JPH0465169A

JPH0465169A - Ｅ↑２ｐｒｏｍ装置

Info

Publication number: JPH0465169A
Application number: JP2176301A
Authority: JP
Inventors: Tadanori Hosokawa; 直範細川; Masakazu Shiozaki; 塩崎　雅一; Kunihiro Mori; 森　邦弘; Kikuo Yamabe; 紀久夫山部; Junichi Shiozawa; 順一塩澤; Satoru Kitagawa; 悟北川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-07-05
Filing date: 1990-07-05
Publication date: 1992-03-02
Anticipated expiration: 2011-07-10
Also published as: JP2515042B2; KR920003530A

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】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明はＥ２ＰＲＯＭ装置の改良に関する。

（従来の技術）従来、Ｅ２ＰＲＯＭ装置は、例えば第５図又は第６図に
示すような断面構造をしている。ここで、４１は半導体
基板、４２はフィールド酸化膜、４３はゲート酸化膜、
４４はイレーズゲート、４５はトンネル酸化膜、４６は
フローティングゲート、４７は熱酸化膜、４８はコント
ロールゲートである。

これらのＥ２ＰＲＯＭ装置では、データの書き込みは、
半導体基板４１からフローティングゲート４６へ電子を
注入することにより行われ、又データの消去は、フロー
ティングゲート４６からトンネル酸化膜４５を介してイ
レーズゲート４４へ電子を引き抜くことにより行われる
。なお、これらＥ２ＰＲＯＭ装置の異なるところは、イ
レーズケート４４とフローティングゲート４６とか上下
逆になっていることのみであり、イレーズゲート４４、
フローティングゲート４６の働きや動作については同じ
である。また、これらいずれの装置についても、イレー
ズゲート４４とフローティングゲート４６との間の一部
に形成されるトンネル酸化膜４５は、熱酸化膜のみによ
り構成されている。

一方、トンネル酸化膜４５には、主に以下に示す二つの
特性が要求されている。即ち、第１に、フローティング
ゲート４Ｂからイレーズゲート４４への電子の流れにつ
いては、低電界で大きな電流が流れ易く、イレーズゲー
ト４４からフローティングゲート４６への電子の流れに
ついては、高電界でも電流が流れ難いという電流方向性
があること。第２に、トンネル酸化膜４５に電流を長期
間流しても劣化が少ないような高信頼性を有することで
ある。

前者の要求は、データの消去時にフローティングゲート
４６からイレーズゲート４４への電子の抜き取りを完全
に行うため、及びデータの書込み時にイレーズゲート４
４からフローティングゲート４６への誤書込みか起こら
ないようにするため必要なものである。また、後者の要
求は、書込み／消去を繰り返し行うときの信頼性を確保
するために重要である。

ところで、前記第５図に示すＥ２ＰＲＯＭ装置ては、フ
ローティングケート４Ｂの不純物、例えばリン（Ｐ）の
ドーピング濃度をＩ　Ｘ　１０２゜ｃｍ−３程度に低濃
度かつ高精度に制御することにより、トンネル酸化膜４
５に電流方向性を持たせている。これは、第７図に示す
ように、フローティングゲート４６に多結晶シリコンを
用いた場合、その表面は、高濃度のリンを拡散させたと
きよりも凹凸であり、一方、この多結晶シリコン膜を熱
酸化して得られるトンネル酸化膜４５の表面は、比較的
なめらかであることを利用している。即ち、電子は、多
結晶シリコンの凸部（突起部）における電界集中によっ
て、フローティングゲート４６からイレーズゲート４４
へ流れ易くなり、又その逆であるイレーズゲート４４か
らフローティングゲート４６へは流れ難くなるという現
象を利用したものである。

しかしながら、現状においては、リンのドピング濃度を
低濃度かつ高精度に精密に制御することは非常に困難で
あり、トンネル酸化膜４５の信頼性を十分に確保するの
が不可能となる欠点がある。また、前記第６図に示すよ
うなＥ２ＰＲＯＭ装置では、上述の多結晶シリコンの表
面の凹凸を利用すること、及びトンネル酸化膜４５を熱
酸化膜のみにより形成することは原理的には不可能とい
う欠点がある。

（発明が解決しようとする課題）このように、従来のＥ２ＰＲＯＭ装置は、フローティン
グゲートに多結晶シリコンを利用していたが、前記多結
晶シリコンのリン濃度の制御が非常に困難であり、トン
ネル酸化膜の信頼性を十分に確保できないという欠点か
あった。また、全てのタイプのＥ２ＰＲＯＭ装置に多結
晶シリコンの凹凸を利用することかできないという欠点
かあった。

本発明は、上記欠点を解決すべくなされたものてあり、
Ｅ２ＰＲＯＭ装置のタイプに関係なく、トンネル酸化膜
に再現性よく電流方向性を持たせること及び高信頼性を
持たせることが可能なＥ２ＰＲＯＭ装置を提供すること
を目的とする。

［発明の構成コ（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明のＥ２ＰＲＯＭ装置は、電気的に浮遊状態の第１のゲート
電極と、前記第１のゲート電極に蓄積された電荷を消去
するための第２のゲート電極と、前記第１及び第２のゲ
ート電極間の少なくとも一部に形成される液相成長によ
る酸化膜とを含んている。

また、電気的に浮遊状態の第１のゲート電極と、前記第
１のゲート電極に蓄積された電荷を消去するための第２
のゲート電極と、前記第１及び第２のゲート電極間に形
成される液相成長による酸化膜及び熱酸化による熱酸化
膜とを含んでいる。

さらに、前記酸化膜は、過飽和のシリカを含むケイフッ
化水素酸溶液から析出させたシリコン酸化膜であるのが
よい。

（作用）このような構成によれば、第１及び第２のゲート電極間
に形成される絶縁膜の少なくとも一部が、液相成長によ
り形成される酸化膜により形成されている。これにより
、前記絶縁膜の特性として、電流方向性及び高信頼性を
再現性よく満たすことが可能になる。

また、前記酸化膜は、過飽和のシリカを含むケイフッ化
水素酸溶液から析出させたシリコン酸化膜であるのが効
果的である。

（実施例）以下、図面を参照しながら本発明の一実施例について詳
細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係わるＥ２ＰＲＯＭ装置を示すものである。

シリコン基板ｌｌ上には、素子分離のためのフィールド
酸化膜１２及びゲート酸化膜１３が形成されている。ま
た、フィールド酸化膜１２上には、第１の多結晶シリコ
ン膜（第２のゲート電極）　＋４が形成されている。第
１の多結晶シリコン膜１４上には、トンネル絶縁膜か形
成されている。このトンネル絶縁膜は、液相成長により
形成される酸化膜（以下「液相酸化膜」という。）１５
、例えば過飽和のシリカを含むケイフッ化水素酸溶液か
ら析出させたシリコン酸化膜と、第１の多結晶シリコン
膜１４を熱酸化することにより形成される熱酸化膜１６
とから構成されている。ゲート酸化膜１３、並びに液相
酸化膜１５及び熱酸化膜１６上には、第２の多結晶シリ
コン膜（第１のゲート電極）１７が形成されてる。

このような構成によれば、トンネル絶縁膜の少なくとも
一部が、液相成長により形成される酸化膜１５、例えば
過飽和のシリカを含むケイフッ化水素酸溶液から析出さ
せたシリコン酸化膜により形成されている。これにより
、電流方向性及び高信頼性を再現性よく満たすことが可
能なトンネル絶縁膜が形成できる。

第２図（ａ）乃至（ｅ）は、本発明の一実施例に係わる
Ｅ２ＰＲＯＭ装置の製造方法を示すものである。

ます、同図（ａ）に示すように、シリコン基板２１上に
素子分離のためのフィールド酸化膜２２を８０００人程
度１ゲート酸化膜２３を３６０人程０の厚さにそれぞれ
形成する。次に、同図（ｂ）に示すように、全面にはＣ
ＶＤ法により第１の多結晶シリコン膜２４を４０００人
程度０厚さに堆積形成する。また、第１の多結晶シリコ
ン膜２４を導電化するために、例えばＰＯＣΩ３雰囲気
中において温度９００℃、６０分程度の気相リン拡散を
行う。次に、同図（ｃ）に示すように、リソグラフィー
技術を用いて、第１の多結晶シリコン膜２４を所定のパ
ターンにバターニングし、イレーズゲトを形成する。次
に、同図（ｄ）に示すように、液相成長により１００人
程０の厚さの液相酸化膜２５を形成する。ここで、液相
にて液相酸化膜（ＳｉＯ２）１Ｂを形成する方法は、例
えばケイフッ化水素酸（Ｈ２Ｓ　ｉ　Ｆ６　）の水溶液
にシリカ（Ｓ　ｉ　Ｏ２）を飽和させた処理液にＡｌを
溶解させて、Ｈ２Ｓ　ｉ　Ｆ６＋２Ｈ２ｏ＝ｓ　１０２＋６ＨＦの平
衡式を右へずらせることにより行うことができる。また
、続けて９０％の酸素（０゜）と１０％のＨＣ，Ｑとの
雰囲気中において温度８００℃、７０分程度の熱酸化を
行う。この時、第１の多結晶シリコン膜２４が酸素と反
応して熱酸化膜２６が形成される。なお、熱酸化膜２６
は、第１の多結晶シリコン膜２４と液相酸化膜２５との
界面において成長するため、トンネル絶縁膜の構造とし
ては、上層が液相成長により形成される液相酸化膜２５
、下層が熱酸化により形成される熱酸化膜２６となる。

次に、同図（ｅ）に示すように、全面にはＣＶＤ法によ
り第２の多結晶シリコン膜２７を４０００人程度０厚さ
に堆積形成する。また、第２の多結晶シリコン膜２７を
導電化するために、例えばＰＯＣｉ）ｉ雰囲気中におい
て温度９００℃、６０分程度の気相リン拡散を行う。こ
の後、第２の多結晶シリコン膜２７をバターニングして
フローティングゲートを形成する。なお、図示しないか
、この後、通常の製造工程を経てＥ２　ＦＲＯＭ装置か
完成する。

第３図は従来のＥ２ＰＲＯＭ装置のトンネル絶縁膜、第
４図は本発明に係わるＥ２ＰＲＯＭ装置のトンネル絶縁
膜のｌ−Ｖ特性を示すものである。

従来構造のトンネル絶縁膜では、第３図に示すように、
電流方向性か小さく又はほとんどなかったが、本発明の
トンネル絶縁膜では、第４図に示すように、電流を流す
方向でＩ−Ｖ　　カーブに大きな差があり、電流方向性
を有することがわかる。

また、その他の効果として、５μＡの電流を流し続けた
際、トンネル絶縁膜の不良率が６３％になるまでに前記
トンネル絶縁膜を通過した総電荷量ＱＤＤが、従来技術
では、ｌＸｌ０−’Ｃ（クロン）であったのに対し、本
発明の構造によれば、５×１０−４０と５０倍にのび信
頼性が高くすることができた。

なお、上記製造方法では、液相成長により液相酸化膜２
５を形成した後、熱酸化により熱酸化膜２６を形成して
いるか、これに限られるものではない。例えば、液相酸
化膜２５を形成する工程と、熱酸化膜２６を形成する工
程とを入れ替えても構わないし、熱酸化膜２Ｂを形成し
た後、液相酸化膜２５を形成し、さらにこの後、熱酸化
を行っても構わない。

また、本発明か、前記第５図に示すようなＥ２ＰＲＯＭ
装置に適用できることは言うまでもない。

［発明の効果］以上、説明したように、本発明のＥ２ＰＲＯＭ装置によれば、次のような効果を奏する。

トンネル絶縁膜の少なくとも一部か、液相成長により形
成される酸化膜、例えば過飽和のシリカを含むケイフッ
化水素酸溶液から析出させたシリコン酸化膜により形成
されている。よって、電流方向性及び高信頼性のいずれ
も再現性よく満たすことが可能なトンネル絶縁膜を有す
るＥ２ＰＲＯＭ装置か提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わるＥ２ＰＲＯＭ装置を示す断面図、第２図は本発明の一実
施例に係わるＥ２　ＦＲＯＭ装置の製造方法を示す断面
図、第３図及び第４図はそれぞれ従来と本発明のＥ２Ｐ
ＲＯＭ装置のトンネル絶縁膜の１−Ｖ特性を示す図、第
５図及び第６図はそれぞれ従来のＥ２ＰＲＯＭ装置を示
す断面図、第７図は従来のＥ２ＰＲＯＭ装置のフローテ
ィングゲート４４及びイレーズゲート４６間のトンネル
絶縁膜４５を示す断面図である。１１・・・シリコン基板、１２・・・フィールド酸化膜
、Ｉ３・・・ゲート酸化膜、１４・・・第１の多結晶シ
リコン膜（フローティングゲート）１５・・・液相酸化
膜、１６・・・熱酸化膜、１７・・・第２の多結晶シリ
コン膜（イレーズゲート）。Ｉ！１ｒＩ！Ｊ出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電気的に浮遊状態の第１のゲート電極と、前記第
１のゲート電極に蓄積された電荷を消去するための第２
のゲート電極と、前記第１及び第２のゲート電極間に形
成される絶縁膜とを有するＥ＾２ＰＲＯＭ装置において
、前記絶縁膜の少なくとも一部が、液相成長により形成さ
れる酸化膜から構成されていることを特徴とするＥ＾２
ＰＲＯＭ装置。
（２）電気的に浮遊状態の第１のゲート電極と、前記第
１のゲート電極に蓄積された電荷を消去するための第２
のゲート電極と、前記第１及び第２のゲート電極間に形
成される絶縁膜とを有するＥ＾２ＰＲＯＭ装置において
、前記絶縁膜が、液相成長により形成される酸化膜と、前
記第２のゲート電極を熱酸化することにより形成される
熱酸化膜とから構成されていることを特徴とするＥ＾２
ＰＲＯＭ装置。
（３）前記酸化膜は、過飽和のシリカを含むケイフッ化
水素酸溶液から析出させたシリコン酸化膜であることを
特徴とする請求項１または２記載のＥ＾２ＰＲＯＭ装置
。