JPS5898976A - 不揮発性記憶装置の製造方法 - Google Patents
不揮発性記憶装置の製造方法Info
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- JPS5898976A JPS5898976A JP56198113A JP19811381A JPS5898976A JP S5898976 A JPS5898976 A JP S5898976A JP 56198113 A JP56198113 A JP 56198113A JP 19811381 A JP19811381 A JP 19811381A JP S5898976 A JPS5898976 A JP S5898976A
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- nitride film
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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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- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はＭＰｌｏｇ（金属−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からなる
不揮発性記憶装置の製造方法に関し、記憶保持特性のす
ぐれた不揮発性記憶装置の製造方法に関するものである
。
リコン膜−半導体）型の電界トランジスタ構造からなる
不揮発性記憶装置の製造方法に関し、記憶保持特性のす
ぐれた不揮発性記憶装置の製造方法に関するものである
。
ＭＮＯ８型不揮発性記憶装置は、ゲート絶縁膜として用
いられる窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との境界面又
は窒化シリコン膜バルク中に、半導体側からトンネリン
グ媒体となりうる二酸化シリコン膜を介して行なわれる
電気的な電荷の注入と、その蓄積により、４慢１１車−
目子電界効果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１、とくにその
記憶保待時性の確保がＭＮＯ８型不揮発性記憶装置の最
大の課題となっており、又、実用上の重要な問題となっ
ている。
いられる窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との境界面又
は窒化シリコン膜バルク中に、半導体側からトンネリン
グ媒体となりうる二酸化シリコン膜を介して行なわれる
電気的な電荷の注入と、その蓄積により、４慢１１車−
目子電界効果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１、とくにその
記憶保待時性の確保がＭＮＯ８型不揮発性記憶装置の最
大の課題となっており、又、実用上の重要な問題となっ
ている。
本発明の目的は、この重要な要素である記憶保持特性の
飛躍的な改善を行なう高性能のＭＮＯ８型不揮発性記憶
装置の製造方法を提供することである。
飛躍的な改善を行なう高性能のＭＮＯ８型不揮発性記憶
装置の製造方法を提供することである。
ＭＮＯ８型不揮発性記憶装置の記憶保持特性は一般に次
式で表わすことができる。
式で表わすことができる。
（ただし、ＱＮ： 窒化シリコン中に蓄積された電荷
量、ＪＯ：逆トンネリングで半導体基板中に流れる電流
、ＪＮ：熱的な励起によりトラップ間又は窒化シリコン
の伝導帯又は価電子帯との間の遷移をへてゲート電極に
流れる電流） 上式よりわかるように、記憶保持特性をよくするために
は、ＪＯ及びＪＮをできるだけ小さくすればよいが、Ｊ
ｏ及びＪＮは次のよう牟パラメータにより影響する。
量、ＪＯ：逆トンネリングで半導体基板中に流れる電流
、ＪＮ：熱的な励起によりトラップ間又は窒化シリコン
の伝導帯又は価電子帯との間の遷移をへてゲート電極に
流れる電流） 上式よりわかるように、記憶保持特性をよくするために
は、ＪＯ及びＪＮをできるだけ小さくすればよいが、Ｊ
ｏ及びＪＮは次のよう牟パラメータにより影響する。
＠）電荷の蓄積されたトラップの分布
（３） 蓄積された電荷量
−） 窒化シリコン膜の電気伝導度
（６）二酸化シリコン膜−半導体界面及び二酸化シリコ
ン膜−窒化シリコン膜界面の影響 上記各パラメータは、二酸化シリコン膜、窒化シリコン
膜の形成条件によって著しく変化するもので制御がきわ
めて困難である。又、ゲート絶縁膜である窒化シリコン
膜の電気伝導度が低ければ低いほど、ＭＮＯ８型不揮発
生記憶装置の記憶保持特性は改善される。しかしながら
、電荷トラップの量と窒化シリコン膜の電気伝導度とは
ほぼ比例関係にあり、たとえば、十分なΔＶｔｈ （Ｌ
きい値電圧の窓の大きさ）を得ようとすると、電荷トラ
ップ量の多いすなわち電気伝導度の高い窒化シリコン膜
を用いねばならず、大幅な記憶保持特性の改善は望みが
たいのが現状である。
ン膜−窒化シリコン膜界面の影響 上記各パラメータは、二酸化シリコン膜、窒化シリコン
膜の形成条件によって著しく変化するもので制御がきわ
めて困難である。又、ゲート絶縁膜である窒化シリコン
膜の電気伝導度が低ければ低いほど、ＭＮＯ８型不揮発
生記憶装置の記憶保持特性は改善される。しかしながら
、電荷トラップの量と窒化シリコン膜の電気伝導度とは
ほぼ比例関係にあり、たとえば、十分なΔＶｔｈ （Ｌ
きい値電圧の窓の大きさ）を得ようとすると、電荷トラ
ップ量の多いすなわち電気伝導度の高い窒化シリコン膜
を用いねばならず、大幅な記憶保持特性の改善は望みが
たいのが現状である。
本発明は、こうした問題に鑑み、ＭＮＯ８型不揮発性記
憶装置の記憶保持特性を著しく向上せしめる製造方法を
提供するものであり、本目的を達成するために、本発明
は、窒化シリコン膜を形成させる際に大気圧下の気相成
長法を用いた窒化シリコン膜と、減圧下の気相成長法を
用いた窒化シリコン膜を積層させる工程を含むことを特
徴とするものである。
憶装置の記憶保持特性を著しく向上せしめる製造方法を
提供するものであり、本目的を達成するために、本発明
は、窒化シリコン膜を形成させる際に大気圧下の気相成
長法を用いた窒化シリコン膜と、減圧下の気相成長法を
用いた窒化シリコン膜を積層させる工程を含むことを特
徴とするものである。
経験によれば、大気圧下ので気相成長法で形成した窒化
シリコン膜と減圧下での気相成長法で形成した窒化シリ
コン膜を積層させることにより、大気圧下のみ又は減圧
下のみの気相成長法により形成した単層もしくは多層の
窒化シリコン膜より優れた記憶保持特性をうることがで
きる。又、本発明の製造方法によるＭＮＯ８型不揮発性
記憶装置の記憶保持特性は、大気圧下で形成した窒化シ
リコ／の膜厚及びこの膜と減圧下で形成した窒化シリコ
ン膜の間の界面に強く依存することが明らかになった。
シリコン膜と減圧下での気相成長法で形成した窒化シリ
コン膜を積層させることにより、大気圧下のみ又は減圧
下のみの気相成長法により形成した単層もしくは多層の
窒化シリコン膜より優れた記憶保持特性をうることがで
きる。又、本発明の製造方法によるＭＮＯ８型不揮発性
記憶装置の記憶保持特性は、大気圧下で形成した窒化シ
リコ／の膜厚及びこの膜と減圧下で形成した窒化シリコ
ン膜の間の界面に強く依存することが明らかになった。
すなわち、検討によれば、ＭＮＯ８構造における電荷ト
ラップは、主として窒化シリコン膜バルク中に存在し、
通常の書き込み、消去（±２５ Ｖ 、 １００ ｍ５
ｅｃ）では、蓄積された電荷は二酸化シリコン膜−窒化
シリコン膜界面から約１００人以内のところに分布する
という結果を得た。実験の結果、二酸化シリコン−窒化
シリコン界面から１００λ以内の位置に、大気圧下で形
成せしめた窒化シリコン膜と減圧下で形成せしめた窒化
シリコン膜の界面を存在させると、記憶保持特性が著し
く改善されることを見い出した。
ラップは、主として窒化シリコン膜バルク中に存在し、
通常の書き込み、消去（±２５ Ｖ 、 １００ ｍ５
ｅｃ）では、蓄積された電荷は二酸化シリコン膜−窒化
シリコン膜界面から約１００人以内のところに分布する
という結果を得た。実験の結果、二酸化シリコン−窒化
シリコン界面から１００λ以内の位置に、大気圧下で形
成せしめた窒化シリコン膜と減圧下で形成せしめた窒化
シリコン膜の界面を存在させると、記憶保持特性が著し
く改善されることを見い出した。
以下、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説明するための工程図
である。第１図（Ａｌに示すごとく、たとえば、Ｎ型の
半導体シリコン基板１に、ソース領域２、ドレイ／領域
３を周知の選択拡散技術で形成し、選択拡散時に形成し
た二酸化シリコン膜４の所定部分をフォトエツチングで
開孔した後膣開孔部分に２０人程度の薄い二酸化シリコ
ン膜６を、８ｏｏ℃、酸素雰囲気中で酸化して形成した
。
。第１図は、本発明の一実施例を説明するための工程図
である。第１図（Ａｌに示すごとく、たとえば、Ｎ型の
半導体シリコン基板１に、ソース領域２、ドレイ／領域
３を周知の選択拡散技術で形成し、選択拡散時に形成し
た二酸化シリコン膜４の所定部分をフォトエツチングで
開孔した後膣開孔部分に２０人程度の薄い二酸化シリコ
ン膜６を、８ｏｏ℃、酸素雰囲気中で酸化して形成した
。
次いで、第１回向に示すように、二酸化シリコン膜６の
上に、大気圧下でシラン（ＳｉＨ４）とアンモニア（Ｎ
Ｈｓ ）の化学反応にもとづく気相成長法によって１０
０Å以下の窒化シリコン膜６を形成させる。本実施例で
は、温度７５０℃、ＮＨ３／ＳｉＨ４二１００、大気圧
下の条件で窒化シリコン膜６を３０人形成させた。次い
で、窒化シリコン膜６の上に、減圧下で、ジクロルシラ
ン（５ｉＨ２ＣＪ２）とアンモニア（ＮＨ３）の化学反
応にもとづく気相成長法によって窒化シリコン膜７を形
成させる。
上に、大気圧下でシラン（ＳｉＨ４）とアンモニア（Ｎ
Ｈｓ ）の化学反応にもとづく気相成長法によって１０
０Å以下の窒化シリコン膜６を形成させる。本実施例で
は、温度７５０℃、ＮＨ３／ＳｉＨ４二１００、大気圧
下の条件で窒化シリコン膜６を３０人形成させた。次い
で、窒化シリコン膜６の上に、減圧下で、ジクロルシラ
ン（５ｉＨ２ＣＪ２）とアンモニア（ＮＨ３）の化学反
応にもとづく気相成長法によって窒化シリコン膜７を形
成させる。
本実施例では、温度７６０℃、ＮＨｘ／５ｉＨ２（Ｊ２
＝１０、圧力２５０ｗ！ｎＴｏｒｒの減圧下で窒化シリ
コ／膜７を５００人形成させた。このようにして、ゲー
ト絶縁膜を形成後、アルミニウム電極８を、通常の真空
蒸着法により被着させた。
＝１０、圧力２５０ｗ！ｎＴｏｒｒの減圧下で窒化シリ
コ／膜７を５００人形成させた。このようにして、ゲー
ト絶縁膜を形成後、アルミニウム電極８を、通常の真空
蒸着法により被着させた。
以下、通常のＭＯＳプロセスに従ってＭＮＯ８型不揮発
性記憶装置を形成した。
性記憶装置を形成した。
以上のようにして得られたＭＮＯ８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。
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（
δＶｔｈ／δ１ｏｑｔ 、 Ｖｔｈ ： Ｌきい値電圧
、ｔ：時間）を示している。この図の直線の傾きが小さ
いほど、記憶保持特性が優れていることを示している。
δＶｔｈ／δ１ｏｑｔ 、 Ｖｔｈ ： Ｌきい値電圧
、ｔ：時間）を示している。この図の直線の傾きが小さ
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、本発明の人造方法によシ形成され
た不揮発性記憶装置の記憶保持特性は直線９で表わされ
、従来法のように大気圧下の気相成長法のみを用いた場
合の直線１０．減圧下−の気相成長法のみを用いた場合
の直線１１のいずれの直線と比較しても傾きが小さく、
優れた記憶保持特性を有していることがわかる。
た不揮発性記憶装置の記憶保持特性は直線９で表わされ
、従来法のように大気圧下の気相成長法のみを用いた場
合の直線１０．減圧下−の気相成長法のみを用いた場合
の直線１１のいずれの直線と比較しても傾きが小さく、
優れた記憶保持特性を有していることがわかる。
窒化シ１）コン膜の成長の際の温度及び反応ガスの流量
比が、ＭＮ’Ｏ８型不揮発性記憶装置の記憶保持特性に
影響を及ぼすことは周知の事実であるが具体的から有効
な方法は容易でない。本実施例以外に大気圧下の気相成
長法と、減圧下の気相成長法について、それぞれ、温度
７００〜８ｏＯ℃。
比が、ＭＮ’Ｏ８型不揮発性記憶装置の記憶保持特性に
影響を及ぼすことは周知の事実であるが具体的から有効
な方法は容易でない。本実施例以外に大気圧下の気相成
長法と、減圧下の気相成長法について、それぞれ、温度
７００〜８ｏＯ℃。
流量比（［１５／ＳｉＨ４又はＮＨｓ ／ ５ｉＨ２Ｃ
７Ｊ２） １〜１０００の条件下の多種の窒化シリコン
膜を用いて検討を行なったが、いずれの場合でも、本発
明の効果が見い出された。又、減圧下の゛気相成長法の
圧力は、１０ Ｃ）−３００ｍｍＴｏｒｒの範囲が適当
であることがわかった。
７Ｊ２） １〜１０００の条件下の多種の窒化シリコン
膜を用いて検討を行なったが、いずれの場合でも、本発
明の効果が見い出された。又、減圧下の゛気相成長法の
圧力は、１０ Ｃ）−３００ｍｍＴｏｒｒの範囲が適当
であることがわかった。
本実施例では、ソース、ドレインを選択拡散で形成した
Ｐチャンネル型のＭＮＯ８型不揮発性記憶装置を形成す
る場合について説明を行なってきたが、ｎ−チャンネル
型のＭＮＯ８構成でも使用できることはもちろんであり
、又、ゲート電極として、ポリシリコンなどの高融点金
属を用いて、本発明の製造方法によりゲート絶縁膜を作
製して、周−知のセルファライン技術により、ソース、
ドレイ／を形成してもよいことは言うまでもない。
Ｐチャンネル型のＭＮＯ８型不揮発性記憶装置を形成す
る場合について説明を行なってきたが、ｎ−チャンネル
型のＭＮＯ８構成でも使用できることはもちろんであり
、又、ゲート電極として、ポリシリコンなどの高融点金
属を用いて、本発明の製造方法によりゲート絶縁膜を作
製して、周−知のセルファライン技術により、ソース、
ドレイ／を形成してもよいことは言うまでもない。
以上のように、本発明は、ＭＮＯ８型不揮発性記憶装置
のゲート絶縁膜である窒化シリコン膜を形成する際に、
大気圧下の気相成長法により薄い窒化シリコン膜を形成
させ、さらにこの窒化シリコン膜上に減圧下の気相成長
法により窒化シリコン膜を積層させることにより、大気
圧下のみ又は減圧下のみで形成する単層又は多層の窒化
シリコン膜を用いた通常のＭＮＯ８型不揮発性記憶装置
に比べ、記憶保持特性の著しく優れたものを作製するこ
とができ、ＭＮＯ８型不揮発性記憶装置の筒性能化に大
きく寄与するものである。
のゲート絶縁膜である窒化シリコン膜を形成する際に、
大気圧下の気相成長法により薄い窒化シリコン膜を形成
させ、さらにこの窒化シリコン膜上に減圧下の気相成長
法により窒化シリコン膜を積層させることにより、大気
圧下のみ又は減圧下のみで形成する単層又は多層の窒化
シリコン膜を用いた通常のＭＮＯ８型不揮発性記憶装置
に比べ、記憶保持特性の著しく優れたものを作製するこ
とができ、ＭＮＯ８型不揮発性記憶装置の筒性能化に大
きく寄与するものである。
第１図（ム） 、 （Ｂｌは本発明の一実施例の製造方
法を説明するだめの工程図、第２図は本発明の方法で形
成された装置の特性を説明するだめの特性図である。 １・・・・・・シリコン基板、２．３・・・・・・ソー
ス、ドレイン、４，６・・・・・・二酸化シリコン膜、
６，７・・・・・・窒化シリコ／膜、８・・・・・・ア
ルミニウム膜（ゲート電極）。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第
１ｒｙＩ 第 ２ｒ！ｌＪ
法を説明するだめの工程図、第２図は本発明の方法で形
成された装置の特性を説明するだめの特性図である。 １・・・・・・シリコン基板、２．３・・・・・・ソー
ス、ドレイン、４，６・・・・・・二酸化シリコン膜、
６，７・・・・・・窒化シリコ／膜、８・・・・・・ア
ルミニウム膜（ゲート電極）。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第
１ｒｙＩ 第 ２ｒ！ｌＪ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１） −導電型半導体基板面に、二酸化シリコン藤
を選択形成する工程と、前記二酸化シリコン膜上に少な
くとも２層の窒化シリコン膜を、それぞれ大気圧および
減圧で気相成長する工程とを備えたことを特徴とする不
揮発性記憶装置の製造方法。 （２）二酸化シリコン膜に接する側に、大気圧下の気相
成長法により第１の窒化シリコン膜を形成し、前記第１
の窒化シリコン膜上に減圧下の気相成長法により第２の
窒化シリコン膜を形成することを特徴とする特許請求範
囲第１項記載の不揮発性記憶装置の製造方法。 Ｇ３） 大気圧下の気相成長法による第１の窒化シリ
コン膜と、減圧下の気相成長法による第２の窒化シリコ
ン膜との界面が、二酸化シリコン膜から１００Å以下に
位置するように形成することを特徴とする特許請求範囲
第２項記載の不揮発性記憶装置の製造方法。 （４）第２の窒化シリコン膜の気相成長法における気圏
の圧力が１００〜３００ ｇ＠ Ｔｏｒｒであることを
特徴とする特許請求範囲第２項又は第３項記載の不揮発
性記憶装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56198113A JPS5898976A (ja) | 1981-12-08 | 1981-12-08 | 不揮発性記憶装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56198113A JPS5898976A (ja) | 1981-12-08 | 1981-12-08 | 不揮発性記憶装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5898976A true JPS5898976A (ja) | 1983-06-13 |
Family
ID=16385683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56198113A Pending JPS5898976A (ja) | 1981-12-08 | 1981-12-08 | 不揮発性記憶装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5898976A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4913118A (ja) * | 1972-06-06 | 1974-02-05 | ||
| JPS5854674A (ja) * | 1981-09-28 | 1983-03-31 | Nec Corp | 半導体装置の製造方法 |
-
1981
- 1981-12-08 JP JP56198113A patent/JPS5898976A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4913118A (ja) * | 1972-06-06 | 1974-02-05 | ||
| JPS5854674A (ja) * | 1981-09-28 | 1983-03-31 | Nec Corp | 半導体装置の製造方法 |
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