JP2605310B2 - 不揮発性メモリセルの製造方法 - Google Patents

不揮発性メモリセルの製造方法

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JP2605310B2 JP62288786A JP28878687A JP2605310B2 JP 2605310 B2 JP2605310 B2 JP 2605310B2 JP 62288786 A JP62288786 A JP 62288786A JP 28878687 A JP28878687 A JP 28878687A JP 2605310 B2 JP2605310 B2 JP 2605310B2
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B41/00Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates

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  • Non-Volatile Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は不揮発性メモリセルの製造方法に関するも
のである。
(従来の技術及び問題点) 従来の不揮発性メモリセル(EEPROM)は、コントロー
ルゲート電極の下に絶縁層(酸化物)を介してフローテ
ィングゲートが設けられ、フローティングゲートに電荷
の蓄積にて情報が記憶されるとともにフローティングゲ
ートの下、例えば、絶縁層(酸化物)の一部をトンネリ
ングが可能な程度に薄くした薄膜部(トンネル酸化膜)
からトンネリングによるフローティングゲートへの電子
の注入と放出により情報の書込みと消去が行なわれる。
この書込みと消去の際に、トンネル酸化膜(薄膜部)に
高電界を加えることによりフローティングゲートとの電
子のやりとりが行なわれるが、このエンデュランス特性
(データの書換え可能回数)に優れたメモリセルが要求
されている。
(発明の目的) この発明は上記課題を鑑み、エンデュランス特性に優
れた不揮発性メモリセルの製造方法を提供することにあ
る。
(問題点を解決するための手段) この発明は上記目的を達成すべく、基板に不純物イオ
ンを注入してイオン注入領域を形成する工程と、900〜1
100℃,6〜8時間の熱処理を行い前記イオン注入領域を
トンネリングのためのトンネル領域ににする工程と、前
記トンネル領域の上方に酸化物を介してフローティング
ゲート及びコントロールゲートを形成するとともに、基
板に前記トンネル領域に接続するドレイン部、及びソー
ス部を形成する工程とを備える不揮発性メモリセルの製
造方法をその要旨としている。
(第1実施例) この発明の第1実施例を第1図(a)〜(h)に従っ
て説明する。
Pwell層形成工程 第1図(a)に示すように、P型(100)Si基板1上
にB(ボロン)をイオン注入した後、熱処理を行いPwel
l層2を形成する。
LOCOS工程 次に、基板1に形成したPwell層2上に430Åのパッド
酸化膜を形成した後、シリコン窒化膜(Si3N4;ナイトラ
イド)を1500Åの膜厚で堆積する。このシリコン窒化膜
上にLOCOSによるフィールド酸化膜形成予定位置が開口
されたレジストパターンをマスクとしてシリコン窒化膜
を選択的にプラズマエッチングする。続いて、レジスト
剥離後、950℃のウェット酸化を行い膜厚9000Åのフィ
ールド酸化膜3を形成し、その後リン酸エッチングにて
シリコン窒化膜を除去し、その際に除去する部分を露出
部4として露出させる。(第1図(b))。
高濃度N+領域形成工程(イオン注入領域形成工程) 次に、全面にレジストを塗布しLOCOSでの露出部4に
写真触刻法により不揮発性メモリのトンネル酸化膜下の
高濃度N+領域予定位置が開口されたレジストパターンを
形成し、それをマスクとしてAs(ヒ素)を同開口部に10
0KeV,2×1015/cm2の条件でイオン注入し高濃度N+領域
(イオン注入領域)5を形成する。その後、レジストを
剥離する(第1図(c)及びその第1図(c)のA−A
断面を示す第1図(d))。
高濃度N+領域高温熱処理工程 次に、N2ガス中において950℃で7時間にわたり高温
熱処理を行ない前記高濃度N+領域(イオン注入領域)5
を高温熱処理することにより同高濃度N+領域5をトンネ
リングのためのトンネル領域にする。
ゲート形成工程 次に、第1図(e)及び(f)に示すように、全面を
HF水溶液でエッチング後、フローティングゲート6下の
ゲート酸化膜7を400Åの厚さで形成する。そして、不
揮発性メモリのトンネル酸化膜形成予定位置が開口した
レジストパターンを形成し、HF溶液中で酸化膜7のエッ
チングを行ない前記高濃度N+領域5上に開口部を形成す
る。その後、レジストを剥離してハロゲンランプ1150
℃,O2中で前記開口部に100Å前後の薄い酸化膜7aを形成
する。この酸化膜(トンネル酸化膜)7aがフローティン
グゲート電極に対する電子の注入/抽出を行なう部分と
なる。そして、全面に1700Åの多結晶シリコン膜をPH3
ガス450cc/minの流量のもとで成長させる。続いて、こ
の多結晶シリコン膜のエッチングを行い、フローティン
グゲート6及び選択ゲート8を形成する。
次に、1050℃ドライO2にてゲート酸化膜を430Åの厚
さで形成し(コントロールゲート9とフローティングゲ
ート6間の酸化膜10と周辺回路のゲート酸化膜を形成
し)、3700Åの多結晶シリコン膜をPH3ガス150cc/minの
流量のもとで成長させる。続いて、この多結晶シリコン
膜のエッチングを行い、コントロールゲート9や他に周
辺回路のMOSトランジスタのゲート電極部を形成する。
ソース・ドレイン形成工程 次に、第1図(g)及び(h)に示すように、ゲート
電極(コントロールゲート9)やLOCOSによるフィール
ド酸化膜3をマスクとして、Asを120KeV,5×1015/cm2
条件でイオン注入するとともに活性化してソース・ドレ
イン部(ソース部11、ドレイン(EEPROM)12a,ドレイン
(選択ゲート)12b)を形成する。その後、層間絶縁膜
を形成し、コンタクトホールの開口、金属配線材料を堆
積して配線パターン形成後、パッシベーション膜を形成
してEEPROMを形成する。尚、第1図(h)において、13
はコンタクト部である。
このようにして製造された不揮発性メモリセルの特性
を第2図及び第3図に基づいて説明する。
第2図に示すように、Pwellの基板2上に長時間にわ
たり高温熱処理(950℃,7時間)した高濃度N+領域(イ
オン注入領域)5が形成され、その上に100Åの酸化膜7
aを介してポリシリコンの電極6が形成されている場合
について実験を行なった。その100Åのトンネル酸化膜7
aに電流密度J=64mA/cm2の定電流を流し、絶縁破壊を
起こした時間の累積破壊率を調査した。その結果を、第
3図中、特性線Laで示す。さらに、第3図において、従
来の方法(高濃度N+領域(イオン注入領域)5に対し長
時間にわたる高温熱処理を行なわない場合)による調査
結果を特性線Loで示す。この第3図において、明らかな
ようにその高濃度N+領域形成後に長時間にわたる高温熱
処理を行なうと、絶縁破壊を起こしにくくエンデュラン
ス特性に優れたものとなる。
尚、この高濃度N+領域形成後に長時間にわたる高温熱
処理を行なうと絶縁破壊が起こりにくくなる現象につい
て考えてみると、基板に高濃度のAsを打込むと基板にAs
の集合体ができることが知られているが、このSi基板表
面にあるAsの集合体が酸化工程の時にSiO2膜中に歪み等
の影響を与えたりSi/SiO2界面を劣化させると思われる
が、イオン注入後長時間にわたる高温熱処理を行なうと
Asの集合体が分解しSi表面のAs分布が均一になるため絶
縁破壊が起こりにくくなるものと考えられる。
又、この第1実施例において、高濃度N+領域(イオン
注入領域)5の長時間にわたる高温熱処理は950℃,7時
間であったが、900〜1100℃,6〜8時間であっても高濃
度N+領域(イオン注入領域)5に対し長時間にわたる高
温熱処理を行なわない場合より絶縁破壊を起こしにくい
という効果を得ており、この条件で実施してもよい。
(第2実施例) この発明の第2実施例を第4図(a),(b)に基づ
いて説明する。
Pwell層形成工程 P型(100)Si基板1上にB(ボロン)をイオン注入
した後、熱処理を行いPwell層2を形成する(第4図
(a))。
高濃度N+領域形成工程 次に、第4図(b)に示すように、パッド酸化膜14を
430Å形成した後、レジスト15にてトンネル酸化膜下の
高濃度N+領域形成予定位置が開口されたレジストパター
ンを形成する。そして、As(ヒ素)を100KeV/cm2,2×10
15の条件でイオン注入し、高濃度N+領域(イオン注入領
域)5を形成する。その後、レジストを剥離する。
LOCOS工程及び高濃度N+領域高温熱処理工程 次に、全面にシリコン窒化膜を1500Å堆積させ、LOCO
Sによるフィールド酸化膜形成予定位置が開口されたレ
ジストパターンをマスクとしてシリコン窒化膜を選択的
にプラズマエッチングする。続いて、レジスト剥離後、
950℃,7時間のウェット酸化を行なう。この際、LOCOSの
フィールド酸化膜の形成及び高濃度N+領域5をトンネル
領域にするための高温熱処理が同時に行なわれることと
なる。
ゲート形成工程 次に、トンネル酸化膜形成予定位置が開口したレジス
トパターンを形成してHF水溶液にて酸化膜を除去した後
ハロゲンランプ1150℃にて100Åのトンネル酸化膜を形
成する。その後のポリシリコンをデポし、フローティン
グゲート及びコントロールゲートを形成する。
以後、上記第1実施例のソース・ドレイン形成工程
を行いEEPROMを形成する。
この第2実施例においては、LOCOSのフィールド酸化
膜の形成及び高濃度N+領域の高温熱処理が同時に行なわ
れるので製造時間の短縮化を計ることができる。
(第3実施例) この発明の第3実施例を第5図(a)〜(f)に基づ
いて説明する。
Pwell層形成工程 第5図(a)に示すように、P型(100)Si基板1上
にB(ボロン)をイオン注入した後、熱処理を行いPwel
l層2を形成する。
1回目のLOCOS工程 次に、第5図(b)に示すように、パッド酸化膜16を
430Åの厚さで形成した後、全面にシリコン窒化膜17を1
500Åの厚さで堆積させる。このシリコン窒化膜17上にL
OCOSによるフィールド酸化膜形成予定位置が開口された
レジストパターンをマスクとしてシリコン窒化膜を選択
的にプラズマエッチングを行なう。そして、レジスト剥
離後、950℃,150分のウェット酸化を行い、膜厚5000Å
のフィールド酸化膜18を形成する。
高濃度N+領域形成工程 次に、第5図(c)及びその第5図(c)のB−B断
面である第5図(d)に示すように、高濃度N+領域形成
予定位置あたりが開口したレジスト19のパターンを形成
する。このレジスト19のパターンは第5図(c)に示す
ようにx方向(第5図(c)における上下方向)はLOCO
Sによるフィールド酸化膜18でセルフアライメント(自
己整合)できるので精度がよい。続いて、Asを100KeV,2
×1015/cm2の条件でイオン注入し高濃度N+領域(イオン
注入領域)20を形成する。
高濃度N+領域高温熱処理工程及び2回目のLOCOS工程 次に、レジスト剥離後、950℃,6時間のウェット酸化
を行ない高濃度N+領域20をトンネリングのためのトンネ
ル領域にする(第5図(e)及び(f))。この際、LO
COSのフィールド酸化膜(9000Å)の形成及び高濃度N+
領域の高温熱処理が同時に行なわれることとなる。
ゲート形成工程 次に、トンネル酸化膜を形成しポリシリコンを堆積さ
せフローティングゲート及びコントロールゲートを形成
する。
以後、上記第1実施例のソース・ドレイン形成工程
を行いEEPROMを形成する。
発明の効果 以上詳述したようにこの発明によれば、エンデュラン
ス特性に優れた不揮発性メモリセルを製造することがで
きる優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(h)は本発明の第1実施例の製造工程
を説明するための図、第2図は本発明により製造される
不揮発性メモリセルのエンデェランス特性を説明するた
めに使用する素子を示す図、第3図はそのエンデェラン
ス特性を示す図、第4図(a),(b)は第2実施例の
製造工程を説明するための図、第5図(a)〜(f)は
第3実施例の製造工程を説明するための図。 1はSi基板、2はPwell層、5は高濃度N+領域(イオン
注入領域)、6はフローティングゲート、9はコントロ
ールゲート、11はソース部、12aはドレイン部。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板に不純物イオンを注入してイオン注入
    領域を形成する工程と、 900〜1100℃,6〜8時間の熱処理を行い前記イオン注入
    領域をトンネリングのためのトンネル領域にする工程
    と、 前記トンネル領域の上方に酸化物を介してフローティン
    グゲート及びコントロールゲートを形成するとともに、
    基板に前記トンネル領域に接続するドレイン部、及びソ
    ース部を形成する工程と を備える不揮発性メモリセルの製造方法。
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