JP2719642B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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Description
ulator−Semiconductor Field−Effect−Transistor)
型の半導体装置およびその製造方法。
ート絶縁膜の膜厚の2倍以下かつ単分子層以上とするこ
とにより、絶縁膜の電子トラップの発生と、絶縁膜への
電子注入の際に起こる界面準位の発生を抑えたものであ
る。
ト等から成るゲート電極のそれぞれの膜厚比は半導体装
置がMOS型トランジスタであれば通常1対6から1対8
程度(第2図)、半導体装置がフローティングゲート型
メモリトランジスタであれば1対10以上であった(第3
図)。なお、第2図と第3図において1はn+ソース領
域、2はn+ドレイン領域、3はゲート絶縁膜、8はP型
シリコン基板、4はゲート電極、5はフローティングゲ
ート電極、6はコントロールゲート電極である。C−V
曲線の電圧シフトを第5図や第6図の絶縁膜と酸化膜中
と界面準位にトラップされた電子数の割合の関係に用い
ることができるが、従来は第5図や第6図の点Cに示す
ように100や200Åの絶縁膜に対し3000Å程度のゲート電
極を形成している。
ゲート等から成るゲート電極膜厚が厚い場合には、絶縁
膜中に電子トラップが多く、また絶縁膜への電子注入に
よって絶縁膜とSi基板の間に界面準位が多く発生し半導
体装置のの経時変化を起こしていた。よって半導体装置
がMOSトランジスタであればトランジスタのしきい値の
変化を起こしていた。また半導体装置がフローティング
ゲート型メモリトランジスタであればゲート絶縁膜中と
界面準位に電子がトラップされてメモリの書換え回数限
界の低下を起こしていた。
ゲート電極の膜厚をゲート絶縁膜厚の2倍以下かつ単分
子層以上にした。
膜中の電子トラップと、ゲート絶縁膜への電子注入によ
って発生する界面準位が少ないために、半導体装置の経
時変化を少なくすることができる。
施例を図面にもとづいて説明する。実施例においてはゲ
ート絶縁膜にシリコン酸化膜を用いたMOS型半導体装置
について説明するが、シリコン酸化膜に限定する必要は
ないことは言うまでもない。またゲート電極は多結晶シ
リコンゲートについて説明するがシリサイドもしくはポ
リサイドなどであっても構わない。
ジスタの構造断面図である。P型シリコン基板8の表面
部分のP型チャネル領域を挟んで、n+ソース領域1及び
n+ドレイン領域2が設けられ、P型チャネル領域上にゲ
ート酸化膜3が形成され、更にその上にはゲート酸化膜
の膜厚の2倍以下かつ単分子層以上の膜厚を有する多結
晶シリコンから成るゲート電極4が形成されている。第
5図のC−V曲線の電圧シフトを100Åのゲート酸化膜
を用いたときのゲート電極膜厚と絶縁膜注と界面準位に
トラップされた電子数の割合の関係に用いることができ
る。ここにおいて、曲線aは乾燥(ドライ:Dry)酸化に
より製造された本発明の半導体装置の特性を表し、また
曲線bはCl(クロロ)を混入した酸化により製造された
本発明の半導体装置の特性を表している。曲線aより不
純物ドープされた多結晶シリコン膜厚の範囲は上限は酸
化膜厚の2倍以下、また下限はゲート電極として機能す
る単分子層以上であればよいが実用上は5〜10層が好ま
しい。この範囲内にしたときに電子トラップが著しく減
少することが判る。また酸素のみもしくは希釈された酸
素による酸化膜においても効果はあるが、酸化膜中にCl
(クロロ)を混入することにより、さらに電子トラップ
は顕著に減少することが曲線bより理解される。膜厚の
範囲においては曲線aと同様である。ゲート酸化膜中に
Cl(クロロ)を混入する方法にはHCl酸化、TCA(トリク
ロロエタン),TCE(トリクロロエチレン)を酸素中に混
入した酸化法、Clのイオン注入などがあるがここでは一
般的なTCAを酸素中に混入する酸化(TCA酸化)について
説明する。TCA酸化を用いる場合には、950℃−1050℃の
範囲内で行うと効果的である。また第6図のC−V曲線
の電圧シフトを200Åのゲート酸化膜を用いたときのゲ
ート電極膜厚と絶縁膜中と界面準位にトラップされた電
子数の割合の関係に用いることができる。ここにおいて
も第5図と同様に曲線aは乾燥(ドライ:Dry)酸化によ
り製造された本発明の半導体装置の特性を表し、また曲
線bはCl(クロロ)を混入した酸化により製造された本
発明の半導体装置の特性を表しており、第5図と同様の
範囲において従来技術に比べ特性が改善されている。
リトランジスタの構造断面図である。P型シリコン基板
8のP型チャネル領域を挟んで,n+ソース領域1及びn+
ドレイン領域2が設けられ,P型チャネル領域上にゲート
酸化膜3が設けられ更にその上にゲート酸化膜厚の2倍
以下かつ単分子層以上の膜厚をもつ多結晶シリコンゲー
トから成るフローティングゲート電極5を設け、さらに
その上に絶縁膜7を介してコントロールゲート電極6を
設けた構造になっている。
造工程順断面図を説明する。第7図(a)は、P型シリ
コン基板8のP型チャネル領域上にゲート酸化膜3を形
成したところを示している。ゲート酸化膜の形成方法に
は熱酸化法やCVD法によるものがあるがここでは熱酸化
によるものを用いた。第7図(b)はゲート酸化膜の膜
厚の2倍以下かつ単分子層以上の膜厚を持つ不純物ドー
プされた多結晶シリコン膜9を形成したところを示して
いる。ゲート酸化膜の膜厚の2倍以下かつ単分子層以上
の不純物ドープされた薄い膜待つのゲート電極を形成す
る方法るはCVD法や減圧CVD法によりゲート電極を形成し
た後,POCl3などにより不純物ドープする方法などがあ
るが、膜厚制御の点ではMLE(Molecular Layer Epitax
y)法による薄い膜厚のゲート電極形成に不純物ドープ
する方法が優れている。また不純物ドープしながら薄い
膜厚のゲート電極を形成する方法には、PH2などのガス
を混入して行うCVD法や減圧CVD法等があるが、膜厚制御
の点ではMLD(Molecular Layer Doping)法が特に優れ
ている。第7図(c)はレジストもしくはレジストおよ
びゲート電極4をマスクとしてゲート酸化膜3を介して
PやAsなどのn型不純物のイオン注入によってn+ソース
領域1及びn+ドレイン領域2を形成した後、レジストを
除去したところを示している。
製造工程順断面図を説明する。第8図(a)は、P型シ
リコン基板8のP型チャネル領域上にゲート酸化膜3を
形成したところを示している。第8図(b)は多結晶シ
リコン膜9を形成後にPOCl3等のガスを用いn型に不純
物ドープしたところを示している。第8図(c)はエッ
チングにより多結晶シリコン膜9をゲート絶縁膜の2倍
以下かつ単分子層以上の膜厚まで薄くしたところを示し
ている。第8図(d)はレジストもしくはレジストおよ
びゲート電極4をマスクとしてゲート酸化膜3を介して
PやAsなどのn型不純物のイオン注入によってn+ソース
領域1及びn+ドレイン領域2を形成した後、レジストを
除去したところを示している。
の製造工程順断面図を説明する。第9図(a)は、P型
シリコン基板8のP型チャネル領域上にゲート酸化膜3
を形成したところを示している。第9図(b)はゲート
酸化膜の膜厚の2倍以下かつ単分子層以上の膜厚を持つ
不純物ドープされた多結晶シリコン膜9を形成したとこ
ろを示している。この場合、多結晶シリコン膜9を形成
後に不純物ドープしても、不純物ドープしながら多結晶
シリコンを形成してもよい。第9図(c)はフォトリソ
グラフィーによって形成されたゲート電極4上にCVD法
などによるSiO2等からなる絶縁膜7を形成し、ゲート電
極4をマスクとしてゲート酸化膜3と絶縁膜7を介して
PやAsなどのn型の不純物のイオン注入によってn+ソー
ス領域1及びn+ドレイン領域2を形成したところを示し
ている。
スタの製造工程例を説明する。第10図(a)は、P型シ
リコン基板8のP型チャネル領域上に熱酸化法によりゲ
ート酸化膜3を形成したところを示している。第10図
(b)はゲート酸化膜の膜厚の2倍以下かつ単分子層以
上の膜厚を持つ不純物ドープされたフローティングゲー
ト電極となる多結晶シリコン膜9を形成したところを示
している。ゲート酸化膜の膜厚の2倍以下かつ単分子層
以上のの不純物ドープされた薄い膜厚のゲート電極を形
成する方法にはCVD法や減圧CVD法によりゲート電極を形
成した後,POCl3などにより不純物ドープする方法など
があるが、膜厚制御の点ではMLE(Molecular Layer Epi
taxy)法による薄い膜厚のゲート電極形成後に不純物ド
ープする方法が優れている。また不純物ドープしながら
薄い膜厚のゲート電極を形成する方法には、PH3などの
ガスを混入して行うCVD法や減圧CVD法等あるが、膜厚制
御の点ではMLD(Molecular Layer Doping)法が特に優
れている。第10図(c)は絶縁膜7を形成し、その上に
コントロールゲート電極6を形成後、コントロールゲー
ト電極6及びフローティングゲート電極5をマスクとし
てゲート酸化膜3を介してイオン注入によってn+ソース
領域1及びn+ドレイン領域2を形成したところを示して
いる。
スタの他の製造工程例を説明する。第11図(a)は、P
型シリコン基板8のP型チャネル領域上にゲート酸化膜
3を形成したところを示している。第11図(b)はゲー
ト酸化膜上にPOCl3等のガスを用い不純物ドープされた
多結晶シリコン膜9を形成したところを示している。第
11図(c)はエッチングにより多結晶シリコン膜9をゲ
ート絶縁膜の2倍以下かつ単分子層以上の膜厚としたと
ころを示している。第11図(d)は絶縁膜7を形成し、
その上にコントロールゲート電極6を形成後、コントロ
ールゲート電極6及びフローティングゲート電極5をマ
スクとしてゲート酸化膜3を介してPやAsなどのn型不
純物のイオン注入によってn+ソース領域1及びn+ドレイ
ン領域2を形成したところを示している。
トラップの発生および絶縁膜への電子注入の際に起こる
界面準位の発生を抑え信頼性の高い半導体装置を作製す
ることができる。ここでは比較的ゲート絶縁膜の薄いも
のについて説明してきたが、ゲート絶縁膜厚の厚い場合
にも適用できる。また、実施例においてNチャネルの半
導体装置についてのみ説明したがPチャネルの半導体装
置であっても構わない。
図、第2図は従来のMOS型トランジスタの断面図、第3
図は従来のフローティングゲート型メモリトランジスタ
の断面図、第4図は本発明のフローティングゲート型メ
モリトランジスタの構造断面図、第5図はゲート絶縁膜
が100の場合のゲート電極膜厚とC−V曲線の電圧シフ
トとの関係図を示したもの、第6図はゲート絶縁膜200
Åの場合のゲート電極膜厚とC−V曲線の電圧シフトと
の関係図を示したもの、第7図(a)〜(c)は本発明
のSiのNチャネルMOS型トランジスタの製造工程順断面
図、第8図(a)〜(d)は本発明のSiのNチャネルの
MOS型トランジスタの他の製造工程順断面図、第9図
(a)〜(c)は本発明のSiのNチャネルMOS型トラン
ジスタの他の製造工程順断面図、第10図(a)〜(c)
は本発明のフローティングゲート型メモリトランジスタ
の製造工程順断面図、第11図(a)〜(d)は本発明の
フローティングゲート型メモリトランジスタの他の製造
工程順断面図を示している。 1……ソース領域 2……ドレイン領域 3……ゲート絶縁膜 4……ゲート電極 5……フローティングゲート電極 6……コントロールゲート電極 7……絶縁膜 8……P型シリコン基板 9……多結晶シリコン膜
Claims (4)
- 【請求項1】第1導電型チャネル領域と、該チャネル領
域を挟んで互いに離間する第2導電型ソース及びドレイ
ン領域と、前記チャネル領域上に設けられたゲート絶縁
膜と、多結晶シリコンであり該ゲート絶縁膜上に設けら
れたゲート電極よりなる半導体装置において、前記ゲー
ト電極の膜厚は、前記ゲート絶縁膜の膜厚の2倍以下で
かつ5〜10分子層であることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】第1導電型の半導体領域の表面にゲート絶
縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の上に前記ゲ
ート絶縁膜の膜厚の2倍以下でかつ5〜10分子層の膜厚
のゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の両側
の半導体表面に第2導電型のソース及びドレイン領域を
形成する工程よりなることを特徴とする半導体装置の製
造方法。 - 【請求項3】前記ゲート絶縁膜はClを含んでいる請求項
1記載の半導体装置。 - 【請求項4】前記ゲート絶縁膜はClを含んでいる請求項
2記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2133095A JP2719642B2 (ja) | 1990-05-23 | 1990-05-23 | 半導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2133095A JP2719642B2 (ja) | 1990-05-23 | 1990-05-23 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0428265A JPH0428265A (ja) | 1992-01-30 |
JP2719642B2 true JP2719642B2 (ja) | 1998-02-25 |
Family
ID=15096723
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2133095A Expired - Lifetime JP2719642B2 (ja) | 1990-05-23 | 1990-05-23 | 半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2719642B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10505083B2 (en) | 2007-07-11 | 2019-12-10 | Cree, Inc. | Coating method utilizing phosphor containment structure and devices fabricated using same |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5279883A (en) * | 1975-12-26 | 1977-07-05 | Nec Corp | Non-volatile semiconductor memory element |
JPS5310983A (en) * | 1977-03-28 | 1978-01-31 | Toshiba Corp | Insulated gate type field effect transistor |
JPH0242725A (ja) * | 1988-08-03 | 1990-02-13 | Hitachi Ltd | 半導体装置の製造方法 |
-
1990
- 1990-05-23 JP JP2133095A patent/JP2719642B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
香山晋編 超高速MOSデバイス 培風館 P.120−123 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0428265A (ja) | 1992-01-30 |
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