のために、1000℃で30分の
N2雰囲気中で熱処理を行なう。最後に、ソー
ス・ドレイン領域９，１０に電極を設けるため
に、二酸化シリコン膜１１、窒化シリコン膜６，
７、及び二酸化シリコン膜５をエツチングしてコ
ンタクト孔を開孔し、ソース・ドレイン電極１
２，１３を形成して、Ｎチヤンネルシリコンゲー
トMNOS型不揮発性記憶装置を作製することが
できる。
以上の如くして得られたMNOS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。横軸
は、しきい値電圧、縦軸は、蓄積された電荷の減
衰率（∂Vth／∂logt；Vth：しきい値電圧、ｔ：
時間）を示している。直線の傾きが小さいほど、
記憶保持特性が優れていることを示している。第
２図に示すように、本発明により形成された不揮
発性記憶装置の記憶保持特性（直線１４）は、従
来のＰチヤンネルAlゲートMNOS型不揮発性記
憶装置の記憶保持特性（直線１５）と比較しても
同程度の記憶能力をもち、減衰率の少ない良好な
不揮発性記憶装置を作製することができた。
装置の記憶保持特性の一例を第２図に示す。横軸
は、しきい値電圧、縦軸は、蓄積された電荷の減
衰率（∂Vth／∂logt；Vth：しきい値電圧、ｔ：
時間）を示している。直線の傾きが小さいほど、
記憶保持特性が優れていることを示している。第
２図に示すように、本発明により形成された不揮
発性記憶装置の記憶保持特性（直線１４）は、従
来のＰチヤンネルAlゲートMNOS型不揮発性記
憶装置の記憶保持特性（直線１５）と比較しても
同程度の記憶能力をもち、減衰率の少ない良好な
不揮発性記憶装置を作製することができた。
本実施例以外に、種々の水素含有量の窒化シリ
コン膜について検討した結果、気相成長温度700
〜900℃の比較的低温の条件下で成長した窒化シ
リコン膜上に、900〜1000℃の高温の条件下で成
長した窒化シリコン膜を積層させることより、本
発明の効果が十分発揮できることが確認された。
コン膜について検討した結果、気相成長温度700
〜900℃の比較的低温の条件下で成長した窒化シ
リコン膜上に、900〜1000℃の高温の条件下で成
長した窒化シリコン膜を積層させることより、本
発明の効果が十分発揮できることが確認された。
本実施例では、Ｐ型基板を用い、ｎチヤンネル
不揮発性記憶装置を形成する場合について説明を
行なつてきたが、Ｐチヤンネル型MNOSでも使
用できることはもちろんであり、高融点金属ゲー
ト電極としてポリシリコンを用いた例を示したが
Mo等の高融点金属性材料を用いてよいことは言
うまでもない。
不揮発性記憶装置を形成する場合について説明を
行なつてきたが、Ｐチヤンネル型MNOSでも使
用できることはもちろんであり、高融点金属ゲー
ト電極としてポリシリコンを用いた例を示したが
Mo等の高融点金属性材料を用いてよいことは言
うまでもない。
以上のように、本発明は、MNOS型不揮発性
記憶装置の製造方法において、窒化シリコン膜を
形成した後に高温処理が必要であつても、ゲート
絶縁膜である窒化シリコン膜を形成させる際に、
比較的低温（700〜900℃）の条件下の気相成長法
で窒化シリコン膜を形成させ、さらに該窒化シリ
コン膜上に、高温（900〜1000℃）の条件下の気
相成長法で窒化シリコン膜を形成させて、水素含
有量の異なる窒化シリコン膜を積層させることに
より、記憶保持特性の悪化のない優れた不揮発性
記憶装置を作製することができる。特に本発明は
ポリシリコン高融点金属性材料をゲート電極に用
いたMNOS型不揮発性記憶装置の高性能化、及
びポリシリコン等の高融点金属性材料をゲート電
極として用いることができることにより高集積化
に大きく寄与するものである。
記憶装置の製造方法において、窒化シリコン膜を
形成した後に高温処理が必要であつても、ゲート
絶縁膜である窒化シリコン膜を形成させる際に、
比較的低温（700〜900℃）の条件下の気相成長法
で窒化シリコン膜を形成させ、さらに該窒化シリ
コン膜上に、高温（900〜1000℃）の条件下の気
相成長法で窒化シリコン膜を形成させて、水素含
有量の異なる窒化シリコン膜を積層させることに
より、記憶保持特性の悪化のない優れた不揮発性
記憶装置を作製することができる。特に本発明は
ポリシリコン高融点金属性材料をゲート電極に用
いたMNOS型不揮発性記憶装置の高性能化、及
びポリシリコン等の高融点金属性材料をゲート電
極として用いることができることにより高集積化
に大きく寄与するものである。
第１図Ａ〜Ｅは本発明の一実施例を説明するた
めの工程断面図、第２図は本発明の効果を説明す
るための特性図である。 １……シリコン基板、２……二酸化シリコン
膜、３……窒化シリコン膜、４……二酸化シリコ
ン膜、５……二酸化シリコン膜、６……窒化シリ
コン膜、７……窒化シリコン膜、８……ポリシリ
コン膜、９，１０……ソース及びドレイン、１１
……二酸化シリコン膜、１２，１３……ソース・
ドレイン電極。
めの工程断面図、第２図は本発明の効果を説明す
るための特性図である。 １……シリコン基板、２……二酸化シリコン
膜、３……窒化シリコン膜、４……二酸化シリコ
ン膜、５……二酸化シリコン膜、６……窒化シリ
コン膜、７……窒化シリコン膜、８……ポリシリ
コン膜、９，１０……ソース及びドレイン、１１
……二酸化シリコン膜、１２，１３……ソース・
ドレイン電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板上に形成された酸化シリコン膜
と、前記酸化シリコン膜上に形成された第１の窒
化シリコン膜と、前記第１の窒化シリコン膜上に
形成された前記第１の窒化シリコン膜より水素含
有量の少ない第２の窒化シリコン膜と、前記第２
の窒化シリコン膜上に形成された高融点金属材料
でなる電極膜を備えたことを特徴とする不揮発性
記憶装置。 ２ 半導体基板主面上に酸化シリコン膜を形成す
る工程と、前記酸化シリコン膜上に第１の窒化シ
リコン膜を第１の温度で気相成長する工程と、前
記第１の窒化シリコン膜上に前記第１の温度より
高温の第２の温度で第２の窒化シリコン膜を形成
する工程と、前記第２の窒化シリコン膜上に高融
点金属材料でなる電極膜を形成することを特徴と
する不揮発性記憶装置の製造方法。 ３ 第１の温度が700℃−900℃、第２の温度が
900℃−1000℃の範囲であることを特徴とする特
許請求の範囲第２項に記載の不揮発性記憶装置の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57095191A JPS58212180A (ja) | 1982-06-03 | 1982-06-03 | 不揮発性記憶装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57095191A JPS58212180A (ja) | 1982-06-03 | 1982-06-03 | 不揮発性記憶装置およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58212180A JPS58212180A (ja) | 1983-12-09 |
| JPH0334672B2 true JPH0334672B2 (ja) | 1991-05-23 |
Family
ID=14130857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57095191A Granted JPS58212180A (ja) | 1982-06-03 | 1982-06-03 | 不揮発性記憶装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58212180A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2649511B2 (ja) * | 1986-02-05 | 1997-09-03 | 松下電子工業株式会社 | 半導体記憶装置 |
| US5168334A (en) * | 1987-07-31 | 1992-12-01 | Texas Instruments, Incorporated | Non-volatile semiconductor memory |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5893289A (ja) * | 1981-11-30 | 1983-06-02 | Seiko Epson Corp | 半導体装置の製造方法 |
-
1982
- 1982-06-03 JP JP57095191A patent/JPS58212180A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58212180A (ja) | 1983-12-09 |
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