JP2002190538A - Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof

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JP2002190538A
JP2002190538A JP2001311885A JP2001311885A JP2002190538A JP 2002190538 A JP2002190538 A JP 2002190538A JP 2001311885 A JP2001311885 A JP 2001311885A JP 2001311885 A JP2001311885 A JP 2001311885A JP 2002190538 A JP2002190538 A JP 2002190538A
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JP
Japan
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film
oxide film
silicon oxide
gate electrode
silicon
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JP2001311885A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Hisamune
義明 久宗
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate effect of gate bird's-beak phenomenon with respect to the channel width of each semiconductor element of a semiconductor integrated circuit device formed on the surface of a silicon substrate, by giving an oxidation resistance to a portion of each element isolation insulating film of the circuit device. SOLUTION: In the semiconductor integrated circuit device, the three-layer insulation film comprising a silicon oxide film 101, a silicon nitride film 102, and a silicon oxide film 103 in this order is formed on a silicon substrate 100. Then, the portion of the three-layer insulation film, which is present on the active region of each semiconductor element of the circuit device is etched and removed therefrom, so as to form each element isolation film comprising the three layers 101, 102, 103. In the oxidation processes required when manufacturing the semiconductor integrated circuit device, since the diffusions of oxygen radicals diffusing in the silicon oxide film are blocked by the silicon nitride film having oxidation resistance, the oxygen radicals will not reach the substrate, so that the gate electrode of each semiconductor element which comprises a polysilicon film is not oxidized in its contacting surface with each element isolation insulation film.

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、半導体集積回路装
置に関し、特に半導体記憶装置及びその製造方法に関す
る。
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】フラッシュEEPROMに代表される不
揮発性半導体記憶装置は近年高集積化が図られ、素子が
微細化されてきた。これらの不揮発性半導体記憶装置に
おいて、記憶素子(メモリセル)および制御回路素子を
正常に動作させるためは、これらの素子を物理的・電気
的に分離するための絶縁膜が必要となり、その形成技術
は重要である。素子を形成する素子形成領域間を分離す
る領域を素子分離領域、素子分離領域に形成される絶縁
膜を素子分離絶縁膜と呼んでいるが、半導体記憶装置に
おける素子分離は、選択酸化法(LOCOS)によって
形成されるのが一般であった。すなわち、半導体基板表
面上に膜厚50nm程度の酸化シリコン膜と膜厚100
〜400nm程度の窒化シリコン膜とを順次積層し、光
リソグラフィー技術とドライエッチング技術とを用いて
素子分離領域の窒化シリコン膜を除去した後、熱酸化を
行って酸化シリコン膜を成し、これを素子分離絶縁膜と
する。しかしながら、LOCOS法においては、バーズ
ビークと呼ばれる素子分離領域−素子形成領域(活性領
域)境界において分離酸化膜が活性領域に食い込む現象
が生じ、素子の微細化を阻んでいた。近年、微細化に適
した新しい素子分離法として、(1)シリコン基板表面
に一様な膜厚の酸化シリコン膜を形成し、(2)光リソ
グラフィーおよびドライエッチング技術によって活性化
領域の酸化シリコン膜をパターニング・除去し、(3)
パターニングされた酸化シリコン膜の側面に酸化シリコ
ン膜の側壁(サイドウォール)を形成する方法が提案さ
れている(例えば、US005595924A)。この
素子分離法の具体的な工程断面図を図5に示す。まず、
図5(a)に示すように、シリコン基板500の表面に
化学気相成長法(CVD)によって一様な膜厚の酸化シ
リコン膜501を形成する。次いで、図5(b)に示す
ように、光リソグラフィー技術を用いて素子分離領域に
感光性レジスト502を形成する。さらに、図5(c)
に示すように、感光性レジスト502をマスクにして活
性領域の酸化シリコン膜501をドライエッチング技術
を用いて除去し、ほぼ垂直な壁面を形成し、感光性レジ
スト502を剥離する。続いて、図5(d)に示すよう
に、減圧CVD等を用いて段差被覆性の良好な酸化シリ
コン膜503を成長させる。最後に、図5(e)に示す
ように、酸化シリコン膜503を異方性ドライエッチン
グにてエッチバックして酸化シリコン膜側壁(サイドウ
ォール)504を形成する。なお、図6に示すように、
活性領域−素子分離領域境界部において、素子分離の酸
化シリコン膜501を壁面が傾斜(テーパ角θ)601
を持つような異方性エッチングを行うことにより、図5
(d)・図5(e)の工程を省略できる。例えば、特開
平4−340767号公報では、図5あるいは図6の製
造方法を経て形成した素子分離を用いた仮想接地線構成
(Vertual GroundArray)のフラッ
シュEEPROMについて記述している。図7、図8
に、このフラッシュEEPROMのデバイス構造につい
て、周辺回路領域を含めて模式的に示した。メモリセル
は埋込拡散層(BN+)をビット線としており、浮遊ゲ
ート・制御ゲート・消去ゲートを有する三層積層構造か
らなる。図7および図8において、700はP型の主表
面を有するシリコン基板、701は酸化シリコン膜から
なる素子分離で図4に示したプロセスによって形成し
た。702は素子分離701の反転パターンである活性
領域である。703は副ビット線であるBN+、704
は多結晶シリコン膜からなる浮遊ゲート、705はワー
ド線である多結晶シリコン膜またはポリサイド膜からな
る制御ゲート、706は多結晶シリコン膜またはポリサ
イド膜からなる消去ゲートである。707はシリコン基
板500上に形成された第1ゲート絶縁膜、708は浮
遊ゲート704と制御ゲート705との間に形成される
第2ゲート絶縁膜、709は浮遊ゲート704と消去ゲ
ート706との間に形成される第3ゲート絶縁膜、71
0は制御ゲート705と消去ゲート706とを絶縁分離
する絶縁膜である。711は周辺回路領域に形成される
トランジスタのゲートであり、712は層間絶縁膜、7
13は金属配線でありメモリセル領域では主ビット線と
なる。714はコンタクトである。ここで示したフラッ
シュEEPROMにおいては、素子分離絶縁膜間隔によ
って規定される活性領域の幅がメモリセルや周辺トラン
ジスタのチャネル幅となっている。図7及び図8に示し
た構造のメモリを製造する場合、各ゲート電極を形成し
た後に多くの酸化工程を経ることになる。例えば、浮遊
ゲート電極を形成した後には、第2ゲート酸化膜70
5、第3ゲート絶縁膜709における熱酸化工程や、周
辺トランジスタのソース・ドレインへの各種イオン注入
に際して、金属汚染を防ぐ目的で行う基板表面への酸化
膜形成として熱酸化を行っている。これら酸化工程にお
いて、炉心間内で生成された酸素ラジカルは、CVDで
形成された素子分離酸化シリコン膜中を容易に拡散し、
メモリセルの浮遊ゲート電極や周辺トランジスタのゲー
ト電極へと到達し、シリコン基板や電極材である多結晶
シリコン膜またはポリサイド膜を酸化する。特に、浮遊
ゲート電極またはゲート電極の底部両端において酸化が
進行し、ゲート電極の底部両端のゲート酸化膜が厚くな
り、いわゆる、ゲート=バーズビークと呼ばれる酸化シ
リコン膜の食い込み現象が発生する。
2. Description of the Related Art In recent years, a nonvolatile semiconductor memory device represented by a flash EEPROM has been highly integrated, and its elements have been miniaturized. In these nonvolatile semiconductor memory devices, in order to operate storage elements (memory cells) and control circuit elements normally, an insulating film for physically and electrically separating these elements is required. Is important. A region that separates element formation regions for forming elements is referred to as a device isolation region, and an insulating film formed in the device isolation region is referred to as a device isolation insulating film. In a semiconductor memory device, device isolation is performed by a selective oxidation method (LOCOS). ). That is, a silicon oxide film having a thickness of about 50 nm and a
A silicon nitride film having a thickness of about 400 nm is sequentially laminated, and after removing the silicon nitride film in the element isolation region by using photolithography technology and dry etching technology, thermal oxidation is performed to form a silicon oxide film. An element isolation insulating film is used. However, in the LOCOS method, a phenomenon called a bird's beak occurs at a boundary between an element isolation region and an element formation region (active region), in which an isolation oxide film cuts into the active region, thereby preventing miniaturization of the element. In recent years, as a new element isolation method suitable for miniaturization, (1) a silicon oxide film having a uniform thickness is formed on a silicon substrate surface, and (2) a silicon oxide film in an active region is formed by photolithography and dry etching technology. Patterning and removing (3)
A method of forming a side wall (sidewall) of a silicon oxide film on a side surface of a patterned silicon oxide film has been proposed (for example, US005595924A). FIG. 5 is a cross-sectional view showing a specific process of this element isolation method. First,
As shown in FIG. 5A, a silicon oxide film 501 having a uniform thickness is formed on the surface of a silicon substrate 500 by a chemical vapor deposition (CVD) method. Next, as shown in FIG. 5B, a photosensitive resist 502 is formed in the element isolation region by using a photolithography technique. Further, FIG.
As shown in (1), the silicon oxide film 501 in the active region is removed by dry etching using the photosensitive resist 502 as a mask to form a substantially vertical wall surface, and the photosensitive resist 502 is peeled off. Subsequently, as shown in FIG. 5D, a silicon oxide film 503 having good step coverage is grown using low-pressure CVD or the like. Finally, as shown in FIG. 5E, the silicon oxide film 503 is etched back by anisotropic dry etching to form a silicon oxide film side wall (sidewall) 504. In addition, as shown in FIG.
At the boundary between the active region and the element isolation region, the wall surface of the silicon oxide film 501 for element isolation is inclined (taper angle θ) 601.
By performing anisotropic etching having
(D) Step of FIG. 5E can be omitted. For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-340767 describes a flash EEPROM of a virtual ground line configuration (Virtual Ground Array) using element isolation formed through the manufacturing method of FIG. 5 or FIG. 7 and 8
FIG. 1 schematically shows the device structure of the flash EEPROM, including the peripheral circuit area. The memory cell uses a buried diffusion layer (BN +) as a bit line, and has a three-layer stacked structure having a floating gate, a control gate, and an erase gate. 7 and 8, reference numeral 700 denotes a silicon substrate having a P-type main surface, and reference numeral 701 denotes an element isolation made of a silicon oxide film formed by the process shown in FIG. Reference numeral 702 denotes an active region which is an inverted pattern of the element isolation 701. 703 is a sub-bit line BN +, 704
Is a floating gate made of a polycrystalline silicon film, 705 is a control gate made of a polycrystalline silicon film or a polycide film as a word line, and 706 is an erase gate made of a polycrystalline silicon film or a polycide film. 707 is a first gate insulating film formed on the silicon substrate 500, 708 is a second gate insulating film formed between the floating gate 704 and the control gate 705, and 709 is between the floating gate 704 and the erase gate 706. Third gate insulating film 71 formed in
Reference numeral 0 denotes an insulating film that insulates the control gate 705 from the erase gate 706. 711 is a gate of a transistor formed in the peripheral circuit region, 712 is an interlayer insulating film,
Reference numeral 13 denotes a metal wiring, which becomes a main bit line in the memory cell area. 714 is a contact. In the flash EEPROM shown here, the width of the active region defined by the element isolation insulating film interval is the channel width of the memory cell and the peripheral transistor. When a memory having the structure shown in FIGS. 7 and 8 is manufactured, many oxidation steps are performed after each gate electrode is formed. For example, after the formation of the floating gate electrode, the second gate oxide film 70 is formed.
5. During the thermal oxidation step in the third gate insulating film 709 and various ion implantations into the source / drain of the peripheral transistor, thermal oxidation is performed as an oxide film formation on the substrate surface for the purpose of preventing metal contamination. In these oxidation steps, oxygen radicals generated in the space between the cores easily diffuse in the element isolation silicon oxide film formed by CVD,
It reaches the floating gate electrode of the memory cell and the gate electrode of the peripheral transistor, and oxidizes the silicon substrate and the polycrystalline silicon film or polycide film that is the electrode material. In particular, oxidation progresses at both ends of the floating gate electrode or the bottom of the gate electrode, and the thickness of the gate oxide film at both ends of the bottom of the gate electrode becomes thick, so that a so-called gate bird's beak digging phenomenon of a silicon oxide film occurs.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
では、ゲート電極形成後における酸化工程によって、メ
モリセルの浮遊ゲート電極や周辺トランジスタのゲート
電極と基板とに挾まれるゲート絶縁膜の膜厚が端部にお
いて厚く酸化されてしまい、メモリセルや周辺トランジ
スタのオン電流を著しく減少させてしまうという課題が
あった。その理由は、素子分離絶縁膜が耐酸化性の乏し
い、CVDで形成された酸化シリコン膜によって形成さ
れているため、浮遊ゲート電極形成後あるいはゲート電
極形成後における各種の酸化工程において、酸素ラジカ
ルがCVDで形成された素子分離酸化シリコン膜中を拡
散し、ゲート電極−ゲート絶縁膜−半導体基板の界面に
達し、大きなゲート=バーズビークを形成し、実効的な
チャネル幅を減少させ、ゲート絶縁膜の実効膜厚を増加
させてしまうためである。さらに、メモリセルの単純縮
小化が困難となり、微細化による低コスト化が難しいと
いう課題があった。その理由は、ゲート=バーズビーク
の存在によって、メモリセルの実効チャネル幅が設計し
たチャネル幅よりも小さくなってしまうためである。さ
らに、ゲート=バーズビークの大きさは製造工程に固有
なものであるため、製造工程が変わらない限り、素子寸
法が小さくなるほど、実効チャネル幅に与える影響が大
きくなってしまうためである。本発明の目的は、ゲート
=バーズビークが微小であり、したがって、メモリセル
および周辺トランジスタのオン電流が大きく、微細化に
適した半導体記憶装置及びその製造を提供することにあ
る。
However, in the conventional example, the thickness of the gate insulating film sandwiched between the substrate and the floating gate electrode of the memory cell or the gate electrode of the peripheral transistor due to the oxidation step after the gate electrode is formed. There is a problem that the end portion is thickly oxidized and the ON current of the memory cell and the peripheral transistor is significantly reduced. The reason is that, since the element isolation insulating film is formed of a silicon oxide film formed by CVD, which has poor oxidation resistance, oxygen radicals are generated in various oxidation steps after formation of the floating gate electrode or after formation of the gate electrode. Diffusion in the element isolation silicon oxide film formed by CVD reaches the interface of the gate electrode-gate insulating film-semiconductor substrate, forms a large gate = bird's beak, reduces the effective channel width, and reduces the gate insulating film. This is because the effective film thickness is increased. Further, there is a problem that it is difficult to simply reduce the size of the memory cell, and it is difficult to reduce the cost by miniaturization. The reason is that the existence of the gate bird's beak causes the effective channel width of the memory cell to be smaller than the designed channel width. Further, since the size of the gate = bird's beak is unique to the manufacturing process, the smaller the device size, the larger the effect on the effective channel width unless the manufacturing process is changed. An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device suitable for miniaturization, in which the gate-bird's beak is minute, the on-state current of the memory cell and the peripheral transistor is large, and the manufacture thereof.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体集積回路装置の製造方法は、シ
リコン基板上に酸化シリコン膜−対酸化性膜−酸化シリ
コン膜の多層構造を有する素子分離領域を複数形成する
工程と、前記素子分離領域間の素子形成領域に第1ゲー
ト絶縁膜を形成する工程と、前記第1ゲート絶縁膜上に
第1ゲート電極を形成する工程と、前記第1ゲート電極
表面を熱酸化する工程とを含むものである。またシリコ
ン基板上に酸化シリコン膜からなる素子分離領域を複数
形成する工程と、前記素子分離領域側面に対酸化性膜の
サイドウォ−ルを形成する工程と、前記素子分離領域間
の素子形成領域に第1ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第1ゲート絶縁膜上に第1ゲート電極を形成する工
程と、前記第1ゲート電極表面を熱酸化しその表面に第
1の熱酸化膜を形成する工程とを含むものである。また
前記第1の熱酸化膜の上に第2ゲート電極を形成する工
程と、前記第2ゲート電極表面を熱酸化しその表面に第
2の熱酸化膜を形成する工程と、を更に備えているもの
である。また本発明に係る半導体記憶装置は、シリコン
基板上に形成された複数の素子分離領域と、前記素子分
離領域間に形成され下から順に第1ゲート絶縁膜、浮遊
ゲート電極、第2ゲート絶縁膜、制御ゲート電極を備え
た不揮発性メモリトランジスタとを備えた半導体装置に
おいて、前記素子分離領域は酸化シリコン膜−対酸化性
膜−酸化シリコン膜の多層構造を有するものである。ま
た本発明に係る半導体記憶装置は、シリコン基板上に形
成された複数の素子分離領域と、前記素子分離領域間に
形成され下から順に第1ゲート絶縁膜、浮遊ゲート電
極、第2ゲート絶縁膜、制御ゲート電極を備えた不揮発
性メモリトランジスタとを備えた半導体装置において、
前記素子分離領域はその側壁に対酸化性膜からなるサイ
ドウォ−ルを有しているものである。また前記対酸化性
膜は窒化シリコン膜であるものである。素子分離絶縁膜
の一部に耐酸化性絶縁膜層が形成されている。このた
め、各種の熱酸化工程において、酸素ラジカルは、この
耐酸化性絶縁膜層にブロックされてしまい、素子分離絶
縁膜とゲート電極との境界領域まで拡散することができ
ず、ゲート=バーズビークの発生が抑制される。その結
果、ゲート=バーズビークが起因となるチャネル幅の実
効的な減少やゲート絶縁膜の実効的な増加が発生せず、
メモリセルやトランジスタのオン電流の低下が生じな
い。
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention has a multilayer structure of a silicon oxide film-an oxidizing film-a silicon oxide film on a silicon substrate. Forming a plurality of device isolation regions, forming a first gate insulating film in a device forming region between the device isolation regions, forming a first gate electrode on the first gate insulating film, Thermally oxidizing the surface of the first gate electrode. A step of forming a plurality of element isolation regions made of a silicon oxide film on a silicon substrate; a step of forming a sidewall of an oxidation-resistant film on a side surface of the element isolation region; and a step of forming an element formation region between the element isolation regions. Forming a first gate insulating film;
Forming a first gate electrode on the first gate insulating film; and thermally oxidizing a surface of the first gate electrode to form a first thermal oxide film on the surface. The method further includes a step of forming a second gate electrode on the first thermal oxide film, and a step of thermally oxidizing a surface of the second gate electrode to form a second thermal oxide film on the surface. Is what it is. Further, a semiconductor memory device according to the present invention includes a plurality of element isolation regions formed on a silicon substrate, and a first gate insulating film, a floating gate electrode, and a second gate insulating film formed between the element isolation regions in order from the bottom. And a nonvolatile memory transistor having a control gate electrode, wherein the element isolation region has a multilayer structure of a silicon oxide film-an oxidizing film-a silicon oxide film. Further, a semiconductor memory device according to the present invention includes a plurality of element isolation regions formed on a silicon substrate, and a first gate insulating film, a floating gate electrode, and a second gate insulating film formed between the element isolation regions in order from the bottom. And a non-volatile memory transistor having a control gate electrode,
The element isolation region has a side wall made of an antioxidant film on a side wall thereof. Further, the oxidation resistant film is a silicon nitride film. An oxidation-resistant insulating film layer is formed on a part of the element isolation insulating film. Therefore, in various thermal oxidation steps, oxygen radicals are blocked by the oxidation-resistant insulating film layer and cannot diffuse to the boundary region between the element isolation insulating film and the gate electrode. Generation is suppressed. As a result, the effective reduction of the channel width and the effective increase of the gate insulating film caused by the gate bird's beak do not occur,
There is no decrease in the on-current of the memory cell or the transistor.

【0005】[0005]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。 (実施形態1)図1は、本発明の実施形態1に係る半導
体記憶装置の製造方法を示す断面図である。まず、図1
(a)に示すように、シリコン基板100の表面にCV
Dまたは熱酸化にて酸化シリコン膜101を形成し、続
いて、CVDにより窒化シリコン膜102・酸化シリコ
ン膜103を順次形成する。次に、図1(b)に示すよ
うに、光リソグラフィー技術により感光性レジスト10
4を素子分離領域を覆ってパターニングする。続いて、
感光性レジスト104をマスクにして、例えば、四フッ
化炭素(CF4)と三フッ化水素化炭素(CHF3)との
混合ガスをプラズマ化した雰囲気に酸化シリコン膜10
1・窒化シリコン膜102・酸化シリコン膜103を晒
すことにより、除去側面が一定の傾斜形状(テーパー)
をもつように酸化シリコン膜103・窒化シリコン膜1
02・酸化シリコン膜101を順次エッチング除去す
る。さらに、感光性レジスト102を剥離すると、図1
(c)に示すように側面にテーパーを有し、酸化シリコ
ン膜101・窒化シリコン膜102・酸化シリコン膜1
03からなる素子分離酸化膜が得られる。図7及び図8
を参照して記述したフラッシュEEPROMに対して、
素子分離絶縁膜として、 本実施形態の酸化シリコン膜
・窒化シリコン膜・酸化シリコン膜を用いた場合と、従
来の酸化シリコン膜(単層)を用いた場合との各々に関
して、メモリセルにおけるゲート=バーズビークのSE
M観察スケッチの比較を図2に示す。図2から明らかな
ように、図2(a)に示す本実施形態の素子分離構造を
用いた場合、図2(b)に示される従来の素子分離構造
を用いた場合よりも、ゲート=バーズビーク210の発
生が大幅に抑制されることがわかる。 (実施形態2)次に本発明の実施形態2について図面を
参照して説明する。図3は、半導体記憶装置の素子分離
を形成する別の製造方法を示している。まず図3(a)
に示すように、シリコン基板100の表面にCVDにて
酸化シリコン膜301を形成する。続いて、図3(b)
に示すように、光リソグラフィー工程により感光性レジ
スト104をメモリセル領域における素子分離領域を覆
うようにパターニングする。次いで、感光性レジスト1
04をマスクにして、例えば、四フッ化炭素(CF4)
と二フッ化二水素化炭素(CH2F2)との混合ガスをプ
ラズマ化した雰囲気に酸化シリコン膜103を晒すこと
により、除去側面が垂直になるように酸化シリコン膜3
01をエッチング除去することができる。さらに、感光
性レジスト104を剥離すると、図3(c)に示すよう
な側面が垂直な素子分離酸化シリコン膜302が得られ
る。次いで、図3(d)に示すように、最小素子分離間
隔の半分以下の膜厚の窒化シリコン膜303をCVDに
より成長させる。最後に、図3(e)に示すように、窒
化シリコン膜303を異方性ドライエッチングによりエ
ッチバックし、酸化シリコン膜302の側壁に窒化シリ
コン膜のサイドウォール304を設ける。このようにし
て形成された素子分離絶縁膜の側面は、耐酸化性の高い
窒化シリコン膜に被覆されているため、熱酸化雰囲気に
おいて酸化シリコン膜302中を拡散した酸素ラジカル
は、活性領域に到達することがなく、ゲート電極底部両
端にゲート=バーズビークが発生する余地がない。図7
及び図8のフラッシュEEPROMの素子分離絶縁膜と
して、 本実施形態の窒化シリコン膜をサイドウォール
とする酸化シリコン膜を用いた場合と、 従来の酸化シ
リコン膜(単層)を用いた場合とに関して、メモリセル
のチャネル幅を変化させたときのオン電流の測定結果を
図4に示す。従来Bの素子分離を用いた場合、チャネル
幅が減少するに伴い、ゲート=バーズビークの影響が大
きく、オン電流に寄与するのがわかる。それに対して、
本実施形態Aを適応した場合、オン電流はチャネル幅に
対して線型な関係を保っている。また、実施形態1およ
び実施形態2においては、素子分離を形成するためのド
ライエッチングの反応ガスとしてCF4とCHF3との混
合ガスや、CF4とCH2F2との混合ガスを使うことを
例示したが、プラズマ化した際に酸化シリコン膜および
窒化シリコン膜をエッチングするあらゆるガスにおい
て、酸化シリコン膜および窒化シリコン膜の側壁を垂直
からテーパー状になるようなエッチング条件を見いだす
ことができる。最も広く用いられている反応ガスとして
は化学式CF4,CHF3,CH2F2,C4F8,CO,S
F6,Arで表わされる物質の組み合わせからなる混合
ガスであり、いずれの組み合わせにおいても、圧力、混
合ガス流量、混合ガス流量比、プラズマ発生電圧等のプ
ロセスパラメータを最適化することにより、酸化シリコ
ン膜および窒化シリコン膜を側壁が垂直ないしテーパー
状になるようなエッチングすることが可能である。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor memory device according to Embodiment 1 of the present invention. First, FIG.
As shown in (a), the surface of the silicon substrate 100 has CV
A silicon oxide film 101 is formed by D or thermal oxidation, and then a silicon nitride film 102 and a silicon oxide film 103 are sequentially formed by CVD. Next, as shown in FIG. 1B, a photosensitive resist 10 is formed by photolithography.
4 is patterned to cover the element isolation region. continue,
Using the photosensitive resist 104 as a mask, for example, the silicon oxide film 10 is placed in an atmosphere in which a mixed gas of carbon tetrafluoride (CF 4) and carbon trifluoride (CHF 3) is turned into plasma.
1. Exposing the silicon nitride film 102 and the silicon oxide film 103, the removal side surface has a constant inclined shape (taper).
Oxide film 103 / silicon nitride film 1
02. The silicon oxide film 101 is sequentially removed by etching. Further, when the photosensitive resist 102 is peeled off, FIG.
As shown in (c), the silicon oxide film 101, the silicon nitride film 102, and the silicon oxide film 1 have a tapered side surface.
03 is obtained. 7 and 8
For the flash EEPROM described with reference to
Regarding the case where the silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film of the present embodiment is used as the element isolation insulating film and the case where the conventional silicon oxide film (single layer) is used, the gate in the memory cell = Bird's Beak SE
A comparison of the M observation sketch is shown in FIG. As is clear from FIG. 2, when the element isolation structure of the present embodiment shown in FIG. 2A is used, gate = bird's beak is higher than when the conventional element isolation structure shown in FIG. 2B is used. It can be seen that the generation of 210 is significantly suppressed. (Embodiment 2) Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 shows another manufacturing method for forming element isolation of a semiconductor memory device. First, FIG.
As shown in FIG. 1, a silicon oxide film 301 is formed on the surface of the silicon substrate 100 by CVD. Subsequently, FIG.
As shown in (1), the photosensitive resist 104 is patterned by a photolithography process so as to cover the element isolation region in the memory cell region. Next, the photosensitive resist 1
04 as a mask, for example, carbon tetrafluoride (CF4)
The silicon oxide film 103 is exposed to an atmosphere in which a mixed gas of carbon dioxide and carbon difluoride (CH2F2) is turned into plasma, so that the silicon oxide film 3 is removed so that the removal side surface becomes vertical.
01 can be removed by etching. Further, when the photosensitive resist 104 is peeled off, an element isolation silicon oxide film 302 having a vertical side surface as shown in FIG. 3C is obtained. Next, as shown in FIG. 3D, a silicon nitride film 303 having a thickness equal to or less than half of the minimum element separation interval is grown by CVD. Finally, as shown in FIG. 3E, the silicon nitride film 303 is etched back by anisotropic dry etching, and a sidewall 304 of the silicon nitride film is provided on the side wall of the silicon oxide film 302. Since the side surfaces of the element isolation insulating film formed in this manner are covered with a silicon nitride film having high oxidation resistance, oxygen radicals diffused in the silicon oxide film 302 in a thermal oxidation atmosphere reach the active region. And there is no room for gate bird's beak to occur at both ends of the bottom of the gate electrode. FIG.
As a device isolation insulating film of the flash EEPROM of FIG. 8, a case where a silicon oxide film having the silicon nitride film of this embodiment as a side wall is used and a case where a conventional silicon oxide film (single layer) is used are described. FIG. 4 shows a measurement result of the on-state current when the channel width of the memory cell is changed. In the case where the element isolation of the conventional B is used, it can be seen that as the channel width is reduced, the influence of gate = bird's beak is large and contributes to the ON current. On the other hand,
When the embodiment A is applied, the on-current keeps a linear relationship with the channel width. In the first and second embodiments, a mixed gas of CF4 and CHF3 or a mixed gas of CF4 and CH2F2 is used as a dry etching reaction gas for forming element isolation. In any gas that etches the silicon oxide film and the silicon nitride film when the silicon oxide film and the silicon nitride film are changed, etching conditions can be found under which the sidewalls of the silicon oxide film and the silicon nitride film are tapered from vertical. The most widely used reaction gases include the chemical formulas CF4, CHF3, CH2F2, C4F8, CO, S
A mixed gas composed of a combination of substances represented by F6 and Ar. In any combination, a silicon oxide film is formed by optimizing process parameters such as pressure, mixed gas flow rate, mixed gas flow ratio, and plasma generation voltage. In addition, the silicon nitride film can be etched so that the side wall becomes vertical or tapered.

【0006】[0006]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、メ
モリセルおよび周辺トランジスタのオン電流を確保する
ことができる。その理由は、素子分離絶縁膜の一部に耐
酸化性のある膜が存在しているため、素子分離膜中を拡
散する酸素ラジカルは、ゲート電極−シリコン基板界面
にまで到達せず、ゲート=バーズビークの発生が抑制さ
れるためである。さらに半導体記憶装置を単純縮小(S
hrink)して製造することが容易にできる。その理
由は、ゲート=バーズビークの発生が抑制されるため、
メモリセルおよび周辺トランジスタのオン電流がチャネ
ル幅に対して線型に変化し、半導体装置が微細化しても
比例縮小側が成立するためである。
As described above, according to the present invention, the ON current of the memory cell and the peripheral transistor can be secured. The reason is that since an oxidation-resistant film exists in a part of the element isolation insulating film, oxygen radicals diffused in the element isolation film do not reach the gate electrode-silicon substrate interface, and the gate = This is because the occurrence of bird's beak is suppressed. Further, the semiconductor memory device is simply reduced (S
hrink) and can be easily manufactured. The reason is that the generation of gate = bird's beak is suppressed,
This is because the on-state current of the memory cell and the peripheral transistor changes linearly with respect to the channel width, and even if the semiconductor device is miniaturized, the proportional reduction side is established.

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

【図1】本発明の実施形態1を示す工程断面図である。FIG. 1 is a process sectional view showing Embodiment 1 of the present invention.

【図2】(a)は、本発明の半導体記憶装置を示す断面
図、(b)は、従来の半導体記憶装置を示す断面図であ
る。
FIG. 2A is a cross-sectional view illustrating a semiconductor memory device of the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view illustrating a conventional semiconductor memory device.

【図3】本発明の実施形態2を示す工程断面図である。FIG. 3 is a process sectional view showing Embodiment 2 of the present invention.

【図4】本発明の半導体記憶装置と従来の半導体記憶装
置との性能を比較した実験結果を示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing experimental results comparing the performance of a semiconductor memory device of the present invention with that of a conventional semiconductor memory device.

【図5】従来例を示す工程断面図である。FIG. 5 is a process sectional view showing a conventional example.

【図6】従来例を示す工程断面図である。FIG. 6 is a process sectional view showing a conventional example.

【図7】従来の半導体記憶装置を示す平面図である。FIG. 7 is a plan view showing a conventional semiconductor memory device.

【図8】図7のA−A線断面図である。FIG. 8 is a sectional view taken along line AA of FIG. 7;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 シリコン基板 101 酸化シリコン膜 102 窒化シリコン膜 103 酸化シリコン膜 104 感光性レジスト 200 酸化シリコン膜 201 浮遊ゲート 202 制御ゲート 203 消去ゲート 301 酸化シリコン膜 302 素子分離酸化シリコン膜 303 窒化シリコン膜 304 窒化シリコン膜のサイドウォール REFERENCE SIGNS LIST 100 silicon substrate 101 silicon oxide film 102 silicon nitride film 103 silicon oxide film 104 photosensitive resist 200 silicon oxide film 201 floating gate 202 control gate 203 erase gate 301 silicon oxide film 302 element isolation silicon oxide film 303 silicon nitride film 304 silicon nitride film Side wall

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/788 29/792 Fターム(参考) 5F032 AA12 CA17 CA21 DA02 DA25 DA53 5F048 AB01 BA16 BG01 BG03 BG11 5F083 EP03 EP22 GA09 JA53 KA06 KA07 LA12 LA16 NA08 NA10 PR39 5F101 BA12 BA13 BB02 BD35 BH03Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat II (Reference) H01L 29/788 29/792 F term (Reference) 5F032 AA12 CA17 CA21 DA02 DA25 DA53 5F048 AB01 BA16 BG01 BG03 BG11 5F083 EP03 EP22 GA09 JA53 KA06 KA07 LA12 LA16 NA08 NA10 PR39 5F101 BA12 BA13 BB02 BD35 BH03

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン基板上に酸化シリコン膜−対酸
化性膜−酸化シリコン膜の多層構造を有する素子分離領
域を複数形成する工程と、前記素子分離領域間の素子形
成領域に第1ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第1
ゲート絶縁膜上に第1ゲート電極を形成する工程と、前
記第1ゲート電極表面を熱酸化する工程とを含むことを
特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of forming a plurality of device isolation regions having a multilayer structure of a silicon oxide film-an oxidation-resistant film-a silicon oxide film on a silicon substrate; Forming a film;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a first gate electrode on a gate insulating film; and thermally oxidizing a surface of the first gate electrode.
【請求項2】 シリコン基板上に酸化シリコン膜からな
る素子分離領域を複数形成する工程と、前記素子分離領
域側面に対酸化性膜のサイドウォ−ルを形成する工程
と、前記素子分離領域間の素子形成領域に第1ゲート絶
縁膜を形成する工程と、前記第1ゲート絶縁膜上に第1
ゲート電極を形成する工程と、前記第1ゲート電極表面
を熱酸化しその表面に第1の熱酸化膜を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of forming a plurality of device isolation regions made of a silicon oxide film on a silicon substrate; a step of forming a sidewall of an oxide film on a side surface of the device isolation region; Forming a first gate insulating film in an element formation region; and forming a first gate insulating film on the first gate insulating film.
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a gate electrode; and thermally oxidizing a surface of the first gate electrode to form a first thermal oxide film on the surface.
【請求項3】 請求項1、2に記載の半導体装置の製造
方法に於いて、前記第1の熱酸化膜の上に第2ゲート電
極を形成する工程と、前記第2ゲート電極表面を熱酸化
しその表面に第2の熱酸化膜を形成する工程と、を更に
備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a step of forming a second gate electrode on said first thermal oxide film, and a step of heat-treating said second gate electrode surface. Oxidizing to form a second thermal oxide film on the surface thereof.
【請求項4】 前記対酸化性膜は窒化シリコン膜である
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半
導体装置の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the oxidation-resistant film is a silicon nitride film.
【請求項5】 シリコン基板上に形成された複数の素子
分離領域と、前記素子分離領域間に形成され下から順に
第1ゲート絶縁膜、浮遊ゲート電極、第2ゲート絶縁
膜、制御ゲート電極を備えた不揮発性メモリトランジス
タとを備えた半導体装置において、前記素子分離領域は
酸化シリコン膜−対酸化性膜−酸化シリコン膜の多層構
造を有することを特徴とする半導体装置。
5. A plurality of device isolation regions formed on a silicon substrate, and a first gate insulating film, a floating gate electrode, a second gate insulating film, and a control gate electrode formed between the device isolation regions in order from the bottom. A semiconductor device comprising: a non-volatile memory transistor; and the element isolation region has a multilayer structure of a silicon oxide film-an oxide film-a silicon oxide film.
【請求項6】 シリコン基板上に形成された複数の素子
分離領域と、前記素子分離領域間に形成され下から順に
第1ゲート絶縁膜、浮遊ゲート電極、第2ゲート絶縁
膜、制御ゲート電極を備えた不揮発性メモリトランジス
タとを備えた半導体装置において、前記素子分離領域は
その側壁に対酸化性膜からなるサイドウォ−ルを有して
いることを特徴とする半導体装置。
6. A plurality of device isolation regions formed on a silicon substrate, and a first gate insulating film, a floating gate electrode, a second gate insulating film, and a control gate electrode formed between the device isolation regions in order from the bottom. A semiconductor device comprising: a non-volatile memory transistor comprising: a semiconductor device; wherein the element isolation region has a side wall made of an oxidation-resistant film on a side wall thereof.
【請求項7】 前記対酸化性膜は窒化シリコン膜である
ことを特徴とする請求項5乃至6のいずれかに記載の半
導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 5, wherein said oxidation resistant film is a silicon nitride film.
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CN108475663A (en) * 2015-12-29 2018-08-31 高通股份有限公司 Semiconductor devices with the broader field grid for reducing resistance
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