(57)【要約】【課題】信頼性の高いトンネル絶縁膜を有する不揮発性半導体記憶素子を提供する。【解決手段】ＦＬＯＴＯＸ型の不揮発性半導体記憶素子１０は、Ｐ型の半導体基板１１中に形成されるＮ型のトンネルドレイン３１、トンネルドレイン３１の上で、トンネルウィンドウの領域に形成される窒化膜４２、窒化膜４２の上に形成されるＨＴＯ膜であるトンネル絶縁膜２２、トンネルドレイン３１の上で、トンネルウィンドウ以外の領域に形成されるフローティングゲート絶縁膜４１、及び、トンネル絶縁膜２２及びフローティングゲート絶縁膜４１の上に形成されるフローティングゲート１２を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＬＯＴＯＸ型の不揮発性半導体記憶素子であって、
半導体基板と、
前記半導体基板の表面に設けられたトンネルドレインと、
前記トンネルドレイン上を含む前記半導体基板の表面に設けられたフローティングゲート絶縁膜と、
前記トンネルドレイン上の前記フローティングゲート絶縁膜の一部を除去することで設けられたトンネルウィンドウと、
前記トンネルウィンドウ内の前記半導体基板の表面および前記フローティングゲート絶縁膜の表面に設けられた窒化膜と、
前記窒化膜の上に設けられ、前記窒化膜とともにトンネル絶縁膜を形成するＨＴＯ膜と、
前記トンネル絶縁膜及び前記フローティングゲート絶縁膜の上に設けられたフローティングゲートと、
前記フローティングゲートの上に設けられたコントロールゲート絶縁膜と、
前記コントロールゲート絶縁膜の上に設けられたコントロールゲートと、
を備えた不揮発性半導体記憶素子。
【請求項２】
前記ＨＴＯ膜は前記フローティングゲートの下にのみ配置された請求項１記載の不揮発性半導体記憶素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＬＯＴＯＸ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｇａｔｅ  Ｔｕｎｎｅｌ  Ｏｘｉｄｅ）型の不揮発性半導体記憶素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＬＯＴＯＸ型の不揮発性半導体記憶素子においては、半導体基板とフローティングゲートとの間にトンネル絶縁膜が設けられる。このトンネル絶縁膜として、化学的に気相成長された膜であるＣＶＤ膜が利用されることがある。ここで、トンネル絶縁膜となるＣＶＤ膜の形成方法として以下の方法がある。まず、ＳｉＨ4（シラン）及びＮ2Ｏ（一酸化二窒素）を用いた減圧ＣＶＤ法により、ＨＴＯ（Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｏｘｉｄｅ）膜を成膜し、このＨＴＯ膜を窒化雰囲気で加熱処理することで窒素を導入し、さらに、このＨＴＯ膜を酸化雰囲気で加熱処理し、改質するものである（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４３９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１によって開示された技術では、ＨＴＯ成膜時に加熱処理が実施されるので、半導体基板中に拡散している砒素などの不純物が熱拡散によってＨＴＯ膜中に拡散してしまうことがある。そのため、不純物によりＨＴＯ膜の膜質が悪くなり、ＨＴＯ膜の信頼性が低くなるという不具合が発生する。
本発明は、上記不具合に鑑みてなされ、信頼性の高いトンネル絶縁膜を有する不揮発性半導体記憶素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するため、ＦＬＯＴＯＸ型の不揮発性半導体記憶素子において、半導体基板中に形成されるトンネルドレインと、前記トンネルドレインの上で、トンネルウィンドウの領域に形成される窒化膜と、前記窒化膜の上に形成されるＨＴＯ膜であるトンネル絶縁膜と、前記トンネルドレインの上で、前記トンネルウィンドウ以外の領域に形成されるフローティングゲート絶縁膜と、前記トンネル絶縁膜及び前記フローティングゲート絶縁膜の上に形成されるフローティングゲートと、前記フローティングゲートの上に形成されるコントロールゲート絶縁膜と、前記コントロールゲート絶縁膜の上に形成されるコントロールゲートと、を備えることを特徴とする不揮発性半導体記憶素子を提供する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明では、ＦＬＯＴＯＸ型の不揮発性半導体記憶素子において、砒素などの不純物がトンネル絶縁膜中に拡散しないので、トンネル絶縁膜の膜質が良くなり、トンネル絶縁膜の信頼性が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】不揮発性半導体記憶素子の製造工程を示す図である。
【図２】不揮発性半導体記憶素子の製造工程を示す図である。
【図３】不揮発性半導体記憶素子の製造工程を示す図である。
【図４】不揮発性半導体記憶素子の製造工程を示す図である。
【図５】減圧ＣＶＤ装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
まず、ＦＬＯＴＯＸ型の不揮発性半導体記憶素子の製造方法について説明する。図１〜図４は、不揮発性半導体記憶素子の製造工程を示す模式断面図である。
【０００９】
ＦＬＯＴＯＸ型の不揮発性半導体記憶素子１０は、図４の（Ｍ）に示すように、Ｐ型の半導体基板１１中に形成されるＮ型のトンネルドレイン３１、トンネルドレイン３１の上で、トンネルウィンドウの領域に形成される窒化膜４２、窒化膜４２の上に形成されるＨＴＯ（High Temperature Oxide）膜であるトンネル絶縁膜２２、トンネルドレイン３１の上で、トンネルウィンドウ以外の領域に形成されるフローティングゲート絶縁膜４１、トンネル絶縁膜２２及びフローティングゲート絶縁膜４１の上に形成されるフローティングゲート１２、フローティングゲート１２の上に形成されるコントロールゲート絶縁膜２３、及び、コントロールゲート絶縁膜２３の上に形成されるコントロールゲート１４を備える。
【００１０】
ＦＬＯＴＯＸ型の不揮発性半導体記憶素子１０を形成するには、まず、図１の（Ａ）に示すように、Ｐ型の半導体基板１１を用意する。そして、図１の（Ｂ）に示すように、露光装置によるパターンニング及びイオン注入法により、半導体基板１１の表面に砒素を注入し、Ｎ型のトンネルドレイン３１を形成する。続いて、図１の（Ｃ）に示すように、熱酸化法により、半導体基板１１の表面にフローティングゲート絶縁膜４１を成膜する。
【００１１】
次に、図２の（Ｄ）に示すように、露光装置によるパターンニング、及び、ウェットエッチング法またはドライエッチング法により、フローティングゲート絶縁膜４１のトンネルウィンドウの領域をエッチングし除去する。そして、図２の（Ｅ）に示すように、後述する方法により、半導体基板１１の表面に窒化膜４２を成膜する。続いて、図２の（Ｆ）に示すように、後述する方法により、トンネルウィンドウの領域にＨＴＯ膜であるトンネル絶縁膜２２を窒化膜４２の表面に成膜する。さらに、図２の（Ｇ）に示すように、減圧ＣＶＤ法により、窒化膜４２及びトンネル絶縁膜２２の上にポリシリコン４５を成膜する。
【００１２】
引き続き、図３の（Ｈ）に示すように、露光装置によるパターンニング、及び、ウェットエッチング法またはドライエッチング法により、ポリシリコン４５からフローティングゲート１２を形成する。このとき、エッチング条件によっては、フローティングゲート１２により覆われていないＨＴＯ膜をすべて除去することも可能である。そして、図３の（Ｉ）に示すように、露光装置によるパターンニング、及び、ウェットエッチング法またはドライエッチング法により、フローティングゲート絶縁膜４１のセレクトゲート１３の領域をエッチングする。続いて、図３の（Ｊ）に示すように、水蒸気酸化法により、フローティングゲート１２の表面を酸化し、コントロールゲート絶縁膜２３を成膜する。また、露出した半導体基板１１の表面を酸化し、ゲート絶縁膜２１を成膜する。
【００１３】
次に、図４の（Ｋ）に示すように、減圧ＣＶＤ法により、ポリシリコン４０を成膜する。そして、図４の（Ｌ）に示すように、露光装置によるパターンニング、及び、ウェットエッチング法またはドライエッチング法により、コントロールゲート１４及びセレクトゲート１３を形成する。さらに、図４の（Ｍ）に示すように、露光装置によるパターンニング及びイオン注入法により、半導体基板１１の表面に砒素を注入し、Ｎ型のソース３２及びＮ型のドレイン３３を形成する。
【００１４】
次に、上記の製造方法において、詳細なトンネル絶縁膜２２の製造方法について説明する。図５は、減圧ＣＶＤ装置の概略図である。
半導体基板１１を、減圧ＣＶＤ装置内の基板反応部にセットする。排気ポンプは、基板反応部の真空引きを行う。バルブ１を開き、Ｎ２（窒素）を基板反応部に供給し、基板反応部の圧力をおよそ５０Ｐａ〜１５０Ｐａにコントロールする。ここでの圧力は、圧力コントローラによって調整する。その後、バルブ１を閉じ、Ｎ2の供給を停止してから、バルブ２を開き、Ｎ2Ｏ（一酸化二窒素）を基板反応部に供給し、基板反応部をＮ2雰囲気からＮ2Ｏ雰囲気に置換し、基板反応部の圧力をおよそ５０Ｐａ〜１５０Ｐａにコントロールする。ここで、加熱処理を実施する（５分以上、７５０℃以上が望ましい）。すると、半導体基板１１の表面に数ｎｍの窒化膜４２が成膜する。加熱処理完了後、バルブ２を閉じ、Ｎ2Ｏの供給を停止する。
【００１５】
バルブ３を開き、ＳｉＨ4（シラン）を基板反応部に供給し、基板反応部の圧力をおよそ５０Ｐａ〜１５０Ｐａにコントロールする。ここで、加熱処理を実施する（およそ７５０℃〜８００℃が望ましい）。これにより、減圧ＣＶＤ法により、窒化膜４２の上にトンネル絶縁膜２２であるＨＴＯ膜が成膜する。この時、ＨＴＯ成膜前において、半導体基板１１の表面が窒化処理されているので、トンネルドレイン３１の砒素などの不純物がＨＴＯ膜中に拡散しない。そのため、ＨＴＯ膜の膜質が良くなり、ＨＴＯ膜の信頼性が高くなる。加熱処理完了後、バルブ３を閉じ、ＳｉＨ4の供を停止する。
【００１６】
バルブ１を開き、Ｎ2を基板反応部内に供給し、基板反応部をＳｉＨ4雰囲気からＮ2雰囲気に置換し、基板反応部の圧力をおよそ１５０Ｐａ〜７００Ｐａにコントロールする。ここで、基板反応部の温度を８００℃以上に制御する。昇温完了後、バルブ１を閉じ、Ｎ2の供給を停止し、バルブ２を開き、Ｎ2Ｏを基板反応部に供給し、基板反応部の圧力をおよそ１５０Ｐａ〜７００Ｐａにコントロールする。そして、加熱処理を実施する。そのために、ＨＴＯ膜はＮ2Ｏに含まれる窒素により改質される。
ここで、前述した窒化膜４２の成膜とＨＴＯ膜（トンネル絶縁膜２２）の成膜及び改質とは、一台の装置内で連続して実施できるので、余分なコストをかけずに実施できる。
【符号の説明】
【００１７】
１０  ＦＬＯＴＯＸ型の不揮発性半導体記憶素子
１１  Ｐ型の半導体基板
１２  フローティングゲート
１３  セレクトゲート
１４  コントロールゲート
２１  ゲート絶縁膜
２２  トンネル絶縁膜
２３  コントロールゲート絶縁膜
３１  Ｎ型のトンネルドレイン
３２  Ｎ型のソース
３３  Ｎ型のドレイン
４１  フローティングゲート絶縁膜
４２  窒化膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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