JPH07211807A - 半導体不揮発性記憶装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体不揮発性記憶装置およびその製造方法

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JPH07211807A
JPH07211807A JP587894A JP587894A JPH07211807A JP H07211807 A JPH07211807 A JP H07211807A JP 587894 A JP587894 A JP 587894A JP 587894 A JP587894 A JP 587894A JP H07211807 A JPH07211807 A JP H07211807A
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film
memory
semiconductor
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silicon
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JP587894A
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Katsuhiko Nishiwaki
克彦 西脇
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Citizen Watch Co Ltd
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Citizen Watch Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 素子領域に設ける二酸化シリコン膜からなる
トンネル酸化膜15とメモリナイトライド膜17と半導
体膜からなるメモリ膜19と二酸化シリコン膜からなる
トップ酸化膜21からなるメモリゲート絶縁膜23と、
メモリゲート絶縁膜23上に設けるゲート電極25と、
ゲート電極の整合した領域に設ける高濃度領域29とを
備える半導体不揮発性記憶装置およびその製造方法。 【効果】 電荷のトラップを窒化シリコン膜からなるメ
モリナイトライド膜と半導体膜からなるメモリ膜の二層
膜を用いることにより、情報消去時のメモリゲート絶縁
膜の電界を高めることが可能となる。その結果、情報消
去時間を短縮することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体不揮発性記憶装置
の構造とその製造方法とに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ゲート電極と、酸化シリコン膜か
らなるトップ酸化膜と、窒化シリコンからなるメモリナ
イトライド膜と、酸化シリコン膜からなるトンネル酸化
膜と、半導体基板構造からなる、いわゆるMONOS構
造を有する半導体不揮発性記憶装置がある。
【0003】このMONOS構造を有するメモリトラン
ジスタにおいては、メモリナイトライド膜中に電子を蓄
積した状態を書き込み状態とし、電子を放出した状態を
消去状態として、書き込みおよび消去状態のしきい値電
圧の差を利用して、情報を記憶させている。このMON
OS構造の半導体不揮発性記憶装置を図5に示す。
【0004】図5に示すように、素子分離領域33の素
子分離絶縁膜13に囲まれた素子領域31に、膜厚5n
mのトップ酸化膜21と、膜厚9nmのメモリナイトラ
イド膜17と、膜厚2nmのトンネル酸化膜15とから
なるメモリゲート絶縁膜23を設ける。そしてこのメモ
リゲート絶縁膜23上にゲート電極25を設ける。
【0005】さらにこのゲート電極25の整合した領域
の半導体基板11にソース領域とドレイン領域となる高
濃度領域29を設けることにより不揮発性記憶装置を形
成する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】この図5を用いて説明
した半導体不揮発性記憶装置においては、情報を消去す
る際必要となる時間が長くなるという問題が発生する。
【0007】この原因は、従来のMONOS構造を有す
る半導体不揮発性記憶装置においては、電荷のトラップ
に窒化シリコン膜からなるメモリナイトライド膜17を
用いている。窒化シリコン膜の誘電率は約7.4程度と
小さく、また、メモリ特性を得るためにはある程度の膜
厚が必要となる。
【0008】よって、窒化シリコン膜の薄膜化には限界
があり、これによって情報を消去する際、メモリゲート
絶縁膜23にかかる電界を高めることが難しくなり、情
報の消去に長時間必要となる。
【0009】また、情報の消去を行なう際、メモリゲー
ト絶縁膜23にかかる電界を高めるためにメモリナイト
ライド膜19の膜厚を薄くすると、電荷のトラップサイ
トが減少して、メモリ特性を示さなくなるという問題点
が発生する。
【0010】本発明の目的は、上記の課題を解決して、
情報の消去を短時間で可能とする半導体不揮発性記憶装
置の構造と、この構造を得るための製造方法とを提供す
ることである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体不揮発性記憶装置の構造とその製造
方法とは、下記記載の手段を採用する。
【0012】本発明の半導体不揮発性記憶装置は、半導
体基板に設ける素子領域の周囲に素子分離領域を設ける
素子分離絶縁膜と、素子領域に設ける二酸化シリコン膜
からなるトンネル酸化膜と窒化シリコン膜からなるメモ
リナイトライド膜と多結晶シリコンあるいはアモルファ
スシリコンからなるメモリ膜と二酸化シリコン膜からな
るトップ酸化膜からなるメモリゲート絶縁膜を有するこ
とを特徴とする。
【0013】本発明の半導体不揮発性記憶装置の製造方
法は、半導体基板の素子領域に形成した耐酸化膜を酸化
防止膜として用いる選択酸化によって素子分離領域に素
子分離絶縁膜を形成し、素子領域にトンネル酸化膜と、
メモリナイトライド膜と、メモリ膜と、トップ酸化膜と
を順次形成する工程と、ゲート電極材料を全面に形成
し、ゲート電極材料上に感光性樹脂を形成し、感光性樹
脂をエッチングマスクに用いてゲート電極材料をパター
ニングしてゲート電極を形成する工程と、ゲート電極に
整合した領域の半導体基板に不純物を導入して高濃度領
域を形成する工程とを有することを特徴とする。
【0014】
【実施例】以下図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図3を用いて本発明の半導体不揮発性記憶装置の構
造を説明する。
【0015】図3に示すように、素子領域31に、二酸
化シリコン膜からなるトンネル酸化膜15を設け、その
トンネル酸化膜15上にメモリナイトライド膜17を形
成する。
【0016】さらに、メモリナイトライド膜17上に多
結晶シリコンあるいはアモルファスシリコン膜からなる
メモリ膜19を設け、このメモリ膜19上に二酸化シリ
コン膜からなるトップ酸化膜21を設ける。
【0017】このことによりトップ酸化膜21とメモリ
ナイトライド膜17とメモリ膜19とトンネル酸化膜1
5とからなるメモリゲート絶縁膜23を設ける。
【0018】そして、ゲート電極25を設け、ゲート電
極25に整合した素子領域に、ソース領域とドレイン領
域となる高濃度領域29を設けることにより半導体不揮
発性記憶装置とする。
【0019】図3に示すように、本発明の不揮発性記憶
装置は、電荷のトラップに窒化シリコン膜からなるメモ
リナイトライド膜17と、多結晶シリコン膜あるいはア
モルファスシリコン膜からなるメモリ膜19との両方の
膜を用いている。このため、メモリナイトライド膜17
を薄膜することができる。
【0020】またさらに、多結晶シリコン膜、あるいは
アモルファスシリコン膜の誘電率が11程度と、窒化シ
リコン膜に対して約1.5倍高い。このため、窒化シリ
コン膜換算で約2/5程度薄膜化が可能となり、これら
によって情報消去時のメモリゲート絶縁膜23にかかる
電界を高くすることができる。
【0021】その結果、メモリ特性を劣化させることな
く、消去時間を短縮することが可能となる。
【0022】つぎにこの図3に示す半導体不揮発性記憶
装置を形成するための製造方法を、図1から図3の断面
図を用いて説明する。
【0023】まず図1に示すように、導電型がP型の半
導体基板11を酸化処理して、酸化シリコン膜からなる
パッド酸化膜(図示せず)を20nmの膜厚で形成す
る。
【0024】その後、ジクロルシランとアンモニアとを
反応ガスとして用いる化学気相成長法により、膜厚が5
0nmの窒化シリコン膜からなる耐酸化膜(図示せず)
を形成する。
【0025】その後、耐酸化膜の上に感光樹脂(図示せ
ず)を回転塗布法により全面に形成し、所定のフォトマ
スクを用いて感光、現像処理を行ない、素子領域31上
に感光樹脂を形成するように、感光性樹脂をパターニン
グする。
【0026】この耐酸化膜のエッチングは、反応性イオ
ンエッチング装置を用いて、エッチングガスとして、六
フッ化イオウとヘリウムと三フッ化メタンとの混合ガス
を用いて行なう。その後、エッチングマスクに用いた感
光性樹脂を除去する。
【0027】その後、この耐酸化膜を酸化防止膜に用い
る選択酸化処理を行なうことによって、素子領域31の
周囲の素子分離領域33に素子分離絶縁膜13を700
nmの膜厚で形成する。
【0028】この素子分離絶縁膜13を形成する選択酸
化処理条件は、水蒸気酸化雰囲気中で、温度1000
℃、時間160分の条件で行なう。
【0029】その後、選択酸化処理の酸化防止膜に用い
た耐酸化膜を加熱したリン酸を用いて除去し、パッド酸
化膜もフッ酸系のエッチング液を用いて除去する。
【0030】つぎに図2に示すように、半導体基板を酸
素と窒素との混合ガス雰囲気中で、温度900℃で、時
間30分の酸化処理して、膜厚2nmの二酸化シリコン
膜からなるトンネル酸化膜15を形成する。
【0031】その後、ジクロルシランとアンモニアとを
反応ガスとして用いる化学気相成長法により、膜厚が5
nmの窒化シリコン膜からなるメモリナイトライド膜1
7を形成する。
【0032】その後、モノシランを反応ガスとして用い
る化学気相成長法により、膜厚が8nmの多結晶シリコ
ン膜あるいはアモルファスシリコン膜からなるメモリ膜
19を形成する。
【0033】その後、メモリ膜19上に酸素と窒素との
混合ガス雰囲気中で、温度900℃で、時間30分の酸
化処理を行って、膜厚5nmの二酸化シリコン膜化らな
るトップ酸化膜21を形成する。
【0034】この結果、トンネル酸化膜15とメモリナ
イトライド膜17とメモリ膜19とトップ絶縁膜21と
からなるメモリゲート絶縁膜23を形成する。
【0035】その後、反応ガスとしてモノシランを用い
る化学気相成長法によって、膜厚が400nmの多結晶
シリコン膜からなるゲート電極材料27を全面に形成す
る。
【0036】その後、全面に感光性樹脂(図示せず)を
回転塗布法により形成し、所定のフォトマスクを用いて
露光、現像処理を行ない感光性樹脂をパターニングす
る。
【0037】つぎに図3に示すように、感光性樹脂(図
示せず)をエッチングマスクに用いて、ゲート電極材料
27をパターニングして、ゲート電極25を形成する。
【0038】このゲート電極25のエッチングは、反応
性イオンエッチング装置を用いて、エッチングガスとし
て六フッ化イオウと酸素との混合ガスを用いて行なう。
【0039】その後、感光性樹脂に被覆されていない領
域のトップ酸化膜21を、フッ酸系のエッチング液を用
いるウエットエッチングにより除去する。
【0040】その後、感光性樹脂に被覆されていない領
域のメモリ膜19とメモリナイトライド膜17のエッチ
ングを、反応性イオンエッチング装置を用いて、エッチ
ングガスとして六フッ化イオウとヘリウムと三フッ化メ
タンとの混合ガスを用いて行なう。
【0041】その後、感光性樹脂に被覆されていない領
域のトンネル酸化膜15をフッ酸系のエッチング液を用
いるウエットエッチングにより行なう。
【0042】つぎにゲート電極25のパターニングのた
めのエッチングマスクとして用いた感光性樹脂(図示せ
ず)を除去する。
【0043】その後、ゲート電極25の整合した領域の
半導体基板11に、この半導体基板11と逆導電型の不
純物であるリンを導入して、ソース領域とドレイン領域
となる高濃度領域29を形成する。
【0044】高濃度領域29とを形成するための不純物
であるリンのイオン注入量は、3×1015atoms/
cm-2程度の条件で行なう。
【0045】その後の工程は図示しないが、リンとボロ
ンとを含む酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜を化学気
相成長法により形成し、さらに感光性樹脂をエッチング
マスクに用いて層間絶縁膜にコンタクトホールを形成
し、さらにシリコンと銅とを含むアルミニウムからなる
配線材料をスパッタリング法により形成し、感光性樹脂
をエッチングマスクに用いて配線材料を形成して、半導
体不揮発性記憶装置を得ることができる。
【0046】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の半導体不揮発性記憶装置の構造と製造方法とにおい
て、電荷のトラップを窒化シリコン膜と、多結晶シリコ
ン膜あるいはアモルファスシリコン膜などからなる半導
体膜とを用いることにより、メモリ特性を劣化させるこ
となく薄膜化ができる。この結果、情報の消去時のメモ
リゲート絶縁膜にかかる電界を高めることが可能とな
る。
【0047】本発明の不揮発性記憶装置と従来の不揮発
性記憶装置の情報消去時間としきい値電圧の変化量の関
係を図4に示す。本発明の特性を実線35に示し、従来
の特性を破線37に示す。図4に示すように、同じしき
い値電圧の変化量を得るための情報消去時間は、従来と
比較して本発明の不揮発性記憶装置は50分の1程度と
なる。この結果、従来の不揮発性記憶装置より、情報の
記憶時間が短縮された半導体不揮発性記憶装置を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における半導体不揮発性記憶装
置の製造方法を示す断面図である。
【図2】本発明の実施例における半導体不揮発性記憶装
置の製造方法を示す断面図である。
【図3】本発明の実施例における半導体不揮発性記憶装
置の構造とその製造方法とを示す断面図である。
【図4】本発明と従来例における半導体不揮発性記憶装
置の情報消去時間としきい値電圧の変化量との関係を示
すグラフである。
【図5】従来例における半導体不揮発性記憶装置の構造
とその製造方法とを示す断面図である。
【符号の説明】
13 素子分離絶縁膜 15 トンネル酸化膜 17 メモリナイトライド膜 19 メモリ膜 21 トップ酸化膜 23 メモリゲート絶縁膜 25 ゲート電極 31 素子領域 33 素子分離領域

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に設ける酸化シリコン膜か
    らなるトンネル酸化膜と、窒化シリコン膜からなるメモ
    リナイトライド膜と、半導体膜からなるメモリ膜と、酸
    化シリコン膜からなるトップ酸化膜とからなるメモリゲ
    ート絶縁膜とを有することを特徴とする半導体不揮発性
    記憶装置。
  2. 【請求項2】 半導体膜は、多結晶シリコンあるいはア
    モルファスシリコンからなることを特徴とする請求項1
    に記載の半導体不揮発性記憶装置。
  3. 【請求項3】 第1導電型の半導体基板に選択酸化を行
    なうことにより素子分離領域に二酸化シリコン膜からな
    る素子分離絶縁膜を形成する工程と、素子領域に二酸化
    シリコン膜からなるトンネル酸化膜を形成する工程と、
    トンネル酸化膜上に窒化シリコン膜からなるメモリナイ
    トライド膜を形成する工程と、半導体膜からなるメモリ
    膜を形成する工程と、メモリ膜上に二酸化シリコン膜か
    らなるトップ酸化膜を形成する工程と、ゲート電極を形
    成する工程と、ゲート電極の整合した領域の半導体基板
    に第2導電型のソース領域およびドレイン領域となる高
    濃度領域を形成する工程とを有することを特徴とする半
    導体不揮発性記憶装置の製造方法。
JP587894A 1994-01-24 1994-01-24 半導体不揮発性記憶装置およびその製造方法 Pending JPH07211807A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008227535A (ja) * 2001-03-17 2008-09-25 Samsung Electronics Co Ltd Sonosフラッシュメモリ素子及びその形成方法

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