JPH01134936A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPH01134936A
JPH01134936A JP62291922A JP29192287A JPH01134936A JP H01134936 A JPH01134936 A JP H01134936A JP 62291922 A JP62291922 A JP 62291922A JP 29192287 A JP29192287 A JP 29192287A JP H01134936 A JPH01134936 A JP H01134936A
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oxide film
electrode
insulating layer
layers
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Tetsuo Fujii
哲夫 藤井
Mineichi Sakai
峰一 酒井
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Local Oxidation Of Silicon (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve the characteristics of writing and erasing operations by a method wherein electrode layers are formed in lamination through the intermediary of insulating layers comprising oxide films which are three layer structured by forming nitrooxide layers on both surfaces thereof. CONSTITUTION:A polysilicon made floating gate electrode 15 is formed on the surface of a silicon substrate 11 through the intermediary of an insulating layer 14. Next, another polysilicon made floating gate electrode 17 is formed on the electrode 15 through the intermediary of another insulating layer 16. Then, the other insulating layer 18 is formed encircling the electrodes 15 and 17. The insulating layers 14, 16, 18 are mainly formed of oxide films 141, 161, 181 comprising silicon oxide. Nitrooxide layers 142, 162, 182 are formed on respective both sides of the oxide films 141, 161, 181. Through these procedures, the characteristics of writing and erasing operations can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、絶縁層を介して電極層が積層形成されるよ
うにした場合、上記絶縁層においてトラップを少なくし
、またトラップが発生し難い状態とされるようにした半
導体装置およびその製造方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention provides a method for reducing traps in the insulating layer and making it difficult for traps to occur when electrode layers are laminated with an insulating layer interposed therebetween. The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same.

[従来の技術] 例えばEPROM、E2 ROM等17)不揮発性メモ
リにあっては、シリコン半導体基板の表面にシリコン酸
化膜による絶縁層を介してフローティングゲート電極が
形成され、さらにこのフローティングゲート電極上には
、シリコン酸化膜による絶縁層を介してコントロールゲ
ート電極が形成されるようになっている。
[Prior Art] For example, EPROM, E2 ROM, etc. 17) In a nonvolatile memory, a floating gate electrode is formed on the surface of a silicon semiconductor substrate with an insulating layer of silicon oxide film interposed therebetween, and a floating gate electrode is further formed on the floating gate electrode. In this case, a control gate electrode is formed through an insulating layer made of a silicon oxide film.

このような半導体装置にあっては、その製造プロセスの
途中で実施される、例えばドライエツチング等のダメー
ジによりトラップが誘起され易い状態となるものであり
、この絶縁層にトラップが誘起され易い状態となると、
EPROM、E2 ROM等にあってはデータの電荷保
持特性が劣化するようになり、メモリとしての信頼性を
向上させることが困難となる。
In such semiconductor devices, traps are easily induced due to damage such as dry etching performed during the manufacturing process, and traps are easily induced in this insulating layer. Then,
In EPROM, E2 ROM, etc., the data charge retention characteristics deteriorate, making it difficult to improve reliability as a memory.

[発明が解決しようとする問題点] この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、例え
ばEPROM、E2 PROMの半導体基板と7O−テ
ィングゲート電極等の電極層周辺の絶縁層において、ト
ラップが少なく且つトラップが誘起され難くするように
して、動作特性の信頼性が確実に得られるようにする半
導体装置、さらにこのような半導体装置の製造方法を提
供しようとするものである。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention has been made in view of the above-mentioned points. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device in which reliability in operating characteristics can be reliably obtained by reducing traps and making it difficult to induce traps, and also to provide a method for manufacturing such a semiconductor device.

L問題点を解決するための手段] すなわち、この発明に係る半導体装置にあっては、半導
体基板の表面に酸化膜による絶縁層を介して電極層が形
成されるようにする場合、上記絶縁層を酸化膜の両面そ
れぞれにナイトライド層が形成される3層構造によって
構成されるようにするものであり、このために酸化膜層
が形成された侵に、例えばNH3のような窒素系の反応
ガス中で急速加熱処理し、酸化膜の両面にナイトロオキ
サイド層が形成されるようにし、この両面にナイトロオ
キサイド層が形成された3層構造の絶縁層上に電極層が
形成されるようにするものである。
Means for Solving Problem L] That is, in the semiconductor device according to the present invention, when an electrode layer is formed on the surface of a semiconductor substrate via an insulating layer made of an oxide film, the above-mentioned insulating layer The oxide film has a three-layer structure in which nitride layers are formed on each side of the oxide film, and for this purpose, a nitrogen-based reaction such as NH3 is used to form the oxide film layer. A rapid heat treatment is performed in a gas to form nitroxide layers on both sides of the oxide film, and an electrode layer is formed on the three-layer insulating layer with nitroxide layers formed on both sides. It is something.

そして、さらに上記電極層の周囲に酸化膜層で囲み、こ
の酸化膜層を上記同様に窒素系の反応ガス雰囲気で急速
加熱処理させるようにする。
Then, the electrode layer is further surrounded by an oxide film layer, and this oxide film layer is subjected to rapid heating treatment in a nitrogen-based reactive gas atmosphere in the same manner as described above.

[作用] このようにして例えばEPROM、E2 PROMを構
成すれば、フローティングゲート電極さらにコントロー
ルゲート電極外周部が酸化膜の両面にナイトロオキサイ
ド層の形成された31層構造の絶縁層によって囲まれる
ようになり、トラップの少ない状態であり且つトラップ
の発生し難い状態とされるようになる。したがって、例
えばデータ電荷の保持特性が安定して設定されるように
なるものであり、EPROM、E2 PROM等の半導
体装置の動作特性の信頼性が効果的に向上されるように
なる。そして、上記のような3層構造の絶縁層は、酸化
膜層部分の窒素雰囲気における急速加熱処理によって簡
単に得られるものであり、このような半導体装置は安定
した特性が設定されるようにして容易に製造できるもの
である。
[Function] If an EPROM or an E2 PROM is configured in this way, the outer periphery of the floating gate electrode and the control gate electrode will be surrounded by an insulating layer with a 31-layer structure in which nitroxide layers are formed on both sides of the oxide film. This results in a state in which there are fewer traps and in which traps are less likely to occur. Therefore, for example, the data charge retention characteristics can be stably set, and the reliability of the operating characteristics of semiconductor devices such as EPROM and E2 PROM can be effectively improved. The three-layer insulating layer described above can be easily obtained by rapid heating treatment of the oxide film layer in a nitrogen atmosphere, and such semiconductor devices are designed to have stable characteristics. It can be easily manufactured.

[発明の実施例] 以下、図面を参照しなからこの発明の詳細な説明する。[Embodiments of the invention] The present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

第1図はこの発明の一実旗例に係るEPROMにおける
1つの記憶素子部分の断面構成を示しているもので、シ
リコン基板11のPウェル領域部分には、ドレイン領域
12およびソース領域13が形成されている。そして、
このシリコン基板11の表面上に、トンネル酸化膜とな
る絶縁!114を介して、ポリシリコンよりなるフロー
ティングゲート電極15が形成されている。そして、こ
のフローティングゲート電極15上には、さらに絶縁層
16を介して同じくポリシリコンよりなるコント0−ル
ゲート電極17が形成され、上記フローティングゲート
電極15およびコントロールゲート電極11部分を取り
囲むようにして絶縁[118が形成されるようにしてい
る。
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of one memory element portion in an EPROM according to an embodiment of the present invention, in which a drain region 12 and a source region 13 are formed in a P-well region portion of a silicon substrate 11. has been done. and,
On the surface of this silicon substrate 11 is an insulating film that becomes a tunnel oxide film! A floating gate electrode 15 made of polysilicon is formed via 114 . A control gate electrode 17 made of polysilicon is further formed on this floating gate electrode 15 with an insulating layer 16 in between, and is insulated so as to surround the floating gate electrode 15 and the control gate electrode 11. [118 is formed.

ここで、上記絶縁1114.1Bおよび17は、それぞ
れ酸素雰囲気中で加熱処理して得られた酸化シリコン(
Si 02 )からなる酸化膜141.161および1
81を主体にして構成されるものであり、それぞれこの
シリコン酸化膜141.161および181それぞれの
両面に、ナイトロオキサイドm<窒化酸化$9 ) 1
42.162および182が形成されるようにするもの
で、これら絶縁層14.16.18がそれぞれ3層構造
で構成されるようにしているものである。
Here, the insulators 1114.1B and 17 are silicon oxide (silicon oxide) obtained by heat treatment in an oxygen atmosphere, respectively.
Oxide films 141, 161 and 1 made of (Si 02 )
The silicon oxide films 141, 161 and 181 are each coated with nitroxide m<nitride oxide $9) on both sides of the silicon oxide films 141, 161 and 181, respectively.
42, 162 and 182 are formed, and each of these insulating layers 14, 16, and 18 has a three-layer structure.

シリコン基板11の上には、上記電極部を被覆するよう
にしてBPSG層20層形0されるものでありこのBP
SG層20層形0して上記ドレイン12およびソース1
3部からそれぞれアルミニウムによる金属配線21およ
び22が取り出されている。23は保護用のパッシベー
ションである。
On the silicon substrate 11, 20 BPSG layers are formed so as to cover the electrode parts.
SG layer 20 layer type 0 and the drain 12 and source 1
Metal wirings 21 and 22 made of aluminum are taken out from three parts, respectively. 23 is a protective passivation.

第2図は上記のような半導体装置の、特にEPROMの
1つのメモリセル部分の製造過程を順次示しているもの
で、まず第2図Aで示すようにシリコン基板11のPウ
ェル形成領域において、いわゆるLOCO8法によって
フィールド酸化膜膜領域を形成するものであり、このよ
うなシリコン基板11上に200〜500人の厚さのS
iO2による酸化lll31を形成する。この酸化膜3
1の上には、さらに1000〜2000人の窒化シリコ
ン<813 N4 )層32を形成し、フォトリソグラ
フィ、エツチング手法によってそのパターン形状が設定
されるようにした。そして、この窒化シリコンl!!3
2をマスクとしてボロンイオンをシリコン基板11に注
入し、P+チャンネルのストッパ領域33を形成させる
もので、さらにi ooo℃のスチーム中において、第
2図Bで示すように0.5〜1.5μmのフィールド酸
化11934が形成されるようにした。
FIG. 2 sequentially shows the manufacturing process of a semiconductor device such as the one described above, particularly one memory cell portion of an EPROM. First, as shown in FIG. 2A, in the P well formation region of the silicon substrate 11, A field oxide film region is formed by the so-called LOCO8 method, and an S layer with a thickness of 200 to 500 layers is formed on such a silicon substrate 11.
Oxidation lll31 is formed by iO2. This oxide film 3
A layer 32 of 1,000 to 2,000 layers of silicon nitride (<813 N4) was further formed on top of the silicon nitride layer 32, and its pattern shape was set by photolithography and etching techniques. And this silicon nitride l! ! 3
Boron ions are implanted into the silicon substrate 11 using No. 2 as a mask to form a stopper region 33 of a P+ channel. field oxide 11934 was formed.

上記酸化膜31および窒化シリコン層32はこの状態で
除去されるものであり、この除去された状態で第2図C
に示すように200〜500人のシリコン酸化膜による
ゲート酸化I!135を形成する。
The oxide film 31 and silicon nitride layer 32 are removed in this state, and in this removed state they are shown in FIG.
Gate oxidation with silicon oxide film of 200 to 500 people as shown in I! 135 is formed.

このようにゲート酸化ll135が形成されたならば、
この半導体基板11を窒素系ガス雰囲気中に設定し、急
速加熱することによって第2図りで示すようにゲート酸
化1135の両面それぞれにナイトロオキサイド層35
1.352が形成されるようにする。
Once the gate oxide 1135 is formed in this way,
This semiconductor substrate 11 is set in a nitrogen-based gas atmosphere and rapidly heated to form a nitroxide layer 3 on each side of the gate oxide 1135 as shown in the second diagram.
1.352 is formed.

ここで、両面にナイトロオキサイド層351.352の
形成されたゲート酸化膜35の形成方法について詳細に
説明する。第3図はゲート酸化m35をシリコン基板1
1の面上に形成する方法の流れを示しているもので、ま
ずシリコン基板11が処理用チャンバ内に設定するもの
で、この状態で上記チャンバ内を減圧排気する第1の工
程51を実行する。
Here, a method for forming the gate oxide film 35 with nitroxide layers 351 and 352 formed on both sides will be described in detail. Figure 3 shows gate oxidation m35 on silicon substrate 1.
1, the silicon substrate 11 is first set in a processing chamber, and in this state, the first step 51 of evacuation of the chamber is performed. .

そして、処理用チャンバが真空状態に排気されたならば
、このチャンバに82 、HCffi等の反応ガスを導
入する第2の工程53を実行し、ざらに第3の工程53
によって昇温して、シリコン基板11の表面に空気中や
薬品処理によって形成された質の悪い自然酸化膜を除去
する。例えばこの工程53にあっては、1150℃で6
0秒間の熱処理が行われ、第4の工程54でその温度が
下げられる。
Once the processing chamber has been evacuated to a vacuum state, a second step 53 of introducing a reactive gas such as 82 and HCffi into the chamber is carried out, followed by a third step 53.
The temperature is raised to remove a poor quality natural oxide film formed on the surface of the silicon substrate 11 in the air or by chemical treatment. For example, in this step 53, 6
A heat treatment is performed for 0 seconds, and the temperature is lowered in a fourth step 54.

このようにしてチャンバ内の温度が降下されたならば、
第5の工程55でチャンバ内が排気減圧され、第6の工
程56でチャンバ内に02  (酸素)または02とH
CR(塩酸ガス)が導入される。このようにしてチャン
バ内のシリコン基板11が酸素雰囲気内に設定されたな
らば、第7の工程57でこのチャンバ内のシリコン基板
11を昇温し、このシリコン基板11の表面にゲート酸
化膜35とされるシリコン酸化膜が形成されるようにす
る。ここで、この工程57における昇温処理は、例えば
ハロゲンランプ、アークランプ等の熱源を用い、急速に
昇温されるようにしているものであり、シリコン基板1
1の表面を急速酸化させることによって、シリコン酸化
膜が形成されるようにしているものである。
Once the temperature inside the chamber is lowered in this way,
In the fifth step 55, the inside of the chamber is evacuated and depressurized, and in the sixth step 56, 02 (oxygen) or 02 and H
CR (hydrochloric acid gas) is introduced. Once the silicon substrate 11 in the chamber is set in the oxygen atmosphere in this way, the temperature of the silicon substrate 11 in the chamber is raised in a seventh step 57, and a gate oxide film 35 is formed on the surface of the silicon substrate 11. A silicon oxide film is formed as shown in FIG. Here, the temperature raising process in step 57 uses a heat source such as a halogen lamp or an arc lamp to rapidly raise the temperature.
By rapidly oxidizing the surface of 1, a silicon oxide film is formed.

このようにしてシリコン基板11の表面にシリコン酸化
膜によるゲート酸化膜が形成されたならば、上記チャン
バ内を第8の工程58で隆部し、さらに第9の工程59
でチャンバ内を減圧排気する。
After the gate oxide film of silicon oxide is formed on the surface of the silicon substrate 11 in this way, the inside of the chamber is raised in an eighth step 58, and then in a ninth step 59.
Evacuate the chamber by depressurizing it.

次の第10工程60では、上記減圧排気されたチャンバ
内に窒素系の反応ガスであるNH3を導入するものであ
り、第11の工程61で上記反応ガスの導入された状態
で、シリコン基板11を上記ハロゲンランプあるいはア
ークランプによる急速加熱手段によって急速昇温させ、
急速窒化(RTN)させるようにする。この窒化工程は
、例えば1150℃で30秒間行われる。
In the next tenth step 60, NH3, which is a nitrogen-based reactive gas, is introduced into the vacuum-evacuated chamber, and in the eleventh step 61, with the reactive gas introduced, the silicon substrate 11 is to be rapidly heated by rapid heating means using the above halogen lamp or arc lamp,
Rapid nitridation (RTN) is performed. This nitriding step is performed at, for example, 1150° C. for 30 seconds.

このようにして窒化工程が行われたならば、第12の工
程62で降温処理し、さらに第13の工程63でチャン
バ内に窒素を導入し、シリコン基板11を取出すもので
ある。
After the nitriding process is performed in this manner, a temperature-lowering process is performed in a twelfth process 62, and nitrogen is introduced into the chamber in a thirteenth process 63, and the silicon substrate 11 is taken out.

第4図は上記のような処理を行う装置の概略的な構成を
示しているもので、石英チャンバ65内にシリコン基板
11が挿入され支持設定されるようにしている。このチ
ャンバ65内にはガス導入口66および67が形成され
、導入066からN2が導入され、導入口67からNH
3,02、N2 、Cβ等の反応ガスが選択的に導入さ
れるようになっている。そして、このチャンバ65には
さらに排出口68が形成されていて、この排出口68か
ら図示されない真空ポンプによって、チャンバ65内が
選択的に減圧排気処理されるようにしている。
FIG. 4 shows a schematic configuration of an apparatus for carrying out the above-described processing, in which a silicon substrate 11 is inserted and supported in a quartz chamber 65. Gas introduction ports 66 and 67 are formed in this chamber 65, N2 is introduced from the introduction port 67, and NH2 is introduced from the introduction port 67.
Reactive gases such as 3,02, N2, and Cβ are selectively introduced. A discharge port 68 is further formed in the chamber 65, and the inside of the chamber 65 is selectively depressurized and evacuated through the discharge port 68 by a vacuum pump (not shown).

上記石英チャンバ65の外周部には、ハロゲンランプ6
9による加熱機構が設けられている。そして、このハロ
ゲンランプ69によって、チャンバ65内のシリコン基
板11が急速に加熱処理されるよにしている。尚、詳細
は図示していないが、石英チャンバ65内で温度センサ
によって上記加熱温度が観測されているもので、この加
熱温度が目標温度状態に設定されるようにハロゲンラン
プ69が制御されるようにしている。
A halogen lamp 6 is provided on the outer periphery of the quartz chamber 65.
A heating mechanism according to 9 is provided. The halogen lamp 69 rapidly heats the silicon substrate 11 in the chamber 65. Although details are not shown, the above heating temperature is observed by a temperature sensor within the quartz chamber 65, and the halogen lamp 69 is controlled so that this heating temperature is set to the target temperature state. I have to.

すなわち、上記第10工程60のように窒素系の反応ガ
スNH3をチャンバ65内に導入し、次の工程61で急
速窒化処理することによって、第2図りで示されるよう
に両面にナイトOオキサイド層351.352の形成さ
れたゲート酸化膜35が得られるようになるものであり
、このナイトロオキサイド層351と352との間に酸
化シリコン層が存在するような構造とされる。ここで、
第11の工程61における急速窒化(RTN)工程は1
.1100〜1250℃で30秒乃至300秒で適宜行
われるものであるが、オージェ分析によってナイトOオ
キサイド層の状態を確認したところ第5図で示すような
状態であった。尚、ここでは105人のシリコン酸化膜
を1150℃でNHs中で急速加熱し急速窒化処理(R
TN)t、た場合の例であり、この加熱時間の調整によ
って両面にナイトロオキサイド層を有する3層構造の酸
化膜層が形成されることが確認された。そして、シリコ
ン酸化膜の膜厚をさらに厚くした場合であっても、同様
な3層構造とするこができることが確認できたものであ
るが、このような場合は熱処理温度をさらに高くし、急
速加熱による窒化処理時間を長くする必要がある。この
図で界面はゲート酸化膜35とシリコン基板11との界
面側である。
That is, by introducing a nitrogen-based reaction gas NH3 into the chamber 65 as in the tenth step 60 and performing rapid nitriding in the next step 61, a night O oxide layer is formed on both sides as shown in the second diagram. 351.352 is formed, and the structure is such that a silicon oxide layer exists between the nitroxide layers 351 and 352. here,
The rapid nitriding (RTN) step in the eleventh step 61 is 1
.. The condition of the night O oxide layer was confirmed by Auger analysis, which was carried out at 1100 to 1250 DEG C. for 30 seconds to 300 seconds, and the condition was as shown in FIG. 5. Here, the silicon oxide film of 105 people was rapidly heated in NHs at 1150°C and subjected to rapid nitriding treatment (R
It was confirmed that by adjusting the heating time, a three-layer oxide film layer having nitroxide layers on both sides was formed. It was confirmed that even if the thickness of the silicon oxide film was made even thicker, a similar three-layer structure could be obtained; It is necessary to lengthen the nitriding treatment time by heating. In this figure, the interface is the interface between the gate oxide film 35 and the silicon substrate 11.

このようにして両面にナイトロオキサイド層351およ
び352の存在するゲート酸化l1135が形成された
ならば、第2図Eで示すようにN1型の第1のポリシリ
コン層36を3000〜5000人の厚さで形成するも
のであり、さらにこのポリシリコン層36上に第2図F
で示すように熱酸化による酸化シリコンによる酸化膜層
37を形成する。そして、この酸化m層37を上記ゲー
ト酸化膜35の場合と同様に急速窒化処理し、第2図G
で示すようにその両面にナイトロオキサイド層371お
よび372が形成されるようにする。
Once the gate oxide layer 1135 with the nitroxide layers 351 and 352 on both sides is formed in this way, the first polysilicon layer 36 of N1 type is formed to a thickness of 3000 to 5000 nm, as shown in FIG. 2E. 2F on this polysilicon layer 36.
As shown in , an oxide film layer 37 of silicon oxide is formed by thermal oxidation. Then, this oxidized m-layer 37 is subjected to rapid nitriding treatment in the same manner as in the case of the gate oxide film 35, and as shown in FIG.
Nitro oxide layers 371 and 372 are formed on both surfaces as shown in FIG.

このようにして両面にナイトロオキサイド層371およ
び372を備えた酸化11137が形成されたならば、
その上に第2図Hで示すように3000〜5000人の
厚さで第2のポリシリコンIt!38を形成する。そし
て、この状態でレジストをマスクとして第2のポリシリ
コン11138、酸化膜@37、第1のポリシリコンl
113Bの一部をエツチング除去し、例えばEPROM
におけるフローティングゲートおよびコントロールゲー
トが第1および第2のポリシリコン!!36および38
によって切り出し形成されるようにする。そして、これ
らゲート群の外周部に、第2図■で示されるように熱酸
化ll139を形成し、第2図Jで示されるようにこの
熱酸化膜39の両面に前記同様の急速窒化処理によって
ナイトロオキサイド層391および392が形成される
ようにする。そして、これにソース、ドレイン、BPS
Gによる層間絶縁層、アルミニウム配線層等を形成する
ことによって、第1図で示したような半導体装置が構成
されるようになるものである。
Once oxide 11137 with nitroxide layers 371 and 372 on both sides is formed in this way,
On top of that is a second polysilicon It! with a thickness of 3,000 to 5,000 as shown in FIG. 2H. form 38. Then, in this state, using the resist as a mask, the second polysilicon 11138, the oxide film @37, and the first polysilicon l
113B is removed by etching, e.g.
The floating gate and control gate in the first and second polysilicon! ! 36 and 38
so that it is cut out and formed by. Then, a thermal oxide layer 139 is formed on the outer periphery of these gate groups as shown in FIG. 2 (■), and as shown in FIG. Nitrooxide layers 391 and 392 are formed. And this includes the source, drain, and BPS.
By forming an interlayer insulating layer made of G, an aluminum wiring layer, etc., a semiconductor device as shown in FIG. 1 is constructed.

第6図はシリコン酸化111層を両面にナイトロオキサ
イド層を有する3層構造とした場合にトラップが少なく
なる様子を示しているもので、この評価はMOSダイオ
ード構造でF−N電流によりシリコン酸化膜中に電子を
注入し、ゲート電圧の変化を測定したものであり、ゲー
ト電圧vgの変化の少ない状態であることは、シリコン
酸化膜中にトラップされた電子または正孔が少ないこと
を意味するようになる。すなわち、急速窒化処理時間が
0秒のものに対して、急速窒化時間10秒、30秒のも
のにおいては、トラップが充分に少ない状態となってい
る。
Figure 6 shows how the number of traps decreases when the silicon oxide 111 layer is made into a three-layer structure with nitroxide layers on both sides. Electrons were injected into the silicon oxide film and changes in gate voltage were measured. A state in which there is little change in gate voltage vg means that there are few electrons or holes trapped in the silicon oxide film. become. That is, compared to the case where the rapid nitriding time was 0 seconds, the traps were sufficiently reduced when the rapid nitriding time was 10 seconds and 30 seconds.

このトラップの少なくなる原因として考えられることは
、窒化の急速な進行と共にSt −0のトラップの原因
といわれているストレインボンドが緩和されることにあ
ると思われる。すなわち、シリコン酸化膜のみの場合に
あっては、St −8(02の界面近傍に歪んだストレ
イボンドが存在するものであるが、急速窒化を行うこと
によりある世のナイトロオキサイド膜が界面近傍に形成
されることによって、界面の歪が減少しトラップの減少
がおこると考えられる。
A possible reason for the decrease in the number of traps is that the strain bond, which is said to be the cause of the St -0 trap, is relaxed as nitridation progresses rapidly. In other words, in the case of only a silicon oxide film, there is a distorted stray bond near the interface of St-8 (02), but by performing rapid nitriding, a certain type of nitroxide film is formed near the interface. It is thought that this formation reduces the strain at the interface and reduces the number of traps.

したがって、このような3層構造によって例えばEPR
OM、Et PROMのゲート酸化膜層その他の絶縁層
を形成するようにすれば、電荷保持状態の劣化はみられ
なくなるものであり、データの書き込みおよび消去の繰
返しを行っても、スレッショルド電圧が低下しない状態
とされるものである。
Therefore, with such a three-layer structure, for example, EPR
If the gate oxide film layer or other insulating layer of OM, Et PROM is formed, there will be no deterioration of the charge retention state, and even if data is written and erased repeatedly, the threshold voltage will decrease. This is a state in which it is not possible.

第7図はショートチャンネルの例えばNチャンネルMO
Sトランジスタを構成する実施例を示しているものであ
り、シリコン基板71上に形成されたシリコン酸化膜に
よる絶縁層72を、両面にナイトロオキサイド層721
および722が形成された3閣構造で構成するようにし
ている。そして、この絶縁層72上にポリシリコンによ
る電極73を形成し、さらにこの電極73の外周が酸化
膜による絶縁層74によって囲まれるようにし、この絶
縁層74も両面にナイトロオキサイド層741.742
を有する3層構造で構成されるようにしている。
Figure 7 shows a short channel, for example, an N-channel MO.
This shows an example of configuring an S transistor, in which an insulating layer 72 made of a silicon oxide film formed on a silicon substrate 71 is coated with a nitroxide layer 721 on both sides.
It is structured in a three-cabin structure with 722 and 722 cabinets. Then, an electrode 73 made of polysilicon is formed on this insulating layer 72, and the outer periphery of this electrode 73 is further surrounded by an insulating layer 74 made of an oxide film, and this insulating layer 74 also has nitroxide layers 741, 742 on both sides.
It has a three-layer structure with .

すなわち、MOSトランジスタをこのように構成すると
、ホットエレクトロンによるGMの劣化、およびVTの
変化は共に非常に少ない状態とされ、良好な動作特性が
得られるようになった。
That is, when the MOS transistor is configured in this manner, both the deterioration of GM due to hot electrons and the change in VT are extremely small, and good operating characteristics can be obtained.

[発明の効果] 以上のようにこの発明に係る半導体装置にあっては、ト
ラップが少ない絶縁膜が形成され、且つトラップが発生
し難い絶縁膜が形成されるようになっているものであり
、例えばEPROM、E2PROM等においてスレッシ
ョルド電圧の低下を抑制して、書き込みおよび消去動作
特性が効果的に向上されるようになるものであり、また
MOSトランジスタを構成するような場合にあってはス
レッショルドレベルが安定化されるようになるものであ
る。そして、このような絶縁膜は例えばハロゲンランプ
、アークランプ等を利用した急速加熱による窒化処理に
って簡単に且つ効果的に形成されるようになるものであ
る。
[Effects of the Invention] As described above, in the semiconductor device according to the present invention, an insulating film with fewer traps is formed, and an insulating film in which traps are less likely to occur. For example, in EPROM, E2PROM, etc., it suppresses the drop in the threshold voltage and effectively improves the write and erase operation characteristics, and in the case of configuring MOS transistors, the threshold level is It is something that becomes stabilized. Such an insulating film can be easily and effectively formed by nitriding treatment by rapid heating using, for example, a halogen lamp, an arc lamp, or the like.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の一実施例に係る半導体装置の例であ
るEPROMの1つの記憶素子部分の断面構造を示す図
、第2図A−Jはそれぞれ上記半導体装置の製造工程を
順次説明するための図、第3図は上記製造過程における
絶縁膜の形成過程の流れを示す図、第4図は上記絶縁膜
の形成過程で使用される処理装置の例を説明する構成図
、第5図は上記絶縁膜部分のオージェ分析の結果を示す
曲線図、第6図は急速窒化時間との関連でゲート電圧■
gと電子注入量との関係を示す図、第7図はこの発明の
他の実施例に係るNチャンネルMOSトランジスタの断
面構成を示す図である。 11・・・シリコン基板、14.16.18、・・・絶
縁層、141.161.181・・・シリコン酸化膜、
142.143.162.163.182.183・・
・ナイトOオキサイド層、15・・・フローティングゲ
ート、17・・・コントロールゲート、35.37.3
9・・・ゲート酸化膜、351.352.371.37
2.391.392・・・ナイトロオキサイド層、36
.38・・・第1および第2のポリシリコン層。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第1図 第2図A 第2図B 第2図C 第2図り 第2図E 第2図F 第2図G 第2図H ′39 第2図1 第2図J 第3図 ζ; 第4図 第5図
FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure of one memory element portion of an EPROM, which is an example of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2A to 2J sequentially explain the manufacturing process of the semiconductor device. FIG. 3 is a diagram showing the flow of the insulating film formation process in the above manufacturing process, FIG. 4 is a configuration diagram illustrating an example of a processing apparatus used in the above insulating film forming process, and FIG. 5 is a curve diagram showing the results of Auger analysis of the above-mentioned insulating film part, and Figure 6 shows the gate voltage ■ in relation to the rapid nitriding time.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between g and the amount of electron injection, and FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional structure of an N-channel MOS transistor according to another embodiment of the present invention. 11... Silicon substrate, 14.16.18,... Insulating layer, 141.161.181... Silicon oxide film,
142.143.162.163.182.183...
・Night O oxide layer, 15... Floating gate, 17... Control gate, 35.37.3
9... Gate oxide film, 351.352.371.37
2.391.392... Nitro oxide layer, 36
.. 38...first and second polysilicon layers. Applicant's representative Patent attorney Takehiko Suzue Figure 1 Figure 2 A Figure 2 B Figure 2 C Second diagram Figure 2 E Figure 2 F Figure 2 G Figure 2 H '39 Figure 2 1 Fig. 2 J Fig. 3 ζ; Fig. 4 Fig. 5

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体基板上に、酸化膜による絶縁層を介して電
極層が積層形成されるようにした半導体装置において、
上記絶縁層は、両面にナイトロオキサイド層が形成され
るようにした3層構造で構成されるようにしたことを特
徴とする半導体装置。
(1) In a semiconductor device in which an electrode layer is laminated on a semiconductor substrate with an insulating layer formed of an oxide film interposed therebetween,
A semiconductor device characterized in that the insulating layer has a three-layer structure in which nitroxide layers are formed on both sides.
(2)上記電極層は、不揮発性メモリを構成するフロー
ティングゲート電極およびコントロールゲート電極でな
り、上記半導体基板とフローティングゲート電極との間
、およびフローティング電極とコントロールゲート電極
とのそれぞれの間に、上記3層構造の絶縁層が介在され
るようにした特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。
(2) The electrode layer is composed of a floating gate electrode and a control gate electrode that constitute a nonvolatile memory, and the electrode layer is formed between the semiconductor substrate and the floating gate electrode, and between the floating electrode and the control gate electrode, respectively. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein an insulating layer having a three-layer structure is interposed.
(3)上記電極層は、ショートチャンネルのMOSトラ
ンジスタを構成するものであり、この電極層の周囲が上
記3層構造の絶縁層で囲まれるようにした特許請求の範
囲第1項記載の半導体装置。
(3) The semiconductor device according to claim 1, wherein the electrode layer constitutes a short channel MOS transistor, and the electrode layer is surrounded by the insulating layer having the three-layer structure. .
(4)半導体基板の面上に酸化膜層を形成する工程と、
上記酸化層の形成された半導体基板を窒素系の反応ガス
雰囲気内に設定し、上記半導体基板を急速加熱して上記
酸化膜層の両面それぞれにナイトロオキサイド層を形成
させ3層構造の絶縁層とする工程と、上記3層構造の絶
縁層上に電極層を形成する工程とを具備し、上記電極層
はエッチングにより所定パターン形状とされ、さらに酸
化膜層で被覆されるようにすると共に、この酸化膜層が
急速加熱によつて両面にナイトロオキサイド層が形成さ
れた3層構造とされるようにしたことを特徴とする半導
体装置の製造方法。
(4) forming an oxide film layer on the surface of the semiconductor substrate;
The semiconductor substrate on which the oxide layer has been formed is set in a nitrogen-based reactive gas atmosphere, and the semiconductor substrate is rapidly heated to form a nitroxide layer on each side of the oxide film layer to form a three-layer insulating layer. and forming an electrode layer on the insulating layer of the three-layer structure, the electrode layer being etched into a predetermined pattern shape and further covered with an oxide film layer. 1. A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that the oxide film layer has a three-layer structure with nitroxide layers formed on both sides by rapid heating.
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