JPS6311785B2 - - Google Patents

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JPS6311785B2
JPS6311785B2 JP59149179A JP14917984A JPS6311785B2 JP S6311785 B2 JPS6311785 B2 JP S6311785B2 JP 59149179 A JP59149179 A JP 59149179A JP 14917984 A JP14917984 A JP 14917984A JP S6311785 B2 JPS6311785 B2 JP S6311785B2
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JP
Japan
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silicon film
film
single crystal
crystal silicon
oxygen
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JP59149179A
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JPS6127680A (ja
Inventor
Juichi Mikata
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co 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
    • H10D30/684Floating-gate IGFETs having only two programming levels programmed by hot carrier injection
    • H10D30/685Floating-gate IGFETs having only two programming levels programmed by hot carrier injection from the channel

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  • Non-Volatile Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体記憶装置の製造方法の改良に関
する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
従来第1図図示のEPROM(Electrically
Programmable Read Only memory)は例えば
以下のようにして製造されている。
まず、例えばP-型シリコン基板1の図示しな
いフイールド酸化膜によつて囲まれた島状の素子
領域表面に第1の酸化膜を形成した後、全面にフ
ローテイングゲートとなる第1の多結晶シリコン
膜を堆積する。次に、この第1の多結晶シリコン
膜に例えばPOCl3を拡散源としてリンをドープし
た後、その一部を選択的にエツチングする。つづ
いて、例えば酸化性ガスとして酸素又は水蒸気を
用いて1000℃以下の低温酸化を行ない、第1の多
結晶シリコン膜の表面に第2の熱酸化膜を形成し
た後、全面にコントロールゲートとなる第2の多
結晶シリコン膜を堆積し、不純物をドープする。
次いで、写真蝕刻法により第2の多結晶シリコン
膜、第2の熱酸化膜、第1の多結晶シリコン膜及
び第1の熱酸化膜を順次エツチングして、第1の
ゲート酸化膜2、フローテイングゲート3、第2
のゲート酸化膜4及びコントロールゲート5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をイオン注入する。
つづいて、熱酸化を行ない、前記コントロールゲ
ート5の表面、フローテイングゲート3の側面及
び露出した基板1の表面に後酸化膜6を形成する
とともに、前記Asイオン注入層を活性化してN+
型ソース、ドレイン領域7,8を形成する。次い
で、全面にパツシベーシヨン膜としてPSG膜9
を堆積した後、このPSG膜9及び前記後酸化膜
6の一部を選択的にエツチングしてコンタクトホ
ール10,10を開孔し、更に全面にAl―Si膜
を蒸着した後、パターニングしてソース電極11
及びドレイン電極12を形成してEPROMセルを
製造する。
上述したEPROMセルはセルトランジスタの
N+型ドレイン領域8とコントロールゲート5と
に正の高電圧を印加してフローテイングゲート3
へ電子を注入し、書込みを行なうデバイスであ
る。
しかしながら、書込み後コントロールゲート5
に正の高電圧を印加すると、フローテイングゲー
ト3への注入電子がコントロールゲート5へ抜
け、記憶が保持されない場合があるという欠点が
ある。
これは第2のゲート酸化膜4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る。す
なわち、フローテイングゲートとなる第1の多結
晶シリコン膜は種々の面方位を有するグレインか
ら構成されているため、表面に凹凸(surfase
asperity)がある。これを1000℃以下の低温酸化
により酸化し、第2のゲート酸化膜4を形成する
と、フローテイングゲート3と第2のゲート酸化
膜4との界面に凹凸が生じる。これが第2のゲー
ト酸化膜4の耐圧劣化を招くものである。
このような現象は1100℃以上の高温プロセスに
よつて緩和されるが、高温プロセスは予め形成さ
れた接合の位置を変えたり、ウエハの反りをもた
らす等のため、デバイスの性能を劣化させ、歩留
りを低下させることになるので有効な対策とはな
りえない。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであ
り、デバイスの歩留りを低下することなく、第2
のゲート酸化膜の耐圧を向上し、記憶保持特性の
良好な半導体記憶装置を製造し得る方法を提供し
ようとするものである。
〔発明の概要〕
本発明の半導体記憶装置の製造方法は、第1導
電型の半導体基板の素子領域表面に第1の絶縁膜
を形成し、全面に不純物をドープした第1の非単
結晶シリコン膜を堆積した後、微量の酸素を含む
不活性ガス中で熱処理し、更に微量の酸素を含む
不活性ガスを酸化性ガスに変えて熱処理を行な
い、第1の非単結晶シリコン膜の表面に第2の絶
縁膜(熱酸化膜)を形成、次いで第2の非単結晶
シリコン膜の堆積、パターニングおよび第2導電
型のソース、ドレイン形成を行なうことを骨子と
するものである。
上述したように微量の酸素を含む不活性ガス中
で熱処理を行なうことにより、第1の非単結晶シ
リコン膜にドープされた不純物の濃度を均一にす
るとともに第1の非単結晶シリコン膜中に予め存
在している応力を緩和することができる。この状
態を保つたまま微量の酸素を含む不活性ガスを酸
化性ガスに変えて熱処理を行なうと第1の非単結
晶シリコン膜の表面は均等に酸化され、第2の絶
縁膜(熱酸化膜)の膜厚が均一となる。また、微
量の酸素を含む不活性ガス中での熱処理により第
1の非単結晶シリコン膜中のグレインの成長も同
時に起り、この結果表面の凹凸が少なくなつてい
るため、酸化性ガスを用いた低温酸化により第2
の絶縁膜を形成した場合、第2の絶縁膜と第1の
非単結晶シリコン膜との界面における凹凸を低減
することができる。微量の酸素を含む不活性ガス
中での熱処理により第1の非単結晶シリコン膜の
表面に数+Åの酸化膜が形成され、第1の非単結
晶シリコン膜の表面が荒れるのを防止するととも
に第1の非単結晶シリコン膜から不純物が蒸発す
るのを防止する保護膜となるため、第2の絶縁膜
の耐圧のバラツキを低減することができる。しか
も、この酸化膜は極めて薄いため、上述したよう
な耐圧を改善する効果には何等悪影響を与えな
い。
なお、本発明において、酸化性ガスをアルゴン
もしくは窒素又はこれらの混合ガスと、酸素もし
くは水蒸気又はこれらの混合ガスとの混合ガスと
し、酸素を微量に含む不活性ガス中で熱処理した
ときの温度を維持したまま更に酸素を微量に含む
不活性ガスを酸化性ガスに変えて熱処理を行な
い、第1の非単結晶シリコン膜の表面に第2の絶
縁膜(熱酸化膜)を形成するようにすれば、酸素
又は水蒸気の分圧により第2の絶縁膜の膜厚を制
御することができる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を第2図a〜fを参照し
て説明する。
まず、比抵抗10〜20Ω−cm、面方位(911)の
P-型シリコン基板21表面に通常の選択酸化技
術を用いて、膜厚1.2μmのフイールド酸化膜22
を形成した(第2図a図示)。次に、熱酸化を行
ない、前記フイールド酸化膜22によつて囲まれ
た島状の素子領域表面に膜厚500μmの第1の熱酸
化膜23を形成した。つづいて、CVD法により
全面にフローテイングゲートとなる膜厚3500Åの
第1の多結晶シリコン膜24を堆積した。つづい
て、POCl3を拡散源として第1の多結晶シリコン
膜24にリンをドープし、ρs=15Ω/□とした。
つづいて、1000℃、O2濃度0.005%のArガス中に
おいて10分間アニールを行ない、更に1000℃の温
度を保つたまま前記ガスをAr:O2=1:1の混
合ガスに変えて熱酸化を行ない、第1の多結晶シ
リコン膜24の表面に膜厚500Åの第2の熱酸化
膜25を形成した(同図b図示)。
次いで、全面に膜厚3500Å、ρs=20Ω/□のコ
ントロールゲートとなる第2の多結晶シリコン膜
26を堆積した。つづいて、この第2の多結晶シ
リコン膜26上に写真蝕刻法により部分的にホト
レジストパターン27を形成した(同図c図示)。
次いで、このホトレジストパターン27をマスク
として前記第2の多結晶シリコン膜26、第2の
熱酸化膜25、第1の多結晶シリコン膜24及び
第1の熱酸化膜23を順次パターニングして第1
のゲート酸化膜28、フローテイングゲート2
9、第2のゲート酸化膜30及びコントロールゲ
ート31を形成した。つづいて、これらをマスク
としてAs+をエネルギー60keV、ドーズ量2.5×
1015cm-2の条件でイオン注入した(同図d図示)。
次いで、前記ホトレジストパターン27を除去
した後、1000℃で熱酸化を行ない、膜厚500Åの
後酸化膜32を形成した。この際、前記Asイオ
ン注入層が活性化してρs=30〜40Ω/□、xj=
0.4μmのN+型ソース、ドレイン領域33,34
が形成された。つづいて、パツシベーシヨン膜と
して膜厚0.8μmのPSG膜35を堆積した(同図e
図示)。次いで、前記PSG膜35及び後酸化膜3
2の一部を選択的にエツチングしてコンタクトホ
ール36,36を開孔し、更に全面に膜厚1.0μm
のAl―Si膜を堆積した後、パターニングしてソ
ース電極37、ドレイン電極38を形成し、
EPROMセルを製造した(同図f図示)。
しかして、本発明方法によれば、第2図bの工
程でPOCl3を拡散源として第1の多結晶シリコン
膜24にリンをドープした後、1000℃、O2濃度
0.005%のArガス中において10分間アニールを行
ない、更に1000℃の温度を維持したまま前記ガス
をAr:O2=1:1の混合ガスに変えて熱酸化
(稀釈酸化)を行なうことにより第2の熱酸化膜
25を形成しているので、第2の熱酸化膜25の
膜厚の均一化、第2の熱酸化膜25と第1の多結
晶シリコン膜24との界面の凹凸の低減及び第1
の多結晶シリコン膜24からの不純物の蒸発の防
止により第2の熱酸化膜25の耐圧を著しく向上
できるとともに耐圧のバラツキを低減することが
できる。
例えば、第3図aに従来のように通常の熱酸化
を行なつた場合の第2の熱酸化膜の耐圧を、また
同図bに上記実施例の場合の第2の熱酸化膜の耐
圧をそれぞれ示す。これらの図から明らかなよう
に上記実施例の方法で形成された第2の熱酸化膜
の方が耐圧が著しく向上し、しかも耐圧のバラツ
キも極めて小さい。この結果、第2図f図示の
EPROMセルに書込み後、コントロールゲート3
1に正の高電圧を印加しても記憶を良好に保持す
ることができる。また、低温プロセスを採用して
いるので、ウエハの反り等が発生して半導体メモ
リデバイスの歩留りが低下するという問題は生じ
ない。
なお、上記実施例では微量の酸素を含む不活性
ガスとしてO2濃度0.005%のArガスを用いたが、
不活性ガスとして窒素又はアルゴンと窒素との混
合ガスを用いてもよい。また、第4図に示すAr
ガス中の酸素濃度と第2の熱酸化膜の耐圧との関
係からわかるように酸素濃度が10%を超えると耐
圧が劣化するので、不活性ガス中の酸素濃度は10
%以下であることが望ましい。
また、上記実施例では酸化性ガスとしてAr:
O2=1:1の混合ガスを用いたが、これに限ら
ずアルゴンもしくは窒素又はこれらの混合ガス
と、酸素もしくは水蒸気又はこれらの混合ガスと
の混合ガスを用いることができる。また、上記実
施例のように微量の酸素を含む不活性ガスによる
熱処理の温度を維持したまま酸化性ガスにより熱
酸化を行なう場合には、酸素又は水蒸気の分圧を
設定することによつて第2の熱酸化膜の膜厚を制
御することができるので望ましい。
更に、上記実施例ではフローテイングゲート2
9及びコントロールゲート31の材料として多結
晶シリコンを用いたが、これに限らず非晶質シリ
コンを用いてもよい。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く本発明の半導体記憶装置の製
造方法によれば、従来のプロセスを大幅に変更す
る必要がなく、コストアツプやデバイスの歩留り
低下を招くことなしに第2のゲート酸化膜の耐圧
の向上した記憶保持特性の良好な半導体記憶装置
を製造できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のEPROMセルの断面図、第2図
a〜fは本発明の実施例におけるEPROMセルの
製造方法を示す断面図、第3図aは従来の方法に
より形成された第2の熱酸化膜の耐圧のヒストグ
ラム、同図bは本発明の実施例の方法により形成
された第2の熱酸化膜の耐圧のヒストグラム、第
4図はアルゴンガス中の酸素濃度と第2の熱酸化
膜の耐圧との関係を示す特性図である。 21…P-型シリコン基板、22…フイールド
酸化膜、23…第1の熱酸化膜、24…第1の多
結晶シリコン膜、25…第2の熱酸化膜、26…
第2の多結晶シリコン膜、27…ホトレジストパ
ターン、28…第1のゲート酸化膜、29…フロ
ーテイングゲート、30…第2のゲート酸化膜、
31…コントロールゲート、32…後酸化膜、3
3,34…N+型ソース、ドレイン領域、35…
PSG膜、36…コンタクトホール、37…ソー
ス電極、38…ドレイン電極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1導電型の半導体基板の素子領域表面に第
    1の絶縁膜を形成した後、全面に不純物をドープ
    した第1の非単結晶シリコン膜を堆積する工程
    と、微量の酸素を含む不活性ガス中で熱処理し、
    更に微量の酸素を含む不活性ガスを酸化性ガスに
    変えて熱処理を行ない、該第1の非単結晶シリコ
    ン膜の表面に第2の絶縁膜を形成する工程と、全
    面に第2の非単結晶シリコン膜を堆積する工程
    と、これら第2の非単結晶シリコン膜、第2の絶
    縁膜、第1の非単結晶シリコン膜及び第1の絶縁
    膜を順次パターニングする工程と、これらのパタ
    ーンをマスクとして第2導電型の不純物をイオン
    注入して第2導電型のソース、ドレイン領域を形
    成する工程とを具備したことを特徴とする半導体
    記憶装置の製造方法。 2 第1の非単結晶シリコン膜のパターンをフロ
    ーテイングゲート、第2の非単結晶シリコン膜の
    パターンをコントロールゲートとする特許請求の
    範囲第1項記載の半導体記憶装置の製造方法。 3 不活性ガスがアルゴンもしくは窒素又はこれ
    らの混合ガスである特許請求の範囲第1項記載の
    半導体記憶装置の製造方法。 4 酸化性ガスがアルゴンもしくは窒素又はこれ
    らの混合ガスと、酸素もしくは水蒸気又はこれら
    の混合ガスとの混合ガスである特許請求の範囲第
    1項記載の半導体記憶装置の製造方法。 5 酸素を微量に含む不活性ガス中で熱処理し、
    この熱処理の温度を維持したまま更に酸素を微量
    に含む不活性ガスを酸化性ガスに変えて熱処理を
    行ない、第1の非単結晶シリコン膜の表面に第2
    の絶縁膜を形成する特許請求の範囲第1項記載の
    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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JPS56161646A (en) * 1980-05-19 1981-12-12 Fujitsu Ltd Manufacture of semiconductor device

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