JPH0936265A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH0936265A JPH0936265A JP8123493A JP12349396A JPH0936265A JP H0936265 A JPH0936265 A JP H0936265A JP 8123493 A JP8123493 A JP 8123493A JP 12349396 A JP12349396 A JP 12349396A JP H0936265 A JPH0936265 A JP H0936265A
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Landscapes
- Non-Volatile Memory (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】ゲート絶縁膜の信頼性が高い上に、低抵抗なゲ
ート電極を備えた半導体装置を提供する。 【解決手段】シリコンゲートMIS構造を含むMIS構
造の素子を備えた半導体装置のゲート電極の形成材料に
チタン(Ti)や窒化チタン(TiN)などの高融点金
属や高融点金属化合物を用いる。ゲート電極の形成材料
にTiNを用いたMOSダイオードと、ゲート電極の形
成材料にドープドポリシリコンを用いたMOSダイオー
ドにおけるTDDB特性を示す。TiNとポリシリコン
(polySi)を比較すると、TiNの方が信頼性が高いこ
とがわかる。
ート電極を備えた半導体装置を提供する。 【解決手段】シリコンゲートMIS構造を含むMIS構
造の素子を備えた半導体装置のゲート電極の形成材料に
チタン(Ti)や窒化チタン(TiN)などの高融点金
属や高融点金属化合物を用いる。ゲート電極の形成材料
にTiNを用いたMOSダイオードと、ゲート電極の形
成材料にドープドポリシリコンを用いたMOSダイオー
ドにおけるTDDB特性を示す。TiNとポリシリコン
(polySi)を比較すると、TiNの方が信頼性が高いこ
とがわかる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置に係り、
詳しくは、半導体装置におけるゲート電極に関するもの
である。
詳しくは、半導体装置におけるゲート電極に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来、シリコンゲートMIS構造を含む
MIS構造の素子を備えた半導体装置のゲート電極の形
成材料には、ドープドポリシリコンやポリサイドが用い
られている。しかし、ドープドポリシリコンは高温の熱
処理に耐えるが、低抵抗化を図るには不純物を高濃度に
ドープする必要がある。しかし、ドープした不純物を活
性化させるには高温の熱処理が必要であり、その熱処理
中に不純物がポリシリコン中の粒界を選択的に拡散し、
ゲート電極の下のゲート絶縁膜に到達する。MOS構造
の素子では、ゲート絶縁膜として酸化シリコンが用いら
れるが、ゲート絶縁膜に到達した不純物は酸化シリコン
と反応し、畝状の酸化シリコン(Oxide Ridge)を形成
する。その畝状の酸化シリコンはゲート絶縁膜の信頼性
を低下させる。
MIS構造の素子を備えた半導体装置のゲート電極の形
成材料には、ドープドポリシリコンやポリサイドが用い
られている。しかし、ドープドポリシリコンは高温の熱
処理に耐えるが、低抵抗化を図るには不純物を高濃度に
ドープする必要がある。しかし、ドープした不純物を活
性化させるには高温の熱処理が必要であり、その熱処理
中に不純物がポリシリコン中の粒界を選択的に拡散し、
ゲート電極の下のゲート絶縁膜に到達する。MOS構造
の素子では、ゲート絶縁膜として酸化シリコンが用いら
れるが、ゲート絶縁膜に到達した不純物は酸化シリコン
と反応し、畝状の酸化シリコン(Oxide Ridge)を形成
する。その畝状の酸化シリコンはゲート絶縁膜の信頼性
を低下させる。
【0003】ドープする不純物の濃度を下げれば、その
畝状の酸化シリコンの発生を抑制することが可能にな
り、ゲート絶縁膜の信頼性を向上させることができる。
しかし、不純物濃度を下げると、ドープドポリシリコン
の抵抗値が高くなる上に、キャリア濃度が低くなる。近
年、素子の微細化に伴って、ゲート電極の抵抗に起因す
る信号遅延が無視できなくなっている。つまり、不純物
濃度の低いドープドポリシリコンでゲート電極を形成し
た場合、素子の動作速度が低下するという問題がある。
畝状の酸化シリコンの発生を抑制することが可能にな
り、ゲート絶縁膜の信頼性を向上させることができる。
しかし、不純物濃度を下げると、ドープドポリシリコン
の抵抗値が高くなる上に、キャリア濃度が低くなる。近
年、素子の微細化に伴って、ゲート電極の抵抗に起因す
る信号遅延が無視できなくなっている。つまり、不純物
濃度の低いドープドポリシリコンでゲート電極を形成し
た場合、素子の動作速度が低下するという問題がある。
【0004】このように、MOS構造の素子のゲート電
極の形成材料にドープドポリシリコンを用いる場合、ゲ
ート絶縁膜の信頼性の向上と、素子の動作速度の高速化
とはトレードオフの関係にある。さらに、ドープドポリ
シリコンは不純物を高濃度にドープした場合でも、抵抗
値を十分に低下させることができない。例えば、リンを
高濃度(ドーズ量;1×1020/cm3)にドープして
も、ドープドポリシリコンの比抵抗は1×10-3Ω・c
mまでしか下がらない。
極の形成材料にドープドポリシリコンを用いる場合、ゲ
ート絶縁膜の信頼性の向上と、素子の動作速度の高速化
とはトレードオフの関係にある。さらに、ドープドポリ
シリコンは不純物を高濃度にドープした場合でも、抵抗
値を十分に低下させることができない。例えば、リンを
高濃度(ドーズ量;1×1020/cm3)にドープして
も、ドープドポリシリコンの比抵抗は1×10-3Ω・c
mまでしか下がらない。
【0005】ところで、近年、磁気メモリであるハード
ディスクおよびフロッピーディスクに代替可能な半導体
メモリとして、フラッシュメモリが注目されている。フ
ラッシュメモリは、EEPROM(Electrically Erasa
ble and Programmable ROM)のなかでデータの一括消去
が可能なものを指す。EEPROMおよびEPROM
(Erasable and electrically ROM )のメモリセル(メ
モリセルトランジスタ)では、フローティングゲート電
極にキャリアを蓄積し、そのキャリアの有無による閾値
電圧の変化をコントロールゲート電極で検出することに
よってデータの記憶を行っている。
ディスクおよびフロッピーディスクに代替可能な半導体
メモリとして、フラッシュメモリが注目されている。フ
ラッシュメモリは、EEPROM(Electrically Erasa
ble and Programmable ROM)のなかでデータの一括消去
が可能なものを指す。EEPROMおよびEPROM
(Erasable and electrically ROM )のメモリセル(メ
モリセルトランジスタ)では、フローティングゲート電
極にキャリアを蓄積し、そのキャリアの有無による閾値
電圧の変化をコントロールゲート電極で検出することに
よってデータの記憶を行っている。
【0006】EEPROMおよびEPROMのメモリセ
ルにおいて、フローティングゲート電極へのキャリアの
注入は、フローティングゲート電極とチャネル領域の間
に設けられたゲート絶縁膜を介して行われる。また、E
EPROMのメモリセルにおいて、フローティングゲー
ト電極からキャリアを引き出す方法は、メモリセルの構
造によって様々であり、フローティングゲート電極とチ
ャネル領域の間に設けられたゲート絶縁膜を介して行う
タイプ(2層ポリシリコン型、スタックトゲート型とも
いう)と、フローティングゲート電極からコントロール
ゲート電極へ流れるトンネル電流を利用するタイプ(3
層ポリシリコン型、スプリットゲート型ともいう)とが
ある。ちなみに、EEPROMおよびEPROMのメモ
リセルの構造および動作については、「フラッシュメモ
リ技術ハンドブック」(サイエンスフォーラム刊)に詳
しい。
ルにおいて、フローティングゲート電極へのキャリアの
注入は、フローティングゲート電極とチャネル領域の間
に設けられたゲート絶縁膜を介して行われる。また、E
EPROMのメモリセルにおいて、フローティングゲー
ト電極からキャリアを引き出す方法は、メモリセルの構
造によって様々であり、フローティングゲート電極とチ
ャネル領域の間に設けられたゲート絶縁膜を介して行う
タイプ(2層ポリシリコン型、スタックトゲート型とも
いう)と、フローティングゲート電極からコントロール
ゲート電極へ流れるトンネル電流を利用するタイプ(3
層ポリシリコン型、スプリットゲート型ともいう)とが
ある。ちなみに、EEPROMおよびEPROMのメモ
リセルの構造および動作については、「フラッシュメモ
リ技術ハンドブック」(サイエンスフォーラム刊)に詳
しい。
【0007】前記したように、不純物濃度の低いドープ
ドポリシリコンはキャリア濃度が低い。そのため、不純
物濃度の低いドープドポリシリコンでゲート電極を形成
すると、ゲート電極の空乏化を招くことになる。従っ
て、フローティングゲート電極の形成材料に不純物濃度
の低いドープドポリシリコンを用いると、フローティン
グゲート電極が空乏化してキャリアを蓄積し難くなり、
書き込み特性が劣化するという問題がある。
ドポリシリコンはキャリア濃度が低い。そのため、不純
物濃度の低いドープドポリシリコンでゲート電極を形成
すると、ゲート電極の空乏化を招くことになる。従っ
て、フローティングゲート電極の形成材料に不純物濃度
の低いドープドポリシリコンを用いると、フローティン
グゲート電極が空乏化してキャリアを蓄積し難くなり、
書き込み特性が劣化するという問題がある。
【0008】また、コントロールゲート電極の形成材料
に不純物濃度の低いドープドポリシリコンを用いると、
コントロールゲート電極が空乏化して閾値電圧の変化を
コントロールゲート電極で検出し難くなり、読み出し特
性が劣化するという問題がある。更に、3層ポリシリコ
ン型(スプリットゲート型)のEEPROMのメモリセ
ルでは、コントロールゲート電極の形成材料に不純物濃
度の低いドープドポリシリコンを用いると、コントロー
ルゲート電極が空乏化してフローティングゲート電極か
らキャリアを引き出し難くなり、消去特性が劣化すると
いう問題がある。
に不純物濃度の低いドープドポリシリコンを用いると、
コントロールゲート電極が空乏化して閾値電圧の変化を
コントロールゲート電極で検出し難くなり、読み出し特
性が劣化するという問題がある。更に、3層ポリシリコ
ン型(スプリットゲート型)のEEPROMのメモリセ
ルでは、コントロールゲート電極の形成材料に不純物濃
度の低いドープドポリシリコンを用いると、コントロー
ルゲート電極が空乏化してフローティングゲート電極か
らキャリアを引き出し難くなり、消去特性が劣化すると
いう問題がある。
【0009】また、フローティングゲート電極の形成材
料に不純物濃度の高いドープドポリシリコンを用いる
と、前記したようにゲート絶縁膜の信頼性が低下する。
すると、チャネル領域からフローティングゲート電極へ
キャリアを注入し難くなり、書き込み特性が劣化すると
いう問題がある。
料に不純物濃度の高いドープドポリシリコンを用いる
と、前記したようにゲート絶縁膜の信頼性が低下する。
すると、チャネル領域からフローティングゲート電極へ
キャリアを注入し難くなり、書き込み特性が劣化すると
いう問題がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点を
解決するためになされたものであって、その目的は、ゲ
ート絶縁膜の信頼性が高い上に、低抵抗なゲート電極を
備えた半導体装置を提供することにある。また、本発明
の別の目的は、諸特性(書き込み特性、読み出し特性、
消去特性)の優れたEEPROMまたはEPROMのメ
モリセルを備えた半導体装置を提供することにある。
解決するためになされたものであって、その目的は、ゲ
ート絶縁膜の信頼性が高い上に、低抵抗なゲート電極を
備えた半導体装置を提供することにある。また、本発明
の別の目的は、諸特性(書き込み特性、読み出し特性、
消去特性)の優れたEEPROMまたはEPROMのメ
モリセルを備えた半導体装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、高融点金属または高融点金属化合物の単層構造また
は積層構造によってゲート電極が形成されたことをその
要旨とする。請求項2に記載の発明は、シリコンゲート
MIS構造を含むMIS構造の素子を備えた半導体装置
において、ゲート電極の形成材料として高融点金属また
は高融点金属化合物を用いたことをその要旨とする。
は、高融点金属または高融点金属化合物の単層構造また
は積層構造によってゲート電極が形成されたことをその
要旨とする。請求項2に記載の発明は、シリコンゲート
MIS構造を含むMIS構造の素子を備えた半導体装置
において、ゲート電極の形成材料として高融点金属また
は高融点金属化合物を用いたことをその要旨とする。
【0012】請求項3に記載の発明は、EEPROMま
たはEPROMのメモリセルを備えた半導体装置におい
て、フローティングゲート電極またはコントロールゲー
ト電極の形成材料として高融点金属または高融点金属化
合物を用いたことをその要旨とする。請求項4に記載の
発明は、シリコンゲートMIS構造を含むMIS構造の
素子を備えた半導体装置において、高融点金属または高
融点金属化合物の積層構造によって形成されたゲート電
極を備えたことをその要旨とする。
たはEPROMのメモリセルを備えた半導体装置におい
て、フローティングゲート電極またはコントロールゲー
ト電極の形成材料として高融点金属または高融点金属化
合物を用いたことをその要旨とする。請求項4に記載の
発明は、シリコンゲートMIS構造を含むMIS構造の
素子を備えた半導体装置において、高融点金属または高
融点金属化合物の積層構造によって形成されたゲート電
極を備えたことをその要旨とする。
【0013】請求項5に記載の発明は、EEPROMま
たはEPROMのメモリセルを備えた半導体装置におい
て、高融点金属または高融点金属化合物の積層構造によ
って形成されたフローティングゲート電極またはコント
ロールゲート電極を備えたことをその要旨とする。請求
項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれか1項に記
載の半導体装置において、前記高融点金属はチタンであ
り、前記高融点金属化合物は窒化チタンであることをそ
の要旨とする。
たはEPROMのメモリセルを備えた半導体装置におい
て、高融点金属または高融点金属化合物の積層構造によ
って形成されたフローティングゲート電極またはコント
ロールゲート電極を備えたことをその要旨とする。請求
項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれか1項に記
載の半導体装置において、前記高融点金属はチタンであ
り、前記高融点金属化合物は窒化チタンであることをそ
の要旨とする。
【0014】高融点金属や高融点金属化合物は、高温の
熱処理に耐える上に、抵抗値が低く、キャリア濃度が高
い。また、高融点金属や高融点金属化合物には不純物を
ドープする必要がないため、ドープドポリシリコンのよ
うにMOS構造の素子におけるゲート絶縁膜の信頼性が
低下することはない。従って、請求項1,2,4のいず
れか1項に記載の発明によれば、ゲート絶縁膜の信頼性
を高めた上で、低抵抗なゲート電極を得ることができ
る。
熱処理に耐える上に、抵抗値が低く、キャリア濃度が高
い。また、高融点金属や高融点金属化合物には不純物を
ドープする必要がないため、ドープドポリシリコンのよ
うにMOS構造の素子におけるゲート絶縁膜の信頼性が
低下することはない。従って、請求項1,2,4のいず
れか1項に記載の発明によれば、ゲート絶縁膜の信頼性
を高めた上で、低抵抗なゲート電極を得ることができ
る。
【0015】また、請求項3または請求項5に記載の発
明によれば、書き込み特性、読み出し特性、消去特性の
優れたEEPROMまたはEPROMのメモリセルを得
ることができる。そして、請求項6に記載の発明によれ
ば、チタンまたは窒化チタンを用いることで低抵抗なゲ
ート電極を具体化することができる。
明によれば、書き込み特性、読み出し特性、消去特性の
優れたEEPROMまたはEPROMのメモリセルを得
ることができる。そして、請求項6に記載の発明によれ
ば、チタンまたは窒化チタンを用いることで低抵抗なゲ
ート電極を具体化することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明を具体化した実施形態を以
下に詳述する。シリコンゲートMIS構造を含むMIS
構造の素子を備えた半導体装置のゲート電極の形成材料
に、チタン(Ti)や窒化チタン(TiN)などの高融
点金属や高融点金属化合物を用いる。また、EEPRO
MおよびEPROMのメモリセルにおけるフローティン
グゲート電極やコントロールゲート電極の形成材料に、
TiやTiNなどの高融点金属や高融点金属化合物を用
いる。
下に詳述する。シリコンゲートMIS構造を含むMIS
構造の素子を備えた半導体装置のゲート電極の形成材料
に、チタン(Ti)や窒化チタン(TiN)などの高融
点金属や高融点金属化合物を用いる。また、EEPRO
MおよびEPROMのメモリセルにおけるフローティン
グゲート電極やコントロールゲート電極の形成材料に、
TiやTiNなどの高融点金属や高融点金属化合物を用
いる。
【0017】高融点金属や高融点金属化合物は、高温の
熱処理に耐える上に、抵抗値が低く、キャリア濃度が高
いという特徴をもっている。例えば、Tiの比抵抗は、
4×10-5Ω・cm、TiNの比抵抗は、2×10-5Ω
・cmであり、リンを高濃度(ドーズ量;1×1020/
cm3)にドープしたドープドポリシリコンの比抵抗
(1×10-3Ω・cm)に比べて3桁も低い。また、T
iやTiNのキャリア濃度は、ドープドポリシリコンの
それに比べて数桁も高い。
熱処理に耐える上に、抵抗値が低く、キャリア濃度が高
いという特徴をもっている。例えば、Tiの比抵抗は、
4×10-5Ω・cm、TiNの比抵抗は、2×10-5Ω
・cmであり、リンを高濃度(ドーズ量;1×1020/
cm3)にドープしたドープドポリシリコンの比抵抗
(1×10-3Ω・cm)に比べて3桁も低い。また、T
iやTiNのキャリア濃度は、ドープドポリシリコンの
それに比べて数桁も高い。
【0018】従って、MIS構造の素子のゲート電極の
形成材料にTiやTiNなどの高融点金属や高融点金属
化合物を用いれば、素子の動作速度を大幅に向上させる
ことができる。また、高融点金属や高融点金属化合物に
は不純物をドープする必要がないため、前記したドープ
ドポリシリコンのように、MOS構造の素子におけるゲ
ート絶縁膜の信頼性が低下することはない。
形成材料にTiやTiNなどの高融点金属や高融点金属
化合物を用いれば、素子の動作速度を大幅に向上させる
ことができる。また、高融点金属や高融点金属化合物に
は不純物をドープする必要がないため、前記したドープ
ドポリシリコンのように、MOS構造の素子におけるゲ
ート絶縁膜の信頼性が低下することはない。
【0019】従って、MOS構造の素子のゲート電極の
形成材料にTiやTiNなどの高融点金属や高融点金属
化合物を用いれば、素子の動作速度を大幅に向上させた
上で、ゲート絶縁膜の信頼性を向上させることができ
る。そして、TiやTiNなどの高融点金属や高融点金
属化合物はキャリア濃度が高いため、TiやTiNなど
の高融点金属や高融点金属化合物でゲート電極を形成す
れば、ゲート電極の空乏化は全く生じなくなる。
形成材料にTiやTiNなどの高融点金属や高融点金属
化合物を用いれば、素子の動作速度を大幅に向上させた
上で、ゲート絶縁膜の信頼性を向上させることができ
る。そして、TiやTiNなどの高融点金属や高融点金
属化合物はキャリア濃度が高いため、TiやTiNなど
の高融点金属や高融点金属化合物でゲート電極を形成す
れば、ゲート電極の空乏化は全く生じなくなる。
【0020】従って、EEPROMおよびEPROMの
メモリセルにおけるフローティングゲート電極の形成材
料にTiやTiNなどの高融点金属や高融点金属化合物
を用いれば、フローティングゲート電極が空乏化しない
ためキャリアを蓄積し易くなり、書き込み特性が向上す
る。また、コントロールゲート電極の形成材料に不純物
濃度の低いドープドポリシリコンを用いれば、コントロ
ールゲート電極が空乏化しないため閾値電圧の変化をコ
ントロールゲート電極で検出し易くなり、読み出し特性
が向上する。
メモリセルにおけるフローティングゲート電極の形成材
料にTiやTiNなどの高融点金属や高融点金属化合物
を用いれば、フローティングゲート電極が空乏化しない
ためキャリアを蓄積し易くなり、書き込み特性が向上す
る。また、コントロールゲート電極の形成材料に不純物
濃度の低いドープドポリシリコンを用いれば、コントロ
ールゲート電極が空乏化しないため閾値電圧の変化をコ
ントロールゲート電極で検出し易くなり、読み出し特性
が向上する。
【0021】そして、前記した3層ポリシリコン型(ス
プリットゲート型)のEEPROMのメモリセルでは、
コントロールゲート電極の形成材料に不純物濃度の低い
ドープドポリシリコンを用いると、コントロールゲート
電極が空乏化しないためフローティングゲート電極から
キャリアを引き出し易くなり、消去特性が向上する。加
えて、フローティングゲート電極の形成材料にTiやT
iNなどの高融点金属や高融点金属化合物を用いれば、
ゲート絶縁膜の信頼性が低下しないため、書き込み特性
が劣化することはない。
プリットゲート型)のEEPROMのメモリセルでは、
コントロールゲート電極の形成材料に不純物濃度の低い
ドープドポリシリコンを用いると、コントロールゲート
電極が空乏化しないためフローティングゲート電極から
キャリアを引き出し易くなり、消去特性が向上する。加
えて、フローティングゲート電極の形成材料にTiやT
iNなどの高融点金属や高融点金属化合物を用いれば、
ゲート絶縁膜の信頼性が低下しないため、書き込み特性
が劣化することはない。
【0022】このように、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の形成材料にTiやTiN
などの高融点金属や高融点金属化合物を用いれば、諸特
性(書き込み特性、読み出し特性、消去特性)の優れた
EEPROMおよびEPROMのメモリセルを得ること
ができる。一例として、本発明を具体化したスプリット
ゲート型メモリセルの断面構造を図4に、その製造プロ
セスを図5〜図11に示す。
よびコントロールゲート電極の形成材料にTiやTiN
などの高融点金属や高融点金属化合物を用いれば、諸特
性(書き込み特性、読み出し特性、消去特性)の優れた
EEPROMおよびEPROMのメモリセルを得ること
ができる。一例として、本発明を具体化したスプリット
ゲート型メモリセルの断面構造を図4に、その製造プロ
セスを図5〜図11に示す。
【0023】図4において、p型単結晶シリコン基板1
上にゲート酸化膜2を介して浮遊ゲート3が形成されて
いる。浮遊ゲート3上にシリコン酸化膜4を介して制御
(選択)ゲート5の一部が形成されている。浮遊ゲート
3の側方のシリコン基板1上には、ゲート酸化膜2を介
して制御(選択)ゲート5の他の一部が形成されてい
る。制御ゲート(選択)ゲート5と浮遊ゲート3との間
にはシリコン酸化膜6が形成されている。
上にゲート酸化膜2を介して浮遊ゲート3が形成されて
いる。浮遊ゲート3上にシリコン酸化膜4を介して制御
(選択)ゲート5の一部が形成されている。浮遊ゲート
3の側方のシリコン基板1上には、ゲート酸化膜2を介
して制御(選択)ゲート5の他の一部が形成されてい
る。制御ゲート(選択)ゲート5と浮遊ゲート3との間
にはシリコン酸化膜6が形成されている。
【0024】浮遊ゲート3の上縁部両端には、後記する
ようにサイドウォールスペーサ7から成る突起部3aが
形成されている。そして、シリコン酸化膜4は、浮遊ゲ
ート3における突起部3aの間の凹部内に形成されてい
る。制御(選択)ゲート5は、浮遊ゲート3の一方の突
起部3aを覆うように形成されている。つまり、浮遊ゲ
ート3の突起部3a(サイドウォールスペーサ7の上端
部)は、シリコン酸化膜4下に形成された浮遊ゲート3
の平坦部から突出した形状を成している。
ようにサイドウォールスペーサ7から成る突起部3aが
形成されている。そして、シリコン酸化膜4は、浮遊ゲ
ート3における突起部3aの間の凹部内に形成されてい
る。制御(選択)ゲート5は、浮遊ゲート3の一方の突
起部3aを覆うように形成されている。つまり、浮遊ゲ
ート3の突起部3a(サイドウォールスペーサ7の上端
部)は、シリコン酸化膜4下に形成された浮遊ゲート3
の平坦部から突出した形状を成している。
【0025】このように構成されたスプリットゲート型
メモリセルにおいて、データを書き込むときには、図示
しないドレイン領域とソース領域との間に電圧を引加
し、(例えば、ドレイン領域に0V、ソース領域に12
V)、チャネル領域にチャネル電流を流すことにより、
浮遊ゲート3に電子を注入して蓄積させる。また、デー
タを消去するときには、ドレイン領域及びソース領域に
電圧を引加しないで制御(選択)ゲート5に電圧(例え
ば、14〜15V)を引加することにより、浮遊ゲート
3に蓄積されている電子を、トンネル効果を用いて制御
(選択)ゲート5へ移動させる。
メモリセルにおいて、データを書き込むときには、図示
しないドレイン領域とソース領域との間に電圧を引加
し、(例えば、ドレイン領域に0V、ソース領域に12
V)、チャネル領域にチャネル電流を流すことにより、
浮遊ゲート3に電子を注入して蓄積させる。また、デー
タを消去するときには、ドレイン領域及びソース領域に
電圧を引加しないで制御(選択)ゲート5に電圧(例え
ば、14〜15V)を引加することにより、浮遊ゲート
3に蓄積されている電子を、トンネル効果を用いて制御
(選択)ゲート5へ移動させる。
【0026】ここで、制御(選択)ゲート5とゲート酸
化膜2とドレイン領域とソース領域とで、個々のメモリ
セル自身を選択するための選択トランジスタ8が構成さ
れる。そのため、選択トランジスタ8によってメモリセ
ルの導通・非導通を制御することができ、過剰消去を防
止することができる。また、データ消去時に浮遊ゲート
3から電荷を引き抜く際には、浮遊ゲート3の突起部3
aから制御(選択)ゲート5へFNトンネル電流を流
す。すなわち、スプリットゲート型メモリセルでは、浮
遊ゲート3に突起部3aを設けることで、FNトンネル
電流に方向性をもたせている。
化膜2とドレイン領域とソース領域とで、個々のメモリ
セル自身を選択するための選択トランジスタ8が構成さ
れる。そのため、選択トランジスタ8によってメモリセ
ルの導通・非導通を制御することができ、過剰消去を防
止することができる。また、データ消去時に浮遊ゲート
3から電荷を引き抜く際には、浮遊ゲート3の突起部3
aから制御(選択)ゲート5へFNトンネル電流を流
す。すなわち、スプリットゲート型メモリセルでは、浮
遊ゲート3に突起部3aを設けることで、FNトンネル
電流に方向性をもたせている。
【0027】ここで、制御(選択)ゲート5は、浮遊ゲ
ート3の突起部3aを覆うように形成されているため、
突起部3aから制御(選択)ゲート5への電子の流れに
は強い方向性が与えられる。従って、FNトンネル電流
の方向性をきわめて強くすることができる。また、制御
(選択)ゲート5と浮遊ゲート3との間にはシリコン酸
化膜6が設けられているため、各ゲート5,3間の静電
容量を低減することができる。
ート3の突起部3aを覆うように形成されているため、
突起部3aから制御(選択)ゲート5への電子の流れに
は強い方向性が与えられる。従って、FNトンネル電流
の方向性をきわめて強くすることができる。また、制御
(選択)ゲート5と浮遊ゲート3との間にはシリコン酸
化膜6が設けられているため、各ゲート5,3間の静電
容量を低減することができる。
【0028】次に、図4に示すスプリットゲート型メモ
リセルの製造方法を図5〜図11に従って説明する。 工程1(図5参照):熱酸化法を用い、p型単結晶シリ
コン基板1上にゲート酸化膜2となるシリコン酸化膜を
形成する。次に、マグネトロンスパッタ法を用い、ゲー
ト酸化膜2上に窒化チタン(TiN)膜9を形成する。
続いて、CVD法を用い、TiN膜9上にシリコン酸化
膜4を形成する。
リセルの製造方法を図5〜図11に従って説明する。 工程1(図5参照):熱酸化法を用い、p型単結晶シリ
コン基板1上にゲート酸化膜2となるシリコン酸化膜を
形成する。次に、マグネトロンスパッタ法を用い、ゲー
ト酸化膜2上に窒化チタン(TiN)膜9を形成する。
続いて、CVD法を用い、TiN膜9上にシリコン酸化
膜4を形成する。
【0029】工程2(図6参照):浮遊ゲート3を形成
するために、シリコン酸化膜4上にエッチングマスクと
なるレジストマスク10を形成する。 工程3(図7参照):TiN膜9及びシリコン酸化膜4
をドライエッチング加工した後、マグネトロンスパッタ
法を用い、デバイスの全面にTiN膜11を形成する。
するために、シリコン酸化膜4上にエッチングマスクと
なるレジストマスク10を形成する。 工程3(図7参照):TiN膜9及びシリコン酸化膜4
をドライエッチング加工した後、マグネトロンスパッタ
法を用い、デバイスの全面にTiN膜11を形成する。
【0030】工程4(図8参照):異方性全面エッチバ
ックを行い、TiN膜9及びシリコン酸化膜4の側壁
に、サイドウォールスペーサ7を形成する。これによ
り、サイドウォールスペーサ7とTiN膜9とで浮遊ゲ
ート3が構成される。サイドウォールスペーサ7の先端
部は浮遊ゲート3から上方に突出し、突出部3aを形成
する。
ックを行い、TiN膜9及びシリコン酸化膜4の側壁
に、サイドウォールスペーサ7を形成する。これによ
り、サイドウォールスペーサ7とTiN膜9とで浮遊ゲ
ート3が構成される。サイドウォールスペーサ7の先端
部は浮遊ゲート3から上方に突出し、突出部3aを形成
する。
【0031】尚、図示しないが、この状態で、浮遊ゲー
ト3及びサイドウォールスペーサ7の一側方のシリコン
基板1表面をマスクし、イオン注入及び熱処理を行うこ
とで、サイドウォールスペーサ7の他側方のシリコン基
板1表面にソース領域を形成する。 工程5(図9参照):熱酸化法及びCVD法を用いてシ
リコン酸化膜6を積層形成する。
ト3及びサイドウォールスペーサ7の一側方のシリコン
基板1表面をマスクし、イオン注入及び熱処理を行うこ
とで、サイドウォールスペーサ7の他側方のシリコン基
板1表面にソース領域を形成する。 工程5(図9参照):熱酸化法及びCVD法を用いてシ
リコン酸化膜6を積層形成する。
【0032】工程6(図10参照):減圧CVD法を用
いてデバイスの全面にドープドポリシリコン膜12を形
成し、そのドープドポリシリコン膜12をパターニング
することで、制御(選択)ゲート5を形成する。 工程7(図11参照):制御(選択)ゲート5とシリコ
ン酸化膜4及び浮遊ゲート3をイオン注入用マスクとし
て、サイドウォールスペーサ7の一側方のシリコン基板
1表面に不純物をイオン注入し、更に熱処理すること
で、ソース領域に対するドレイン領域(図示略)を形成
する。
いてデバイスの全面にドープドポリシリコン膜12を形
成し、そのドープドポリシリコン膜12をパターニング
することで、制御(選択)ゲート5を形成する。 工程7(図11参照):制御(選択)ゲート5とシリコ
ン酸化膜4及び浮遊ゲート3をイオン注入用マスクとし
て、サイドウォールスペーサ7の一側方のシリコン基板
1表面に不純物をイオン注入し、更に熱処理すること
で、ソース領域に対するドレイン領域(図示略)を形成
する。
【0033】以上の工程により、スプリットゲート型メ
モリセルが形成される。さて、図1はゲート電極の形成
材料にTiNを用いたMOSダイオードにおける容量−
電圧(C−V)特性を、図2はゲート電極の形成材料に
ドープドポリシリコンを用いたMOSダイオードにおけ
るC−V特性をそれぞれ示したものである。
モリセルが形成される。さて、図1はゲート電極の形成
材料にTiNを用いたMOSダイオードにおける容量−
電圧(C−V)特性を、図2はゲート電極の形成材料に
ドープドポリシリコンを用いたMOSダイオードにおけ
るC−V特性をそれぞれ示したものである。
【0034】尚、MOSダイオードでは、ゲート電極が
上部電極、単結晶シリコン基板が下部電極、ゲート酸化
膜が誘電体膜として機能する。図1と図2を比較する
と、C−V特性のカーブはほぼ同等である。従って、ゲ
ート電極の形成材料にTiNを用いても、ドープドポリ
シリコンを用いた場合と同様のC−V特性を得られるこ
とがわかる。尚、図1と図2では縦軸(静電容量)のス
ケールが異なるが、これは測定に用いたMOSダイオー
ドの電極面積が異なるためである。
上部電極、単結晶シリコン基板が下部電極、ゲート酸化
膜が誘電体膜として機能する。図1と図2を比較する
と、C−V特性のカーブはほぼ同等である。従って、ゲ
ート電極の形成材料にTiNを用いても、ドープドポリ
シリコンを用いた場合と同様のC−V特性を得られるこ
とがわかる。尚、図1と図2では縦軸(静電容量)のス
ケールが異なるが、これは測定に用いたMOSダイオー
ドの電極面積が異なるためである。
【0035】図3はゲート電極の形成材料にTiNを用
いたMOSダイオードと、ゲート電極の形成材料にドー
プドポリシリコンを用いたMOSダイオードにおけるT
DDB(Time Dependent Dielectric Breakdown )特性
を示したものである。シリコン酸化膜のような絶縁膜
は、初期的な絶縁耐圧より低い電圧であっても、ある一
定の電圧を印加し続けると、ある時間が経過した後に絶
縁破壊に至ることがある。この絶縁破壊に至る時間は絶
縁膜に加えられる電界強度の関数である。この現象は、
経時的絶縁破壊現象(TDDB)と呼ばれ、電界ストレ
スによる疲労現象である。図3では、MOSダイオード
に一定電流を流し、ゲート酸化膜が絶縁破壊を起こした
時点における電流量を測定した。従って、電流量が多い
ほどゲート酸化膜の信頼性は高いといえる。すなわち、
測定曲線が横軸(電流量)に対して右側にあるほど、ゲ
ート酸化膜の信頼性は高くなる。TiNとポリシリコン
(polySi)を比較すると、TiNの方が信頼性が高いこ
とがわかる。
いたMOSダイオードと、ゲート電極の形成材料にドー
プドポリシリコンを用いたMOSダイオードにおけるT
DDB(Time Dependent Dielectric Breakdown )特性
を示したものである。シリコン酸化膜のような絶縁膜
は、初期的な絶縁耐圧より低い電圧であっても、ある一
定の電圧を印加し続けると、ある時間が経過した後に絶
縁破壊に至ることがある。この絶縁破壊に至る時間は絶
縁膜に加えられる電界強度の関数である。この現象は、
経時的絶縁破壊現象(TDDB)と呼ばれ、電界ストレ
スによる疲労現象である。図3では、MOSダイオード
に一定電流を流し、ゲート酸化膜が絶縁破壊を起こした
時点における電流量を測定した。従って、電流量が多い
ほどゲート酸化膜の信頼性は高いといえる。すなわち、
測定曲線が横軸(電流量)に対して右側にあるほど、ゲ
ート酸化膜の信頼性は高くなる。TiNとポリシリコン
(polySi)を比較すると、TiNの方が信頼性が高いこ
とがわかる。
【0036】ところで、特開昭60−105279号公
報(IPC;H01L29/78,H01L27/10 )には、SAMOS(St
acked gate Avalanche injection MOS)構造のEEPR
OMのメモリセルにおいて、フローティングゲート電極
をモリブデンシリサイドで形成する発明が開示されてい
る。しかし、例えば、MOSi2の比抵抗は1×10-4
Ω・cmであり、TiNのそれの約5倍もある。従っ
て、モリブデンシリサイドを用いても、上記したTiN
やTiを用いた場合のような効果は得られない。
報(IPC;H01L29/78,H01L27/10 )には、SAMOS(St
acked gate Avalanche injection MOS)構造のEEPR
OMのメモリセルにおいて、フローティングゲート電極
をモリブデンシリサイドで形成する発明が開示されてい
る。しかし、例えば、MOSi2の比抵抗は1×10-4
Ω・cmであり、TiNのそれの約5倍もある。従っ
て、モリブデンシリサイドを用いても、上記したTiN
やTiを用いた場合のような効果は得られない。
【0037】尚、上記実施形態は以下のように変更して
もよく、その場合でも同様の作用および効果を得ること
ができる。 (1)Ti、TiNだけでなく、その他の高融点金属
(モリブデン、タングステン、タンタル、ハフニウム、
ジルコニウム、ニオブ、バナジウム、レニウム、クロ
ム、プラチナ、イリジウム、オスミウム、ロジウムな
ど)や高融点金属化合物を用いて実施する。
もよく、その場合でも同様の作用および効果を得ること
ができる。 (1)Ti、TiNだけでなく、その他の高融点金属
(モリブデン、タングステン、タンタル、ハフニウム、
ジルコニウム、ニオブ、バナジウム、レニウム、クロ
ム、プラチナ、イリジウム、オスミウム、ロジウムな
ど)や高融点金属化合物を用いて実施する。
【0038】(2)複数の種類の高融点金属や高融点金
属化合物を積層させて実施する。以上、各実施例につい
て説明したが、各実施形態から把握できる請求項以外の
技術的思想について、以下にそれらの効果と共に記載す
る。 (イ)フラッシュメモリのメモリセルを備えた半導体装
置において、フローティングゲート電極またはコントロ
ールゲート電極の形成材料として高融点金属または高融
点金属化合物を用いた半導体装置。
属化合物を積層させて実施する。以上、各実施例につい
て説明したが、各実施形態から把握できる請求項以外の
技術的思想について、以下にそれらの効果と共に記載す
る。 (イ)フラッシュメモリのメモリセルを備えた半導体装
置において、フローティングゲート電極またはコントロ
ールゲート電極の形成材料として高融点金属または高融
点金属化合物を用いた半導体装置。
【0039】このようにすれば、諸特性の優れたフラッ
シュメモリを得ることができる。 (ロ)請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体装置
において、前記高融点金属はモリブデン、タングステ
ン、タンタル、ハフニウム、ジルコニウム、ニオブ、バ
ナジウム、レニウム、クロム、プラチナ、イリジウム、
オスミウム、ロジウムからなるグループから選択された
一つの金属単体、または前記グループから選択された複
数の金属の合金である半導体装置。
シュメモリを得ることができる。 (ロ)請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体装置
において、前記高融点金属はモリブデン、タングステ
ン、タンタル、ハフニウム、ジルコニウム、ニオブ、バ
ナジウム、レニウム、クロム、プラチナ、イリジウム、
オスミウム、ロジウムからなるグループから選択された
一つの金属単体、または前記グループから選択された複
数の金属の合金である半導体装置。
【0040】このようにすれば、低抵抗なゲート電極を
具体化することができる。ところで、本明細書におい
て、発明の構成に係る部材は以下のように定義されるも
のとする。 (a)高融点金属とは、チタンだけでなく、モリブデ
ン、タングステン、タンタル、ハフニウム、ジルコニウ
ム、ニオブ、バナジウム、レニウム、クロム、プラチ
ナ、イリジウム、オスミウム、ロジウムをも含むものと
する。
具体化することができる。ところで、本明細書におい
て、発明の構成に係る部材は以下のように定義されるも
のとする。 (a)高融点金属とは、チタンだけでなく、モリブデ
ン、タングステン、タンタル、ハフニウム、ジルコニウ
ム、ニオブ、バナジウム、レニウム、クロム、プラチ
ナ、イリジウム、オスミウム、ロジウムをも含むものと
する。
【0041】(b)EEPROMのメモリセルとして
は、2層ポリシリコン型(スタックトゲート型)や3層
ポリシリコン型(スプリットゲート型ともいう)だけで
なく、あらゆる構造のメモリセルをも含むものとする。
は、2層ポリシリコン型(スタックトゲート型)や3層
ポリシリコン型(スプリットゲート型ともいう)だけで
なく、あらゆる構造のメモリセルをも含むものとする。
【0042】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ゲ
ート絶縁膜の信頼性が高い上に、低抵抗なゲート電極を
備えた半導体装置を提供することができる。また、諸特
性(書き込み特性、読み出し特性、消去特性)の優れた
EEPROMまたはEPROMのメモリセルを備えた半
導体装置を提供することができる。
ート絶縁膜の信頼性が高い上に、低抵抗なゲート電極を
備えた半導体装置を提供することができる。また、諸特
性(書き込み特性、読み出し特性、消去特性)の優れた
EEPROMまたはEPROMのメモリセルを備えた半
導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の作用を説明するための特性
図である。
図である。
【図2】本発明の実施形態の作用を説明するための特性
図である。
図である。
【図3】本発明の実施形態の作用を説明するための特性
図である。
図である。
【図4】本発明の実施形態における半導体装置の断面図
である。
である。
【図5】本発明の実施形態における半導体装置の製造プ
ロセスを示す断面図である。
ロセスを示す断面図である。
【図6】本発明の実施形態における半導体装置の製造プ
ロセスを示す断面図である。
ロセスを示す断面図である。
【図7】本発明の実施形態における半導体装置の製造プ
ロセスを示す断面図である。
ロセスを示す断面図である。
【図8】本発明の実施形態における半導体装置の製造プ
ロセスを示す断面図である。
ロセスを示す断面図である。
【図9】本発明の実施形態における半導体装置の製造プ
ロセスを示す断面図である。
ロセスを示す断面図である。
【図10】本発明の実施形態における半導体装置の製造
プロセスを示す断面図である。
プロセスを示す断面図である。
【図11】本発明の実施形態における半導体装置の製造
プロセスを示す断面図である。
プロセスを示す断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/43 29/78
Claims (6)
- 【請求項1】 高融点金属または高融点金属化合物の単
層構造または積層構造によってゲート電極が形成された
半導体装置。 - 【請求項2】 シリコンゲートMIS構造を含むMIS
構造の素子を備えた半導体装置において、ゲート電極の
形成材料として高融点金属または高融点金属化合物を用
いた半導体装置。 - 【請求項3】 EEPROMまたはEPROMのメモリ
セルを備えた半導体装置において、フローティングゲー
ト電極またはコントロールゲート電極の形成材料として
高融点金属または高融点金属化合物を用いた半導体装
置。 - 【請求項4】 シリコンゲートMIS構造を含むMIS
構造の素子を備えた半導体装置において、高融点金属ま
たは高融点金属化合物の積層構造によって形成されたゲ
ート電極を備えた半導体装置。 - 【請求項5】 EEPROMまたはEPROMのメモリ
セルを備えた半導体装置において、高融点金属または高
融点金属化合物の積層構造によって形成されたフローテ
ィングゲート電極またはコントロールゲート電極を備え
た半導体装置。 - 【請求項6】 請求項1〜5のいずれか1項に記載の半
導体装置において、前記高融点金属はチタンであり、前
記高融点金属化合物は窒化チタンである半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8123493A JPH0936265A (ja) | 1995-05-18 | 1996-05-17 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7-120127 | 1995-05-18 | ||
JP12012795 | 1995-05-18 | ||
JP8123493A JPH0936265A (ja) | 1995-05-18 | 1996-05-17 | 半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0936265A true JPH0936265A (ja) | 1997-02-07 |
Family
ID=26457755
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP8123493A Pending JPH0936265A (ja) | 1995-05-18 | 1996-05-17 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH0936265A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000150680A (ja) * | 1998-11-12 | 2000-05-30 | Fujitsu Ltd | 半導体記憶装置 |
WO2008041536A1 (fr) * | 2006-10-02 | 2008-04-10 | Renesas Technology Corp. | Dispositif de stockage à semi-conducteurs non volatile et son procédé de fonctionnement |
-
1996
- 1996-05-17 JP JP8123493A patent/JPH0936265A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000150680A (ja) * | 1998-11-12 | 2000-05-30 | Fujitsu Ltd | 半導体記憶装置 |
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JP2008091621A (ja) * | 2006-10-02 | 2008-04-17 | Renesas Technology Corp | 不揮発性半導体記憶装置およびその動作方法 |
US7911852B2 (en) | 2006-10-02 | 2011-03-22 | Renesas Electronics Corporation | Nonvolatile semiconductor memory device and operation method thereof |
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