JP2008270766A - 半導体装置およびその作製方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体基板と導電膜の間には、トンネル絶縁膜として機能する第1絶縁膜、電荷蓄積層、第2絶縁膜が形成されている。電荷蓄積層は2層の窒化シリコン膜でなる。下層の窒化シリコン膜は、窒素ソースガスにNH3を用いてCVD法で形成され、N−H結合を上層よりも多く含む。上層の第2窒化シリコン膜は、窒素ソースガスにN2を用いてCVD法で形成され、Si−H結合を下層よりも多く含む。
【選択図】図1
Description
本実施の形態では、本発明に、不揮発性メモリ素子として、不揮発性メモリトランジスタを適用した例を説明する。まず、図1を用いて、本発明の不揮発性メモリトランジスタの構成および作製方法を説明する。
ここでは、書き込み状態のしきい値電圧および消去状態のしきい値電圧は、それぞれ、書き込み特性の電圧Vmおよび消去特性の電圧Vmとし、経過時間1000時間の書き込み特性の電圧Vmと、経過時間1000時間の消去特性の電圧Vmとの差分から、保持期間1000時間のVthウインドウを求めた。
なお、1000時間後の書き込み特性の電圧Vmは、書き込み特性のグラフを外挿して算出した。他方、1000時間後の消去特性の電圧Vmは、消去動作から1000時間後に素子が初期状態(書き込み動作前)に戻ると仮定して、初期状態(経過時間0時間)の電圧Vmの値とした。なお、初期状態の書き込み特性の電圧Vmは、素子1、比較素子Aは約−0.8Vであり、比較素子B、Cは約−0.9Vである。
本実施の形態では、本発明に係る半導体装置として、不揮発性半導体記憶装置について説明する。
本実施の形態では、半導体装置の作製方法として、不揮発性半導体記憶装置の作製方法について説明する。不揮発性半導体記憶装置において、メモリセルアレイのトランジスタは、ロジック部のトランジスタと比較して駆動電圧が高いため、メモリセルアレイのトランジスタとロジック部のトランジスタは、それぞれ、駆動電圧によって構造を変えることが好ましい。例えば、駆動電圧が小さく、しきい値電圧値のばらつきを小さくしたい場合にはゲート絶縁膜を薄くすることが好ましい。駆動電圧が大きくゲート絶縁膜の絶縁耐圧性が求められる場合にはゲート絶縁膜を厚くすることが好ましい。
実施の形態3では、メモリセルMCに形成される不揮発性メモリ素子のコントロール絶縁膜として機能する絶縁層とロジック部に形成される薄膜トランジスタのゲート絶縁膜を同時に形成する作製方法を説明したが、不揮発性半導体記憶装置の作製方法はこれに限られない。例えば、図32に示すように形成することもできる。
本実施の形態では、半導体装置の作製方法について説明する。本実施の形態でも、実施の形態3および4と同様に、不揮発性半導体記憶装置の作製方法について説明する。
本実施の形態では、半導体装置の作製方法について説明する。本実施の実施でも、実施の形態3〜5と同様に、不揮発性半導体記憶装置の作製方法について説明する。
本実施の形態では、半導体装置の作製方法として、半導体基板を用いた不揮発性半導体記憶装置の作製方法について説明する。
本実施の形態では、半導体装置の作製方法として、不揮発性半導体記憶装置の作製方法について説明する。本実施の形態では、実施の形態7と同様、半導体基板を用いた不揮発性半導体記憶装置の作製方法について説明する。
本実施の形態では、非接触でデータの入出力が可能である半導体装置について説明する。半導体装置に、不揮発性半導体記憶装置が用いられる。本実施の形態で説明する半導体装置は利用の形態によっては、RFIDタグ、IDタグ、ICタグ、ICチップ、RFタグ、無線タグ、電子タグまたは無線チップともよばれる。
本実施の形態では、半導体装置として、不揮発性半導体記憶装置を具備した電子機器について説明する。本発明は、記憶装置として不揮発性半導体記憶装置を具備したあらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。例えば、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポ等)、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDVD(digital versatile disc)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置)などが挙げられる。それら電子機器の具体例を図52に示す。
メモリトランジスタTM−1:Wr=18V、Er=−18V
比較メモリトランジスタTM−A:Wr=18V、Er=−18V
比較メモリトランジスタTM−B:Wr=18.5V、Er=−18.5V
比較メモリトランジスタTM−C:Wr=17V、Er=−17V
SL ソース線
SG1、SG2 選択ゲート線
WL ワード線
MC メモリセル
Tm 不揮発性メモリトランジスタ
Ts スイッチング用トランジスタ
S1、S2 選択トランジスタ
10 半導体領域
11 第1絶縁膜
12 第1窒化シリコン膜
13 第2窒化シリコン膜
14 第2絶縁膜
15 導電膜
16 チャネル形成領域
17、18 高濃度不純物領域
17a、18a 低濃度不純物領域
21 半導体基板
22 ウェル
35 スペーサ
41 シリコン基板
42 第1絶縁膜
43 窒化シリコン層
44 第2絶縁膜
45 電極
52 メモリセルアレイ
54 ロジック部
56 アドレスバッファ
58 コントロール回路
60 昇圧回路
62 ロウデコーダ
64 カラムデコーダ
66 センスアンプ
68 データバッファ
70 データ入出力バッファ
100 基板
102 下地絶縁膜
103 半導体膜
104 半導体膜
106 半導体膜
108 半導体膜
110 半導体膜
112 絶縁膜
114 レジスト
115 絶縁膜
116 絶縁膜
118 絶縁膜
120 絶縁膜
121 レジスト
122 第1窒化シリコン膜
123 第2窒化シリコン膜
124〜126 レジスト
128 絶縁膜
130 導電膜
132 導電膜
134 導電膜
136 導電膜
138 導電膜
140 導電膜
142 レジスト
144 チャネル形成領域
146 高濃度不純物領域
148 チャネル形成領域
150 高濃度不純物領域
152 チャネル形成領域
154 高濃度不純物領域
156 レジスト
158 チャネル形成領域
160 高濃度不純物領域
162 絶縁膜
164〜170 導電膜
501 ガラス基板
502 下地絶縁膜
503 シリコン膜
504 チャネル形成領域
505 ソース領域
506 ドレイン領域
507 低濃度不純物領域
508 低濃度不純物領域
511 第1絶縁膜
512 第1窒化シリコン膜
513 第2窒化シリコン膜
514 第2絶縁膜
515 ゲート電極
516 電荷蓄積層
517 窒化タンタル膜
518 タングステン膜
520 スペーサ
521 絶縁膜
522 絶縁膜
523 ソース電極
524 ドレイン電極
530 結晶性シリコン膜
800 半導体装置
810 高周波回路
820 電源回路
830 リセット回路
840 クロック発生回路
850 データ復調回路
860 データ変調回路
870 制御回路
880 記憶装置
890 アンテナ
910 コード抽出回路
920 コード判定回路
930 CRC判定回路
940 出力ユニット回路
1012 第1窒化シリコン膜
1013 第2窒化シリコン膜
1200 半導体基板
1201 絶縁膜
1202 窒化シリコン膜
1203 レジスト
1204 凹部
1205 絶縁膜
1207〜1209 半導体領域
1210 pウェル
1211 絶縁膜
1212 レジスト
1214〜1216 絶縁膜
1218 レジスト
1221 絶縁膜
1222 導電膜
1223 導電膜
1224〜1228 導電膜
1229〜1231 低濃度不純物領域
1233〜1237 スペーサ
1238〜1240 高濃度不純物領域
1241〜1244 低濃度不純物領域
1245〜1248 チャネル形成領域
1249 絶縁膜
1250 開口部
1255〜1259 導電層
1260〜1263 導電層
1271 絶縁膜
1272 絶縁膜
1273 絶縁膜
1274 絶縁膜
1290 絶縁膜
2111 筐体
2112 表示部
2113 レンズ
2114 操作キー
2115 シャッターボタン
2116 記憶媒体
2121 筐体
2122 表示部
2123 操作キー
2125 記憶媒体
2130 本体
2131 表示部
2132 記憶媒体
2133 操作部
2134 イヤホン
2141 本体
2142 表示部
2143 操作キー
2144 記憶媒体
3200 リーダ/ライタ
3210 表示部
3220 品物
3240 リーダ/ライタ
3260 商品
Claims (27)
- 不揮発性半導体メモリ素子を有する半導体装置であり、
前記不揮発性半導体メモリ素子は、
半導体でなり、ソース領域、ドレイン領域、およびチャネル形成領域を有する半導体領域と、
前記半導体領域上に形成され、前記チャネル形成領域と重なる導電膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記チャネル形成領域と重なる第1絶縁膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記第1絶縁膜上に形成された第1窒化シリコン膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記第1窒化シリコン膜上に形成された第2窒化シリコン膜と、
を有し、
前記第1窒化シリコン膜は、N−H結合を前記第2窒化シリコン膜よりも多く含むことを特徴とする半導体装置。 - 不揮発性半導体メモリ素子を有する半導体装置であり、
前記不揮発性半導体メモリ素子は、
半導体でなり、ソース領域、ドレイン領域、およびチャネル形成領域を有する半導体領域と、
前記半導体領域上に形成され、前記チャネル形成領域と重なる導電膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記チャネル形成領域と重なる第1絶縁膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記第1絶縁膜上に形成された第1窒化シリコン膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記第1窒化シリコン膜上に形成された第2窒化シリコン膜と、
を有し、
前記第1窒化シリコン膜は、N−H結合を前記第2窒化シリコン膜よりも多く含み、
前記第2窒化シリコン膜は、Si−H結合又はSi−X結合(Xはハロゲン元素)を前記第1窒化シリコン膜よりも多く含むことを特徴とする半導体装置。 - 不揮発性半導体メモリ素子を有する半導体装置であり、
前記不揮発性半導体メモリ素子は、
半導体でなり、ソース領域、ドレイン領域、およびチャネル形成領域を有する半導体領域と、
前記半導体領域上に形成され、前記チャネル形成領域と重なる導電膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記チャネル形成領域と重なる第1絶縁膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記第1絶縁膜上に形成された第1窒化シリコン膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記第1窒化シリコン膜上に形成された第2窒化シリコン膜と、
を有し、
前記第2窒化シリコン膜は、N−H結合の濃度に対するSi−H結合の濃度の比が、前記第1窒化シリコン膜よりも大きいことを特徴とする半導体装置。 - 不揮発性半導体メモリ素子を有する半導体装置であり、
前記不揮発性半導体メモリ素子は、
半導体でなり、ソース領域、ドレイン領域、およびチャネル形成領域を有する半導体領域と、
前記半導体領域上に形成され、前記チャネル形成領域と重なる導電膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記チャネル形成領域と重なる第1絶
縁膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記第1絶縁膜上に形成された第1窒化シリコン膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記第1窒化シリコン膜上に形成された第2窒化シリコン膜と、
を有し、
前記第2窒化シリコン膜は、N−H結合の濃度に対するSi−X結合(Xはハロゲン元素)結合の濃度の比が、前記第1窒化シリコン膜よりも大きいことを特徴とする半導体装置。 - 不揮発性半導体メモリ素子を有する半導体装置であり、
前記不揮発性半導体メモリ素子は、
半導体でなり、ソース領域、ドレイン領域、およびチャネル形成領域を有する半導体領域と、
前記半導体領域上に形成され、前記チャネル形成領域と重なる導電膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記チャネル形成領域と重なる第1絶縁膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記第1絶縁膜上に形成された第1窒化シリコン膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記第1窒化シリコン膜上に形成された第2窒化シリコン膜と、
を有し、
前記第2窒化シリコン膜は、N−H結合の濃度に対するSi−H結合とSi−X結合(Xはハロゲン元素)結合の濃度の和の比が、前記第1窒化シリコン膜よりも大きいことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至5のいずれか1項において、
前記第2窒化シリコン膜は、前記第1窒化シリコン膜よりも、化学量論的にSi3N4に近い窒化シリコンでなることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至6のいずれか1項において、
前記不揮発性半導体メモリ素子は、前記半導体領域と前記導電膜の間に、前記第2窒化シリコン膜上に形成された第2絶縁膜を有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至7のいずれか1項において、
前記半導体領域は、半導体基板に形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項8において、
前記半導体基板は、単結晶または多結晶のシリコン基板、シリコンゲルマニウム基板、またはゲルマニウム基板のいずれかであることを特徴とする半導体装置。 - 請求項8において、
前記半導体基板は、SOI(Silicon on Insulator)基板、SGOI(Silicon−Germanium on Insulator)基板、又はGOI(Germanium on Insulator)基板のいずれかであることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至7のいずれか1項において、
前記半導体領域は、絶縁膜を介して基板上に形成された半導体膜に形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項11において、
前記基板は、ガラス基板、石英基板、プラスチックフィルムのいずれかであることを特徴とする半導体装置。 - 不揮発性半導体メモリ素子を有する半導体装置の作製方法であり、
前記不揮発性半導体メモリ素子は、
半導体でなり、ソース領域、ドレイン領域、およびチャネル形成領域を有する半導体領域と、
前記半導体領域上に形成され、前記チャネル形成領域と重なる導電膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記チャネル形成領域と重なる第1絶縁膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記第1絶縁膜上に形成された第1窒化シリコン膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記第1窒化シリコン膜上に形成された第2窒化シリコン膜と、
を有し、
シリコンソースガス、および窒化水素でなる窒素ソースガスを原料に、化学気相成長法により、前記第1窒化シリコン膜を形成し、
シリコンソースガス、および組成に水素を含まない窒素ソースガスを原料に、化学気相成長法により、前記第2窒化シリコン膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 不揮発性半導体メモリ素子を有する半導体装置の作製方法であり、
前記不揮発性半導体メモリ素子は、
半導体でなり、ソース領域、ドレイン領域、およびチャネル形成領域を有する半導体領域と、
前記半導体領域上に形成され、前記チャネル形成領域と重なる導電膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記チャネル形成領域と重なる第1絶縁膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記第1絶縁膜上に形成された第1窒化シリコン膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記第1窒化シリコン膜上に形成された第2窒化シリコン膜と、
を有し、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記第2窒化シリコン膜上に形成された第2絶縁膜と、
を有し、
シリコンソースガス、および窒化水素でなる窒素ソースガスを原料に、化学気相成長法により、前記第1窒化シリコン膜を形成し、
シリコンソースガス、および組成に水素を含まない窒素ソースガスを原料に、化学気相成長法により、前記第2窒化シリコン膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 不揮発性半導体メモリ素子を有する半導体装置の作製方法であり、
前記不揮発性半導体メモリ素子は、
半導体でなり、ソース領域、ドレイン領域、およびチャネル形成領域を有する半導体領域と、
前記半導体領域上に形成され、前記チャネル形成領域と重なる導電膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記チャネル形成領域と重なる第1絶縁膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記第1絶縁膜上に形成された第1窒化シリコン膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記第1窒化シリコン膜上に形成された第2窒化シリコン膜と、
を有し、
シリコンソースガス、およびNH3ガスを原料に、化学気相成長法により、前記第1窒化シリコン膜を形成し、
シリコンソースガス、およびN2ガスを原料に、化学気相成長法により、前記第2窒化シリコン膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 不揮発性半導体メモリ素子を有する半導体装置の作製方法であり、
前記不揮発性半導体メモリ素子は、
半導体でなり、ソース領域、ドレイン領域、およびチャネル形成領域を有する半導体領域と、
前記半導体領域上に形成され、前記チャネル形成領域と重なる導電膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記チャネル形成領域と重なる第1絶縁膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記第1絶縁膜上に形成された第1窒化シリコン膜と、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記第1窒化シリコン膜上に形成された第2窒化シリコン膜と、
を有し、
前記半導体領域と前記導電膜の間に形成され、前記第2窒化シリコン膜上に形成された第2絶縁膜と、
を有し、
シリコンソースガス、およびNH3ガスを原料に、化学気相成長法により、前記第1窒化シリコン膜を形成し、
シリコンソースガス、およびN2ガスを原料に、化学気相成長法により、前記第2窒化シリコン膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項15又は請求項16において、
前記NH3ガスの代わりに、NH2H2Nガスを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項13乃至17のいずれか1項において、
同じ反応室において、前記第1窒化シリコン膜と前記第2窒化シリコン膜を連続して形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項13乃至18のいずれか1項において、
前記第1窒化シリコン膜をプラズマCVD法により形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項13乃至19のいずれか1項において、
前記第2窒化シリコン膜をプラズマCVD法により形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項13乃至18のいずれか1項において、
被形成面の加熱温度を600℃以下にして、前記第1窒化シリコン膜をプラズマCVD法により形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項13乃至18、及び請求項21のいずれか1項において、
被形成面の加熱温度を600℃以下にして、前記第2窒化シリコン膜をプラズマCVD法により形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項13乃至22のいずれか1項において、
前記第1窒化シリコン膜および前記第2窒化シリコン膜の形成に用いる前記シリコンソースガスは、SiH4、Si2H6、SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl3、SiF4から選ばれるガスであることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項13乃至23のいずれか1項において、
基板として、ガラス基板または石英基板を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項13乃至23のいずれか1項において、
基板に、半導体基板を用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項25において、
前記半導体基板は、単結晶または多結晶のシリコン基板、シリコンゲルマニウム基板、またはゲルマニウム基板のいずれかであることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項25において、
前記半導体基板は、SOI(Silicon on Insulator)基板、SGOI(Silicon−Germanium on Insulator)基板、又はGOI(Germanium on Insulator)基板のいずれかであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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