JPH09213820A - 不揮発性半導体記憶装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】層間絶縁膜の薄膜化に優れ、電荷保持特性が優
れていると同時に、書換え動作によるトンネル絶縁膜の
信頼性の低下が少ない不揮発性半導体記憶装置の製造方
法を提供する。 【解決手段】化学気相成長法で形成した酸化シリコン膜
を、一酸化窒素を含むガス中で熱処理し、酸化シリコン
膜の一部を酸窒化シリコン膜とすることにより誘電率の
大きい層間絶縁膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高信頼の層間絶縁
膜を持ち、電荷保持特性が優れていると同時に書換え信
頼性に優れた不揮発性半導体記憶装置の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】不揮発性半導体記憶装置は、例えば図１
に示す断面構造を有している。ここで、１はシリコン基
板、２はフイールド酸化膜、３は電極、４はトンネル絶
縁膜、５は浮遊ゲート電極、６は層間絶縁膜、７は制御
ゲート電極、８はソース、９はドレイン、１０は絶縁膜
である。この不揮発性半導体記憶装置では、ドレイン９
に３.３Ｖ ，制御ゲート電極７に−７Ｖ，ソース８を開
放、基板１を接地することにより浮遊ゲート電極５に蓄
積した電子をドレイン９側に引き抜いて情報の書込みを
行う。この方法によれば、浮遊ゲート電極５中の電子が
ファウラ・ノルドハイム（Fowler−Nordheim）トンネル
電流(Ｆ−Ｎ電流)によってドレイン９側に引き抜かれ、
同時にドレイン９側から正孔がトンネル絶縁膜４中に注
入される。このように、高電界を印加して電流を流すト
ンネル絶縁膜は結晶のシリコン基板を熱酸化して形成さ
れている。一方、層間絶縁膜は、浮遊ゲート電極を構成
する多結晶シリコン膜を熱酸化するか、あるいは浮遊ゲ
ート電極上に化学気相成長法により堆積することにより
下層の酸化シリコン膜を形成したＳｉＯ₂−Ｓｉ₃Ｎ₄−
ＳｉＯ₂ 積層膜（以後、ＯＮＯ膜と略）が多く用いられ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の不揮発性半
導体記憶装置では、デバイスを縮小し、メモリセルの高
密度化を達成するためには層間絶縁膜を薄膜化しなけれ
ばならず、漏洩電流を低く保ったままＯＮＯ膜の各層を
薄膜化することが必要となる。例えば、ＳｉＯ₂換算膜
厚として１５ｎｍの膜厚のＯＮＯ膜では、下層ＳｉＯ₂
膜５ｎｍ，Ｓｉ₃Ｎ₄膜１０ｎｍ，上層ＳｉＯ₂ 膜５ｎｍ
となっており、ＯＮＯ膜を１５ｎｍから１３ｎｍに薄膜
化する場合には、４ｎｍレベルのＳｉＯ₂ 膜が必要とな
る。

【０００４】トンネル絶縁膜の信頼性については、文献
「アイ・イー・イー・イー インターナショナル リラ
イアビリティ フィジックス プロシーディングス １
８ページから２３ページ」に開示されているように、層
間絶縁膜の形成工程で９００℃以上の高温での工程があ
ると、トンネル絶縁膜中の電子捕獲準位が増大し、書換
えを繰り返すことによりトンネル絶縁膜中に電子が捕獲
され、書換え時間が長くなるという問題が生じる。ま
た、ＯＮＯ膜中のＳｉ₃Ｎ₄膜は７７０℃レベルの低温で
形成するが、強い応力を持つためにトンネル絶縁膜に影
響を及ぼす。前記文献に開示されているように、Ｓｉ₃
Ｎ₄膜の堆積では電子捕獲準位は増加しないものの、書
換え相当の高電界ストレスを印加することによりトンネ
ル絶縁膜の低電界漏洩電流が増大する。高電界ストレス
印加後の低電界漏洩電流の増大は、トンネル絶縁膜の薄
膜化とともに顕著となるため、低電界漏洩電流の低減は
今後のトンネル絶縁膜の薄膜化で最も重要な課題であ
る。

【０００５】本発明の目的は、層間絶縁膜自身の漏洩電
流を低く保ったまま、トンネル絶縁膜の信頼性を劣化さ
せない、信頼性の高い不揮発性半導体記憶装置の製造方
法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的は、浮遊ゲート
電極上に酸化シリコン膜を形成後、一酸化窒素を含むガ
ス中、８５０℃以下の温度で酸化シリコン膜を加熱し、
酸化シリコン膜中に窒素を導入して層間絶縁膜とするこ
とにより達成される。

【０００７】層間絶縁膜に単層の酸化シリコン膜を用い
るとＯＮＯ膜と比べ、薄膜化が容易となる。すなわち、
ＯＮＯ膜では今後の薄膜化に対して膜厚４ｎｍレベルの
膜堆積が必要であるが、単層膜を用いれば１３ｎｍレベ
ルの膜堆積を行うことになる。さらに、一酸化窒素によ
り窒素を導入して、酸化シリコン膜の一部を酸窒化シリ
コン膜とすることにより誘電率が高くなり、ＳｉＯ₂ 換
算膜厚を薄くすることが可能となる。

【０００８】酸化シリコン膜中に窒素を導入して誘電率
を大きくする方法としては、他にアンモニアガス中で加
熱する方法，亜酸化窒素中で加熱する方法がある。アン
モニアを用いて窒素を導入した場合にはアンモニア中の
水素が窒素と同時に層間絶縁膜中に導入される。これ
は、層間絶縁膜中の電子捕獲準位を増大させ、不揮発性
半導体記憶装置の動作時に電子が層間絶縁膜中に捕獲さ
れ、デバイスのしきい値電圧の変動をもたらす。このた
め、水素を層間絶縁膜中から除去するためにドライ雰囲
気中で加熱して水素を除去するという工程が必要にな
る。一方、亜酸化窒素を用いた場合にはドライ雰囲気中
での加熱となり、かつ亜酸化窒素自身水素を持っていな
いことから層間絶縁膜中に水素に起因した電子捕獲準位
が形成されることはない。ところが、亜酸化窒素は反応
性が低く、多結晶シリコン膜からなる浮遊ゲート電極を
酸窒化するためには９００℃以上の温度が必要となる。
このため、９００℃以上の高温での熱処理によりトンネ
ル絶縁膜が劣化してメモリセルの書換え信頼性が低下す
る。

【０００９】これらに対し、一酸化窒素を用いた場合に
は水素を持たない雰囲気中での加熱が可能であり、かつ
８５０℃以下の温度で浮遊ゲート電極を構成する多結晶
シリコン膜を窒化することができる。これにより、酸化
シリコン膜中に電子捕獲準位を増大させることなく、誘
電率を大きくすることができ、薄膜化が容易となる。

【００１０】酸化シリコン膜を化学気相成長法で形成す
る場合には、例えば、シリコンの供給源としてモノシラ
ン，ジシラン，テトラエトキシシラン等を用い、酸素の
供給源としては亜酸化窒素，酸素等を用いる。化学気相
成長法で酸化シリコン膜を形成した場合には膜中に水素
が残存するため、熱酸化膜に比べて水素に起因した電子
捕獲準位が多くなる。したがって、水素を含まない雰囲
気中で加熱し、水素を除去する必要がある。水素が離脱
した後にはダングリングボンドが生成されるため、窒素
を導入してダングリングボンドを終端する。これによ
り、漏洩電流を低減できる。

【００１１】酸化シリコン膜の形成で、酸素の供給源の
ガス量を減少させると、堆積される酸化シリコン膜中の
原子数比Ｓｉ／Ｏが増大する。Ｓｉ／Ｏ比が０.５ より
大きい場合にはシリコンが過剰となり、一酸化窒素を含
むガス中で加熱することにより過剰のシリコンが窒化さ
れる。そこで、一酸化窒素中で熱処理後の絶縁膜中の酸
素と窒素の分布を調べた。

【００１２】従来のシリコン基板を熱酸化した膜を用い
た場合の結果を図４に、Ｓｉ／Ｏの原子数比が０.５ を
越える酸化シリコン膜をシリコン基板上に堆積した場合
について図５に示す。図４から熱酸化膜（Ｓｉ／Ｏの原
子数比が０.５ ）の場合には絶縁膜とシリコン基板との
界面をピークにして界面から２ｎｍ程度の範囲に窒素が
分布すること、図５からＳｉ／Ｏの原子数比が０.５ を
越える場合には絶縁膜とシリコン基板との界面のほか、
絶縁膜中にも窒素が導入され、窒素の極大値が膜中に存
在することがわかる。導入される窒素量の増大に伴い、
誘電率が大きくなるため、ＳｉＯ₂ 換算膜厚を薄くする
ことができる。

【００１３】Ｓｉ₃Ｎ₄膜を用いずに、単層酸化シリコン
膜を一酸化窒素を含むガス中で加熱することにより応力
の小さい層間絶縁膜を形成でき、トンネル絶縁膜の低電
界漏洩電流を抑制することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】

（実施例１）次に本発明の実施例を、図１に示した断面
を持つメモリセルを用いて説明する。

【００１５】シリコン基板１をアンモニアと過酸化水素
を含んだ水溶液中に浸漬した後、フッ酸水溶液中で表面
酸化膜を除去し、これに続いてフィールド酸化膜２を形
成してから、シリコン基板１をパイロジェニック酸化に
より、８５０℃で膜厚９ｎｍのＳｉＯ₂ 膜を形成し、ト
ンネル絶縁膜４とした。

【００１６】トンネル絶縁膜４上に、減圧化学気相成長
法によりモノシランとホスフィンを用いて３×１０²⁰cm
^-3のリンを含んだ多結晶シリコン膜を２００ｎｍだけ堆
積し、その後、窒素雰囲気中８００℃で２０分間加熱し
て、浮遊ゲート電極５とした。この後、多結晶シリコン
膜上に減圧化学気相成長法により亜酸化窒素を８００sc
cm，モノシランを２０sccmの流量で流して７５０℃で原
子数比Ｓｉ／Ｏが約０.５ の酸化シリコン膜（膜厚１８
ｎｍ）とした。

【００１７】これに続いて、窒素で希釈した５％の一酸
化窒素ガスに切り換え、８５０℃で１５分間加熱して、
窒素を酸化シリコン膜中に導入し、層間絶縁膜６とし
た。

【００１８】これとは別に、本発明の効果を確認する層
間絶縁膜６を次のようにして形成した。浮遊ゲート電極
５上に減圧化学気相成長法により亜酸化窒素を５００sc
cm，モノシランを２０sccmの流量で流して７５０℃でシ
リコン過剰な酸化シリコン膜（膜厚１８ｎｍ）とした。

【００１９】これに続いて、窒素で希釈した５％の一酸
化窒素ガスに切り換え、８５０℃で１５分間加熱して、
窒素を酸化シリコン膜中に導入し、層間絶縁膜６とし
た。

【００２０】参照試料は、以下の２種類のものを作製し
た。

【００２１】一つは、多結晶シリコン膜を８００℃でド
ライ酸化雰囲気中で加熱し、膜厚５ｎｍのＳｉＯ₂ 膜を
形成し、減圧化学気相成長法によりＳｉ₃Ｎ₄膜を７７０
℃で膜厚１３ｎｍ堆積した。続いて、９００℃でＳｉ₃
Ｎ₄膜をパイロジェニック酸化して膜厚５ｎｍのＳｉＯ
₂ 膜を形成し、ＳｉＯ₂ 換算膜厚１５ｎｍのＯＮＯ膜を
もって層間絶縁膜６とした。

【００２２】二つ目の層間絶縁膜の参照試料としては、
浮遊ゲート電極を構成する多結晶シリコン膜上に減圧化
学気相成長法でモノシランと亜酸化窒素とを用いて膜厚
５ｎｍのＳｉＯ₂ 膜を堆積し、８００℃で窒素雰囲気中
で１０分間加熱後、減圧化学気相成長法によりＳｉ₃Ｎ₄
膜を７７０℃で膜厚１０ｎｍ堆積した。続いて、減圧化
学気相成長法でモノシランと亜酸化窒素とを用いて膜厚
５ｎｍのＳｉＯ₂ 膜を堆積し、８００℃でパイロジェニ
ック酸化を３０分間行った。これにより、ＳｉＯ₂ 換算
膜厚１５ｎｍのＯＮＯ膜として層間絶縁膜６とした。

【００２３】以上、４種類の層間絶縁膜６上に減圧化学
気相成長法によりモノシランとホスフィンを用いて３×
１０²⁰cm^-3のリンを含んだ多結晶シリコン膜を２００ｎ
ｍだけ堆積し、その後窒素雰囲気中８００℃で２０分間
加熱することにより制御ゲート電極７を形成し、その後
ゲート加工を行ってから、ソース８，ドレイン９を形成
した。更に、硼素とリンとを含んだ酸化シリコン膜を堆
積した後加熱して平坦化した絶縁膜１０を形成した。こ
の後ソース８，ドレイン９上にコンタクト穴を開け、そ
の上に電極３を形成して、図１に示すようなメモリセル
を作製した。

【００２４】この構造の不揮発性半導体記憶装置を用い
て書換え特性を評価した。ゲートの全面を用いた浮遊ゲ
ート電極５への電荷の注入（消去）をＦ−Ｎ電流で行
い、浮遊ゲート電極５とドレイン９との間を用いたＦ−
Ｎ電流による電荷の引抜きを書込み動作とした。消去を
行う際には、制御ゲート電極７に＋１２Ｖ，ソース８，
ドレイン９，基板１を０Ｖにしたパルスを印加して、し
きい値電圧を確認しながら消去を行った。書込みを行う
際には、制御ゲート電極７に−７Ｖ，ドレイン９に＋
３.３Ｖ ，ソース８を開放にして、基板１を接地したパ
ルスを印加し、しきい値電圧を確認しながら書込みを行
った。

【００２５】上記のメモリセル特性を、トンネル絶縁膜
４に膜厚９ｎｍのパイロジェニックＳｉＯ₂ 膜を用いた
メモリセルで、層間絶縁膜６を変えたときの書込み時間
の変動を図６に示す。層間絶縁膜６に単層酸化シリコン
膜を堆積し、一酸化窒素ガス中で加熱した場合には、酸
化シリコン膜の原子数比Ｓｉ／Ｏによらず、ＯＮＯ膜を
用いた場合と比べ、書込み時間の変動が抑えられてい
る。消去特性βについては四つのメモリセルとも差がな
かった。

【００２６】一方、電荷保持特性に関しては、１０⁵ 回
書換え後のしきい値電圧の変動を図７に示す。しきい値
電圧の変動量は層間絶縁膜６の種類に依存して、熱酸化
によるＯＮＯ膜，化学気相成長法によるＯＮＯ膜，本発
明による一酸化窒素処理した酸化シリコン膜の順で少な
くなった。電荷保持特性に関しても、層間絶縁膜６に単
層酸化シリコン膜を堆積し、一酸化窒素ガス中で加熱し
た場合には、酸化シリコン膜の原子数比Ｓｉ／Ｏによら
ず、ＯＮＯ膜を用いた場合と比べ、書込み時間の変動が
抑えられている。

【００２７】（実施例２）次に本発明の実施例を図２に
示した断面を持つキャパシタを用いて説明する。

【００２８】シリコン基板１１をアンモニアと過酸化水
素を含んだ水溶液中に浸漬した後、フッ酸水溶液中で表
面酸化膜を除去し、これに続いてフィールド酸化膜１２
を形成した。次に、フッ酸水溶液中で洗浄してシリコン
基板１１表面の自然酸化膜を除去後、減圧化学気相成長
法によりモノシランとホスフィンを用いて３×１０²⁰cm
^-3のリンを含んだ多結晶シリコン膜を２００ｎｍだけ堆
積し、その後窒素雰囲気中８００℃で２０分間加熱し
て、ドライエッチングにより加工を行って下部電極１３
とした。

【００２９】この後、下部電極１３上に減圧化学気相成
長法により亜酸化窒素を８００sccm，モノシランを２０
sccmの流量で流して７５０℃で原子数比Ｓｉ／Ｏが約
０.５の酸化シリコン膜（膜厚１８ｎｍ）とした。

【００３０】これに続いて、アルゴンで希釈した１０％
の一酸化窒素ガスに切り換え、８５０℃で１５分間加熱
して、窒素を酸化シリコン膜中に導入し、絶縁膜１４と
した。

【００３１】この他、本発明の効果を確認する絶縁膜の
形成方法としては、下部電極１３上に減圧化学気相成長
法により亜酸化窒素を５００sccm，モノシランを２０sc
cmの流量で流して７５０℃でシリコン過剰の酸化シリコ
ン膜（膜厚１８ｎｍ）を形成した。これに続いて、アル
ゴンで希釈した１０％の一酸化窒素ガスに切り換え、８
５０℃で１５分間加熱して、窒素を酸化シリコン膜中に
導入し、絶縁膜１４とした。

【００３２】参照試料としては、以下の３種類のものを
作製した。

【００３３】一つは、下部電極１３上に減圧化学気相成
長法により亜酸化窒素を８００sccm，モノシランを２０
sccmの流量で流して７５０℃で原子数比Ｓｉ／Ｏが約
０.５の酸化シリコン膜（膜厚１８ｎｍ）とした。これ
に続いて、窒素ガスに切り換え、８５０℃で３０分間加
熱して、絶縁膜１４とした。

【００３４】二つめは、下部電極１３を構成する多結晶
シリコン膜を８００℃でドライ酸化雰囲気中で加熱し、
膜厚５ｎｍのＳｉＯ₂ 膜を形成し、減圧化学気相成長法
によりＳｉ₃Ｎ₄膜を７７０℃で膜厚１３ｎｍ堆積した。
続いて、９００℃でＳｉ₃Ｎ₄膜をパイロジェニック酸化
して膜厚５ｎｍのＳｉＯ₂ 膜を形成し、ＳｉＯ₂ 換算膜
厚１５ｎｍのＯＮＯ膜をもって絶縁膜１４とした。

【００３５】三つめの絶縁膜１４の参照試料としては、
下部電極１３を構成する多結晶シリコン膜上に減圧化学
気相成長法でモノシランと亜酸化窒素とを用いて膜厚５
ｎｍのＳｉＯ₂ 膜を堆積し、８００℃で窒素雰囲気中で
１０分間加熱後、減圧化学気相成長法によりＳｉ₃Ｎ₄膜
を７７０℃で膜厚１０ｎｍ堆積した。続いて、減圧化学
気相成長法でモノシランと亜酸化窒素とを用いて膜厚５
ｎｍのＳｉＯ₂ 膜を堆積し、８００℃でパイロジェニッ
ク酸化を３０分間行った。これにより、ＳiＯ₂換算膜厚
１５ｎｍのＯＮＯ膜として絶縁膜１４とした。

【００３６】以上、５種類の絶縁膜１４上に減圧化学気
相成長法によりモノシランとホスフィンを用いてリンを
含んだ多結晶シリコン膜を２００ｎｍだけ堆積し、その
後窒素雰囲気中８００℃で２０分間加熱した。続いて、
ドライエッチングによりゲート加工を行って上部電極１
５を形成し、図２に示すようなキャパシタを作製した。

【００３７】この構造のキャパシタを用いて電流−電圧
特性を評価した。単層の酸化シリコン膜を用いた場合に
は、ＯＮＯ膜を用いた場合と比べ、Fowler−Nordheimト
ンネリングによって電流が流れるために図８に示すよう
に電界に対する電流密度の変化が急峻になる。一酸化窒
素を用いて窒素を導入することにより高電界での電流の
低下が見られた。計測装置の限界により、図８に示した
１０^-12Ａ／cm²までしか測定できないが、図１に示す断
面を持つメモリセルの電荷保持特性で重要な１〜２ＭＶ
／cmの電界で十分低い漏洩電流になっていると考えられ
る。すなわち、化学気相成長法により堆積した酸化シリ
コン膜を一酸化窒素中で加熱した膜でも、不揮発性半導
体装置の層間絶縁膜，ＯＮＯ膜と遜色の無い電流−電圧
特性を示すことが分かった。

【００３８】（実施例３）次に本発明の実施例を、図３
に示す断面を持つＭＯＳキャパシタを用いて説明する。

【００３９】シリコン基板４１をアンモニアと過酸化水
素を含んだ水溶液中に浸漬した後、フッ酸水溶液中で表
面酸化膜を除去し、これに続いてフィールド酸化膜４２
を形成してから、シリコン基板４１をパイロジェニック
酸化により、８５０℃で膜厚９ｎｍのＳｉＯ₂ 膜を形成
し、トンネル絶縁膜４３とした。トンネル絶縁膜４３上
に、減圧化学気相成長法によりモノシランとホスフィン
を用いて３×１０²⁰cm^-3のリンを含んだ多結晶シリコン
膜を２００ｎｍだけ堆積し、その後窒素雰囲気中８００
℃で２０分間加熱して、ゲート電極４４とした。この
後、多結晶シリコン膜上に減圧化学気相成長法により亜
酸化窒素を８００sccm，モノシランを２０sccmの流量で
流して７５０℃で原子数比Ｓｉ／Ｏが約０.５ の酸化シ
リコン膜（膜厚１８ｎｍ）とした。

【００４０】これに続いて、窒素で希釈した５％の一酸
化窒素ガスに切り換え、２０分間加熱して、窒素を酸化
シリコン膜中に導入し、ゲート電極上の絶縁膜４５とし
た。

【００４１】参照試料としては、以下の３種類のものを
作製した。

【００４２】一つは、多結晶シリコン膜上に減圧化学気
相成長法により亜酸化窒素を８００sccm，モノシランを
２０sccmの流量で流して７５０℃で原子数比Ｓｉ／Ｏが
約０.５ の酸化シリコン膜（膜厚１８ｎｍ）とした。こ
れに続いて、窒素ガスに切り換え、８００℃で３０分間
加熱して、ゲート電極上の絶縁膜４５とした。

【００４３】二つめの電極上絶縁膜４５の参照試料とし
ては、多結晶シリコン膜を８００℃でドライ酸化雰囲気
中で加熱し、膜厚５ｎｍのＳｉＯ₂ 膜を形成し、減圧化
学気相成長法によりＳｉ₃Ｎ₄膜を７７０℃で膜厚１３ｎ
ｍ堆積した。続いて、９００℃でＳｉ₃Ｎ₄膜をパイロジ
ェニック酸化して膜厚５ｎｍのＳｉＯ₂ 膜を形成し、Ｓ
ｉＯ₂ 換算膜厚１５ｎｍのＯＮＯ膜をもって電極上絶縁
膜４５とした。

【００４４】三つめのゲート電極上絶縁膜４５の参照試
料としては、多結晶シリコン浮遊ゲート電極を構成する
多結晶シリコン膜上に減圧化学気相成長法でモノシラン
と亜酸化窒素とを用いて膜厚５ｎｍのＳｉＯ₂ 膜を堆積
し、８００℃で窒素雰囲気中で１０分間加熱後、減圧化
学気相成長法によりＳｉ₃Ｎ₄膜を７７０℃で膜厚１０ｎ
ｍ堆積した。続いて、減圧化学気相成長法でモノシラン
と亜酸化窒素とを用いて膜厚５ｎｍのＳｉＯ₂ 膜を堆積
し、８００℃でパイロジェニック酸化を３０分間行っ
た。これにより、ＳｉＯ₂ 換算膜厚１５ｎｍのＯＮＯ膜
として電極上絶縁膜４５とした。

【００４５】以上、４種類の電極上絶縁膜４５をドライ
エッチングで加工して針当て用のコンタクト穴を形成
し、図３に示すようなＭＯＳキャパシタを作成した。こ
の構造のＭＯＳキャパシタを用いて、高電界ストレスに
よるトンネル絶縁膜４３の特性変動を評価した。

【００４６】図９に一定電流ストレス印加時(ゲート負
電圧，１０ｍＡ／cm² )のゲート電圧の変動を示す。ス
トレス印加初期の正孔の捕獲によるゲート電圧の低下
は、どの場合にも違いが無かった。これに対し、電子の
捕獲量は熱酸化で形成したＯＮＯ膜，化学気相成長（Ｃ
ＶＤ）法で形成したＯＮＯ膜，本発明の順で小さくなっ
た。

【００４７】また、同じ定電流ストレス印加後の６ＭＶ
／cmにおける漏洩電流を図１０に示す。漏洩電流値は、
熱酸化で形成したＯＮＯ膜，化学気相成長（ＣＶＤ）法
で形成したＯＮＯ膜，本発明の順で小さくなった。スト
レス印加後の電子の捕獲量，低電界漏洩電流ともに、電
極上絶縁膜を酸化シリコン膜で形成した場合には窒素中
で加熱したか、一酸化窒素中で加熱したかによらず、同
じであった。すなわち、化学気相成長法により酸化シリ
コン膜を堆積して電極上絶縁膜を形成することにより、
トンネル絶縁膜に及ぼす影響を低減することができる。
これは、メモリセルで書換えを繰り返すことによる書込
み時間の増大としきい値電圧の変動とが抑制されること
と対応していると考えられる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、高電界ストレスによる
トンネル絶縁膜の電子捕獲準位，低電界漏洩電流を抑制
することができ、書込み時間の増大が起こらず、電荷保
持特性の良好な不揮発性半導体記憶装置の製造方法を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】不揮発性半導体記憶装置の断面図

【図２】上部電極，下部電極とも多結晶シリコン膜で形
成したキャパシタの断面図。

【図３】ＭＯＳキャパシタの断面図。

【図４】従来技術によって亜酸化窒素を用いて熱酸化膜
中に窒素を導入した膜の二次イオン質量分析の結果の説
明図。

【図５】シリコン過剰の酸化シリコン膜を亜酸化窒素処
理した膜の二次イオン質量分析結果の説明図。

【図６】実施例１における不揮発性半導体記憶装置の書
込み特性図。

【図７】実施例１における不揮発性半導体記憶装置の電
荷保持特性の改善効果を示す説明図。

【図８】実施例２におけるキャパシタの電流−電圧特性
の改善効果を示す説明図。

【図９】実施例３におけるＭＯＳキャパシタのトンネル
絶縁膜のゲート電圧変動の改善効果を示す説明図。

【図１０】実施例３におけるＭＯＳキャパシタのトンネ
ル絶縁膜の低電界漏洩電流の改善効果を示す説明図。

【符号の説明】

１…シリコン基板、２…フィールド酸化膜、３…電極、
４…トンネル絶縁膜、５…浮遊ゲート電極、６…層間絶
縁膜、７…制御ゲート電極、８…ソース、９…ドレイ
ン、１０…絶縁膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 孝 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 片山 敦子 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１導電型を有する半導体基板にトンネル
   絶縁膜を介して設けられた浮遊ゲート電極と、前記浮遊
   ゲート電極上に少なくとも一部分が積層する形で層間絶
   縁膜を介して設けられた制御ゲート電極と、前記半導体
   基板内に互いに分離して設けられた第２導電型のソー
   ス，ドレイン領域を備えた電気的に書換え可能な不揮発
   性半導体記憶装置の製造方法において、酸化シリコン膜
   を形成後一酸化窒素を含むガス中で加熱することにより
   酸窒化シリコン膜層を含む層間絶縁膜を持つことを特徴
   とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
2. 【請求項２】請求項１において、前記層間絶縁膜が酸化
   シリコン膜を一酸化窒素を含むガス中で加熱してできる
   単層膜からなる不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
3. 【請求項３】請求項１または２において、前記層間絶縁
   膜が酸化シリコン膜を窒素、あるいはアルゴンで希釈し
   た一酸化窒素ガス中で加熱してできる単層膜からなる不
   揮発性半導体記憶装置の製造方法。
4. 【請求項４】請求項１，２または３において、一酸化窒
   素を含むガス中での加熱温度が850℃以下である不揮発
   性半導体記憶装置の製造方法。
5. 【請求項５】請求項１，２，３または４において、前記
   酸化シリコン膜を化学気相成長法で形成する不揮発性半
   導体記憶装置の製造方法。
6. 【請求項６】請求項１，２，３，４または５において、
   前記酸化シリコン膜の原子数比Ｓｉ／Ｏが０.５ より大
   きい不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
7. 【請求項７】請求項２，３，４または５において、前記
   層間絶縁膜が浮遊ゲート電極と層間絶縁膜との界面に窒
   素の分布の最大値を持ち、かつ層間絶縁膜中の水素濃度
   が０.５％ 以下である不揮発性半導体記憶装置の製造方
   法。
8. 【請求項８】請求項２，３，４，５または６において、
   前記層間絶縁膜が浮遊ゲート電極と層間絶縁膜との界面
   と層間絶縁膜中の２ケ所に窒素の分布の極大値を持ち、
   かつ層間絶縁膜中の水素濃度が０.５ ％以下である不揮
   発性半導体記憶装置の製造方法。