JPH09246407A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH09246407A
JPH09246407A JP8055916A JP5591696A JPH09246407A JP H09246407 A JPH09246407 A JP H09246407A JP 8055916 A JP8055916 A JP 8055916A JP 5591696 A JP5591696 A JP 5591696A JP H09246407 A JPH09246407 A JP H09246407A
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JP
Japan
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film
oxide film
floating gate
nitride film
polysilicon
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Withdrawn
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JP8055916A
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English (en)
Inventor
Michiko Yamauchi
美知子 山内
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 EEPROMの微細化を実現しつつ、セルトランジ
スタの性能を改善する。 【解決手段】 シリコン基板21上にソース領域22及
びドレイン領域23を形成した後、トンネル絶縁膜24
を形成し、更に該トンネル絶縁膜24上にポリシリコン
膜25を形成する。ポリシリコン膜25上にリン
(P)をイオン打ち込みして熱処理を30分程度行
う。この熱処理により、ポリシリコン膜25がアモルフ
ァス状態から結晶性を回復して元のポリシリコンにな
る。ポリシリコン膜25をパターニングして浮遊ゲート
25aを形成した後、その表面を塩酸過水を用いて洗浄
する。洗浄後、希釈ドライ酸化を3分程度行うことによ
り、第1の酸化膜26を形成する。次に、第1の酸化膜
26を硫酸過水を用いて洗浄した後、該第1の酸化膜2
6上に窒化膜27を70Å形成する。その後、900 ℃のウ
ェット酸化法を120分程度行い、窒化膜27上に第2
の酸化膜28を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばEEPROM(Ele
ctrically Erasable Programmable Read Only Memory)
等のように、基板上に浮遊ゲートを形成し、この浮遊ゲ
ート上に第1の酸化膜、窒化膜及び第2の酸化膜が順次
積層された層間絶縁膜(Oxide-Nitride-Oxide 膜、以下
ONO膜という)を形成し、その上に制御ゲートを形成
する半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図2は、一般的なEEPROMの構造を示す概
略の断面図である。このEEPROMは、基板1中に形成され
たソース領域2及びドレイン領域3の間の上部に、下か
ら順にトンネル絶縁膜4、浮遊ゲート(FG)5、ONO膜
6、及び制御ゲート(CG)7を積層した積層ゲートMOSFET
構造になっている。そして、前記ONO膜6は、図示し
ない第1の酸化膜、窒化膜及び第2の酸化膜が順次積層
されて形成されている。ソース領域2にはソース電極1
1、ドレイン領域3にはドレイン電極12、及び制御ゲ
ート7には制御ゲート電極13がそれぞれ接続されてい
る。このEEPROMでは、浮遊ゲート5中の電子(エレクト
ロン)の量により、制御ゲート7から見たMOSFETの閾値
が変化することを利用してデータの書き込み及び消去を
行うようになっている。次に、図2の動作(1)〜
(2)を説明する。
【0003】(1) 書き込み動作 例えば、ソース電極11に0V、ドレイン電極12に+
6V、及び制御ゲート電極13に+12Vをそれぞれ印
加する。そして、ドレイン領域3からソース領域2へ電
流を流して、ホットエレクトロンをトンネル絶縁膜4を
介して浮遊ゲート5へ注入することにより、データの書
き込みを行う。 (2) 消去動作 例えば、ソース電極11に+5V、及び制御ゲート電極
13に−9Vを印加し、浮遊ゲート5からトンネル絶縁
膜4を介してソース領域2ヘエレクトロンを引抜くこと
により、データの消去を行う。ここで、浮遊ゲート5に
かかる電圧Vfgと制御ゲート7にかかる電圧Vcgとの関
係は、カップリング比Crというファクタにより決定さ
れている。即ち、 Vfg=Vcg・Cr で表される。
【0004】このカップリング比Crは、浮遊ゲート5
と制御ゲート7との重なり面積とその間の層間絶縁膜
(即ち、ONO膜)6の厚さで決定される各部の静電容
量で算出される。即ち、 Cr=C1 /(C1 +C2 +C3 +C4 ) 但し、 C1 ;浮遊ゲート5と制御ゲート7間の静電容量 C2 ;ソース領域2と浮遊ゲート間5の静電容量 C3 ;ドレイン領域3と浮遊ゲート間5の静電容量 C4 ;基板1と浮遊ゲート間5の静電容量
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図2のEEPROMでは、次
のような課題があった。即ち、セルトランジスタ(即
ち、メモリアレイ部のトランジスタ)の微細化を実現し
つつ、性能の改善(即ち、カップリング比の向上を計
り、制御ゲート7に掛かる電圧の低電圧化を実現するこ
と)をするためには、このセルトランジスタの浮遊ゲー
ト5を挟む絶縁膜であるトンネル絶縁膜4及びONO膜
6の薄膜化が必要である。つまり、セルサイズを縮小し
てかつ必要なカップリング比を確保するには、浮遊ゲー
ト5と制御ゲート7間の耐圧を確保しつつ、ONO膜6
の薄膜化が必要である。ところが、ONO膜6を薄膜化
する場合、第2の酸化膜は、制御ゲート7からのリーク
を少なくするために必要なものであり、薄膜化するには
限界がある。又、窒化膜の下地になる第1の酸化膜は、
形成装置の精度に限界があるため、薄膜化が困難であ
る。このため、窒化膜を薄膜化することが望ましい。し
かし、窒化膜を薄膜化した場合、第2の酸化膜を形成す
る際に該窒化膜の耐酸化性が破壊され、該第2の酸化膜
形成時の熱処理の影響で浮遊ゲート5が酸化されるよう
になってきた。そのため、この窒化膜を薄膜化すること
による耐酸化性の破壊は、非常に大きな問題になる。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために、基板上におけるソースとドレインに対応
する領域の間上にポリシリコンの浮遊ゲートを形成する
工程と、前記浮遊ゲート上に第1の酸化膜及び窒化膜を
順次形成し、更に該窒化膜上に熱酸化法を用いて第2の
酸化膜を形成する工程と、前記第2の酸化膜上に制御ゲ
ートを形成する工程とを含む半導体装置の製造方法にお
いて、前記窒化膜は、前記第1の酸化膜の表面を硫酸過
水を用いて洗浄した後、CVD(Chemical Vapor Depos
ition)法を用いて形成するようにしている。本発明に
よれば、以上のように半導体装置の製造方法を構成した
ので、基板上に浮遊ゲートが形成され、該浮遊ゲート上
に第1の酸化膜が形成される。次に、前記第1の酸化膜
の表面が洗浄されて汚れが除去された後、該第1の酸化
膜上に窒化膜が形成される。更に、第2の酸化膜形成工
程において、前記窒化膜上に第2の酸化膜が形成され
る。ここで、前記形成された窒化膜は、膜厚が従来より
も薄くなっても、第2の酸化膜を形成する工程における
熱処理に対する耐酸化性を備えている。その後、第2の
酸化膜上に制御ゲートが形成される。従って、前記課題
を解決できるのである。
【0007】
【発明の実施の形態】図1(a)〜(c)は、本発明の
実施形態を示す半導体装置の製造方法の工程図である。
以下、その工程(1)〜(3)を図1(a)〜(c)を
参照しつつ説明する。 (1) 図1(a)の工程 例えばLOCOS法を用いてシリコン基板21上に素子
分離領域22,23を形成した後、例えば850℃のウ
ェット酸化法を用いてトンネル絶縁膜24を70Å形成
し、更に該トンネル絶縁膜24上に、例えば減圧CVD
法を用いてポリシリコン膜25を1000Å形成する。 (2) 図1(b)の工程 ポリシリコン膜25上に10[KeV]IE15[cm-2] 程度の条件
でリン(P)をイオン打ち込みしてアモルファス状態
にする。その後、窒素(N2 )雰囲気中で800℃の熱処
理を30分程度行う。この熱処理により、リンが活性化
されてポリシリコン膜25がアモルファス状態から結晶
性を回復して元のポリシリコンになる。 (3) 図1(c)の工程 ホトリソグラフィ技術を用いてポリシリコン膜25をパ
ターニングして浮遊ゲート25aを形成した後、該浮遊
ゲート25aの表面を塩酸過水を用いて洗浄する。その
後、浮遊ゲート25aの表面を1000℃程度で希釈(即
ち、窒素N2 を混ぜながら酸素O2 を流す)ドライ酸化
を3分程度行うことにより、第1の酸化膜26を形成す
る。
【0008】次に、第1の酸化膜26の表面を硫酸過水
を用いて洗浄した後、減圧CVD法を用いて該第1の酸
化膜26上に窒化膜27を70Å形成する。その後、第2
の酸化膜形成工程において、窒化膜27の表面に対して
熱酸化法(例えば、900 ℃のウェット酸化)を用いて1
20分程度酸化を行い、窒化膜27上に第2の酸化膜2
8を形成する。そして、第1の酸化膜26、窒化膜27
及び第2の酸化膜28でONO膜が構成される。この図
1(c)の工程の後、第2の酸化膜28上にレジストを
塗布し、ホトリソグラフィ技術を用いて制御ゲートを形
成する。その後、素子分離領域22,23にイオン打ち
込みを行ってソース及びドレインをそれぞれ形成し、セ
ルトランジスタを形成する。図3は、図1(c)の工程
における硫酸過水洗浄の有無によるONO膜の換算膜厚
の差を示す図であり、縦軸にONO膜の換算膜厚、及び
横軸に窒化膜の実測膜厚(即ち、窒化膜だけを形成した
場合の膜厚)がとられている。この図では、ONO膜の
静電容量を測定した結果から該ONO膜の膜厚を酸化膜
に換算した結果が示されている。
【0009】この図を参照しつつ、窒化膜形成前洗浄の
有無によるONO膜の換算膜厚の差を説明する。先ず、
窒化膜27を形成する前の硫酸過水洗浄を行った後に該
窒化膜27を70Å形成した場合、ONO膜の換算膜厚は
ほぼ理論値(即ち、180 Å)に近い値になる。更に、前
記洗浄を行った後、実測膜厚が55Åの窒化膜27を形成
した場合でも、ONO膜の換算膜厚はほぼ前記理論値に
近い値になり、該窒化膜27には第2の酸化膜28を形
成するための熱処理に対する耐酸化性が確保されること
がわかる。一方、硫酸過水洗浄を行わない場合、窒化膜
27を70Å形成しても、第2の酸化膜28を形成するた
めの熱処理に対する該窒化膜27の耐酸化性が損なわ
れ、異常酸化が発生してONO膜の換算膜厚は約400Å
になり、理論値よりも厚くなっている。更に、膜厚が55
Å窒化膜27を形成した場合も、同様に窒化膜27の耐
酸化性が損なわれ、ONO膜の換算膜厚は約1300Åにな
り、理論値よりも著しく厚くなっている。従って、本実
施形態に示す方法でONO膜の形成を行えば、窒化膜の
耐酸化性が得られるので、薄い膜厚の窒化膜を形成して
も耐酸化性が損なわれることがない。そのため、セルト
ランジスタの微細化を実現しつつ、性能の改善を図るこ
とができる。
【0010】以上のように、本実施形態では、窒化膜2
7を形成する前の硫酸過水洗浄を行うと、第2の酸化膜
28を形成する際の熱処理に対する該窒化膜27の耐酸
化性が得られ、薄い膜厚の窒化膜を形成しても耐酸化性
が損なわれることがない。尚、本発明は上記実施形態に
限定されず、種々の変形が可能である。その変形例とし
ては、例えば次のようなものがある。 (a) 実施形態では、ポリシリコン膜25は減圧CV
D法を用いて形成したが、ポリシリコン膜を形成できる
方法なら他の方法でもよい。 (b) 図1(c)の工程において、浮遊ゲート25a
の表面を塩酸過水を用いて洗浄したが、硫酸過水を用い
てもよい。
【0011】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、窒化膜を形成する前に第1の酸化膜の硫酸過水洗
浄を行うようにしたので、窒化膜の膜厚を薄くしても第
2の酸化膜を形成する際の熱処理に対する耐酸化性が得
られ、ほぼ理論値に近い膜厚のONO膜が得られる。そ
のため、ONO膜の薄膜化を実現でき、セルトランジス
タの微細化を実現しつつ、性能を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の半導体装置の製造方法の工
程図である。
【図2】一般的なEEPROMの構造を示す概略の断面図であ
る。
【図3】窒化膜生成前硫酸過水洗浄の有無によるONO
膜の換算膜厚を示す図である。
【符号の説明】
1,21 シリコン基
板 2,3,22,23 素子分離領
域 4,24 トンネル絶
縁膜 5,25a 浮遊ゲート 6 ONO膜
(層間絶縁膜) 7 制御ゲート 26 第1の酸化
膜 27 窒化膜 28 第2の酸化

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板におけるソースとドレインに対応す
    る領域の間上にポリシリコンの浮遊ゲートを形成する工
    程と、前記浮遊ゲート上に第1の酸化膜及び窒化膜を順
    次形成し、更に該窒化膜上に熱酸化法を用いて第2の酸
    化膜を形成する工程と、前記第2の酸化膜上に制御ゲー
    トを形成する工程とを含む半導体装置の製造方法におい
    て、 前記窒化膜は、前記第1の酸化膜の表面を硫酸過水を用
    いて洗浄した後、CVD法を用いて形成することを特徴
    とする半導体装置の製造方法。
JP8055916A 1996-03-13 1996-03-13 半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH09246407A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100390901B1 (ko) * 2000-12-28 2003-07-10 주식회사 하이닉스반도체 에스램 소자의 트랜지스터 제조방법
KR100475895B1 (ko) * 1997-12-30 2005-06-17 주식회사 하이닉스반도체 반도체소자제조방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100475895B1 (ko) * 1997-12-30 2005-06-17 주식회사 하이닉스반도체 반도체소자제조방법
KR100390901B1 (ko) * 2000-12-28 2003-07-10 주식회사 하이닉스반도체 에스램 소자의 트랜지스터 제조방법

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Effective date: 20030603