JP2515042B2 - E▲上2▼prom装置 - Google Patents

E▲上2▼prom装置

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JP2515042B2
JP2515042B2 JP2176301A JP17630190A JP2515042B2 JP 2515042 B2 JP2515042 B2 JP 2515042B2 JP 2176301 A JP2176301 A JP 2176301A JP 17630190 A JP17630190 A JP 17630190A JP 2515042 B2 JP2515042 B2 JP 2515042B2
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    • H10B41/00Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
    • H10B41/30Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the memory core region
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
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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E2PROM装置の改良に関する。
(従来の技術) 従来、E2PROM装置は、例えば第5図又は第6図に示す
ような断面構造をしている。ここで、41は半導体基板、
42はフィールド酸化膜、43はゲート酸化膜、44はイレー
ズゲート、45はトンネル酸化膜、46はフローティングゲ
ート、47は熱酸化膜、48はコントロールゲートである。
これらのE2PROM装置では、データの書き込みは、半導
体基板41からフローティングゲート46へ電子を注入する
ことにより行われ、又データの消去は、フローティング
ゲート46からトンネル酸化膜45を介してイレーズゲート
44へ電子を引き抜くことにより行われる。なお、これら
E2PROM装置の異なるところは、イレーズゲート44とフロ
ーティングゲート46とが上下逆になっていることのみで
あり、イレーズゲート44、フローティングゲート46の働
きや動作については同じである。また、これらいずれの
装置についても、イレーズゲート44とフローティングゲ
ート46との間の一部に形成されるトンネル酸化膜45は、
熱酸化膜のみにより構成されている。
一方、トンネル酸化膜45には、主に以下に示す二つの
特性が要求されている。即ち、第1に、フローティング
ゲート46からイレーズゲート44への電子の流れについて
は、低電界で大きな電流が流れ易く、イレーズゲート44
からフローティングゲート46への電子の流れについて
は、高電界でも電流が流れ難いという電流方向性がある
こと。第2に、トンネル酸化膜45に電流を長期間流して
も劣化が少ないような高信頼性を有することである。前
者の要求は、データの消去時にフローティングゲート46
からイレーズゲート44への電子の抜き取りを完全に行う
ため、及びデータの書込み時にイレーズゲート44からフ
ローティングゲート46への誤書込みが起こらないように
するため必要なものである。また、後者の要求は、書込
み/消去を繰り返し行うときの信頼性を確保するために
重要である。
ところで、前記第5図に示すE2PROM装置では、フロー
ティングゲート46の不純物、例えばリン(P)のドーピ
ング濃度を1×1020cm-3程度に低濃度かつ高精度に制御
することにより、トンネル酸化膜45に電流方向性を持た
せている。これは、第7図に示すように、フローティン
グゲート46に多結晶シリコンを用いた場合、その表面
は、高濃度のリンを拡散させたときよりも凹凸であり、
一方、この多結晶シリコン膜を熱酸化して得られるトン
ネル酸化膜45の表面は、比較的なめらかであることを利
用している。即ち、電子は、多結晶シリコンの凸部(突
起部)における電界集中によって、フローティングゲー
ト46からイレーズゲート44へ流れ易くなり、又その逆で
あるイレーズゲート44からフローティングゲート46へは
流れ易くなるという現象を利用したものである。
しかしながら、現状においては、リンのドーピング濃
度を低濃度かつ高精度に精密に制御することは非常に困
難であり、トンネル酸化膜45の信頼性を十分に確保する
のが不可能となる欠点がある。また、前記第6図に示す
ようなE2PROM装置では、上述の多結晶シリコンの表面の
凹凸を利用すること、及びトンネル酸化膜45を熱酸化膜
のみにより形成することは原理的には不可能という欠点
がある。
(発明が解決しようとする課題) このように、従来のE2PROM装置は、フローティングゲ
ートに多結晶シリコンを利用していたが、前記多結晶シ
リコンのリン濃度の制御が非常に困難であり、トンネル
酸化膜の信頼性を十分に確保できないという欠点があっ
た。また、全てのタイプのE2PROM装置に多結晶シリコン
の凹凸を利用することができないという欠点があった。
本発明は、上記欠点を解決すべくなされたものであ
り、E2PROM装置のタイプに関係なく、トンネル酸化膜に
再現性よく電流方向性を持たせること及び高信頼性を持
たせることが可能なE2PROM装置を提供することを目的と
する。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために、本発明のE2PROM装置は、
電気的に浮遊状態の第1のゲート電極と、前記第1のゲ
ート電極に蓄積された電荷を消去するための第2のゲー
ト電極と、前記第1及び第2のゲート電極間の少なくと
も一部に形成される液相成長による酸化膜とを含んでい
る。
また、電気的に浮遊状態の第1のゲート電極と、前記
第1のゲート電極に蓄積された電荷を消去するための第
2のゲート電極と、前記第1及び第2のゲート電極間に
形成される液相成長による酸化膜及び熱酸化による熱酸
化膜とを含んでいる。
さらに、前記酸化膜は、過飽和のシリカを含むケイフ
ッ化水素酸溶液から析出させたシリコン酸化膜であるの
がよい。
(作用) このような構成によれば、第1及び第2のゲート電極
間に形成される絶縁膜の少なくとも一部が、液相成長に
より形成される酸化膜により形成されている。これによ
り、前記絶縁膜の特性として、電流方向性及び高信頼性
を再現性よく満たすことが可能になる。
また、前記酸化膜は、過飽和のシリカを含むケイフッ
化水素酸溶液から析出させたシリコン酸化膜であるのが
効果的である。
(実施例) 以下、図面を参照しながら本発明の一実施例について
詳細に説明する。
第1図は、本発明の一実施例に係わるE2PROM装置を示
すものである。
シリコン基板11上には、素子分離のためのフィールド
酸化膜12及びゲート酸化膜13が形成されている。また、
フィールド酸化膜12上には、第1の多結晶シリコン膜
(第2のゲート電極)14が形成されている。第1の多結
晶シリコン膜14上には、トンネル絶縁膜が形成されてい
る。このトンネル絶縁膜は、液相成長により形成される
酸化膜(以下「液相酸化膜」という。)15、例えば過飽
和のシリカを含むケイフッ化水素酸溶液から析出させた
シリコン酸化膜と、第1の多結晶シリコン膜14を熱酸化
することにより形成される熱酸化膜16とから構成されて
いる。ゲート酸化膜13、並びに液相酸化膜15及び熱酸化
膜16上には、第2の多結晶シリコン膜(第1のゲート電
極)17が形成されてる。
このような構成によれば、トンネル絶縁膜の少なくと
も一部が、液相成長により形成される酸化膜15、例えば
過飽和のシリカを含むケイフッ化水素酸溶液から析出さ
せたシリコン酸化膜により形成されている。これによ
り、電流方向性及び高信頼性を再現性よく満たすことが
可能なトンネル絶縁膜が形成できる。
第2図(a)乃至(e)は、本発明の一実施例に係わ
るE2PROM装置の製造方法を示すものである。
まず、同図(a)に示すように、シリコン基板21上に
素子分離のためのフィールド酸化膜22を8000Å程度、ゲ
ート酸化膜23を360Å程度の厚さにそれぞれ形成する。
次に、同図(b)に示すように、全面にはCVD法により
第1の多結晶シリコン膜24を4000Å程度の厚さに堆積形
成する。また、第1の多結晶シリコン膜24を導電化する
ために、例えばPOCl3雰囲気中において温度900℃、60分
程度の気相リン拡散を行う。次に、同図(c)に示すよ
うに、リソグラフィー技術を用いて、第1の多結晶シリ
コン膜24を所定のパターンにパターニングし、イレーズ
ゲートを形成する。次に、同図(d)に示すように、液
相成長により100Å程度の厚さの液相酸化膜25を形成す
る。ここで、液相にて液相酸化膜(SiO2)16を形成する
方法は、例えばケイフッ化水素酸(H2SiF6)の水溶液に
シリカ(SiO2)を飽和させた処理液にAlを溶解させて、 H2SiF6+2H2OSiO2+6HF の平衡式を右へずらせることにより行うことができる。
また、続けて90%の酸素(O2)と10%のHClとの雰囲気
中において温度800℃、70分程度の熱酸化を行う。この
時、第1の多結晶シリコン膜24が酸素と反応して熱酸化
膜26が形成される。なお、熱酸化膜26は、第1の多結晶
シリコン膜24と液相酸化膜25との界面において成長する
ため、トンネル絶縁膜の構造としては、上層が液相成長
により形成される液相酸化膜25、下層が熱酸化により形
成される熱酸化膜26となる。次に、同図(e)に示すよ
うに、全面にはCVD法により第2の多結晶シリコン膜27
を4000Å程度の厚さに堆積形成する。また、第2の多結
晶シリコン膜27を導電化するために、例えばPOCl3雰囲
気中において温度900℃、60分程度の気相リン拡散を行
う。この後、第2の多結晶シリコン膜27をパターニング
してフローティングゲートを形成する。なお、図示しな
いが、この後、通常の製造工程を経てE2PROM装置が完成
する。
第3図は従来のE2PROM装置のトンネル絶縁膜、第4図
は本発明に係わるE2PROM装置のトンネル絶縁膜のI−V
特性を示すものである。
従来構造のトンネル絶縁膜では、第3図に示すよう
に、電流方向性が小さく又はほとんどなかったが、本発
明のトンネル絶縁膜では、第4図に示すように、電流を
流す方向でI−V カーブに大きな差があり、電流方向
性を有することがわかる。
また、その他の効果として、5μAの電流を流し続け
た際、トンネル絶縁膜の不良率が63%になるまでに前記
トンネル絶縁膜を通過した総電荷量QDDが、従来技術で
は、1×10-5C(クーロン)であったのに対し、本発明
の構造によれば、5×10-4Cと50倍にのび信頼性が高く
することができた。
なお、上記製造方法では、液相成長により液相酸化膜
25を形成した後、熱酸化により熱酸化膜26を形成してい
るが、これに限られるものではない。例えば、液相酸化
膜25を形成する工程と、熱酸化膜26を形成する工程とを
入れ替えても構わないし、熱酸化膜26を形成した後、液
相酸化膜25を形成し、さらにこの後、熱酸化を行っても
構わない。
また、本発明が、前記第5図に示すようなE2PROM装置
に適用できることは言うまでもない。
[発明の効果] 以上、発明したように、本発明のE2PROM装置によれ
ば、次のような効果を奏する。
トンネル絶縁膜の少なくとも一部が、液相成長により
形成される酸化膜、例えば過飽和のシリカを含むケイフ
ッ化水素酸溶液から析出させたシリコン酸化膜により形
成されている。よって、電流方向性及び高信頼性のいず
れも再現性よく満たすことが可能なトンネル絶縁膜を有
するE2PROM装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係わるE2PROM装置を示す断
面図、第2図は本発明の一実施例に係わるE2PROM装置の
製造方法を示す断面図、第3図及び第4図はそれぞれ従
来と本発明のE2PROM装置のトンネル絶縁膜のI−V特性
を示す図、第5図及び第6図はそれぞれ従来のE2PROM装
置を示す断面図、第7図は従来のE2PROM装置のフローテ
ィングゲート44及びイレーズゲート46間のトンネル絶縁
膜45を示す断面図である。 11……シリコン基板、12……フィールド酸化膜、13……
ゲート酸化膜、14……第1の多結晶シリコン膜(フロー
ティングゲート)、15……液相酸化膜、16……熱酸化
膜、17……第2の多結晶シリコン膜(イレーズゲー
ト)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山部 紀久夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 塩澤 順一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 北川 悟 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 平1−289171(JP,A) 特開 昭61−12034(JP,A) 特開 昭63−310713(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電気的に浮遊状態の第1のゲート電極と、
    前記第1のゲート電極下に配置され、前記第1のゲート
    電極に蓄積された電荷を消去するための第2のゲート電
    極と、前記第1及び第2のゲート電極間に形成される絶
    縁膜とを有するE2PROM装置において、 前記絶縁膜は、液相成長により形成される液相酸化膜か
    ら構成されていることを特徴とするE2PROM装置。
  2. 【請求項2】電気的に浮遊状態の第1のゲート電極と、
    前記第1のゲート電極下に配置され、前記第1のゲート
    電極に蓄積された電荷を消去するための第2のゲート電
    極と、前記第1及び第2のゲート電極間に形成される絶
    縁膜とを有するE2PROM装置において、 前記絶縁膜は、液相成長により形成され、前記第1のゲ
    ート電極側に配置される液相酸化膜と、前記第2のゲー
    ト電極を熱酸化することにより形成され、前記第2のゲ
    ート電極側に配置される熱酸化膜とから構成されている
    ことを特徴とするE2PROM装置。
  3. 【請求項3】前記液相酸化膜は、過飽和のシリカを含む
    ケイフッ化水素酸溶液から析出させたシリコン酸化膜で
    あることを特徴とする請求項1又は2に記載のE2PROM装
    置。
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JPS6112034A (ja) * 1984-06-27 1986-01-20 Nippon Sheet Glass Co Ltd シリコン基材表面に酸化珪素被膜を形成させる方法
JP2505809B2 (ja) * 1987-06-12 1996-06-12 日本板硝子株式会社 二酸化珪素被膜の製造方法
JPH01289171A (ja) * 1988-05-16 1989-11-21 Sharp Corp 不揮発性半導体記憶装置の製造方法

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