JPH11150195A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JPH11150195A JPH11150195A JP9317887A JP31788797A JPH11150195A JP H11150195 A JPH11150195 A JP H11150195A JP 9317887 A JP9317887 A JP 9317887A JP 31788797 A JP31788797 A JP 31788797A JP H11150195 A JPH11150195 A JP H11150195A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 小さな結晶粒径を有する多結晶シリコン層で
構成された浮遊ゲートを有するフラッシュメモリを形成
し、これにより、フラッシュメモリに於いて、過剰消去
不良発生の頻度を低減させる半導体装置及びその製造方
法を提供する。 【解決手段】 半導体基板1上に設けたゲート酸化膜3
上にゲート電極50を有するMOS型半導体装置におい
て、当該ゲート電極50がグレインを有する多結晶シリ
コン層5と、少なくとももう1層の多結晶シリコン層7
からなる多層構造で構成された半導体装置100。
構成された浮遊ゲートを有するフラッシュメモリを形成
し、これにより、フラッシュメモリに於いて、過剰消去
不良発生の頻度を低減させる半導体装置及びその製造方
法を提供する。 【解決手段】 半導体基板1上に設けたゲート酸化膜3
上にゲート電極50を有するMOS型半導体装置におい
て、当該ゲート電極50がグレインを有する多結晶シリ
コン層5と、少なくとももう1層の多結晶シリコン層7
からなる多層構造で構成された半導体装置100。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はMOS型半導体装置
及びその製造方法に関するものであり、特にゲート電極
と半導体基板との間に電流を流す事を特徴とする不揮発
性メモリに対して有効な半導体装置及びその製造方法に
関するものである。
及びその製造方法に関するものであり、特にゲート電極
と半導体基板との間に電流を流す事を特徴とする不揮発
性メモリに対して有効な半導体装置及びその製造方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】記憶装置の記憶能力の向上に関しては、
多くの研究開発が行われており、中でも、一度にセルア
レイ全体を電気的に消去できる不揮発性メモリであるフ
ラッシュメモリが近年脚光を浴びている。代表的なフラ
ッシュメモリの構造は電気的に絶縁された浮遊ゲート電
極を有する事を特徴としている。
多くの研究開発が行われており、中でも、一度にセルア
レイ全体を電気的に消去できる不揮発性メモリであるフ
ラッシュメモリが近年脚光を浴びている。代表的なフラ
ッシュメモリの構造は電気的に絶縁された浮遊ゲート電
極を有する事を特徴としている。
【0003】この浮遊ゲート電極に電荷を誘起させて、
これを記憶情報として保持することができる。この情報
の書込や消去は、ソースもしくはシリコン基板と第2ゲ
ート電極の間に電圧を印加し、浮遊ゲート電極に電荷を
注入もしくは浮遊ゲート電極から電荷を放出させる。こ
のため第一ゲート酸化膜に流れる電流はセルアレイ全体
で均一であることが要求される。しかしながらソース及
びドレイン形成時や層間絶縁膜のリフロー時の熱処理に
よって浮遊ゲートに熱が加わる為に多結晶シリコンの結
晶粒が成長し、n型あるいはp型の不純物が多量に結晶
粒界に存在することになる。
これを記憶情報として保持することができる。この情報
の書込や消去は、ソースもしくはシリコン基板と第2ゲ
ート電極の間に電圧を印加し、浮遊ゲート電極に電荷を
注入もしくは浮遊ゲート電極から電荷を放出させる。こ
のため第一ゲート酸化膜に流れる電流はセルアレイ全体
で均一であることが要求される。しかしながらソース及
びドレイン形成時や層間絶縁膜のリフロー時の熱処理に
よって浮遊ゲートに熱が加わる為に多結晶シリコンの結
晶粒が成長し、n型あるいはp型の不純物が多量に結晶
粒界に存在することになる。
【0004】このため、第1ゲート酸化膜と浮遊ゲート
である第2ゲート電極の界面には巨大なオキサイドリッ
ジが発生し(文献:1991年IEEE/IRPS:I
nternational Reliability
Physics Symposium予稿集331
頁)、浮遊ゲートから電荷を放出させる消去時に過剰消
去電流が発生し、それが原因で、動作不良をおこしてし
まう。この結果フラッシュメモリの製造歩留まりが低下
してしまうと言う問題があった。
である第2ゲート電極の界面には巨大なオキサイドリッ
ジが発生し(文献:1991年IEEE/IRPS:I
nternational Reliability
Physics Symposium予稿集331
頁)、浮遊ゲートから電荷を放出させる消去時に過剰消
去電流が発生し、それが原因で、動作不良をおこしてし
まう。この結果フラッシュメモリの製造歩留まりが低下
してしまうと言う問題があった。
【0005】ところで、抵抗負荷型のSRAM等のデバ
イスにおいては、抵抗層の多結晶シリコンの抵抗値の低
下を防止するために多結晶シリコン層を多結晶シリコン
層/酸化シリコン層/多結晶シリコン層の3層構造にす
る技術(特開平1−244659)がすでに知られてい
る。かかる、従来例が、フラッシュメモリにおける多結
晶シリコン浮遊ゲートの結晶粒の成長防止にならないか
を検討してみる。
イスにおいては、抵抗層の多結晶シリコンの抵抗値の低
下を防止するために多結晶シリコン層を多結晶シリコン
層/酸化シリコン層/多結晶シリコン層の3層構造にす
る技術(特開平1−244659)がすでに知られてい
る。かかる、従来例が、フラッシュメモリにおける多結
晶シリコン浮遊ゲートの結晶粒の成長防止にならないか
を検討してみる。
【0006】つまり、その構造は図6(B)に示したよ
うになっている。この時の製造方法は図6(A)に示す
ように、P型シリコン基板1上に素子領域を島状に分離
するフィールド酸化膜2を形成し、シリコン基板1の素
子領域表面には第1ゲート酸化膜3が形成されている。
第1ゲート酸化膜3を形成した後、多結晶シリコン膜4
をCVD法により約70nmの厚さに形成したところ
で、成長ガスを乾燥酸素に変え、多結晶シリコン膜4の
表面に2〜5nm程度の厚さの酸化シリコン層6を形成
する。
うになっている。この時の製造方法は図6(A)に示す
ように、P型シリコン基板1上に素子領域を島状に分離
するフィールド酸化膜2を形成し、シリコン基板1の素
子領域表面には第1ゲート酸化膜3が形成されている。
第1ゲート酸化膜3を形成した後、多結晶シリコン膜4
をCVD法により約70nmの厚さに形成したところ
で、成長ガスを乾燥酸素に変え、多結晶シリコン膜4の
表面に2〜5nm程度の厚さの酸化シリコン層6を形成
する。
【0007】再び成長ガスを元に戻し、酸化シリコン層
6の上に多結晶シリコン層7を約70nm程度形成す
る。次にこの多結晶シリコン膜7に例えば2×1020a
toms/ccの不純物を拡散した後、ホトリソグラフ
ィ技術及び異方性エッチングにより多結晶シリコン膜
4、酸化シリコン層6、多結晶シリコン層7の3層を第
1ゲート電極として形成する。
6の上に多結晶シリコン層7を約70nm程度形成す
る。次にこの多結晶シリコン膜7に例えば2×1020a
toms/ccの不純物を拡散した後、ホトリソグラフ
ィ技術及び異方性エッチングにより多結晶シリコン膜
4、酸化シリコン層6、多結晶シリコン層7の3層を第
1ゲート電極として形成する。
【0008】次に図6(B)に示すように、多結晶シリ
コン膜7上にCVD法により下層第2ゲート酸化膜8を
7nm程度堆積し、その上に窒化膜9を5nm程度形成
し、この窒化膜9を含む表面上に上層第2ゲート酸化膜
10を7nm程度堆積する。これにより多結晶シリコン
層4、酸化シリコン層6、多結晶シリコン層7によって
構成される第1ゲート電極は浮遊ゲートとして形成され
る。
コン膜7上にCVD法により下層第2ゲート酸化膜8を
7nm程度堆積し、その上に窒化膜9を5nm程度形成
し、この窒化膜9を含む表面上に上層第2ゲート酸化膜
10を7nm程度堆積する。これにより多結晶シリコン
層4、酸化シリコン層6、多結晶シリコン層7によって
構成される第1ゲート電極は浮遊ゲートとして形成され
る。
【0009】次に上層第2ゲート酸化膜10を含む表面
上に第2ゲート電極11として多結晶シリコン膜14を
150nm程度形成する。そして第2ゲート電極上に層
間絶縁膜12を500nm程度形成し、この層間絶縁膜
にホトリソグラフィ技術及び異方性エッチング技術を用
いてコンタクトホールを形成し、金属配線13を形成す
る。以上の工程により第1と第2のゲート電極を有する
不揮発性メモリが製造される。
上に第2ゲート電極11として多結晶シリコン膜14を
150nm程度形成する。そして第2ゲート電極上に層
間絶縁膜12を500nm程度形成し、この層間絶縁膜
にホトリソグラフィ技術及び異方性エッチング技術を用
いてコンタクトホールを形成し、金属配線13を形成す
る。以上の工程により第1と第2のゲート電極を有する
不揮発性メモリが製造される。
【0010】又、別の従来例として特開平6−2954
0号公報が知られており、その構造は、図7に示す様
に、P型シリコン基板41上に素子領域を島状に分離す
るフィールド酸化膜42を形成し、シリコン基板41の
素子領域表面には第1ゲート酸化膜43が形成されてい
る。第1ゲート酸化膜43を形成した後、多結晶シリコ
ン膜45をCVD法により約30〜50nmの厚さに形
成したところで、700℃から800℃の温度でN2ア
ニール、又は室温で短時間放置させることにより、多結
晶シリコン膜45の表面に2〜3nm程度の厚さの酸化
シリコン層46を形成する。
0号公報が知られており、その構造は、図7に示す様
に、P型シリコン基板41上に素子領域を島状に分離す
るフィールド酸化膜42を形成し、シリコン基板41の
素子領域表面には第1ゲート酸化膜43が形成されてい
る。第1ゲート酸化膜43を形成した後、多結晶シリコ
ン膜45をCVD法により約30〜50nmの厚さに形
成したところで、700℃から800℃の温度でN2ア
ニール、又は室温で短時間放置させることにより、多結
晶シリコン膜45の表面に2〜3nm程度の厚さの酸化
シリコン層46を形成する。
【0011】酸化シリコン層46の上に多結晶シリコン
層47を約100〜150nm程度形成する。次にこの
多結晶シリコン膜47に1〜8×1014atoms/c
m2の不純物を注入した後、ホトリソグラフィ技術及び
異方性エッチングにより多結晶シリコン膜45、酸化シ
リコン層46、多結晶シリコン層47の3層を第1ゲー
ト電極として形成する。
層47を約100〜150nm程度形成する。次にこの
多結晶シリコン膜47に1〜8×1014atoms/c
m2の不純物を注入した後、ホトリソグラフィ技術及び
異方性エッチングにより多結晶シリコン膜45、酸化シ
リコン層46、多結晶シリコン層47の3層を第1ゲー
ト電極として形成する。
【0012】次に多結晶シリコン膜47上にCVD法に
より下層第2ゲート酸化膜を7nm程度堆積し、その上
に窒化膜を5nm程度形成し、この窒化膜を含む表面上
に上層第2ゲート酸化膜を7nm程度堆積する。これに
より多結晶シリコン層、酸化シリコン層、多結晶シリコ
ン層によって構成される第1ゲート電極は浮遊ゲートと
して形成される。
より下層第2ゲート酸化膜を7nm程度堆積し、その上
に窒化膜を5nm程度形成し、この窒化膜を含む表面上
に上層第2ゲート酸化膜を7nm程度堆積する。これに
より多結晶シリコン層、酸化シリコン層、多結晶シリコ
ン層によって構成される第1ゲート電極は浮遊ゲートと
して形成される。
【0013】次に上層第2ゲート酸化膜を含む表面上に
第2ゲート電極として多結晶シリコン膜を150nm程
度形成する。そして第2ゲート電極上に層間絶縁膜を5
00nm程度形成し、この層間絶縁膜にホトリソグラフ
ィ技術及び異方性エッチング技術を用いてコンタクトホ
ールを形成し、金属配線を形成する。以上の工程により
第1と第2のゲート電極を有する不揮発性メモリが製造
される。
第2ゲート電極として多結晶シリコン膜を150nm程
度形成する。そして第2ゲート電極上に層間絶縁膜を5
00nm程度形成し、この層間絶縁膜にホトリソグラフ
ィ技術及び異方性エッチング技術を用いてコンタクトホ
ールを形成し、金属配線を形成する。以上の工程により
第1と第2のゲート電極を有する不揮発性メモリが製造
される。
【0014】
【発明が解決しようする課題】処で、上記した第1の従
来例に於いては、例えば、浮遊ゲート型不揮発性MOS
メモリでは、第1ゲート電極である多結晶シリコン層に
リン等の不純物を拡散しているために、前記した文献か
らも明らかな様に、浮遊ゲート型不揮発性MOSメモリ
の製造工程における拡散層形成時の熱処理、層間絶縁膜
のリフロー時の熱処理により、結晶粒界を通じて不純物
が拡散し第一ゲート酸化膜に到達する。
来例に於いては、例えば、浮遊ゲート型不揮発性MOS
メモリでは、第1ゲート電極である多結晶シリコン層に
リン等の不純物を拡散しているために、前記した文献か
らも明らかな様に、浮遊ゲート型不揮発性MOSメモリ
の製造工程における拡散層形成時の熱処理、層間絶縁膜
のリフロー時の熱処理により、結晶粒界を通じて不純物
が拡散し第一ゲート酸化膜に到達する。
【0015】この為第一ゲート酸化膜の結晶粒界付近で
は、不純物が酸化膜中に拡散し第一ゲート酸化膜が盛り
上がり、第1ゲート電極の中に酸化膜が入り込み、リン
等のn型不純物が酸化膜中に拡散する現象(オキサイド
リッジ)が生じる。この現象により浮遊ゲート型不揮発
性MOSメモリの浮遊ゲートへの電荷の注入、引き出し
時に過剰消去電流が生じる。このため動作不良が発生
し、浮遊ゲート型不揮発性MOSメモリの製造歩留まり
を劣化させる要因となる。
は、不純物が酸化膜中に拡散し第一ゲート酸化膜が盛り
上がり、第1ゲート電極の中に酸化膜が入り込み、リン
等のn型不純物が酸化膜中に拡散する現象(オキサイド
リッジ)が生じる。この現象により浮遊ゲート型不揮発
性MOSメモリの浮遊ゲートへの電荷の注入、引き出し
時に過剰消去電流が生じる。このため動作不良が発生
し、浮遊ゲート型不揮発性MOSメモリの製造歩留まり
を劣化させる要因となる。
【0016】一方、上記した第2の従来例に於いては、
多結晶シリコン層48を多結晶シリコン層/酸化シリコ
ン層/多結晶シリコン層の3層構造にする技術を用いて
浮遊ゲート型不揮発性MOSメモリを製造した場合に
は、結晶粒の成長を抑制することができ、オキサイドリ
ッジの発生を均一化し、過剰消去不良をある程度は減少
させることができる。
多結晶シリコン層48を多結晶シリコン層/酸化シリコ
ン層/多結晶シリコン層の3層構造にする技術を用いて
浮遊ゲート型不揮発性MOSメモリを製造した場合に
は、結晶粒の成長を抑制することができ、オキサイドリ
ッジの発生を均一化し、過剰消去不良をある程度は減少
させることができる。
【0017】しかしながら当該従来例における目的は多
結晶シリコンの抵抗値の減少を抑制することにあるた
め、多結晶シリコン層の中央部分に酸化シリコン層を形
成する事が特徴となっている。その為、結晶粒の成長抑
制による第1ゲート酸化膜と第1ゲート電極の界面に発
生するオキサイドリッジに対しては抑制効果が薄く、過
剰消去電流の大幅な減少は望めない。
結晶シリコンの抵抗値の減少を抑制することにあるた
め、多結晶シリコン層の中央部分に酸化シリコン層を形
成する事が特徴となっている。その為、結晶粒の成長抑
制による第1ゲート酸化膜と第1ゲート電極の界面に発
生するオキサイドリッジに対しては抑制効果が薄く、過
剰消去電流の大幅な減少は望めない。
【0018】仮に、当該従来例に従い、浮遊ゲートを多
結晶シリコン層/酸化シリコン層/多結晶シリコン層の
3層構造にした場合、結晶粒の成長を抑制し、過剰消去
電流を抑制することが出来る可能性がある。しかしなが
ら、フラッシュメモリの高集積化に伴い、16Mビット
以降の集積度に於いては50nm以下のサイズの多結晶
シリコンが必要となる(文献:1994年 IEEE/
IEDM94’Technical Digest 8
47頁)。
結晶シリコン層/酸化シリコン層/多結晶シリコン層の
3層構造にした場合、結晶粒の成長を抑制し、過剰消去
電流を抑制することが出来る可能性がある。しかしなが
ら、フラッシュメモリの高集積化に伴い、16Mビット
以降の集積度に於いては50nm以下のサイズの多結晶
シリコンが必要となる(文献:1994年 IEEE/
IEDM94’Technical Digest 8
47頁)。
【0019】ここで第2の従来例における浮遊ゲートの
下層部分の成長は多結晶シリコン成長である為、熱処理
および浮遊ゲートの不純物量をコントロールしても50
nm程度以上のグレインサイズとなる。よって第2の従
来例における過剰消去電流の抑制は16Mビット以上の
集積度におけるフラッシュメモリにおいては、その改善
効果が小さくなる。
下層部分の成長は多結晶シリコン成長である為、熱処理
および浮遊ゲートの不純物量をコントロールしても50
nm程度以上のグレインサイズとなる。よって第2の従
来例における過剰消去電流の抑制は16Mビット以上の
集積度におけるフラッシュメモリにおいては、その改善
効果が小さくなる。
【0020】したがって、本発明の目的は、上記した従
来技術の欠点を改良し、50nm以下の結晶粒サイズを
有する多結晶シリコン層で構成されたゲート電極、特に
はな浮遊ゲートを有するフラッシュメモリを形成し、こ
れにより16Mビット以降の集積度を有するフラッシュ
メモリに於いて、過剰消去不良発生の頻度を低減させる
半導体装置及びその製造方法を提供することである。
来技術の欠点を改良し、50nm以下の結晶粒サイズを
有する多結晶シリコン層で構成されたゲート電極、特に
はな浮遊ゲートを有するフラッシュメモリを形成し、こ
れにより16Mビット以降の集積度を有するフラッシュ
メモリに於いて、過剰消去不良発生の頻度を低減させる
半導体装置及びその製造方法を提供することである。
【0021】
【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、以下に記載されたような技術構成を採用
するものである。即ち、本発明に係る第1の態様として
は、半導体基板上に設けたゲート酸化膜上にゲート電極
を有するMOS型半導体装置において、当該ゲート電極
がグレインを有する多結晶シリコン層と、少なくともも
う1層の多結晶シリコン層からなる多層構造で構成され
た半導体装置であり、又、本発明に係る第2の態様とし
ては、半導体基板上に設けたゲート酸化膜上にゲート電
極を有するMOS型半導体装置の製造において、半導体
基板上にゲート酸化膜を形成する第1の工程、当該ゲー
ト酸化膜上にアモルファスシリコン層を形成する第2の
工程、当該アモルファスシリコン層上にグレインを有す
る多結晶シリコン層を形成する第3の工程、当該グレイ
ンを有する多結晶シリコン層上に多結晶シリコン層を形
成する第4の工程、とから構成されている半導体装置の
製造方法である。
達成するため、以下に記載されたような技術構成を採用
するものである。即ち、本発明に係る第1の態様として
は、半導体基板上に設けたゲート酸化膜上にゲート電極
を有するMOS型半導体装置において、当該ゲート電極
がグレインを有する多結晶シリコン層と、少なくともも
う1層の多結晶シリコン層からなる多層構造で構成され
た半導体装置であり、又、本発明に係る第2の態様とし
ては、半導体基板上に設けたゲート酸化膜上にゲート電
極を有するMOS型半導体装置の製造において、半導体
基板上にゲート酸化膜を形成する第1の工程、当該ゲー
ト酸化膜上にアモルファスシリコン層を形成する第2の
工程、当該アモルファスシリコン層上にグレインを有す
る多結晶シリコン層を形成する第3の工程、当該グレイ
ンを有する多結晶シリコン層上に多結晶シリコン層を形
成する第4の工程、とから構成されている半導体装置の
製造方法である。
【0022】又、本発明に係る第3の態様としては、半
導体基板上に設けたゲート酸化膜上にゲート電極を有す
るMOS型半導体装置の製造において、半導体基板上に
ゲート酸化膜を形成する第1の工程、当該ゲート酸化膜
上にアモルファスシリコン層を形成する第2の工程、当
該アモルファスシリコン層上にグレインを有する多結晶
シリコン層を形成する第3の工程、当該グレインを有す
る多結晶シリコン層上に酸化膜若しくは窒化膜を形成す
る第4の工程、当該酸化膜上に多結晶シリコン層を形成
する第5の工程、とから構成されている半導体装置の製
造方法である。
導体基板上に設けたゲート酸化膜上にゲート電極を有す
るMOS型半導体装置の製造において、半導体基板上に
ゲート酸化膜を形成する第1の工程、当該ゲート酸化膜
上にアモルファスシリコン層を形成する第2の工程、当
該アモルファスシリコン層上にグレインを有する多結晶
シリコン層を形成する第3の工程、当該グレインを有す
る多結晶シリコン層上に酸化膜若しくは窒化膜を形成す
る第4の工程、当該酸化膜上に多結晶シリコン層を形成
する第5の工程、とから構成されている半導体装置の製
造方法である。
【0023】
【発明の実施の形態】本発明に係る当該半導体装置及び
半導体装置の製造方法は、上記した様な技術構成を有し
ているので、半導体基板上に設けたゲート酸化膜上にゲ
ート電極を有するMOS型半導体装置において、前記ゲ
ート電極が小さなグレイン(結晶粒)サイズの多結晶シ
リコン層と別の多結晶シリコン層或いは更に薄い酸化シ
リコン層を含んで構成された多層構造を有する半導体装
置および半導体装置の製造方法である。
半導体装置の製造方法は、上記した様な技術構成を有し
ているので、半導体基板上に設けたゲート酸化膜上にゲ
ート電極を有するMOS型半導体装置において、前記ゲ
ート電極が小さなグレイン(結晶粒)サイズの多結晶シ
リコン層と別の多結晶シリコン層或いは更に薄い酸化シ
リコン層を含んで構成された多層構造を有する半導体装
置および半導体装置の製造方法である。
【0024】
【実施例】以下に、本発明に係る半導体装置及び半導体
装置の製造方法の具体例を図面を参照しながら詳細に説
明する。図2及び図3は、本発明に係る半導体装置の一
具体例の構成を示す断面図であり、図中、半導体基板1
上に設けたゲート酸化膜3上にゲート電極50を有する
MOS型半導体装置において、当該ゲート電極50がグ
レインを有する多結晶シリコン層5と、少なくとももう
1層の多結晶シリコン層7からなる多層構造で構成され
た半導体装置100が示されている。
装置の製造方法の具体例を図面を参照しながら詳細に説
明する。図2及び図3は、本発明に係る半導体装置の一
具体例の構成を示す断面図であり、図中、半導体基板1
上に設けたゲート酸化膜3上にゲート電極50を有する
MOS型半導体装置において、当該ゲート電極50がグ
レインを有する多結晶シリコン層5と、少なくとももう
1層の多結晶シリコン層7からなる多層構造で構成され
た半導体装置100が示されている。
【0025】本発明に係る半導体装置100に於いて
は、当該グレインは、50nm若しくはそれ以下の結晶
粒サイズを有するものである事が望ましく、又、少なく
とも当該ゲート酸化膜3に接続されるシリコン層が、ア
モルファスシリコン層4である事がのぞましい。更に、
本発明に於いては、一具体例としては、当該ゲート電極
50は、ゲート酸化膜3側から、アモルファスシリコン
層4/グレインを有する多結晶シリコン層5/多結晶シ
リコン層7の順で3層に構成された多層構造を有するも
のであり、又他の具体例としては、当該ゲート電極50
は、ゲート酸化膜3側から、アモルファスシリコン層4
/グレインを有する多結晶シリコン層5/酸化膜6/多
結晶シリコン層7の順に4層に構成された多層構造を有
するものである。
は、当該グレインは、50nm若しくはそれ以下の結晶
粒サイズを有するものである事が望ましく、又、少なく
とも当該ゲート酸化膜3に接続されるシリコン層が、ア
モルファスシリコン層4である事がのぞましい。更に、
本発明に於いては、一具体例としては、当該ゲート電極
50は、ゲート酸化膜3側から、アモルファスシリコン
層4/グレインを有する多結晶シリコン層5/多結晶シ
リコン層7の順で3層に構成された多層構造を有するも
のであり、又他の具体例としては、当該ゲート電極50
は、ゲート酸化膜3側から、アモルファスシリコン層4
/グレインを有する多結晶シリコン層5/酸化膜6/多
結晶シリコン層7の順に4層に構成された多層構造を有
するものである。
【0026】更に、本発明に係る当該ゲート電極50
は、フラッシュメモリを構成する半導体装置に於いて使
用される事が好ましく、その際には、例えば浮遊電極を
構成するものである事が望ましい。以下に本発明の半導
体装置の製造方法の一具体例を図1(A)から図1
(E)並びに、図2(A)から図2(D)を参照しなが
ら詳細に説明する。
は、フラッシュメモリを構成する半導体装置に於いて使
用される事が好ましく、その際には、例えば浮遊電極を
構成するものである事が望ましい。以下に本発明の半導
体装置の製造方法の一具体例を図1(A)から図1
(E)並びに、図2(A)から図2(D)を参照しなが
ら詳細に説明する。
【0027】即ち、本具体例に於いては、特に浮遊ゲー
ト型不揮発性MOSメモリを製造する場合の工程を、そ
の製造工程に従って断面図に示したものであるが、本発
明は、係る具体例に特定されるものでは無い事は言うま
でもない。尚、図2は、図1に於ける断面図に対して、
直角方向における断面図を示している。実施例1第1の
実施例として図1に示したように、半導体基板1の一主
面状に、素子分離用のフィールド絶縁膜2を選択的に形
成して素子形成領域を区画する。
ト型不揮発性MOSメモリを製造する場合の工程を、そ
の製造工程に従って断面図に示したものであるが、本発
明は、係る具体例に特定されるものでは無い事は言うま
でもない。尚、図2は、図1に於ける断面図に対して、
直角方向における断面図を示している。実施例1第1の
実施例として図1に示したように、半導体基板1の一主
面状に、素子分離用のフィールド絶縁膜2を選択的に形
成して素子形成領域を区画する。
【0028】次に、熱酸化法により前記素子領域の表面
にゲート酸化膜3を設ける。次にゲート酸化膜3を含む
表面にCVD法によりアモルファスシリコン層4をドー
ピングもしくはノンドーピング法により1〜50nm程
度の厚さに堆積する。次にアモルファスシリコン層4上
の自然酸化膜を除去した後に高真空中においてアニール
法もしくは核付け法によりアモルファスシリコン層4上
に半球状の多結晶シリコングレインの核5を形成する。
にゲート酸化膜3を設ける。次にゲート酸化膜3を含む
表面にCVD法によりアモルファスシリコン層4をドー
ピングもしくはノンドーピング法により1〜50nm程
度の厚さに堆積する。次にアモルファスシリコン層4上
の自然酸化膜を除去した後に高真空中においてアニール
法もしくは核付け法によりアモルファスシリコン層4上
に半球状の多結晶シリコングレインの核5を形成する。
【0029】ここで、アニール法においては、シリコン
基板を600℃以上で過熱することで、核が形成され
る。一方、核付け法に於いては、シリコンウェーハを6
00℃以下の温度に保ち、CVD法によりシランもしく
はジシランガスを照射しアモルファスシリコン層4の上
に半球状の多結晶シリコンの核付けを行い、600〜7
00℃のアニールを行う。
基板を600℃以上で過熱することで、核が形成され
る。一方、核付け法に於いては、シリコンウェーハを6
00℃以下の温度に保ち、CVD法によりシランもしく
はジシランガスを照射しアモルファスシリコン層4の上
に半球状の多結晶シリコンの核付けを行い、600〜7
00℃のアニールを行う。
【0030】これらの方法によってアモルファスシリコ
ン層4上に、半球状の多結晶シリコンの核による凹凸
(HSG:Hemispherical Grain Silicon )層5が形成
される(以下上記結晶粒であるグレインを有する多結晶
シリコン層をHSG層と略称する)。次にHSG層5上
に酸化シリコン層6を1〜3nm程度の厚さで形成す
る。この酸化シリコン層6を形成しない場合でも、本発
明における同様の効果が得られるが、この酸化シリコン
層6により、HSG層5における多結晶シリコンのグレ
イン成長はさらに抑制され、より小さなグレインを形成
することが出来る。またこの酸化シリコン層6を窒化シ
リコン層で形成した場合でも同様の効果が得られる。
ン層4上に、半球状の多結晶シリコンの核による凹凸
(HSG:Hemispherical Grain Silicon )層5が形成
される(以下上記結晶粒であるグレインを有する多結晶
シリコン層をHSG層と略称する)。次にHSG層5上
に酸化シリコン層6を1〜3nm程度の厚さで形成す
る。この酸化シリコン層6を形成しない場合でも、本発
明における同様の効果が得られるが、この酸化シリコン
層6により、HSG層5における多結晶シリコンのグレ
イン成長はさらに抑制され、より小さなグレインを形成
することが出来る。またこの酸化シリコン層6を窒化シ
リコン層で形成した場合でも同様の効果が得られる。
【0031】次にこの酸化シリコン層6もしくはHSG
層5の上に多結晶シリコン層7を堆積させる。このアモ
ルファスシリコン層4、HSG層5、酸化シリコン層
6、多結晶シリコン層7の4層構造もしくは、アモルフ
ァスシリコン層4、HSG層5、多結晶シリコン層7の
3層構造により浮遊ゲートを構成する。
層5の上に多結晶シリコン層7を堆積させる。このアモ
ルファスシリコン層4、HSG層5、酸化シリコン層
6、多結晶シリコン層7の4層構造もしくは、アモルフ
ァスシリコン層4、HSG層5、多結晶シリコン層7の
3層構造により浮遊ゲートを構成する。
【0032】次に多結晶シリコン層7にリン等のn型不
純物を2×1020atoms/cc程度拡散した後にホ
トリソグラフィー技術及び異方性エッチング技術を用い
て多結晶シリコン層7、酸化シリコン層6、HSG層
5、アモルファスシリコン層4を順次選択的にエッチン
グすることで多結晶シリコン層7、酸化シリコン層6、
HSG層5、アモルファスシリコン層4で構成される浮
遊電極を形成する。
純物を2×1020atoms/cc程度拡散した後にホ
トリソグラフィー技術及び異方性エッチング技術を用い
て多結晶シリコン層7、酸化シリコン層6、HSG層
5、アモルファスシリコン層4を順次選択的にエッチン
グすることで多結晶シリコン層7、酸化シリコン層6、
HSG層5、アモルファスシリコン層4で構成される浮
遊電極を形成する。
【0033】次いで、多結晶シリコン層7を含む表面に
CVD法により下層第2ゲート酸化膜8を堆積し、その
上に窒化膜9を形成し、この窒化膜9を含む表面上に上
層第2ゲート酸化膜10を堆積する。次に上層第2ゲー
ト酸化膜10を含む表面上に第2ゲート電極11として
多結晶シリコン膜を堆積する。その後第2ゲート電極1
1にリン等のn型不純物を6×1020atoms/cc
程度拡散させ、図3に示す様に、ホトリソグラフィー技
術及び異方性エッチング技術を用いて第2ゲート電極1
1及びアモルファスシリコン層4、HSG層5、酸化シ
リコン層6、多結晶シリコン層7で構成される第1ゲー
ト電極50を形成する。尚、図3は、図2(C)に於け
るA−A断面図である。
CVD法により下層第2ゲート酸化膜8を堆積し、その
上に窒化膜9を形成し、この窒化膜9を含む表面上に上
層第2ゲート酸化膜10を堆積する。次に上層第2ゲー
ト酸化膜10を含む表面上に第2ゲート電極11として
多結晶シリコン膜を堆積する。その後第2ゲート電極1
1にリン等のn型不純物を6×1020atoms/cc
程度拡散させ、図3に示す様に、ホトリソグラフィー技
術及び異方性エッチング技術を用いて第2ゲート電極1
1及びアモルファスシリコン層4、HSG層5、酸化シ
リコン層6、多結晶シリコン層7で構成される第1ゲー
ト電極50を形成する。尚、図3は、図2(C)に於け
るA−A断面図である。
【0034】そして砒素等の不純物をシリコン基板1に
注入することでソース及びドレイン領域14、15を形
成する。そして第2ゲート電極を含む表面上に層間絶縁
膜12を形成し、この層間絶縁膜12にホトリソグラフ
ィー技術及び異方性エッチング技術を用いてコンタクト
ホール13aを形成し、金属配線13を形成する。以上
の工程により第1と第2のゲート電極を有する不揮発性
メモリが製造される。
注入することでソース及びドレイン領域14、15を形
成する。そして第2ゲート電極を含む表面上に層間絶縁
膜12を形成し、この層間絶縁膜12にホトリソグラフ
ィー技術及び異方性エッチング技術を用いてコンタクト
ホール13aを形成し、金属配線13を形成する。以上
の工程により第1と第2のゲート電極を有する不揮発性
メモリが製造される。
【0035】本具体例に於いては、下層のゲート電極の
ゲート絶縁膜界面付近においてHSG化することによ
り、おおよそ20nm前後の小さな結晶粒を形成するこ
とが可能であり、これにより、小さな結晶粒を得ること
ができ、16Mビット以上の集積度に於いても過剰消去
不良を低減することが可能になる。また、本具体例に於
いて、酸化シリコン層6を形成した場合には、浮遊ゲー
ト型不揮発性MOSメモリの製造工程における拡散層形
成時の熱処理、層間絶縁膜のリフロー時の熱処理等によ
る結晶粒の成長を抑制するため、さらに小さな結晶粒が
得られ、さらにこの酸化シリコン層6はリン等のn型不
純物の偏析サイトになり、拡散を抑制する働きをしてい
る。
ゲート絶縁膜界面付近においてHSG化することによ
り、おおよそ20nm前後の小さな結晶粒を形成するこ
とが可能であり、これにより、小さな結晶粒を得ること
ができ、16Mビット以上の集積度に於いても過剰消去
不良を低減することが可能になる。また、本具体例に於
いて、酸化シリコン層6を形成した場合には、浮遊ゲー
ト型不揮発性MOSメモリの製造工程における拡散層形
成時の熱処理、層間絶縁膜のリフロー時の熱処理等によ
る結晶粒の成長を抑制するため、さらに小さな結晶粒が
得られ、さらにこの酸化シリコン層6はリン等のn型不
純物の偏析サイトになり、拡散を抑制する働きをしてい
る。
【0036】つまり、酸化シリコン層を形成すること
で、ゲート酸化膜3へのリン等のn型不純物の拡散を抑
制し、オサキイドリッジ部分での過剰な消去電流を抑制
することができ、結晶粒径を小さくすることによる効果
と併用することで尚一層の過剰消去電流の抑制が可能と
なる。また本具体例に於いて、酸化シリコンの代わりに
窒化膜等を用いた場合でも、結晶粒成長の抑制及びn型
不純物の拡散抑制を行えるため同様の効果が望める。実
施例2次に、本発明に係る半導体装置100の第2の具
体例について図4及び図5を参照しながら説明する。
で、ゲート酸化膜3へのリン等のn型不純物の拡散を抑
制し、オサキイドリッジ部分での過剰な消去電流を抑制
することができ、結晶粒径を小さくすることによる効果
と併用することで尚一層の過剰消去電流の抑制が可能と
なる。また本具体例に於いて、酸化シリコンの代わりに
窒化膜等を用いた場合でも、結晶粒成長の抑制及びn型
不純物の拡散抑制を行えるため同様の効果が望める。実
施例2次に、本発明に係る半導体装置100の第2の具
体例について図4及び図5を参照しながら説明する。
【0037】即ち、本具体例に於いては、一般的なMO
Sメモリのゲート電極を本発明に従って、その製造工程
する例を説明するものである。本具体例に於ける基本的
な製造方法は、第1の具体例に於いて説明した図1
(A)から図1(E)迄の工程と実質的に同一であり、
図1(E)で示す半導体装置が形成された後で、図4
(A)及び図4(B)の工程が実行される事になる。
Sメモリのゲート電極を本発明に従って、その製造工程
する例を説明するものである。本具体例に於ける基本的
な製造方法は、第1の具体例に於いて説明した図1
(A)から図1(E)迄の工程と実質的に同一であり、
図1(E)で示す半導体装置が形成された後で、図4
(A)及び図4(B)の工程が実行される事になる。
【0038】尚、図5は、図4(A)に於けるB−B断
面図である。即ち、第1の具体例に於ける図1(A)か
ら図1(E)に示す様に、半導体基板1の一主面状に、
素子分離用のフィールド絶縁膜2を選択的に形成して素
子形成領域を区画する。次に、熱酸化法により前記素子
領域の表面にゲート酸化膜3を設ける。
面図である。即ち、第1の具体例に於ける図1(A)か
ら図1(E)に示す様に、半導体基板1の一主面状に、
素子分離用のフィールド絶縁膜2を選択的に形成して素
子形成領域を区画する。次に、熱酸化法により前記素子
領域の表面にゲート酸化膜3を設ける。
【0039】次にゲート酸化膜3を含む表面にCVD法
によりアモルファスシリコン層4をドーピングもしくは
ノンドーピング法により1〜50nm程度の厚さに堆積
する。次に具体例1と同様の方法を使用して、アモルフ
ァスシリコン層4上の自然酸化膜を除去した後に高真空
中においてアニール法もしくは核付け法によりアモルフ
ァスシリコン層4上に半球状の多結晶シリコングレイン
の核を形成してグレインを有する多結晶シリコン層5を
形成する。次に必要に応じてHSG層5上に酸化シリコ
ン層6を1〜3nm程度の厚さで形成する。
によりアモルファスシリコン層4をドーピングもしくは
ノンドーピング法により1〜50nm程度の厚さに堆積
する。次に具体例1と同様の方法を使用して、アモルフ
ァスシリコン層4上の自然酸化膜を除去した後に高真空
中においてアニール法もしくは核付け法によりアモルフ
ァスシリコン層4上に半球状の多結晶シリコングレイン
の核を形成してグレインを有する多結晶シリコン層5を
形成する。次に必要に応じてHSG層5上に酸化シリコ
ン層6を1〜3nm程度の厚さで形成する。
【0040】次にこの酸化シリコン層6もしくはHSG
層5の上に多結晶シリコン層7を堆積させる。このアモ
ルファスシリコン層4、HSG層5、酸化シリコン層
6、多結晶シリコン層7の4層構造もしくは、アモルフ
ァスシリコン層4、HSG層5、多結晶シリコン層7の
3層構造によりゲート電極を構成する。次に多結晶シリ
コン層7にリン等のn型不純物を2×1020atoms
/cc程度拡散した後にホトリソグラフィー技術及び異
方性エッチング技術を用いて多結晶シリコン層7、酸化
シリコン層6、HSG層5、アモルファスシリコン層4
を順次選択的にエッチングすることで多結晶シリコン層
7、酸化シリコン層6、HSG層5、アモルファスシリ
コン層4で構成されるゲート電極50を形成する。
層5の上に多結晶シリコン層7を堆積させる。このアモ
ルファスシリコン層4、HSG層5、酸化シリコン層
6、多結晶シリコン層7の4層構造もしくは、アモルフ
ァスシリコン層4、HSG層5、多結晶シリコン層7の
3層構造によりゲート電極を構成する。次に多結晶シリ
コン層7にリン等のn型不純物を2×1020atoms
/cc程度拡散した後にホトリソグラフィー技術及び異
方性エッチング技術を用いて多結晶シリコン層7、酸化
シリコン層6、HSG層5、アモルファスシリコン層4
を順次選択的にエッチングすることで多結晶シリコン層
7、酸化シリコン層6、HSG層5、アモルファスシリ
コン層4で構成されるゲート電極50を形成する。
【0041】次いで、図5に示す様に、フォトリソグラ
フィー技術及び異方性エッチング技術を用いてアモルフ
ァスシリコン層4、HSG層5、酸化シリコン層6、多
結晶シリコン層7で構成される第1ゲート電極50を形
成する。そして砒素等の不純物をSi基板1に注入する
ことでソース及びドレイン領域14、15を形成する。
そして第1ゲート電極を含む表面上に層間絶縁膜12を
形成し、この層間絶縁膜12にホトリソグラフィー技術
及び異方性エッチング技術を用いてコンタクトホールを
形成し、金属配線13を形成する。以上の工程によりM
OS構造のメモリが製造される。
フィー技術及び異方性エッチング技術を用いてアモルフ
ァスシリコン層4、HSG層5、酸化シリコン層6、多
結晶シリコン層7で構成される第1ゲート電極50を形
成する。そして砒素等の不純物をSi基板1に注入する
ことでソース及びドレイン領域14、15を形成する。
そして第1ゲート電極を含む表面上に層間絶縁膜12を
形成し、この層間絶縁膜12にホトリソグラフィー技術
及び異方性エッチング技術を用いてコンタクトホールを
形成し、金属配線13を形成する。以上の工程によりM
OS構造のメモリが製造される。
【0042】即ち、本発明に於けるオキサイドリッジの
抑制は、フラッシュメモリの過剰消去にのみ有効な手段
ではなく、一般のMOSメモリの場合にもリーク電流の
低減効果が望める。つまり、一般のMOSメモリの高集
積化に伴い、ゲート酸化膜の膜厚は薄くなっており、ゲ
ート酸化膜に印加される電界は増加している。ここで、
オキサイドリッジの発生により、ゲート酸化膜を介して
流れる電流は増加するため、このリーク電流の低減が必
要である。
抑制は、フラッシュメモリの過剰消去にのみ有効な手段
ではなく、一般のMOSメモリの場合にもリーク電流の
低減効果が望める。つまり、一般のMOSメモリの高集
積化に伴い、ゲート酸化膜の膜厚は薄くなっており、ゲ
ート酸化膜に印加される電界は増加している。ここで、
オキサイドリッジの発生により、ゲート酸化膜を介して
流れる電流は増加するため、このリーク電流の低減が必
要である。
【0043】そこで、本具体例2に示したように、具体
例1のフローティングゲートの形成方法を一般のMOS
メモリにおけるゲート電極に適用した場合にも、具体例
1と同様に過剰消去電流の抑制効果と同様に一般のMO
Sメモリにおけるゲート酸化膜を介して流れるゲート電
極からのリーク電流を抑制することができる。
例1のフローティングゲートの形成方法を一般のMOS
メモリにおけるゲート電極に適用した場合にも、具体例
1と同様に過剰消去電流の抑制効果と同様に一般のMO
Sメモリにおけるゲート酸化膜を介して流れるゲート電
極からのリーク電流を抑制することができる。
【0044】
【発明の効果】本発明に係る当該半導体装置は、上記し
た様な技術構成を採用しているので、結晶粒径を小さく
することで、消去電流を流す領域に均一にオキサイドリ
ッジを発生させ、ビット間のばらつきを無くす事ができ
る。また結晶粒界でのリン等のn型不純物の偏析は結晶
粒径が小さくなることで、偏析サイトが増加することに
より、分散されることになる。よって、ゲート酸化膜3
へのリン等のn型不純物の拡散を抑制することができ、
過剰な消去電流を抑制することができる。
た様な技術構成を採用しているので、結晶粒径を小さく
することで、消去電流を流す領域に均一にオキサイドリ
ッジを発生させ、ビット間のばらつきを無くす事ができ
る。また結晶粒界でのリン等のn型不純物の偏析は結晶
粒径が小さくなることで、偏析サイトが増加することに
より、分散されることになる。よって、ゲート酸化膜3
へのリン等のn型不純物の拡散を抑制することができ、
過剰な消去電流を抑制することができる。
【0045】その結果、本発明に於いては、浮遊ゲート
の構造をアモルファスシリコン層4、HSG層5、酸化
シリコン層6もしくは窒化シリコン層、そして多結晶シ
リコン層7による3層構造もしくはこれらの繰り返しに
よる4層以上の構造を用い、下層のゲート電極のグレイ
ンサイズを小さくすることで、過剰消去不良を低減する
ことが可能となる。
の構造をアモルファスシリコン層4、HSG層5、酸化
シリコン層6もしくは窒化シリコン層、そして多結晶シ
リコン層7による3層構造もしくはこれらの繰り返しに
よる4層以上の構造を用い、下層のゲート電極のグレイ
ンサイズを小さくすることで、過剰消去不良を低減する
ことが可能となる。
【0046】又、本発明は、一般のMOSメモリの場合
にもリーク電流の低減効果が望める。一般のMOSメモ
リの高集積化に伴い、ゲート酸化膜の膜厚は薄くなって
おり、ゲート酸化膜に印加される電界は増加している。
ここで、オキサイドリッジの発生により、ゲート酸化膜
を介して流れる電流は増加するため、このリーク電流の
低減が必要である。そこで、本発明の方法を一般のMO
Sメモリにおけるゲート電極に適用した場合には、一般
のMOSメモリにおけるゲート酸化膜を介して流れるゲ
ート電極からのリーク電流を抑制することができる。
にもリーク電流の低減効果が望める。一般のMOSメモ
リの高集積化に伴い、ゲート酸化膜の膜厚は薄くなって
おり、ゲート酸化膜に印加される電界は増加している。
ここで、オキサイドリッジの発生により、ゲート酸化膜
を介して流れる電流は増加するため、このリーク電流の
低減が必要である。そこで、本発明の方法を一般のMO
Sメモリにおけるゲート電極に適用した場合には、一般
のMOSメモリにおけるゲート酸化膜を介して流れるゲ
ート電極からのリーク電流を抑制することができる。
【図1】図1は、本発明に係る半導体装置の製造工程の
一具体例を示す断面図である。
一具体例を示す断面図である。
【図2】図2は、本発明に係る半導体装置の製造工程の
一具体例を示す断面図である。
一具体例を示す断面図である。
【図3】図3は、本発明に係る半導体装置の一具体例の
構成を示す断面図である。
構成を示す断面図である。
【図4】図4は、本発明に係る半導体装置の製造工程の
他の具体例を示す断面図である。
他の具体例を示す断面図である。
【図5】図5は、本発明に係る半導体装置の他の具体例
の構成を示す断面図である。
の構成を示す断面図である。
【図6】図6は、従来に係る半導体装置の一具体例の構
成を示す断面図である。
成を示す断面図である。
【図7】図7は、従来の半導体装置の他の具体例に於け
る構成を示す断面図である。
る構成を示す断面図である。
1…半導体基板 2…フィールド酸化膜 3…ゲート酸化膜 4…アモルファスシリコン膜 5…グレインを有する多結晶シリコン層、HSG層 6…酸化シリコン膜もしくは窒化シリコン膜 7…多結晶シリコン層 8、10…酸化シリコン膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 29/78
Claims (10)
- 【請求項1】 半導体基板上に設けたゲート酸化膜上に
ゲート電極を有するMOS型半導体装置において、当該
ゲート電極がグレインを有する多結晶シリコン層と、少
なくとももう1層の多結晶シリコン層からなる多層構造
で構成された事を特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 当該グレインは、50nm若しくはそれ
以下の結晶粒サイズを有するものである事を特徴とする
請求項1記載の半導体装置。 - 【請求項3】 少なくとも当該ゲート酸化膜に接続され
るシリコン層が、アモルファスシリコン層である事を特
徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。 - 【請求項4】 当該ゲート電極は、ゲート酸化膜側か
ら、アモルファスシリコン層/グレインを有する多結晶
シリコン層/多結晶シリコン層の順で3層に構成された
多層構造を有するものである事を特徴とする請求項1乃
至3の何れかに記載の半導体装置。 - 【請求項5】 当該ゲート電極は、ゲート酸化膜側か
ら、アモルファスシリコン層/グレインを有する多結晶
シリコン層/酸化膜/多結晶シリコン層の順に4層に構
成された多層構造を有するものである事を特徴とする請
求項1乃至3の何れかに記載の半導体装置。 - 【請求項6】 当該ゲート電極は、浮遊電極を構成する
ものである事を特徴とする請求項1乃至5の何れかに記
載の半導体装置。 - 【請求項7】 半導体基板上に設けたゲート酸化膜上に
ゲート電極を有するMOS型半導体装置の製造におい
て、 半導体基板上にゲート酸化膜を形成する第1の工程、 当該ゲート酸化膜上にアモルファスシリコン層を形成す
る第2の工程、 当該アモルファスシリコン層上にグレインを有する多結
晶シリコン層を形成する第3の工程、 当該グレインを有する多結晶シリコン層上に多結晶シリ
コン層を形成する第4の工程、 とから構成されている事を特徴とする半導体装置の製造
方法。 - 【請求項8】 半導体基板上に設けたゲート酸化膜上に
ゲート電極を有するMOS型半導体装置の製造におい
て、 半導体基板上にゲート酸化膜を形成する第1の工程、 当該ゲート酸化膜上にアモルファスシリコン層を形成す
る第2の工程、 当該アモルファスシリコン層上にグレインを有する多結
晶シリコン層を形成する第3の工程、 当該グレインを有する多結晶シリコン層上に酸化膜若し
くは窒化膜を形成する第4の工程、 当該酸化膜上に多結晶シリコン層を形成する第5の工
程、 とから構成されている事を特徴とする半導体装置の製造
方法。 - 【請求項9】 当該第3の工程は、第2の工程に於いて
形成された当該アモルファスシリコン層を、高真空中で
アニールする事を特徴とする請求項7又は8に記載の半
導体装置の製造方法。 - 【請求項10】 当該第3の工程は、第2の工程に於い
て形成された当該アモルファスシリコン層を、高温度下
にシラン若しくはジシランガスで処理する事を特徴とす
る請求項7又は8に記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9317887A JPH11150195A (ja) | 1997-11-19 | 1997-11-19 | 半導体装置及びその製造方法 |
KR1019980049812A KR100306944B1 (ko) | 1997-11-19 | 1998-11-19 | 반도체장치및그제조방법 |
US09/196,417 US6287915B1 (en) | 1997-11-19 | 1998-11-19 | Semiconductor device and manufacturing method therefor |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9317887A JPH11150195A (ja) | 1997-11-19 | 1997-11-19 | 半導体装置及びその製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11150195A true JPH11150195A (ja) | 1999-06-02 |
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ID=18093170
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP9317887A Pending JPH11150195A (ja) | 1997-11-19 | 1997-11-19 | 半導体装置及びその製造方法 |
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---|---|
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6521945B2 (en) * | 1999-01-19 | 2003-02-18 | Micron Technology, Inc. | Method and composite for decreasing charge leakage |
WO2006112683A1 (en) * | 2005-04-22 | 2006-10-26 | Jong-Ho Lee | Flash memory device |
KR100741272B1 (ko) | 2005-12-28 | 2007-07-19 | 주식회사 하이닉스반도체 | 플래쉬 메모리 소자 및 그 제조 방법 |
JP2008131030A (ja) * | 2006-11-20 | 2008-06-05 | Macronix Internatl Co Ltd | トンネル障壁の上に電界分布層を有する電荷捕獲装置 |
CN100397618C (zh) * | 2004-02-06 | 2008-06-25 | 旺宏电子股份有限公司 | 半导体组件及半导体存储元件的形成方法 |
KR100946120B1 (ko) | 2007-11-29 | 2010-03-10 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 메모리 소자 및 이의 제조 방법 |
JP2013172097A (ja) * | 2012-02-22 | 2013-09-02 | Seiko Instruments Inc | 半導体不揮発性メモリ装置 |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6455372B1 (en) * | 2000-08-14 | 2002-09-24 | Micron Technology, Inc. | Nucleation for improved flash erase characteristics |
KR100764273B1 (ko) * | 2001-05-31 | 2007-10-05 | 비오이 하이디스 테크놀로지 주식회사 | 박막트랜지스터 제조방법 |
US7473959B2 (en) * | 2001-06-28 | 2009-01-06 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Non-volatile semiconductor memory devices and methods of fabricating the same |
US8253183B2 (en) | 2001-06-28 | 2012-08-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Charge trapping nonvolatile memory devices with a high-K blocking insulation layer |
US20060180851A1 (en) * | 2001-06-28 | 2006-08-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Non-volatile memory devices and methods of operating the same |
US7253467B2 (en) * | 2001-06-28 | 2007-08-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Non-volatile semiconductor memory devices |
US20040152260A1 (en) * | 2001-09-07 | 2004-08-05 | Peter Rabkin | Non-volatile memory cell with non-uniform surface floating gate and control gate |
KR100436289B1 (ko) * | 2002-07-18 | 2004-06-16 | 주식회사 하이닉스반도체 | 플래시 메모리 셀의 게이트 구조와 그 형성방법 및유전체막 형성방법 |
KR100763124B1 (ko) * | 2006-05-12 | 2007-10-04 | 주식회사 하이닉스반도체 | 플래시 메모리 소자의 제조방법 |
US8987098B2 (en) | 2012-06-19 | 2015-03-24 | Macronix International Co., Ltd. | Damascene word line |
US9379126B2 (en) | 2013-03-14 | 2016-06-28 | Macronix International Co., Ltd. | Damascene conductor for a 3D device |
US9099538B2 (en) | 2013-09-17 | 2015-08-04 | Macronix International Co., Ltd. | Conductor with a plurality of vertical extensions for a 3D device |
US9559113B2 (en) | 2014-05-01 | 2017-01-31 | Macronix International Co., Ltd. | SSL/GSL gate oxide in 3D vertical channel NAND |
US10878214B2 (en) * | 2018-04-09 | 2020-12-29 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Complex biometric sensor including color conversion layer |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4479831A (en) * | 1980-09-15 | 1984-10-30 | Burroughs Corporation | Method of making low resistance polysilicon gate transistors and low resistance interconnections therefor via gas deposited in-situ doped amorphous layer and heat-treatment |
JPS6329954A (ja) | 1986-07-23 | 1988-02-08 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
JPH01244659A (ja) | 1988-03-25 | 1989-09-29 | Nec Corp | 半導体装置 |
JP2944103B2 (ja) | 1989-05-31 | 1999-08-30 | 三洋電機株式会社 | Mosトランジスタ |
US5060195A (en) * | 1989-12-29 | 1991-10-22 | Texas Instruments Incorporated | Hot electron programmable, tunnel electron erasable contactless EEPROM |
US5057447A (en) * | 1990-07-09 | 1991-10-15 | Texas Instruments Incorporated | Silicide/metal floating gate process |
JPH0629540A (ja) | 1990-08-15 | 1994-02-04 | Intel Corp | 不揮発性メモリセルの浮動ゲート部材を形成する方法および浮動ゲート部材 |
JPH0766305A (ja) | 1993-06-30 | 1995-03-10 | Oki Electric Ind Co Ltd | 不揮発性半導体記憶装置 |
JPH0766509A (ja) | 1993-08-23 | 1995-03-10 | Fuji Photo Film Co Ltd | Vカット付ミシン目を有する基板及び基板分割装置 |
JP3438434B2 (ja) | 1994-10-11 | 2003-08-18 | ソニー株式会社 | 不揮発性半導体装置およびその製造方法 |
JPH08148584A (ja) | 1994-11-22 | 1996-06-07 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置とその製造方法 |
JPH0936263A (ja) | 1995-07-21 | 1997-02-07 | Sony Corp | 浮遊ゲート型不揮発性半導体記憶装置 |
JPH09246405A (ja) | 1996-03-07 | 1997-09-19 | Hitachi Ltd | 半導体集積回路装置およびその製造方法 |
JP2972145B2 (ja) | 1996-04-10 | 1999-11-08 | ユナイテッド マイクロエレクトロニクス コープ | 半球状の粒状シリコンの成長方法 |
JPH10189778A (ja) | 1996-12-26 | 1998-07-21 | Sony Corp | 半導体記憶素子およびその製造方法 |
KR100246775B1 (ko) | 1996-12-28 | 2000-03-15 | 김영환 | 반도체 소자의 전극 형성방법 |
JPH10223893A (ja) * | 1997-02-05 | 1998-08-21 | Mitsubishi Electric Corp | シリサイド層形成方法および半導体集積回路 |
-
1997
- 1997-11-19 JP JP9317887A patent/JPH11150195A/ja active Pending
-
1998
- 1998-11-19 US US09/196,417 patent/US6287915B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-11-19 KR KR1019980049812A patent/KR100306944B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6521945B2 (en) * | 1999-01-19 | 2003-02-18 | Micron Technology, Inc. | Method and composite for decreasing charge leakage |
US6746922B2 (en) | 1999-01-19 | 2004-06-08 | Micron Technology, Inc. | Method and composite for decreasing charge leakage |
US6791148B2 (en) | 1999-01-19 | 2004-09-14 | Micron Technology, Inc. | Method and composite for decreasing charge leakage |
US6803280B2 (en) | 1999-01-19 | 2004-10-12 | Micron Technology, Inc. | Method and composite for decreasing charge leakage |
US7008845B2 (en) | 1999-01-19 | 2006-03-07 | Micron Technology, Inc. | Method and composite for decreasing charge leakage |
US7087490B2 (en) | 1999-01-19 | 2006-08-08 | Micron Technology, Inc. | Method and composite for decreasing charge leakage |
CN100397618C (zh) * | 2004-02-06 | 2008-06-25 | 旺宏电子股份有限公司 | 半导体组件及半导体存储元件的形成方法 |
WO2006112683A1 (en) * | 2005-04-22 | 2006-10-26 | Jong-Ho Lee | Flash memory device |
US8030699B2 (en) | 2005-04-22 | 2011-10-04 | Snu R&Db Foundation | Flash memory device |
KR100741272B1 (ko) | 2005-12-28 | 2007-07-19 | 주식회사 하이닉스반도체 | 플래쉬 메모리 소자 및 그 제조 방법 |
JP2008131030A (ja) * | 2006-11-20 | 2008-06-05 | Macronix Internatl Co Ltd | トンネル障壁の上に電界分布層を有する電荷捕獲装置 |
KR100946120B1 (ko) | 2007-11-29 | 2010-03-10 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 메모리 소자 및 이의 제조 방법 |
US7998814B2 (en) | 2007-11-29 | 2011-08-16 | Hynix Semiconductor Inc. | Semiconductor memory device and method of fabricating the same |
JP2013172097A (ja) * | 2012-02-22 | 2013-09-02 | Seiko Instruments Inc | 半導体不揮発性メモリ装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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