JPS631076A - 半導体メモリ装置の製造方法 - Google Patents

半導体メモリ装置の製造方法

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JPS631076A
JPS631076A JP14267886A JP14267886A JPS631076A JP S631076 A JPS631076 A JP S631076A JP 14267886 A JP14267886 A JP 14267886A JP 14267886 A JP14267886 A JP 14267886A JP S631076 A JPS631076 A JP S631076A
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floating gate
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Yuichi Mikata
見方 裕一
Toshiro Usami
俊郎 宇佐美
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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] (産業上の利用分野) 本発明は、フローティングゲートを有する半導体メモリ
装置の製造方法に関し、特に記憶保持特性を改善した構
造の半導体メモリ装置の製造方法に関づるものである。
(従来の技術) 外部接続がされていない電気的浮遊状態のフ1」−ディ
ンググー1− (Floating gaje)を何す
るEPROM(旦−rasable programm
able QeadOnly Memory )は、川
ぎ換え可能な読み出し専用メモリどして広く使用されて
いる。 従来のEPROMのメモリセルtM 2告とそ
の製造方ン入について図面を参照して以下説明する。 
第3図は従来のEPROMセルの断面図、第4図は・て
のliI!I漬方法の主な工程を示す断面図Cある。
まずP−型シリコン基板1のフィールド酸化膜に凹まれ
た島状の素子領域表面に第1の熱酸化+lA2を形成し
た侵、全面にフローディンググーL・となる第1の多結
晶シリコン躾3をjff v4tl’る。 次に例えば
1000℃以下の低温酸化を行い、第1の多結晶シリコ
ン膜3の表面に第2の熱酸化膜4を形成した後、全面に
コントロールゲートとなる第2の多結晶シリコン膜5を
Jet積する(第4図(a )参照)。 次に写真蝕刻
法によりホトレジストパターン6を形成し、これをマス
クとして、第2の多結晶シリコンII9、第2の熱酸化
膜、第1の多結晶シリコン躾及び第1の熱酸化IIQを
順次エツチングして第1ゲート酸化jtA12、フロー
ティングゲート13、第2ゲート酎化膜14及びコント
ロールゲート15を形成する。 つづいてこれらをマス
クとして利用し、N型不純物、例えばASをイオン注入
りる(第4図(b)参照)。 レジストマスクを除去し
たのら酸化を行い、前記コントロールゲート15の表面
、フローティングゲート13の側面及び露出したLl基
板の表面に後酸化膜7を形成するとともに、1)a記A
sイオン注入層を活性1シシてN+型のドレイン領域8
及びソース領域9を形成する。 次に全面にパッシベー
ション股として例えばPSGIItAloを堆積する(
第4図(C)参照〉。 次に、このPSG膜10及び前
記熱酸化膜7の一部を選択的にエツチングしてコンタク
トボール16を開孔し、更に全面にAl−81膜を堆積
した復パターニングしてドレイン電極17、ソース電極
18を形成してEPROMレルを製造づる(第3図参照
)。
上述したEPROMは、セル1−ランジスタのN+型ト
ドレイン領域8コントロールゲート15とに正の高電圧
を加えて、フローティンググー1〜13に電子を注入し
、書き込みを行うアバイスrある。
しかしながら、占き込み1v、コントロールゲート15
に正の高電圧が加わると、フローティングゲート13の
注入電子がコント[1−ルゲー(〜15へ漏洩し、記憶
が消されてしまうという欠点がある。
(発明が解決しようとする問題点ン 航述のEPROMにおいては、謁さ°込み動作によって
フローティンググー1〜に電子が注入され、この注入電
子は長時間にわたってフローティングゲートに蓄積され
る必要がある。 しかしながら、何らかの不特定の原因
によって正のat圧がコントロールゲートに印加される
と、注入電子はコントロールゲートに吸収され、知らぬ
間に記憶が消去されてしまうことがある。 これは発生
頻度がたとえ希れであっCも、EPROMにとっては致
命的な欠陥である。
本発明の目的4は、前記フローティングゲートの注入電
子の漏洩を防止し、良好な記憶保持特性を有すると共に
、歩留りを向上できる半導体メモリ装置の製造方法を促
供づることである。
[発明の構成] 〈問題点を解決りるための手段) 本発明の半導体メモリ装置の製造方法は、一導電型の半
導IA基板の素子領域表面に第1の絶縁膜を形成し、該
第1の絶縁膜のドレイン領域又はソース領域とイrる部
分、あるいは両領域となるそれぞれの811分を除去し
基板を露出さUた後、全面にフローティンググー1−と
なる第1の非単結晶シリコン膜を1「梢した後、この第
1の非単結晶シリコン膜表面に第2の絶縁膜(例えば熱
酸化膜)を形成する11tに、熱処理を行うことを骨子
とづるちのである。
(作用) 従来の製造方法において、フローディングゲートに注入
された電子の面記漏洩は、後述するように、フローティ
ングゲート上に形成される第2の絶縁膜の耐圧劣化のた
めであり、これはフローティングゲートとなる第1の多
結晶シリコン膜と第2の絶縁膜との界面に凹凸(3ur
racc  aspevity)が存在するためと考え
られる。
本発明の製造方法では、基板の一部分を露出させた後、
全面に第1の非ill t、−品シリコン摸を准梢し、
これを熱処理することにより、非単結晶シリコンIQは
、基板の露出面との界面から中11膜1品化が進み仝賊
に波及する。 この様に栄枯晶化された第1の非t11
結晶シリコン膜(以下第1の1)1¥、L1品化シリコ
ン膜と呼ぶ)の表面領域に11(副酸(ヒにより第2の
絶縁膜(この場合は熱酸化膜)を形成しても第2の絶縁
膜と第1の単結晶化シリコン膜との界面における凹凸は
極めて低減され、第2の絶縁膜の耐圧を向上し、フロー
ティングゲートの注入電子の漏洩を防止できる。
[実施例J フローティングゲートに注入された電子の前記漏洩は、
第2ゲート酸化膜の耐圧劣化のためであり、その原因は
以下のように考えられた。 即ち、フローティングゲー
トとなる第1の多結晶シリコン膜は様々な面方位をもつ
グレインから構成されているため、1000℃以下の低
温酸化により第2ゲート酎化股どなる第2の熱酸化膜を
形成すると、フローティングゲートと第2ゲート酸化膜
との界面1こ凹凸が生じ、第2ゲート酸化膜の耐圧劣化
をIU <ものである。
このような現象は、1100℃以、トの8温プロレスに
よって緩和されるがその効果は充分でなく、又Oi渇プ
ロセスは予め形成される不純物層の深さを変えたり、つ
]−への反りをもたらす等のため、デバイスの性能を劣
化さけ、歩留りを低下させることになるので、有効な対
策とはなり15Iない。 本発明は上記の知見に基づい
て行われた。
以下本発明をE P ROM L!ルの製造に適用した
実施例を第1図(a )ないしく+1 )を参照して説
明する。
沫ず比抵抗10〜20Ωcm、面方位(911)の1〕
型シリコン基板21の表面に通常の選択酸化[支術を用
いて厚さ 1.2μmのフィールド酸化11U 22を
形成する(第1図(a)参照)。
次に熱酸化を行い前記フィールド酸化+1!J 22に
より囲まれた島状の素子fiA賊表面表面さ 500ス
の第1の絶縁rI’A (熱酸化膜)23を形成する。
 次に第1の熱酸化膜23のドレイン領域として予定さ
れている部分を選択的にNH4Fを用いて取り除ぎ、シ
リコン基板21の表面を露出させる(第1図(b)参照
)。
その後CVD法により全面にフローテイングゲ−1〜と
なる厚さ1000人の第1の非単結晶シリニ1ン膜(非
晶質シリコン膜)24をlf#積した後、 700℃の
N2雰囲気中で5時間のアニールを(jい、第1の単結
晶化シリコン躾25を形成する(第1図(C)参照)。
次に第1の単結晶化シリコン腹にリンを熱拡散によりド
ープした後、1000℃にJ′3いて熱酸化を行い、厚
さ500人の第2の熱酸化膜26を形成した後、全面に
厚さ3 !i 00人、20Ωの面抵抗のコントロール
ゲートとなる第2の多結晶シリコン膜27を堆積する。
 つづいて、この第2の多結晶シリコン膜27上に部分
的にホトレジストパターン28を形成する(第1図(d
 )参照)。
次に、このホトレジストパターン28をマスクとして前
記第2の多結晶シリコン膜27、第2の熱酸化膜26、
第1の単結晶化シリコンIIり25及び第1の熱酸化膜
23を順次エツチングして第1ゲート酸化膜29、フロ
ーディングゲート30、第2ゲート酸化膜31及びコン
トロールゲート32を形成した。 つづいて、△Sをエ
ネルギーeobcv、ト−Xfa 2.5x 10+5
/Cm20)1t’Fティ;A’ン江入づる(第1図(
(り参1(ζ(ン。
次いで、前11αホトレジストバタ〜ン28を除去した
後、1ooo℃で熱酸化を行い、厚さ500久の後酸化
膜33を形成する。 この際、前記ASイオン注入層が
活性化して、面抵抗30〜40Ω、深さ0.4μ岳のN
1型のドレイン領域34及びソース領域35が形成され
る。 つづいて、パッシベーション膜として厚さ0.8
μmのPSG膜36を堆積する(第1図(f)参照)。
次いで、前記PSG模36及び後酸化膜33の−81(
を選択的にエツチングしてコンタクトホール37を開孔
し、更に仝而に厚さ 1.0μm (1)AI −8i
lluを堆積した後、バターニングしてドレイン雷神3
8及びソース電(439を形成しEPROMヒルを製造
づる(第1図(g)参照)3゜しかして本発明によれば
、第1図(C)図示の工程で第1の非晶質シリコンI&
) 2 /l’c N 、雰囲気中でアニールすること
により基板21のZλ出した界面より単結晶化がおこり
第1の非晶?1シリコン膜は単結晶化される。 この第
1の単結晶化シリコン11025の表面を第2の熱酸化
11rA26に変j条りるための1000 ’Cの低温
酸化を行ってし第2の熱醇化膜26と第1の単結晶化シ
リコン膜25との界面における凹凸(S urfaae
  asperity)は極めて低減される。 この結
集、第1図<a )図示のEPROMのコントロールゲ
ート32に何らかの無作為の1の高電圧が加えられても
、第2ゲート酸化膜31の耐圧は高く、注入電子の漏洩
は阻止され、記憶を良好に保持することができる。 又
この方法では低温プロセスを採用しているので、ウェハ
の反り等が発生して半導体メモリ装置の歩留りが低下す
るという問題は生じない。
なお本実施例では第1図(C)の工程で、第1の非単結
晶シリコン膜として非晶質シリコン膜を用いたが、多結
晶シリコン膜を用いても良い。
ただし非晶質シリコン膜のほうが、つぎの熱処理工程に
おいて多結晶シリコン膜に比し単結晶化が容易に行われ
るのでより望ましい。
又第1図(b ’)図示の工程で、第1の熱酸化膜を形
成した後、ドレイン領域及びソース領域の両部分の熱酸
化)19を除去Jれば、次のような新しい効果が得られ
る。 この方法について第2図を参照し説明づ゛る。 
即ちドレイン、ソース両部分の酸化膜を除去した後、第
1の非晶質シリコン膜をHE梢し、N2雰囲気中で熱処
理を行うと、ドレイン及びソース領域の露出する両基板
の界面から単結晶化がはじまり、第1の非晶質シリコン
膜のほぼ全域にわたって単結晶化される。 次に第1図
(d)図示の工程と同様の工程を行うが次工程でドレイ
ン及びソース領域上の第1の単結晶化シリコン膜25及
び第2の多結晶シリコンHA 27を残りため、小トレ
ジストパターン28をドレイン及びソース両領域の多結
晶シリコン膜27」−にb設ける(第2図(a )参照
)。 次に萌記ボトレジストパターン28をマスクとし
て第1図(e )図示の工程と同じ工程を11う(第2
図(b)参照)。
更に後酸化膜33を形成し、PSG膜36をifc J
貞する(第2図(C)参照)。 次に第1図(g)の工
程と同様、コンタク1へホール37を開孔し、ドレイン
電極38及びソース電極39を形成りる(第2図(d 
)参照)。
この方法では、ドレイン領域及びソース領域上にはリン
をドープした低抵抗の第1の単結晶化シリコン膜が残さ
れているので、第2図(d )に示すように電極配線の
コンタクトホール37の横方向の余裕が大ぎくなり、歩
留りが大幅に向上した。
[発明の効果] 本発明の製造方法においては、第1のゲート酸化膜を形
成後、ドレイン及びソース各領域部分の基板面を露出し
、その十にフローティンググー1−となる第1の非・単
結晶シリコン膜を堆積し、熱処理を行うので、この非単
結晶シリコン膜は容易に単結晶化される。 単結晶化さ
れたフローティングゲートの表面に形成される第2のゲ
ート酸化膜の耐圧は、従来の多結晶シリコン膜上に形成
される第2のグー1−酸化膜の耐F〔に比べ著しく向上
する。 したがって書き込み動作によってフローティン
グゲートに注入された電子は、無作為の正の高電圧がコ
ントロールゲートに印加されても漏洩すること4r<、
良りYな記憶保持特性を示した。
又第2のグー)・酸化膜はtli結晶化したシリコン膜
表面に形成されるので低温酸化で6充分の耐圧が得られ
、デバイスの歩留りも向上する。
なおドレイン及びソース両領域の基板面を露出する本発
明の製造方法では、両領域上に低抵抗の単結晶化したシ
リコン膜を残すことが可能で、この場合には画電極のコ
ンタクトホールの横方向の余裕度が増え、歩留りは大幅
に向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例にJ5けるE P ROlvl
 t?ルの製造方法を示寸断面図、第2図は本発明の別
の実施例の製造方法を承り断面図、第3図は従5にのE
PROMセルの断面図、第4図は従来のEPROMの製
造方法を承り一断面図である。 21・・・P−型シリコン基板、 23・・・0′!1
の絶縁膜(熱酸化膜)、 24・・・第1の非単結晶シ
リコンB’A (非晶?1シリコン11Q)、 255
・・・第1の単結晶化シリコン膜、 26・・・第2の
絶乍家))φ(熱酸化膜)、 27・・・第2の多結晶
シリコン膜、29・・・第1ゲート酸化膜、 30・・
・フローティンググ−1−131・・・第2ゲー1−酸
化j1ω、 32・・・]ン1〜ロールグー1〜、34
・・・l\゛型トレーrン領賊、 35・・・N+型ソ
ース領域。 第1図(2) −寸へ − へ          〜 へC〜 ^       【N ℃

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 一導電型の半導体基板上にフローティングゲートを
    形成する半導体メモリ装置の製造方法において、該基板
    上に第一の絶縁膜を形成した後、ドレイン領域として予
    定されている部分とソース領域として予定されている部
    分とのうち少なくとも1つの部分の第1の絶縁膜を除去
    した後、非単結晶シリコン膜を該基板上に堆積し、熱処
    理を行う工程を含むことを特徴とする半導体メモリ装置
    の製造方法。 2 非単結晶シリコン膜が非晶質シリコン膜である特許
    請求の範囲第1項記載の半導体メモリ装置の製造方法。 3 第1の絶縁膜を形成した後、ドレイン領域及びソー
    ス領域としてそれぞれ予定されている両部分の第1の絶
    縁膜を除去する特許請求の範囲第1項記載の半導体メモ
    リ装置の製造方法。
JP61142678A 1986-06-20 1986-06-20 半導体メモリ装置の製造方法 Expired - Lifetime JPH0644627B2 (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6127680A (ja) * 1984-07-18 1986-02-07 Toshiba Corp 半導体記憶装置の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6127680A (ja) * 1984-07-18 1986-02-07 Toshiba Corp 半導体記憶装置の製造方法

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