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JP2570331B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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JP2570331B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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JP2570331B2
JP2570331B2 JP62291922A JP29192287A JP2570331B2 JP 2570331 B2 JP2570331 B2 JP 2570331B2 JP 62291922 A JP62291922 A JP 62291922A JP 29192287 A JP29192287 A JP 29192287A JP 2570331 B2 JP2570331 B2 JP 2570331B2
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oxide film
layer
nitroxide
semiconductor device
gate electrode
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哲夫 藤井
峰一 酒井
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日本電装株式会社
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  • Local Oxidation Of Silicon (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、絶縁層を介して電極層が積層形成される
ようにした場合、上記絶縁層においてトラップを少なく
し、またトラップが発生し難い状態とされるようにした
半導体装置およびその製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] According to the present invention, when an electrode layer is formed by lamination through an insulating layer, traps are reduced in the insulating layer and traps are less likely to occur. The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same.

[従来の技術] 例えばEPROM、E2ROM等の不揮発性メモリにあっては、
シリコン半導体基板の表面にシリコン酸化膜による絶縁
層を介してフローティングゲート電極が形成され、さら
にこのフローティングゲート電極上には、シリコン酸化
膜による絶縁層介してコントロールゲート電極が形成さ
れるようになっている。
[Prior art] For nonvolatile memories such as EPROM and E 2 ROM, for example,
A floating gate electrode is formed on the surface of a silicon semiconductor substrate via an insulating layer of a silicon oxide film, and a control gate electrode is formed on the floating gate electrode via an insulating layer of a silicon oxide film. I have.

このような半導体装置にあっては、その製造プロセス
の途中で実施される、例えばドライエッチング等のダメ
ージによりトラップが誘起され易い状態となるものであ
り、この絶縁層にトラップが誘起され易い状態となる
と、EPROM、E2ROM等にあってはデータの電荷保持特性が
劣化するようになり、メモリとしての信頼性を向上させ
ることが困難となる。
In such a semiconductor device, traps are likely to be induced due to damage such as dry etching performed during the manufacturing process, for example, and traps are likely to be induced in the insulating layer. comes to, EPROM, in the E 2 ROM or the like is as charge retention characteristics of the data is deteriorated, it is difficult to improve the reliability of the memory.

[発明が解決しようとする問題点] この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、例
えばEPROM、E2PROMの半導体基板とフローティングゲー
ト電極等の電極層周辺の絶縁層において、トラップが少
なく且つトラップが誘起され難くするようにして、動作
特性の信頼性が確実に得られるようにする半導体装置、
さらにこのような半導体装置の製造方法を提供しようと
するものである。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention has been made in view of the above points. For example, traps are generated in an insulating layer around an electrode layer such as a semiconductor substrate of an EPROM or E 2 PROM and a floating gate electrode. A semiconductor device in which the reliability of operation characteristics is reliably obtained by reducing the number of traps and making it difficult for traps to be induced;
It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing such a semiconductor device.

[問題点を解決するための手段] すなわち、この発明に係る半導体装置にあっては、半
導体基板の表面に酸化膜による絶縁層を介して電極層が
形成されるようにする場合、上記絶縁層を酸化膜の両面
それぞれにナイトライド層が形成される3層構造によっ
て構成されるようにするものであり、このために酸化膜
層が形成された後に、例えばNH3のような窒素系の反応
ガス中で急速加熱処理し、酸化膜の両面にナイトロオキ
サイド層が形成されるようにし、この両面にナイトロオ
キサイド層が形成された3層構造の絶縁層上に電極層が
形成されるようにするものである。
[Means for Solving the Problems] That is, in the semiconductor device according to the present invention, when the electrode layer is formed on the surface of the semiconductor substrate via an insulating layer of an oxide film, the insulating layer Is formed in a three-layer structure in which a nitride layer is formed on both sides of the oxide film. For this purpose, after the oxide film layer is formed, a nitrogen-based reaction such as NH 3 is performed. Rapid heating treatment in a gas to form a nitroxide layer on both surfaces of the oxide film, and form an electrode layer on a three-layer insulating layer having a nitroxide layer formed on both surfaces. Things.

[作用] このようにして例えばEPROM、E2PROMを構成すれば、
フローティングゲート電極と半導体基板との間の酸化
膜、さらにコントロールゲートゲート電極とフローティ
ングゲート電極との間の外周部が酸化膜の両面にナイト
ロオキサイド層の形成された3層構造の絶縁層によって
囲まれるようになり、トラップの少ない状態であり且つ
トラップの発生し難い状態とされるようになる。したが
って、例えばデータ電荷の保持特性が安定して設定され
るようになるものであり、EPROM、E2PROM等の半導体装
置の動作特性の信頼性が効果的に向上されるようにな
る。そして、上記のような3層構造の絶縁層は、酸化膜
層部分の窒素雰囲気における急速加熱処理によって簡単
に得られるものであり、このような半導体装置は安定し
た特性が設定されるようにして容易に製造できるもので
ある。
[Operation] For example, if an EPROM and an E 2 PROM are configured in this manner,
An oxide film between the floating gate electrode and the semiconductor substrate and an outer peripheral portion between the control gate gate electrode and the floating gate electrode are surrounded by an insulating layer having a three-layer structure in which a nitroxide layer is formed on both surfaces of the oxide film. As a result, the state where the number of traps is small and the state where the trap hardly occurs is brought about. Therefore, for example, the data charge retention characteristics are set stably, and the reliability of the operation characteristics of a semiconductor device such as an EPROM or an E 2 PROM is effectively improved. The insulating layer having the three-layer structure as described above can be easily obtained by a rapid heating process in a nitrogen atmosphere of the oxide film layer portion. Such a semiconductor device is designed so that stable characteristics are set. It can be easily manufactured.

[発明の実施例] 以下、図面を参照しなからこの発明の実施例を説明す
る。第1図はこの発明の一実施例に係るEPORMにおける
1つの記憶素子部分の断面構造を示しているもので、シ
リコン基板11のPウエル領域部分には、ドレイン領域12
およびソース領域13が形成されている。そして、このシ
リコン基板11の表面上に、トンネル酸化膜となる絶縁層
14を介して、ポリシリコンよりなるフローティングゲー
ト電極15が形成されている。そして、このフローティン
グゲート電極15上には、さらに絶縁層16を介して同じく
ポリシリコンよりなるコントロールゲート電極17が形成
され、上記フローティングゲート電極15およびコントロ
ールゲート電極17部分を取り囲むようにして絶縁層18が
形成されるようにしている。
Embodiments of the Invention Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a cross-sectional structure of one storage element portion in an EPORM according to an embodiment of the present invention. In a P-well region portion of a silicon substrate 11, a drain region 12 is formed.
And a source region 13 are formed. An insulating layer serving as a tunnel oxide film is formed on the surface of the silicon substrate 11.
A floating gate electrode 15 made of polysilicon is formed with the interposition of. A control gate electrode 17 also made of polysilicon is further formed on the floating gate electrode 15 with an insulating layer 16 interposed therebetween, and the insulating layer 18 is formed so as to surround the floating gate electrode 15 and the control gate electrode 17. Is formed.

ここで、上記絶縁層14、16および18は、それぞれ酸素
雰囲気中で加熱処理して得られた酸化シリコン(SiO2
からなる酸化膜141、161および181を主体にして構成さ
れるものであり、それぞれこのシリコン酸化膜141、161
および181それぞれの両面に、ナイトロオキサイド層
(窒化酸化膜)142、162および182が形成されるように
するもので、これら絶縁層14、16、18がそれぞれ3層構
造で構成されるようにしているものである。
Here, each of the insulating layers 14, 16 and 18 is made of silicon oxide (SiO 2 ) obtained by heat treatment in an oxygen atmosphere.
And silicon oxide films 141, 161 and 181.
181 and 181 are formed on both surfaces of a nitroxide layer (nitride oxide film) 142, 162 and 182, respectively, so that these insulating layers 14, 16 and 18 each have a three-layer structure. Is what it is.

シリコン基板11の上には、上記電極部を被覆するよう
にしてBPSG層20が形成されるものでありこのBPSG層20を
貫通して上記ドレイン12およびソース13部からそれぞれ
アルミニウムによる金属配線21および22が取り出されて
いる。23は保護用のパッシベーションである。
On the silicon substrate 11, a BPSG layer 20 is formed so as to cover the above-mentioned electrode portion, and through the BPSG layer 20, a metal wiring 21 made of aluminum is formed from the drain 12 and the source 13 respectively. 22 have been taken out. 23 is passivation for protection.

第2図は上記のような半導体装置の、特にEPROMの1
つのメモリセル部分の製造過程を順次示しているもの
で、まず第2図Aで示すようにシリコン基板11のPウエ
ル形成領域において、いわゆるLOCOS法によってフィー
ルド酸化膜膜領域を形成するものであり、このようなシ
リコン基板11上に200〜500Åの厚さのSiO2による酸化膜
31を形成する。この酸化膜31の上には、さらに1000〜20
00Åの窒化シリコン(Si3N4)層32を形成し、フォトリ
ソグラフィ、エッチング手法によってそのパターン形状
が設定されるようにした。そして、この窒化シリコン層
32をマスクとしてボロンイオンをシリコン基板11に注入
し、P+チャンネルのストッパ領域33を形成させるもの
で、さらに1000℃のスチーム中において、第2図Bで示
すように0.5〜1.5μmのフィールド酸化膜34が形成され
るようにした。
FIG. 2 shows one of the above semiconductor devices, particularly EPROM.
The manufacturing process of one memory cell portion is sequentially shown. First, as shown in FIG. 2A, a field oxide film region is formed by a so-called LOCOS method in a P well formation region of a silicon substrate 11, An oxide film of SiO 2 with a thickness of 200 to 500 mm on such a silicon substrate 11
Form 31. On this oxide film 31, 1000 to 20
A silicon nitride (Si 3 N 4 ) layer 32 of 00 ° was formed, and the pattern shape was set by photolithography and etching. And this silicon nitride layer
Boron ions are implanted into the silicon substrate 11 using the mask 32 as a mask to form a P + channel stopper region 33. Further, in a steam at 1000 ° C., a field oxide of 0.5 to 1.5 μm as shown in FIG. The film 34 was formed.

上記酸化膜31および窒化シリコン層32はこの状態で除
去されるものであり、この除去された状態で第2図Cに
示すように200〜500Åのシリコン酸化膜によるゲート酸
化膜35を形成する。
The oxide film 31 and the silicon nitride layer 32 are removed in this state. In this state, a gate oxide film 35 of a silicon oxide film of 200 to 500 ° is formed as shown in FIG. 2C.

このようにゲート酸化膜35が形成されたならば、この
半導体基板11を窒素系ガス雰囲気中に設定し、急速加熱
することによって第2図Dで示すようにゲート酸化膜35
の両面それぞれにナイトロオキサイド層351、352が形成
されるようにする。
After the gate oxide film 35 is thus formed, the semiconductor substrate 11 is set in a nitrogen-based gas atmosphere and rapidly heated to thereby form the gate oxide film 35 as shown in FIG.
The nitroxide layers 351 and 352 are formed on both sides of the substrate.

ここで、両面にナイトロオキサイド層351、352の形成
されたゲート酸化膜35の形成方法について詳細に説明す
る。第3図はゲート酸化膜35をシリコン基板11の面上に
形成する方法の流れを示しているもので、まずシリコン
基板11が処理用チャンバ内に設定するもので、この状態
で上記チャンバ内を減圧排気する第1の工程51を実行す
る。そして、処理用チャンバが真空状態に排気されたな
らば、このチャンバにH2、HCl等の反応ガスを導入する
第2の工程53を実行し、さらに第3の工程53によって昇
温して、シリコン基板11の表面に空気中や薬品処理によ
って形成された質の悪い自然酸化膜を除去する。例えば
この工程53にあっては、1150℃で60秒間の熱処理が行わ
れ、第4の工程54でその温度が下げられる。
Here, a method of forming the gate oxide film 35 having the nitroxide layers 351 and 352 formed on both surfaces will be described in detail. FIG. 3 shows a flow of a method of forming the gate oxide film 35 on the surface of the silicon substrate 11. First, the silicon substrate 11 is set in a processing chamber. A first step 51 of evacuation is performed. Then, when the processing chamber is evacuated to a vacuum state, a second step 53 for introducing a reaction gas such as H 2 or HCl into the chamber is performed, and the temperature is raised by a third step 53, A poor-quality natural oxide film formed on the surface of the silicon substrate 11 in the air or by chemical treatment is removed. For example, in this step 53, a heat treatment is performed at 1150 ° C. for 60 seconds, and the temperature is lowered in a fourth step 54.

このようにしてチャンバ内の温度が降下されたなら
ば、第5の工程55でチャンバ内が排気減圧され、第6の
工程56でチャンバ内にO2(酸素)またはO2とHCl(塩酸
ガス)が導入される。このようにしてチャンバ内のシリ
コン基板11が酸素雰囲気内に設定されたならば、第7の
工程57でこのチャンバ内のシリコン基板11を昇温し、こ
のシリコン基板11の表面にゲート酸化膜35とされるシリ
コン酸化膜が形成されるようにする。ここで、この工程
57における昇温処理は、例えばハロゲンランプ、アーク
ランプ等の熱源を用い、急速に昇温されるようにしてい
るものであり、シリコン基板11の表面を急速酸化させる
ことによって、シリコン酸化膜が形成されるようにして
いるものである。
When the temperature in the chamber is reduced in this way, the inside of the chamber is evacuated and reduced in a fifth step 55, and O 2 (oxygen) or O 2 and HCl (hydrochloric acid gas) are introduced into the chamber in a sixth step 56. ) Is introduced. When the silicon substrate 11 in the chamber is set in an oxygen atmosphere in this manner, the temperature of the silicon substrate 11 in the chamber is increased in a seventh step 57, and the gate oxide film 35 is formed on the surface of the silicon substrate 11. A silicon oxide film is formed. Here, this process
The temperature raising process in 57 uses a heat source such as a halogen lamp or an arc lamp so that the temperature is rapidly raised, and a silicon oxide film is formed by rapidly oxidizing the surface of the silicon substrate 11. That is what we are trying to do.

このようにしてシリコン基板11の表面にシリコン酸化
膜によるゲート酸化膜が形成されたならば、上記チャン
バ内を第8の工程58で降温し、さらに第9の工程59でチ
ャンバ内を減圧排気する。
When the gate oxide film of the silicon oxide film is formed on the surface of the silicon substrate 11 in this manner, the temperature in the chamber is lowered in an eighth step 58, and the chamber is evacuated and reduced in a ninth step 59. .

次の第10工程60では、上記減圧排気されたチャンバ内
に窒素系の反応ガスであるNH3を導入するものであり、
第11の工程61で上記反応ガスの導入された状態で、シリ
コン基板11を上記ハロゲンランプあるいはアークランプ
による急速加熱手段によって急速昇温させ、急速窒化
(RTN)させるようにする。この窒化工程は、例えば115
0℃で30秒間行われる。
In the next tenth step 60, NH 3 which is a nitrogen-based reaction gas is introduced into the chamber evacuated and evacuated,
In the eleventh step 61, the temperature of the silicon substrate 11 is rapidly increased by the rapid heating means using the halogen lamp or the arc lamp in a state in which the reaction gas is introduced, so that rapid nitriding (RTN) is performed. This nitriding step is performed by, for example, 115
Performed at 0 ° C. for 30 seconds.

このようにして窒化工程が行われたならば、第12の工
程62で降温処理し、さらに第13の工程63でチャンバ内に
窒素を導入し、シリコン基板11を取出すものである。
After the nitriding step is performed in this manner, the temperature is reduced in a twelfth step 62, and nitrogen is introduced into the chamber in a thirteenth step 63 to remove the silicon substrate 11.

第4図は上記のような処理を行う装置の概略的な構成
を示しているもので、石英チャンバ65内にシリコン基板
11が挿入され支持設定されるようにしている。このチャ
ンバ65内にはガス導入口66および67が形成され、導入口
66からN2が導入され、導入口67からNH3、O2、H2、Cl等
の反応ガスが選択的に導入されるようになっている。そ
して、このチャンバ65にはさらに排出口68が形成されて
いて、この排出口68から図示されない真空ポンプによっ
て、チャンバ65内が選択的に減圧排気処理されるように
している。
FIG. 4 shows a schematic configuration of an apparatus for performing the above-described processing.
11 is inserted and supported. Gas inlets 66 and 67 are formed in the chamber 65,
N 2 is introduced from 66, and a reaction gas such as NH 3 , O 2 , H 2 , Cl or the like is selectively introduced from the inlet 67. A discharge port 68 is further formed in the chamber 65, and the inside of the chamber 65 is selectively evacuated from the discharge port 68 by a vacuum pump (not shown).

上記石英チャンバ65の外周部には、ハロゲンランプ69
による加熱機構が設けられている。そして、このハロゲ
ンランプ69によって、チャンバ65内のシリコン基板11が
急速に加熱処理されるよにしている。尚、詳細は図示し
ていないが、石英チャンバ65内で温度センサによって上
記加熱温度が観測されているもので、この加熱温度が目
標温度状態に設定されるようにハロゲンランプ69が制御
されるようにしている。
A halogen lamp 69 is provided around the outer periphery of the quartz chamber 65.
Is provided. The halogen lamp 69 heats the silicon substrate 11 in the chamber 65 rapidly. Although not shown in detail, the heating temperature is observed by a temperature sensor in the quartz chamber 65, and the halogen lamp 69 is controlled so that the heating temperature is set to the target temperature state. I have to.

すなわち、上記第10工程60のように窒素系の反応ガス
NH3をチャンバ65内に導入し、次の工程61で急速窒化処
理することによって、第2図Dで示されるように両面に
ナイトロオキサイド層351、352の形成されたゲート酸化
膜35が得られるようになるものであり、このナイトロオ
キサイド層351と352との間に酸化シリコン層が存在する
ような構造とされる。ここで、第11の工程61における急
速窒化(RTN)工程は、1100〜1250℃で30秒乃至300秒で
適宜行われるものであるが、オージェ分析によってナイ
トロオキサイド層の状態を確認したところ第5図で示す
ような状態であった。尚、ここでは105Åのシリコン酸
化膜を1150℃でNH3中で急速加熱し急速窒化処理(RTN)
した場合の例であり、この加熱時間の調整によって両面
にナイトロオキサイド層を有する3層構造の酸化膜層が
形成されることが確認された。そして、シリコン酸化膜
の膜厚をさらに厚くした場合であっても、同様な3層構
造とするこができることが確認できたものであるが、こ
のような場合は熱処理温度をさらに高くし、急速加熱に
よる窒化処理時間を長くする必要がある。この図で界面
はゲート酸化膜35とシリコン基板11との界面側である。
That is, as in the tenth step 60, the nitrogen-based reaction gas
By introducing NH 3 into the chamber 65 and performing rapid nitriding in the next step 61, the gate oxide film 35 having the nitroxide layers 351 and 352 formed on both surfaces is obtained as shown in FIG. 2D. The structure is such that a silicon oxide layer exists between the nitroxide layers 351 and 352. Here, the rapid nitriding (RTN) step in the eleventh step 61 is appropriately performed at 1100 to 1250 ° C. for 30 seconds to 300 seconds. When the state of the nitroxide layer is confirmed by Auger analysis, The state was as shown in the figure. Here, a 105Å silicon oxide film was rapidly heated in NH 3 at 1150 ° C to perform rapid nitriding (RTN).
In this case, it was confirmed that by adjusting the heating time, an oxide film layer having a three-layer structure having a nitroxide layer on both surfaces was formed. It has been confirmed that a similar three-layer structure can be obtained even when the thickness of the silicon oxide film is further increased. In such a case, the heat treatment temperature is further increased and the It is necessary to lengthen the time of the nitriding treatment by heating. In this figure, the interface is on the interface side between the gate oxide film 35 and the silicon substrate 11.

このようにして両面にナイトロオキサイド層351およ
び352の存在するゲート酸化膜35が形成されたならば、
第2図Eで示すようにN+型の第1のポリシリコン層36を
3000〜5000Åの厚さで形成するものであり、さらにこの
ポリシリコン層36上に第2図Fで示すように熱酸化によ
る酸化シリコンによる酸化膜層37を形成する。そして、
この酸化膜層37を上記ゲート酸化膜35の場合と同様に急
速窒化処理し、第2図Gで示すようにその両面にナイト
ロオキサイド層371および372が形成されるようにする。
If the gate oxide film 35 having the nitroxide layers 351 and 352 on both surfaces is formed in this manner,
As shown in FIG. 2E, an N + type first polysilicon layer 36 is formed.
An oxide film layer 37 of silicon oxide is formed on the polysilicon layer 36 by thermal oxidation as shown in FIG. 2F. And
This oxide film layer 37 is subjected to rapid nitriding similarly to the case of the gate oxide film 35 so that the nitroxide layers 371 and 372 are formed on both surfaces thereof as shown in FIG. 2G.

このようにして両面にナイトロオキサイド層371およ
び372を備えた酸化膜37が形成されたならば、その上に
第2図Hで示すように3000〜5000Åの厚さで第2のポリ
シリコン層38を形成する。そして、この状態でレジスト
をマスクとして第2のポリシリコン層38、酸化膜層37、
第1のポリシリコン層36の一部をエッチング除去し、例
えばEPROMにおけるフローティングゲートおよびコント
ロールゲートが第1および第2のポリシリコン層36およ
び38によって切り出し形成されるようにする。そして、
これらゲート群の外周部に、第2図Iで示されるように
熱酸化膜39を形成し、第2図Jで示されるようにこの熱
酸化膜39の両面に前記同様の急速窒化処理によってナイ
トロオキサイド層391および392が形成されるようにす
る。そして、これにソース、ドレイン、BPSGによる層間
絶縁層、アルミニウム配線層等を形成することによっ
て、第1図で示したような半導体装置が構成されるよう
になるものである。
After the oxide film 37 having the nitroxide layers 371 and 372 formed on both sides in this manner, the second polysilicon layer 38 having a thickness of 3000 to 5000 ° is formed thereon as shown in FIG. To form Then, in this state, the second polysilicon layer 38, the oxide film layer 37,
A portion of the first polysilicon layer 36 is etched away so that, for example, a floating gate and a control gate in the EPROM are cut out by the first and second polysilicon layers 36 and 38. And
As shown in FIG. 2I, a thermal oxide film 39 is formed on the outer peripheral portion of these gate groups, and as shown in FIG. Oxide layers 391 and 392 are formed. Then, a semiconductor device as shown in FIG. 1 is formed by forming a source, a drain, an interlayer insulating layer of BPSG, an aluminum wiring layer, and the like.

第6図はシリコン酸化膜層を両面にナイトロオキサイ
ド層を有する3層構造とした場合にトラップが少なくな
る様子を示しているもので、この評価はMOSダイオード
構造でF−N電流によりシリコン酸化膜中に電子を注入
し、ゲート電圧の変化を測定したものであり、ゲート電
圧Vgの変化の少ない状態であることは、シリコン酸化膜
中にトラップされた電子または正孔が少ないことを意味
するようになる。すなわち、急速窒化処理時間が0秒の
ものに対して、急速窒化時間10秒、30秒のものにおいて
は、トラップが充分に少ない状態となっている。
FIG. 6 shows that traps are reduced when the silicon oxide film layer has a three-layer structure having a nitroxide layer on both sides. This evaluation is based on the MOS diode structure and the FN current is used to evaluate the silicon oxide film. This is a measurement of the change in the gate voltage by injecting electrons into the inside, and a state in which the change in the gate voltage Vg is small means that the number of electrons or holes trapped in the silicon oxide film is small. become. That is, when the rapid nitriding time is 10 seconds and when the rapid nitriding time is 10 seconds and 30 seconds, the number of traps is sufficiently small.

このトラップの少なくなる原因として考えられること
は、窒化の急速な進行と共にSi−Oのトラップの原因と
いわれているストレインボンドが緩和されることにある
と思われる。すなわち、シリコン酸化膜のみの場合にあ
っては、Si−SiO2の界面近傍に歪んだストレイボンドが
存在するものであるが、急速窒化を行うことによりある
量のナイトロオキサイド膜が界面近傍に形成されること
によって、界面の歪が減少しトラップの減少がおこると
考えられる。
It is considered that the cause of the decrease in the number of traps is that the strain bond, which is considered to be the cause of the trap of Si—O, is relaxed with the rapid progress of nitriding. That, in the case of only the silicon oxide film is one in which the stray bond distorted in the vicinity of the interface Si-SiO 2 is present, formed on the nitrogen oxide film near the interface of the amount that by performing rapid nitriding It is considered that this reduces the strain at the interface and reduces the number of traps.

したがって、このような3層構造によって例えばEPRO
M、E2PROMのゲート酸化膜層その他の絶縁層を形成する
ようにすれば、電荷保持状態の劣化はみられなくなるも
のであり、データの書き込みおよび消去の繰返しを行っ
ても、スレッショルド電圧が低下しない状態とされるも
のである。
Therefore, with such a three-layer structure, for example, EPRO
If the gate oxide film layer and other insulating layers of the M and E 2 PROMs are formed, the deterioration of the charge retention state will not be observed, and the threshold voltage will not be reduced even if data writing and erasing are repeated. This is a state that does not decrease.

第7図はショートチャンネルの例えばNチャンネルMO
Sトランジスタを構成する実施例を示しているものであ
り、シリコン基板71上に形成されたシリコン酸化膜によ
る絶縁層72を、両面にナイトロオキサイド層721および7
22が形成された3層構造で構成するようにしている。そ
して、この絶縁層72上にポリシリコンによる電極73を形
成し、さらにこの電極73の外周が酸化膜による絶縁層74
によって囲まれるようにし、この絶縁層74も両面にナイ
トロオキサイド層741、742を有する3層構造で構成され
るようにしている。
FIG. 7 shows a short channel, for example, an N-channel MO.
In this embodiment, an S transistor is formed, and an insulating layer 72 made of a silicon oxide film formed on a silicon substrate 71 is provided on both surfaces.
22 is formed in a three-layer structure. Then, an electrode 73 made of polysilicon is formed on the insulating layer 72, and the outer periphery of the electrode 73 is formed on the insulating layer 74 made of an oxide film.
The insulating layer 74 also has a three-layer structure having nitroxide layers 741 and 742 on both sides.

すなわち、MOSトランジスタをこのように構成する
と、ホットエレクトロンによるGmの劣化、およびVTの変
化は共に非常に少ない状態とされ、良好な動作特性が得
られるようになった。
That is, when composing the MOS transistors in this manner, Gm of deterioration due to hot electrons, and the change of V T is a both very small state, good operation characteristics is now obtained.

[発明の効果] 以上のようにこの発明に係る半導体装置にあっては、
トラップが少ない絶縁膜が形成され、且つトラップが発
生し難い絶縁膜が形成されるようになっているものであ
り、例えばEPROM、E2PROM等においてスレッショルド電
圧の低下を抑制して、書き込みおよび消去動作特性が効
果的に向上されるようになるものであり、またMOSトラ
ンジスタを構成するような場合にあってはスレッショル
ドレベルが安定化されるようになるものである。そし
て、このような絶縁膜は例えばハロゲンランプ、アーク
ランプ等を利用した急速加熱による窒化処理にって簡単
に且つ効果的に形成されるようになるものである。
[Effects of the Invention] As described above, in the semiconductor device according to the present invention,
An insulating film with few traps is formed, and an insulating film in which traps are unlikely to be formed is formed.For example, in a EPROM, an E 2 PROM, etc., a decrease in threshold voltage is suppressed, and writing and erasing are performed. The operation characteristics are effectively improved, and the threshold level is stabilized when a MOS transistor is formed. Such an insulating film can be easily and effectively formed by a nitriding treatment by rapid heating using a halogen lamp, an arc lamp, or the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はこの発明の一実施例に係る半導体装置の例であ
るEPROMの1つの記憶素子部分の断面構造を示す図、第
2図A〜Jはそれぞれ上記半導体装置の製造工程を順次
説明するための図、第3図は上記製造過程における絶縁
膜の形成過程で使用される処理装置の例を説明する構成
図、第5図は上記絶縁膜部分のオージェ分析の結果を示
す曲線図、第6図は急速窒化時間との関連でゲート電圧
Vgと電子注入量との関係を示す図、第7図はこの発明の
他の実施例に係るNチャンネルMOSトランジスタの断面
構成を示す図である。 11……シリコン基板、14、16、18、……絶縁層、141、1
61、181……シリコン酸化膜、142、143、162、163、18
2、183……ナイトロオキサイド層、15……フローティン
グゲート、17……コントロールゲート、35、37、39……
ゲート酸化膜、351、352、371、372、391、392……ナイ
トロオキサイド層、36、38……第1および第2のポリシ
リコン層。
FIG. 1 is a view showing a cross-sectional structure of one storage element portion of an EPROM which is an example of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. FIG. 3 is a configuration diagram illustrating an example of a processing apparatus used in the process of forming an insulating film in the above manufacturing process. FIG. 5 is a curve diagram showing the result of Auger analysis of the insulating film portion. Figure 6 shows the gate voltage in relation to the rapid nitriding time.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between Vg and an electron injection amount, and FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional configuration of an N-channel MOS transistor according to another embodiment of the present invention. 11 ... silicon substrate, 14, 16, 18, ... insulating layer, 141, 1
61, 181: Silicon oxide film, 142, 143, 162, 163, 18
2,183 ... Nitride oxide layer, 15 ... Floating gate, 17 ... Control gate, 35,37,39 ...
Gate oxide films, 351, 352, 371, 372, 391, 392... Nitroxide layers, 36, 38... First and second polysilicon layers.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板上に形成された第1の酸化膜
と、 この酸化膜上に形成されたフローティングゲート電極
と、 このフローティングゲート電極上に形成された第2の酸
化膜と、 この第2の酸化膜上に形成されたコントロールゲート電
極とを備えて不揮発性メモリを構成するものであって、 前記第1および第2の酸化膜は、その両面にナイトロオ
キサイド層が形成された3層構造であることを特徴とす
る半導体装置。
A first oxide film formed on the semiconductor substrate; a floating gate electrode formed on the oxide film; a second oxide film formed on the floating gate electrode; And a control gate electrode formed on the second oxide film to form a non-volatile memory, wherein the first and second oxide films have a three-layer structure in which a nitroxide layer is formed on both surfaces thereof. A semiconductor device having a structure.
【請求項2】さらに、前記コントロールゲート電極周り
の酸化膜も両面にナイトロオキサイド層が形成されてい
る特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a nitroxide layer formed on both surfaces of the oxide film around the control gate electrode.
【請求項3】半導体基板の面上に酸化膜層を形成する工
程と、 上記酸化膜層の形成された半導体基板を窒素系の反応ガ
ス雰囲気内に設定し、上記半導体基板を10秒から30秒の
間で急速加熱して上記酸化膜層の両面にナイトロオキサ
イド層を形成させ3層構造の絶縁層を形成する工程と、 上記絶縁層上に電極層を形成する工程とを有することを
特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of forming an oxide film layer on the surface of the semiconductor substrate; setting the semiconductor substrate on which the oxide film layer is formed in a nitrogen-based reaction gas atmosphere; Forming a three-layer insulating layer by rapidly heating for two seconds to form a nitroxide layer on both surfaces of the oxide film layer; and forming an electrode layer on the insulating layer. Manufacturing method of a semiconductor device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2920636B2 (en) * 1989-03-18 1999-07-19 松下電子工業株式会社 Manufacturing method of nonvolatile semiconductor memory device
US5371028A (en) * 1993-08-02 1994-12-06 Chartered Semiconductor Manufacturing Pte Ltd. Method for making single transistor non-volatile electrically alterable semiconductor memory device
JP2998540B2 (en) * 1993-12-28 2000-01-11 日本電気株式会社 Manufacturing method of nonvolatile semiconductor memory device
JPH07221092A (en) * 1994-02-09 1995-08-18 Fujitsu Ltd Method for manufacturing semiconductor device
US5432112A (en) * 1994-05-06 1995-07-11 United Microelectronics Corporation Process for EPROM, flash memory with high coupling ratio
JP2663892B2 (en) * 1994-12-26 1997-10-15 日本電気株式会社 Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same
JP2871530B2 (en) * 1995-05-10 1999-03-17 日本電気株式会社 Method for manufacturing semiconductor device
JP2001093996A (en) 1999-09-27 2001-04-06 Toshiba Corp Method for manufacturing semiconductor device
JP4594554B2 (en) * 2001-05-29 2010-12-08 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2008211022A (en) 2007-02-27 2008-09-11 Toshiba Corp Nonvolatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof

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