JP2002373947A - Method for manufacturing nonvolatile semiconductor memory - Google Patents

Method for manufacturing nonvolatile semiconductor memory

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JP2002373947A
JP2002373947A JP2001267306A JP2001267306A JP2002373947A JP 2002373947 A JP2002373947 A JP 2002373947A JP 2001267306 A JP2001267306 A JP 2001267306A JP 2001267306 A JP2001267306 A JP 2001267306A JP 2002373947 A JP2002373947 A JP 2002373947A
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ion implantation
film
memory device
semiconductor memory
manufacturing
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JP2001267306A
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Inventor
Yoshinori Kotake
義則 小竹
Fumihiko Noro
文彦 野呂
Takahiko Hashizume
貴彦 橋爪
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate the need for heat treatment over a long time in the impurity diffusion process while protecting a tunnel insulation film against damage due to implantation of impurity ions using a gate electrode as a mask. SOLUTION: A silicon oxide film of 10-50 nm thick is deposited on the entire surface of a semiconductor substrate 11 and subjected to anisotropic etching to form an ion implantation regulating film 18 of silicon oxide on the side face of a gate structure 17. Subsequently, a first resist pattern 51 is formed to expose a source forming region on the side of the gate structure 17 of a P-type well 11a and the ion implantation regulating film 18 on the side face on the source forming region side, and N-type impurity ions are implanted into the P-type well 11a using the exposed part of the first resist pattern 51, the gate structure 17, and the ion implantation regulating film 18 as a mask, thus forming a first N type implantation layer 20A.

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、不揮発性半導体記
憶装置の製造方法に関し、特に、電気的にデータの消去
が可能な大容量のEPROM装置、EEPROM装置又
はフラッシュメモリ装置等の不揮発性半導体記憶装置の
製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly to a nonvolatile semiconductor memory device such as a large-capacity EPROM device, an EEPROM device or a flash memory device capable of electrically erasing data. The present invention relates to a device manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の不揮発性半導体記憶装置の製造方
法は、特開平第5−251712号公報(以下、第1の
従来例という。)又は特許第2515715号公報(以
下、第2の従来例という。)に示されている。
2. Description of the Related Art A conventional method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-251712 (hereinafter referred to as a first conventional example) or Japanese Patent No. 2515715 (hereinafter referred to as a second conventional example). ).

【0003】以下、従来の不揮発性半導体記憶装置の製
造方法について図面を参照しながら説明する。
Hereinafter, a method for manufacturing a conventional nonvolatile semiconductor memory device will be described with reference to the drawings.

【0004】図7(a)〜図7(c)及び図8は従来の
不揮発性半導体記憶装置の製造方法の工程順の断面構成
を示している。
FIGS. 7A to 7C and FIG. 8 show cross-sectional structures in the order of steps of a method for manufacturing a conventional nonvolatile semiconductor memory device.

【0005】まず、図7(a)に示すように、P型シリ
コンからなる半導体基板101にP型ウエル101aを
形成し、続いて、素子分離絶縁膜102を選択的に形成
する。その後、半導体基板101上の素子形成領域に、
トンネル酸化膜103、第1のポリシリコン膜104
A、容量絶縁膜105及び膜厚が約300nmの第2の
ポリシリコン膜106Aを順次堆積する。
First, as shown in FIG. 7A, a P-type well 101a is formed on a semiconductor substrate 101 made of P-type silicon, and then an element isolation insulating film 102 is selectively formed. Then, in the element formation region on the semiconductor substrate 101,
Tunnel oxide film 103, first polysilicon film 104
A, a capacitor insulating film 105 and a second polysilicon film 106A having a thickness of about 300 nm are sequentially deposited.

【0006】次に、図7(b)に示すように、第2のポ
リシリコン膜106A、容量絶縁膜105、第1のポリ
シリコン膜104A及びトンネル絶縁膜103をパター
ニングし、第1のポリシリコン膜104Aから浮遊ゲー
ト電極104Bを形成し、第2のポリシリコン膜106
Aから制御ゲート電極106Bを形成して、複数のゲー
ト構造体107を得る。
Next, as shown in FIG. 7B, the second polysilicon film 106A, the capacitor insulating film 105, the first polysilicon film 104A and the tunnel insulating film 103 are patterned to form a first polysilicon film. A floating gate electrode 104B is formed from the film 104A, and a second polysilicon film 106 is formed.
A control gate electrode 106B is formed from A to obtain a plurality of gate structures 107.

【0007】次に、図7(c)に示すように、熱酸化法
により、半導体基板101上に素子分離絶縁膜102及
びゲート構造体107を含む全面に熱酸化シリコン膜1
10を形成する。続いて、CVD法により、熱酸化シリ
コン膜110上の全面に酸化シリコン膜を堆積し、堆積
した酸化シリコン膜に対して異方性エッチングを行なっ
て、ゲート構造体107の側面上に酸化シリコンからな
る絶縁性サイドウォールスペーサ111を形成する。こ
こで、第1の従来例には、絶縁性サイドウォールスペー
サ111の基板面に平行な方向の膜厚が示されていない
が、後工程における砒素イオンの注入による浮遊ゲート
電極104Bへの注入イオンの侵入を阻止する目的から
すると、その膜厚は少なくとも60nm程度は必要であ
る。また、第2の従来例は、絶縁性サイドウォールスペ
ーサの膜厚を500nmとしている。
Next, as shown in FIG. 7C, a thermal oxidation method is applied to the entire surface of the semiconductor substrate 101 including the element isolation insulating film 102 and the gate structure 107 by thermal oxidation.
Form 10 Subsequently, a silicon oxide film is deposited on the entire surface of the thermal silicon oxide film 110 by a CVD method, and the deposited silicon oxide film is subjected to anisotropic etching to form a silicon oxide film on the side surface of the gate structure 107. The insulating sidewall spacer 111 is formed. Here, in the first conventional example, the thickness of the insulating sidewall spacer 111 in the direction parallel to the substrate surface is not shown, but ions implanted into the floating gate electrode 104B by implantation of arsenic ions in a later process are not shown. In order to prevent the intrusion of light, the film thickness must be at least about 60 nm. In the second conventional example, the thickness of the insulating sidewall spacer is set to 500 nm.

【0008】続いて、各絶縁性サイドウォールスペーサ
111及び各ゲート構造体107をマスクとして、P型
ウエル101aに対して加速エネルギーが70keV〜
90keVでドーズ量が1×1016cm-2程度の砒素イ
オンを注入することにより、イオン注入層112Aを形
成する。
Subsequently, the acceleration energy for the P-type well 101a is set to 70 keV or more using each of the insulating sidewall spacers 111 and each of the gate structures 107 as a mask.
By implanting arsenic ions at a dose of about 1 × 10 16 cm −2 at 90 keV, an ion implanted layer 112A is formed.

【0009】次に、図8に示すように、半導体基板10
1に熱処理を施して、イオン注入層112Aの砒素イオ
ンをゲート構造体107の側面の下方部分、すなわちチ
ャネル領域の端部にまで広げることにより、ソース拡散
層112B及びドレイン拡散層112Cを形成する。
Next, as shown in FIG.
1 is subjected to a heat treatment to spread the arsenic ions of the ion implantation layer 112A to the lower part of the side surface of the gate structure 107, that is, to the end of the channel region, thereby forming the source diffusion layer 112B and the drain diffusion layer 112C.

【0010】このように、第1の従来例及び第2の従来
例によると、熱酸化シリコン膜110におけるゲート構
造体107の側面上部分及び側方部分は、比較的に膜厚
が大きい絶縁性サイドウォールスペーサ111により覆
われているため、特に熱酸化シリコン膜110における
浮遊ゲート電極104Bの側面上部分には砒素イオンが
ほとんど到達しない。その結果、熱酸化シリコン膜11
0の該側面上部分の絶縁性が低下しないため、メモリセ
ルのデータ保持特性を向上することができる。
As described above, according to the first conventional example and the second conventional example, a portion on the side surface and a side portion of the gate structure 107 in the thermally oxidized silicon film 110 has a relatively large insulating thickness. Since it is covered with the sidewall spacer 111, arsenic ions hardly reach the portion on the side surface of the floating gate electrode 104B in the thermal silicon oxide film 110 in particular. As a result, the thermally oxidized silicon film 11
Since the insulating property of the portion on the side surface of the 0 does not decrease, the data retention characteristics of the memory cell can be improved.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、絶縁性サイ
ドウォールスペーサ111の膜厚がゲート構造体107
と比べて比較的に大きい場合には、イオン注入層112
Aの端部とチャネル領域との間隔が大きくなるため、注
入イオンを拡散するための熱処理を長時間にわたって行
なう必要がある。
However, according to the above-described conventional method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, the thickness of the insulating side wall spacer 111 is limited to the gate structure 107.
If the ion implantation layer 112 is relatively large compared to
Since the distance between the end of A and the channel region becomes large, it is necessary to perform heat treatment for diffusing implanted ions for a long time.

【0012】この長時間にわたる熱処理は、不揮発性半
導体記憶装置を制御するためのMOS型半導体装置、高
速動作を要求されるマイクロコントローラ又はマイクロ
プロセッサ用のMOS型半導体装置が混載されている場
合には、MOS型トランジスタのチャネル不純物等の種
々の不純物濃度に悪影響を与える。
The heat treatment for a long time is performed when a MOS type semiconductor device for controlling a nonvolatile semiconductor memory device and a MOS type semiconductor device for a microcontroller or a microprocessor requiring a high-speed operation are mixedly mounted. Adversely affects the concentration of various impurities such as channel impurities of the MOS transistor.

【0013】具体的には、前記のマイクロコントローラ
又はマイクロプロセッサを構成するMOS型トランジス
タのゲート電極は、デュアルゲートやポリサイドゲート
が採用されていることが多い。このため、デュアルゲー
トやポリサイドゲートに対して長時間の熱処理を行なう
と、ゲートを構成するP+ 型ポリシリコンからのホウ素
(B)イオンの染み出しやシリサイドの剥がれが生じた
り、MOS型トランジスタの短チャンネル効果が顕在化
したりする。従って、高性能化且つ微細化を要求される
近年のCMOS技術においては熱履歴を可能な限り減ら
す傾向にあり、このままでは、高性能化且つ微細化され
たCMOS回路等と不揮発性半導体記憶装置との混載が
困難となるという問題がある。
More specifically, a dual gate or a polycide gate is often used as a gate electrode of a MOS transistor constituting the microcontroller or the microprocessor. Therefore, if a long-time heat treatment is performed on the dual gate or the polycide gate, boron (B) ions leak from the P + -type polysilicon constituting the gate, the silicide is peeled off, and the MOS transistor is not subjected to the heat treatment. Or the short channel effect becomes apparent. Accordingly, in recent CMOS technology which requires high performance and miniaturization, the thermal history tends to be reduced as much as possible. In this case, a high performance and miniaturized CMOS circuit and the like and a nonvolatile semiconductor memory device are not used. There is a problem that it becomes difficult to combine the two.

【0014】また、図示はしていないが、半導体基板1
01上においてゲート構造体107よりもその段差部分
が小さい素子分離絶縁膜102の側面には、絶縁性サイ
ドウォールスペーサ111が十分な膜厚には形成されな
い。このため、長時間にわたる熱拡散処理により、注入
された不純物イオンが素子分離絶縁膜102の両側から
その下方にまで拡散してしまい、その結果、素子分離絶
縁膜102の絶縁特性が低下して、素子分離絶縁膜10
2の微細化を図れなくなるという問題をも有している。
Although not shown, the semiconductor substrate 1
On the side surface of the element isolation insulating film 102 whose step portion is smaller than that of the gate structure 107 on the surface 01, the insulating side wall spacer 111 is not formed with a sufficient film thickness. For this reason, the implanted impurity ions diffuse from both sides of the element isolation insulating film 102 to below the element isolation insulating film 102 due to the long-time thermal diffusion treatment. As a result, the insulation characteristics of the element isolation insulating film 102 are reduced, Element isolation insulating film 10
2 cannot be miniaturized.

【0015】一方、絶縁性サイドウォールスペーサ11
1を素子分離絶縁膜102上に十分な膜厚を持たせるよ
うに形成しようとすると、今度はイオン注入層112A
の面積が小さくなるため、ゲート幅を大きくしなければ
ならず、この場合も素子分離絶縁膜102の縮小化が困
難になる。
On the other hand, the insulating side wall spacer 11
1 is formed on the element isolation insulating film 102 so as to have a sufficient film thickness.
, The gate width must be increased, and in this case also, it is difficult to reduce the size of the element isolation insulating film 102.

【0016】また、不揮発性半導体記憶装置の高集積化
を図るために、ゲート構造体107同士の間隔を小さく
すると、この間隔の2分の1以上の膜厚を持つ絶縁性サ
イドウォールスペーサ111を設けることができなくな
る。
When the interval between the gate structures 107 is reduced in order to achieve high integration of the nonvolatile semiconductor memory device, the insulating side wall spacer 111 having a film thickness of half or more of this interval is formed. It cannot be provided.

【0017】なお、従来の製造方法において絶縁性サイ
ドウォールスペーサ111の膜厚を小さくし過ぎると、
注入される砒素イオンが熱酸化シリコン膜110におけ
るゲート構造体107の側面上部分及び側方部分に損傷
を与えてしまうという不具合が生じる。
If the thickness of the insulating side wall spacer 111 is too small in the conventional manufacturing method,
There is a problem that the implanted arsenic ions damage the upper portion and the side portion of the thermal oxide film 110 on the side surface of the gate structure 107.

【0018】本発明は、前記従来の問題に鑑み、その目
的は、ゲート構造体の側方に位置するソース拡散層及び
ドレイン拡散層を形成する際の不純物イオンの注入によ
るトンネル絶縁膜への損傷を抑止しながら、不純物拡散
工程における長時間にわたる熱処理を不要にできるよう
にすることにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and has as its object to damage a tunnel insulating film due to implantation of impurity ions when forming a source diffusion layer and a drain diffusion layer located on a side of a gate structure. While suppressing heat treatment for a long time in the impurity diffusion step.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、少なくともゲート構造体の側面上にイオ
ン注入調整用の絶縁膜を形成する構成とする。このイオ
ン注入調整用の絶縁膜は、不純物イオンのトンネル絶縁
膜への注入を防止できると共に、不純物イオンの半導体
基板への散乱による拡散によって不純物イオンが浮遊ゲ
ート電極の下側部分にまで短時間の熱処理で到達できる
膜厚とする。
In order to achieve the above object, the present invention has a structure in which an insulating film for ion implantation adjustment is formed on at least a side surface of a gate structure. This insulating film for adjusting ion implantation can prevent impurity ions from being injected into the tunnel insulating film, and can diffuse impurity ions to the lower portion of the floating gate electrode for a short time by diffusion of the impurity ions by scattering to the semiconductor substrate. The thickness can be reached by heat treatment.

【0020】具体的に、本発明に係る不揮発性半導体記
憶装置の製造方法は、半導体基板の上に、該半導体基板
と接するトンネル絶縁膜と、該トンネル絶縁膜と接する
浮遊ゲート電極と、容量絶縁膜を介して浮遊ゲート電極
と対向する制御ゲート電極とからなるゲート構造体を形
成する第1の工程と、少なくとも浮遊ゲート電極の側面
上に該浮遊ゲート電極と接する絶縁膜からなるイオン注
入調整膜を形成する第2の工程と、ゲート構造体及びイ
オン注入調整膜をマスクとして、半導体基板におけるゲ
ート構造体の側方の活性領域に不純物イオンを注入する
第3の工程と、活性領域に対して熱処理を行なうことに
より、注入された不純物イオンを熱拡散する第4の工程
とを備え、第2の工程において、イオン注入調整膜を、
不純物イオンがトンネル絶縁膜に注入されること防止で
き、且つ、不純物イオンの半導体基板への散乱による拡
散によって不純物イオンが活性領域における浮遊ゲート
電極の側端部の下側部分に到達することができる膜厚に
設定する。
More specifically, a method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention comprises the steps of: forming a tunnel insulating film in contact with a semiconductor substrate; a floating gate electrode in contact with the tunnel insulating film; A first step of forming a gate structure comprising a floating gate electrode and a control gate electrode opposed to the film, and an ion implantation adjusting film comprising an insulating film on at least a side surface of the floating gate electrode and in contact with the floating gate electrode A third step of implanting impurity ions into the active region on the side of the gate structure in the semiconductor substrate using the gate structure and the ion implantation adjusting film as a mask; And a fourth step of thermally diffusing the implanted impurity ions by performing the heat treatment. In the second step, the ion implantation adjusting film is formed by:
Impurity ions can be prevented from being injected into the tunnel insulating film, and the impurity ions can reach the lower portion of the side end of the floating gate electrode in the active region due to diffusion of the impurity ions by scattering into the semiconductor substrate. Set to film thickness.

【0021】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方
法によると、少なくとも浮遊ゲート電極の側面上に該浮
遊ゲート電極と接して形成される絶縁膜からなるイオン
注入調整膜を、不純物イオンのトンネル絶縁膜への注入
を防止することができる膜厚に設定するため、イオン注
入によるトンネル絶縁膜の損傷がない。さらに、注入さ
れた不純物イオンの半導体基板への散乱による拡散によ
って、不純物イオンが活性領域における浮遊ゲート電極
の下側部分にまで到達することができる膜厚にも設定す
るため、第4の工程における不純物イオンの熱拡散処理
を短時間で済ますことができるようになる。その結果、
高性能化且つ微細化されたCMOS回路を有する半導体
装置との混載が可能となる。
According to the method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the ion implantation adjusting film made of an insulating film formed at least on the side surface of the floating gate electrode and in contact with the floating gate electrode is formed by tunnel insulating of impurity ions. Since the thickness is set so as to prevent the implantation into the film, the tunnel insulating film is not damaged by the ion implantation. Further, the thickness is set so that the impurity ions can reach the lower part of the floating gate electrode in the active region by diffusion of the implanted impurity ions by scattering into the semiconductor substrate. Thermal diffusion treatment of impurity ions can be completed in a short time. as a result,
It is possible to mount the semiconductor device together with a semiconductor device having a high-performance and miniaturized CMOS circuit.

【0022】その上、不純物イオンの半導体基板への散
乱による拡散によって不純物イオンが活性領域における
浮遊ゲート電極の下側部分にまで到達する膜厚であるた
め、イオン注入時の加速エネルギーを比較的に小さくで
きるので、素子の分離特性の低下をも抑制することがで
きる。
Furthermore, since the thickness of the impurity ions reaches the lower portion of the floating gate electrode in the active region due to the diffusion of the impurity ions by scattering into the semiconductor substrate, the acceleration energy during ion implantation is relatively small. Since the size can be reduced, it is possible to suppress a decrease in the isolation characteristics of the element.

【0023】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方
法において、第4の工程が熱処理を酸化雰囲気で行なう
ことが好ましい。
In the method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, it is preferable that the fourth step is performed by performing a heat treatment in an oxidizing atmosphere.

【0024】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方
法において、イオン注入調整膜の膜厚が50nm以下で
あることが好ましい。
In the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, it is preferable that the thickness of the ion implantation adjusting film is 50 nm or less.

【0025】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方
法において、イオン注入調整膜が酸素透過性を有する材
料からなり、第4の工程が、活性領域の上部を酸化し且
つイオン注入調整膜を透過した酸素により浮遊ゲート電
極の一部を酸化する工程を含むことが好ましい。
In the method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, the ion implantation adjusting film is made of a material having oxygen permeability, and the fourth step is to oxidize the upper part of the active region and to pass through the ion implantation adjusting film. It is preferable to include a step of oxidizing a part of the floating gate electrode with the oxygen.

【0026】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方
法において、第4の工程が熱処理を850℃以上の温度
で行なうことが好ましい。
In the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, it is preferable that the fourth step performs the heat treatment at a temperature of 850 ° C. or higher.

【0027】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方
法において、第2の工程が、イオン注入調整膜を半導体
基板の上にゲート構造体を含む全面にわたって堆積する
工程と、堆積したイオン注入調整膜に対して異方性エッ
チングを行なうことにより、活性領域を露出する工程と
を含むことが好ましい。
In the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, the second step is a step of depositing an ion implantation adjusting film over the entire surface including the gate structure on the semiconductor substrate; Exposing the active region by anisotropic etching.

【0028】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方
法において、第2の工程が、イオン注入調整膜を熱酸化
法により半導体基板の上にゲート構造体を含む全面にわ
たって形成する工程と、形成したイオン注入調整膜に対
して異方性エッチングを行なうことにより、活性領域の
上面を露出する工程とを含むことが好ましい。
In the method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, the second step includes a step of forming an ion implantation adjusting film over the entire surface including the gate structure on the semiconductor substrate by a thermal oxidation method. Exposing the upper surface of the active region by performing anisotropic etching on the ion implantation adjusting film.

【0029】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方
法において、第3の工程が、活性領域におけるゲート構
造体の一方の側方に対して行なう第1のイオン注入工程
と、活性領域におけるゲート構造体の他方の側方に対し
て行なう第2のイオン注入工程とを含むことが好まし
い。
In the method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, the third step is a first ion implantation step performed on one side of the gate structure in the active region, and a gate structure in the active region. A second ion implantation step performed on the other side of the body.

【0030】この場合に、第1のイオン注入工程又は第
2のイオン注入工程が、半導体基板の導電型と反対の導
電型で且つ少なくとも2種類の不純物イオンを注入する
工程を含むことが好ましい。
In this case, it is preferable that the first ion implantation step or the second ion implantation step includes a step of implanting at least two types of impurity ions having a conductivity type opposite to the conductivity type of the semiconductor substrate.

【0031】また、この場合に、第1のイオン注入工程
又は第2のイオン注入工程が、半導体基板の導電型と同
一の導電型の不純物イオンと、半導体基板の導電型と反
対の導電型の不純物イオンとを注入する工程を含むこと
が好ましい。
Further, in this case, the first ion implantation step or the second ion implantation step includes the step of forming impurity ions of the same conductivity type as the conductivity type of the semiconductor substrate and of a conductivity type opposite to the conductivity type of the semiconductor substrate. It is preferable to include a step of implanting impurity ions.

【0032】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方
法において、第2の工程が、イオン注入調整膜における
ゲート構造体の一方の側方部分をマスクして、他方の側
方部分を露出する工程と、イオン注入調整膜における露
出した他方の側方部分に対して異方性エッチングを行な
う工程とを含むことが好ましい。
In the method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, the second step is a step of masking one side portion of the gate structure in the ion implantation adjusting film and exposing the other side portion. And a step of performing anisotropic etching on the other exposed side portion of the ion implantation adjusting film.

【0033】この場合に、第2の工程が、異方性エッチ
ングの後に、イオン注入調整膜の膜厚をエッチングによ
り調整する工程を含むことが好ましい。
In this case, it is preferable that the second step includes a step of adjusting the thickness of the ion implantation adjusting film by etching after the anisotropic etching.

【0034】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方
法において、第1の工程が、制御ゲート電極の上に保護
絶縁膜を形成する工程を含むことが好ましい。
In the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, it is preferable that the first step includes a step of forming a protective insulating film on the control gate electrode.

【0035】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方
法は、第4の工程の後に、ゲート構造体の側面上にイオ
ン注入調整膜を介して絶縁性サイドウォールスペーサを
形成する第5の工程と、ゲート構造体、イオン注入調整
膜及び絶縁性サイドウォールスペーサをマスクとして、
半導体基板の導電型と反対の導電型の不純物イオンを注
入する第6の工程とをさらに備えていることが好まし
い。
In the method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, after the fourth step, a fifth step of forming an insulating sidewall spacer on the side surface of the gate structure via an ion implantation adjusting film. , The gate structure, the ion implantation adjustment film and the insulating sidewall spacers as a mask,
A sixth step of implanting impurity ions of a conductivity type opposite to the conductivity type of the semiconductor substrate.

【0036】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方
法において、第2の工程がイオン注入調整膜を窒化シリ
コンにより形成する工程を含むことが好ましい。
In the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, it is preferable that the second step includes a step of forming an ion implantation adjusting film from silicon nitride.

【0037】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方
法において、第2の工程が、酸化シリコンからなる第1
調整膜を形成する工程と、第1調整膜の上に窒化シリコ
ンからなる第2調整膜を形成する工程とにより、イオン
注入調整膜を成膜することが好ましい。
In the method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, the second step includes the step of forming a first step made of silicon oxide.
It is preferable to form the ion implantation adjustment film by the step of forming the adjustment film and the step of forming the second adjustment film made of silicon nitride on the first adjustment film.

【0038】この場合に、第2の工程が、第2調整膜を
形成した後に該第2調整膜の下端部を除去する工程を含
むことが好ましい。
In this case, it is preferable that the second step includes a step of removing the lower end of the second adjustment film after forming the second adjustment film.

【0039】[0039]

【発明の実施の形態】本願発明者らは、不揮発性半導体
記憶装置におけるソース拡散層及びドレイン拡散層をイ
オン注入及びその後熱処理により形成する際の、半導体
基板への不純物イオンの注入によるトンネル絶縁膜への
損傷を与えないようにしながら、不純物拡散用の熱処理
時間を短縮できる方法を種々検討した結果、以下に示す
ような知見を得ている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present inventors have found that a tunnel insulating film formed by implanting impurity ions into a semiconductor substrate when a source diffusion layer and a drain diffusion layer in a nonvolatile semiconductor memory device are formed by ion implantation and thereafter heat treatment. As a result of various investigations on methods for shortening the heat treatment time for impurity diffusion while preventing damage to the semiconductor, the following findings have been obtained.

【0040】すなわち、半導体基板上にトンネル絶縁
膜、浮遊ゲート電極、容量絶縁膜及び制御ゲート電極を
順次積層して、該トンネル絶縁膜、浮遊ゲート電極、容
量絶縁膜及び制御ゲート電極からなるゲート構造体を形
成した後、該ゲート構造体の側面上に、従来の絶縁性サ
イドウォールスペーサよりも膜厚が小さい絶縁膜からな
るイオン注入調整膜を設けることにより、不純物拡散用
の熱処理時間を短縮できるというものである。
That is, a tunnel insulating film, a floating gate electrode, a capacitor insulating film, and a control gate electrode are sequentially stacked on a semiconductor substrate, and a gate structure including the tunnel insulating film, the floating gate electrode, the capacitor insulating film, and the control gate electrode is formed. After the body is formed, the heat treatment time for impurity diffusion can be reduced by providing an ion implantation adjusting film made of an insulating film having a smaller thickness than the conventional insulating sidewall spacer on the side surface of the gate structure. That is.

【0041】イオン注入調整膜におけるゲート構造体の
側面上の膜厚を7.5nm以上且つ50nm以下とし、
このように膜厚が比較的に小さいイオン注入調整膜であ
っても、トンネル絶縁膜が損傷を受けない程度に低い加
速エネルギーを用いて半導体基板に不純物イオンを注入
する。その後、熱処理、特に酸化性雰囲気による熱酸化
処理を行なうことにより、たとえトンネル絶縁膜が損傷
を受けたとしてもその損傷部分を回復させると共に、注
入された不純物イオンをゲート構造体の下側のチャネル
領域にまで拡散する。
The thickness of the ion implantation adjusting film on the side surface of the gate structure is not less than 7.5 nm and not more than 50 nm,
Even with such an ion implantation adjustment film having a relatively small thickness, impurity ions are implanted into the semiconductor substrate using acceleration energy low enough not to damage the tunnel insulating film. Thereafter, by performing a heat treatment, particularly a thermal oxidation treatment in an oxidizing atmosphere, even if the tunnel insulating film is damaged, the damaged portion is recovered, and the implanted impurity ions are transferred to the lower channel of the gate structure. Spread to the area.

【0042】さらに、イオン注入調整膜がトンネル絶縁
膜に対する不純物イオンからのマスク効果を発揮するに
は、不純物イオンの注入もゲート構造体の側面に平行で
あることが望ましく、従って、イオン注入調整膜のゲー
ト構造体の側面上部分も基板面に対して垂直であること
が望ましい。しかしながら、実際には、プロセス上のば
らつきによりゲート構造体の側面が基板面に対して垂直
とならない場合の方が一般的であり、イオン注入調整膜
のゲート構造体の側面上部分も基板面に対して垂直とな
ることは少ない。
Further, in order for the ion implantation adjusting film to exert a masking effect from the impurity ions on the tunnel insulating film, it is desirable that the implantation of the impurity ions is also parallel to the side surface of the gate structure. It is preferable that the upper portion of the side surface of the gate structure is also perpendicular to the substrate surface. However, in practice, it is generally the case that the side surface of the gate structure is not perpendicular to the substrate surface due to process variations, and the portion of the ion implantation adjustment film on the side surface of the gate structure is also located on the substrate surface. It is unlikely to be perpendicular to it.

【0043】従って、イオン注入調整膜に入射した不純
物イオンは、イオン注入調整膜の内部で散乱されること
により基板面に平行な方向にも拡散するため、イオン注
入調整膜は、注入された不純物イオンが少なくとも浮遊
ゲート電極に到達しない膜厚を有している必要がある。
具体的には、イオン注入調整膜の膜厚は、該イオン注入
調整膜を構成する絶縁膜に対する不純物イオンの静止位
置の標準偏差ΔRpの2倍以上の値が必要である。
Therefore, the impurity ions incident on the ion implantation adjusting film are also scattered inside the ion implantation adjusting film and thus diffuse in the direction parallel to the substrate surface. It is necessary that the ions have at least a film thickness that does not reach the floating gate electrode.
Specifically, the film thickness of the ion implantation adjusting film needs to be a value which is at least twice the standard deviation ΔRp of the rest position of the impurity ions with respect to the insulating film constituting the ion implantation adjusting film.

【0044】一方、ソース拡散層及びドレイン拡散層を
形成する活性領域上にイオン注入調整膜を設けなけれ
ば、従来の不揮発性半導体記憶装置の製造方法と同様
に、不純物イオンの加速エネルギーは比較的に低エネル
ギーでよい。
On the other hand, unless the ion implantation adjusting film is provided on the active region where the source diffusion layer and the drain diffusion layer are formed, the acceleration energy of impurity ions is relatively low as in the conventional method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device. Low energy is required.

【0045】すなわち、半導体基板の内部にまで不純物
イオンを導入するには、例えば、N導電型不純物イオン
のうち質量が最も小さい燐(P)イオンの場合でも少な
くとも5keV以上の加速エネルギーが必要であり、そ
の標準偏差ΔRpの2倍となる値は7.5nmである。
従って、イオン注入調整膜がトンネル絶縁膜のマスクと
なり得るには、イオン注入調整膜の膜厚には少なくとも
7.5nmが必要となる。
That is, in order to introduce impurity ions into the inside of the semiconductor substrate, for example, even in the case of phosphorus (P) ions having the smallest mass among N-type impurity ions, acceleration energy of at least 5 keV is required. The value that is twice the standard deviation ΔRp is 7.5 nm.
Therefore, in order for the ion implantation adjusting film to be a mask of the tunnel insulating film, the thickness of the ion implantation adjusting film needs to be at least 7.5 nm.

【0046】また、半導体基板に注入された不純物イオ
ンも同様に、半導体基板の内部で散乱されることにより
基板面に平行な方向にも拡散する。例えば、注入された
不純物イオンの平均飛程Rpを50nmとすると、燐イ
オンの場合には、加速エネルギーが40keVのときの
標準偏差ΔRpが16nmとなる。砒素(As)イオン
の場合には、加速エネルギーが80keVのときの標準
偏差ΔRpが10nmとなる。また、アンチモン(S
b)イオンの場合には、加速エネルギーが120keV
のときの標準偏差ΔRpが8nmとなる。
Similarly, the impurity ions implanted into the semiconductor substrate are also scattered inside the semiconductor substrate and thus diffuse in the direction parallel to the substrate surface. For example, if the average range Rp of the implanted impurity ions is 50 nm, the standard deviation ΔRp when the acceleration energy is 40 keV is 16 nm in the case of phosphorus ions. In the case of arsenic (As) ions, the standard deviation ΔRp when the acceleration energy is 80 keV is 10 nm. In addition, antimony (S
b) In the case of ions, the acceleration energy is 120 keV
In this case, the standard deviation ΔRp is 8 nm.

【0047】従って、イオン注入調整膜の膜厚は、基板
面に平行な方向の拡散と熱拡散とを合わせた値以下に設
定すれば良い。
Therefore, the thickness of the ion implantation adjusting film may be set to a value equal to or less than the sum of the diffusion in the direction parallel to the substrate surface and the thermal diffusion.

【0048】さらに、本発明の目的である熱履歴を低減
することを考慮すると、イオン注入調整膜の膜厚は、注
入された不純物イオンの基板面に平行な方向の拡散長以
下であることが必要となる。
Further, in consideration of reducing the thermal history, which is the object of the present invention, the thickness of the ion implantation adjusting film may be equal to or less than the diffusion length of the implanted impurity ions in the direction parallel to the substrate surface. Required.

【0049】例えば、半導体基板にシリコン(Si)を
用いる不揮発性半導体記憶装置において、ソース拡散層
及びドレイン拡散層の不純物イオンの濃度ピークは、通
常1×1020cm-3以上であり、半導体基板の不純物濃
度は通常1×1017cm-3程度であることから、不純物
イオンの濃度ピークの1000分の1を基板面に平行な
方向の拡散長と定義する。
For example, in a nonvolatile semiconductor memory device using silicon (Si) for the semiconductor substrate, the concentration peak of impurity ions in the source diffusion layer and the drain diffusion layer is usually 1 × 10 20 cm −3 or more. Since the impurity concentration is usually about 1 × 10 17 cm −3 , 1/1000 of the impurity ion concentration peak is defined as the diffusion length in the direction parallel to the substrate surface.

【0050】不純物イオンの濃度ピークと半導体基板の
不純物濃度との比の値が1000分の1であるため、標
準偏差ΔRpの約3倍がほぼ1000分の1の濃度に相
当する。このことから、最も拡散しやすい燐イオンを例
に採ると、平均飛程Rpが50nmとなる40keVの
加速エネルギーのときの標準偏差ΔRpが16nmであ
るので、イオン注入調整膜の膜厚は、その3倍である約
50nm以下とすれば良い。
Since the value of the ratio between the impurity ion concentration peak and the impurity concentration of the semiconductor substrate is 1/1000, about three times the standard deviation ΔRp corresponds to a concentration of about 1/1000. For this reason, taking the most diffused phosphorus ion as an example, the standard deviation ΔRp at an acceleration energy of 40 keV at which the average range Rp becomes 50 nm is 16 nm, and the thickness of the ion implantation adjustment film is What is necessary is just to make it about 50 nm or less which is three times.

【0051】さらに、加速エネルギーを小さくしても、
注入された不純物イオンがトンネル絶縁膜に対して損傷
を与える可能性があるため、熱処理を行なうことが好ま
しい。本発明に係るイオン注入調整膜は、酸素を容易に
透過することができるため、トンネル絶縁膜の損傷部分
を回復させることができる。一例として、イオン注入調
整膜を低圧CVD法による酸化膜で形成した場合には、
その膜厚を小さくすると酸素の透過量は増大し、例えば
温度が850℃以上の、例えば900℃程度のドライ酸
化雰囲気とすると、酸素は、膜厚が50nmの酸化膜を
膜厚が100nmの場合の約3分の1の時間で透過す
る。
Further, even if the acceleration energy is reduced,
Heat treatment is preferably performed because the implanted impurity ions may damage the tunnel insulating film. Since the ion implantation adjusting film according to the present invention can easily transmit oxygen, the damaged portion of the tunnel insulating film can be recovered. As an example, when the ion implantation adjustment film is formed of an oxide film by a low pressure CVD method,
When the film thickness is reduced, the amount of transmission of oxygen increases. For example, when the temperature is 850 ° C. or higher, for example, in a dry oxidizing atmosphere of about 900 ° C., oxygen is applied to a case where an oxide film having a thickness of 50 nm In about one third of the time.

【0052】これらの知見から、注入された不純物イオ
ンの拡散工程において、トンネル絶縁膜が損傷している
場合にその損傷部分を回復させるために、不純物イオン
の基板面に平行な方向の拡散を酸化性雰囲気を用いた熱
酸化処理により増速拡散を行なうことによって補い得
る。例えば燐イオンの場合には、900℃の温度下の熱
処理でさえも、燐イオンは15分程度で約50nmの距
離を拡散するため、この熱酸化による増速拡散は、不純
物イオンを不活性ガス雰囲気を用いる熱処理よりも短時
間で拡散するので、より熱履歴を少なくすることができ
る。
From these findings, in the diffusion step of the implanted impurity ions, if the tunnel insulating film is damaged, the diffusion of the impurity ions in the direction parallel to the substrate surface is oxidized in order to recover the damaged portion. This can be compensated for by performing enhanced diffusion by a thermal oxidation treatment using a neutral atmosphere. For example, in the case of phosphorus ions, even in a heat treatment at a temperature of 900 ° C., the phosphorus ions diffuse over a distance of about 50 nm in about 15 minutes. Since the heat is diffused in a shorter time than the heat treatment using the atmosphere, the heat history can be further reduced.

【0053】以上説明したように、本発明は、少なくと
も浮遊ゲート電極の側面上に膜厚が7.5nm以上且つ
50nm以下の絶縁性のイオン注入調整膜を設けること
により、ソース拡散層及びドレイン拡散層に注入する不
純物イオンからトンネル絶縁膜をマスクすることができ
るので、トンネル絶縁膜に対する損傷を抑止することが
でき。その上、注入された不純物イオンは半導体基板の
内部での散乱によってチャネル領域の近傍にまで拡散す
る。さらに、トンネル絶縁膜の損傷部分の回復には、よ
り短時間で完了する熱酸化法を用いることにより、半導
体装置の各構成部材に対する熱履歴をさらに少なくする
ことができる。その上、不純物イオンの注入を低加速エ
ネルギーで行なえるようになるため、素子分離特性の低
下をも抑制することができるようになる。
As described above, the present invention provides a source diffusion layer and a drain diffusion layer by providing an insulating ion implantation adjusting film having a thickness of 7.5 nm or more and 50 nm or less on at least the side surface of a floating gate electrode. Since the tunnel insulating film can be masked from impurity ions implanted in the layer, damage to the tunnel insulating film can be suppressed. In addition, the implanted impurity ions diffuse to the vicinity of the channel region due to scattering inside the semiconductor substrate. Further, by using a thermal oxidation method that is completed in a shorter time to recover the damaged portion of the tunnel insulating film, the thermal history of each component of the semiconductor device can be further reduced. In addition, since impurity ions can be implanted with low acceleration energy, deterioration of element isolation characteristics can be suppressed.

【0054】(第1の実施形態)以下、本発明の第1の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
(First Embodiment) Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0055】図1(a)〜図1(c)及び図2(a)、
(b)は本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体
記憶装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。
FIGS. 1 (a) to 1 (c) and 2 (a),
FIG. 2B shows a cross-sectional configuration in a process order of the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.

【0056】まず、図1(a)に示すように、例えば、
P型シリコンからなる半導体基板11にP型ウエル11
aを形成し、続いて、トレンチ分離等の素子分離絶縁膜
12を選択的に形成する。その後、半導体基板11上の
素子形成領域上に、酸化シリコンからなるトンネル絶縁
膜13、ポリシリコンからなる浮遊ゲート電極14、酸
化シリコン又は窒化シリコンからなる容量絶縁膜15及
び膜厚が例えば約300nmのポリシリコンからなる制
御ゲート電極16を順次形成し、それぞれがトンネル絶
縁膜13、浮遊ゲート電極14、容量絶縁膜15及び制
御ゲート電極16からなる複数のスタック型のゲート構
造体17を選択的に形成する。
First, as shown in FIG. 1A, for example,
A P-type well 11 is formed on a semiconductor substrate 11 made of P-type silicon.
Then, an element isolation insulating film 12 such as a trench isolation is selectively formed. Thereafter, a tunnel insulating film 13 made of silicon oxide, a floating gate electrode 14 made of polysilicon, a capacitive insulating film 15 made of silicon oxide or silicon nitride, and a film thickness of, for example, about 300 nm are formed on the element formation region on the semiconductor substrate 11. A control gate electrode 16 made of polysilicon is sequentially formed, and a plurality of stacked gate structures 17 each formed of a tunnel insulating film 13, a floating gate electrode 14, a capacitor insulating film 15, and a control gate electrode 16 are selectively formed. I do.

【0057】次に、図1(b)に示すように、例えば低
圧CVD法により、半導体基板11上に各ゲート構造体
17を含む全面にわたって、膜厚が10nm〜50nm
程度のシリコン酸化膜を堆積し、その後、シリコン酸化
膜に対して異方性のドライエッチングを行なうことによ
り、各ゲート構造体17のゲート長方向側の側面上に酸
化シリコンからなるイオン注入調整膜18を形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, the film thickness is 10 nm to 50 nm over the entire surface including the respective gate structures 17 on the semiconductor substrate 11 by, for example, low pressure CVD.
A silicon oxide film is deposited on the silicon oxide film, and then anisotropic dry etching is performed on the silicon oxide film to form an ion implantation adjusting film made of silicon oxide on the side surface of each gate structure 17 on the gate length direction side. 18 are formed.

【0058】続いて、P型ウエル11aの各ゲート構造
体17の側方に位置する活性領域のうちのソース形成領
域、及び各ゲート構造体17のソース形成領域側の側面
上のイオン注入調整膜18を露出するように第1のレジ
ストパターン51を形成する。その後、第1のレジスト
パターン51並びにゲート構造体17及びイオン注入調
整膜18の露出部分をマスクとして、P型ウエル11a
にN型不純物イオンを注入することにより、第1のN型
注入層20Aを形成する。ここでは、加速エネルギーが
約10keVでドーズ量が1×1015cm-2程度の注入
条件で、砒素(As)イオンと燐(P)イオンとをそれ
ぞれ分けて注入する。公知のように、砒素イオンはソー
ス電極のコンタクト抵抗を低減し、燐イオンは接合耐圧
を高める働きをする。
Subsequently, a source forming region of the active region located on the side of each gate structure 17 of the P-type well 11a and an ion implantation adjusting film on the side surface of each gate structure 17 on the side of the source forming region. A first resist pattern 51 is formed so as to expose 18. Thereafter, using the first resist pattern 51 and the exposed portions of the gate structure 17 and the ion implantation adjusting film 18 as a mask, the P-type well 11a is formed.
A first N-type implanted layer 20A is formed by injecting N-type impurity ions into the substrate. Here, arsenic (As) ions and phosphorus (P) ions are separately implanted under an implantation condition of an acceleration energy of about 10 keV and a dose of about 1 × 10 15 cm −2 . As is known, arsenic ions reduce the contact resistance of the source electrode, and phosphorus ions increase the junction breakdown voltage.

【0059】次に、図1(c)に示すように、第1のレ
ジストパターン51を除去した後、P型ウエル11aの
活性領域のうちのドレイン形成領域、及び各ゲート構造
体17のドレイン形成領域側の側面上のイオン注入調整
膜18を露出するように第2のレジストパターン52を
形成する。続いて、第2のレジストパターン52並びに
ゲート構造体17及びイオン注入調整膜18の露出部分
をマスクとして、P型ウエル11aにN型不純物イオン
及びP型不純物イオンを順次注入する。
Next, as shown in FIG. 1C, after removing the first resist pattern 51, the drain formation region of the active region of the P-type well 11a and the drain formation of each gate structure 17 are formed. A second resist pattern 52 is formed so as to expose the ion implantation adjusting film 18 on the side surface on the region side. Subsequently, N-type impurity ions and P-type impurity ions are sequentially implanted into the P-type well 11a using the second resist pattern 52 and the exposed portions of the gate structure 17 and the ion implantation adjusting film 18 as a mask.

【0060】具体的には、N型不純物イオンとして、例
えば加速エネルギーが10keV程度でドーズ量が2×
1014cm-2程度の砒素イオンを用いる第1の注入工程
と、加速エネルギーが10keV程度でドーズ量が1×
1014cm-2程度の燐イオンを用いる第2の注入工程と
を行なうことにより、第2のN型注入層21Aを形成す
る。続いて、P型不純物イオンとして、例えば加速エネ
ルギーが10keV程度でドーズ量が4×1013cm-2
程度のホウ素(B)イオンを用いる第3の注入工程によ
り、P型注入層22Aを形成する。なお、第1〜第3の
各注入工程の順序は任意である。
Specifically, as the N-type impurity ions, for example, the acceleration energy is about 10 keV and the dose is 2 ×
A first implantation step using arsenic ions of about 10 14 cm −2 , an acceleration energy of about 10 keV and a dose of 1 ×
A second N-type implanted layer 21A is formed by performing a second implantation step using phosphorus ions of about 10 14 cm -2 . Subsequently, as P-type impurity ions, for example, the acceleration energy is about 10 keV and the dose is 4 × 10 13 cm −2.
The P-type implanted layer 22A is formed by a third implantation step using a small amount of boron (B) ions. The order of the first to third implantation steps is arbitrary.

【0061】なお、ソース形成領域に対するイオン注入
をドレイン形成領域に対するイオン注入よりも先に行な
ったが、ドレイン形成領域に対するイオン注入を先に行
なってもよい。
Although the ion implantation for the source formation region is performed before the ion implantation for the drain formation region, the ion implantation for the drain formation region may be performed before.

【0062】次に、図2(a)に示すように、第2のレ
ジストパターン52を除去した後、第1のN型注入層2
0A、第2のN型注入層21A及びP型注入層22Aを
形成した半導体基板11に対して、例えば、温度が約9
00℃のドライ酸化雰囲気で約5分間の熱酸化を行なう
ことにより、第1のN型注入層20A、第2のN型注入
層21A及びP型注入層22Aに含まれる各不純物イオ
ンがそれぞれ増速拡散する。この増速拡散により、第1
のN型注入層20A及び第2のN型注入層21Aの各端
部がP型ウエル11aにおける各ゲート構造体17の下
側部分に位置するチャネル領域にまで確実に到達する。
その結果、第1のN型注入層20Aからソース拡散層2
0Bが形成され、第2のN型注入層21Aからドレイン
拡散層21Bが形成される。また、P型注入層22Aか
ら形成されるP型拡散層22Bは、その不純物濃度がP
型ウエル11aの不純物濃度よりも大きいため、P型拡
散層22Bとドレイン拡散層21BとのPN接合面のチ
ャネル領域部分において、接合電位が大きくなるので、
ホットエレクトロンの生成効率が向上する。
Next, as shown in FIG. 2A, after removing the second resist pattern 52, the first N-type implanted layer 2 is removed.
0A, the semiconductor substrate 11 on which the second N-type injection layer 21A and the P-type injection layer 22A are formed, for example, at a temperature of about 9
By performing thermal oxidation in a dry oxidation atmosphere at 00 ° C. for about 5 minutes, each impurity ion contained in the first N-type implantation layer 20A, the second N-type implantation layer 21A and the P-type implantation layer 22A increases. Spreads quickly. Due to this accelerated diffusion, the first
Each end of the N-type injection layer 20A and the second N-type injection layer 21A surely reaches the channel region located below the gate structure 17 in the P-type well 11a.
As a result, the first N-type injection layer 20A is
0B is formed, and a drain diffusion layer 21B is formed from the second N-type injection layer 21A. The P-type diffusion layer 22B formed from the P-type injection layer 22A has an impurity concentration of P
Since the impurity concentration is higher than the impurity concentration of the mold well 11a, the junction potential increases in the channel region of the PN junction surface between the P-type diffusion layer 22B and the drain diffusion layer 21B.
Hot electron generation efficiency is improved.

【0063】このときのドライ熱酸化によって、半導体
基板11における活性領域の上部及び各ゲート構造体1
7の上部には熱酸化膜25が形成される。
By the dry thermal oxidation at this time, the upper portion of the active region in the semiconductor substrate 11 and each gate structure 1 are formed.
7, a thermal oxide film 25 is formed.

【0064】次に、図2(b)に示すように、例えば、
CVD法により、半導体基板11上に各ゲート構造体1
7を含む全面にわたって、膜厚が100nm〜200n
m程度のシリコン酸化膜を堆積し、堆積したシリコン酸
化膜に対して異方性のドライエッチングを行なうことに
より、各ゲート構造体17の側面上にイオン注入調整膜
18を介して酸化シリコンからなる絶縁性サイドウォー
ルスペーサ23を形成する。続いて、形成した縁性サイ
ドウォールスペーサ23、イオン注入調整膜18及びゲ
ート構造体17をマスクとして、ソース拡散層20B及
びドレイン拡散層21Bに対して、加速エネルギーが約
40keVでドーズ量が5×1015cm -2程度の注入条
件で、砒素イオンを注入する。続いて、注入された砒素
イオンが活性化する程度の熱処理を行なうことにより、
ソース拡散層20B及びドレイン拡散層21Bの露出部
分にN+ 拡散層24を形成する。その後、図示はしない
が、半導体基板11上に層間絶縁膜を形成し、形成した
層間絶縁膜にソース拡散層20B又はドレイン拡散層2
1Bと電気的に接続されるコンタクトを形成する。さら
に、層間絶縁膜上にコンタクトと接続されるアルミニウ
ム等からなる金属配線を形成する。
Next, for example, as shown in FIG.
Each gate structure 1 is formed on a semiconductor substrate 11 by CVD.
7 is 100 nm to 200 n
m silicon oxide film
To perform anisotropic dry etching on
The ion implantation adjusting film is formed on the side surface of each gate structure 17.
Insulating sidewall made of silicon oxide through 18
The spacer 23 is formed. Next, the formed edge rhino
The wall spacer 23, the ion implantation adjusting film 18 and the gate
Using the gate structure 17 as a mask, the source diffusion layer 20B and the
The acceleration energy is about
The dose is 5 × 10 at 40 keV15cm -2Degree of injection strip
In this case, arsenic ions are implanted. Subsequently, the implanted arsenic
By performing heat treatment to the extent that ions are activated,
Exposed portions of source diffusion layer 20B and drain diffusion layer 21B
N in a minute+ A diffusion layer 24 is formed. After that, it is not shown
Formed and formed an interlayer insulating film on the semiconductor substrate 11
The source diffusion layer 20B or the drain diffusion layer 2
The contact electrically connected to 1B is formed. Further
And aluminum connected to the contact on the interlayer insulating film
A metal wiring made of a metal or the like is formed.

【0065】以上説明したように、第1の実施形態にお
いては、浮遊ゲート電極14及び制御ゲート電極16の
各側面は、膜厚が10nm〜50nm程度のイオン注入
調整膜18によって覆われる一方、半導体基板11の活
性領域は露出している。このため、10keV程度と比
較的小さい加速エネルギーであっても、注入される砒素
イオン及び燐イオンは半導体基板11の所定位置にまで
到達するが、イオン注入調整膜18を貫通することはほ
とんどなく、従来の方法と同様にトンネル絶縁膜13の
損傷をほぼ防止できる。
As described above, in the first embodiment, the side surfaces of the floating gate electrode 14 and the control gate electrode 16 are covered with the ion implantation adjusting film 18 having a thickness of about 10 nm to 50 nm, while the semiconductor is covered with the semiconductor. The active region of the substrate 11 is exposed. Therefore, even with a relatively small acceleration energy of about 10 keV, arsenic ions and phosphorus ions to be implanted reach a predetermined position on the semiconductor substrate 11, but hardly penetrate the ion implantation adjusting film 18. Damage to the tunnel insulating film 13 can be substantially prevented as in the conventional method.

【0066】このように、第1の実施形態に係るイオン
注入調整膜18は、従来の絶縁性サイドウォールスペー
サと異なり、膜厚が10nm〜50nm程度と小さいた
め、半導体基板11に注入された砒素イオン又は燐イオ
ンは散乱されて、基板面に平行な方向にも拡散するの
で、P型ウエル11aにおけるゲート構造体17の下側
のチャネル領域にまで到達し得る。
As described above, since the ion implantation adjusting film 18 according to the first embodiment has a small thickness of about 10 nm to 50 nm unlike the conventional insulating side wall spacer, the arsenic implanted into the semiconductor substrate 11 is not required. The ions or phosphorus ions are scattered and diffused in a direction parallel to the substrate surface, and can reach the channel region below the gate structure 17 in the P-type well 11a.

【0067】また、イオン注入調整膜18は、不純物イ
オンの半導体基板11への散乱による拡散によって、不
純物イオンが活性領域におけるゲート構造体17の下側
部分にまで到達し得る膜厚を有しているため、イオン注
入時の加速エネルギーを比較的に小さくできるので、素
子の分離特性の低下をも抑制することができる。
The ion implantation adjusting film 18 has such a thickness that the impurity ions can reach the lower portion of the gate structure 17 in the active region by diffusion of the impurity ions into the semiconductor substrate 11 by scattering. Therefore, the acceleration energy at the time of ion implantation can be made relatively small, so that a decrease in the isolation characteristics of the element can be suppressed.

【0068】さらに、イオン注入調整膜18は、温度が
900℃程度のドライ酸化雰囲気で5分間程度の熱酸化
処理に対しても、酸素が十分に透過する膜厚を有してい
るため、たとえトンネル絶縁膜13に、複数回に及ぶイ
オン注入処理による損傷が生じたとしてもその損傷を回
復することができる。その上、酸化雰囲気の熱処理を行
なうため、半導体基板11中の砒素イオン又は燐イオン
は、酸素によって増速拡散がさらに増速するので、イオ
ン注入調整膜18の膜厚が小さいこととも併せて、砒素
イオン又は燐イオンがゲート構造体17の下側のチャネ
ル領域にまでより短時間で到達するようになる。
Further, since the ion implantation adjusting film 18 has a thickness through which oxygen is sufficiently transmitted even in a thermal oxidation treatment for about 5 minutes in a dry oxidation atmosphere at a temperature of about 900 ° C. Even if the tunnel insulating film 13 is damaged by a plurality of times of ion implantation, the damage can be recovered. In addition, since heat treatment in an oxidizing atmosphere is performed, the accelerated diffusion of arsenic ions or phosphorus ions in the semiconductor substrate 11 is further accelerated by oxygen, so that the ion implantation adjusting film 18 has a small thickness. Arsenic ions or phosphorus ions reach the channel region below the gate structure 17 in a shorter time.

【0069】このように熱拡散処理時間を従来よりも短
縮できるため、CMOS回路等を含むマイクロプロセッ
サとの混載も容易となる。
Since the heat diffusion processing time can be shortened as compared with the conventional case, it is easy to mount the heat diffusion processing together with a microprocessor including a CMOS circuit or the like.

【0070】また、第1の実施形態は、従来例と異な
り、チャネルホットエレクトロンによりデータの書き込
みを行なうフラッシュメモリであって、ソース拡散層2
0Bとドレイン拡散層21Bとの注入イオン種とドーズ
量とを互いに異ならせた、いわゆる非対称注入としてい
る。
The first embodiment is different from the conventional example in a flash memory in which data is written by channel hot electrons.
This is a so-called asymmetric implantation in which the implantation ion species and the dose of the O.sub.B and the drain diffusion layer 21B are different from each other.

【0071】なお、従来例において非対称注入を行なう
と、ドーズ量が少なくて拡散しにくい砒素イオンが注入
されてなるドレイン拡散層は高温で且つ長時間の熱処理
を必要とするが、ドーズ量が多くて拡散しやすい燐イオ
ンが注入されてなるソース拡散層はわずかな熱処理でも
拡散してしまい、その結果、短チャネル効果が大きくな
るため、一回の熱処理により形成することが困難であ
る。
When asymmetric implantation is performed in the conventional example, the drain diffusion layer formed by implanting arsenic ions having a small dose and hardly diffusing requires high-temperature and long-time heat treatment. The source diffusion layer into which the easily diffused phosphorus ions are implanted diffuses even with a slight heat treatment, and as a result, the short channel effect is increased. Therefore, it is difficult to form the source diffusion layer by one heat treatment.

【0072】一方、第1の実施形態においては、イオン
注入調整膜18の膜厚が小さいため、ドレイン拡散層2
1Bの拡散量が少なくて済むので、ソース拡散層20B
とドレイン拡散層21Bとに対して非対称注入を行なっ
たとしても、これらソース拡散層20B及びドレイン拡
散層21Bに対する不純物濃度及び接合面の制御性が良
好となる。
On the other hand, in the first embodiment, since the thickness of the ion implantation adjusting film 18 is small, the drain diffusion layer 2
Since the diffusion amount of 1B is small, the source diffusion layer 20B
Even if asymmetric implantation is performed on the source diffusion layer 20B and the drain diffusion layer 21B, the impurity concentration and the controllability of the junction surface for the source diffusion layer 20B and the drain diffusion layer 21B are improved.

【0073】さらに、第1の実施形態においては、膜厚
が比較的に小さいイオン注入調整膜18をマスクとして
ソース拡散層20B及びドレイン拡散層21Bを形成
し、その後、膜厚が100nm〜200nm程度の絶縁
性サイドウォールスペーサ23をマスクとして、砒素イ
オンを40keV程度の加速エネルギーと5×1015
-2程度のドーズ量で注入する。続いて、注入した砒素
イオンが活性化する程度の比較的に弱い熱処理を行なっ
てN+ 拡散層24を形成し、これにより、ソース拡散層
20Bとドレイン拡散層21Bの低抵抗化を図ってい
る。
Further, in the first embodiment, the source diffusion layer 20B and the drain diffusion layer 21B are formed using the ion implantation adjusting film 18 having a relatively small thickness as a mask, and thereafter, the thickness is about 100 to 200 nm. Using the insulating side wall spacers 23 as a mask, arsenic ions are accelerated at an acceleration energy of about 40 keV and 5 × 10 15 c
The implantation is performed at a dose of about m −2 . Subsequently, a relatively weak heat treatment for activating the implanted arsenic ions is performed to form the N + diffusion layer 24, thereby reducing the resistance of the source diffusion layer 20B and the drain diffusion layer 21B. .

【0074】なお、第1の実施形態においては、不揮発
性半導体記憶装置をチャネルホットエレクトロンにより
データ書き込みがなされることを想定しているが、ファ
ウラ・ノルドハイム(FN)電流によりデータ書き込み
がなされる不揮発性半導体記憶装置であってもよい。こ
の場合は、ソース拡散層20B及びドレイン拡散層21
Bを形成するためのイオン注入は、本実施形態とはイオ
ン種やドーズ量が異なる。
In the first embodiment, it is assumed that data is written in the nonvolatile semiconductor memory device by channel hot electrons. However, in the nonvolatile semiconductor memory device, data is written by Fowler-Nordheim (FN) current. Semiconductor memory device. In this case, the source diffusion layer 20B and the drain diffusion layer 21
Ion implantation for forming B differs from this embodiment in the ion species and dose.

【0075】また、ソース拡散層20B及びドレイン拡
散層21Bは、必ずしも非対称注入とする必要はなく、
第1のレジストパターン51及び第2のレジストパター
ン52のいずれをも用いないで、各ゲート構造体17及
び各イオン注入調整膜18をマスクとした、いわゆる対
称で且つ自己整合的な注入としてもよい。
The source diffusion layer 20B and the drain diffusion layer 21B do not necessarily have to be asymmetrically implanted.
So-called symmetrical and self-aligned implantation may be performed without using either the first resist pattern 51 or the second resist pattern 52 and using each gate structure 17 and each ion implantation adjustment film 18 as a mask. .

【0076】また、イオン注入調整膜18に、酸化シリ
コンを用いたが、酸化シリコンに代えて、窒化シリコン
を用いてもよい。
Although silicon oxide is used for the ion implantation adjusting film 18, silicon nitride may be used instead of silicon oxide.

【0077】(第1の実施形態の一変形例)以下、本発
明の第1の実施形態の一変形例について図面を参照しな
がら説明する。
(Modification of First Embodiment) Hereinafter, a modification of the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0078】図3(a)〜図3(c)は第1の実施形態
の一変形例に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の
工程順の断面構成を示している。図3(a)〜図3
(c)において、図1(a)〜図1(c)に示す構成部
材と同一の構成部材には同一の符号を付している。
FIGS. 3A to 3C show cross-sectional structures in the order of steps of a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to a modification of the first embodiment. 3 (a) to 3
In (c), the same components as those shown in FIGS. 1A to 1C are denoted by the same reference numerals.

【0079】まず、図3(a)に示すように、半導体基
板11にP型ウエル11a及び素子分離絶縁膜12を順
次形成する。続いて、半導体基板11上に全面にわたっ
て、酸化シリコンからなるトンネル絶縁膜形成膜13
A、ポリシリコンからなる浮遊ゲート電極形成膜14
A、酸化シリコン又は窒化シリコンからなる容量絶縁膜
形成膜15A、膜厚が約70nmのポリシリコンからな
る制御ゲート電極形成膜16Aを順次堆積する。さら
に、例えばCVD法により、制御ゲート電極形成膜16
Aの上に膜厚が150nm程度の酸化シリコン又は窒化
シリコン等からなる保護絶縁膜26Aを堆積する。
First, as shown in FIG. 3A, a P-type well 11a and an element isolation insulating film 12 are sequentially formed on a semiconductor substrate 11. Subsequently, a tunnel insulating film forming film 13 made of silicon oxide is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 11.
A, Floating gate electrode forming film 14 made of polysilicon
A, a capacitor insulating film forming film 15A made of silicon oxide or silicon nitride, and a control gate electrode forming film 16A made of polysilicon having a thickness of about 70 nm are sequentially deposited. Further, the control gate electrode forming film 16 is formed by, for example, a CVD method.
A protective insulating film 26A made of silicon oxide or silicon nitride having a thickness of about 150 nm is deposited on A.

【0080】次に、図3(b)に示すように、保護絶縁
膜26Aに対して選択的にエッチングを行なうことによ
り、保護絶縁膜26Aからゲート構造体パターンを持つ
ハードマスク26を形成する。続いて、形成したハード
マスク26を用いた異方性のドライエッチングを行なっ
て、制御ゲート電極形成膜16Aから制御ゲート電極1
6を、容量絶縁膜形成膜15Aから容量絶縁膜15を、
浮遊ゲート電極形成膜14Aから浮遊ゲート電極14
を、またトンネル絶縁膜形成膜13Aからトンネル絶縁
膜13を形成して、それぞれがトンネル絶縁膜13、浮
遊ゲート電極14、容量絶縁膜15及び制御ゲート電極
16からなる複数のスタック型のゲート構造体17を形
成する。
Next, as shown in FIG. 3B, a hard mask 26 having a gate structure pattern is formed from the protective insulating film 26A by selectively etching the protective insulating film 26A. Subsequently, anisotropic dry etching using the formed hard mask 26 is performed to remove the control gate electrode 1 from the control gate electrode formation film 16A.
6 from the capacitor insulating film forming film 15A to the capacitor insulating film 15;
From the floating gate electrode forming film 14A to the floating gate electrode 14
And a plurality of stacked gate structures each including a tunnel insulating film 13, a floating gate electrode 14, a capacitor insulating film 15, and a control gate electrode 16 by forming a tunnel insulating film 13 from the tunnel insulating film forming film 13A. 17 is formed.

【0081】次に、図3(c)に示すように、CVD法
により、半導体基板11上に各ゲート構造体17を含む
全面にわたって、膜厚が10nm〜50nm程度のシリ
コン酸化膜を堆積し、その後、シリコン酸化膜に対して
異方性のドライエッチングを行なうことにより、各ゲー
ト構造体17のゲート長方向側の側面上に酸化シリコン
からなるイオン注入調整膜18を形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, a silicon oxide film having a thickness of about 10 nm to 50 nm is deposited on the entire surface including the respective gate structures 17 on the semiconductor substrate 11 by the CVD method. Thereafter, by performing anisotropic dry etching on the silicon oxide film, an ion implantation adjusting film 18 made of silicon oxide is formed on the side surface on the gate length direction side of each gate structure 17.

【0082】この後は、第1の実施形態と同様に、ソー
ス形成領域及びドレイン形成領域に対して不純物イオン
の非対称注入を行ない、ドライ酸化雰囲気による熱酸化
処理を行なって、ソース拡散層及びドレイン拡散層を形
成する。
Thereafter, as in the first embodiment, asymmetric implantation of impurity ions is performed into the source formation region and the drain formation region, and a thermal oxidation process is performed in a dry oxidation atmosphere to form the source diffusion layer and the drain. A diffusion layer is formed.

【0083】このように、本変形例によると、制御ゲー
ト電極16の膜厚が第1の実施形態のそれよりも小さい
場合であっても、制御ゲート電極16の上に保護絶縁膜
26を設けているため、容量絶縁膜15の端面をイオン
注入調整膜18によって十分に覆うことができるので、
イオン注入調整膜18の形成時に異方性エッチングがオ
ーバーエッチングになったとしても、容量絶縁膜15へ
のイオン注入による損傷を防ぐことができる。
As described above, according to the present modification, even when the thickness of the control gate electrode 16 is smaller than that of the first embodiment, the protective insulating film 26 is provided on the control gate electrode 16. Therefore, the end surface of the capacitance insulating film 15 can be sufficiently covered with the ion implantation adjusting film 18,
Even if the anisotropic etching is over-etched when the ion implantation adjusting film 18 is formed, damage due to ion implantation into the capacitance insulating film 15 can be prevented.

【0084】(第2の実施形態)以下、本発明の第2の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment) Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0085】図4(a)〜図4(c)及び図5は本発明
の第2の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造
方法の工程順の断面構成を示している。ここでも、図4
(a)〜図4(c)及び図5において、図1(a)〜図
1(c)及び図2(a)、図2(b)に示す構成部材と
同一の構成部材には同一の符号を付している。
FIGS. 4 (a) to 4 (c) and FIG. 5 show cross-sectional structures in the order of steps of a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention. Again, FIG.
4 (a) to 4 (c) and FIG. 5, the same components as those shown in FIGS. 1 (a) to 1 (c), 2 (a) and 2 (b) are the same. Signs are attached.

【0086】まず、図4(a)に示すように、P型シリ
コンからなる半導体基板11にP型ウエル11aを形成
し、続いて、トレンチ分離等の素子分離絶縁膜12を形
成する。その後、半導体基板11上の素子形成領域上
に、酸化シリコンからなるトンネル絶縁膜13、ポリシ
リコンからなる浮遊ゲート電極14、酸化シリコン又は
窒化シリコンからなる容量絶縁膜15及び膜厚が約30
0nmのポリシリコンからなる制御ゲート電極16を順
次形成し、それぞれがトンネル絶縁膜13、浮遊ゲート
電極14、容量絶縁膜15及び制御ゲート電極16から
なる複数のスタック型のゲート構造体17を選択的に形
成する。続いて、例えば低圧CVD法により、半導体基
板11上に各ゲート構造体17を含む全面にわたって、
膜厚が10nm〜50nm程度の酸化シリコンからなる
イオン注入調整膜形成膜18Aを堆積する。
First, as shown in FIG. 4A, a P-type well 11a is formed on a semiconductor substrate 11 made of P-type silicon, and then an element isolation insulating film 12 such as a trench isolation is formed. Thereafter, a tunnel insulating film 13 made of silicon oxide, a floating gate electrode 14 made of polysilicon, a capacitive insulating film 15 made of silicon oxide or silicon nitride, and a film thickness of about 30 are formed on the element formation region on the semiconductor substrate 11.
A control gate electrode 16 made of 0 nm polysilicon is sequentially formed, and a plurality of stacked gate structures 17 each consisting of a tunnel insulating film 13, a floating gate electrode 14, a capacitor insulating film 15, and a control gate electrode 16 are selectively formed. Formed. Subsequently, over the entire surface including the respective gate structures 17 on the semiconductor substrate 11 by, for example, a low-pressure CVD method.
An ion implantation adjusting film forming film 18A made of silicon oxide having a thickness of about 10 nm to 50 nm is deposited.

【0087】次に、図4(b)に示すように、イオン注
入調整膜形成膜18Aのソース形成領域部分及び各ゲー
ト構造体17のソース形成領域側部分を露出する第1の
レジストパターン51を形成する。続いて、形成した第
1のレジストパターン51をマスクとしてイオン注入調
整膜形成膜18Aに対して異方性のドライエッチングを
行なうことにより、ゲート構造体17の一方の側面上に
イオン注入調整膜形成膜18Aからイオン注入調整膜1
8を形成する。その後、第1のレジストパターン51並
びにゲート構造体17及びイオン注入調整膜18の露出
部分をマスクとして、P型ウエル11aにN型不純物イ
オンを注入することにより、第1のN型注入層20Aを
形成する。ここでは、加速エネルギーが約10keVで
ドーズ量が1×1015cm-2程度の注入条件で、砒素イ
オンと燐イオンとをそれぞれ分けて注入する。その後、
第1のレジストパターン51を除去した後、イオン注入
調整膜形成膜18Aに対して、例えばフッ酸によるウエ
ットエッチングを行なって、その膜厚を2nm程度小さ
くして最適化する。
Next, as shown in FIG. 4B, a first resist pattern 51 exposing a source forming region portion of the ion implantation adjusting film forming film 18A and a source forming region side portion of each gate structure 17 is formed. Form. Subsequently, anisotropic dry etching is performed on the ion implantation adjustment film forming film 18A using the formed first resist pattern 51 as a mask to form an ion implantation adjustment film on one side surface of the gate structure 17. Film 18A to ion implantation adjusting film 1
8 is formed. Thereafter, using the first resist pattern 51 and the exposed portions of the gate structure 17 and the ion implantation adjusting film 18 as a mask, N-type impurity ions are implanted into the P-type well 11a to form the first N-type implantation layer 20A. Form. Here, arsenic ions and phosphorus ions are separately implanted under the conditions of an acceleration energy of about 10 keV and a dose of about 1 × 10 15 cm −2 . afterwards,
After removing the first resist pattern 51, the ion implantation adjusting film forming film 18A is subjected to, for example, wet etching with hydrofluoric acid to reduce the film thickness by about 2 nm to optimize the film.

【0088】次に、図4(c)に示すように、膜厚が最
適化されたイオン注入調整膜形成膜18Aにおけるドレ
イン形成領域部分及び各ゲート構造体17のドレイン形
成領域側部分を露出する第2のレジストパターン52を
形成する。その後、第2のレジストパターン51をマス
クとしてイオン注入調整膜形成膜18Aに対して異方性
のドライエッチングを行なって、ゲート構造体17の他
方の側面上にイオン注入調整膜形成膜18Aから薄膜化
されたイオン注入調整膜18aを形成する。続いて、第
2のレジストパターン52並びにゲート構造体17及び
薄膜化されたイオン注入調整膜18aの露出部分をマス
クとして、P型ウエル11aにN型不純物イオン及びP
型不純物イオンを順次注入する。
Next, as shown in FIG. 4C, the drain formation region portion of the ion implantation adjustment film formation film 18A having the optimized film thickness and the drain formation region side portion of each gate structure 17 are exposed. A second resist pattern 52 is formed. Thereafter, anisotropic dry etching is performed on the ion implantation adjustment film forming film 18A using the second resist pattern 51 as a mask to form a thin film on the other side surface of the gate structure 17 from the ion implantation adjustment film forming film 18A. An ion implantation adjusting film 18a is formed. Subsequently, using the second resist pattern 52, the gate structure 17, and the exposed portion of the thinned ion implantation adjusting film 18a as a mask, N-type impurity ions and P-type impurities are added to the P-type well 11a.
Type impurity ions are sequentially implanted.

【0089】すなわち、N型不純物イオンとして、例え
ば加速エネルギーが10keV程度でドーズ量が2×1
14cm-2程度の砒素イオンを用いる第1の注入工程
と、加速エネルギーが10keV程度でドーズ量が1×
1014cm-2程度の燐イオンを用いる第2の注入工程と
により第2のN型注入層21Aを形成する。続いて、P
型不純物イオンとして、例えば加速エネルギーが10k
eV程度でドーズ量が4×1013cm-2程度のホウ素イ
オンを用いる第3の注入工程によりP型注入層22Aを
形成する。なお、ここでも、第1〜第3の各注入工程の
順序は任意である。また、ソース形成領域に対するイオ
ン注入とドレイン形成領域に対するイオン注入との順序
は問われない。
That is, as the N-type impurity ions, for example, the acceleration energy is about 10 keV and the dose is 2 × 1.
0 14 cm -2 and the first implantation step using the degree of arsenic ions and a dose of about 10keV acceleration energy of 1 ×
A second N-type implantation layer 21A is formed by a second implantation step using phosphorus ions of about 10 14 cm -2 . Then, P
For example, the acceleration energy is 10 k
A P-type implanted layer 22A is formed by a third implantation step using boron ions of about eV and a dose of about 4 × 10 13 cm −2 . Here, the order of the first to third implantation steps is also arbitrary. Further, the order of ion implantation into the source formation region and ion implantation into the drain formation region is not limited.

【0090】また、ドレイン形成領域へのイオン注入時
のマスクの一部となる薄膜化されたイオン注入調整膜1
8aを得るためのウエットエッチングは、必ずしも必要
ではないが、ソース形成領域に対するイオン注入時のマ
スクの一部となるイオン注入調整膜18の膜厚とそのと
値を変更したい場合には有効である。なお、ドレイン形
成領域に対するイオン注入を先に行なえば、ソース形成
領域側のイオン注入調整膜18の膜厚をドレイン形成領
域側の薄膜化されたイオン注入調整膜18aの膜厚より
もさらに小さくすることができる。
Also, a thin ion implantation adjusting film 1 which becomes a part of a mask when implanting ions into the drain formation region.
The wet etching for obtaining 8a is not necessarily required, but is effective when it is desired to change the thickness and the value of the ion implantation adjusting film 18 which is a part of the mask at the time of ion implantation into the source forming region. . If the ion implantation into the drain formation region is performed first, the thickness of the ion implantation adjustment film 18 on the source formation region side is made smaller than the thickness of the thinned ion implantation adjustment film 18a on the drain formation region side. be able to.

【0091】次に、図5に示すように、第2のレジスト
パターン52を除去した後、第1のN型注入層20A、
第2のN型注入層21A及びP型注入層22Aを形成し
た半導体基板11に対して、例えば、温度が約900℃
のドライ酸化雰囲気で約5分間の熱酸化を行なうことに
より、第1のN型注入層20A、第2のN型注入層21
A及びP型注入層22Aに含まれる各不純物イオンがそ
れぞれ増速拡散する。この増速拡散により、第1のN型
注入層20A及び第2のN型注入層21Aの各端部がP
型ウエル11aにおける各ゲート構造体17の下側部分
に位置するチャネル領域にまで確実に到達する。その結
果、第1のN型注入層20Aからソース拡散層20Bが
形成され、第2のN型注入層21Aからドレイン拡散層
21Bが形成される。また、P型注入層22Aから形成
されるP型拡散層22Bは、その不純物濃度がP型ウエ
ル11aの不純物濃度よりも大きいため、P型拡散層2
2Bとドレイン拡散層21BとのPN接合面のチャネル
領域部分において、接合電位が大きくなるので、ホット
エレクトロンの生成効率が向上する。このときのドライ
熱酸化によって、半導体基板11における活性領域の上
部及び各ゲート構造体17の上部には熱酸化膜25が形
成される。
Next, as shown in FIG. 5, after removing the second resist pattern 52, the first N-type implanted layer 20A,
The temperature of the semiconductor substrate 11 on which the second N-type injection layer 21A and the P-type injection layer 22A are formed is, for example, about 900 ° C.
By performing thermal oxidation in a dry oxidation atmosphere for about 5 minutes, the first N-type injection layer 20A and the second N-type
Each impurity ion contained in the A and P-type implanted layers 22A is diffused at an enhanced rate. Due to this enhanced diffusion, each end of the first N-type injection layer 20A and the second N-type injection layer 21A
It surely reaches the channel region located at the lower part of each gate structure 17 in the mold well 11a. As a result, a source diffusion layer 20B is formed from the first N-type injection layer 20A, and a drain diffusion layer 21B is formed from the second N-type injection layer 21A. Further, the P-type diffusion layer 22B formed from the P-type injection layer 22A has an impurity concentration higher than that of the P-type well 11a.
Since the junction potential increases in the channel region of the PN junction surface between 2B and the drain diffusion layer 21B, the generation efficiency of hot electrons is improved. By the dry thermal oxidation at this time, a thermal oxide film 25 is formed on the active region in the semiconductor substrate 11 and on each gate structure 17.

【0092】この後は、第1の実施形態と同様に、各ゲ
ート構造体17の側面上にイオン注入調整膜18、18
aを介して酸化シリコンからなる絶縁性サイドウォール
スペーサを形成し、形成した絶縁性サイドウォールスペ
ーサ、イオン注入調整膜18、18a及びゲート構造体
17をマスクとして、ソース拡散層20B及びドレイン
拡散層21Bに対して、砒素イオンを注入する。その
後、注入された砒素イオンが活性化する程度の熱処理を
行なうことにより、ソース拡散層20B及びドレイン拡
散層21Bの露出部分にN+ 拡散層を形成する。
Thereafter, similarly to the first embodiment, ion implantation adjusting films 18 and 18 are formed on the side surfaces of each gate structure 17.
An insulating sidewall spacer made of silicon oxide is formed through the gate electrode 17a, and the source insulating layer 20B and the drain diffusion layer 21B are formed using the insulating sidewall spacer, the ion implantation adjusting films 18, 18a, and the gate structure 17 as a mask. Is implanted with arsenic ions. Thereafter, heat treatment is performed to activate the implanted arsenic ions, thereby forming an N + diffusion layer in the exposed portions of the source diffusion layer 20B and the drain diffusion layer 21B.

【0093】以上説明したように、第2の実施形態にお
いては、イオン注入調整膜18に対する異方性エッチン
グを行なう際に、素子分離絶縁膜12等の領域がレジス
ト膜によりマスクされるため、素子分離絶縁膜12がエ
ッチャントにさらされることがなくなるので、マスク工
程の工程数が第1の実施形態と同一でありながら、素子
分離特性の低下を招くことがなくなる。
As described above, in the second embodiment, when performing anisotropic etching on the ion implantation adjusting film 18, the region such as the element isolation insulating film 12 is masked by the resist film. Since the isolation insulating film 12 is not exposed to the etchant, the number of masking steps is the same as in the first embodiment, but the element isolation characteristics do not deteriorate.

【0094】なお、第2の実施形態においては、図4
(b)及び図4(c)に示すように、ソース形成領域側
とドレイン形成領域側の両方の領域でイオン注入調整膜
形成膜18Aに対する異方性エッチングを行なったが、
異方性エッチングはソース形成領域側及びドレイン形成
領域側のいずれか一方に対してのみ行なってもよい。
In the second embodiment, FIG.
As shown in FIG. 4B and FIG. 4C, anisotropic etching was performed on the ion implantation adjustment film forming film 18A in both the source forming region side and the drain forming region side.
The anisotropic etching may be performed only on one of the source forming region side and the drain forming region side.

【0095】また、イオン注入調整膜18に、酸化シリ
コンを用いたが、酸化シリコンに代えて、窒化シリコン
を用いてもよい。
Although silicon oxide is used for the ion implantation adjusting film 18, silicon nitride may be used instead of silicon oxide.

【0096】(第2の実施形態の一変形例)以下、本発
明の第2の実施形態の一変形例について図面を参照しな
がら説明する。
(Modification of Second Embodiment) Hereinafter, a modification of the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0097】図6(a)〜図6(c)は第2の実施形態
の一変形例に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の
工程順の断面構成を示している。ここでは、1つのゲー
ト構造体とイオン注入調整膜とに着目してその製造方法
の概略を説明する。また、図6(a)〜(c)におい
て、図4(a)〜図4(c)に示す構成部材と同一の構
成部材には同一の符号を付している。
FIGS. 6A to 6C show cross-sectional structures in the order of steps of a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to a modification of the second embodiment. Here, focusing on one gate structure and an ion implantation adjusting film, an outline of a manufacturing method thereof will be described. 6 (a) to 6 (c), the same components as those shown in FIGS. 4 (a) to 4 (c) are denoted by the same reference numerals.

【0098】本変形例においては、イオン注入調整膜を
ゲート構造体側から順次形成された酸化シリコンと窒化
シリコンとの積層構造とすることを特徴とする。
The present modification is characterized in that the ion implantation adjusting film has a laminated structure of silicon oxide and silicon nitride sequentially formed from the gate structure side.

【0099】まず、図6(a)に示すように、P型シリ
コンからなる半導体基板11にP型ウエル11aを形成
し、該P型ウエル11a上に、トンネル絶縁膜13、浮
遊ゲート電極14、容量絶縁膜15及び制御ゲート電極
16により構成されるゲート構造体17を選択的に形成
する。
First, as shown in FIG. 6A, a P-type well 11a is formed on a semiconductor substrate 11 made of P-type silicon, and a tunnel insulating film 13, a floating gate electrode 14, and a P-type well 11a are formed on the P-type well 11a. A gate structure 17 composed of the capacitance insulating film 15 and the control gate electrode 16 is selectively formed.

【0100】次に、図6(b)に示すように、低圧CV
D法により、半導体基板11上にゲート構造体17の上
面及び側面を含む全面にわたって、膜厚が約5nmの酸
化シリコンからなる第1調整膜31と、膜厚が約15n
mの窒化シリコンからなる第2調整膜32とを順次堆積
して、第1調整膜31及び第2調整膜32からなるイオ
ン調整膜形成膜18Aを形成する。
Next, as shown in FIG.
By a method D, a first adjustment film 31 made of silicon oxide having a thickness of about 5 nm and a thickness of about 15 n are formed on the entire surface including the upper surface and side surfaces of the gate structure 17 on the semiconductor substrate 11.
The second adjustment film 32 made of silicon nitride of m is sequentially deposited to form an ion adjustment film forming film 18A made of the first adjustment film 31 and the second adjustment film 32.

【0101】次に、図6(c)に示すように、イオン注
入調整膜形成膜18Aに対して、異方性のドライエッチ
ングを行なって、ゲート構造体17の側面上にイオン注
入調整膜形成膜18Aからイオン注入調整膜18を形成
する。このとき、第2の実施形態と同様に、イオン注入
調整膜18をソース形成領域側とドレイン形成領域側と
で別々にエッチングを行なって形成してもよい。その
後、P型ウエル11aに対してN型不純物イオンの注入
を行ない、その後、温度が約850℃で20分間程度の
熱酸化処理による増速拡散を行なうことにより、ソース
拡散層20B及びドレイン拡散層21Bを形成する。こ
こでは、半導体基板11及びゲート構造体17上に形成
される熱酸化膜は省略している。
Next, as shown in FIG. 6C, anisotropic dry etching is performed on the ion implantation adjustment film forming film 18A to form an ion implantation adjustment film on the side surface of the gate structure 17. The ion implantation adjusting film 18 is formed from the film 18A. At this time, similarly to the second embodiment, the ion implantation adjusting film 18 may be formed by separately etching the source forming region side and the drain forming region side. Thereafter, N-type impurity ions are implanted into the P-type well 11a, and thereafter, the source diffusion layer 20B and the drain diffusion layer are increased by performing thermal diffusion at a temperature of about 850 ° C. for about 20 minutes. 21B is formed. Here, the thermal oxide film formed on the semiconductor substrate 11 and the gate structure 17 is omitted.

【0102】このように、本変形例によると、イオン注
入調整膜18を、ゲート構造体17の側面上に酸化シリ
コンからなる第1調整膜31と窒化シリコンからなる第
2調整膜32とから構成しているため、以下に示すよう
な種々の効果を奏する。 (1)窒化シリコンは酸化シリコンと比べてその膜質が
緻密であるため、注入イオンの透過性が小さい。これに
より、イオン注入調整膜18の膜厚をより小さくするこ
とができるため、浮遊ゲート電極14の側端部の下側に
注入イオンが到達しやすくなるので、注入イオンの活性
化の熱処理時間をより短縮することができる。 (2)図6(c)に示すように、イオン注入調整膜18
を2層構造とすることにより、第1イオン調整膜31の
下端部はその断面がL字状となる。その結果、窒化シリ
コンからなる第2調整膜32の下端部から、酸化シリコ
ンからなる第1調整膜31が露出する。従って、第1調
整膜31の露出部分から、熱酸化処理時における酸素が
トンネル絶縁膜13にまで侵入できるため、トンネル絶
縁膜13の側端部の膜厚が肥大化しやすくなる。一方、
容量絶縁膜15の側端部は、窒化シリコンを含むイオン
注入調整膜18により覆われているため、容量絶縁膜1
5の側端部は肥大化することがない。従って、ゲート構
造体17の容量結合比の値が低下することを抑えること
ができる。ここで、容量結合比とは、浮遊ゲート電極1
4と制御ゲート電極16との間の静電容量の全静電容量
に対する比をいう。また、全静電容量とは、浮遊ゲート
電極14と制御ゲート電極16との間の静電容量、及び
浮遊ゲート電極14と半導体基板11(P型ウエル11
a、ソース拡散層20B及びドレイン拡散層21B)と
の間の静電容量の和をいう。 (3)酸化シリコンと比べて成膜時のストレスが大きい
窒化シリコンからなる第2調整膜32をゲート構造体1
7の側壁に直接に設けずに、酸化シリコンからなる第1
調整膜31を介して設けているため、第2調整膜32が
ゲート構造体17に与えるストレスは緩和される。さら
に、第2調整膜32の下端部と半導体基板11との間に
第1調整膜が入り込んでいるため、第2調整膜32のゲ
ート構造体17に対するストレスはさらに小さくなる。
As described above, according to the present modification, the ion implantation adjusting film 18 is constituted by the first adjusting film 31 made of silicon oxide and the second adjusting film 32 made of silicon nitride on the side surface of the gate structure 17. Therefore, various effects as described below can be obtained. (1) Since silicon nitride has a denser film quality than silicon oxide, the permeability of implanted ions is low. As a result, the thickness of the ion implantation adjusting film 18 can be made smaller, so that the implanted ions can easily reach the lower side of the side end of the floating gate electrode 14, and the heat treatment time for activating the implanted ions can be reduced. It can be shorter. (2) As shown in FIG. 6C, the ion implantation adjusting film 18
Has a two-layer structure, so that the lower end of the first ion adjustment film 31 has an L-shaped cross section. As a result, the first adjustment film 31 made of silicon oxide is exposed from the lower end of the second adjustment film 32 made of silicon nitride. Accordingly, oxygen during the thermal oxidation process can enter the tunnel insulating film 13 from the exposed portion of the first adjustment film 31, so that the thickness of the side end portion of the tunnel insulating film 13 tends to increase. on the other hand,
Since the side end of the capacitance insulating film 15 is covered with the ion implantation adjusting film 18 containing silicon nitride, the capacitance insulating film 1
The side end of 5 does not enlarge. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the value of the capacitance coupling ratio of the gate structure 17. Here, the capacitance coupling ratio refers to the floating gate electrode 1
4 and the ratio of the capacitance between the control gate electrode 16 to the total capacitance. The total capacitance means the capacitance between the floating gate electrode 14 and the control gate electrode 16, and the floating gate electrode 14 and the semiconductor substrate 11 (the P-type well 11).
a, the sum of the capacitance between the source diffusion layer 20B and the drain diffusion layer 21B). (3) The second adjustment film 32 made of silicon nitride having a larger stress during film formation than silicon oxide is formed on the gate structure 1.
7 without being directly provided on the side wall of
Since the second adjustment film 32 is provided via the adjustment film 31, the stress applied to the gate structure 17 by the second adjustment film 32 is reduced. Further, since the first adjustment film enters between the lower end of the second adjustment film 32 and the semiconductor substrate 11, the stress of the second adjustment film 32 on the gate structure 17 is further reduced.

【0103】なお、第1調整膜31に低圧CVD法によ
る酸化シリコンを用いたが、熱酸化法を用いてもよい。
Although the silicon oxide formed by the low-pressure CVD method is used for the first adjustment film 31, a thermal oxidation method may be used.

【0104】また、酸化シリコンからなる第1調整膜3
1と窒化シリコンからなる第2調整膜32とにより構成
されるイオン注入調整膜18は、第1の実施形態及びそ
の変形例に対しても適用することができる。
The first adjustment film 3 made of silicon oxide
The ion implantation adjustment film 18 composed of the first and second adjustment films 32 made of silicon nitride can be applied to the first embodiment and its modifications.

【0105】以上説明した第1の実施形態及び第2の実
施形態並びにその変形例において、ゲート構造体17に
スタック型ゲートを用いたが、これに限られず、制御ゲ
ート電極16と浮遊ゲート電極14とが半導体基板上1
1にトンネル絶縁膜13を介して並置され、且つ隣接す
る側面同士の間に容量絶縁膜15を挟んで構成される、
いわゆるスプリット型のゲート構造体であってもよい。
In the first and second embodiments and the modifications thereof described above, the stack type gate is used for the gate structure 17. However, the present invention is not limited to this, and the control gate electrode 16 and the floating gate electrode 14 may be used. Is on the semiconductor substrate 1
1 are arranged side by side with a tunnel insulating film 13 interposed therebetween, and sandwich a capacitive insulating film 15 between adjacent side surfaces.
A so-called split type gate structure may be used.

【0106】また、イオン注入調整膜18に低圧CVD
法による酸化シリコンを用いたが、熱酸化法を用いても
よい。但し、熱酸化法による酸化シリコンは、膜質が緻
密であるため、酸素の透過性が若干低下する。
The low pressure CVD is applied to the ion implantation adjusting film 18.
Although silicon oxide by the method is used, a thermal oxidation method may be used. However, since silicon oxide formed by the thermal oxidation method has a dense film quality, oxygen permeability is slightly reduced.

【0107】[0107]

【発明の効果】本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の
製造方法によると、トンネル絶縁膜を有するゲート構造
体を形成した後に、ソース拡散層及びドレイン拡散層を
イオン注入及びその後の熱処理により形成する際の各構
成部材に及ぼす熱履歴を減らすことができる。その上、
ゲート構造体をマスクとする不純物イオンの注入による
トンネル絶縁膜の損傷の抑止とその回復とを図ることが
できるため、データ保持特性等の信頼性を向上させるこ
とができる。
According to the method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, after forming a gate structure having a tunnel insulating film, a source diffusion layer and a drain diffusion layer are formed by ion implantation and subsequent heat treatment. In this case, the heat history exerted on each component can be reduced. Moreover,
Since damage to the tunnel insulating film due to implantation of impurity ions using the gate structure as a mask can be suppressed and recovered, the reliability of data retention characteristics and the like can be improved.

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

【図1】(a)〜(c)は本発明の第1の実施形態に係
る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す工程順の構
成断面図である。
FIGS. 1A to 1C are cross-sectional views in the order of steps showing a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)及び(b)は本発明の第1の実施形態に
係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す工程順の
構成断面図である。
FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps.

【図3】(a)〜(c)は本発明の第1の実施形態の一
変形例に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す
工程順の構成断面図である。
FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views in a process order illustrating a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to a modification of the first embodiment of the present invention.

【図4】(a)〜(c)は本発明の第2の実施形態に係
る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す工程順の構
成断面図である。
FIGS. 4A to 4C are cross-sectional views in the order of steps showing a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施形態に係る不揮発性半導体
記憶装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
FIG. 5 is a sectional view illustrating a method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention in the order of steps.

【図6】(a)〜(c)は本発明の第2の実施形態の一
変形例に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す
概略的な工程順の構成断面図である。
FIGS. 6A to 6C are schematic cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to a modification of the second embodiment;

【図7】(a)〜(c)は従来の不揮発性半導体記憶装
置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
FIGS. 7A to 7C are cross-sectional views in the order of steps showing a method for manufacturing a conventional nonvolatile semiconductor memory device.

【図8】従来の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示
す工程順の構成断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a conventional nonvolatile semiconductor memory device in the order of steps.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 半導体基板 11a P型ウエル 12 素子分離絶縁膜 13 トンネル絶縁膜 13A トンネル絶縁膜形成膜 14 浮遊ゲート電極 14A 浮遊ゲート電極形成膜 15 容量絶縁膜 15A 容量絶縁膜形成膜 16 制御ゲート電極 16A 制御ゲート電極形成膜 17 ゲート構造体 18 イオン注入調整膜 18A イオン注入調整膜形成膜 18a 薄膜化されたイオン注入調整膜 20A 第1のN型注入層 20B ソース拡散層 21A 第2のN型注入層 21B ドレイン拡散層 22A P型注入層 22B P型拡散層 23 絶縁性サイドウォールスペーサ 24 N+ 拡散層 25 熱酸化膜 26A 保護絶縁膜 26 ハードマスク 31 第1調整膜 32 第2調整膜 51 第1のレジストパターン 52 第2のレジストパターンDESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Semiconductor substrate 11a P-type well 12 Element isolation insulating film 13 Tunnel insulating film 13A Tunnel insulating film forming film 14 Floating gate electrode 14A Floating gate electrode forming film 15 Capacitive insulating film 15A Capacitive insulating film forming film 16 Control gate electrode 16A Control gate electrode Forming film 17 Gate structure 18 Ion implantation adjusting film 18A Ion implantation adjusting film forming film 18a Thinned ion implantation adjusting film 20A First N-type implantation layer 20B Source diffusion layer 21A Second N-type implantation layer 21B Drain diffusion Layer 22A P-type injection layer 22B P-type diffusion layer 23 Insulating sidewall spacer 24 N + diffusion layer 25 Thermal oxide film 26A Protective insulating film 26 Hard mask 31 First adjustment film 32 Second adjustment film 51 First resist pattern 52 Second resist pattern

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋爪 貴彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5F083 EP02 EP23 EP24 EP41 EP60 EP64 ER03 ER09 JA36 NA01 PR10 PR21 PR34 PR36 5F101 BA01 BA23 BB04 BB05 BC02 BC11 BD09 BD36 BH02 BH08 BH09  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Takahiko Hashizume 1006 Kadoma, Kazuma, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. F-term (reference) 5F083 EP02 EP23 EP24 EP41 EP60 EP64 ER03 ER09 JA36 NA01 PR10 PR21 PR34 PR36 5F101 BA01 BA23 BB04 BB05 BC02 BC11 BD09 BD36 BH02 BH08 BH09

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の上に、該半導体基板と接す
るトンネル絶縁膜と、該トンネル絶縁膜と接する浮遊ゲ
ート電極と、容量絶縁膜を介して前記浮遊ゲート電極と
対向する制御ゲート電極とからなるゲート構造体を形成
する第1の工程と、 少なくとも前記浮遊ゲート電極の側面上に該浮遊ゲート
電極と接する絶縁膜からなるイオン注入調整膜を形成す
る第2の工程と、 前記ゲート構造体及びイオン注入調整膜をマスクとし
て、前記半導体基板における前記ゲート構造体の側方の
活性領域に不純物イオンを注入する第3の工程と、 前記活性領域に対して熱処理を行なうことにより、注入
された不純物イオンを熱拡散する第4の工程とを備え、 前記第2の工程において、前記イオン注入調整膜を、前
記不純物イオンが前記トンネル絶縁膜に注入されること
を防止でき、且つ、前記不純物イオンの前記半導体基板
への散乱による拡散によって前記不純物イオンが前記活
性領域における前記浮遊ゲート電極の側端部の下側部分
に到達することができる膜厚に設定することを特徴とす
る不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
1. A semiconductor device comprising: a semiconductor substrate; a tunnel insulating film in contact with the semiconductor substrate; a floating gate electrode in contact with the tunnel insulating film; and a control gate electrode facing the floating gate electrode via a capacitor insulating film. A second step of forming an ion implantation adjusting film made of an insulating film in contact with the floating gate electrode on at least a side surface of the floating gate electrode; A third step of implanting impurity ions into the active region on the side of the gate structure in the semiconductor substrate using the ion implantation adjusting film as a mask; And a fourth step of thermally diffusing the ions, wherein in the second step, the ion implantation adjusting film is provided with the impurity ions in the tunnel insulating film. And a diffusion layer that prevents diffusion of the impurity ions into the semiconductor substrate and allows the impurity ions to reach a lower portion of a side end of the floating gate electrode in the active region. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, wherein the thickness is set to a thickness.
【請求項2】 前記第4の工程は、前記熱処理を酸化雰
囲気で行なうことを特徴とする請求項1に記載の不揮発
性半導体記憶装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein in the fourth step, the heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere.
【請求項3】 前記イオン注入調整膜の膜厚は50nm
以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の不
揮発性半導体記憶装置の製造方法。
3. The ion implantation adjusting film has a thickness of 50 nm.
3. The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein:
【請求項4】 前記イオン注入調整膜は酸素透過性を有
する材料からなり、 前記第4の工程は、前記活性領域の上部を酸化し、且
つ、前記イオン注入調整膜を透過した酸素により前記浮
遊ゲート電極の一部を酸化する工程を含むことを特徴と
する請求項2又は3に記載の不揮発性半導体記憶装置の
製造方法。
4. The ion implantation adjusting film is made of a material having oxygen permeability. In the fourth step, an upper portion of the active region is oxidized, and the floating is performed by oxygen transmitted through the ion implantation adjusting film. 4. The method according to claim 2, further comprising the step of oxidizing a part of the gate electrode.
【請求項5】 前記第4の工程は、前記熱処理を850
℃以上の温度で行なうことを特徴とする請求項2〜4の
うちのいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置の
製造方法。
5. The method according to claim 4, wherein the heat treatment is performed at 850.
The method according to any one of claims 2 to 4, wherein the method is performed at a temperature of not less than ° C.
【請求項6】 前記第2の工程は、前記イオン注入調整
膜を、前記半導体基板の上に前記ゲート構造体を含む全
面にわたって堆積する工程と、 堆積したイオン注入調整膜に対して異方性エッチングを
行なうことにより、前記活性領域を露出する工程とを含
むことを特徴とする請求項1〜5のうちのいずれか1項
に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
6. The second step includes: depositing the ion implantation adjustment film over the entire surface including the gate structure on the semiconductor substrate; and anisotropically with respect to the deposited ion implantation adjustment film. The method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising: exposing the active region by performing etching.
【請求項7】 前記第2の工程は、前記イオン注入調整
膜を、熱酸化法によって前記半導体基板の上に前記ゲー
ト構造体を含む全面にわたって形成する工程と、 形成したイオン注入調整膜に対して異方性エッチングを
行なうことにより、前記活性領域の上面を露出する工程
とを含むことを特徴とする請求項1〜5のうちのいずれ
か1項に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
7. The second step includes: forming the ion implantation adjustment film over the entire surface including the gate structure on the semiconductor substrate by a thermal oxidation method; Exposing the upper surface of the active region by performing anisotropic etching by using an etching method. 6. The method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising: .
【請求項8】 前記第3の工程は、前記活性領域におけ
る前記ゲート構造体の一方の側方に対して行なう第1の
イオン注入工程と、 前記活性領域における前記ゲート構造体の他方の側方に
対して行なう第2のイオン注入工程とを含むことを特徴
とする請求項1〜7のうちのいずれか1項に記載の不揮
発性半導体記憶装置の製造方法。
8. The method according to claim 1, wherein the third step is a first ion implantation step performed on one side of the gate structure in the active region, and the other side of the gate structure in the active region. 8. The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising: a second ion implantation step performed on said non-volatile semiconductor memory device.
【請求項9】 前記第1のイオン注入工程又は前記第2
のイオン注入工程は、前記半導体基板の導電型と反対の
導電型で且つ少なくとも2種類の不純物イオンを注入す
る工程を含むことを特徴とする請求項8に記載の不揮発
性半導体記憶装置の製造方法。
9. The first ion implantation step or the second ion implantation step.
9. The method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 8, wherein said ion implantation step includes a step of implanting at least two types of impurity ions having a conductivity type opposite to a conductivity type of said semiconductor substrate. .
【請求項10】 前記第1のイオン注入工程又は前記第
2のイオン注入工程は、前記半導体基板の導電型と同一
の導電型の不純物イオンと、前記半導体基板の導電型と
反対の導電型の不純物イオンとを注入する工程を含むこ
とを特徴とする請求項8に記載の不揮発性半導体記憶装
置の製造方法。
10. The method according to claim 1, wherein the first ion implantation step or the second ion implantation step includes the step of forming an impurity ion having the same conductivity type as the conductivity type of the semiconductor substrate and a conductivity type opposite to the conductivity type of the semiconductor substrate. 9. The method according to claim 8, further comprising a step of implanting impurity ions.
【請求項11】 前記第2の工程は、前記イオン注入調
整膜における前記ゲート構造体の一方の側方部分をマス
クして、他方の側方部分を露出する工程と、 前記イオン注入調整膜における露出した前記他方の側方
部分に対して異方性エッチングを行なう工程とを含むこ
とを特徴とする請求項1〜10のうちのいずれか1項に
記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
11. The second step comprises: masking one side portion of the gate structure in the ion implantation adjustment film and exposing the other side portion; 11. The method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising: performing anisotropic etching on the exposed other side portion.
【請求項12】 前記第2の工程は、前記異方性エッチ
ングの後に、前記イオン注入調整膜の膜厚をエッチング
により調整する工程を含むことを特徴とする請求項11
に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
12. The method according to claim 11, wherein the second step includes, after the anisotropic etching, adjusting a thickness of the ion implantation adjustment film by etching.
3. The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to 1.
【請求項13】 前記第1の工程は、前記制御ゲート電
極の上に保護絶縁膜を形成する工程を含むことを特徴と
する請求項1〜12のうちのいずれか1項に記載の不揮
発性半導体記憶装置の製造方法。
13. The nonvolatile memory according to claim 1, wherein said first step includes a step of forming a protective insulating film on said control gate electrode. A method for manufacturing a semiconductor storage device.
【請求項14】 前記第4の工程の後に、前記ゲート構
造体の側面上に前記イオン注入調整膜を介して絶縁性サ
イドウォールスペーサを形成する第5の工程と、 前記ゲート構造体、イオン注入調整膜及び絶縁性サイド
ウォールスペーサをマスクとして、前記半導体基板の導
電型と反対の導電型の不純物イオンを注入する第6の工
程とをさらに備えていることを特徴とする請求項1〜1
3のうちのいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装
置の製造方法。
14. A fifth step of forming an insulating sidewall spacer on the side surface of the gate structure via the ion implantation adjusting film after the fourth step; A step of implanting impurity ions of a conductivity type opposite to the conductivity type of the semiconductor substrate using the adjustment film and the insulating sidewall spacers as a mask.
3. The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1.
【請求項15】 前記第2の工程において、前記イオン
注入調整膜は窒化シリコンにより形成することを特徴と
する請求項1〜14のうちのいずれか1項に記載の不揮
発性半導体記憶装置の製造方法。
15. The method according to claim 1, wherein in the second step, the ion implantation adjustment film is formed of silicon nitride. Method.
【請求項16】 前記第2の工程は、酸化シリコンから
なる第1調整膜を形成する工程と、 前記第1調整膜の上に窒化シリコンからなる第2調整膜
を形成する工程とにより、前記イオン注入調整膜を成膜
することを特徴とする請求項1〜14のうちのいずれか
1項に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
16. The second step, comprising: forming a first adjustment film made of silicon oxide; and forming a second adjustment film made of silicon nitride on the first adjustment film, The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein an ion implantation adjusting film is formed.
【請求項17】 前記第2の工程は、前記第2調整膜を
形成した後に、前記第2調整膜の下端部を除去する工程
を含むことを特徴とする請求項16のうちのいずれか1
項に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
17. The method according to claim 16, wherein the second step includes a step of removing a lower end of the second adjustment film after forming the second adjustment film.
13. The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to item 10.
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