JP2003124359A - Method of manufacturing non-volatile semiconductor memory and cell structure of non-volatile semiconductor memory - Google Patents
Method of manufacturing non-volatile semiconductor memory and cell structure of non-volatile semiconductor memoryInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、特にスプリットゲ
ート型のフラッシュメモリ(Flash EEPROM)セルの書き
換え可能回数(endurance )向上を伴う改良に着目した
不揮発性半導体記憶装置の製造方法及び不揮発性半導体
記憶装置のセル構造に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a non-volatile semiconductor memory device and a non-volatile semiconductor memory, which is particularly focused on an improvement accompanied by an improvement in the rewritable count (endurance) of a split gate type flash memory (Flash EEPROM) cell. It relates to the cell structure of the device.
【0002】[0002]
【従来の技術】不揮発性半導体記憶装置は、大規模集積
化、縮小化が進み、かつ低電源電圧−昇圧電圧動作が一
般化されている。スプリットゲート型のフラッシュメモ
リは、そのセルの構成上、電荷の注入/放出動作がそれ
ぞれ異なるゲート絶縁膜を介する経路で行われるため、
電荷の注入/放出動作に関わる酸化膜質が劣化し難い利
点を有する。2. Description of the Related Art Non-volatile semiconductor memory devices have been increasingly integrated and reduced in size, and low power supply voltage-boosted voltage operation has been generalized. In the split-gate type flash memory, charge injection / release operations are performed through different gate insulating films due to the structure of the cell.
This has the advantage that the quality of the oxide film involved in the charge injection / release operation is unlikely to deteriorate.
【0003】図7は、一般的なスプリットゲート型のフ
ラッシュメモリにおけるセル構造の一例を示す断面図で
ある。ゲート酸化膜(トンネル酸化膜)71上のフロー
ティングゲートFGは、ポリシリコン層72を選択的に
酸化した選択酸化部74をマスクにしてパターニング形
成される。これにより、フローティングゲート端部72
1が尖った形態を有する。FIG. 7 is a sectional view showing an example of a cell structure in a general split gate type flash memory. The floating gate FG on the gate oxide film (tunnel oxide film) 71 is patterned by using the selective oxidation portion 74 obtained by selectively oxidizing the polysilicon layer 72 as a mask. This allows the floating gate end 72
1 has a pointed morphology.
【0004】コントロールゲートCGは、ゲート酸化膜
75を介してフローティングゲートFGの一部上から片
方の側部隣接付近に亘ってパターニング形成される。一
般に、コントロールゲートCGの形成と図示しない他の
MOSトランジスタにおけるゲート電極の形成は同一工
程で行われる。The control gate CG is patterned through a part of the floating gate FG through the gate oxide film 75 to the vicinity of one side of the floating gate FG. Generally, the formation of the control gate CG and the formation of the gate electrode in another MOS transistor (not shown) are performed in the same step.
【0005】上記構成のメモリセルへのデータの書き込
みは、コントロールゲートCGとソースSに高電圧を加
える。これにより、熱電子がゲート酸化膜71を介して
フローティングゲートFGに注入される(データ“0”
状態)。データの消去は、ソースS,ドレインDを解放
してコントロールゲートCGに高電圧を加える。これに
より、フローティングゲート端部721より電子をトン
ネル効果でコントロールゲートCG側に引き抜く(デー
タ“1”状態)。To write data to the memory cell having the above structure, a high voltage is applied to the control gate CG and the source S. As a result, thermoelectrons are injected into the floating gate FG via the gate oxide film 71 (data “0”).
Status). To erase data, the source S and the drain D are released and a high voltage is applied to the control gate CG. As a result, electrons are extracted from the floating gate end 721 to the control gate CG side by the tunnel effect (data “1” state).
【0006】消去の際のトンネル電流は、尖ったフロー
ティングゲート端部721より容易に発生可能であり、
従ってゲート酸化膜75の膜厚も厚め(20nm程度)
に設定できる。また、コントロールゲートCGに加える
高電圧も比較的低めに設定できる。A tunnel current at the time of erasing can be easily generated from the sharp floating gate end 721.
Therefore, the gate oxide film 75 is also thick (about 20 nm).
Can be set to. Further, the high voltage applied to the control gate CG can be set relatively low.
【0007】このように、電荷の注入/放出動作がそれ
ぞれ、ゲート酸化膜71/ゲート酸化膜75を介する異
なった経路でもって達成される。このため、電荷の注入
/放出動作に関わる酸化膜(71,75)の寿命が長く
なり、データの書き換え回数(endurance )の向上に寄
与した構成となっている。In this way, the charge injection / discharge operations are accomplished by different paths through the gate oxide film 71 / gate oxide film 75, respectively. Therefore, the lifetime of the oxide film (71, 75) related to the charge injection / release operation is extended, which contributes to the improvement of the number of data rewrites (endurance).
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】消去の際のトンネル電
流は、尖ったフローティングゲート端部721よりコン
トロールゲートCG側に流れる。このフローティングゲ
ート端部721の尖鋭度合いが優れた構造ほど電子の放
出(電荷を引き抜き)に有利であって、消去特性が向上
する。A tunnel current at the time of erasing flows from the sharp floating gate end 721 to the control gate CG side. The structure in which the sharpness of the floating gate end portion 721 is excellent is more advantageous for the emission of electrons (extracting charges), and the erase characteristic is improved.
【0009】図8(a),(b)は、それぞれ上記図7
におけるセル構造の一部の製造方法を示す断面図であ
り、フローティングゲートFGの製造工程を表してい
る。シリコン基板70におけるゲート酸化膜(トンネル
酸化膜)71上にポリシリコン層72を堆積する。次
に、窒化膜73を堆積し、フォトリソグラフィー技術を
用いてポリシリコン層72上に窒化膜73のマスクを形
成する。FIGS. 8 (a) and 8 (b) are respectively shown in FIG.
FIG. 6C is a cross-sectional view showing the method of manufacturing a part of the cell structure in, and showing the manufacturing process of floating gate FG. A polysilicon layer 72 is deposited on a gate oxide film (tunnel oxide film) 71 on a silicon substrate 70. Next, a nitride film 73 is deposited, and a mask of the nitride film 73 is formed on the polysilicon layer 72 by using the photolithography technique.
【0010】その後、窒化膜73のマスクに覆われてい
ないポリシリコン層72を酸化する。その条件は、85
0℃、95%程度の水蒸気雰囲気で数十分間の熱酸化で
あるこれにより、選択酸化部74を形成する(図8
(a))。Thereafter, the polysilicon layer 72 not covered with the mask of the nitride film 73 is oxidized. The condition is 85
This is thermal oxidation for several tens of minutes in a steam atmosphere at 0 ° C. and about 95%, whereby the selective oxidation part 74 is formed (FIG. 8).
(A)).
【0011】次に、窒化膜73を除去した後、選択酸化
部74をマスクにポリシリコン層72をエッチングす
る。これにより、端部(721)の尖ったフローティン
グゲートFGの形態を形成する(図8(b))。Next, after removing the nitride film 73, the polysilicon layer 72 is etched using the selective oxidation portion 74 as a mask. As a result, the floating gate FG having a sharp end (721) is formed (FIG. 8B).
【0012】ここで注目すべきは、フローティングゲー
ト端部721の尖鋭度合いである。図8(b)における
ポリシリコン層72のエッチングでは、選択酸化部74
をマスクに用い、例えば、Cl系のエッチングガスを用
いたRIE(Reactive Ion Etching)法による異方性エ
ッチングが達成される。しかし、酸化膜に対するポリシ
リコンのエッチング選択性は中程度であって十分に大き
いとはいえない。What should be noted here is the degree of sharpness of the floating gate end portion 721. The etching of the polysilicon layer 72 in FIG.
Is used as a mask to achieve anisotropic etching by, for example, RIE (Reactive Ion Etching) using a Cl-based etching gas. However, the etching selectivity of polysilicon with respect to the oxide film is moderate and cannot be said to be sufficiently large.
【0013】図9は、図8(b)で示すようなフローテ
ィングゲートFGのゲート端部721の一つを拡大した
断面図である。選択酸化部74をマスクとしたポリシリ
コン層72のエッチングが進行すると、選択酸化部の端
部741の薄い部分も幾分エッチングされる。これによ
り、フローティングゲート端部721の頂部が崩れ、尖
鋭化が十分でなくなる。その分、電荷引き抜きの有利性
が損なわれることになり、さらなる消去特性向上を妨げ
ることになる。FIG. 9 is an enlarged sectional view of one of the gate end portions 721 of the floating gate FG as shown in FIG. 8B. When the etching of the polysilicon layer 72 using the selective oxidation portion 74 as a mask progresses, the thin portion of the end portion 741 of the selective oxidation portion is also etched to some extent. As a result, the top of the floating gate end 721 collapses and the sharpening is not sufficient. To that extent, the advantage of charge extraction is impaired, which hinders further improvement in erasing characteristics.
【0014】本発明は上記のような事情を考慮してなさ
れたもので、スプリットゲート型のフラッシュメモリセ
ルにおける電荷放出に有利なより尖鋭化したフローティ
ングゲート端部を有し、書き換え可能回数をいっそう向
上させる高信頼性を伴なう不揮発性半導体記憶装置の製
造方法及び不揮発性半導体記憶装置のセル構造を提供し
ようとするものである。The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and has a sharpened floating gate end portion which is advantageous for discharging charges in a split gate type flash memory cell, and has a higher rewritable number. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a non-volatile semiconductor memory device with improved high reliability and a cell structure of the non-volatile semiconductor memory device.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明に係る不揮発性半
導体記憶装置の製造方法は、スプリットゲート型のフラ
ッシュメモリセルに関し、半導体基板上の第1のゲート
酸化膜上にポリシリコン層及び窒化膜を積層する工程
と、前記窒化膜をフローティングゲート形成用のマスク
として選択的にパターニングする工程と、露出した前記
ポリシリコン層に対し1000℃を超えない850℃よ
り高い温度でウェット酸化し、ポリシリコン層底部に至
らない選択酸化部を形成する工程と、前記選択酸化部を
マスクに前記ポリシリコン層をエッチングし、端部の先
鋭化したフローティングゲートを形成する工程と、前記
フローティングゲートの先鋭化した一方端部上に少なく
とも第2のゲート酸化膜を介してコントロールゲートを
形成する工程と、を具備したことを特徴とする。A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention relates to a split gate type flash memory cell, and a polysilicon layer and a nitride film are formed on a first gate oxide film on a semiconductor substrate. And a step of selectively patterning the nitride film as a mask for forming a floating gate, and wet-oxidizing the exposed polysilicon layer at a temperature higher than 850 ° C. not exceeding 1000 ° C. A step of forming a selective oxidation portion that does not reach the bottom of the layer; a step of etching the polysilicon layer using the selective oxidation portion as a mask to form a floating gate with sharpened edges; and a step of sharpening the floating gate. Forming a control gate on at least one end portion via at least a second gate oxide film; Characterized in that Bei was.
【0016】上記本発明の不揮発性半導体記憶装置の製
造方法によれば、ポリシリコン層は1000℃を超えな
い850℃より高い温度で選択的にウェット酸化され、
大きな酸化速度に伴なう縦方向の酸化及び緻密な選択酸
化部を現出させる。この選択酸化部は緻密さゆえ、ポリ
シリコン層とのエッチング選択比は大きくなり、端部の
薄い箇所でもエッチングされ難くくなる。これにより、
フローティングゲート端部の頂部が崩れ難く、尖鋭化さ
れたフローティングゲート端部が残留しやすい。According to the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the polysilicon layer is selectively wet-oxidized at a temperature higher than 850 ° C., which does not exceed 1000 ° C.,
Longitudinal oxidization with a large oxidization rate and a dense selective oxidization part are revealed. Since the selective oxidation portion is dense, the etching selection ratio with respect to the polysilicon layer becomes large, and it becomes difficult to etch even a thin end portion. This allows
The top of the floating gate edge is hard to collapse, and the sharpened floating gate edge tends to remain.
【0017】なお、前記窒化膜のパターニングにはレジ
ストが利用され、このレジストが、前記フローティング
ゲートの導電性を制御するイオン注入のマスクになって
いることを特徴とする。これにより、メモリセルに関係
のない他の回路領域もレジストに覆われ、イオン注入す
べきフローティングゲートの箇所にのみイオン注入でき
る。A resist is used for patterning the nitride film, and the resist serves as an ion implantation mask for controlling the conductivity of the floating gate. As a result, the other circuit region not related to the memory cell is covered with the resist, and the ions can be implanted only in the floating gate portion to be ion-implanted.
【0018】また、前記選択酸化部をマスクに前記ポリ
シリコン層をエッチングスする際、HBrを主たるエッ
チングガスとした反応性イオンエッチングを利用するこ
とを特徴とする。Brのような比較的重い原子を用いて
垂直性に優れるエッチングを施す。When the polysilicon layer is etched using the selective oxidation portion as a mask, reactive ion etching using HBr as a main etching gas is used. Etching with excellent verticality is performed using relatively heavy atoms such as Br.
【0019】また、本発明は、電荷の注入/放出動作が
それぞれ異なるゲート絶縁膜を介する経路で行われるス
プリットゲート型の不揮発性半導体記憶装置のセル構造
に関し、半導体基板上に形成された第1のゲート絶縁膜
及びその上のフローティングゲートと、前記フローティ
ングゲート一部上から側部隣接付近の半導体基板上にか
けて少なくとも第2のゲート絶縁膜を介して形成された
コントロールゲートと、を具備し、前記フローティング
ゲートの端部は、前記電荷の放出動作に関連する書き換
え可能回数向上のための尖鋭化がなされていることを特
徴とする。Further, the present invention relates to a cell structure of a split gate type non-volatile semiconductor memory device in which charge injection / release operations are carried out by paths through different gate insulating films, and a first structure formed on a semiconductor substrate. A gate insulating film and a floating gate on the gate insulating film, and a control gate formed on at least a second gate insulating film from a portion above the floating gate to a semiconductor substrate in the vicinity of a side portion thereof, The end of the floating gate is sharpened to improve the number of rewritable times associated with the charge discharging operation.
【0020】フローティングゲートの端部は、尖鋭化が
改善されることにより、電荷引き抜きの有利性が顕著と
なり、セル構造としてさらなる消去特性向上が期待でき
る。これにより、書き換え可能回数を仕様として10万
回以上に向上させることができる。By improving sharpness at the end of the floating gate, the advantage of charge extraction becomes remarkable, and further improvement in erase characteristics can be expected as a cell structure. As a result, the number of rewritable times can be increased to 100,000 or more as a specification.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】図1(a),(b)は、それぞれ
本発明の基本的な実施形態に係る不揮発性半導体記憶装
置の製造方法の要部であり、スプリットゲート型のフラ
ッシュメモリのセル構造におけるフローティングゲート
の形成方法の特徴部分を示す断面図である。1 (a) and 1 (b) are main parts of a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to a basic embodiment of the present invention, showing a split gate type flash memory. It is sectional drawing which shows the characteristic part of the formation method of the floating gate in a cell structure.
【0022】図1(a)に示すように、不純物イオン注
入で整えられたシリコン基板10上にゲート酸化膜(ト
ンネル酸化膜)11を形成する。その上にフローティン
グゲート用のポリシリコン層12及びマスク用に窒化膜
13を積層する。その後、窒化膜13をフローティング
ゲート形成用のマスクとして選択的にパターニングす
る。なお、窒化膜13のパターニングの際に使われるレ
ジスト(図示せず)を利用してポリシリコン層12には
不純物が導入済みである。As shown in FIG. 1A, a gate oxide film (tunnel oxide film) 11 is formed on a silicon substrate 10 prepared by impurity ion implantation. A polysilicon layer 12 for the floating gate and a nitride film 13 for the mask are stacked on top of this. Then, the nitride film 13 is selectively patterned as a mask for forming a floating gate. Impurities have already been introduced into the polysilicon layer 12 using a resist (not shown) used when patterning the nitride film 13.
【0023】次に、窒化膜13のパターンより露出した
ポリシリコン層12に対し1000℃を超えない850
℃より高い温度、例えば900℃でウェット酸化し、ポ
リシリコン層12底部に到達しないように制御される選
択酸化部14を形成する。Next, the polysilicon layer 12 exposed from the pattern of the nitride film 13 does not exceed 850 ° C. 850.
Wet oxidation is performed at a temperature higher than 0 ° C., for example, 900 ° C., to form a selective oxidation portion 14 controlled so as not to reach the bottom of the polysilicon layer 12.
【0024】次に、図1(b)に示すように、選択酸化
部14をマスクにポリシリコン層12をエッチングし、
端部121が先鋭化したフローティングゲートFGを形
成する。その後、ここでは図示しないが、フローティン
グゲートFGの先鋭化した一方端部121上に少なくと
もゲート酸化膜を介してコントロールゲート(CG)を
形成する。Next, as shown in FIG. 1B, the polysilicon layer 12 is etched using the selective oxidation portion 14 as a mask,
A floating gate FG having a sharpened end 121 is formed. Thereafter, although not shown here, a control gate (CG) is formed on at least one sharpened end 121 of the floating gate FG via at least a gate oxide film.
【0025】上記実施形態の方法によれば、ポリシリコ
ン層12は、1000℃を超えない850℃より高い温
度で選択的にウェット酸化され、大きな酸化速度に伴な
う縦方向の酸化及び緻密な選択酸化部14を現出させ
る。この選択酸化部14は緻密な酸化膜であって、ポリ
シリコン層12とのエッチング選択比は従来に比べて大
きくなる。また、薄くなりがちの端部141は従来に比
べてより厚くなる。According to the method of the above embodiment, the polysilicon layer 12 is selectively wet-oxidized at a temperature higher than 850 ° C., which does not exceed 1000 ° C., so that the polysilicon layer 12 is oxidized vertically and becomes dense with a high oxidation rate. The selective oxidation part 14 is exposed. The selective oxidation portion 14 is a dense oxide film, and the etching selection ratio with respect to the polysilicon layer 12 becomes larger than that in the conventional case. Further, the end portion 141, which tends to be thin, is thicker than the conventional one.
【0026】これにより、ポリシリコン層12のエッチ
ングの際、選択酸化部14のマスク機能は従来に比べて
優れ、フローティングゲートFG端部121の頂部が崩
れ難く、尖鋭化された端部121が残留しやすい。As a result, when the polysilicon layer 12 is etched, the masking function of the selective oxidation portion 14 is superior to the conventional one, the top of the floating gate FG end 121 is less likely to collapse, and the sharpened end 121 remains. It's easy to do.
【0027】このように、フローティングゲートFGの
端部121の尖鋭化が改善されることによって、電荷引
き抜きの有利性顕著となり、さらなる消去特性向上が期
待できる。これにより、書き換え可能回数をいっそう向
上させる高信頼性のセル構造が実現できる。As described above, the sharpening of the end portion 121 of the floating gate FG is improved, so that the advantage of the charge extraction becomes remarkable, and further improvement of the erase characteristic can be expected. As a result, a highly reliable cell structure that further improves the number of rewritable times can be realized.
【0028】図2〜図6は、それぞれ本発明の一実施形
態に係る半導体記憶装置の製造方法の要部であり、スプ
リットゲート型のフラッシュメモリセルにおける製造方
法を工程順に示す断面図である。図1と同様の箇所には
同一の符号を付して説明する。2 to 6 are main parts of a method of manufacturing a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention, and are cross-sectional views showing a method of manufacturing a split gate type flash memory cell in the order of steps. The same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals for description.
【0029】図2に示すように、P型の不純物(例えば
ボロン)イオン注入で整えられたシリコン基板10上に
ゲート酸化膜(トンネル酸化膜)11、ポリシリコン層
12、窒化膜13をそれぞれ8nm程度、120nm程
度、80nm程度積層する。その後、窒化膜13上にレ
ジストPRを形成し、フローティングゲート形成用のパ
ターンを抜く。As shown in FIG. 2, a gate oxide film (tunnel oxide film) 11, a polysilicon layer 12, and a nitride film 13 each having a thickness of 8 nm are formed on a silicon substrate 10 prepared by P-type impurity (for example, boron) ion implantation. About 120 nm and about 80 nm. After that, a resist PR is formed on the nitride film 13 and the pattern for forming the floating gate is removed.
【0030】窒化膜13は、レジストPRのパターンに
従ってCHF3を主なエッチングガスとした反応性イオ
ンエッチングにより除去される。さらに、このレジスト
PRのパターンをマスクにフローティングゲートの導電
性を制御するイオン注入が行われる。このイオン注入は
例えばP(リン)を加速電圧20keV、ドーズ量2×
1014cm-2程度とする。The nitride film 13 is removed by reactive ion etching using CHF 3 as a main etching gas according to the pattern of the resist PR. Further, using the pattern of the resist PR as a mask, ion implantation for controlling the conductivity of the floating gate is performed. This ion implantation uses, for example, P (phosphorus) with an acceleration voltage of 20 keV and a dose of 2 ×.
It is about 10 14 cm -2 .
【0031】次に、図3に示すように、レジストPRを
除去し、窒化膜13のパターンより露出したポリシリコ
ン層12に対し、例えば900℃、95%程度の水蒸気
雰囲気で数十分間の熱酸化を行い、最大で略140nm
程度の膜厚の選択酸化部14を形成する。これにより、
縦方向に酸化傾向が強く、かつポリシリコン層12底部
に到達しない選択酸化部14が得られる。Next, as shown in FIG. 3, the resist PR is removed, and the polysilicon layer 12 exposed from the pattern of the nitride film 13 is exposed to a steam atmosphere of, for example, 900 ° C. and about 95% for several tens of minutes. Thermal oxidation is performed, maximum 140nm
The selective oxidation portion 14 having a film thickness of approximately the same is formed. This allows
A selective oxidation portion 14 having a strong tendency to oxidize in the vertical direction and not reaching the bottom of the polysilicon layer 12 is obtained.
【0032】次に、図4に示すように、窒化膜13を熱
リン酸でエッチング除去した後、選択酸化部14をマス
クにポリシリコン層12をエッチングする。このエッチ
ングは例えば、HBrを主なエッチングガスとした反応
性イオンエッチング(異方性エッチング)による。特に
Brのような比較的重い原子を用いイオンを加速すれば
垂直エッチング性に優れ選択的なエッチング除去が達成
できる。この他、Cl系のエッチングガスを利用しても
よい。これにより、端部121が先鋭化したフローティ
ングゲートFGを形成する(図1参照)。Next, as shown in FIG. 4, after the nitride film 13 is removed by etching with hot phosphoric acid, the polysilicon layer 12 is etched using the selective oxidation portion 14 as a mask. This etching is, for example, reactive ion etching (anisotropic etching) using HBr as a main etching gas. Particularly, when relatively heavy atoms such as Br are used to accelerate the ions, the vertical etching property is excellent and selective etching removal can be achieved. Alternatively, a Cl-based etching gas may be used. As a result, the floating gate FG having the sharpened end 121 is formed (see FIG. 1).
【0033】次に、図5に示すように、少なくともフロ
ーティングゲートFGの先鋭化した一方端部121上に
おいて所定の厚さ(20nm程度)になるようゲート酸
化膜15を形成する。次に、ポリシリコン層及び高融点
金属(W等)の堆積を含み、フローティングゲートFG
の先鋭化した一方端部121上から基板上にかけてシリ
サイド層を構成するコントロールゲートCGをパターニ
ング形成する。Next, as shown in FIG. 5, a gate oxide film 15 is formed so as to have a predetermined thickness (about 20 nm) at least on the sharpened one end 121 of the floating gate FG. Next, the floating gate FG including the deposition of the polysilicon layer and the refractory metal (such as W) is included.
A control gate CG forming a silicide layer is formed by patterning on the sharpened one end portion 121 to the substrate.
【0034】次に、図6に示すように、セル構造上全体
に保護膜(酸化膜等;あるいは窒化膜を含む場合もあ
る)16を形成し、ソースラインのイオン注入や、ドレ
イン領域のイオン注入が行われる。これにより、スプリ
ットゲート型のフラッシュメモリセルの構成を実現する
ことができる。Next, as shown in FIG. 6, a protective film (oxide film or the like; sometimes including a nitride film) 16 is formed on the entire cell structure, and ion implantation of source lines and ions of drain regions are performed. The injection is done. As a result, the structure of the split gate type flash memory cell can be realized.
【0035】上記図6の構成のメモリセルへのデータの
書き込みは、コントロールゲートCGとソースSに高電
圧を加える。これにより、熱電子がゲート酸化膜11を
介してフローティングゲートFGに注入される(データ
“0”状態)。データの消去は、ソースS,ドレインD
を解放してコントロールゲートCGに高電圧を加える。
これにより、フローティングゲート端部121より電子
をトンネル効果でコントロールゲートCG側に引き抜く
(データ“1”状態)。To write data to the memory cell having the structure shown in FIG. 6, a high voltage is applied to the control gate CG and the source S. As a result, hot electrons are injected into the floating gate FG via the gate oxide film 11 (data “0” state). Data is erased by source S and drain D
Is released and a high voltage is applied to the control gate CG.
As a result, electrons are extracted from the floating gate end 121 to the control gate CG side by the tunnel effect (data “1” state).
【0036】上記実施形態の方法によれば、ポリシリコ
ン層12は、900℃程度の高温で大きな酸化速度(縦
方向の酸化傾向)を得て、緻密な選択酸化部14を現出
させる。これにより、ポリシリコン層12のエッチング
の際、選択酸化部14のマスク機能は改善され、フロー
ティングゲートFG端部121の頂部が崩れ難く、尖鋭
化された端部121を得ることができる。According to the method of the above-described embodiment, the polysilicon layer 12 obtains a high oxidation rate (oxidation tendency in the vertical direction) at a high temperature of about 900 ° C. to expose the dense selective oxidation portion 14. As a result, when the polysilicon layer 12 is etched, the masking function of the selective oxidation portion 14 is improved, the top of the floating gate FG end 121 is less likely to collapse, and a sharpened end 121 can be obtained.
【0037】フローティングゲートFGの端部121の
尖鋭化が改善されることによって、電荷引き抜きの有利
性が顕著となり、さらなる消去特性向上が期待できる。
これにより、書き換え可能回数を仕様として10万回以
上に向上させることのできる高信頼性のセル構造が実現
される。By improving sharpening of the end portion 121 of the floating gate FG, the advantage of charge extraction becomes remarkable, and further improvement of erasing characteristics can be expected.
As a result, a highly reliable cell structure capable of improving the number of rewritable times to 100,000 or more as a specification is realized.
【0038】[0038]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
れば、ポリシリコン層は1000℃を超えない850℃
より高い温度で選択的にウェット酸化され、大きな酸化
速度に伴なう縦方向の酸化及び緻密な選択酸化部を現出
させる。これにより、ポリシリコン層とのエッチング選
択比が大きくなり、尖鋭化されたフローティングゲート
端部が残留しやすい。この結果、スプリットゲート型の
フラッシュメモリセルにおける電荷放出に有利なより尖
鋭化したフローティングゲート端部を有し、書き換え可
能回数をいっそう向上させる高信頼性を伴なう不揮発性
半導体記憶装置の製造方法及び不揮発性半導体記憶装置
のセル構造を提供することができる。As described above, according to the method of the present invention, the polysilicon layer does not exceed 1000 ° C. and 850 ° C.
It is selectively wet-oxidized at a higher temperature to expose vertical oxidation and a dense selective oxidation portion with a high oxidation rate. As a result, the etching selectivity with respect to the polysilicon layer is increased, and the sharpened floating gate end portion is likely to remain. As a result, a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device having a sharpened floating gate end portion that is advantageous for discharging charges in a split gate type flash memory cell and having high reliability that further improves the number of rewritable times Also, a cell structure of a nonvolatile semiconductor memory device can be provided.
【図1】 (a),(b)は、それぞれ本発明の基本的
な実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の
要部であり、スプリットゲート型のフラッシュメモリの
セル構造におけるフローティングゲートの形成方法の特
徴部分を示す断面図である。1A and 1B are each a main part of a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to a basic embodiment of the present invention, in which a floating gate in a cell structure of a split gate type flash memory is used. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a characteristic part of the forming method of FIG.
【図2】 本発明の一実施形態に係る半導体記憶装置の
製造方法の要部であり、スプリットゲート型のフラッシ
ュメモリセルにおける製造方法を工程順に示す第1の断
面図である。FIG. 2 is a first cross-sectional view showing an essential part of the method for manufacturing the semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention, and showing the method for manufacturing the split gate type flash memory cell in the order of steps.
【図3】 図2に続く第2の断面図である。FIG. 3 is a second cross-sectional view subsequent to FIG.
【図4】 図3に続く第3の断面図である。FIG. 4 is a third cross-sectional view subsequent to FIG.
【図5】 図4に続く第4の断面図である。FIG. 5 is a fourth cross-sectional view following FIG.
【図6】 図5に続く第5の断面図である。FIG. 6 is a fifth cross-sectional view following FIG.
【図7】 一般的なスプリットゲート型のフラッシュメ
モリにおけるセル構造の一例を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of a cell structure in a general split gate type flash memory.
【図8】 (a),(b)は、それぞれ上記図7におけ
るセル構造の一部の製造方法を示す断面図であり、フロ
ーティングゲートFGの製造工程を表している。8A and 8B are cross-sectional views showing a method of manufacturing a part of the cell structure in FIG. 7, showing a manufacturing process of the floating gate FG.
【図9】 図8(b)におけるフローティングゲートF
Gのゲート端部13を拡大した断面図である。FIG. 9 is a floating gate F in FIG.
It is sectional drawing which expanded the gate edge part 13 of G.
10,70…シリコン基板 11,15,71,75…ゲート酸化膜、 12,72…ポリシリコン層 121…端部(ポリシリコンの尖鋭化端部) 13,73…窒化膜 14,74…選択酸化部 141,741…選択酸化部の端部 16…保護膜 721…フローティングゲート端部 FG…フローティングゲート CG…コントロールゲート PR…レジスト 10, 70 ... Silicon substrate 11, 15, 71, 75 ... Gate oxide film, 12, 72 ... Polysilicon layer 121 ... Edge (Sharpened edge of polysilicon) 13, 73 ... Nitride film 14,74 ... Selective oxidation part 141, 741 ... End of selective oxidation part 16 ... Protective film 721 ... End of floating gate FG ... floating gate CG ... control gate PR ... resist
フロントページの続き Fターム(参考) 5F083 EP03 EP13 EP25 EP52 EP57 ER02 ER17 ER22 GA21 JA39 JA56 PR03 PR05 PR07 PR33 PR36 5F101 BA07 BA15 BA24 BA36 BB04 BC01 BC11 BD02 BD22 BE05 BE07 BF03 BH03 BH09 BH14 BH19 Continued front page F term (reference) 5F083 EP03 EP13 EP25 EP52 EP57 ER02 ER17 ER22 GA21 JA39 JA56 PR03 PR05 PR07 PR33 PR36 5F101 BA07 BA15 BA24 BA36 BB04 BC01 BC11 BD02 BD22 BE05 BE07 BF03 BH03 BH09 BH14 BH19
Claims (4)
セルに関し、 半導体基板上の第1のゲート酸化膜上にポリシリコン層
及び窒化膜を積層する工程と、 前記窒化膜をフローティングゲート形成用のマスクとし
て選択的にパターニングする工程と、 露出した前記ポリシリコン層に対し1000℃を超えな
い850℃より高い温度でウェット酸化し、ポリシリコ
ン層底部に至らない選択酸化部を形成する工程と、 前記選択酸化部をマスクに前記ポリシリコン層をエッチ
ングし、端部の先鋭化したフローティングゲートを形成
する工程と、 前記フローティングゲートの先鋭化した一方端部上に少
なくとも第2のゲート酸化膜を介してコントロールゲー
トを形成する工程と、を具備した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 split gate type flash memory cell, comprising: stacking a polysilicon layer and a nitride film on a first gate oxide film on a semiconductor substrate; and selecting the nitride film as a mask for forming a floating gate. Patterning, the exposed polysilicon layer is wet-oxidized at a temperature higher than 850 ° C., which does not exceed 1000 ° C., to form a selective oxidation portion that does not reach the bottom of the polysilicon layer, and the selective oxidation portion. Etching the polysilicon layer with the mask as a mask to form a floating gate having sharpened ends, and forming a control gate on at least one sharpened end of the floating gate through at least a second gate oxide film. A method of manufacturing a non-volatile semiconductor memory device, comprising: a forming step.
が利用され、このレジストが、前記フローティングゲー
トの導電性を制御するイオン注入のマスクになっている
ことを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装
置の製造方法。2. The non-volatile according to claim 1, wherein a resist is used for patterning the nitride film, and the resist serves as an ion implantation mask for controlling conductivity of the floating gate. Manufacturing method of semiconductor memory device.
コン層をエッチングスする際、HBrを主たるエッチン
グガスとした反応性イオンエッチングを利用することを
特徴とする請求項1または2記載の不揮発性半導体記憶
装置の製造方法。3. The non-volatile according to claim 1, wherein when the polysilicon layer is etched by using the selective oxidation portion as a mask, reactive ion etching using HBr as a main etching gas is used. Manufacturing method of semiconductor memory device.
ゲート絶縁膜を介する経路で行われるスプリットゲート
型の不揮発性半導体記憶装置のセル構造に関し、 半導体基板上に形成された第1のゲート絶縁膜及びその
上のフローティングゲートと、 前記フローティングゲート一部上から側部隣接付近の半
導体基板上にかけて少なくとも第2のゲート絶縁膜を介
して形成されたコントロールゲートと、を具備し、 前記フローティングゲートの端部は、前記電荷の放出動
作に関連する書き換え可能回数向上のための尖鋭化がな
されていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の
セル構造。4. A cell structure of a split gate type non-volatile semiconductor memory device in which charge injection / release operations are performed through different gate insulating film paths, and a first gate insulating film formed on a semiconductor substrate. And a floating gate on the floating gate, and a control gate formed on at least a second gate insulating film from a portion above the floating gate to a semiconductor substrate in the vicinity of a side portion adjacent to the floating gate, and an end of the floating gate. The cell structure of the nonvolatile semiconductor memory device is characterized in that the portion is sharpened to improve the number of rewritable times associated with the charge discharging operation.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001320000A JP2003124359A (en) | 2001-10-17 | 2001-10-17 | Method of manufacturing non-volatile semiconductor memory and cell structure of non-volatile semiconductor memory |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007258572A (en) * | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Nec Electronics Corp | Split-gate nonvolatile semiconductor memory device and manufacturing method therefor |
-
2001
- 2001-10-17 JP JP2001320000A patent/JP2003124359A/en not_active Withdrawn
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