JPS63205965A - 不揮発性記憶装置の製造方法 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は、金属−窒化シリコン膜−酸化シリコン膜−半
導体（以下、ＭＮＯＳと略す）型の電界効果トランジス
タから成る不揮発性記憶装置の製造方法に関し、記憶保
持特性の優れたＭＮＯ３型不揮発性記憶装置を制御性良
く、かつ高い生産性で製造する方法を提供するものであ
る。

従来の技術 Ｍ　Ｎ　ＯＳ型不揮発性記憶装置は、窒化シリコン膜と
酸化シリコン膜の界面、または窒化シリコン膜中に、半
導体側からトンネリング媒体と成り得る酸化シリコン膜
を介して行われる電気的な電荷の注入と、その蓄積によ
り、トランジスタのしきい値電圧（Ｖ　＋　ｈ、　’）
を変化させ、情報を記憶させるものであり、特にその記
憶保持特性の確保が、ＭＮＯ８型不揮発性装置の実用上
の最大の問題となっている。

ＭＮＯ８型不揮発性装置の記憶保持特性は一般に次式で
表わすことができる。

””＝Ｊｏ＋ＪＮ ｔ ただし、ＱＮ；窒化シリコン中に蓄積された電荷量、Ｊ
ｏ：逆トンネリングで半導体基板中に流れる電流、ＪＮ
；熱的な励起により、トラップ間または窒化シリコンの
伝導帯または価電子帯との間の遷移を経てゲート電極に
流れる電流である。

上式よりわかるように、記憶保持特性をよ（するために
は、基板およびゲート電極に流出する電荷成分Ｊｏおよ
びＪＮをできるだけ小さくすればよいが、ＪｏおよびＪ
Ｎは、パラメータとして、酸化シリコン膜の厚さ、電荷
の蓄積されたトラップの分布、蓄積された電荷量、酸化
シリコン膜−半導体界面および、酸化シリコン膜−窒化
シリコン膜界面の状態にも依存するが、とりわけ、ゲー
ト絶縁膜である窒化シリコン膜の電気伝導度に顕著な依
存性があり、この電気伝導度が低ければ低いほど、ＭＮ
Ｏ３型不揮発性記憶装置の記憶保持特性は改善される 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、電荷トラップ量と窒化シリコン膜の電気
伝導度とはほぼ比例関係にあり、例えば十分なΔｖ＋ｈ
（Ｌ、きい値電圧の変化量）を得ようとすると、電荷ト
ラップ量の多い、すなわち、電気伝導度の高い窒化シリ
コン膜を用いねばならず、従来構造では大幅な記憶保持
特性の改善が期待できないのが現状である。

本発明の第１の目的は、この問題に対し、ＭＮＯ８型不
揮発性記憶装置の記憶保持特性を著しく向上させる製造
方法を提供しようとするものである。

問題点を解決するための手段 この目的達成のため、本発明は、窒化シリコン膜を形成
させる際に、化学組成比の異なる比較的電気伝導度の高
い窒化シリコン膜と比較的電気伝導度の低い窒化シリコ
ン膜を積層させる工程を含む不揮発性記憶装置の製造方
法である。そして、積層される化学組成比の異なる窒化
シリコン膜は、大気下に晒すことなく常に減圧下で連続
して気相成長させることが適当である。

作用 本発明によれば、化学組成比が異なる比較的電気伝導度
の高い窒化シリコン膜と比較的電気伝導度の低い窒化シ
リコン膜を、減圧下で連続して積層させることにより、
大気圧下または減圧下の気相成長法により形成された単
層の窒化シリコン膜より優れた記憶保持特性を得ること
ができる。

実施例 以下、本発明の具体的な実施例を図面を用いて説明する
。第１図は本発明の一実施例によって製作された半導体
装置の断面図である。第１図の装置は、まず、例えば、
Ｎ型シリコン基板１に、ソース領域２．ドレイン領域３
を周知の選択拡散技術で形成し、選択拡散時に形成した
酸化シリコン膜４の所定部分を通常のフォトエツチング
で開孔した後、開孔部分に２０Ａ程度の薄い酸化シリコ
ン膜５を８００℃、酸素雰囲気中で酸化して形成する。

次いで、酸化シリコン膜５の上に、減圧下でジクロルシ
ラン（ＳｉＨ２Ｃｅ２）と７ンモ＝７（ＮＨｓ）の化学
反応に基づく気相成長法によって、膜質の異なる窒化シ
リコン膜６及び同７を連続して形成させる。本実施例で
は、初めに、温度７５０℃。

ＮＨ３／５ｉＨ２Ｃｅ２＝５．圧力３００〜４００ｍＴ
ｏｒｒの減圧下で比較的電気伝導度の高い第１の窒化シ
リコン膜６を約２００Ａ成長し、次に、成長終了後直ち
に真空引きを行ない、十分な真空度（例えば１　ｍＴｏ
ｒｒ以下）に達した後、再び反応ガスを導入し、温度７
５０℃、ＮＨ３／′５ｉＨ２Ｃ（！２＝５０゜圧力５０
０〜６００ｍＴｏｒｒの減圧下で、比較的電気伝導度の
低い第２の窒化シリコン膜７を約３００Ａ形成させた。

そして、最後に、ゲート電極としてアルミニウム薄膜８
を通常の蒸着法により約１．０ｕＩＩｌ被着する。なお
、他の工程は、通常のＭＯＳプロセスに従ってＭＮＯ８
型不揮発性記憶装置を形成した。

以上のようにして得られたＭＮＯ８型不揮発性記憶装置
の記憶保持特性の一例を第２図に示す。

横軸はしきい値電圧、縦軸は蓄積された電荷の減衰率（
２Ｖ＋ｈ／２ｅｏｇｔ、Ｖ＋ｈ：　Ｌきい値電圧。

ｔ：時間）を示している。この図の直線の傾きが小さい
ほど記憶保持特性が優れている°ことを表わす。第２図
に示すように、本発明の製造方法により形成された不揮
発性記憶装置の記憶保持特性は、直線９の特性を示し、
この特性は、大気圧下の気相成長法のみを用いた単層の
窒化シリコン膜の場合の直線１０、減圧下の気相成長法
のみを用いた単層の窒化シリコン膜の場合の直線１１の
いずれの直線と比較しても、傾きが小さく、優れた記憶
保持特性を有していることがわかる。

一方、窒化シリコン膜を積層する工程を減圧下で連続し
て行なった場合と、積層する際に第１層形成後−慶大気
圧下に晒した場合における集積回路としての歩留りを比
較したところ、減圧下で連続して積層した場合の方が平
均して５〜１０％程度、高い歩留りを示した。この差は
、大気圧下に晒した場合、微小ダスト等による微粒子の
付着により局部的な界面状態の異常が発生したり、また
、大気圧にふれることにより表面状態に化学的組成変化
が起こったことが主な原因である。よって、窒化シリコ
ン膜を減圧下で連続して積層することにより、制御性の
良い、かつ生産性の高い半導体記憶装置の製造が可能と
なる。

窒化シリコン膜成長時の温度、反応ガス流量比は、本実
施例以外に、減圧下で温度７００℃〜８００℃、流量比
（ＮＨ３／５ｉＨ２Ｃｅ２）が第１層形成時０．１〜１
００、第２層形成時１０〜１０００の条件下で多種の窒
化シリコン膜を積層して検討を行なったが、いずれの場
合でも本発明の効果が見い出された。本実施例では、化
学組成比の異なる２層の窒化シリコン膜を積層した例を
示したが、３層以上の窒化シリコン膜を減圧下で積層さ
せてもよい。

また、本実施例ではソース、ドレインを選択拡散で形成
したＰチャネル型のＭＮＯ３型不揮発性記憶装置を形成
する場合について説明を行なってきたが、Ｎチャネル型
のＭＮＯ３型不揮発性記憶装置でも使用できる。また、
ゲート電極としてポリシリコン、タングステンシリサイ
ド等の高融点金属を用いて、本発明の製造方法によりゲ
ート絶縁膜を作製して、周知のセルファライン技術によ
りソース、ドレインを形成してもよい。

発明の効果 以上のように、本発明はＭＮＯ３型不揮発性記憶装置の
ゲート絶縁膜である窒化シリコン膜を形成する際に、化
学的組成の異なる比較的電気伝導度の高い窒化シリコン
膜と比較的電気伝導度の低い窒化シリコン膜を減圧下で
連続して積層することにより、大気圧下のみ、または減
圧下のみで形成する単層の窒化シリコン膜を用いたＭＮ
Ｏ３型不揮発性記憶装置に比べ、記憶保持特性の著しく
優れたものを作製することができ、がっ、多層の窒化シ
リコン膜を形成する際に制御性の良い、生産性の高い製
造を行なうことができ、ＭＮＯ３型不揮発性記憶装置の
高性能化、高生産性化に太き（寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例で得られた半導体装置の断面
図、第２図は本発明の詳細な説明するための特性図であ
る。 １・・・・・・シリコン基板、２，３・・・・・・ソー
ス及びドレイン、４・・・・・・酸化シリコン膜、５・
・・・・・極薄酸化シリコン膜、６．７・・・・・・窒
化シリコン膜、８・旧・・アルミニウム膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一導電型半導体基板面に、正孔または電子のトンネリン
   グ媒体と成り得る薄い酸化シリコン膜を形成する工程と
   、前記酸化シリコン膜上に、化学組成比の異なる少なく
   とも二層の窒化シリコン膜を、減圧下で気相成長する工
   程を含むことを特徴とする不揮発性記憶装置の製造方法
   。