JPH0478025B2 - - Google Patents

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JPH0478025B2
JPH0478025B2 JP58160360A JP16036083A JPH0478025B2 JP H0478025 B2 JPH0478025 B2 JP H0478025B2 JP 58160360 A JP58160360 A JP 58160360A JP 16036083 A JP16036083 A JP 16036083A JP H0478025 B2 JPH0478025 B2 JP H0478025B2
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JP
Japan
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floating gate
region
conductivity type
layer
impurity concentration
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JP58160360A
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English (en)
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JPS6053083A (ja
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Yasuo Wada
Takaaki Hagiwara
Akira Sato
Masao Tamura
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/68Floating-gate IGFETs
    • H10D30/681Floating-gate IGFETs having only two programming levels

Landscapes

  • Non-Volatile Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体不揮発性メモリの新規な製造方
法に関し、さらに詳述すれば、電気的にプログラ
ム可能な読み出し専用メモリ(EPROM)のチヤ
ネル領域内に、高濃度領域を収束イオン線技術を
用いて形成し、キヤリアの注入効率を向上させ
EPROMの高性能化をはかる方法に関するもので
ある。 〔発明の背景〕 従来技術によつて製造したEPROMの例を第1
図に示す。p型(100)面10Ω・cmのシリコン基
板Si1上に熱酸化法で形成した厚さ50nmのシリ
コン酸化膜2、厚さ350nmの多結晶シリコン
(pelySi)フローテイング・ゲート3、該フロー
テイングゲート3上に形成した厚さ80nmの酸化
膜4、該酸化膜4上に形成した厚さ350nmの
pelySiから成るコントロールゲート5、ヒ素イオ
ンAs+を60KeVで1×1016cm-2打込み、1000℃で
20分間アニールして形成した接合深さ0.4μm、、
層抵抗20Ω/0のn+拡散層から成るソース6およ
びドレーン7、ボロンイオンB+を50KeVで5×
1011cm-2打込んで形成したチヤネルドープ領域8
から成るEPROMメモリセルにおいて、ソース6
からドレーン7に向つて高電界を印加しつつコン
トロールゲート5に高電圧を印加する事により、
該チヤネル領域8に生じたいわゆるホツトキヤリ
アが、コントロールゲート5の電界に引かれて、
フローテイングゲート3に注入され、しきい電圧
のシフトが起きる。その結果、EPROMとして機
能する事になる。 フローテイングゲート3へのキヤリアの注入効
率は、チヤネル領域8の不純物濃度により大きく
変化する。第2図は、チヤネル領域8の不純物濃
度と、フローテイングゲート3へのキヤリアに注
入効率の関係をゲート電圧VGおよびドレーン電
圧VDの関数として示したもので、いかなる電圧
条件においてもチヤネル領域8の不純物濃度を高
くする程、キヤリアの注入効率を高くできる事が
示されている。(萩原ら、ジヤパニーズ、ジヤー
ナル オブ アプライド、フイジツクス16巻サプ
ルメント16−1,211頁(1977年);T.
Hagiwara,Japan.J.Appl.Phys.Suppl16−1
211(1977))しかしながら、チヤネル領域8の不
純物濃度が高くなると、(1)チヤネル領域8のキヤ
リア移動度が小さくなる、(2)しきい電圧VTHが高
くなる、(3)ドレーン容量が増大する、などの弊害
があるため、必ずしも良い対策とはならない。第
3図は、表面の不純物濃度と電界効果移動度の関
係を示したもので、不純物濃度が増大し、1016cm
−3を超えると、電界効果移動度が急激に小さくな
り、1017cm-3では、約1/3程度まで減少してしま
う。このために、トランジスタのゲイン定数が低
下し、スイツチング速度が3倍程度長くなる。ま
たしきい電圧VTHは、表面不純物濃度により大幅
に変化するが、この関係を第4図に示す。表面不
純物濃度が1015cm-3の場合に比較し、4×1016cm-
とすると、2.5V以上に高くなり、正常な動作特
性は全く期待できなくなる。したがつて従来構造
のデバイスは、たとえばキヤリアの注入効率を実
用的なレベルである10-6とすると、しきい電圧が
約1Vとなる表面不純物濃度が2×1016cm-3である
事から、電圧条件としてVG=37V,Vo=25Vと
いう極めて高い電源電圧を使用する事になり、電
源の設計、デバイスの設計等、全く不利となる。 〔発明の概要〕 本発明はこのような従来技術の問題点を解決す
るために為されたもので、集束イオン線技術(た
とえば、R.L.Seliger他,J.Vac.Sci Technol.16
(6)1610(1979))用いる事により、部分的に高
濃度層を形成し、注入効率の高い高性能なデバイ
スを実現するものである。 以下本発明を実施例に基づき、具体的に説明す
る。 〔発明の実施例〕 実施例 1 本実施例では、本発明の概略を示し、デバイス
の高性能化が可能な理由について述べる。 第5図は本発明によるデバイスの断面構造の例
を示したもので、p型(100)面10Ω・cmのシリ
コン基板11と、厚さ20nmのSiO212、厚さ
350nmのpelySiフローテイングゲート13、厚さ
80nmのSIO214、厚さ350nmのpelySiコントロ
ールゲート15、n+ソース16、ドレーン17
を持つ構造において、収束イオン線によりボロン
イオンB+を打込み、表面濃度1017cm-3のp型層1
8を形成した状態を示す。 このようなデバイス構造とする事により、従来
構造で問題であつた(1)キヤリア移動度の低下、(2)
VTHの上昇、(3)ドレーン容量の増大という好まし
くない影響を全く取り除く事ができる。この理由
は、VTHおよびキヤリア移動度を決めるトランジ
スタのチヤネル領域の不純物濃度を1×1016cm-3
以下とする事ができ、適切なVTHと高いキヤリア
移動度を実現可能な一方で、高濃度領域18の存
在のためにキヤリアの注入効率は、第2図に示し
た関係から明らかなように、従来の半分程度の印
加電圧でも、10-5−10-6程度と、十分に高くでき
るためである。したがつて所望のVTHと,高いキ
ヤリア移動度と小さいドレーン容量を持ち、かつ
高いキヤリア注入効率を持つたデバイスを実現す
る事が可能になる。 該高濃度領域18に大きさは、収束イオン線を
用いるため、0.1μmφ以下にする事も可能であり、
従来の技術で可能な面積に比較して大幅に縮小で
きる。たとえば通常のホトリソグラフイ法を用い
ると、高濃度領域18の面積は最小加工寸法であ
る1μm□程度となり、そのため、全体の素子寸法
は巨大なものになる。微小デバイスが要求される
大規模集積回路(以下VLSIと略記)では、収束
イオン線の直径をたとえば0.3μm以下とすること
により、従来では不可能であつた構造と特性を持
つものを形成することができる。 実施例 2 第6図aはp型(100)面、10Ω・cmのシリコ
ン基板(以下Si基板)11を1000℃ドライ酸素中
で23分間熱酸化し、厚さ20nmの酸化膜19(以
下SiO2と略記)を成長させ、さらに科学蒸着法
(Chemical Vapor Deposition:以下CVD法と略
記)により厚さ50nmの窒化シリコン膜(以下Si3
N4と略記)を推積し、通常のホトリソグラフイ
および反応性スパツタエツチによりSi3N4のパタ
ーン20を形成し、さらにB+を5×1012cm-2打込
んで、チヤネルストツパ層21を形成した状態で
ある。 第6図bは、該基板を1000℃のウエツト雰囲気
で酸化し、厚さ0.8μmのフイールドSiO222を成
長させた後、該SiO219およびSi3N420を除去
し、再び1000℃乾燥酸素中で酸化して、厚さ
50nmのゲートSiO212を成長させ、50KeV、1
×1011cm-2のB+を打込んでチヤネルドープした
後、CVD法によりpolySiを厚さ350nm推積し、
熱拡散法によりリンをドープした後、所定の形状
にホトリソグラフと反応性スパツタエツチにより
加工して、フローテイング・ゲート13を形成し
た状態を示す。 第6図cはフローテイング・ゲート13の端部
に、太さ0.1μmφの収束イオン線を用いてB+を打
込み、表面濃度1017cm-3の高濃度層23を形成し
た状態を示す。 第6図dは、該構造を再び900℃ウエツト雰囲
気中で酸化し、厚さ80nmの層間酸化膜14を成
長させ、さらにCVD法により厚さ350nmの
polySiを成長させ、熱拡散法によりリンをドープ
した後、フローテイング・ゲート13と同様に加
工して、コントロール・ゲート15を形成し、さ
らにAs+を100KeV,1×1016cm-2という条件で
イオン打込みし、1000℃で20分間アニールして、
接合深さ0.3μm、層抵抗25Ω/Dのソース16,
ドレーン17を形成した状態を示す。 第6図eは、CVD法によりリンガラス(以下
PSGと略)24を形成し、アニール後、コンタ
クト・ホールを形成し、さらにアルミニウム配線
(以下Al配線と略)25を形成後、400℃30分間
の水素アニールにより、界面準位を消滅させた状
態を示す。 、このような構造の不揮発性メモリを形成する事
により、適切なVTH、高いキヤリア移動度、高い
キヤリア注入効率を有する良好な性能を実現でき
た。 実施例 3 本実施例では、該高濃度層の形成後に、フロー
テイング・ゲートを形成する方法について示す。 第7図aは、p型(100)面、10Ω・cmのSi基
板11と、ゲートSiO212、フイールドSiO2
2、チヤネルストツパ層21を有する構造に
0.3μmφのB+収束イオン線により、表面濃度1017
cm-3の高濃度層23を形成した状態を示す。 第7図bは、フローテイングゲート13、層間
SiO214、コントロールゲート15を形成した
状態を示す。本実施例に示した構造をとる事によ
り、実施例1に示した構造と比較し、コントロー
ル・ゲートの付加容量を減らせるため有利であ
る。 実施例 4 本実施例では、フローテイング・ゲートおよび
コントロール・ゲート形成後に、B+高濃度層を
形成する方法について述べる。 第8図は、Si基板11、ゲートSiO212、フ
ローテイングゲート13、層間SiO214、コン
トロールゲート15を有する構造において、
0.1μmφのB+イオン線を、200KeVに加速して、
4×1012cm-2打込み、高濃度層23を形成した状
態を示す。 このような構造とする事により、実施例3に比
較すると、ゲートに対して該イオン線を位置合わ
せして打込む事が可能なため、該高濃度層23の
形成位置を高精度化できる点が有利である。ま
た、イオン打込み後の熱工程が少ないため、該高
濃度層23の拡散を抑えられ、デバイス構造上有
利となる。 たとえばフローテイング・ゲートとなるべき
pelySi層形成後、該pelySi層上部からB+イオン
打込みし、高濃度層を形成し、その後、さらにコ
ントロール・ゲートを形成するという変形も可能
である。 第8図において、ゲート13および15の下部
に比較して、ゲート13,15に覆われていない
部分の高濃度層23の接合深さが深くなるのは、
イオン打込み時に、ゲート13および15が、収
束イオンを一部マスクするためである。このため
に、キヤリアの注入効率を保つたまま、ドレーン
耐圧を向上する事が可能となる。 実施例 5 本実施例では、フローテイング・ゲートの側壁
に対し収束イオン線を用いて高濃度層を形成し、
さらに、これを熱処理して横方向に拡散させる方
法について述べる。 第9図は、Si基板11,ゲートSiO212,フ
ローテイングゲート13,層間SiO214,コン
トロール・ゲート15を有する構造において、コ
ントロール・ゲート15の端部に、0.2μmφのB+
収束イオン線を用いて、高濃度層23を形成し、
1000℃で30分間アニールして拡散させた後、ソー
ス16,ドレーン17を形成した状態を示す。本
実施例によれば、収束イオン線の合せ精度が多少
低くても、高性能デバイスを実現できるという特
徴がある。 実施例 6 本実施例では、高濃度層の不純物濃度範囲につ
いて示す。第10図に示した実線aは、高濃度の
不純物濃度と、接合耐圧の関係を示したもので、
1016cm-3では約60Vであるものが、1017cm-3では
約15V・1018cm-3では約5Vと低下する。一方書き
込み電圧は、実用的なキヤリア注入効率を10-6
すると第10図に破線bで示したように、約2×
1017で接合耐圧を上回る。従つて該高濃度層23
の不純物濃度は2×1017cm-3以下である。また、
実用的な書き込み電圧は約30V以下であるから、
最小の不純物濃度は、5×1015cm-3であつた。 〔発明の効果〕 以上の実施例に示した如く、本発明によれば
VTHの精密設定、高いキヤリア移動度といつた特
性を保ちつつ、高いキヤリア注入効率が実現でき
るため、良好な特性の電気的にプログラム可能な
不揮発性読み出し専用メモリ(EPROM)などを
実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第4図は従来技術の説明図、第5図〜
第10図は本発明の実施例を示す図である。 1,11……シリコン基板、2,4,12,1
4,19,22……シリコン酸化膜、3,5,1
3,15……ゲート導電体、6,7,16,17
……n+拡散層、8……チヤネルドープ層、18,
23……収束イオン源による高濃度層、20……
シリコン窒化膜、24……リンガラス、25……
アルミニウム配線、21……チヤネルストツパ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 第1導電形を有する半導体基板の表面上に、
    第1の絶縁膜を形成する工程と、上記第1の絶縁
    膜上に、所定の形状を有するフローテイングゲー
    ト電極、第2の絶縁膜およびコントロールゲート
    電極を順次積層して形成する工程と、上記半導体
    基板の表面領域の上記フローテイングゲート電極
    を介して対向する位置に、上記第1導電形とは逆
    の第2導電形を有する不純物をドープしてソース
    領域およびドレイン領域を形成する工程を少なく
    とも含む不揮発性メモリの構造方法において、収
    束イオン線を用いて上記フローテイングゲート下
    方のチヤネル領域にイオン打込みを行ない、上記
    チヤネル領域よりも面積が小さく、不純物濃度が
    高い上記第1導電形を有する領域を形成する工程
    を、さらに有していることを特徴とする不揮発性
    メモリの製造方法。
JP58160360A 1983-09-02 1983-09-02 不揮発性メモリの製造方法 Granted JPS6053083A (ja)

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