DE2934582C2 - Verfahren zum Herstellen eines nichtflüchtigen Speichers - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines nichtflüchtigen Speichers

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Description

1. die Haftstellen- oder Trap-Dichte und die Haftstellen- oder Trap-Tiefe in der Zwischenfläche zwisehen den Siliciumnitrid- und dem Siliciumdioxydfilmen oder in dem Siliciumnitridfilm,
2. die Dicke des Siliciumdioxyds, und
3. der Oberflächenzustand in der Zwischenfläche zwischen dem Siliciumsubstrat und dem Siliciumdioxydfilm.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines nichtflüchtigen Speichers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Verfahren ist aus der US-PS 38 82 469 bekannt.
Bei einem herkömmlichen nichtflüchtigen Speicher der Metallnitridoxyd-Halbleiter-Bauart (nichtflüchtiger Von diesen Parametern hängt der erste mit der Verlustgeschwindigkeit der gespeicherten Ladungen aufgrund thermischer Anregung zusammen und beeinflussen der zweite und der dritte das Austreten der gespeicherten Ladungen in die Oberfläche des Siliciumsubstrats über Rück-Durchtunnelung. Wie erläutert, wird in dem Fall, in dem Aluminium als Gate-Elektrode verwendet wird, keine Hochtemperatur-Wärmebehand-
bo lung nach der Bildung des Siliciumnitridfilms durchgeführt, so daß die obigen Parameter alle unverändert bleiben, das heißt, die Speicherretentions-Eigenschaft wird nicht mehr zerstört.
Um die Packungsdichte und die Belegungsgeschwin-
b5 digkeit bei einem nichtflüchtigen MNOS-Speicher zu verbessern sowie dessen Arbeitsleistung zu fördern, muß jedoch der Speicher unter Verwendung von polykristallinem Silicium, wärmebeständigen beziehungs-
weise hochtemperaiurfesten Metallen wie Mo, W, Ta. Ti, Cr, Ni, usw. oder deren Legierungen oder Siliciumverbindungen mittels des selbstausrichtenden Verfahrens hergestellt werden.
Bei dem selbstausrichtenden Verfahren, das polykristalline Silicium usw. als Gate-Elektrode verwendet, wird jedoch ein Gate gebildet und werden dann eine Source und eine Drain in dem Gate, das als Maske verwendet wird, gebildet, so daß eine Hochtemperatur-Wärmebehandlung nach der Bildung der Gate-Elektrode notwendig ist
Bei dem herkömmlichen Herstellverfahren, das polykristallines Silicium für Gate-Elektroden verwendet, wird eine solche Hochtemperatur-Wärmebehandlung nach der Bildung der Gate-Elektrode üblicherweise unter einer Stickstoff- oder Sauerstoff-Atmosphäre durchgeführt Gemäß diesem herkömmlichen Verfahren ändern sich die oben erwähnten Parameter, weshalb die Speicher-Eigenschaften stets verschlechtert wird. Es ist daher sehr schwierig, einen nichtflüchtigen Speicher hoher Qualität unter Verwendung von polykristallinem Silicium als Gate-Metall gemäß dem nerrkömmlichen Verfahren herzustellen.
Dies gilt auch für das aus der bereits erwähnten US-PS 38 82 469 bekannte Verfahren, nach dem die Gate-Elektrode aus Metallen, wie z. B. Molybdän, oder aus polykristallinem Silicium hergestellt wird.
Andererseits ist aus »IEEE Transactions on Electron Devices« Vol. 22, Nr. 2, Febr. 1975, Seiten 33 bis 39 die Herstellung eines dynamischen p-Kanal- bzw. n-Kanal-MNOS-Speichers bekannt bei der nach der Ausbildung des Siliciumnitridfilms eine Behandlung von 1 h in Sauerstoff bei 105O0C zur Verbesserung der Schwellenspannungsstabilität und nach der Aufbringung der polykristallinen Silicium-Gateelektrode und der Ausbildung der Source- und Drain-Bereiche eine Behandlung von 30 min in Wasserstoff bei 800°C zur Bestimmung des Werts der Isolatorladung und der Oberflächenzustandsdichte durchgeführt werden, wodurch die Schwellenwertspannung mitbestimmt wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das die Speicherretentionseigenschaft (Ladungsspeicherfähigkeit) verbessert.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt
Fig. IA bis IC im Schnitt die Herstellschritte bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
F i g. 2 und 3 Darstellungen, die die durch die Erfindung erreichten Effekte erläutern,
Fig.4 im Schnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Erfinder haben die folgenden Fakten festgestellt, die die Speicherretentions-Eigenschaft beeinflussen:
1. Die elektrische Leitfähigkeit des Siliziumnitridfilms hängt in großem Ausmaß von dem Anteil von Wasserstoff im Siliziumnitridfilm ab. Die Leitfähigkeit nimmt beträchtlich mit der Zunahme des Wasserstoffgehalts ab.
2. Der Oberflächenzustand in der Zwischenfläche zwischen dem Siliziumsubstrat und dem Siliziumdioxidfilm wird als Ergebnis einer Wärmebehandlung unter Wasserstoffatmosphäre verringert.
Der obige Fakt 1 stellt sicher, daß verhindert wird, daß die Menge der gespeicherten Ladungen aufgrund einer thermischen Erregung abnimmt, und der Fakt 2 garantiert, daß verhindert wird, daß die gespeicherten Ladungen in das Siliziumsubstrat aufgrund des Tunneleffekts fließen.
Wenn daher der Oberflächenzustand in der Zwischenfläche zwischen dem Siliziumsubstrat und dem Siliziumdioxidfilm durch die Wärmebehandlung unter Wasserstoff verringert wird, die nach der Ausbildung des Siliziumnitridfilms durchgeführt wird, und wenn der Wasserstoffgehalt im Siliziumnitridfilm erhöht wird, kann eine Verschlechterung der Speicher-Eigenschaft vollständig verhindert werden, so daß ein nichtflüchtiger MNOS-Speicher hoher Qualität hergestellt werden karai. Die Erfindung wurde aufgrund der obigen Betrachtungen durchgeführt, und wenn die Wärmebehandlung unter einer nicht aus Wasserstoff bestehenden Atmosphäre durchgeführt wird, kann keine Wirkung bezüglich der Verhinderung der Verschlechterung der Speicherretentions-Eigenschaft erhalten werden. Beispielsweise wird die Speicher-Eigenschaften erheblich verschlechtert, wenn die Wärmebehandlung nicht nur unter einer oxidierenden Atmosphäre wie Luft oder Sauerstoff sondern auch unter Stickstoff, Argon oder Kohlenmonoxid durchgeführt wird. Die einzige Atmosphäre, die zur Verhinderung der Verschlechterung der Speicher-Eigenschaften verwendbar ist, ist Wasserstoff. Die Temperatur, bei der ausreichend Wasserstoffatome in den Siliziumnitridfilm diffundieren können, das heißt, die Temperatur für eine Wasserstoffbehandlung, um eine hervorragende Speicherretention zu erreichen, hängt von der Temperatur ab. bei der der Siliziumnitridfilm gebildet wird, und der Temperatur, bei der die Wärmebehandlung in einer Atmosphäre durchgeführt wird, die keine Wasserstoffatmosphäre ist, zur Bildung von Drain und Source. Beispielsweise beträgt die Niederschlagungstemperatur, bei der der Siliziumnitridfilm durch chemischen Dampfniederschlag (CVD) gebildet wird, etwa 800°C Celsius. In dem Fall, in dem der Siliziumnitridfilm, die Source und die Drain oder ein PSG-FiIm bei derartigen Temperaturen gebildet werden, kann die Verschlechterung der Speicherretentions-Eigenschaften wirksam verhindert werden, wenn die Wärmebehandlung in einer Atmosphäre von Wasserstoff durchgeführt wird, der auf Temperaturen gehalten ist, die nicht niedriger als etwa 700° Celsius sind. Für den Fall jedoch, im dem der Siliziumnitridfilm, usw.. unter hoher Temperatur von beispielsweise 1100c Celsius gebildet werden, ist die Verhinderungswirkung bezüglich der Verschlechterung der Speicherretentions-Eigenschaften nicht zufriedenstellend, wenn die Temperatur der Wärmebehandlung unter Wasserstoff 700° Celsius beträgt. Folglich muß die Temperatur der Wärmebehandlung höher gesetzt werden, um ein befriedigendes Ergebnis zu erreichen. Wenn nämlich die Temperatur zur Erwärmung in einer Nicht-Wasserstoffatmosphäre nicht höher als etwa 1000°Celsius ist, kann die Temperatur der Wärmebehandlung unter der Wasserstoffatmo-Sphäre so gewählt werden. daP sie nicht niedriger als 700° Celsius ist, während, wenn die Temperatur Ta zum Erwärmen unter der Nicht-Wasserstoffatmosphäre nicht niedriger ist als 1000°Celsius, die Temperatur TH der Wärmebehandlung unter der Wasserstoffatmosphäre so sein muß. daß
T11 = r.,-100(K).
Bei der üblichen Bildung eines nichtflüchtigen MNOS-Speichers wird, nachdem der Siliziumnitridfilm gebildet worden ist, das Gate gebildet und weiter die Source, die Drain und der Phosphorsilikatglasfilm (PSG-FiIm), der als ein Passivierungsfilm dient, gebildet. Eine Wärmebehandlung unter der Stickstoff- oder Sauerstoffatmosphäre wird häufig vor oder nach der Bildung der Source, der Drain oder des PGS-Films durchgeführt. In diesem Fall muß die Temperatur der Wärmebehandlung unter der Wasserstoffatmosphäre auf der Grundlage der höchsten der Temperaturen bestimmt werden, bei denen die Wärmebehandlungen unter Nicht-Wasserstoffatmosphäre durchgeführt werden, wie bei der Bildung des Siliziumnitridfilms, der Source oder der Drain. Es ist vorzuziehen, die Wärmebehandlung unter der Wasserstoffatmosphäre nach der Vollendung aller Wärmebehandlungen unter Nicht-Wasserstoffatmosphäre durchzuführen. Wenn diese Reihenfolge der Wärmebehandlungen eingehalten wird, kann die Speicherretentions-Eigenschaft verbessert werden, wird der PSG-FiIm dichten werden Ionen aktiviert usw. Wenn andererseits die Temperatur der Wärmebehandlung unter der Nicht-Wasserstoffatmosphäre niedriger ist, als diejenige der Wärmebehandlung unter der Wasserstoffatmosphäre kann die erwähnte Reihenfolge der Wärmebehandlung häufig umgekehrt werden, ohne praktische Probleme hervorzurufen.
Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft erläutert.
Beispiel 1
Fig. 1 zeigt die Schritte eines Hersteiiverfahrens als ein Ausführungsbeispiei der Erfindung. Wie in F i g. 1A dargestellt, wurde ein Siliziumdioxidfilm 2 für die Isolation von aktiven Bereichen der Einrichtung auf einem p-Siliziumsubstrat 1 mit einer < 100 >-Ebene aufgewachsen. Ein gewünschter Teil des Siliziumdioxidfilms 2 (SiCh-film) wurde mittels bekannter Fotoätztechniken entfernt. Danach wurde ein dünner Siliziumdioxidfilm 4 einer Dicke von etwa 2 nm auf der freiliegenden Oberfläche des Substrat 1 mittels des thermischen Oxydierungsverfahrens gebildet, mit der Bedingung eines O2/N:-Verdünnungsverhältnisses von 10—' und einer Temperatur von 900° Celsius.
Bei einem Verhältnis S1H4/NH3 von 10~2 und bei einer Temperatur von 800c Celsius, wurde ein Siliziumnitridfilm 5 einer Dicke von etwa 50 nm niedergeschlagen, wie in F i g. 1B dargestellt, und zwar mittels des bekannten Aufwachsens aus der Dampfphase wurde ein polykristalliner Siliziumfilm 6 niedergeschlagen, wobei dann der Film 6 selektiv weggeätzt wurde, mit Ausnahme eines Abschnittes, der als ein Gate dient
Phosphoratome (-ionen) wurden über den Siliziumnitridfilm 5 in das Siliziumsubstrat 1 implantiert, (mit einer Beschleunigungsenergie von lOOkeV und einer Konzentration von 1 χ 10l6/cm2) zur Bildung von η+ -Diffusionsbereichen, das heißt, selbstausgerichteten Source- und Drain-Bereichen 7. In diesem Fall wurde der polykristalline Siiiziumfilm 6 ebenfalls stark mit Phosphoratomen dotiert. Nachdem ein PSG-FiIm 8 über der gesamten so aufbereiteten Räche niedergeschlagen worden war. mittels des bekannten CVD-Verfahrens, wurde eine Wärmebehandlung unter einer Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 900° Celsius während 30 min durchgeführt um so die Speicherretentions-Eigenschaft des sich ergebenden Speichers zu verbessern, um die imDlantierten Ionen zu aktivieren und um den PSG-FiIm 8 dichter zu machen.
Nachdem Kontaktlöcher 9 geschnitten worden waren, wie in Fig. IC dargestellt, wurden Leiterschichten 10 durch den Niederschlag von Aluminiumfilm und durch anschließendes selektives Fotoätzen gebildet. Die verbleibenden Herstellschritte waren die gleichen wie bei der Herstellung üblicher MOS-Einrichtungen, wodurch ein nichtflüchtiger MNOS-Speicher hergestellt worden ist.
Die Speicherretentions-Eigenschaft der sich ergebenden Speichereinrichtung beziehungsweise des Speichers ist in Fig.2 dargestellt. Sie ist vergleichbar mit der besten Speicherretentions-Eigenschaft herkömmlicher nichtflüchtiger MNOS-Speicher, die Aluminium als Gate-Metall verwenden.
Beispiel 2
Dieses Ausführungsbeispiel entspricht dem Beispiel 1 bis zu dem Schritt der Bildung des Gates 6 aus polykristallinem Silizium. Danach wurde unter Verwendung des Gates 6 aus polykristallinem Silizium als Maske, der belichtete Teil des Siliziumnitridfilms 5 weggeätzt Die polykristalline Siliziumschicht 6 wurde dann mit Phosphor dotiert mittels thermischer Diffusion von Phosphor bei 900° Celsius während 30 min. Dann wurden η-I--Diffusionsbereiche, das heißt, selbstausgerichtete Source- und Drain-Bereiche 7 im Oberflächenbereich des p-Siliciumsubstrat 1 gebildet. Ein Oxidationsprozeß, um eine Verschlechterung der Gate-Spannungsfestigkeit zu verhindern, wurde bei 850° Celsius für 20 min durchgeführt. Als Ergebnis war ein Siliziumdioxidfilm mit 200 nm Dicke gebildet, der die η+ -Diffusionsbereiche 7 und die polykrisialline Siliziumschicht 6 überdeckte. Ein Phospliorsilikatglasfilm 8 wurde durch Aufwachsen aus der Dampfphase niedergeschlagen. Nachdem die Speicherretentions-Eigenschaft durch eine Wärmebehandlung unter Wasserstoffatmosphäre von 900° Celsius für 30 min verbessert worden war, wurden Leiterschichten 10 gebildet Danach wurde ein MNOS-Speicher vollendet unter Verwendung von Schritten, die ähnlich denen waren, wie sie beim Beispiel 1 verwendet worden sind. Die Speicherretentions-Eigenschaften der so hergestellten Einrichtung beziehungsweise des Speichers war die gleiche, wie die des Speichers, der gemäß dem Beispiel 1 hergestellt worden ist. Es ist die Speicherretentions-Eigenschaft im negativen Bereich, der durch die Wärmebehandlung unter Wasserstoffatmosphäre verbessert werden kann.
Wenn die Abklingrate M der Schwellenwertspannung bezüglich des Logarithmus der Zeit als Parameter zur Darstellung der Speicherretentions-Eigenschaften verwendet wird, derart, daß
M= OVtMo logt.
mit
Vth = Schwellenwertspannung des MNOS-Speichers,
t = Speicherretentions-Zeit,
dann sollte die Abklingrate M vorzugsweise gleich oder kleiner als 0,3 sein, um so eine Retentions-Zeit von etwa b5 10 Jahren zu erhalten, wenn
j ViAo I = 4 V.
Vtho =der Wert der Schwellenwertspannung unmittelbar nach dem Einschreib- oder Lösch-Betrieb.
Wenn «ine die Qualität des Siliziumnitridfilms beeinflussende Wärmebehandlung nicht durchgeführt worden war vor der Wärmebehandlung unter der Wasserstoffatmosphäre nach der Bildung oder dem Niederschlag des Siliziumnitridfilms bei 800° Celsius (etwa 50 nm dick) auf dem Siliziumdioxidfilm (etwa 2 nm dick) wurde eine Abklingrate M von nicht mehr als 0,3 erreicht durch die Wärmebehandlung unter Wasserstoffatmosphäre bei Temperaturen, die nicht niedriger als etwa 700° Celsius sind, wie das durch eine Kurve 11 in F i g. 3 dargestellt ist. Das heißt, daß eine gute Speicherretentions-Eigenschaft erhalten worden ist. Wenn weiter die Qualität des Siliziumnitrid- oder -dioxidfüms geändert wurde, wurde ein merkbarer Effekt der Wärmebehandlung unter Wasserstoffatmosphäre beobachtet. Wenn jedoch eine Wärmebehandlung unter Stickstoff bei 1050° Celsius für 20 min vor der Wärmebehandlung unter Wasserstoffatmosphäre durchgeführt worden ist, konnte die Abklingrate Mauf nicht mehr als 0,3 erreicht werden, ohne eine Wärmebehandlung bei Temperaturen, die nicht niedriger als 950° Celsius sind, was um 100 K niedriger ist als die Temperatur der Wärmebehandlung unter Stickstoffatmosphäre, wie sich das aus einer Kurve 12 in F i g. 3 ergibt, selbst wenn die Temperatur, bei der der Siliziumnitridfilm aufgewachsen ist, auf der gleichen Temperatur von 800° Celsius gehalten worden war.
Wie erläutert, ist die physikalische Wirkung der Wärmebehandlung unter der Wasserstoffatmosphäre die Verringerung oder Absenkung des Oberflächenzustands in der Zwischenfläche zwischen dem dünnen Siliziumdioxidfilm und dem Siliziumsubstrat und die Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit des Siliziumnitridfilms.
Für den Fall, in dem M gleich oder kleiner als 0,3 gehalten war aufgrund der Wärmebehandlung unter der Wasserstoffatmosphäre, wurde die Konzentration Nss der Oberflächenzustände in der Mitte des Siliciumbandes mittels der quasistatischen Methode gemessen.
Das Ergebnis der Messung ergab, daß Nss< 1012cm-2.
Auch in diesem Fall war der Leitwert des Siüziumnitridfilms verringert. Wenn beispielsweise der Siliziumnitridfilm, der bei 800° Celsius gebildet worden war, auf 1050° Celsius für 20 min unter Stickstoff erwärmt wurde, betrug der Leitwert des Siliziumnitridfilms etwa das zehnfache des Leitwertes, der vom Film unmittelbar nach dessen Bildung angenommen worden ist. Wenn andererseits der gleiche Film wieder unter Wasserstoff auf 1000° Celsius für 20 min erwärmt wurde, wurde der Leitwert auf dessen Anfangswert unmittelbar nach der Bildung des Films wieder rückgestellt. Das ist die Bestätigung der Wirkung der Wärmebehandlung unter Wasserstoff.
Es ist weiter zu bemerken, daß sowohl die in F i g. 3 dargestellten charakteristischen Kurven Wirkungen der Wärmebehandlungen unter einer Wasserstoffatmosphäre von 20 min darstellen, diese Wirkungen nahezu die gleichen sind, selbst wenn die Zeitdauer der Wärmebehandlung länger gemacht wurde, beispielsweise eine Stunde oder dergleichen.
Beispiel 3
Dieses Beispiel war das gleiche wie das Beispiel 1 bis zum Schritt des Niederschlags des PSG-Films 8 und des Schneidens von Kontaktöffnungen 9, mit der Ausnahme, daß die Wärmebehandlung unter einer Wasserstoffatmosphäre nicht durchgeführt worden war. Dann wurde der so gebildete Aufbau auf 1000° Celsius für 20 min unter einer Wasserstoffatmosphäre erwärmt. Nachdem die belichtete Oberfläche des Siliziumsubstrats und die Oberfläche der polykristallinen Siliziumschicht geätzt worden war, wurden Aluminiumleiter beziehungsweise Aluminiumschichten 10 gebildet, um elektrischen Kontakt mit ihnen zu erreichen. Zweitens wurden die Oberflächen, die mit den Leiterschichten 10 in Berührung zu halten waren, gereinigt, so daß Kontaktfehler in erheblichem Ausmaße verhindert werden konnten.
Beispiel 4
Nachdem ein Siliziumdioxidfilm 2 zur Isolation der aktiven Speicherbereiche auf einem p-Siliziumsubstrat 1 mit einer <100>-Ebene aufgewachsen worden war, wie in Fig.4 dargestellt, wurde ein gewünschter Abschnitt des Films 2 zur Bildung eines dünnen Films 4 aus Siliziumdioxid einer Dicke von etwa 2 nm auf der belichteten Oberfläche beziehungsweise der ausgesetzten oder bloßliegenden Oberfläche weggeätzt. Dann wurde ein Siliziumnitridfilm 5 von einer Dicke von etwa 50 nm aus der Niederdruck-Dampfphase aufgewachsen. Der Film 5 wurde mit einem Sil-hCb/NH-Verhältnis von 1/10 bei einer Temperatur von 800° Celsius aufgewachsen.
Der so gebildete Aufbau wurde einer Oxidationsbehandlung bei 1000° Celsius für etwa 3 h in einer feuchten Sauerstoffatmosphäre ausgesetzt, und ein Siliziumdioxidfilm 51 einer Dicke von etwa 10 nm wurde auf dem Siliziumnitridfilm 5 aufgewachsen. Durch das Aufwachsen aus der Dampfphase wurde ein polykristalliner Siliziumfilm 6 einer Dicke von etwa 0,6 μηι auf der gesamten Oberfläche des Siliziumdioxidfilms 51 niedergeschlagen. Der Teil des polykristallinen Siliziumfilms 6, der als Gate dient, wurde durch selektives Fotoätzen des Firns 6 unentfernt belassen. Arsen-Ionen wurden durch den Siliziumnitridfilm 5 in das Substrat 1 implantiert mit einer Implantationsenergie von 175 keV und einer Implantationskonzentration von 1 χ ΙΟ16 cm-2. Als Ergebnis wurden η+ -Diffusionsbereiche, das heißt, selbstausgerichtete Source- und Drain-Bereiche 7 gebildet, wobei simultan die Gate-Schicht 6 mit Arsen dotiert wurde.
Nachdem ein PSG-FiIm 8 über die gesamte so behandelte Oberfläche gebildet worden war, wurde eine Dauerbehandlung unter einer Wasserstoffatmosphäre bei 900° Celsius während 30 min durchgeführt, um die implantierten Arsen-Ionen zu aktivieren, um den PSG-FiIm 8 dichter zu machen und um die Speicherretentions-Eigenschaft zu verbessern. Danach wurden, wie beim Beispiel 1, Kontaktlöcher geschnitten und metallisierte Schichten gebildet Weiter wurde der so hergestellte Aufbau gemäß dem üblichen Verfahren zur Herstellung einer MOS-Einrichtung behandelt und wurde ein nichtflüchtiger MNOS-Speicher beziehungsweise eine -Speichereinrichtung vollendet
Beispiel 5
Ein nichtflüssiger MNOS-Speicher wurde gemäß den gleichen Schritten des Verfahrens hergestellt, wie sie beim Beispiel 4 verwendet worden sind. Der einzige Unterschied war folgender: die Dicke des Siliziumdioxidfilms 51 betrug 3 nm, die implantierten Ionen waren
Phosphorionen und Temperatur der Wärmebehandlung unter Wasserstoff betrug 750° Celsius.
Es ist ein typisches Verfahren mit veränderter Wärmebehandlung. Es zeigt sich, daß das gleiche Ergebnis erhalten werden kann, selbst wenn einige der Zwischenschritte leicht modifiziert oder geändert worden sind.
Obwohl die vorstehende Beschreibung sich auf die Bildung eines nichtflüchtigen n-Kanal-Speichers unter Verwendung eines p-Siliziumsubstrats bezog, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele be- ίο schränkt, sondern kann auch auf die Herstellung eines p-Kanal-Speichers unter Verwendung eines n-Substrats angewendet werden. Mit der Erfindung kann nämlich eine p-Kanal-MNOS-Speicher ebenfalls ohne Verschlechterung der Speicherretentions-Eigenschaft hergestellt werden. Darüber hinaus kann gemäß der Erfindung ein zufriedenstellendes Ergebnis selbst in dem Fall erreicht werden, bei dem eine Tunnelschicht (Well) oder ein Epitaxialschicht verwendet wird, oder bei dem ein MNOS-Aufbau und ein MOS-Aufbau (MIS) simultan gebildet werden.
Weiter kann bei den obigen Beispielen die bei der Wärmebehandlung verwendete Wasserstoffatmosphäre durch eine Atmosphäre ersetzt werden, die aus Wasserstoff und Inertgas zusammengesetzt ist, um das gleiehe Ergebnis zu erreichen.
Wie erläutert, kann gemäß der Erfindung selbst in dem Fall, bei dem eine Hochtemperatur-Wärmebehandlung nach der Bildung des Siliziumnitridfilms bei der Herstellung eines nichtflüchtigen MNOS-Speichers erforderlich ist, der hergestellte Speicher beziehungsweise die hergestellte Speichereinrichtung eine hervorragende Speicherretentions-Eigenschaft besitzen. Folglich können die Source und die Drain wirksam in selbstausrichtender Weise mit als Maske verwendeten Gates gebildet werden, so daß der Speicher, der hervorragende Speicherretentions-Eigenschaften besitzt, mit hoher Packungsdichte hergestellt werden kann.
Bei der Erfindung nimmt die Wirkung der Wärmebehandlung unter der Wasserstoffatmosphäre mit der Temperatur der Wärmebehandlung zu, jedoch ist eine Erwärmungsvorrichtung zur Erzeugung für hohe Temperaturen sehr kostspielig, wobei darüber hinaus zu hohe Temperaturen eine Reduktion des Siliziumdioxidfilms zu reinem Silizium auslösen. Diese Reduktion zerstört die Eigenschaften der Einrichtung beziehungsweise des Speichers. Aus diesem Grund beträgt die Obergrenze der Temperatur der Wärmebehandlung unter der Wasserstoffatmosphäre etwa 1200° Celsius und sollte eine Wärmebehandlung bei höheren Temperaturen vermieden werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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Claims (8)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen eines nichtflüchtigen Speichers des Metall-Nitrid-Oxid-Halbleitertyps, wobei
ein Gate-Isolierfilm einschließlich eines Siliziumdioxidfilms und eines Siliziumnitridfilms auf einem Halbleitersubstrat gebildet wird,
eine Gate-Elektrode auf dem Gate-Isolierfilm aufgebracht wird,
eine Source und eine Drain im Oberflächenbereich des Halbleitersubstrats ausgebildet werden und
ein Schutz- oder Passivierungsfilm auf der gesamten Oberfläche gebildet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß nach der Ausbildung des Siliziumnitridfilms (5) eine Wärmebehandlung in einer Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre durchgeführt wird, wobei die Temperatur der Wärmebehandlung in der Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre nicht niedriger ist als die Temperatur, die um etwa 300 K. niedriger als die höchste Temperatur irgendeiner anderen noch notwendigen Wärmebehandlung in einer Nicht-Wasserstoffatmosphäre nach Bildung des Siliziumnitridfilms ist, wobei die Obergrenze der Temperatur der Wärmebehandlung in der Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre etwa 1200° C beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Elektrode (6) aus einem Werkstoff besteht, der aus der Gruppe gewählt ist, die aus polykristallinem Silizium und hochschmelzenden Metallen besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hochschmelzenden Metalle die Metalle Mo, W, Ti, Cr und Ni, Legierungen dieser Metalle oder Siliziumverbindungen dieser Metalle sind.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Source (7) und die Drain (7) in selbstausrichtender Weise gebildet werden, wobei die Gate-Elektrode (6) als Maske verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung in der Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre vor der Ausbildung des Schutzfilms (8) durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung in der Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre nach der Bildung des Schutzfilms (8) durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung in der Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre in einem Temperaturbereich von etwa 700° bis etwa 1200° C durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gate-Isolierfilm eine Dreifachschicht aus einem Siliziumdioxidfilm (4), einem Siliziumnitridfilm (5) und einem weiteren Siliziumdioxidfilm (51) ist.
MNOS-Speicher), das heißt, einem nichtflüchtigen Speicher, der eine Doppelschicht aus Siliciumnitrid und SiIiciumoxyd als Gate-Isolierfilm verwendet, wird im allgemeinen Aluminium als Gate-Metali verwendet Dies beruht zum Teil darauf, daß Aluminium leicht zu verarbeiten ist, wobei auch die Bildung dessen Films leicht durchführbar ist, derart, daß das Verfahren, das Aluminium verwendet, bereits sehr früh durchgeführt worden ist, jedoch im wesentlichen deshalb, weil das Verfahren, das polykristallines Silicium anstelle von Aluminium verwendet, keinen Speicher schaffen konnte, der eine zufriedenstellende Speicherretentionseigenschaft besitzt Folglich haben nichtflüchtige MNOS-Speicher bisher noch keine Silicium-Gates, während Standard-MOS-Speicher Silicium-Gates besitzen.
Bei dem Verfahren, das Aluminium als Gate-Metall verwendet werden nämüch die Schritte, die eine Hochtemperatur-Wärmebehandlung wie eine thermische Diffusionsbehandlung zur Bildung einer Source und einer Drain zur Folge haben, vor dem Schritt der Bildung eines Nitridoxyd-Doppelfilms durchgeführt Folglich wird der Zustand unmittelbar nach der Bildung des SiIiciumnitrid-Films intakt gehalten, und bleibt die Qualität des gebildeten Films nahezu unveränderbar, so daß keine Gefahr besteht, daß die Speicherretentions-Eigenschaft nachteilig beeinflußt wird.
Diesbezüglich ist die Speicherretention bei dem nichtflüchtigen Speicher als die Zeitperiode definiert, für die das angelegte Signal gespeichert werden kann.
Bei einem nichtflüchtigen MNOS-Speicher werden Signale durch Ansammlung von elektrischen Ladungen in der Schnittstelle beziehungsweise in der Zwischenfläche zwischen dem Siliciumnitridfilm und dem Siliciumoxydfilm oder in dem Siliciumnitridfilm durch Anlegen einer hohen Spannung an die Gate-Elektrode gespeichert. Die Speicherretentions-Eigenschaft ist die Eigenschaft, die Ladungen in der Schnittstelle beziehungsweise der Zwischenfläche oder dem Siliciumnitridfilm zurückzuhalten.
Drei Parameter werden als die Speicherretentions-Eigenschaft im wesentlichen störend angesehen. Dies sind
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