JPH0587992B2 - - Google Patents

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JPH0587992B2
JPH0587992B2 JP59032828A JP3282884A JPH0587992B2 JP H0587992 B2 JPH0587992 B2 JP H0587992B2 JP 59032828 A JP59032828 A JP 59032828A JP 3282884 A JP3282884 A JP 3282884A JP H0587992 B2 JPH0587992 B2 JP H0587992B2
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JP
Japan
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silicon film
film
oxide film
crystal silicon
heat treatment
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JP59032828A
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English (en)
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JPS60176272A (ja
Inventor
Juichi Mikata
Kazuyoshi Shinada
Seiichi Mori
Koichi Kanzaki
Toshiro Usami
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Priority to JP59032828A priority Critical patent/JPS60176272A/ja
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Publication of JPH0587992B2 publication Critical patent/JPH0587992B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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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

Landscapes

  • Non-Volatile Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体記憶装置の製造方法に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
従来、第1図図示のEPROM(Electrically
Programmable Read Only Memory)は例えば
以下のようにして製造されている。
まず、例えばP-型シリコン基板1の図示しな
いフイールド酸化膜によつて囲まれた島状の素子
領域表面に第1の熱酸化膜を形成した後、全面に
フローテイングゲートとなる第1の多結晶シリコ
ン膜を堆積する。次に、この第1の多結晶シリコ
ン膜に例えばPOC3を拡散源としてリンをドー
プした後、その一部をエツチングする。次に、例
えば酸化性ガスとして酸素又は水蒸気を用いて
1000℃以下の低温酸化を行い、第1の多結晶シリ
コン膜の表面に第2の熱酸化膜を形成した後、全
面にコントロールゲートとなる第2の多結晶シリ
コン膜を堆積する。次いで、写真蝕刻法により第
2の多結晶シリコン膜、第2の熱酸化膜、第1の
多結晶シリコン膜及び第1の熱酸化膜を順次エツ
チングして、第1のゲート酸化膜2、フローテイ
ングゲート3、第2のゲート酸化膜4及びコント
ロールゲート5を形成する。つづいて、これらを
マスクとして利用し、N型不純物、例えばAsを
イオン注入する。つづいて、熱酸化を行い、前記
コントロールゲート5の表面、フローテイングゲ
ート3の側面及び露出した基板1の表面に後酸化
膜6を形成するとともに、前記Asイオン注入層
を活性化してN+型ソース、ドレイン領域7,8
を形成する。次いで、全面にパツシベーシヨン膜
としてPSG膜9を堆積した後、このPSG膜9及
び前記後酸化膜6の一部を選択的にエツチングし
てコンタクトホール10,10を開孔し、更に全
面にA−Si膜を堆積した後、パターニングして
ソース電極11及びドレイン電極12を形成して
EPROMセルを製造する。
上述したEPROMセルはセルトランジスタの
N+型ドレイン領域8とコントロールゲート5と
に正の高電圧を加えてフローテイングゲート3へ
電子を注入し、書込みを行うデバイスである。
しかしながら、書込み後コントロールゲート5
に正の高電圧が加わると、フローテイングゲート
3への注入電子がコントロールゲート5へ抜け、
記憶が保持されない場合があるという欠点があ
る。
これは第2のゲート酸化膜4の耐圧劣化のため
であり、その原因は以下のように考えられる。す
なわち、フローテイングゲートとなる第1の多結
晶シリコン膜は種々の面方位を有するグレインか
ら構成されているため、表面に凹凸(surface
asperity)がある。これを1000℃以下の低温酸化
により酸化し、第2のゲート酸化膜4を形成する
とフローテイングゲート3と第2のゲート酸化膜
4との界面に凹凸が生じる。これが第2のゲート
酸化膜4の耐圧劣化を招くものである。
このような現象は1100℃以上の高温プロセスに
よつて緩和されるが、高温プロセスは予め形成さ
れた接合の位置を変えたり、ウエハの反りをもた
らす等のため、デバイスの性能を劣化させ、歩留
りを低下させることになるので、有効な対称とは
なりえない。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであ
り、デバイスの歩留りを低下することなく、第2
のゲート酸化膜の耐圧を向上し、記憶保持特性の
良好な半導体記憶装置を製造し得る方法を提供し
ようとするものである。
〔発明の概要〕
本発明の半導体記憶装置の製造方法は、第1導
電型の半導体基板の素子領域の表面に第1の絶縁
膜を形成し、全面に不純物をドープした第1の非
単結晶シリコン膜を堆積した後、不活性ガス中で
熱処理し、更に不活性ガスを酸化性ガスに変えて
熱処理を行い、第1の非単結晶シリコン膜の表面
に第2の絶縁膜(熱酸化膜)を形成し、次いで第
2の非単結晶シリコン膜の堆積、パターニング及
びソース、ドレイン形成を行うことを骨子とする
ものである。
上述したように不活性ガス中で熱処理を行うこ
とにより、第1の非単結晶シリコン膜にドープさ
れた不純物の濃度分布を均一にするとともに第1
の非単結晶シリコン膜中に予め存在している応力
を緩和することができる。この状態を保つたまま
不活性ガスを酸化性ガスに変えて熱処理を行うと
第1の非単結晶シリコン膜の表面は均一に酸化さ
れ、第2の絶縁膜(熱酸化膜)の膜厚が均一とな
る。また、不活性ガス中での熱処理により第1の
非単結晶シリコン膜中のグレインの成長も同時に
起こり、この結果表面の凹凸が少なくなつている
ため、酸化性ガスを用いた低温酸化により第2の
絶縁膜を形成した場合、第2の絶縁膜と第1の非
単結晶シリコン膜との界面における凹凸を低減す
ることができる。したがつて、本発明方法によれ
ば、第2の絶縁膜の耐圧を著しく増大させること
ができる。
なお、本発明において、酸化性ガスを不活性ガ
スと酸素又は水蒸気との混合ガスとし、不活性ガ
スで熱処理した時の温度を維持したまま不活性ガ
スを酸化性ガスに変えて第2の絶縁膜(熱酸化
膜)を形成するようにすれば、酸素又は水蒸気の
分圧によつて第2の絶縁膜の膜厚を制御すること
ができる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を第2図a〜fを参照し
て説明する。
まず、比抵抗10〜20Ω−cm、面方位(911)の
P-型シリコン基板21表面に通常の選択酸化技
術を用いて、厚さ1.2μmのフイールド酸化膜22
を形成した(第2図a図示)。次に、熱酸化を行
い、前記フイールド酸化膜22によつて囲まれた
島状の素子領域表面に厚さ500Åの第1の熱酸化
膜23を形成した。つづいて、CVD法により全
面にフローテイングゲートとなる厚さ3500Åの第
1の多結晶シリコン膜24を堆積した。つづい
て、POC3を拡散源として第1の多結晶シリコ
ン膜24にリンをドープした。つづいて、Arガ
ス中において10分間アニールを行つた後、1000℃
の温度を維持したままArガスをAr:O2=1:1
の混合ガスに変えて熱酸化を行い、厚さ500Åの
第2の熱酸化膜25を形成した(同図b図示)。
次いで、全面に厚さ3500Å、ρs=20Ω/□のコ
ントロールゲートとなる第2の多結晶シリコン膜
26を堆積した。つづいて、この第2の多結晶シ
リコン膜26上に写真蝕刻法により部分的にホト
レジストパターン27を形成した(同図c図示)。
次いで、このホトレジストパターン27をマスク
として前記第2の多結晶シリコン膜26、第2の
熱酸化膜25、第1の多結晶シリコン膜24及び
第1の熱酸化膜23を順次パターニングして第1
のゲート酸化膜28、フローテイングゲート2
9、第2のゲート酸化膜30及びコントロールゲ
ート31を形成した。つづいて、これらをマスク
としてAs+をエネルギー60keV、ドーズ量2.5×
1015cm-2の条件でイオン注入した(同図d図示)。
次いで、前記ホトレジストパターン27を除去
した後、1000℃で熱酸化を行い、厚さ500Åの後
酸化膜32を形成した。この際、前記Asイオン
注入層が活性化してρs=30〜40Ω/□、xj=
0.4μmのN+型ソース、ドレイン領域33,34
が形成された。つづいて、パツシベーション膜と
して厚さ0.8μmのPSG膜35を堆積した(同図e
図示)。次いで、前記PSG膜35、及び後酸化膜
32の一部を選択的にエツチングしてコンタクト
ホール36,36を開孔し、更に全面に厚さ
1.0μmのA−Si膜を堆積した後、パターニング
してソース電極37、ドレイン電極38を形成
し、EPROMセルを製造した(同図f図示)。
しかして、本発明方法によれば、第2図bの工
程で、POC3の拡散源として第1の多結晶シリ
コン膜24にリンをドープした後、Arガス中に
おいて10分間アニールを行い、更に1000℃の温度
を維持したままArガスをAr:O2=1:1の混合
ガスに変えて熱酸化(稀釈酸化)を行うことによ
り第2の熱酸化膜25を形成しているので、第2
の熱酸化膜25の膜厚の均一化及び第2の熱酸化
膜25と第1の多結晶シリコン膜24との界面の
凹凸の低減により第2の熱酸化膜25の耐圧を著
しく向上することができる。
例えば、第3図aに従来のように通常の熱酸化
を行つた場合の第2の熱酸化膜の耐圧を、また同
図bに上記実施例の場合の第2の熱酸化膜の耐圧
をそれぞれ示すが、これから明らかなように上記
実施例の場合の方が耐圧が著しく向上しているこ
とがわかる。
この結果、第2図f図示のEPROMセルのコン
トロールゲート31に正の高電圧を印加しても記
憶を良好に保持することができる。
また、低温プロセスを採用しているので、ウエ
ハの反り等が発生して半導体メモリデバイスの歩
留りが低下するという問題は生じない。
なお、上記実施例では不活性ガスとしてArを
用いたが、これに限らず窒素を用いてもよい。
また、上記実施例では酸化性ガスとしてAr:
O2=1:1の混合ガスを用いたが、これに限ら
ず、Arと水蒸気との混合ガスでもよいし、窒素
と酸素又は水蒸気との混合ガスでもよい。このよ
うに不活性ガスと酸素又は水蒸気との混合ガスを
用い、上記実施例のように不活性ガスによる熱処
理の温度を維持したまま酸化を行う場合には、酸
素又は水蒸気の分圧を設定することによつて第2
の熱酸化膜の膜厚を制御することができる。
更に、上記実施例ではフローテイングゲート2
9及びコントロールゲート31の材料として多結
晶シリコンを用いたが、これに限らず非晶質シリ
コンを用いてもよい。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く本発明の半導体記憶装置の製
造方法によれば、従来のプロセスを大幅に変更す
る必要がなく、コストアツプやデバイスの歩留り
低下を招くことなしに第2のゲート酸化膜の耐圧
の向上した記憶保持特性の良好な半導体記憶装置
を製造できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のEPROMセルの断面図、第2図
a〜fは本発明の実施例におけるEPROMセルの
製造方法を示す断面図、第3図aは従来の方法に
より形成された第2の熱酸化膜の耐圧のヒストグ
ラム、同図bは本発明の実施例において形成され
た第2の熱酸化膜の耐圧のヒストグラムである。 21……P-型シリコン基板、22……フイー
ルド酸化膜、23……第1の熱酸化膜、24……
第1の多結晶シリコン膜、25……第2の熱酸化
膜、26……第2の多結晶シリコン膜、27……
ホトレジストパターン、28……第1のゲート酸
化膜、29……フローテイングゲート、30……
第2のゲート酸化膜、31……コントロールゲー
ト、32……後酸化膜、33,34……N+型ソ
ース、ドレイン領域、35……PSG膜、36…
…コンタクトホール、37……ソース電極、38
……ドレイン電極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1導電型の半導体基板の素子領域表面に第
    1の絶縁膜を形成した後、全面に不純物をドープ
    した第1の非単結晶シリコン膜を堆積する工程
    と、不活性ガス中で熱処理し、更に不活性ガスを
    酸化性ガスに変えて熱処理を行い、該第1の非単
    結晶シリコン膜の表面に第2の絶縁膜を形成する
    工程と、全面に第2の非単結晶シリコン膜を堆積
    する工程と、これら第2の非単結晶シリコン膜、
    第2の絶縁膜、第1の非単結晶シリコン膜及び第
    1の絶縁膜を順次パターニングする工程と、これ
    らのパターンをマスクとして第2導電型の不純物
    をイオン注入して第2導電型のソース、ドレイン
    領域を形成する工程とを具備したことを特徴とす
    る半導体記憶装置の製造方法。 2 第1の非単結晶シリコン膜のパターンをフロ
    ーテイングゲート、第2の非単結晶シリコン膜の
    パターンをコントロールゲートとする特許請求の
    範囲第1項記載の半導体記憶装置の製造方法。 3 不活性ガスがアルゴン又は窒素である特許請
    求の範囲第1項記載の半導体記憶装置の製造方
    法。 4 酸化性ガスがアルゴン又は窒素と酸素又は水
    蒸気との混合ガスである特許請求の範囲第1項記
    載の半導体記憶装置の製造方法。 5 不活性ガス中で熱処理し、この熱処理の温度
    を維持したまま更に不活性ガスを酸化性ガスに変
    えて熱処理を行い、第1の非単結晶シリコン膜の
    表面に第2の絶縁膜を形成する特許請求の範囲第
    1項記載の半導体記憶装置の製造方法。
JP59032828A 1984-02-23 1984-02-23 半導体記憶装置の製造方法 Granted JPS60176272A (ja)

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CN1007680B (zh) * 1986-04-01 1990-04-18 得克萨斯仪器公司 在多晶硅上具有平滑界面的集成电路
DE102004060304B4 (de) 2004-12-15 2010-01-14 Stabilus Gmbh Kolbenzylindereinheit und Verfahren zum Herstellen einer Kolbenzylindereinheit

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