JP2004047606A - 不揮発性半導体記憶装置及び不揮発性半導体記憶装置の製造方法 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置及び不揮発性半導体記憶装置の製造方法 Download PDF

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Hiroshi Yumoto
湯元 博志
Masaki Takahashi
高橋 正樹
Katsuhiro Iitaka
飯高 克弘
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Abstract

【課題】書換え回数に対する信頼性が高い不揮発性半導体記憶装置及び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】素子分離絶縁膜2により分離された半導体基板3の表面に形成されたゲート絶縁膜6と、絶縁膜の上層に形成された浮遊ゲート7と、浮遊ゲートの上層にゲート間絶縁膜8を介して形成された制御ゲート9と、制御ゲートの上層に形成された窒化膜10とを備える不揮発性半導体記憶装置において、窒化膜の表面に酸化膜11を形成する。
【選択図】  図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は不揮発性半導体記憶装置及び不揮発性半導体記憶装置の製造方法に関する。詳しくは、Stacked Gate型構造をもつ不揮発性半導体記憶装置及び不揮発性半導体記憶装置の製造方法に係るものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、フレキシブルディスク等の磁気記憶装置に代わって、電気的に書換えが可能である不揮発性半導体記憶装置が用いられ始めている。
以下、図面を用いて従来の不揮発性半導体記憶装置について説明する。
【0003】
図4に従来の不揮発性半導体記憶装置を説明するための模式的な断面図を示す。ここで示すStacked Gate型構造をもつ不揮発性半導体記憶装置101は、素子分離酸化膜102により分離されたP型シリコン半導体基板103のソース・ドレイン拡散層104が形成されたPWELL領域105表面にゲート酸化膜106が形成され、このゲート酸化膜の上層に電荷蓄積のための浮遊ゲート107が形成され、浮遊ゲートの上層にはゲート間絶縁膜108を介して制御ゲート109が形成されている。また、制御ゲートの上層には水分や重金属等の不純物の浸入を抑制するための減圧CVD窒化膜110が形成されている。
【0004】
上記の様に構成された従来のStacked Gate型構造をもつ不揮発性半導体記憶装置では、浮遊ゲートのドレイン領域側で発生したホットエレクトロンを加速して浮遊ゲートに注入することでデータの書き込みが行われる。
そして、F−N伝導(Fowler Nordheim tunnelling)によって浮遊ゲートから制御ゲートへ電荷を引抜くことでデータの消去が行われる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のStacked Gate型構造をもつ不揮発性半導体記憶装置では、図5に示す様に、書換え回数の増加に伴ってトランジスタのしきい値であるVthが増加し、不揮発性半導体記憶装置の特性が変化してしまうために、書換え回数に対する信頼性が乏しいという不都合があった。
なお、図5中符号Aは従来のStacked Gate型構造をもつ不揮発性半導体記憶装置におけるデータの書き込み回数とVthとの関係を示しており、図5中符号Bは従来のStacked Gate型構造をもつ不揮発性半導体記憶装置におけるデータの消去回数とVthとの関係を示している。
【0006】
本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであって、書換え回数に対する信頼性が高い不揮発性半導体記憶装置及び不揮発性半導体記憶装置の製造方法を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、素子分離絶縁膜により分離された半導体基板のウエル領域表面に形成されたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜の上層に電荷蓄積のために形成された浮遊ゲートと、該浮遊ゲートの上層にゲート間絶縁膜を介して形成された制御ゲートと、該制御ゲートの上層に形成された窒化膜とを備える不揮発性半導体記憶装置において、前記窒化膜の表面に酸化膜を形成した。
【0008】
ここで、窒化膜の表面に酸化膜を形成したことによって、書換え回数に対するVthの変化量を小さくすることができる。
【0009】
また、上記の目的を達成するために、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、素子分離絶縁膜により分離された半導体基板のウエル領域表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、該ゲート絶縁膜の上層に電荷蓄積のための浮遊ゲートを形成する工程と、該浮遊ゲートの上層にゲート間絶縁膜を介して制御ゲートを形成する工程と、該制御ゲートの上層に窒化膜を形成する工程とを備える不揮発性半導体記憶装置の製造方法において、更に前記窒化膜の表面を酸化する工程を備える。
【0010】
ここで、窒化膜の表面を酸化することによって、書換え回数に対するVthの変化量を小さくすることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
【0012】
図1に本発明を適用した不揮発性半導体記憶装置の一例を説明するための模式的な断面図を示す。ここで示すStacked Gate型構造をもつ不揮発性半導体記憶装置1は、上記した従来のStacked Gate型構造をもつ不揮発性半導体記憶装置と同様に、素子分離酸化膜2により分離されたP型シリコン半導体基板3のソース・ドレイン拡散層4が形成されたPWELL領域5表面にゲート酸化膜6が形成され、このゲート酸化膜の上層に浮遊ゲート7が形成され、浮遊ゲートの上層にはゲート間絶縁膜8を介して制御ゲート9が形成されている。また、制御ゲートの上層には減圧CVD窒化膜10が形成されている。
ここで、本発明を適用した不揮発性半導体記憶装置の一例であるStacked Gate型構造をもつ不揮発性半導体記憶装置は、水素流量15l/min、酸素流量15l/min、温度900℃、時間10分の条件で、水素と酸素を供給してその炎の中で燃焼させて酸化を行うパイロジェニック酸化法により減圧CVD窒化膜表面を酸化したパイロジェニック酸化膜11が形成されている。なお、パイロジェニック酸化膜が形成されたことにより、減圧CVD窒化膜の膜厚は50nmとなっている。
【0013】
図2に本発明を適用した不揮発性半導体記憶装置の他の一例を説明するための模式的な断面図を示す。ここで示すStacked Gate型構造をもつ不揮発性半導体記憶装置1は、上記した従来のStacked Gate型構造をもつ不揮発性半導体記憶装置及び本発明を適用した不揮発性半導体記憶装置の一例であるStacked Gate型構造をもつ不揮発性半導体記憶装置と同様に、素子分離酸化膜2により分離されたP型シリコン半導体基板3のソース・ドレイン拡散層4が形成されたPWELL領域5表面にゲート酸化膜6が形成され、このゲート酸化膜の上層に浮遊ゲート7が形成され、浮遊ゲートの上層にはゲート間絶縁膜8を介して制御ゲート9が形成されている。また、制御ゲートの上層には減圧CVD窒化膜10が形成されている。
ここで、本発明を適用した不揮発性半導体記憶装置の他の一例であるStacked Gate型構造をもつ不揮発性半導体記憶装置は、温度950℃の条件で、酸素中で加熱し酸化を行うドライ酸化法により減圧CVD窒化膜表面を酸化したドライ酸化膜12が形成されている。なお、ドライ酸化膜が形成されたことにより、減圧CVD窒化膜の膜厚は50nmとなっている。
【0014】
本発明を適用した不揮発性半導体記憶装置では、Stacked Gate型構造をもつ不揮発性半導体記憶装置の書換え回数に対する信頼性が向上する。
即ち、図3に外部から印加する電圧20V、印加時間0.2msecの条件でのデータの書き込み及び外部から印加する電圧22V、印加時間0.5msecの条件でのデータの消去を10万回繰り返した場合におけるVthの変化量を示しているが、図3中符号aで示す従来のStacked Gate型構造をもつ不揮発性半導体記憶装置、即ち、減圧CVD窒化膜に酸化膜が形成されていない場合のVthの変化量と比較すると、図3中符号bで示す本発明を適用した不揮発性半導体記憶装置の一例であるStacked Gate型構造をもつ不揮発性半導体記憶装置、即ち、減圧CVD窒化膜にパイロジェニック酸化膜が形成された場合のVthの変化量及び図3中符号cで示す本発明を適用した不揮発性半導体記憶装置の他の一例であるStacked Gate型構造をもつ不揮発性半導体記憶装置、即ち、減圧CVD窒化膜にドライ酸化膜が形成された場合のVthの変化量は小さく、書換え回数に対しての不揮発性半導体記憶装置の特性の変化が抑制されており、Stacked Gate型構造をもつ不揮発性半導体記憶装置の書換え可能回数特性が改善されている。
なお、図3中符号dはウェーハの中央部に位置するStacked Gate型構造をもつ不揮発性半導体記憶装置を用いてデータの書き込みを10万回繰り返した場合におけるVthの変化量、図3中符号eはウェーハの中央部に位置するStacked Gate型構造をもつ不揮発性半導体記憶装置を用いてデータの消去を10万回繰り返した場合におけるVthの変化量、図3中符号fはウェーハの端部に位置するStacked Gate型構造をもつ不揮発性半導体記憶装置を用いてデータの書き込みを10万回繰り返した場合におけるVthの変化量を示しており、図3中符号gはウェーハの端部に位置するStackedGate型構造をもつ不揮発性半導体記憶装置を用いてデータの消去を10万回繰り返した場合におけるVthの変化量を示している。
【0015】
【発明の効果】
以上述べてきた如く、本発明の不揮発性半導体記憶装置及び不揮発性半導体記憶装置の製造方法によれば、書換え回数に対する不揮発性半導体記憶装置の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した不揮発性半導体記憶装置の一例を説明するための模式的な断面図である。
【図2】本発明を適用した不揮発性半導体記憶装置の他の一例を説明するための模式的な断面図である。
【図3】データの書き込み及びデータの消去とVthの変化量の関係を説明するための図である。
【図4】従来の不揮発性半導体記憶装置を説明するための模式的な断面図である。
【図5】書換え回数に対するVthの変化を説明するための図である。
【符号の説明】
1  不揮発性半導体記憶装置
2  素子分離酸化膜
3  P型シリコン半導体基板
4  ソース・ドレイン拡散層
5  PWELL領域
6  ゲート酸化膜
7  浮遊ゲート
8  ゲート間絶縁膜
9  制御ゲート
10  減圧CVD窒化膜
11  パイロジェニック酸化膜
12  ドライ酸化膜

Claims (4)

  1. 素子分離絶縁膜により分離された半導体基板のウエル領域表面に形成されたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜の上層に電荷蓄積のために形成された浮遊ゲートと、該浮遊ゲートの上層にゲート間絶縁膜を介して形成された制御ゲートと、該制御ゲートの上層に形成された窒化膜とを備える不揮発性半導体記憶装置において、
    前記窒化膜の表面に酸化膜が形成された
    ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  2. 前記酸化膜はパイロジェニック酸化法により形成された
    ことを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  3. 素子分離絶縁膜により分離された半導体基板のウエル領域表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、該ゲート絶縁膜の上層に電荷蓄積のための浮遊ゲートを形成する工程と、該浮遊ゲートの上層にゲート間絶縁膜を介して制御ゲートを形成する工程と、該制御ゲートの上層に窒化膜を形成する工程とを備える不揮発性半導体記憶装置の製造方法において、
    更に前記窒化膜の表面を酸化する工程を備える
    ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
  4. 前記窒化膜の表面を酸化する工程はパイロジェニック酸化法により酸化する
    ことを特徴とする請求項3に記載の不揮発性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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JP2008541487A (ja) * 2005-05-17 2008-11-20 マイクロン テクノロジー, インク. 斬新な低電力不揮発性メモリおよびゲートスタック
JP2009252841A (ja) * 2008-04-02 2009-10-29 Nec Electronics Corp 半導体記憶装置及びその製造方法

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