JPH03188677A - 半導体記憶装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体記憶装置及びその製造方法

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JPH03188677A
JPH03188677A JP1327926A JP32792689A JPH03188677A JP H03188677 A JPH03188677 A JP H03188677A JP 1327926 A JP1327926 A JP 1327926A JP 32792689 A JP32792689 A JP 32792689A JP H03188677 A JPH03188677 A JP H03188677A
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JP
Japan
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film
silicon oxide
oxide film
nitride film
silicon nitride
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JP1327926A
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Kazuo Sato
和夫 佐藤
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electronics Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、MNOS (ゲート電極−窒化シリコン膜−
酸化シリコン膜−半導体基板)型の電界効果トランジス
タからなる半導体記憶装置において、その高集積化をは
かることのできる新規な構造およびその製造方法に関す
るものである。
従来の技術 従来、電気的書き込み消去が可能なEEPROM(El
ectrically  Erasableand  
Programable  ROM)の1つとして、ト
ンネリング注入により書き込み消去を行なうMNO3構
造の半導体記憶装置がよ(知られている。このMNOS
型の半導体記憶装置は、ゲート−基板間に20V程度の
高電圧を印加し、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の界
面、またはその近傍の窒化シリコン膜中のトラップ準位
に半導体側から電荷の注入、蓄積を行ない、トランジス
タのしきい値電圧を変化させて情報を記憶させるもので
ある。
第4図に従来のMNO3型半導体記憶装置の断面構造の
一例を示す。1はP型シリコン基板、7および8はN型
拡散層であり、ソース、ドレイン領域とよばれている。
2はトンネリング媒体となりうる薄い酸化シリコン膜、
3は窒化シリコン膜、6はポリシリコン電極である。第
4図のような構造のMNO8型半導体記憶装置では、ソ
ース領域およびドレイン領域にはさまれたチャネル領域
に対向する部分全体に薄い酸化シリコン膜2が拡がって
おり、通常その厚さは電荷のトンネリングを起こりやす
くするため、20A程度と非常に薄(している。また、
薄い酸化シリコン膜2上の窒化シリコン膜3の膜厚は、
2O−25V程度の電圧で書き込み、消去を行なうこと
ができるように、300−500Aと比較的薄くなって
いる。
従って、第4図のようなMNO8型半導体記憶装置にお
いては、ゲートをOVとし、ドレインに2025Vの高
電圧を印加した際に、ゲート電極−ドレイン間の電界が
、ドレイン−基板間の電界に大きく影響を与え、ドレイ
ン近傍のチャネル領域で電界集中が起こり、ドレイン−
基板間にブレイクダウンが生じたり、その領域上の薄い
酸化シリコン膜部分が破壊しやすいといった欠点を有し
ていた。
そこで、上述のごとき欠点を除去するために、従来、第
5図に示すように、ソース及びドレイン領域をn−n+
型のオフセット構造とし、n−拡散層9,10の上部に
厚い酸化シリコン膜4及び窒化シリコン嘆3の積層膜を
備え、ドレイン近傍のチャネル領域で電界集中すること
を避け、耐圧向上がはかれるようにした構造がよく知ら
れている(例えば、Y、Yatsudaら、IEEET
RANSACTION  ON  ELECTROND
EVICE、VOL、ED−32,Nn2.p。
224 (1985)参照)。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、第5図に示すごとき構造のMNO3型半
導体記憶装置において、通常厚い酸化シリコン膜5の部
分とn−拡散層9,10とをそれぞれ別々に形成せねば
ならず、このため製造工程が2工程増加し、さらにマス
ク合わせズレなどのために、高い寸法精度をうろことが
できず、高集積化しにくい欠点を有していた。
本発明の目的は、こうした問題に鑑み、MNO8型半導
体記憶装置において、その耐圧の向上をはかると同時に
その高集積化をはかることのできる、新規な構造及びそ
の製造方法を提供することにある。
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は、第1に、MNOS
 (ゲート電極−窒化シリコン膜−酸化シリコン膜−半
導体基板)構造の半導体記憶装置において、ゲート電極
下の半導体基板領域のチャネル方向の中央部に対向した
部分のみにトンネリング媒体となりうる薄い酸化シリコ
ン膜と窒化シリコン膜とからなる少なくとも2層の積層
膜を備え、前記ゲート電極下の半導体基板領域のチャネ
ル方向の両端部の対向する部分に厚い酸化シリコン膜を
備え、前記厚い酸化シリコン膜下の半導体基板中に、基
板と反対導電型の拡散領域を備え、前記積層膜及び厚い
酸化シリコン膜上にゲート電極膜を被覆した構造を有す
るものであり、第2に、上記積層膜がトンネリング媒体
となりうる薄い第1の酸化シリコン膜と窒化シリコン膜
と第2の酸化シリコン膜とからなる3層の積層膜を有す
るものであり、さらに第3に、一導電型半導体基板上の
トンネリング領域となる部分のみに、トンネリング媒体
となりうる薄い酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層
膜を形成し、前記積層膜をマスクとして、基板と反対導
電型の不純物イオンを、トンネリング領域以外の半導体
基板中に自己整合的に注入した後、酸化処理を施し、前
記トンネリング領域以外のイオン注入領域上に厚い酸化
シリコン膜、前記窒化シリコン膜上に薄い酸化シリコン
膜を形成する工程と、前記半導体基板上の厚い酸化シリ
コン膜、及び前記窒化シリコン膜上の薄い酸化シリコン
膜を覆って電極層を形成する工程を含むものである。
作用 本発明のごとき半導体記憶装置の構造及び、製造方法で
は、窒化シリコン膜をメモリのゲート絶縁膜として用し
くると同時に、ゲート絶縁膜の窒化シリコン膜の耐酸化
性を利用して、ゲート電極下の両サイドの厚いシリコン
酸化膜とn−拡散層とを自己整合的に形成することがで
きるため、非常に高い寸法精度を確保することが可能と
なり、MNO8型半導体記憶装置の高耐圧化と同時に、
高集積化をはかることが可能となる。
実施例 本発明の具体的な実施例を図面を用いて説明する。
第1図は、本発明の一実施例の半導体記憶装置の断面図
である。第2図は本発明の半導体記憶装置の別の実施例
を示す断面図である。
第1図及び第2図に示すように本発明の構造では、P型
シリコン基板1(不純物濃度約1×1015cm−3)
の中にN型拡散層(不純物濃度約1×1020CII+
−3)よりなるソース領域7.ドレイン領域8が形成さ
れ、ソース領域7.ドレイン領域8にはさまれたチャネ
ル方向の中央部の半導体基板上のみにトンネリング媒体
となりうる非常に薄い酸化シリコン膜2と窒化シリコン
膜3との積層膜、または非常に薄い第1の酸化シリコン
膜2と窒化シリコン膜3と第2の酸化シリコン膜5とか
らなる3層の積層膜(本実施例では、薄い酸化シリコン
膜2の膜厚は20Aとし、窒化シリコン@3の膜厚は4
00人とし、窒化シリコン膜上の酸化シリコン膜5の膜
厚は30Aとした)が形成され、前記チャネル方向の両
端部の半導体基板に対向する部分に厚い酸化シリコン膜
4(本実施例では、400Aとした)が形成され、厚い
酸化シフコン膜4下にn−拡散層9.10(不純物濃度
約I X 10 ”cm−3)が形成され、窒化シリコ
ン膜3上、及び厚い酸化シリコン膜4上を覆うようにポ
リシリコン膜6よりなるゲート電極が形成された構造と
なっている。本発明のごとき構造においては、窒化シリ
コン膜をメモリのゲート絶縁膜として用いると同時に、
この窒化シリコン膜をゲート電極下の両サイドの厚いシ
リコン酸化膜とn拡散層とを自己整合的に形成すること
に利用できるため、非常に高い寸法精度を確保すること
が可能となり、MNO3型半導体記憶装置の高耐圧化と
同時に、高集積化をはかることが可能となる。
次に、本発明の構造を有する半導体記憶装置の具体的な
製造方法の一実施例を図面を用いて説明する。
まず、第3図Aに示すようにP型のシリコン基板1上に
トンネリング媒体となりうる非常に薄い酸化シリコン膜
2を公知の熱酸化法により形成する。本実施例では、8
00℃、希釈酸素雰囲気で酸化し、2OA程度となるよ
うにした。次いで、薄い酸化シリコン膜2上に窒化シリ
コン膜3を公知の気相成長法により形成する。本実施例
では、ジクロルシラン(S i H2C1! 2)とア
ンモニア(N H3)との化学反応に基づく減圧気相成
長法により、NH3/S i H2Ce 2= 10,
750℃の条件下で、約400A形成させた。
次いで、第3図Bに示すように、トンネリング領域とな
る所定の部分のみに窒化シリコン膜3および酸化シリコ
ン膜2が残るように、既知のフォトエツチング技術によ
りエツチングを行なう。次に薄い酸化シリコン膜2と窒
化シリコン膜3の積層膜をマスクとして、ヒ素イオン1
1を選択的に注入する。本実施例ではヒ素イオン注入領
域がn−拡散層となるようにするため、注入条件は20
K eV、  l X I Q”cIm−2程度とした
次いで、第3図Cに示すように、通常の熱酸化法により
、酸化処理を施す。この時、窒化シリコン膜3は耐酸化
性を有するため、トンネリング領域以外の部分のみに厚
い酸化シリコン膜4が形成されると同時に厚い酸化シリ
コン膜4下にn−拡散層9,10が形成される。本実施
例では、900℃、水蒸気雰囲気中で酸化処理を実施し
、厚い酸化シリコン膜4の膜厚は400Aとした。さら
に、この酸化処理の際、窒化シリコン膜3上もある程度
酸化され、30人程度の薄い酸化シリコン膜5が形成さ
れる。この工程により、厚いシリコン酸化膜4とn−拡
散層9,10を自己整合的に形成することができるため
、非常に高い寸法精度を確保することが可能となる。
次いで、第3図Cに示すように、リンをドープ(約3 
X 1020cm−3) したポリシリコン膜6を全面
に既知の気相成長法により約4000A形成する。
次に、第3図りに示すように、ゲートとなりうる部分の
みを残すように、ポリシリコン膜6.酸化シリコン膜4
を公知のフォトエツチング技術によりエツチングを行な
う。その後、イオン注入法により、リンを打ち込み(1
00KeV、2xlQ15c、−2)ソース領域7.ド
レイン領域8を形成する。次いで、既知の気相成長法に
より、酸化シリコン膜9を全面に被着した後、ソース、
ドレインの押し込みと、酸化シリコン膜9のち密化のた
めに、1000℃、窒素雰囲気中で熱処理を行なう。
最後に、ソース、ドレイン領域7,8に電極を設けるた
めに、酸化シリコン膜9をエツチングして、コンタクト
孔を開孔し、アルミニウム電極10を形成し、第3図り
に示すごとき半導体記憶装置を作製することができる。
上述の製造方法の実施例では、第2図に示したごとき構
造が実現できるが、第1図に示すごとき構造を実現する
別の実施例としては、次のような方法により実施する。
すなわち、第3図に示した工程のうち、第3図Cに示し
た酸化処理の後、窒化シリコン膜3上の薄い酸化シリコ
ン膜5をフッ酸系の水溶液を用いた通常のエツチング方
法によりエツチング除去し、その後ポリシリコン膜6を
形成することにより実現できる。
発明の詳細 な説明したところから明かなように、本発明のごとき構
造及び製造方法によれば、窒化シリコン膜をメモリのゲ
ート絶縁膜として用いると同時に、その耐酸化性を利用
して、ゲート電極下の両サイドの厚いシリコン酸化膜と
n−拡散層とを自己整合的に形成することができるため
、製造工程数の削減ができ、さらに非常に高い寸法精度
で高耐圧構造のMNO8型半導体記憶装置が実現できる
ため、MNO8型半導体記憶装置の高集積化に大きく寄
与するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明の構造の一実施例を説明する
ための断面図、第3図は本発明の製造方法の一実施例を
説明するための工程順断面図、第4図及び第5図は従来
の半導体記憶装置の構造を説明するための断面図である
。 1・・・・・・P型シリコン基板、2・・・・・・トン
ネリング媒体となりうる薄い酸化シリコン膜、3・・・
・・・窒化シリコン膜、4・・・・・・厚い酸化シリコ
ン嗅、5・・・・・・薄い酸化シリコン膜、6・・・・
・・ポリシリコン膜、7・・・・・・ソース領域、8・
・・・・・ドレイン領域、9,10・・・・・・n−拡
散層、11・・・・・・ヒ素イオン、12・・・・・・
酸化シリコン膜、13・・・・・・アルミニウム電極。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)MNOS(ゲート電極−窒化シリコン膜−酸化シ
    リコン膜−半導体基板)構造の半導体記憶装置において
    、ゲート電極下の半導体基板領域のチャネル方向の中央
    部に対向した部分のみにトンネリング媒体となりうる薄
    い酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とからなる少なくと
    も2層の積層膜と、前記ゲート電極下の半導体基板領域
    のチャネル方向の両端部の対向する部分に厚い酸化シリ
    コン膜と、前記厚い酸化シリコン膜下の半導体基板中に
    、基板と反対導電型の拡散領域と、前記積層膜及び厚い
    酸化シリコン膜上を被覆したゲート電極膜とを有するこ
    とを特徴とする半導体記憶装置。
  2. (2)積層膜がトンネリング媒体となりうる薄い第1の
    酸化シリコン膜と窒化シリコン膜と第2の酸化シリコン
    膜とからなる3層の積層膜であることを特徴とする請求
    項1記載の半導体記憶装置。
  3. (3)一導電型半導体基板上のトンネリング領域となる
    部分のみに、トンネリング媒体となりうる薄い酸化シリ
    コン膜と窒化シリコン膜の積層膜を形成し、前記積層膜
    をマスクとして、基板と反対導電型の不純物イオンを、
    トンネリング領域以外の半導体基板中に自己整合的に注
    入した後、酸化処理を施し、前記トンネリング領域以外
    のイオン注入領域上に厚い酸化シリコン膜、前記窒化シ
    リコン膜上に薄い酸化シリコン膜を形成する工程と、前
    記半導体基板上の厚い酸化シリコン膜、及び前記窒化シ
    リコン膜上の薄い酸化シリコン膜を覆って電極層を形成
    する工程を少なくとも含むことを特徴とする半導体記憶
    装置の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100391559B1 (ko) * 1999-03-08 2003-07-12 가부시끼가이샤 도시바 불휘발성 반도체기억장치 및 그 제조방법, 휘발성반도체기억장치 및 그 제조방법, 및 불휘발성반도체기억장치와 휘발성 반도체기억장치를 혼재한반도체기억장치 및 그 제조방법
US6632714B2 (en) 1999-03-08 2003-10-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for manufacturing semiconductor memory

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100391559B1 (ko) * 1999-03-08 2003-07-12 가부시끼가이샤 도시바 불휘발성 반도체기억장치 및 그 제조방법, 휘발성반도체기억장치 및 그 제조방법, 및 불휘발성반도체기억장치와 휘발성 반도체기억장치를 혼재한반도체기억장치 및 그 제조방법
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