JPS59119871A - 不揮発性半導体記憶装置の製造方法 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置の製造方法

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JPS59119871A
JPS59119871A JP57228420A JP22842082A JPS59119871A JP S59119871 A JPS59119871 A JP S59119871A JP 57228420 A JP57228420 A JP 57228420A JP 22842082 A JP22842082 A JP 22842082A JP S59119871 A JPS59119871 A JP S59119871A
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JP
Japan
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film
silicon
pattern
silicon nitride
base body
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Application number
JP57228420A
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English (en)
Inventor
Tsutomu Ogawa
力 小川
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/788Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with floating gate
    • H01L29/7881Programmable transistors with only two possible levels of programmation
    • H01L29/7883Programmable transistors with only two possible levels of programmation charging by tunnelling of carriers, e.g. Fowler-Nordheim tunnelling

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (a+  発明の技術分野 ”本発明は不揮発性半導体記憶装置、特にトンネル注入
型のフローティングゲートを備えた不揮発性メモリ素子
をよシ簡単な工程で1(1造するための方法に関する。
(b)  従来技術上問題点 散気的消去可能なPROM (EEPROM)O有カフ
x 梠成の1つとして、トンネル注入型のフローティン
グゲートを有する構造の11i’LOTOXと称される
ものが知られている。これU第1図示すようなメモリセ
ル構造を有するものである。同図にて1はシリコン基板
、2はフィールド酸化膜、3゜4はソース及びドレイン
領域、5σゲートげ化膜、6はトンネル酸化膜、7はポ
リシリコンから成るフローティングゲート電極、8は同
じくコントロールゲート電極である。この型の不揮発性
メモリでは、ドレイン領域上に形成した極薄のトンネル
酸化膜でトンネル寛流を生せしめ、フローティングゲー
ト7への電子の注入、放出、即ち宵込み及東 び消去41作をI現している。
上記の不揮発性メモリを夛・2j3宣する場合の問題点
−ドレイン計領域4が、辿當のシリコンゲート工程によ
るセルフアラインメントでは作成できないことである。
少なくともトンネル酸化膜部分のn+ドレイン領47部
υ、フローティング・ゲート7形成前に所要のマスク工
程を経て不純物・n入工程によって予め作成しておかね
ばならない。標準的なシリコンゲート工程や、通常の柴
外線消去型2重ゲート杓成EPR,OMと比べると事前
だ局部的に極薄トンネル酸化膜6を作っておくためのマ
スク工程も余分に必要である。これら余分なマスク工程
が必渋なこと(ハ集稍密度向−りに対して障害になる。
(C)  発明の目的 本発明の目的は上記従来の欠点を解消し、より少ないマ
スク工程でセルフアラインメントにトン(d)  発明
の構成 本発明による不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、シ
リコン基体上tc第1のシキ化シリコンl10ノくター
ンと 1’ ]の窒化シリコン膜パターンと篩部におい
て二酸化シリコン膜を介して一部重ねられ11”2の窒
化シリコン膜パターンとを形成し、水蒸気を含む雰囲気
中での熱酸化処理により、前記第1及び菓2の窒化シリ
コン膜パターン間の境界付近のシリコン基体表面にシリ
コンオキシナイトライド膜を形成した後、前記卯2の窒
化シリコンJjケバターンを選択的に除去し、残置する
第1のり化シリコン膜パターンをマスクとしてシリコン
基体へ不純物を導入して、前記シリコンオキシナイトラ
イド膜直下のシリコン基体中に不純物領域を形成し、そ
の後該シリコンオキシナイトライド膜上にフローティン
グゲート電極を形成して該シリコンオキシナイトライド
Mはトンネル絶縁膜として機能させるようにすることを
特徴とするものである。
上記の如く、2つの窒化シリコン脱ぷターンを二酸化シ
リコン膜を挾んで一部重ね合わせて、水蒸気酸化処胛し
たときに、両空化膜パターンの境W付近に細幅のシリコ
ンオキシナイトライド膜が生成される現象U先に本発明
者が見出し、4−+1TiB If(456−1499
56号において詳述しである。このシリコンオキシナイ
トライドの生成桜セfけ、水茨勿酸化中に窒化シリコン
膜間の二酸化シリコン膜中に水(H,O)が拡散し、を
化シリコン(Si3N4)と反応して二酸化シリコン(
SiO2)及びアンモニア(NHs)を生成し、このア
ンモニア(NHs)がシリコン基板表面にまで拡散して
基板シリコンの窒化物を生成することによるものと考え
られる。かくして形成されるシリコンオキシナイトライ
ド膜は、IIFl ttm程度或いはそれ以下のパター
ンに再現性良く形成でき、その幅は2つの窒化シリコン
膜同士の重なり幅と介在する二酸化シリコン膜厚、更に
は酸化温度及び時間を調節することによシ0〜5μm程
の範囲内で自由に調節し得ることが確認されている。ま
たその厚みはトンネル絶縁膜に利用できる程度の極薄(
〜100X)とすることができる。
本発明は、このようなオキシナイトライド股パターンの
形成を巧みに利用して、これを不揮発性メモリセルのト
ンネル?緑月りとして利用すると共う に、セルファtインメント式rトンネル絶縁膜下の部分
へドレイン用不純物領域を形成できる製法を実現するも
のである。
(e)  発明の実施例 ブ、2図(イ)〜「)は本発明ヂ流側の製造工程を説明
するための図で工程11iiに豆“1造途中における素
子形成のための半導体基板の要部断面を示しである。
第2図にて左半分はメモリトランジスタ構成部を示し、
右半分は周辺回路等に必要なウラ常のMO’Sトランジ
スタ構成部を示す。
p型シリコン基板11表面にJ9さ500A程度のバッ
トsio□膜12を形成し、次いで厚さ約100OAの
1層目S ”s N4 M 13をCVD法などによシ
被着形成後、これを第2図(5)の如くにパターニング
する。更に厚さ500〜100OAの中間5102膜1
4をCVD法或いはポリSi被善後それを酸化すること
によす被着形成する。その上に2層目Si3N4膜をネ
111.p形成後、バターニングして2層目s;3N、
膜パターン15を形成する。1層目Si、N、膜パター
ン13け、通常MO8)ランジスタ形成領域でl”j*
!”動領域を画定するパターンとし、メモリトランジス
タ領域では2P目513N4枦ハターン15.ニー合わ
せて能動領域を画定するパターンとする。メモリトラン
ジスタ形成領域での両s;、N4膜パターン13.15
の重ね合せ幅は、将来両者の境界付近の基板表面に形成
されるシリコンオキシナイトライド(SiONと略記す
る)曙パターン幅に影響するが、1〜2μm程度でよい
こζで基板に対し水蒸気を含む雰囲気中での熱酸化処理
を施し、Si、N、M13,15で覆われていない領域
に十分厚い(例えば7000〜5oooX)フィールド
5i02Jl16を形成する。このとき既述のように、
2層のSi3N4膜13.15の重な9部において、介
在するsho、膜14中を雰囲気からのH2Oが拡散し
て行く間に、5i8N、と反応してNH,を発生しとね
が基板11表面に到達するととに起因すると考えられる
、5iON膜17が2層のSi3N4膜13.15境界
付近直下の基板表面に形成される。その幅は1μm程度
、厚みは〜100A程である。熱酸化処理により2層目
5I8N4膜15の表面も僅かに酸化され、100X厚
程の薄い5i02膜18が形成される。(第2図(B)
)。
次いでこの極薄StO,膜18を除去する程度に軽<s
io、エツチングを行なった後、s’3N4の選択エツ
チングを行なって2層目Si3N4膜15をを除去する
。更に中間のSiO,膜14も除去してから、1層目s
+、ag摸13とフィールドsio□膜16とをマスク
としてn型不純物をイオン注入法によシ基板内へ導入す
ると、第2図(C)の如くn十型領域19が形成される
次に、Si8N4膜13をエツチング除去し、パッドs
io、膜12を除去する程度に5102エツチングを行
なってから、ゲートe化膜形成の熱敵化を行なう。5t
oN膜17は5ho2エツチング処理でエツチングせず
に残留させることができ、且つ耐酸化性があるので、上
記処理の結果、第2図(2)のように、S ’ Oh 
)yJ 17はそのま址rAり周囲にグー)StO□服
−20が形成される。
次に第1沿目ポリS1成長(及びバターニング)その表
17ilO熱酸化による2」iゲート間5t02ルモ形
九六実にその」二への21(、+i目ポリSi成長を行
なう。
その結牙ユは゛詑2図色)の如くであり、21はlル暑
目ポリ5i22Fi中出jS102膜、23に21む目
ポリSiであplこの工程は従来と全く同様である。
次いでこれらポリS ’ tJt %体のバターニング
を行20を順に選択エツチングを行なう。メモリトラン
ジスタでは、この段1留で2 Aj+目ポリsit+2
gは初めてバターニングされるが、1層目ポリ5ih1
21はゲート幅方向では第2図(6)の段階でバターニ
ングされておシ、シかしゲート長方向では本工程で2J
叡目ポリSi層23と同幅にバターニングされるのが標
準的方法である。通常トランジスタでは、途中でバター
ニングマスクを追加してll曽目ポリSj/121でゲ
ートiIi、極バクーンを構成するのが普通である。し
かしこれらの工程順は従来と同様であってよいので詳述
は省く。ゲート部形成後にこれとフィールドS ’02
 M 16とをマスクとして、従来同様不純物イオン注
入若しくは不純物拡散によシ基板内にセルフアラインメ
ント的にソース及びドレイン用拡散領域を形成する。第
2図「)はその結果を示し、24,25fdソース、ド
レイン用の計領1威であ、9.121はフローティング
ゲート、123はコントロールゲートであυ、221は
通nトランジスタのゲート電極である。
メモリトランジスタにおいてはドレイン用n+領域25
は先に形成された。十飴域19と連結されておシ、後者
の領域19表面にはトンネル絶縁膜として機能する5i
ON膜17が形成され、その上にフローティングゲート
121が配置されている。
以降の電極或いは保護膜形成等の工程は従来と同様なの
で省略する。
以上の実施例から当業者にl−j:U3J′Jらがなよ
うに、選択酸化技法を採用した従来の2重ゲート構造の
EPROMM造工拶と比べても僅か1枚のマスクを(2
層目5t3NJ!i15のパターン形成に)余分を作成
することができる。トンネル絶縁膜とするsioNgr
】7とその下のn+型領領域17セルフアラインメント
的に形成されるので、集積e:度南向上効果を戻すもの
である。
(f)  発明の効果 本発明によれば、トンネル注入部をドレイン領域上に有
する2重グー) $ii造の不揮発付メモリトランジス
タを製造するに際し、より少ないマスク工程でセルフア
ラインメント的にトンネル絶縁膜とその直下のドレイン
用不純物領域を形成することができるので、製造工程の
簡略化と集0(密度向上に大きな効果が得られるもので
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のトンネル注入2亜ゲート構造EEPRO
Mの槍造断面を例示する図、第2図(4)〜C)は本発
明実施例の製造工程に沿った基板断面を示す図である。 12、14.16,18.20.22・・・・・・81
02膜13.15・・・・・・・・・S’3N4駆17
・・・・・・・・・・・・・・・5iONBジy19・
・・・・・・・・・・・・・・・・トレイン用n+領域
21.23・・・・・・・・・ポリSi層24.25・
・・・・・・・・ソース、ドレイン領域121・・・・
・・・・・・・・・フローティングゲート123・・・
・・・・・・・・・・・・コントロルグート11 r 
11 (ε) 10) (ε) (F) 察28 胃 (−− 回 6 □ノー [

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. シリコン基体上に第1の素化シリコン+毘パターンと、
    該第1の窒化シリコン膜パターンと端部にを含む非力」
    気中での熱1披化処理により、前記第1及びム:32の
    窒化シリコン膜パターン間の境界伺近のシリコン基体表
    面にシリコンオキシナイトライド膜を形成した後、18
    y′iiピ・第2の蒙化シリコン腔パターンを選択的に
    除去し、残h4する第1の窒化シリコン膜パターンをマ
    スクとしてシリコン版体へ不純物を冶入して、前記シリ
    コンオキシナイトライド肋直下のシリコン基体中に不純
    物領域を形成し、その’&k 該シリコンオキシナイト
    ライド版上にフローティングゲート電極を形成して該シ
    リコンオキシナイトライド膜はトンネル絶縁膜として後
    節させるようにすることを特徴とする不揮発性半導体記
    憶装置の製造方法。
JP57228420A 1982-12-27 1982-12-27 不揮発性半導体記憶装置の製造方法 Pending JPS59119871A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0204498A2 (en) * 1985-05-29 1986-12-10 Advanced Micro Devices, Inc. Improved eeprom cell and method of fabrication
JPS62257768A (ja) * 1986-04-29 1987-11-10 エツセジ−エツセ ミクロエレツトロニカ ソチエタ ペル アノニマ Epromセルの製造方法
JPH07176637A (ja) * 1984-11-21 1995-07-14 Rohm Corp メモリー装置
KR100316086B1 (ko) * 1992-06-01 2002-03-21 클라크 3세 존 엠. 신규한프로그래밍수단을갖는고밀도'전기적으로소거가능하고프로그램가능한판독전용메모리(eeprom)'셀어레이및이를제조하는방법
KR100316089B1 (ko) * 1992-06-01 2002-03-21 클라크 3세 존 엠. 폴리터널스페이서를갖는완전특징고밀도"전기적으로소거가능하고프로그램가능한판독전용메모리(eeprom)"셀을제조하는방법

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