JP2603088B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体装置に関し、特に浮遊ゲート構造を
有する半導体装置のゲート電極の構造に関するものであ
る。

［従来の技術］ 従来、この種の半導体装置として浮遊ゲートを有する
不揮発性MOS（Metal Oxide Semiconductor）メモリが
ある。以下には、この不揮発性MOSメモリのゲート電極
の構造を第2A図および第2B図を用いて製造工程順に説明
する。

第2A図に示すように、シリコン基板１の一主面上にフ
ィールド酸化膜２、第１ゲート酸化膜３を形成した後、
第１ゲート電極となる多結晶シリコン膜４を約4000Åの
厚さに堆積する。次に、多結晶シリコン膜４に比較的低
濃度たとえば４×10²⁰cm^-3でｎ型不純物を拡散した後、
写真製版技術を用いて多結晶シリコン膜４をCF₄ガスな
どにより異方性プラズマエッチングして第１ゲート電極
４を形成する。

次に第2B図に示すように、多結晶シリコンの第１ゲー
ト電極４を熱酸化処理し厚さ600Å程度の第２ゲート酸
化膜５を形成する。これにより第１ゲート電極４はその
周囲を酸化膜に囲まれた浮遊ゲートを構成する。そし
て、その上に第２ゲート電極となる多結晶シリコン膜６
を化学的気相成長法により厚さ3000Å程度堆積する。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。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のように、従来の浮遊ゲート型不揮発性MOSメモ
リは、１層の浮遊ゲート電極で形成されている。そし
て、この浮遊ゲート電極である第１ゲート電極４の絶縁
耐圧は、この第１ゲート電極４に拡散されるリンなどの
ｎ型不純物の濃度に依存する。すなわち、第１ゲート電
極４のリン濃度が高ければ、第２ゲート電極６に対する
絶縁耐圧は向上する。しかし、一方で第１ゲート電極４
を熱酸化処理を行なって第２ゲート酸化膜５を形成する
工程では、第１ゲート電極４中に拡散されたリンが再拡
散し第１ゲート酸化膜２を劣化させるなどの悪影響が生
じる。したがって、この場合にはリン濃度が低い方が好
ましい。

したがって、第１ゲート電極４では電極内でのリン濃
度は第２ゲート電極６側と基板１側とで異なる濃度分布
を有することが最適であるが、従来の１層の第１ゲート
電極の構造ではこれを実現することができなかった。

したがって、本発明は、第１ゲート電極をその間に極
めて薄い酸化膜を介して２層に分離し、かつその上層電
極と下層電極とをそれぞれ最適な不純物濃度に設定する
ことにより絶縁耐圧が高い電極を有した半導体装置を提
供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明における半導体装置は、絶縁膜中に設けられた
浮遊ゲートである第１のゲート電極と、その第１のゲー
ト電極の上に絶縁膜を介して設けられた制御ゲートであ
る第２のゲート電極とを備えた半導体装置において、第
１のゲート電極は酸化膜を介して分離して積層した２層
の電極を備えている。その２層の電極のうち、第２のゲ
ート電極側に位置する一方の電極は、相対的に不純物濃
度が高くなるように不純物が拡散され、他方の電極は相
対的に不純物濃度が低くなるように不純物が拡散されて
いる。また、第１のゲート電極の一方の電極は酸化膜を
介して他方の電極の上面および両側面を覆うように形成
されており、第２のゲート電極は絶縁膜を介して一方の
電極の上面および両側面を覆うとともに一方の電極の上
面および両側面とのみ対向するように形成されている。

［作用］ 本発明に係る半導体装置では、第１のゲート電極の一
方の電極を他方の電極の上面および両側面を覆うように
形成し、かつ、第２のゲート電極を一方の電極の上面お
よび両側面を覆うとともに一方の電極の上面および両側
面とのみ対向するように形成するので、第２のゲート電
極は不純物濃度の低い他方の電極とは対向せず不純物濃
度の高い一方の電極とのみ対向することになる。その結
果、たとえば多結晶シリコンにより一方の電極および他
方の電極を形成し、それらの表面を熱酸化することによ
って酸化膜を形成した場合、第１のゲート電極と第２の
ゲート電極とは不純物濃度の高い多結晶シリコンを酸化
することによって形成された絶縁性の高い絶縁膜によっ
てのみ電気的に絶縁されるので、第１のゲート電極と第
２のゲート電極との電気的絶縁特性を向上させることが
可能となる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図を用いて説明する。

第1A図および第1B図は本発明による浮遊ゲート型不揮
発性MOSメモリのゲート電極をその製造工程に従って示
した断面図である。

第1A図に示すように、シリコン基板１の一主面上に、
フィールド酸化膜２および第１ゲート酸化膜３を形成す
る。さらに、多結晶シリコン７を化学気相成長法により
約1800Å厚さに形成した後、写真製版技術を用いて多結
晶シリコン膜７をCF₄ガスにより異方性プラズマエッチ
ングする。次に、多結晶シリコン膜７にリンなどのｎ型
不純物を不純物濃度２×10²⁰cm^-3で拡散し、下層第１ゲ
ート電極７を形成する。次いで、多結晶シリコンの下層
第１ゲート電極７を熱酸化処理することにより膜厚が約
100Åの酸化膜８を形成する。さらにその上に、多結晶
シリコン膜９を化学的気相成長法により膜厚約1800Åに
形成した後、写真製版技術を用いて多結晶シリコン膜９
をCF₄ガスにより異方性プラズマエッチングする。そし
て、この多結晶シリコン膜９にリンなどのｎ型不純物を
不純物濃度６×10²⁰cm^-3で拡散し、上層第１ゲート電極
９を形成する。

次いで、第1B図に示すように、多結晶シリコンの上層
第１ゲート電極９を熱酸化処理し膜厚約600Åの第２ゲ
ート酸化膜５を形成する。そして、その上に多結晶シリ
コン膜６を約3000Å厚さに化学気相成長法により堆積
し、第２ゲート電極６を形成する。

以上のように構成した場合、第１ゲート電極は酸化膜
８を介して２層に分離され、その上層電極９と下層電極
７ではそれぞれ異なったリン濃度にすることができる。
すなわち、上層電極に対しては高濃度のリンを拡散し、
また下層電極に対しては低濃度のリンを拡散することに
より絶縁耐圧が高い電極を有する不遊ゲート型不揮発性
MOSメモリが製造される。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、第１のゲート電極の
不純物濃度の高い一方の電極を不純物濃度の低い他方の
電極の上面および両側面を覆うように形成するととも
に、第２のゲート電極を第１のゲート電極の不純物濃度
の高い一方の電極の上面および両側面とのみ対向するよ
うに構成したので、一方の電極を多結晶シリコンで形成
しその不純物濃度の高い多結晶シリコンを熱酸化するこ
とによって一方の電極の表面に絶縁性の高い絶縁膜を形
成すれば、第１のゲート電極と第２のゲート電極とはそ
の絶縁性の高い絶縁膜によってのみ電気的絶縁が行なわ
れることになり、第１のゲート電極と第２のゲート電極
との間の絶縁耐圧を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第1A図および第1B図は、本発明の実施例の半導体装置の
製造工程を示す断面図である。 第2A図および第2B図は、従来の半導体装置の製造工程を
示す断面図である。 図において、３は第１ゲート酸化膜、５は第２ゲート酸
化膜、６は第２ゲート電極、７は下層第１ゲート電極、
８は酸化膜、９は上層第１ゲート電極を示す。 なお、図中同一符号は同一または相当する部分を示す。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁膜中に設けられた浮遊ゲートである第
   １のゲート電極と、前記第１のゲート電極の上に前記絶
   縁膜を介して設けられた制御ゲートである第２のゲート
   電極とを備えた半導体装置において、 前記第１のゲート電極は酸化膜を介して分離して積層し
   た２層の電極を備えており、 前記２層の電極のうち、前記第２のゲート電極側に位置
   する一方の電極は、相対的に不純物濃度が高くなるよう
   に不純物が拡散され、他方の電極は相対的に不純物濃度
   が低くなるように不純物が拡散されており、 前記第１のゲート電極の一方の電極は前記酸化膜を介し
   て前記他方の電極の上面および両側面を覆うように形成
   されており、前記第２のゲート電極は前記絶縁膜を介し
   て前記一方の電極の上面および両側面を覆うとともに前
   記一方の電極の上面および両側面とのみ対向するように
   形成されている、半導体装置。
2. 【請求項２】前記２層の電極に拡散されている不純物が
   リンである特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。