JPH05335589A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置及び半導体装置の製造方法

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JPH05335589A
JPH05335589A JP16230992A JP16230992A JPH05335589A JP H05335589 A JPH05335589 A JP H05335589A JP 16230992 A JP16230992 A JP 16230992A JP 16230992 A JP16230992 A JP 16230992A JP H05335589 A JPH05335589 A JP H05335589A
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JP
Japan
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gate
insulating film
semiconductor device
film
central portion
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Application number
JP16230992A
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English (en)
Inventor
Toyohiro Tsunakawa
豊廣 綱川
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ゲート絶縁膜の信頼性を高め、その耐圧を大
きくし、特性を向上した半導体装置(ディスターブ現象
を抑制し、エンデュランス特性等信頼性を向上した不揮
発性メモリー等)及びその製造方法を提供すること。 【構成】 ゲート構造とゲート絶縁膜2とを有する半導
体装置(ゲート構造としてフローティングゲート31と
コントロールゲート32とを有する不揮発性メモリーを
含む)において、ゲート絶縁膜2の中央部分20を厚膜
に形成した半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置及び半導体
装置の製造方法に関する。特に、ゲート構造とゲート絶
縁膜とを有する半導体装置、及びこのような半導体装置
の製造方法に関する。本発明は、例えば、MOSトラン
ジスタや、不揮発性メモリー装置の分野等、各種の半導
体装置について、利用することができる。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の半導体装置、例えばゲー
ト絶縁膜上に1層または2層以上のゲートを有するゲー
ト構造を備えた半導体装置にあっては、従来、ゲート絶
縁膜として酸化膜、一般には極薄SiO2 膜を形成する
構成が採用されている。
【0003】しかし、この構成では、ゲート絶縁酸化膜
のピュアー化が極めて困難であり、内部に混入されたコ
ンタミネーション(汚染、特にプロセス中で混入する汚
染)により、信頼性向上が難しいというような問題があ
った。
【0004】この問題は、不揮発性メモリーにおけるゲ
ート構造についても、問題になっている。
【0005】即ち、不揮発性メモリーにおいて、従来の
ゲート絶縁膜構造にあっては、セル書き込み時にビット
線とワード線の電位を上げてドレイン側でホットエレク
トロンを発生させ、フローティングゲートに注入する。
ビット線とワード線の電位により非選択セルにも電圧が
かかってしまい、しきい値が変動するディスターブ現象
も問題であった。
【0006】以上のように、不揮発性メモリー等、ゲー
ト絶縁膜とゲート構造とを有する半導体装置では、ゲー
ト絶縁酸化膜の信頼性を如何に向上するかが課題となっ
ている。
【0007】
【発明の目的】本発明は、上記問題点を解決して、ゲー
ト絶縁膜の信頼性を高め、その耐圧を大きくし、特性を
向上した半導体装置を提供することを目的とし、また特
に新しい設備を要することなくそのような半導体装置を
得ることができるその製造方法を提供することを目的と
する。また、不揮発性メモリーに適用した場合に、フロ
ーティングゲート直下の絶縁特性を向上でき、ディスタ
ーブ現象を抑制でき、またエンデュランス特性を始めと
する信頼性を向上できる半導体装置及びその製造方法を
提供することを目的とする。
【0008】
【目的を達成するための手段】本出願の請求項1の発明
は、ゲート構造とゲート絶縁膜とを有する半導体装置に
おいて、ゲート絶縁膜の中央部分を厚膜に形成したこと
を特徴とする半導体装置であって、この構成により上記
目的を達成するものである。
【0009】本出願の請求項2の発明は、ゲート絶縁膜
の中央部を弧状に盛り上げて形成することにより、ゲー
ト絶縁膜の中央部分を厚膜に形成した請求項1に記載の
半導体装置であって、この構成により上記目的を達成す
るものである。
【0010】本出願の請求項3の発明は、MOSトラン
ジスタである請求項1または2記載の半導体装置であっ
て、この構成により上記目的を達成するものである。
【0011】本出願の請求項4の発明は、ゲート構造と
してフローティングゲートとコントロールゲートとを有
する不揮発性メモリーである請求項1ないし3のいずれ
かに記載の半導体装置であって、この構成により上記目
的を達成するものである。
【0012】本出願の請求項5の発明は、ゲート構造と
ゲート絶縁膜とを有する半導体装置の製造方法におい
て、基体上に第1の絶縁膜を形成し、該第1の絶縁膜を
パターニングしてゲート構造の中央部分となる部分にの
み残し、次に第2の絶縁膜を形成し、パターニングを行
って絶縁膜の中央部分を厚膜に形成したゲート絶縁膜を
得、該ゲート絶縁膜上にゲート構造を形成する半導体装
置の製造方法であって、この構成により上記目的を達成
するものである。
【0013】本出願の請求項6の発明は、ゲート構造と
してフローティングゲートとコントロールゲートとを有
する不揮発性メモリーである半導体装置の製造方法であ
って、基体上に第1の絶縁膜を形成し、該第1の絶縁膜
をパターニングしてゲート構造の中央部分となる部分に
のみ残し、次に第2の絶縁膜を形成し、パターニングを
行って絶縁膜の中央部分を厚膜に形成したゲート絶縁膜
を得、該ゲート絶縁膜上にフローティングゲートを形成
し、該フローティングゲート上に絶縁膜を介してコント
ロールゲートが形成されたゲート構造を形成する半導体
装置の製造方法であって、この構成により上記目的を達
成するものである。
【0014】本出願の請求項7の発明は、ゲート絶縁膜
の中央部を弧状に盛り上げて形成することにより、ゲー
ト絶縁膜の中央部分を厚膜に形成した請求項5または6
に記載の半導体装置の製造方法であって、この構成によ
り上記目的を達成するものである。
【0015】
【作用】本発明によれば、ゲート直下のゲート絶縁膜の
膜厚を、その中央部分を厚膜化して形成したので、安定
した絶縁特性が得られる。この結果、性能向上を達成で
きる。また、特に新しいプロセスを要することなく製造
できるので、新規な設備は不要である。
【0016】本発明を不揮発メモリーに適用すると、フ
ローティングゲート直下の絶縁性を良好にし、安定化で
き、ディスターブ現象の抑制や、エンデュランス特性を
はじめとする特性・信頼性の向上を達成できる。
【0017】
【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
て説明する。但し当然のことではあるが、本発明は実施
例により限定されるものではない。
【0018】実施例1 この実施例は、本発明を不揮発メモリーに具体化したも
のであり、不揮発性メモリーに本発明の構成を適用し
て、フローティングゲート直下の絶縁構造を凸型構造に
することにより、ディスターブ現象並びにエンデュラン
ス特性悪化という問題の解決を図った。
【0019】本実施例の半導体装置は不揮発性メモリー
であり、図1に示すように、基体であるSi基板上にゲ
ート構造としてフローティングゲート31とコントロー
ルゲート32とを有し、ゲート絶縁膜2を有する構成で
あって、ゲート絶縁膜2の中央部分を厚膜に形成したも
の(厚膜の中央部分を符号20で示す)である。
【0020】本実施例の不揮発性メモリーは、次のよう
にして製造した。即ち、本実施例におけるプロセスは、
図2ないし図9に示すように、ゲート構造としてフロー
ティングゲート31とコントロールゲート32とを有す
る不揮発性メモリーである半導体装置(図1及び図9参
照)の製造方法であって、基体1上に第1の絶縁膜21
を形成し(図2)、該第1の絶縁膜21をパターニング
してゲート構造の中央部分となる部分にのみ残し(図
3。残した絶縁膜を符号22で示す)、次に第2の絶縁
膜23を形成し(図4)、パターニングを行って絶縁膜
の中央部分20を厚膜に形成したゲート絶縁膜2を得
(図6)、該ゲート絶縁膜2上にフローティングゲート
31を形成し(図7)、該フローティングゲート31上
に絶縁膜4(第2ゲート絶縁膜)を介してコントロール
ゲート32が形成されたゲート構造(図8,図9)を形
成するものである。
【0021】本実施例の半導体装置は、更に詳しくは、
以下の手順によって形成した。図2ないし図9を参照す
る。なお図示、特に図4ないし図9の図示は、ゲート絶
縁膜の厚膜部分を強調して、極端な弧状の図示にしてあ
るが、これは図の明示のためである。
【0022】本実施例においては、基体1であるSi基
板上に、1回目熱酸化して第1の絶縁膜21としてSi
2 膜を形成し(図2)、これについてフローティング
ゲート領域以外のSiO2 をHF処理にて総てウェット
エッチングし、絶縁膜部分22を残した図3の構造とす
る。2回目熱酸化にて第2の絶縁膜23としてSiO2
膜を形成する。下地の絶縁膜部分22の凸状を反映し
て、第2の絶縁膜23も、凸状のSiO2 に形成される
(図4及び図5。なお図4中、第2の絶縁膜23に対す
るハッチングは省略した)。次に、ポリSiを所定領域
にパターニングし、フローティングゲート31形成す
る。フローティングゲート31は図6に極端に示すよう
に、弧状に形成される。その後、セルフアラインにてイ
オンを所定の領域に注入し、ソース・ドレイン領域1
1,12を形成する(図7)。次に、熱酸化して第2ゲ
ート絶縁膜4用SiO2 膜を形成後、ポリSiをパター
ニングし、コントロールゲート32を同様に弧状に形成
することで、第9に示すようなマイクロ弧型ゲート内蔵
の構造が完成する。
【0023】本実施例においては、基体1であるSi基
板上のフローティングゲート直下に熱酸化にて第1の絶
縁膜21としてSiO2 膜を形成するが、形成時のこの
絶縁酸化膜厚は、例えば〜10nm(10nm程度、あ
るいはそれよりやや小さいことを示す。以下同じ)とす
る。所定の形状にSiO2 膜をウェットエッチングし
て、図3の構造とする。図4の構造を形成するための2
回目の熱酸化においては、SiO2 膜を例えば〜10n
m形成し、これにより図4の構造とし、更にRIEを用
いることにより、図5に示す厚膜部20を有するゲート
絶縁膜2を得るのである。図6は、フローティングゲー
ト31形成のため所定の形状にポリSiを形成した状態
で、この時の膜厚は、例えば〜200nmとする。次い
でこのフローティングゲート31をマスクとすることに
よりセルフアラインにてイオン注入して、ソース・ドレ
イン領域11,12を形成したのが図7である。更に、
第2ゲート絶縁膜4形成のため熱酸化にてSiO2 膜を
形成するが、この時の膜厚は、例えば〜15nmとす
る。図9は、堆積、パターニング技術により所定の形状
にポリSiを形成した状態を示す。この時の膜厚は、例
えば〜300nmとする。以上により、中央部が厚膜部
20となって、マイクロ弧型ゲートを有する不揮発性メ
モリー構造が完成する。
【0024】本実施例では、フローティングゲート31
直下の絶縁構造を中央部が厚膜部20となった弧型のゲ
ート絶縁膜2の形状にすることで、安定した絶縁特性が
得られる。この構造は新規設備投資を要することなく、
従来のプロセス装置で容易に形成できる。
【0025】本実施例により、簡明な構成で、ディスタ
ーブ現象抑制、エンデュランス特性を始めとする信頼性
を向上した不揮発性メモリーを得ることができる。
【0026】実施例2 本実施例は、MOSトランジスタに本発明を適用したも
のである。本実施例のMOSトランジスタは、図10に
示すように、ゲート絶縁膜2の中央部分を厚膜部分20
としたものである。
【0027】本実施例のMOSトランジスタは、次のよ
うにして形成した。即ち、ゲート構造であるゲート3と
ゲート絶縁膜2とを有する構造の形成に際し、基体1で
あるSi基板上に第1の絶縁膜21を形成し(図1
1)、該第1の絶縁膜21をパターニングしてゲート構
造の中央部分となる部分にのみ残し(符号22で残され
た部分を示す)、次に第2の絶縁膜23を形成し(図1
3)、パターニングを行って絶縁膜2の中央部分を厚膜
部20に形成したゲート絶縁膜2を得(図14)、該ゲ
ート絶縁膜2上にゲート構造(ゲート3)を形成した。
【0028】使用した材料や条件は、実施例1と同様で
ある。
【0029】本実施例により、ゲート3の直下に厚膜部
20を有するゲート絶縁膜2を有するMOSトランジス
タが得られ、これは耐圧性が良好で、性能にすぐれると
いう効果を有する。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、ゲート絶縁膜の信頼性
を高め、その耐圧を大きくし、特性を向上した半導体装
置を提供することができ、その際、特に新しい設備を要
することなく容易にそのような半導体装置を得ることが
できる製造方法を提供することができる。また、不揮発
性メモリーに適用して、フローティングゲート直下の絶
縁特性を向上し、ディスターブ現象を抑制し、またエン
デュランス特性を始めとする信頼性を向上した半導体装
置及びその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の半導体装置である不揮発性メモリー
の構造を示す断面図である。
【図2】実施例1の半導体装置の製造工程(1)を示す
図である。
【図3】実施例1の半導体装置の製造工程(2)を示す
図である。
【図4】実施例1の半導体装置の製造工程(3)を示す
図である。
【図5】実施例1の半導体装置の製造工程(4)を示す
図である。
【図6】実施例1の半導体装置の製造工程(5)を示す
図である。
【図7】実施例1の半導体装置の製造工程(6)を示す
図である。
【図8】実施例1の半導体装置の製造工程(7)を示す
図である。
【図9】実施例1の半導体装置の製造工程(8)を示す
図である。
【図10】実施例2の半導体装置であるMOSトランジ
スタの構造を示す断面図である。
【図11】実施例2の半導体装置の製造工程(1)を示
す図である。
【図12】実施例2の半導体装置の製造工程(2)を示
す図である。
【図13】実施例2の半導体装置の製造工程(3)を示
す図である。
【図14】実施例2の半導体装置の製造工程(4)を示
す図である。
【図15】実施例2の半導体装置の製造工程(5)を示
す図である。
【図16】実施例2の半導体装置の製造工程(6)を示
す図である。
【符号の説明】
1 基体(Si基板) 2 (第1)ゲート絶縁膜 20 ゲート絶縁膜の厚膜の中央部分(厚膜部) 21 第1の絶縁膜 22 第1の絶縁膜のパターニングされて残された部
分 23 第2の絶縁膜 3 ゲート 31 ゲート(フローティングゲート) 32 ゲート(コントロールゲート) 4 第2ゲート絶縁膜

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ゲート構造とゲート絶縁膜とを有する半導
    体装置において、 ゲート絶縁膜の中央部分を厚膜に形成したことを特徴と
    する半導体装置。
  2. 【請求項2】ゲート絶縁膜の中央部を弧状に盛り上げて
    形成することにより、ゲート絶縁膜の中央部分を厚膜に
    形成した請求項1に記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】MOSトランジスタである請求項1または
    2記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】ゲート構造としてフローティングゲートと
    コントロールゲートとを有する不揮発性メモリーである
    請求項1ないし3のいずれかに記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】ゲート構造とゲート絶縁膜とを有する半導
    体装置の製造方法において、 基体上に第1の絶縁膜を形成し、 該第1の絶縁膜をパターニングしてゲート構造の中央部
    分となる部分にのみ残し、 次に第2の絶縁膜を形成し、 パターニングを行って絶縁膜の中央部分を厚膜に形成し
    たゲート絶縁膜を得、 該ゲート絶縁膜上にゲート構造を形成する半導体装置の
    製造方法。
  6. 【請求項6】ゲート構造としてフローティングゲートと
    コントロールゲートとを有する不揮発性メモリーである
    半導体装置の製造方法であって、 基体上に第1の絶縁膜を形成し、 該第1の絶縁膜をパターニングしてゲート構造の中央部
    分となる部分にのみ残し、 次に第2の絶縁膜を形成し、 パターニングを行って絶縁膜の中央部分を厚膜に形成し
    たゲート絶縁膜を得、 該ゲート絶縁膜上にフローティングゲートを形成し、 該フローティングゲート上に絶縁膜を介してコントロー
    ルゲートが形成されたゲート構造を形成する半導体装置
    の製造方法。
  7. 【請求項7】ゲート絶縁膜の中央部を弧状に盛り上げて
    形成することにより、ゲート絶縁膜の中央部分を厚膜に
    形成した請求項5または6に記載の半導体装置の製造方
    法。
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