JP2002170892A - Method for manufacturing laminated gate oxide film structure - Google Patents

Method for manufacturing laminated gate oxide film structure

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JP2002170892A
JP2002170892A JP2000364032A JP2000364032A JP2002170892A JP 2002170892 A JP2002170892 A JP 2002170892A JP 2000364032 A JP2000364032 A JP 2000364032A JP 2000364032 A JP2000364032 A JP 2000364032A JP 2002170892 A JP2002170892 A JP 2002170892A
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JP
Japan
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film
polycrystalline
particles
oxide film
amorphous
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Application number
JP2000364032A
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Japanese (ja)
Inventor
Yukio Yasuda
幸夫 安田
Shizuaki Zaima
鎭明 財満
Akira Sakai
酒井  朗
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Nagoya University NUC
Original Assignee
Nagoya University NUC
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new method of manufacturing a laminated gate oxide film structure comprising polycrystal Si particles formed in dots. SOLUTION: An amorphous Si film 4 is formed on a first SiO2 film 3 formed by thermal oxidation on a p-type Si substrate 1. The amorphous Si film 4 is made to contact an Si-contained atmosphere while it is heated to a prescribed temperature, for growing a polycrystal Si particles 5 on the amorphous Si film 4. Then, the amorphous Si film 4 and the polycrystal particles 5 are thermally oxidized to form a second SiO2 film 6.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、積層型ゲート酸化
膜構造に関し、詳しくはFAMOS(Floating-gate Ava
lanche-injection MOS)、SAMOS(Stacking-gate Av
alanche-injection MOS)、EPROM(Erasable Progra
mmable Read Only Memory)、及びEEPROM(Electr
ically Erasable PROM)などの積層型MOSメモリに好
適に用いることのできる、積層型ゲート酸化膜構造の製
造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a stacked gate oxide film structure, and more particularly to a FAMOS (Floating-gate Ava
lanche-injection MOS), SAMOS (Stacking-gate Av
alanche-injection MOS), EPROM (Erasable Progra
mmable Read Only Memory) and EEPROM (Electr
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a stacked gate oxide film structure which can be suitably used for a stacked MOS memory such as an erasable PROM.

【0002】[0002]

【従来の技術】積層型MOSメモリは、FAMOS及び
SAMOSのメモリを起点として、フラシュメモリに発
展し、EPROM、及びEEPROMなどに使用されて
いる。これらの積層型MOSメモリは、多結晶Si層と
SiO層との積層構造からなるゲート酸化膜構造を有
している。具体的には、このゲート酸化膜構造は、Si
ゲート絶縁膜/多結晶Si膜/SiO膜の積層構
造を有している。
2. Description of the Related Art Stacked MOS memories have evolved into flash memories starting from FAMOS and SAMOS memories, and are used in EPROMs and EEPROMs. These stacked MOS memories have a gate oxide film structure having a stacked structure of a polycrystalline Si layer and a SiO 2 layer. Specifically, this gate oxide film structure is
It has a laminated structure of an O 2 gate insulating film / polycrystalline Si film / SiO 2 film.

【0003】一方、最近のMOSメモリ回路の性能向上
は、書き込み/消去電圧の低下、書き込み/消去時間の
短縮化および素子の微細化を要求し、この結果、ゲート
酸化膜構造全体の薄膜化を必然的に要求している。しか
しながら、ゲート酸化膜構造を薄膜化すると、多結晶S
i膜に蓄積する電荷の維持の点から信頼性の低下につな
がる。これを避けるため、多結晶Si膜を埋め込み層と
して均一に形成する代わりに、電気的に相互に分離した
ドット状に形成することが提案されている。
On the other hand, recent improvements in the performance of MOS memory circuits require a reduction in the write / erase voltage, a reduction in the write / erase time, and miniaturization of the element. As a result, the overall thickness of the gate oxide film structure must be reduced. Inevitably demands. However, when the gate oxide film structure is thinned, the polycrystalline S
This leads to a decrease in reliability in terms of maintaining charges accumulated in the i-film. In order to avoid this, it has been proposed to form the polycrystalline Si film in the form of dots that are electrically separated from each other, instead of forming the polycrystalline Si film uniformly as a buried layer.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】多結晶Siをドッド状
に形成するに際しては、Si粒子を化学気相成長法など
を用いて成長させることによって作製することが試みら
れている。しかしながら、化学気相成長法では、Si粒
子の面密度及び粒子径の大きさを十分に制御することが
できず、上記のような積層型MOSメモリとして使用す
るに足る面密度及び粒子径のドット状多結晶Siを得る
ことができないのが現状であった。
When forming polycrystalline Si in a dod shape, attempts have been made to grow the Si particles by growing them using a chemical vapor deposition method or the like. However, in the chemical vapor deposition method, the surface density and the particle size of the Si particles cannot be sufficiently controlled, and the dots having the surface density and the particle size sufficient to be used as the stacked MOS memory as described above are used. At present, it is impossible to obtain polycrystalline Si.

【0005】本発明は、上記問題に鑑み、ドット状に形
成された多結晶Si粒子を有する積層型ゲート酸化膜構
造を製造する新規な方法を提供することを目的とする。
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a novel method for manufacturing a stacked gate oxide film structure having polycrystalline Si particles formed in a dot shape.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明は、Si基板上に第1のSiO膜を熱酸化法に
よって形成する工程と、前記SiO膜上に非晶質Si
膜を形成する工程と、前記非晶質Si膜を所定の温度に
加熱した状態においてSi含有性雰囲気に接触させ、前
記非晶質Si膜上に複数の多結晶Si粒子を成長させる
工程と、前記複数の多結晶Si粒子を覆うようにして第
2のSiO膜を形成する工程と、を含むことを特徴と
する、積層型ゲート酸化膜構造の製造方法に関する。
In order to achieve the above object,
The present invention includes a step of forming a first SiO 2 film on a Si substrate by a thermal oxidation method, and a step of forming an amorphous Si film on the SiO 2 film.
Forming a film, and contacting the amorphous Si film with a Si-containing atmosphere while heating the amorphous Si film to a predetermined temperature, and growing a plurality of polycrystalline Si particles on the amorphous Si film; Forming a second SiO 2 film so as to cover the plurality of polycrystalline Si particles.

【0007】本発明者らは、積層型MOSメモリに好適
に使用することのできる、多結晶Siがドット状に複数
形成されてなる積層型ゲート酸化膜構造を得るべく鋭意
検討を実施した。その結果、従来のようにSi基板上に
熱酸化SiO膜を形成した後、この熱酸化SiO
上に非晶質Si膜を形成する。そして、この非晶質Si
膜を所定の温度に加熱した状態においてSi含有性雰囲
気に接触させ、この加熱温度及び接触時間を適宜に調節
することにより、前記非晶質Si膜上に均一な大きさ
で、十分な表面密度の、ドット状に分布した多結晶Si
粒子が得られることを見出した。
The present inventors have conducted intensive studies to obtain a stacked gate oxide film structure in which a plurality of polycrystalline Sis are formed in a dot shape, which can be suitably used for a stacked MOS memory. As a result, after a thermally oxidized SiO 2 film is formed on a Si substrate as in the related art, an amorphous Si film is formed on the thermally oxidized SiO 2 film. And this amorphous Si
The film is brought into contact with a Si-containing atmosphere in a state where the film is heated to a predetermined temperature, and by appropriately adjusting the heating temperature and the contact time, the amorphous silicon film has a uniform size and sufficient surface density on the amorphous Si film. Of polycrystalline Si distributed in dots
It has been found that particles can be obtained.

【0008】本発明によれば、均一かつ十分な大きさで
あり、十分な表面密度でドット状に分布した多結晶Si
粒子を具える積層型ゲート酸化膜構造を提供することが
できる。したがって、書き込み/消去電圧の低下、書き
込み/消去時間の短縮化及び素子の微細化が要求される
近年の積層型MOSメモリに対して好適に使用すること
のできる、積層型ゲート酸化膜構造を提供することがで
きる。
According to the present invention, polycrystalline Si which is uniform and has a sufficient size and is distributed in a dot shape with a sufficient surface density is provided.
A stacked gate oxide film structure comprising particles can be provided. Accordingly, there is provided a stacked gate oxide film structure which can be suitably used for a recent stacked MOS memory which requires a reduction in write / erase voltage, a shorter write / erase time, and a finer element. can do.

【0009】さらに、前記非晶質Si膜の加熱温度、及
び前記Si含有性雰囲気への接触時間を適宜に調節する
ことにより、前記多結晶Si粒子の大きさ及び表面密度
を独立に制御することができる。
Further, the size and surface density of the polycrystalline Si particles are independently controlled by appropriately adjusting the heating temperature of the amorphous Si film and the contact time with the Si-containing atmosphere. Can be.

【0010】また、ゲート酸化膜として従来同様に、熱
酸化によって形成したSiO膜を用いているため、構
造制御性が極めて良好となり、高い信頼性及び電気的特
性を提供することが可能となる。
In addition, since a SiO 2 film formed by thermal oxidation is used as a gate oxide film, the structure controllability is extremely good, and high reliability and electrical characteristics can be provided. .

【0011】なお、上述した製造方法によって、積層型
ゲート酸化膜構造を構成するドット状の多結晶Si粒子
を所望する大きさに成長させることができない場合は、
本発明の好ましい態様にしたがって、非晶質Si膜上に
成長させた複数の多結晶Si粒子に対してアニーリング
を施し、前記複数の多結晶Si粒子の結晶粒を増大させ
る。この場合においては、アニーリング温度及びアニー
リング時間を適宜に調節することにより、所望する大き
さの多結晶Si粒子を得ることができる。
In the case where the dot-shaped polycrystalline Si particles constituting the stacked gate oxide film structure cannot be grown to a desired size by the above-described manufacturing method,
According to a preferred embodiment of the present invention, annealing is performed on a plurality of polycrystalline Si particles grown on the amorphous Si film to increase crystal grains of the plurality of polycrystalline Si particles. In this case, by appropriately adjusting the annealing temperature and the annealing time, polycrystalline Si particles having a desired size can be obtained.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明を発明の実施の形態
の即して詳細に説明する。図1〜5は、本発明の積層型
ゲート酸化膜構造の製造方法を含む、積層型MOSメモ
リの製造方法を示す工程図である。最初に図1に示すよ
うに、p型Si基板1の(100)主面上にSiO
どからなるフィールド酸化膜2を熱酸化法など公知の方
法を用いることにより、厚さ100〜200mmに形成
する。次いで、このフィールド酸化膜2間において、p
型Si基板1上の前記(100)主面上にゲート酸化膜
を構成する第1のSiO膜3を熱酸化法によって厚さ
1〜5nmに形成する。なお、SiO膜3は、好まし
くはp型Si基板1をドライ酸素雰囲気中、900〜1
100℃で1〜10分間加熱することによって形成す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail according to embodiments of the present invention. 1 to 5 are process diagrams showing a method for manufacturing a stacked MOS memory including the method for manufacturing a stacked gate oxide film structure according to the present invention. First, as shown in FIG. 1, a field oxide film 2 made of SiO 2 or the like is formed on a (100) main surface of a p-type Si substrate 1 to a thickness of 100 to 200 mm by using a known method such as a thermal oxidation method. Form. Then, between the field oxide films 2, p
A first SiO 2 film 3 constituting a gate oxide film is formed to a thickness of 1 to 5 nm on the (100) main surface of the mold Si substrate 1 by a thermal oxidation method. The SiO 2 film 3 is preferably formed by p-type Si substrate 1 in a dry oxygen atmosphere at 900 to 1 μm.
It is formed by heating at 100 ° C. for 1 to 10 minutes.

【0013】次いで、図2に示すように、フィールド酸
化膜2及びSiO膜3上に、非晶質Si膜4を厚さ1
〜10nmに形成する。なお、この非晶質Si膜4は、
分子状Si、SiH、Siなどの水素化Siな
どの気体状のSi原料を用い、フィールド酸化膜2及び
SiO膜3を含むp型Si基板1の全体をSi膜が結
晶化しない比較的低い温度、例えば、450〜550℃
に加熱した状態で、前記Si原料に接触させることによ
って形成する。
Next, as shown in FIG. 2, an amorphous Si film 4 having a thickness of 1 is formed on the field oxide film 2 and the SiO 2 film 3.
It is formed to a thickness of 10 to 10 nm. Note that this amorphous Si film 4
Using a gaseous Si raw material such as hydrogenated Si such as molecular Si, SiH 4 or Si 2 H 6 , the entire Si film of the p-type Si substrate 1 including the field oxide film 2 and the SiO 2 film 3 is crystallized. Not relatively low temperature, for example, 450-550 ° C
In this state, the film is formed by contacting with the above-mentioned Si raw material.

【0014】次いで、図3に示すように、非晶質Si膜
4上に多結晶Si粒子5を形成する。 多結晶Si粒子
5は、非晶質Si膜4を含むp型Si基板1の全体を好
ましくは500〜700℃、さらに好ましくは600〜
650℃に加熱した状態において、非晶質Si膜4を前
記Si原料に接触させることによって形成する。なお、
接触させる時間は、多結晶Si粒子5の所望する大きさ
及び非晶質Si膜4の加熱温度に依存して決定される
が、一般には1〜60秒である。
Next, as shown in FIG. 3, polycrystalline Si particles 5 are formed on the amorphous Si film 4. The polycrystalline Si particles 5 form the entire p-type Si substrate 1 including the amorphous Si film 4 preferably at 500 to 700 ° C., more preferably at 600 to 700 ° C.
The amorphous Si film 4 is formed by bringing the amorphous Si film 4 into contact with the above-mentioned Si raw material while being heated to 650 ° C. In addition,
The contacting time is determined depending on the desired size of the polycrystalline Si particles 5 and the heating temperature of the amorphous Si film 4, but is generally 1 to 60 seconds.

【0015】なお、上記のようにして非晶質Si膜4を
所定時間Si原料に接触させたのみでは、所望する多結
晶Si粒子の粒子径が大きい場合、Si原料の流量や加
熱温度などの諸条件に起因して、目的とする大きさの多
結晶Si粒子を得ることができない場合がある。したが
って、このような場合は、図3に示すようにして多結晶
Si粒子を一たん形成した後、これら多結晶Si粒子に
対してアニーリング処理を施すことが好ましい。
When the amorphous Si film 4 is merely brought into contact with the Si raw material for a predetermined time as described above, if the desired polycrystalline Si particles have a large particle size, the flow rate of the Si raw material, the heating temperature, etc. Due to various conditions, it may not be possible to obtain polycrystalline Si particles of a desired size. Therefore, in such a case, it is preferable to perform an annealing process on these polycrystalline Si particles after forming the polycrystalline Si particles once as shown in FIG.

【0016】アニーリング処理を施す場合において多結
晶Si粒子の粒子径をより効果的に増大させて、アニー
リング処理をより実効あらしめるためには、多結晶Si
粒子5を含むp型Si基板1の全体を、多結晶Si粒子
5を成長させる際の、非晶質Si膜4を含むp型基板1
全体の加熱温度以上で行うことが好ましい。具体的に
は、550〜750℃で行うことが好ましく、さらには
600〜700℃で行うことが好ましい。
In order to more effectively increase the particle diameter of the polycrystalline Si particles in the case of performing the annealing process and to make the annealing process more effective, it is necessary to use polycrystalline Si particles.
The entirety of the p-type Si substrate 1 including the particles 5 is converted to the p-type substrate 1 including the amorphous Si film 4 when growing the polycrystalline Si particles 5.
It is preferable to carry out the heating at or above the entire heating temperature. Specifically, the heat treatment is preferably performed at 550 to 750 ° C, and more preferably at 600 to 700 ° C.

【0017】なお、アニーリング処理の時間は、アニー
リング処理温度と所望する多結晶Si粒子の粒子径の大
きさとによって決定されるが、一般には1〜60秒であ
る。
The annealing time is determined by the annealing temperature and the desired size of the polycrystalline Si particles, but is generally 1 to 60 seconds.

【0018】また、このようなアニーリング処理を行う
ことにより、少なくとも3〜30nmの粒子径を有する
多結晶Si粒子5を得ることができる。さらに、非晶質
Si膜4上における表面密度が1×1010〜1×10
12/cmとなるように形成することができる。
Further, by performing such annealing treatment, polycrystalline Si particles 5 having a particle diameter of at least 3 to 30 nm can be obtained. Further, the surface density on the amorphous Si film 4 is 1 × 10 10 to 1 × 10
It can be formed to be 12 / cm 2 .

【0019】次いで、図4に示すように、非晶質Si膜
4及び多結晶Si粒子5を含むp型Si基板1全体を、
ドライ酸素雰囲気中、900〜1100℃で1〜10分
間加熱することによって熱酸化し、第2のSiO膜6
を厚さ1〜20nmに形成する。なお、この熱酸化の工
程において非晶質Si膜4は酸化され、第2のSiO
膜6の一部を構成するようになる。そして、多結晶Si
粒子5は、第2のSiO膜6中にドット状に点在する
ようになる。
Next, as shown in FIG.
4 and the entire p-type Si substrate 1 including the polycrystalline Si particles 5,
1 to 10 minutes at 900 to 1100 ° C in dry oxygen atmosphere
Thermal oxidation by heating for a second SiO 22Membrane 6
Is formed to a thickness of 1 to 20 nm. The thermal oxidation process
In the process, the amorphous Si film 4 is oxidized, and the second SiO 2
It becomes a part of the film 6. And polycrystalline Si
The particles 5 are made of the second SiO2Dotted in the film 6
Become like

【0020】なお、第2のSiO膜6を上述したよう
な熱酸化によって形成する代わりに、通常の気相成長法
などを用いて形成することもできる。しかしながら、上
述したように、熱酸化によって非晶質Si膜4及び多結
晶Si粒子5から直接的に第2のSiO膜を形成する
ことにより、特性的に不安定で長期信頼性を欠く原因と
なる非晶質Si膜を消失させることができる。したがっ
て、図4に示すように熱酸化によって第2のSiO
を形成することが好ましい。
[0020] It is also possible to instead be formed by thermal oxidation, as described above the second SiO 2 film 6 is formed by using a conventional vapor deposition method. However, as described above, forming the second SiO 2 film directly from the amorphous Si film 4 and the polycrystalline Si particles 5 by thermal oxidation causes unstable characteristics and lacks long-term reliability. Amorphous silicon film to be eliminated. Therefore, it is preferable to form the second SiO 2 film by thermal oxidation as shown in FIG.

【0021】次いで、図5に示すように、第2のSiO
膜6上にゲート電極としての多結晶Si膜7を自己整
合的に形成することによって、積層型ゲート酸化膜構造
10を形成する。そして、p型Si基板1の主面の露出
した部分にn型の不純物をドーピングすることによって
ソース領域8及びドレイン領域9を形成し、積層型MO
Sメモリ20を形成する。
Next, as shown in FIG.
By forming a polycrystalline Si film 7 as a gate electrode on the two films 6 in a self-aligned manner, a stacked gate oxide film structure 10 is formed. Then, the source region 8 and the drain region 9 are formed by doping the exposed portion of the main surface of the p-type Si substrate 1 with an n-type impurity.
The S memory 20 is formed.

【0022】[0022]

【実施例】本実施例においては、図1〜5に示す工程に
従い、本発明の積層型ゲート酸化膜の製造方法を用い
て、積層型MOSメモリを作製した。最初に図1に示す
ように、ボロン添加のp型Si基板1の(100)面上
に、フィールド酸化膜2を厚さ0.7μmに形成した。
次いで、p型Si基板1を約1000℃に加熱するとと
もに、ドライ酸素雰囲気中で1分間保持することによ
り、ゲート酸化膜を構成する第1のSiO膜3を厚さ
2nmに形成した。
EXAMPLE In this example, a stacked MOS memory was manufactured by using the method of manufacturing a stacked gate oxide film of the present invention in accordance with the steps shown in FIGS. First, as shown in FIG. 1, a field oxide film 2 was formed to a thickness of 0.7 μm on the (100) plane of a boron-doped p-type Si substrate 1.
Next, while heating the p-type Si substrate 1 to about 1000 ° C. and holding it in a dry oxygen atmosphere for 1 minute, the first SiO 2 film 3 constituting the gate oxide film was formed to a thickness of 2 nm.

【0023】次いで、図2に示すように、第1のSiO
膜3を含むp型Si基板1を520℃に加熱するとと
もに、Siガス雰囲気に10秒間接触させること
によって、非晶質Si膜4を厚さ5nmに形成した。次
いで、図3に示すように、非晶質Si膜4を含むp型S
i基板1の全体を590℃に加熱するとともに、同じく
Si2H6ガス雰囲気に30秒間接触させることによ
り、多結晶Si粒子5を成長させた。
Next, as shown in FIG.
The amorphous Si film 4 was formed to a thickness of 5 nm by heating the p-type Si substrate 1 including the two films 3 to 520 ° C. and contacting it with a Si 2 H 6 gas atmosphere for 10 seconds. Next, as shown in FIG. 3, the p-type S including the amorphous Si film 4 is formed.
The whole of the i-substrate 1 was heated to 590 ° C. and contacted with the Si 2 H 6 gas atmosphere for 30 seconds to grow the polycrystalline Si particles 5.

【0024】その後、p型Si基板1の全体を同じ温度
に30秒間保持してアニーリングし、多結晶Si粒子5
の粒子径をそれぞれ10nmに成長増大させた。なお、
このときに多結晶Si粒子5の非晶質Si膜4上におけ
る表面密度は、1.2×10 10/cmであった。次
いで、図4に示すように、p型Si基板1の全体をドラ
イ酸素雰囲気中で約1000℃に加熱することによっ
て、厚さ10nmの第2のSiO膜6を形成した。
Thereafter, the entire p-type Si substrate 1 is heated to the same temperature.
For 30 seconds to anneal the polycrystalline Si particles 5
Was increased to 10 nm. In addition,
At this time, the polycrystalline Si particles 5 are placed on the amorphous Si film 4.
Surface density is 1.2 × 10 10/ Cm2Met. Next
Then, as shown in FIG.
B By heating to about 1000 ° C in an oxygen atmosphere
And a second SiO having a thickness of 10 nm.2Film 6 was formed.

【0025】次いで、図5に示すように、自己整合的に
ゲート電極を構成する多結晶Si膜7をSiガス
を用いた気相成長法により厚さ100nmに形成して積
層型ゲート酸化膜構造10を形成した。その後、p型S
i基板の主面(100)の露出した部分に、n型不純物
であるAsをドープすることによってソース領域8及び
ドレイン領域9を形成し、積層型MOSメモリ20を作
製した。
Next, as shown in FIG. 5, a polycrystalline Si film 7 constituting a gate electrode in a self-aligned manner is formed to a thickness of 100 nm by a vapor phase growth method using Si 2 H 6 gas to form a stacked gate. An oxide film structure 10 was formed. Then, p-type S
The source region 8 and the drain region 9 were formed by doping As, which is an n-type impurity, into the exposed portion of the main surface (100) of the i-substrate, and the stacked MOS memory 20 was manufactured.

【0026】その後、図6に示すように、ゲート酸化膜
構造10とp型Si基板1との間にV=15Vの電圧
を印加し、書き込み前後のしきい値電圧を調べた。その
結果、書き込み前後において、約3.2Vのしきい値電
圧差が確認され、メモリとして十分に機能することが確
認された。
[0026] Thereafter, as shown in FIG. 6, the voltage of V G = 15V is applied between the gate oxide film structure 10 and the p-type Si substrate 1, was examined threshold voltage before and after writing. As a result, a threshold voltage difference of about 3.2 V was confirmed before and after writing, and it was confirmed that the memory functioned sufficiently.

【0027】また、印加電圧を9Vまで低下させた場合
においても、上記しきい値電圧差がほぼ維持されること
が確認された。
Further, it was confirmed that even when the applied voltage was lowered to 9 V, the threshold voltage difference was substantially maintained.

【0028】なお、上記実施例において、アニーリング
処理時間を30秒から60秒にした場合においては、多
結晶Si粒子5の大きさは10nmから20nmに変化
した。さらに、非晶質Si膜4のSi2H4に対する接
触時間を30秒から50秒にした場合においては、多結
晶Si粒子5の表面密度が1.2×1010/cm
ら2×1010/cmに増大した。そして、これらの
場合においても、上記同様に所定の電圧を印加すること
によって、メモリとして使用するに足るしきい値電圧を
有することが判明した。
In the above embodiment, when the annealing time was changed from 30 seconds to 60 seconds, the size of the polycrystalline Si particles 5 changed from 10 nm to 20 nm. Further, when the contact time of the amorphous Si film 4 with respect to Si2H4 is set to 30 seconds to 50 seconds, the surface density of the polycrystalline Si particles 5 becomes 1.2 × 10 10 / cm 2 to 2 × 10 10 / cm. Increased to 2 . In these cases, it was also found that by applying a predetermined voltage in the same manner as described above, a threshold voltage sufficient for use as a memory was obtained.

【0029】以上、具体例を挙げながら発明の実施の形
態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は
上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸
脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能であ
る。
As described above, the present invention has been described in detail based on the embodiments of the present invention with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to the above-described contents, and the present invention is not limited thereto. All modifications and changes are possible.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の製造方法
によれば、均一かつ十分な大きさであり、十分な表面密
度で分布した粒子状すなわちドット状の多結晶Siを具
える積層型ゲート酸化膜構造を提供することができる。
したがって、書き込み/消去電圧の低下、書き込み/消
去時間の短縮化及び素子の微細化が要求される近年の積
層型MOSメモリに対して好適に使用することのでき
る、積層型ゲート酸化膜構造を提供することができる。
また、前記ドット状の多結晶Siの大きさ及び表面密度
を独立に制御することができるとともに、熱酸化によっ
て形成したSiO膜を用いているため、構造制御性が
極めて良好となり、高い信頼性及び電気的特性を提供す
ることが可能となる。
As described above, according to the manufacturing method of the present invention, the laminated type having the particle-like or dot-like polycrystalline Si having a uniform and sufficient size and distributed at a sufficient surface density is provided. A gate oxide structure can be provided.
Accordingly, there is provided a stacked gate oxide film structure which can be suitably used for a recent stacked MOS memory which requires a reduction in write / erase voltage, a shorter write / erase time, and a finer element. can do.
In addition, the size and surface density of the dot-shaped polycrystalline Si can be controlled independently, and since the SiO 2 film formed by thermal oxidation is used, the structure controllability is extremely good, and the reliability is high. And electrical characteristics.

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

【図1】 本発明の積層型ゲート酸化膜構造の製造方法
を用いて、積層型MOSメモリを製造する最初の工程を
示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an initial step of manufacturing a stacked MOS memory using the method of manufacturing a stacked gate oxide film structure of the present invention.

【図2】 図1に示す工程の次の工程を示す断面図であ
る。
FIG. 2 is a sectional view showing a step subsequent to the step shown in FIG. 1;

【図3】 図2に示す工程の次の工程を示す断面図であ
る。
FIG. 3 is a sectional view showing a step subsequent to the step shown in FIG. 2;

【図4】 図3に示す工程の次の工程を示す断面図であ
る。
FIG. 4 is a sectional view showing a step subsequent to the step shown in FIG. 3;

【図5】 図4に示す工程の次の工程を示す断面図であ
る。
FIG. 5 is a sectional view showing a step subsequent to the step shown in FIG. 4;

【図6】 本発明の積層型ゲート酸化膜構造の製造方法
を用いて製造した積層型MOSメモリの、メモリ試験の
態様を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an aspect of a memory test of a stacked MOS memory manufactured by using the manufacturing method of the stacked gate oxide film structure of the present invention.

【図7】 本発明の積層型ゲート酸化膜構造の製造方法
を用いて製造した積層型MOSメモリの、書き込みとし
きい値電圧との関係を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between writing and a threshold voltage of a stacked MOS memory manufactured by using the method of manufacturing a stacked gate oxide film structure of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p型Si基板 2 フィールド酸化膜 3 第1のSiO膜 4 非晶質Si膜 5 多結晶Si粒子 6 第2のSiO膜 7 多結晶Si膜 8 ソース領域 9 ドレイン領域 10 積層型ゲート酸化膜構造 20 積層型MOSメモリReference Signs List 1 p-type Si substrate 2 field oxide film 3 first SiO 2 film 4 amorphous Si film 5 polycrystalline Si particle 6 second SiO 2 film 7 polycrystalline Si film 8 source region 9 drain region 10 stacked gate oxidation Film structure 20 Stacked MOS memory

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Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Si基板上に第1のSiO膜を熱酸化
法によって形成する工程と、 前記SiO膜上に非晶質Si膜を形成する工程と、 前記非晶質Si膜を所定の温度に加熱した状態において
Si含有性雰囲気に接触させ、前記非晶質Si膜上に複
数の多結晶Si粒子を成長させる工程と、 前記複数の多結晶Si粒子を覆うようにして第2のSi
膜を形成する工程と、 を含むことを特徴とする、積層型ゲート酸化膜構造の製
造方法。
A step of forming a first SiO 2 film on a Si substrate by a thermal oxidation method; a step of forming an amorphous Si film on the SiO 2 film; Contacting with a Si-containing atmosphere in a state where the plurality of polycrystalline Si particles are grown on the amorphous Si film in a state where the plurality of polycrystalline Si particles are heated, and Si
Forming a O 2 film. A method for manufacturing a stacked gate oxide film structure, comprising:
【請求項2】 前記複数の多結晶Si粒子をアニーリン
グすることにより、これらの結晶粒を増大させる工程を
含むことを特徴とする、請求項1に記載の積層型ゲート
酸化膜構造の製造方法。
2. The method according to claim 1, further comprising the step of annealing the plurality of polycrystalline Si particles to increase the size of the polycrystalline Si particles.
【請求項3】 前記複数の多結晶Si粒子のアニーリン
グは、これら複数の多結晶Si粒子を前記非晶質Si膜
上に成長させる際の、前記非晶質Si膜の加熱温度以上
で行うことを特徴とする、請求項2に記載の積層型ゲー
ト酸化膜構造の製造方法。
3. The annealing of the plurality of polycrystalline Si particles is performed at a temperature equal to or higher than the heating temperature of the amorphous Si film when growing the plurality of polycrystalline Si particles on the amorphous Si film. 3. The method for manufacturing a stacked gate oxide film structure according to claim 2, wherein:
【請求項4】 前記非晶質Si膜を500〜700℃に
加熱して、前記Si含有性雰囲気に接触させ、前記複数
の多結晶Si粒子を成長させることを特徴とする、請求
項1〜3のいずれか一に記載の積層型ゲート酸化膜構造
の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the amorphous Si film is heated to 500 to 700 ° C. and brought into contact with the Si-containing atmosphere to grow the plurality of polycrystalline Si particles. 3. The method for manufacturing a stacked gate oxide film structure according to any one of 3.
【請求項5】 前記複数の多結晶Si粒子のアニーリン
グは、550〜750℃で行うことを特徴とする、請求
項4に記載の積層型ゲート酸化膜構造の製造方法。
5. The method according to claim 4, wherein the annealing of the plurality of polycrystalline Si particles is performed at 550 to 750 ° C.
【請求項6】 前記複数の多結晶Si粒子をアニーリン
グすることにより、これらの結晶粒を3〜30nmまで
増大させることを特徴とする、請求項2〜5のいずれか
一に記載の積層型ゲート酸化膜構造の製造方法。
6. The stacked gate according to claim 2, wherein the crystal grains are increased to 3 to 30 nm by annealing the plurality of polycrystalline Si particles. Manufacturing method of oxide film structure.
【請求項7】 前記複数の多結晶Si粒子の表面密度
が、1×1010〜1×1012/cmであることを
特徴とする、請求項1〜6のいずれか一に記載の積層型
ゲート酸化膜構造の製造方法。
7. The lamination according to claim 1, wherein a surface density of the plurality of polycrystalline Si particles is 1 × 10 10 to 1 × 10 12 / cm 2. Of manufacturing a gate oxide film structure.
【請求項8】 前記第2のSiO膜は、前記複数の多
結晶Si粒子を熱酸化することによって形成することを
特徴とする、請求項1〜7のいずれか一に記載の積層型
ゲート酸化膜構造の製造方法。
8. The stacked gate according to claim 1, wherein the second SiO 2 film is formed by thermally oxidizing the plurality of polycrystalline Si particles. Manufacturing method of oxide film structure.
【請求項9】 請求項1〜8のいずれか一に記載の方法
により製造されたことを特徴とする、積層型ゲート酸化
膜構造。
9. A stacked gate oxide film structure manufactured by the method according to claim 1. Description:
【請求項10】 請求項9に記載の積層型ゲート酸化膜
構造を具えることを特徴とする、積層型MOSメモリ。
10. A stacked MOS memory comprising the stacked gate oxide film structure according to claim 9.
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