JPH0779153B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH0779153B2
JPH0779153B2 JP5165933A JP16593393A JPH0779153B2 JP H0779153 B2 JPH0779153 B2 JP H0779153B2 JP 5165933 A JP5165933 A JP 5165933A JP 16593393 A JP16593393 A JP 16593393A JP H0779153 B2 JPH0779153 B2 JP H0779153B2
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insulating film
forming
sio2
semiconductor device
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典章 佐藤
隆治 名和田
邦彦 和田
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、BICセルのように、
積極的に絶縁破壊を生じさせて不揮発的に記憶させるメ
モリ素子の,絶縁破壊を生じさせてセルへの書き込みを
成した後に、絶縁状態が復帰してしまうことによる信頼
性の低下を克服するための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】本出願人は、図3の断面図に示されるB
ICセルを開発したものであり、同図において、11は
P型シリコン基板,12はシリコン基板表面に形成され
たN+型拡散領域,13はシリコン基板11上に設けら
れた例えば燐・シリケート・ガラスの絶縁膜(PSG
膜),14はPSG膜13に形成されたコンタクト窓上
に形成された絶縁膜,15は例えばアルミニウム(A
L)の電極配線である。
【0003】AL配線15に電圧を印加したときの図3
に素子の等価回路は図4に示され、絶縁膜14が非破壊
状態のとき図示の回路は非導通である。絶縁膜14の絶
縁破壊があると図4の回路は図5に示す如く絶縁膜の抵
抗Rをもった導通状態になる。そこで、非導通を0,導
通を1とすると、1を書き込みたいときにはパルスを加
えて絶縁膜14を破壊し導通状態にすればよい。このよ
うなセルをXY方向にマトリックス状に配置すると、書
き込んだセルは1,書き込まないセルは0となるので、
前記したマトリックス状のセルはプログラム可能な読み
出し専用メモリ(PROM)となり、PROMを読み取
るときは絶縁膜に電圧を印加すると、電流が流れるセル
は1,電流が流れないセルは0であるので、検出回路に
かけ電位を増幅して読み取ることができる。
【0004】または、冗長回路において、Aの回路に欠
陥がありそれをBの回路に切り換えたいとき、図3の素
子を用いその絶縁膜を破壊し導通状態にしてA回路から
B回路への切換え素子(スイッチングデバイス)として
働く。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図3に示す素子の絶縁
膜14を形成するには、直接シリコン基板のシリコン結
晶を熱酸化してSiO2膜を形成する方法と、N型不純
物例えば砒素(As)をドープしたポリシリコンの熱酸
化膜を作る方法とがある。
【0006】基板シリコン結晶で熱酸化膜を作った場
合、SiO2の絶縁破壊電圧(VBD)が典型的な例で
25ボルト程度に大である問題がある。この絶縁破壊電
圧はSiO2膜の膜厚(TOX)に依存するので、絶縁
破壊電圧を低くするにはSiO2の膜厚を小にすればよ
い筈である。しかし、SiO2の膜厚を小にすると、S
iO2膜が弱くなり、SiO2中に存在する結晶欠陥と
か不純物による欠陥を介してSiO2膜が絶縁破壊を起
こすことが頻繁に発生する。かくして、絶縁破壊電圧を
小にすべくSiO2膜を薄くすると、電圧を印加しない
ときまたは僅かの電圧を印加したときにSiO2膜が絶
縁破壊し、プログラミングが安定に行いえない問題があ
る。従って、ある膜厚以上のSiO2膜が必要になる
が、そうなると絶縁破壊電圧はある値以上のものとな
り、そのことは好ましくない。
【0007】砒素をドープしたポリシリコンの場合、ポ
リシリコン中に砒素が混入した絶縁膜が作られるのであ
るが、砒素原子が存在することによって、絶縁膜中に不
純物が多く入り絶縁破壊電圧が低下するもので、砒素を
イオン注入でドープするときイオン注入の条件を適当に
選ぶことによって書込み可能な電圧を得ることができ
る。しかし、本発明者の実験によると、絶縁膜中の絶縁
破壊電圧のバラツキが7ボルト程度と幅が広くそれは基
板上の酸化膜についても同様であるという問題があるこ
とが確認された。さらに、ポリシリコンの酸化膜は、書
込み後の抵抗がポリシリコンが存在するために1KΩ〜
10KΩと高くなる問題もある。
【0008】本発明はこのような点に鑑みて創作された
もので、前記した問題点を解決し、所望の絶縁破壊電圧
に達すると安定的に絶縁破壊が行え,もって容易な書き
込みを安定して行え、しかも一旦破壊されてできた絶縁
状態がその後の経時使用によっても復帰することなく安
定的に絶縁状態を維持する,高信頼性のBICセルを製
造する手段の提供を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】図1(a)と(b)は、
本発明実施例の断面図であり、同図において、21はシ
リコン窒化膜(Si3N4膜)、22はSiO2膜であ
る。
【0010】本発明においては、BICセルのコンタク
トホールを覆う絶縁膜を、例えばシリコン窒化膜21と
SiO2膜22の複合膜23で形成したものである。
【0011】上記の課題を解決するための手段は、例え
ば、一導電型の半導体基板内に,反対導電型の不純物領
域を形成する工程と、該不純物領域表面を選択的に露出
する窓を有した層間絶縁膜を,該半導体基板表面に形成
する工程と、該窓内に露出した前記不純物領域表面を覆
うように、第1の絶縁膜を形成する工程と、該第1の絶
縁膜を覆うように、該第1の絶縁膜とは比誘電率の異な
る材料からなる第2の絶縁膜を形成する工程と、該第2
の絶縁膜を覆うように、導電層を被着形成する工程とを
有する半導体装置の製造方法にある。
【0012】さらに、上記の構成に、前記第1の絶縁膜
と、前記第2の絶縁膜とのうちのいずれか一方が窒化膜
であり、いずれか他方は酸化膜である点を付加すること
もよく、またさらに加えて、前記第1の絶縁膜は酸化膜
であり、かつ前記第2の絶縁膜は窒化膜であり、かつ該
第2の絶縁膜表面に酸化膜が形成される工程を有するも
のとしてもよい。
【0013】
【作用】前記したシリコン窒化膜とSiO2膜との複合
絶縁膜はポリシリコンを含まないものであるので、破壊
電圧を低く抑え、破壊後の抵抗値も低くし、電圧分布の
幅も狭くすることができるのである。
【0014】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図1(a)を参照すると、P型シリコン基
板11に形成したN+型領域12とコンタクトをとるた
めの基板11上の第1の絶縁膜13に形成したコンタク
ト孔は、シリコン窒化膜21とSiO2膜22からなる
第2の絶縁膜である複合膜23で覆われ、その上にAl
などの材料の電極配線15が形成されている。P型シリ
コン基板の代わりに、N型シリコン基板に設けられたP
型ウエル拡散領域を用いてもよい。
【0015】図示のデバイスは導通のために複合膜23の
絶縁破壊を発生させるBICセルであって、従来例同
様、電極配線15に所定の電圧を印加して複合膜23を
絶縁破壊して導通状態にするかまたはそうすることなく
非導通状態に保つものである。
【0016】図1(a)のデバイスは図2に示す工程に
よって製造される。
【0017】図2(a)参照:P型シリコン基板11の
表面に、950℃の熱酸化によって200Åの膜厚のS
iO2膜16を形成する。
【0018】図2(b)参照:SiO2膜16上に形成
したレジスト膜(図示せず)をパターニングし、しかる
後に砒素イオン(As+),加速電圧100KeV,ド
ーズ量4×1015cm-2の条件でイオン注入する。図に
符号17を付した点線は注入されたAsイオンを模式的
に示す。
【0019】図2(c)参照:レジスト膜、SiO2膜
16を除去し、全面に酸化膜(厚さ200Å)次いでP
SGを1μmの厚さに成長して第1の絶縁膜(PSG
膜)13を形成する。
【0020】図2(d)参照:砒素イオンを注入した部
分のPSG膜13にコンタクト孔18を例えばドライエ
ッチングで開口し、開口部の段差をなだらかな形状にす
る目的で、1050℃、N2ガス雰囲気中で10分間熱
処理する(リフロー)。このとき、基板11に打ち込ま
れた砒素イオンは活性化されN+型領域12が形成され
る。
【0021】図2(e)参照:全面にシリコン窒化膜2
1を50Å〜200Åの膜厚に成長し、それをコンタク
ト孔を覆う如くにパターニングする。
【0022】図2(f)参照:次いで、SiO2を5Å
〜50Åの厚さに成長しSiO2膜22を形成する。
【0023】図2(g)参照:全面にAlを1μmの厚
さにスパッタで被着し、それをパターニングして電極配
線15を形成する。
【0024】上記の方法に代えて、シリコン窒化膜2
1、SiO2膜22を順に形成し、しかる後にパターニ
ングすると図1(b)に示されるデバイスが作られる。
複合膜23は、上層/下層を、前記の如くSiO2/S
i3N4として形成するだけでなく、Si3N4/Si
O2として形成してもよく、またはSiO2/Si3N
4/SiO2の如くサンドイッチ状に2種3層に形成し
てもよい。要は比誘電率の異なる複数の絶縁膜で複合膜
23を形成することである。
【0025】図1(a)の実施例につき実験したとこ
ろ、複合膜23の絶縁破壊後の抵抗値は500Ωと十分
低く(従来例は1KΩ〜10KΩ)、破壊電圧は18ボ
ルトと小になり(従来例は25ボルト)、破壊電圧分布
の幅も±1ボルト以内に納めることができ(従来例は±
7ボルト)、その他の実施例においてもほぼ同じ結果が
得られた。
【0026】
【発明の効果】以上述べてきたように本発明によれば、
低電圧で容易に書込みが行え、安定した高信頼性の書込
みが実現可能なBICが、容易に実現可能であるという
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例により製造される半導体装置
の断面図である。
【図2】本発明の一実施例に則した半導体装置の製造工
程の説明図である。
【図3】従来のBICセルの断面図である。
【図4】BICセルの操作を示すための回路図である。
【図5】BICセルの操作を示すための回路図である。
【符号の説明】
図1〜図3において、11はP型シリコン基板、12は
N+不純物領域、13はPSG膜、14は絶縁膜、15
は電極配線、16はSiO2膜 17はAsイオン 18はコンタクト孔 21はシリコン窒化膜 22はSiO2膜、23は複合膜である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−72263(JP,A) 特開 昭60−143660(JP,A) 特開 昭60−173870(JP,A) 特公 昭53−26462(JP,B2)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一導電型の半導体基板内に,反対導電型
    の不純物領域を形成する工程と、 該不純物領域表面を選択的に露出する窓を有した層間絶
    縁膜を,該半導体基板表面に形成する工程と、 該窓内に露出した前記不純物領域表面を覆うように、第
    1の絶縁膜を形成する工程と、 該第1の絶縁膜を覆うように、該第1の絶縁膜とは比誘
    電率の異なる材料からなる第2の絶縁膜を形成する工程
    と、 該第2の絶縁膜を覆うように、導電層を被着形成する工
    程とを有する半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記第1の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜
    とのうちのいずれか一方が窒化膜であり、いずれか他方
    は酸化膜であることを特徴とする請求項1記載の半導体
    装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第1の絶縁膜は酸化膜であり、かつ
    前記第2の絶縁膜は窒化膜であり、かつ該第2の絶縁膜
    表面に酸化膜が形成される工程を有する請求項2記載の
    半導体装置の製造方法。
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