JP2003133540A - Method for forming dot unit and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for forming dot unit and method for manufacturing semiconductor device

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JP2003133540A
JP2003133540A JP2001323202A JP2001323202A JP2003133540A JP 2003133540 A JP2003133540 A JP 2003133540A JP 2001323202 A JP2001323202 A JP 2001323202A JP 2001323202 A JP2001323202 A JP 2001323202A JP 2003133540 A JP2003133540 A JP 2003133540A
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Japan
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layer
forming
oxide film
semiconductor
film
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JP2001323202A
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Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Morimoto
廉 森本
Takeshi Takagi
剛 高木
Kiyoyuki Morita
清之 森田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming a dot unit containing Ge as a main component capable of simplifying steps and preventing characteristics of the quality of a device from being deteriorated. SOLUTION: The method for forming the dot unit comprises steps forming a lower oxide film 2 on an Si substrate 1, and forming an SiGe semiconductor thin film 3 on the film 2. The method further comprises steps of thermally oxidizing the substrate at 800 deg.C, and thereby forming an upper oxide film 4 from the SiGe semiconductor thin film 3. Thus, Ge included in the film 3 is segregated and aggregated near the interface between the oxide film 4 and the lower oxide film 2, and the dot unit 5 containing the Ge as the main component is formed.

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、ドット体の形成方
法と、このドット体を用いた半導体装置の製造方法に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dot body forming method and a semiconductor device manufacturing method using the dot body.

【0002】[0002]

【従来の技術】21世紀の高度情報社会では、携帯型情
報機器においても膨大な画像,音声データが扱われるよ
うになるため、低消費電力で高容量・高速な不揮発性メ
モリのニーズがますます高くなってきている。
2. Description of the Related Art In the advanced information society of the 21st century, a huge amount of image and voice data will be handled even in portable information devices, so there is a need for high-capacity, high-speed nonvolatile memory with low power consumption. It is getting higher.

【0003】カリフォルニア大学バークレイ校のYa-Chi
n らは、不揮発性メモリの1つとして、金属-酸化膜-半
導体型電界効果トランジスタ(MOSFET:Metal Ox
ideSemiconductor Field Effect Transistor )のゲー
ト絶縁膜中にGe量子ドットを埋め込んだいわゆる「G
e量子ドットメモリ」を文献1( International Elect
ron Devices Meeting 1998 Technical Digest, pp.115
( インターナショナル・エレクトロン・デバイセズ・
ミーティング テクニカルダイジェスト 115頁))
において報告している。Ge量子ドットメモリはDRA
Mの高速性とフラッシュメモリの不揮発性との特徴を併
せ持ったメモリ素子である。Ge量子ドットメモリにお
いては、高速かつ低電圧での書き込み・消去動作が可能
であり、また109 回を越える書き込みが可能な書き込
み耐性が備えられている。現段階では、Ge量子ドット
メモリにおいては、フラッシュメモリのデータ保持時間
である10年には届かないものの、10万秒以上の保持
時間が報告されている。
Ya-Chi from the University of California, Berkeley
n is a non-volatile memory, and is used as a metal-oxide film-semiconductor field effect transistor (MOSFET: Metal Ox).
ideSemiconductor Field Effect Transistor) with so-called “G” in which Ge quantum dots are embedded in the gate insulating film.
e Quantum Dot Memory ”in Reference 1 (International Elect
ron Devices Meeting 1998 Technical Digest, pp.115
(International Electron Devices
Meeting Technical digest 115 pages))
Have reported. Ge quantum dot memory is DRA
It is a memory device that has both the high speed of M and the non-volatility of a flash memory. The Ge quantum dot memory is capable of writing and erasing operations at high speed and at low voltage, and has a writing endurance capable of performing writing over 10 9 times. At the present stage, the Ge quantum dot memory has been reported to have a retention time of 100,000 seconds or more, although it does not reach the data retention time of the flash memory of 10 years.

【0004】ここで、上記の文献1に記載されている従
来のGe量子ドットメモリの製造方法について、図5
(a)〜(g)を参照しながら説明する。図5(a)〜
(g)は、従来のGe量子ドットメモリの製造工程のう
ちゲート絶縁膜中にGeドットを形成するまでの工程を
示した断面図である。
Here, a method of manufacturing the conventional Ge quantum dot memory described in the above-mentioned Document 1 will be described with reference to FIG.
A description will be given with reference to (a) to (g). FIG. 5 (a)-
FIG. 3G is a cross-sectional view showing a process up to forming Ge dots in the gate insulating film in the manufacturing process of the conventional Ge quantum dot memory.

【0005】まず、図5(a)に示す工程で、Si基板
101にGeをイオン注入する。そして、図5(b)に
示す工程で、基板を900℃以上の温度に加熱してウェ
ット酸化を行うことにより、基板上に酸化膜103を形
成する。このとき、酸化膜103とSi基板101との
界面にGeが偏析したGe偏析層102が形成される。
First, in the step shown in FIG. 5A, Ge is ion-implanted into the Si substrate 101. Then, in the step shown in FIG. 5B, the oxide film 103 is formed on the substrate by heating the substrate to a temperature of 900 ° C. or higher and performing wet oxidation. At this time, a Ge segregation layer 102 in which Ge is segregated is formed at the interface between the oxide film 103 and the Si substrate 101.

【0006】次に、図5(c)に示す工程で、酸化膜1
03を除去し、その後、基板上を800℃の温度でドラ
イ酸化する。これにより、Si基板101の上のGe偏
析層102はSiGe混晶層102aとなり、SiGe
混晶層102aの上には上部酸化膜104が形成され
る。上部酸化膜104を形成するときには、GeはSi
Ge混晶層102aとSi基板101との間の界面に偏
析しやすくなっているため、Ge混晶層102a中のG
eは上部酸化膜104内へ拡散しにくい。
Next, in the step shown in FIG. 5C, the oxide film 1 is formed.
03 is removed, and then the substrate is dry-oxidized at a temperature of 800 ° C. As a result, the Ge segregation layer 102 on the Si substrate 101 becomes the SiGe mixed crystal layer 102a, and the SiGe
An upper oxide film 104 is formed on the mixed crystal layer 102a. When forming the upper oxide film 104, Ge is Si
Since it is easy to segregate at the interface between the Ge mixed crystal layer 102a and the Si substrate 101, the G in the Ge mixed crystal layer 102a is easily separated.
e is difficult to diffuse into the upper oxide film 104.

【0007】その後、図5(d)に示す工程で、基板上
を650℃程度の低温に保ってウェット酸化すると、酸
化の進行に伴いGeがSiGe混晶層102aから上部
酸化膜104中に拡散することによりSi1-xGex2
層105が形成される。
Thereafter, in the step shown in FIG. 5D, when the substrate is kept at a low temperature of about 650 ° C. and wet-oxidized, Ge diffuses from the SiGe mixed crystal layer 102a into the upper oxide film 104 as the oxidation progresses. To produce Si 1-x Ge x O 2
The layer 105 is formed.

【0008】次に、図5(e)に示す工程で、基板上を
酸化することにより、SiGe混晶層102aとSi
1-xGex2層105との間に下部酸化膜106を形成
する。これにより、Si1-xGex2層105は、上部
酸化膜104と下部酸化膜106との間に介在すること
になる。
Next, in the step shown in FIG. 5E, the SiGe mixed crystal layer 102a and Si are oxidized by oxidizing the substrate.
A lower oxide film 106 is formed between the 1-x Ge x O 2 layer 105. As a result, the Si 1-x Ge x O 2 layer 105 is interposed between the upper oxide film 104 and the lower oxide film 106.

【0009】次に、図5(f)に示す工程で、基板に窒
素雰囲気中,900℃の条件で熱処理を行うと、Si
1-xGex2 層105中のGe原子が凝集して、上部酸
化膜104と下部酸化膜106とからなる酸化膜中にG
eドット107が形成される。
Next, in the step shown in FIG. 5F, when the substrate is heat-treated in a nitrogen atmosphere at 900 ° C., Si
Ge atoms in the 1-x Ge x O 2 layer 105 aggregate to form G in the oxide film composed of the upper oxide film 104 and the lower oxide film 106.
The e-dot 107 is formed.

【0010】次に、図5(g)に示す工程で、基板に窒
素をイオン注入して熱処理を行うことにより、下部酸化
膜106とSi基板101との界面に残存するSiGe
混晶層102aを電気的に不活性化する。
Next, in the step shown in FIG. 5 (g), nitrogen is ion-implanted into the substrate to perform heat treatment, so that SiGe remaining at the interface between the lower oxide film 106 and the Si substrate 101.
The mixed crystal layer 102a is electrically inactivated.

【0011】以上の工程により、文献1に開示されたG
eドット体が形成される。
Through the above steps, G
An e-dot body is formed.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、文献1
に示された従来のGe量子ドットメモリの製造方法に
は、以下に示すような不具合が生じていた。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problem to be Solved by the Invention
The conventional method for manufacturing a Ge quantum dot memory shown in FIG. 1 has the following problems.

【0013】まず、従来のGe量子ドットメモリの製造
工程は、条件の異なる酸化工程を何回も繰り返すなどの
プロセスが非常に複雑であった。
First, in the conventional Ge quantum dot memory manufacturing process, the process such as repeating the oxidation process under different conditions many times was very complicated.

【0014】さらに、Geドットメモリが完成した後に
も、Si基板101と下部酸化膜106との間にSiG
e混晶層102aが残ってしまう。このSiGe混晶層
102aには格子欠陥が多く存在するため、チャネルを
走行するキャリアの錯乱やキャリア捕獲が発生し、素子
特性が劣化してしまうという不具合が生じてしまう。
Further, even after the Ge dot memory is completed, the SiG film is formed between the Si substrate 101 and the lower oxide film 106.
e The mixed crystal layer 102a remains. Since many lattice defects are present in the SiGe mixed crystal layer 102a, confusion of carriers traveling in the channel and carrier trapping occur, which causes a problem that device characteristics are deteriorated.

【0015】本発明の目的は、形成工程が簡略化され,
かつ性能の劣化が抑制されるドット体とその製造方法と
を提供することにある。
The object of the present invention is to simplify the forming process,
Another object of the present invention is to provide a dot body in which deterioration of performance is suppressed and a manufacturing method thereof.

【0016】[0016]

【課題を解決する手段】本発明のドット体の形成方法
は、導体層の少なくとも一部に接する絶縁層を形成する
工程(a)と、上記絶縁層の上にゲルマニウムを含む化
合物半導体からなる半導体層を堆積する工程(b)と、
上記半導体層を熱酸化することにより、上記半導体層か
らGeを主成分とする複数のドット体と上記ドット体を
覆う酸化層とを形成する工程(c)とを含む。
A method of forming a dot body according to the present invention comprises a step (a) of forming an insulating layer in contact with at least a part of a conductor layer, and a semiconductor made of a compound semiconductor containing germanium on the insulating layer. Depositing a layer (b),
A step (c) of forming a plurality of dot bodies containing Ge as a main component and an oxide layer covering the dot bodies from the semiconductor layer by thermally oxidizing the semiconductor layer is included.

【0017】これにより、従来のドット体の形成方法に
よる場合よりも容易にドット体を形成することができ
る。さらに、工程(b)では、導体層の上に絶縁層を挟
んで半導体層を形成するため、工程(c)で半導体層を
熱酸化するときに導体層の方にGeが拡散して偏析する
ことを阻止することができる。そのため、周囲を絶縁体
によって囲まれたドット体を得ることができる。
As a result, the dot body can be formed more easily than in the conventional dot body forming method. Further, since the semiconductor layer is formed on the conductor layer with the insulating layer sandwiched in the step (b), Ge is diffused and segregated toward the conductor layer when the semiconductor layer is thermally oxidized in the step (c). Can be prevented. Therefore, it is possible to obtain a dot body surrounded by an insulator.

【0018】上記半導体層はSiGe多結晶層,SiG
e非晶質層,SiGeC多結晶層,またはSiGeC非
晶質層であることが好ましい。
The semiconductor layer is a SiGe polycrystal layer or SiG.
It is preferably an e-amorphous layer, a SiGeC polycrystalline layer, or a SiGeC amorphous layer.

【0019】上記工程(b)の後に、上記半導体層の上
にシリコンを主成分とするキャップ層を形成することを
特徴とすることにより、基板表面に高濃度にGeを含ん
だ半導体層が露出しないため、製造ラインのGe汚染を
防止することが可能となる。
After the step (b), a cap layer containing silicon as a main component is formed on the semiconductor layer, so that the semiconductor layer containing Ge at a high concentration is exposed on the substrate surface. Therefore, it is possible to prevent Ge contamination of the manufacturing line.

【0020】本発明の半導体装置の製造方法は、浮遊ゲ
ート電極として機能し,Geを主成分とするドット体
と、制御ゲート電極と、ソース・ドレインとして機能す
る不純物拡散層とを有する半導体装置の製造方法であっ
て、半導体基板上に絶縁層を形成する工程(a)と、上
記絶縁層の少なくとも一部の上にGeを含有する化合物
半導体からなる半導体層を形成する工程(b)と、上記
半導体層を熱酸化することにより上記半導体層からGe
を主成分とする複数のドット体と上記ドット体を覆う酸
化膜とを形成する工程(c)とを含む。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention provides a semiconductor device having a dot body which functions as a floating gate electrode and has Ge as a main component, a control gate electrode, and an impurity diffusion layer which functions as a source / drain. A manufacturing method, a step (a) of forming an insulating layer on a semiconductor substrate; a step (b) of forming a semiconductor layer made of a compound semiconductor containing Ge on at least a part of the insulating layer; Ge is removed from the semiconductor layer by thermally oxidizing the semiconductor layer.
A step (c) of forming a plurality of dot bodies mainly composed of and an oxide film covering the dot bodies.

【0021】これにより、従来の製造方法による場合よ
りも容易にドット体を有する半導体装置を製造すること
ができる。さらに、工程(b)では、半導体基板の上に
絶縁層を挟んで半導体層を形成するため、工程(c)で
半導体層を熱酸化するときに、導体層の方にGeが拡散
して偏析することを阻止することができる。よって、半
導体層と絶縁層との間の界面の劣化が起こりにくい半導
体装置を製造することができる。
As a result, a semiconductor device having a dot body can be manufactured more easily than in the conventional manufacturing method. Further, since the semiconductor layer is formed on the semiconductor substrate with the insulating layer sandwiched in the step (b), when the semiconductor layer is thermally oxidized in the step (c), Ge diffuses toward the conductor layer and segregates. Can be prevented. Therefore, it is possible to manufacture a semiconductor device in which deterioration of the interface between the semiconductor layer and the insulating layer does not easily occur.

【0022】上記工程(c)の後、上記酸化膜の上に上
記制御ゲート電極を形成する工程をさらに含むことによ
り、半導体基板の上に絶縁層,ドット体およびドット体
を囲む酸化膜を挟んでゲート電極を形成することができ
る。
After the step (c), a step of forming the control gate electrode on the oxide film is further included so that the insulating layer, the dot body, and the oxide film surrounding the dot body are sandwiched on the semiconductor substrate. The gate electrode can be formed with.

【0023】上記工程(a)の前に、上記半導体基板上
に上記制御ゲート電極を形成する工程をさらに含み、上
記工程(a)では、上記制御ゲート電極の側面上から上
記半導体層の一部の上に延びる上記絶縁層を形成し、上
記工程(b)では、上記制御ゲート電極の側面上から上
記半導体層の一部の上に延びる領域に、上記絶縁層を挟
んで上記半導体層を形成することにより、上記工程
(c)では、制御ゲート電極の側面上から上記半導体層
の一部の上に延びる領域に、絶縁層を挟んでドット体と
ドット体を覆う酸化膜とを形成することができる。これ
により、半導体基板に形成されたソース領域とチャネル
領域との接合部付近の上方にドット体を形成することが
できるので、効率の良いドット体への書き込みが可能と
なる。
Prior to the step (a), the method further includes a step of forming the control gate electrode on the semiconductor substrate. In the step (a), a part of the semiconductor layer is formed on the side surface of the control gate electrode. And forming the insulating layer above the insulating layer in a region extending from above the side surface of the control gate electrode to above a portion of the semiconductor layer in the step (b). Thereby, in the step (c), a dot body and an oxide film covering the dot body are formed in a region extending from the side surface of the control gate electrode to part of the semiconductor layer with the insulating layer interposed therebetween. You can As a result, the dot body can be formed in the vicinity of the junction between the source region and the channel region formed on the semiconductor substrate, so that the dot body can be written efficiently.

【0024】上記絶縁層は、シリコン酸化膜,シリコン
酸窒化膜,シリコン窒化膜のうちのいずれか1つからな
るか、または、シリコン酸化膜,シリコン酸窒化膜,シ
リコン窒化膜のいずれかから構成される積層膜からなる
ことができる。
The insulating layer is made of one of a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, and a silicon nitride film, or is made of a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, or a silicon nitride film. Can be made of a laminated film.

【0025】上記半導体層は、SiGe多結晶層,Si
Ge非晶質層,SiGeC多結晶層,またはSiGeC
非晶質層であることが好ましい。
The semiconductor layer is a SiGe polycrystal layer, Si
Ge amorphous layer, SiGeC polycrystalline layer, or SiGeC
It is preferably an amorphous layer.

【0026】上記工程(b)の後に、上記半導体層の上
にシリコンを主成分とするキャップ層を形成することに
より、工程(c)で半導体層の熱酸化を行うときに、基
板表面に高濃度にGeを含んだ半導体層が露出しないた
め、製造ラインのGe汚染を防止することが可能とな
る。
After the step (b), a cap layer containing silicon as a main component is formed on the semiconductor layer, so that when the semiconductor layer is thermally oxidized in the step (c), a high temperature is formed on the substrate surface. Since the semiconductor layer containing Ge in the concentration is not exposed, it is possible to prevent Ge contamination in the manufacturing line.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態)本実施形態で
は、Ge量子ドット体の形成方法およびGeドットメモ
リの製造方法について説明する。
(First Embodiment) In this embodiment, a method for forming a Ge quantum dot body and a method for manufacturing a Ge dot memory will be described.

【0028】まず、本実施形態におけるGe量子ドット
体の形成方法について、図1(a)〜(e)および図2
を参照しながら説明する。図1(a)〜(e)は本実施
形態のGe量子ドット体の形成工程を示した断面図であ
り、図2は、本実施形態の量子ドット体の形成方法によ
り形成されたドット体の写真図である。
First, a method of forming a Ge quantum dot body in this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (e) and FIG.
Will be described with reference to. 1A to 1E are cross-sectional views showing a process of forming a Ge quantum dot body of the present embodiment, and FIG. 2 shows a dot body formed by the method of forming a quantum dot body of the present embodiment. It is a photograph figure.

【0029】まず、図1(a)に示す工程で、Si基板
1の上面を700℃,5分間の条件でパイロ酸化するこ
とにより、Si基板上に厚さ約2nmの下部酸化膜2を
形成する。
First, in the step shown in FIG. 1A, the upper surface of the Si substrate 1 is pyrooxidized at 700 ° C. for 5 minutes to form a lower oxide film 2 having a thickness of about 2 nm on the Si substrate. To do.

【0030】その後、図1(b)に示す工程で、下部酸
化膜2の上に、Geを%オーダーで含有した,厚さ約1
0nmのSiGe半導体薄膜3を形成する。具体的に
は、到達真空度約10-8Paの超高真空チャンバーにS
i基板1を導入した後、ある条件(ジシラン(Si
26)ガス分圧:9.3×10-3Pa,ゲルマン(Ge
4)ガス分圧:4.0×10-2Pa,基板表面温度5
50℃,堆積時間:3分間)で化学気相堆積を行うこと
によりSiGe半導体薄膜3を形成する。
Thereafter, in the step shown in FIG. 1B, Ge is contained on the lower oxide film 2 in the% order, and the thickness is about 1
A 0 nm SiGe semiconductor thin film 3 is formed. Specifically, S is placed in an ultra-high vacuum chamber with an ultimate vacuum of about 10 -8 Pa.
After introducing the i-substrate 1, certain conditions (disilane (Si
2 H 6 ) gas partial pressure: 9.3 × 10 −3 Pa, germane (Ge
H 4 ) gas partial pressure: 4.0 × 10 -2 Pa, substrate surface temperature 5
The SiGe semiconductor thin film 3 is formed by performing chemical vapor deposition at 50 ° C. at a deposition time of 3 minutes.

【0031】続いて、図1(c)に示す工程で、SiG
e半導体薄膜3が形成されている基板上を800℃で熱
酸化する。すると、SiGe半導体薄膜3を構成する元
素のうちSiは酸化されて酸化シリコンからなる上部酸
化膜4を形成し、Geは成長している上部酸化膜4中か
ら追い出されて下部酸化膜2と上部酸化膜4との間の界
面6付近に偏析、凝集する。そして、基板上の酸化の進
行に伴ってGeの偏析、凝集が進むとGeを主成分とす
るドット体5が形成される。なお、以下では、下部酸化
膜2と上部酸化膜4とからなる酸化膜を第1の酸化膜7
と呼ぶ。
Then, in the step shown in FIG.
e The substrate on which the semiconductor thin film 3 is formed is thermally oxidized at 800 ° C. Then, of the elements constituting the SiGe semiconductor thin film 3, Si is oxidized to form the upper oxide film 4 made of silicon oxide, and Ge is expelled from the growing upper oxide film 4 and the lower oxide film 2 and the upper part. Segregation and agglomeration occur near the interface 6 with the oxide film 4. Then, as the segregation and aggregation of Ge progress with the progress of oxidation on the substrate, the dot body 5 containing Ge as a main component is formed. In the following, the oxide film composed of the lower oxide film 2 and the upper oxide film 4 is referred to as the first oxide film 7.
Call.

【0032】ところで、上記のようにドット体5が形成
される原因として以下のことが考えられる。Geはシリ
コン酸化膜中に拡散しにくいので、基板上を熱酸化する
と、SiGe半導体薄膜3に含まれていたGeは成長す
る上部酸化膜4から追い出されて上部酸化膜4の下方に
移動する。しかし、上部酸化膜4の下方には下部酸化膜
2があり、Geは下部酸化膜2内には拡散しにくいため
Geは上部酸化膜4と下部酸化膜2との界面6付近にと
どまる。このようなGeが界面6付近にある程度以上集
まることによって、Geが凝集されてGeドット体5に
なると考えられる。
By the way, the following can be considered as a cause for forming the dot body 5 as described above. Since Ge hardly diffuses into the silicon oxide film, when the substrate is thermally oxidized, Ge contained in the SiGe semiconductor thin film 3 is expelled from the growing upper oxide film 4 and moves below the upper oxide film 4. However, since the lower oxide film 2 exists below the upper oxide film 4 and Ge does not easily diffuse into the lower oxide film 2, Ge stays near the interface 6 between the upper oxide film 4 and the lower oxide film 2. It is considered that when such Ge gathers in the vicinity of the interface 6 to some extent or more, the Ge is aggregated and becomes the Ge dot body 5.

【0033】次に、図1(d)に示す工程で、減圧化学
気相堆積法により基板の上部酸化膜4の上にシランガス
(SiH4)と亜酸化窒素ガス(N2O)とを原料ガスと
して供給し、厚さ10nm程度の,酸化シリコンからな
る第2の酸化膜8を形成する。第2の酸化膜8の膜厚を
調整することにより、第1の酸化膜7と第2の酸化膜8
とからなる酸化膜の厚さを調整することができる。
Next, in the step shown in FIG. 1D, silane gas (SiH 4 ) and nitrous oxide gas (N 2 O) are used as raw materials on the upper oxide film 4 of the substrate by the low pressure chemical vapor deposition method. A second oxide film 8 made of silicon oxide and having a thickness of about 10 nm is formed by supplying it as a gas. By adjusting the thickness of the second oxide film 8, the first oxide film 7 and the second oxide film 8 are adjusted.
It is possible to adjust the thickness of the oxide film composed of.

【0034】さらに、図1(e)に示す工程で、第2の
酸化膜8の上に、減圧化学気相堆積法によりシランガス
とホスフィンガスとをある条件(シランガス(Si
4 )流量:0.4l/min,ホスフィンガス(PH
3 )流量:0.4ml/min,圧力:50Pa,基板
温度:600℃)で供給する。これにより、Pを高濃度
にドープしたポリシリコン膜9を形成する。
Further, in the step shown in FIG. 1E, silane gas and phosphine gas are formed on the second oxide film 8 by a low pressure chemical vapor deposition method under certain conditions (silane gas (Si
H 4 ) flow rate: 0.4 l / min, phosphine gas (PH
3 ) Flow rate: 0.4 ml / min, pressure: 50 Pa, substrate temperature: 600 ° C.). Thereby, the polysilicon film 9 in which P is highly doped is formed.

【0035】以上の工程により、本実施形態におけるG
eドット体が形成される。本実施形態では、図2に示す
写真図から、確かにGeドット体が形成されていること
が確認できた。
Through the above steps, G in the present embodiment
An e-dot body is formed. In the present embodiment, it was confirmed from the photograph shown in FIG. 2 that the Ge dot body was certainly formed.

【0036】次に、上述のGeドット体を用いる半導体
記憶装置の製造方法について、図3(a)〜(e)を参
照しながら説明する。図3(a)〜(e)は、図1
(a)〜(e)に示す工程で形成したGeドット体を有
する酸化膜をゲート絶縁膜として用いる半導体記憶装置
の製造工程を示した断面図である。
Next, a method of manufacturing a semiconductor memory device using the above-mentioned Ge dot body will be described with reference to FIGS. 3A to 3E are shown in FIG.
It is sectional drawing which showed the manufacturing process of the semiconductor memory device which uses the oxide film which has the Ge dot body formed in the process shown to (a)-(e) as a gate insulating film.

【0037】まず、図3(a)に示す工程で、図1
(e)に示す基板上に、フォトリソグラフィー法により
ゲート電極のレジストパターンを形成する。そして、レ
ジストパターンをマスクとしてドライエッチングを行う
ことにより、ポリシリコン膜9からゲート電極9aを形
成し、第2の酸化膜8からは第2の酸化層8aを形成
し、第1の酸化膜7からは第1の酸化層7aを形成す
る。その後、レジストパターンを除去する。なお、第1
の酸化層7aのうち下部酸化膜2からなる部分はトンネ
ル酸化膜として機能し、第1の酸化層7aのうち上部酸
化膜4からなる部分と第2の酸化層8aとは、制御酸化
膜として機能する。そして、ドット体5がフローティン
グゲートとなる。
First, in the step shown in FIG.
A resist pattern for the gate electrode is formed on the substrate shown in (e) by photolithography. Then, by performing dry etching using the resist pattern as a mask, the gate electrode 9a is formed from the polysilicon film 9, the second oxide layer 8a is formed from the second oxide film 8, and the first oxide film 7 is formed. To form the first oxide layer 7a. Then, the resist pattern is removed. The first
Of the first oxide layer 7a functions as a tunnel oxide film, and the portion of the first oxide layer 7a composed of the upper oxide film 4 and the second oxide layer 8a function as a control oxide film. Function. Then, the dot body 5 becomes a floating gate.

【0038】次に、図3(b)に示す工程で、基板上を
800℃でドライ酸化することにより、Si基板1およ
びゲート電極9aの上に厚さ10nmの第3の酸化膜1
0を形成する。そして、Si基板1に、ゲート電極9a
をマスクとしてPをイオン注入して熱処理を行うことに
より第1不純物拡散層11を形成する。なお、イオン注
入は、加速電圧が数10kV、Pドーズ量が1013cm
-2オーダーである条件で行なう。
Next, in the step shown in FIG. 3B, the substrate is dry-oxidized at 800 ° C. to form a third oxide film 1 having a thickness of 10 nm on the Si substrate 1 and the gate electrode 9a.
Form 0. Then, the gate electrode 9a is formed on the Si substrate 1.
The first impurity diffusion layer 11 is formed by ion-implanting P using the as a mask and performing heat treatment. The ion implantation is performed at an accelerating voltage of several tens of kV and a P dose of 10 13 cm.
-Perform under the condition that it is 2 orders.

【0039】その後、図3(c)に示す工程で、化学気
相堆積法により基板上に厚さ200nmのシリコン酸化
膜を堆積した後、シリコン酸化膜のドライエッチングを
行う。これにより、ゲート電極9a,第2の酸化層8a
および第1の酸化層7aの側面上に、酸化シリコンから
なるサイドウォール12が形成される。なお、この工程
のドライエッチングの際には、第3の酸化膜10のうち
ゲート電極9aの側面上に位置する部分以外は除去され
て、保護酸化膜10aとなる。
Then, in the step shown in FIG. 3C, a 200 nm-thickness silicon oxide film is deposited on the substrate by the chemical vapor deposition method, and then the silicon oxide film is dry-etched. As a result, the gate electrode 9a and the second oxide layer 8a are formed.
And the sidewall 12 made of silicon oxide is formed on the side surface of the first oxide layer 7a. During the dry etching in this step, a portion of the third oxide film 10 other than the portion located on the side surface of the gate electrode 9a is removed to form the protective oxide film 10a.

【0040】次に、図3(d)に示す工程で、Si基板
1に、ゲート電極9aおよびその側面に形成されたサイ
ドウォール12をマスクとして砒素をイオン注入して熱
処理を行なうことにより第2不純物拡散層13を形成す
る。なお、イオン注入は、加速電圧が数10kV、As
ドーズ量が1015cm-2オーダーである条件で行なう。
Next, in a step shown in FIG. 3D, arsenic is ion-implanted into the Si substrate 1 using the gate electrode 9a and the sidewall 12 formed on the side surface thereof as a mask to perform a heat treatment. The impurity diffusion layer 13 is formed. In addition, the ion implantation has an accelerating voltage of several tens of kV and As.
The condition is that the dose amount is on the order of 10 15 cm -2 .

【0041】次に、図3(e)に示す工程で、基板上に
シランガス(SiH4 )と亜酸化窒素ガス(N2O )を
供給し、減圧化学気相堆積法により厚さ400nm程度
の層間絶縁膜14を形成する。そして、層間絶縁膜14
を貫通して第2不純物拡散層13の上に到達するコンタ
クト窓を開口した後、スパッタ法によりアルミニウム合
金膜を堆積して,さらにアルミニウム合金膜をパターニ
ングすることにより金属配線15を形成する。以上の工
程により、本実施形態の半導体記憶素子が形成される。
Next, in the step shown in FIG. 3 (e), silane gas (SiH 4 ) and nitrous oxide gas (N 2 O) are supplied onto the substrate and a thickness of about 400 nm is obtained by the low pressure chemical vapor deposition method. The interlayer insulating film 14 is formed. Then, the interlayer insulating film 14
After opening a contact window penetrating through and reaching the second impurity diffusion layer 13, an aluminum alloy film is deposited by the sputtering method, and the aluminum alloy film is further patterned to form the metal wiring 15. Through the above steps, the semiconductor memory element of this embodiment is formed.

【0042】以下に、本実施形態のGeドット体および
半導体記憶装置において得られる利点について述べる。
The advantages obtained in the Ge dot body and the semiconductor memory device of this embodiment will be described below.

【0043】まず、本実施形態においては、基板上に下
部酸化膜2およびSiGe半導体薄膜3を形成した後、
熱酸化を行うことによりGeドット体5が形成可能とな
る。この工程は、従来の複雑なGe量子ドットの製造方
法と比較して簡略化されている。
First, in this embodiment, after the lower oxide film 2 and the SiGe semiconductor thin film 3 are formed on the substrate,
The Ge dot body 5 can be formed by performing thermal oxidation. This process is simplified as compared with the conventional method for manufacturing a complicated Ge quantum dot.

【0044】また、SiGe半導体薄膜3のGe濃度と
膜厚とを制御することにより、Geドット体5の密度と
粒径制御とが容易となる。
By controlling the Ge concentration and the film thickness of the SiGe semiconductor thin film 3, the density and grain size of the Ge dot body 5 can be easily controlled.

【0045】さらに、図1(c)に示す工程で熱酸化に
よりGeドット体5を形成するときに、下部酸化膜2に
よりSi基板1側へのGeの拡散が防止されるため、S
i基板1と下部酸化膜2との間における界面品質の劣化
を抑制できる。従って、従来技術のように、Geドット
体5の形成に起因する半導体記憶装置の特性劣化が起こ
りにくくなる。
Further, when the Ge dot body 5 is formed by thermal oxidation in the step shown in FIG. 1C, the lower oxide film 2 prevents Ge from diffusing toward the Si substrate 1 side.
It is possible to suppress deterioration of the interface quality between the i substrate 1 and the lower oxide film 2. Therefore, unlike the prior art, the characteristic deterioration of the semiconductor memory device due to the formation of the Ge dot body 5 is less likely to occur.

【0046】加えて、従来技術と比較して、Geドット
体形成前後における下部酸化膜2の膜厚の変化が小さい
ため、高精度に膜厚制御を行うことが可能となる。
In addition, as compared with the prior art, the change in the film thickness of the lower oxide film 2 before and after the formation of the Ge dot body is small, so that the film thickness can be controlled with high accuracy.

【0047】なお、本実施形態においては、LDD構造
(Lightly Doped Drain)またはエクステンション構造
のnチャネル型MOSFETのゲート絶縁膜中にGeド
ット体を形成する場合について述べたが、本発明のGe
ドット体は、LDD構造およびエクステンション構造以
外の構造に適応されてもよく、また、pチャネル型MO
SFETに適応されてもよい。その場合には、例えばp
チャネル型MOSFETやシングルドレイン構造MOS
FET等などのデバイスにGeドット体を適応する。
In this embodiment, the case where the Ge dot body is formed in the gate insulating film of the n-channel MOSFET having the LDD structure (Lightly Doped Drain) or the extension structure has been described.
The dot body may be adapted to structures other than the LDD structure and the extension structure, and the p-channel MO
It may be adapted to SFET. In that case, for example, p
Channel type MOSFET and single drain structure MOS
The Ge dot body is applied to devices such as FETs.

【0048】本実施形態においては、下部酸化膜2とし
て、厚さ2nm程度の極薄シリコン酸化膜を用いたが、
シリコン酸窒化膜、シリコン窒化膜、もしくはこれらの
積層膜を用いても良い。また、下部酸化膜2として、厚
さ2nm以上のシリコン酸化膜を用いても良い。厚さ2
nm程度の極薄シリコン酸化膜を用いる場合には、ns
オーダーの高速動作が可能であるがデータ保持時間はや
や劣るメモリ特性が得られ、厚さ2nm以上の酸化膜を
用いた場合には動作速度は遅くなるものの10年を越え
る良好なデータ保持時間が達成される。同じ素子構造で
あれば動作速度とデータ保持時間は一般的にトレードオ
フの関係にあり、メモリの用途に応じて使い分けが可能
である。
In this embodiment, the lower oxide film 2 is an ultrathin silicon oxide film having a thickness of about 2 nm.
A silicon oxynitride film, a silicon nitride film, or a laminated film thereof may be used. Further, as the lower oxide film 2, a silicon oxide film having a thickness of 2 nm or more may be used. Thickness 2
When using an ultrathin silicon oxide film of about nm, ns
High-speed operation of the order is possible, but memory characteristics with slightly inferior data retention time are obtained. When an oxide film with a thickness of 2 nm or more is used, the operation speed becomes slower, but good data retention time over 10 years is achieved. To be achieved. In the case of the same element structure, there is generally a trade-off relationship between the operating speed and the data retention time, and it is possible to use them properly according to the application of the memory.

【0049】本実施形態においては、SiGe半導体薄
膜3としてSi中のGe濃度が深さ方向で一定であるS
iGe単層膜を用いたが、深さ方向にGe濃度が変化す
る膜を用いてもよい。その場合には、深さ方向にGe濃
度を変化させることによりGe量子ドットの形状制御を
効果的に行うことが可能となる。
In the present embodiment, as the SiGe semiconductor thin film 3, the Ge concentration in Si is constant S in the depth direction.
Although the iGe single layer film is used, a film in which the Ge concentration changes in the depth direction may be used. In that case, the Ge quantum dot shape can be effectively controlled by changing the Ge concentration in the depth direction.

【0050】本実施形態におけるSiGe半導体薄膜3
の上には、Geを含まないシリコンキャップ層を形成し
てもよい。その場合には、図1(c)に示す工程で熱酸
化を行う際に、基板表面に高濃度にGeを含んだSiG
e半導体薄膜3が露出しないため、製造ラインのGe汚
染を抑制することが可能となる。
The SiGe semiconductor thin film 3 in this embodiment
A Ge cap-free silicon cap layer may be formed on. In that case, when thermal oxidation is performed in the step shown in FIG. 1C, SiG containing Ge at a high concentration on the substrate surface.
Since the e semiconductor thin film 3 is not exposed, it is possible to suppress Ge contamination of the manufacturing line.

【0051】本実施形態においては、第1の酸化膜7の
上に第2の酸化膜8が形成されているが、第1の酸化膜
7が十分な膜厚を有している場合には、第2酸化膜8を
形成しなくてもよい。
In this embodiment, the second oxide film 8 is formed on the first oxide film 7. However, when the first oxide film 7 has a sufficient thickness, The second oxide film 8 may not be formed.

【0052】(第2の実施形態)本実施形態では、第2
のGeドットメモリの製造方法について説明する。
(Second Embodiment) In the present embodiment, the second embodiment
A method of manufacturing the Ge dot memory of No. 1 will be described.

【0053】まず、本実施形態におけるGeドットメモ
リの形成方法について、図4(a)〜(f)を参照しな
がら説明する。図4(a)〜(f)は、Geドット体を
有する酸化膜をゲート電極の側壁絶縁膜として用いる半
導体記憶装置の製造工程を示した断面図である。
First, a method of forming a Ge dot memory according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 4A to 4F are cross-sectional views showing a manufacturing process of a semiconductor memory device using an oxide film having a Ge dot body as a sidewall insulating film of a gate electrode.

【0054】まず、図4(a)に示す工程で、Si基板
21の上部を熱酸化して、厚さ約2nmの第1の酸化膜
22を形成する。第1の酸化膜22の上に、シランガス
(SiH4 )流量が0.4l/min、ホスフィンガス
(PH3 )流量が0.4ml/min、圧力が50P
a、基板温度が600℃である条件で減圧化学気相堆積
法を行なうことにより、半導体膜23を形成する。
First, in the step shown in FIG. 4A, the upper portion of the Si substrate 21 is thermally oxidized to form a first oxide film 22 having a thickness of about 2 nm. On the first oxide film 22, the silane gas (SiH 4 ) flow rate is 0.4 l / min, the phosphine gas (PH 3 ) flow rate is 0.4 ml / min, and the pressure is 50 P.
a, the semiconductor film 23 is formed by performing the low pressure chemical vapor deposition method under the condition that the substrate temperature is 600 ° C.

【0055】次に、図4(b)に示す工程で、窒素雰囲
気中において、900℃、30分の条件で基板の熱処理
を行う。そして、基板上にレジストパターンを形成し
て、レジストパターンをマスクとして半導体膜23およ
び第1の酸化膜22のドライエッチングを行なうことに
より、ゲート電極24とゲート絶縁膜25とを形成す
る。続いて、ゲート電極24をマスクとして、Si基板
21の上部にリンイオンを注入した後不純物活性化のた
めの熱処理を行うことにより第1の不純物拡散層26を
形成する。このとき、リンイオン注入は加速電圧が数1
0KeV、ドーズ量が1013cm-2の条件で行なう。
Next, in the step shown in FIG. 4B, the substrate is heat-treated in a nitrogen atmosphere at 900 ° C. for 30 minutes. Then, a resist pattern is formed on the substrate, and the semiconductor film 23 and the first oxide film 22 are dry-etched using the resist pattern as a mask to form the gate electrode 24 and the gate insulating film 25. Subsequently, using the gate electrode 24 as a mask, phosphorus ions are implanted into the upper portion of the Si substrate 21, and then heat treatment for activating impurities is performed to form the first impurity diffusion layer 26. At this time, the acceleration voltage of phosphorus ion implantation is several 1
It is performed under the conditions of 0 KeV and a dose amount of 10 13 cm -2 .

【0056】その後、基板上部を850℃で熱酸化する
ことにより、Si基板21,ゲート電極24およびゲー
ト絶縁膜25のうち露出している各部分の上に第2の酸
化膜27を形成する。
Thereafter, the upper part of the substrate is thermally oxidized at 850 ° C. to form the second oxide film 27 on the exposed portions of the Si substrate 21, the gate electrode 24 and the gate insulating film 25.

【0057】次に、図4(c)に示す工程で、到達真空
度が10-8Paである超高真空チャンバーに基板を導入
した後、ジシラン(Si26)ガス分圧が9.3×10
-3Pa、ゲルマン(GeH4)ガス分圧が4.0×10
-2 Pa、基板温度が550℃、3分間の条件で化学気
相堆積を行うことにより、厚さ約10nmのSiGe半
導体薄膜28を形成する。
Next, in the step shown in FIG. 4C, after introducing the substrate into an ultrahigh vacuum chamber having an ultimate vacuum of 10 -8 Pa, the disilane (Si 2 H 6 ) gas partial pressure is 9. 3 x 10
-3 Pa, germane (GeH 4 ) gas partial pressure is 4.0 × 10
By performing chemical vapor deposition under the conditions of −2 Pa and substrate temperature of 550 ° C. for 3 minutes, the SiGe semiconductor thin film 28 having a thickness of about 10 nm is formed.

【0058】そして、図4(d)に示す工程で、第2の
酸化膜27およびSiGe半導体薄膜28の反応性イオ
ンエッチングを行うことにより、ゲート電極24および
ゲート絶縁膜25の側壁の上からSi基板21の上の一
部に延びる保護酸化膜27aと、その上のSiGe半導
体層からなる側壁絶縁膜28aを形成する。
Then, in the step shown in FIG. 4D, the second oxide film 27 and the SiGe semiconductor thin film 28 are subjected to reactive ion etching to remove Si from the sidewalls of the gate electrode 24 and the gate insulating film 25. A protective oxide film 27a extending on a part of the substrate 21 and a sidewall insulating film 28a made of a SiGe semiconductor layer are formed thereon.

【0059】続いて、図4(e)に示す工程で、800
℃で側壁絶縁膜28aの熱酸化を行うことにより、側壁
絶縁膜28aを、酸化シリコンからなる側壁酸化膜28
bと、Geを主成分とするドット体29とに分離する。
その工程を以下に詳しく述べる。
Then, in the step shown in FIG.
By thermally oxidizing the side wall insulating film 28a at a temperature of .degree.
b and the dot body 29 containing Ge as a main component are separated.
The process will be described in detail below.

【0060】側壁絶縁膜28aに含まれるSiが酸化さ
れることにより酸化シリコンからなる側壁酸化膜28b
が成長する。一方、側壁絶縁膜28aに含まれるGe
は、シリコン酸化膜中に拡散しにくい性質を有している
ため、成長している側壁酸化膜28b中から追い出され
る。そして、Geが側壁酸化膜28bと保護酸化膜27
aとの間の界面に偏析、凝集することにより、ドット体
29が形成される。そして、このドット体29がフロー
ティングゲートとなり、保護酸化膜27aのうちゲート
電極24とは接触せずにドット体29とSi基板21と
の間に位置する部分がトンネル酸化膜として機能する。
The side wall oxide film 28b made of silicon oxide is formed by oxidizing Si contained in the side wall insulating film 28a.
Grows. On the other hand, Ge contained in the sidewall insulating film 28a
Has a property of being less likely to diffuse into the silicon oxide film, and is expelled from the growing sidewall oxide film 28b. Then, Ge is a sidewall oxide film 28b and a protective oxide film 27.
The dot body 29 is formed by segregating and aggregating at the interface with a. Then, the dot body 29 becomes a floating gate, and a portion of the protective oxide film 27a which is not in contact with the gate electrode 24 and is located between the dot body 29 and the Si substrate 21 functions as a tunnel oxide film.

【0061】その後、基板上に、ゲート電極24と側壁
酸化膜28bとをマスクとしてAsイオンを注入して熱
処理を行うことにより、第2の不純物拡散層30を形成
する。なお、Asイオン注入は、加速電圧が数10ke
V、ドーズ量が1015cm-2の条件で行なう。
Then, the second impurity diffusion layer 30 is formed on the substrate by implanting As ions using the gate electrode 24 and the sidewall oxide film 28b as a mask and performing heat treatment. The As ion implantation has an accelerating voltage of several tens ke.
V and dose amount is 10 15 cm -2 .

【0062】次に、図4(f)に示す工程で、シランガ
ス(SiH4)と亜酸化窒素ガス(N2O )とを原料ガ
スに用いた減圧化学気相堆積法により、厚さ400nm
程度の層間絶縁膜31を形成する。そして、層間絶縁膜
31に、第2の不純物拡散層30に到達するコンタクト
ホールを開口する。そして、スパッタ法により基板上に
アルミニウム合金膜を堆積して、アルミニウム合金膜を
パターニングすることにより金属配線32を形成する。
Next, in the step shown in FIG. 4F, a thickness of 400 nm is obtained by a low pressure chemical vapor deposition method using silane gas (SiH 4 ) and nitrous oxide gas (N 2 O) as source gases.
The interlayer insulating film 31 is formed to some extent. Then, a contact hole reaching the second impurity diffusion layer 30 is opened in the interlayer insulating film 31. Then, an aluminum alloy film is deposited on the substrate by a sputtering method, and the aluminum alloy film is patterned to form the metal wiring 32.

【0063】以下に、本実施形態の半導体記憶装置によ
り得られる利点について述べる。
The advantages obtained by the semiconductor memory device of this embodiment will be described below.

【0064】まず、本実施形態においては、ゲート電極
24の側面に保護酸化膜27aを挟んで側壁絶縁膜28
aを形成した後、熱酸化を行うことによりドット体29
が形成可能となる。この工程は、従来の複雑なGe量子
ドットの製造方法と比較して簡略化されている。
First, in the present embodiment, the sidewall insulating film 28 is sandwiched on the side surface of the gate electrode 24 with the protective oxide film 27a interposed therebetween.
After forming a, the dot body 29 is formed by performing thermal oxidation.
Can be formed. This process is simplified as compared with the conventional method for manufacturing a complicated Ge quantum dot.

【0065】また、側壁絶縁膜28aのGe濃度と膜厚
とを制御することにより、Geドット体29の密度と粒
径制御とが容易となる。
Further, by controlling the Ge concentration and the film thickness of the sidewall insulating film 28a, it becomes easy to control the density and the grain size of the Ge dot body 29.

【0066】さらに、図4(e)に示す工程で熱酸化に
よりドット体29を形成するときに、保護酸化膜27a
によりSi基板21側へのGeの拡散が防止されるた
め、Si基板21と側壁酸化膜28bとの間における界
面品質の劣化を抑制できる。従って、従来技術のよう
に、ドット体29の形成に起因する半導体記憶装置の特
性劣化が起こりにくくなる。
Further, when the dot body 29 is formed by thermal oxidation in the step shown in FIG. 4E, the protective oxide film 27a is formed.
As a result, diffusion of Ge to the Si substrate 21 side is prevented, so that deterioration of the interface quality between the Si substrate 21 and the sidewall oxide film 28b can be suppressed. Therefore, unlike the prior art, the characteristic deterioration of the semiconductor memory device due to the formation of the dot body 29 is less likely to occur.

【0067】さらに、本実施形態では、上述のような本
発明の第1の実施形態で得られる利点に加えて、第1の
実施形態の場合より低消費電力化を図ることが可能とな
るという利点がある。その理由を以下に示す。一般に、
MOSFETのしきい値電圧は、チャネル領域のエネル
ギーバンドのうちソース部付近の領域のエネルギーバン
ドの曲がり方によって決まる。そこで、本実施形態のよ
うに、ゲート部の側壁上、つまりチャネル領域とソース
部との接合部付近の上にドット体29が形成されている
場合には、ゲート部の下に平面的にドット体が形成され
ている場合よりも少ない個数のドットにより効果的にし
きい値電圧を制御することができる。その結果、ドット
への電子/ホールの書き込み電流を低減することがで
き、より低消費電力化を図ることが可能となる。
Further, in this embodiment, in addition to the advantages obtained in the first embodiment of the present invention as described above, it is possible to achieve lower power consumption than in the first embodiment. There are advantages. The reason is shown below. In general,
The threshold voltage of the MOSFET is determined by how the energy band in the region near the source portion of the energy band in the channel region bends. Therefore, in the case where the dot body 29 is formed on the side wall of the gate portion, that is, near the junction between the channel region and the source portion as in the present embodiment, the dots are planarly formed under the gate portion. The threshold voltage can be effectively controlled by a smaller number of dots than when the body is formed. As a result, the current for writing electrons / holes in the dots can be reduced, and the power consumption can be further reduced.

【0068】なお、本実施形態においては、LDD構造
(Lightly Doped Drain)またはエクステンション構造の
nチャネル型MOSFETのゲート側壁酸化膜28b中
にGeドット体29を形成する場合について述べたが、
本発明のGeドット体は、LDD構造およびエクステン
ション構造以外の構造に適応されてもよく、また、pチ
ャネル型MOSFETに適用されてもよい。その場合に
は、例えばpチャネル型MOSFETやシングルドレイ
ン構造MOSFET等などのデバイスにGeドット体を
適応する。
In this embodiment, the LDD structure is used.
(Lightly Doped Drain) or the case where the Ge dot body 29 is formed in the gate sidewall oxide film 28b of the n-channel MOSFET having the extension structure has been described.
The Ge dot body of the present invention may be applied to a structure other than the LDD structure and the extension structure, and may be applied to a p-channel MOSFET. In that case, the Ge dot body is applied to a device such as a p-channel MOSFET or a single drain structure MOSFET.

【0069】また、本発明の第2の実施例によれば、ゲ
ート絶縁膜25として電子の直接的なトンネル伝導が可
能である厚さ2nm程度の極薄シリコン酸化膜を用いた
が、本発明においては、厚さ2nm以上のシリコン酸化
膜を用いても良い。厚さ2nm程度の極薄シリコン酸化
膜を用いる場合には、nsオーダーの高速動作が可能で
あるがデータ保持時間はやや劣るメモリ特性が得られ、
厚さ2nm以上の酸化膜を用いた場合には動作速度は遅
くなるものの10年を越える良好なデータ保持時間が達
成される。同じ素子構造であれば動作速度とデータ保持
時間は一般的にトレードオフの関係にあり、いずれの機
能に重きを置くかはメモリの用途に応じて使い分けが可
能である。
Further, according to the second embodiment of the present invention, an extremely thin silicon oxide film having a thickness of about 2 nm which allows direct tunneling of electrons is used as the gate insulating film 25. In this case, a silicon oxide film having a thickness of 2 nm or more may be used. When an ultra-thin silicon oxide film with a thickness of about 2 nm is used, high-speed operation of the order of ns is possible, but memory characteristics with slightly inferior data retention time are obtained.
When an oxide film having a thickness of 2 nm or more is used, the operation speed becomes slow, but a good data retention time of more than 10 years can be achieved. In the case of the same element structure, there is generally a trade-off relationship between the operating speed and the data retention time, and which function is to be emphasized can be selectively used according to the application of the memory.

【0070】本実施形態においては、第2の酸化膜27
として、シリコン酸化膜を用いたが、この替わりに、シ
リコン酸窒化膜、シリコン窒化膜、もしくはこれらの積
層膜を用いても良い。
In the present embodiment, the second oxide film 27
Although the silicon oxide film is used as the above, a silicon oxynitride film, a silicon nitride film, or a laminated film thereof may be used instead.

【0071】本実施形態においては、SiGe半導体薄
膜28としてSi中のGe濃度が深さ方向で一定である
SiGe単層膜を用いたが、深さ方向にGe濃度が変化
する膜を用いてもよい。その場合には、深さ方向にGe
濃度を変化させてGeの凝集,偏析の状態を変化させる
ことによって、Ge量子ドットの形状制御を効果的に行
うことが可能となる。
In this embodiment, the SiGe semiconductor thin film 28 is a SiGe single layer film in which the Ge concentration in Si is constant in the depth direction, but a film whose Ge concentration changes in the depth direction may be used. Good. In that case, Ge in the depth direction
By changing the concentration to change the state of Ge aggregation and segregation, it becomes possible to effectively control the shape of the Ge quantum dots.

【0072】本実施形態における側壁絶縁膜28aの上
には、Geを含まないシリコンキャップ層を形成しても
よい。その場合には、図4(d)に示す工程で熱酸化を
行う際に、基板表面に高濃度にGeを含んだ側壁酸化膜
28bが露出しないため、製造ラインのGe汚染を抑制
することが可能となる。
A silicon cap layer containing no Ge may be formed on the sidewall insulating film 28a in the present embodiment. In that case, when the thermal oxidation is performed in the step shown in FIG. 4D, the side wall oxide film 28b containing Ge at a high concentration is not exposed on the substrate surface, so that Ge contamination of the manufacturing line can be suppressed. It will be possible.

【0073】[0073]

【発明の効果】本発明のドット体の形成方法および半導
体装置の製造方法によれば、工程の簡略化が可能とな
り、さらに、ドット体が形成された層とSi基板との間
に酸化膜が介在することによってGeのSi基板方向へ
の拡散を抑制できるため、界面品質低下を防止すること
が可能となる。
According to the method of forming a dot body and the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the steps can be simplified, and an oxide film is formed between the layer on which the dot body is formed and the Si substrate. By interposing it, it is possible to suppress the diffusion of Ge in the direction of the Si substrate, so that it is possible to prevent the deterioration of the interface quality.

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

【図1】(a)〜(e)は第1実施形態のGe量子ドッ
ト体の形成工程を示した断面図である。
1A to 1E are cross-sectional views showing a process of forming a Ge quantum dot body according to a first embodiment.

【図2】第1の実施形態の量子ドット体の形成方法によ
り形成されたドット体の写真図である。
FIG. 2 is a photographic diagram of a dot body formed by the method of forming a quantum dot body according to the first embodiment.

【図3】(a)〜(e)は、図1(a)〜(e)に示す
工程で形成したGeドット体を有する酸化膜をゲート絶
縁膜として用いる半導体記憶装置の製造工程を示した断
面図である。
3A to 3E show manufacturing steps of a semiconductor memory device using an oxide film having a Ge dot body formed in the steps shown in FIGS. 1A to 1E as a gate insulating film. FIG.

【図4】(a)〜(f)は、Geドット体を有する酸化
膜をゲート電極の側壁絶縁膜として用いる半導体記憶装
置の製造工程を示した断面図である。
4A to 4F are cross-sectional views showing a manufacturing process of a semiconductor memory device using an oxide film having a Ge dot body as a sidewall insulating film of a gate electrode.

【図5】(a)〜(g)は、従来のGe量子ドットメモ
リの製造工程のうちゲート絶縁膜中にGeドットを形成
するまでの工程を示した断面図である。
FIGS. 5A to 5G are cross-sectional views showing steps of forming a Ge dot in a gate insulating film in the manufacturing steps of the conventional Ge quantum dot memory.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Si基板 2 下部酸化膜 3 半導体薄膜 4 上部酸化膜 5 ドット体 6 界面 7 第1の酸化膜 8 第2の酸化膜 8a 第2の酸化層 9 ポリシリコン膜 9a ゲート電極 10 第3の酸化膜 10a 保護酸化膜 11 第1不純物拡散層 12 サイドウォール 13 第2不純物拡散層 14 層間絶縁膜 15 金属配線 21 Si基板 22 第1の酸化膜 23 半導体膜 24 ゲート電極 25 ゲート絶縁膜 26 第1不純物拡散層 27 第2の酸化膜 27a 保護酸化膜 28 SiGe半導体層 28a 側壁絶縁膜 28b 側壁酸化膜 29 ドット体 30 第2不純物拡散層 31 層間絶縁膜 32 金属配線 1 Si substrate 2 Lower oxide film 3 Semiconductor thin film 4 Upper oxide film 5 dot body 6 interface 7 First oxide film 8 Second oxide film 8a Second oxide layer 9 Polysilicon film 9a Gate electrode 10 Third oxide film 10a protective oxide film 11 First Impurity Diffusion Layer 12 Sidewall 13 second impurity diffusion layer 14 Interlayer insulation film 15 Metal wiring 21 Si substrate 22 First oxide film 23 Semiconductor film 24 gate electrode 25 Gate insulation film 26 First Impurity Diffusion Layer 27 Second oxide film 27a protective oxide film 28 SiGe semiconductor layer 28a Side wall insulating film 28b Side wall oxide film 29 dot body 30 second impurity diffusion layer 31 Interlayer insulation film 32 metal wiring

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/792 (72)発明者 森田 清之 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 EP17 EP23 EP48 EP49 EP50 EP63 EP68 GA05 JA03 JA35 PR12 PR14 PR21 PR36 5F101 BA54 BD07 BH02 BH03 BH09 BH30 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 29/792 (72) Inventor Kiyoyuki Morita 1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. F Term (reference) 5F083 EP17 EP23 EP48 EP49 EP50 EP63 EP68 GA05 JA03 JA35 PR12 PR14 PR21 PR36 5F101 BA54 BD07 BH02 BH03 BH09 BH30

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 導体層の少なくとも一部に接する絶縁層
を形成する工程(a)と、 上記絶縁層の上にゲルマニウムを含む化合物半導体から
なる半導体層を堆積する工程(b)と、 上記半導体層を熱酸化することにより、上記半導体層か
らGeを主成分とする複数のドット体と上記ドット体を
覆う酸化層とを形成する工程(c)とを含むドット体の
形成方法。
1. A step (a) of forming an insulating layer in contact with at least a part of a conductor layer; a step (b) of depositing a semiconductor layer made of a compound semiconductor containing germanium on the insulating layer; A method for forming a dot body, comprising the step (c) of forming a plurality of dot bodies containing Ge as a main component and an oxide layer covering the dot body from the semiconductor layer by thermally oxidizing the layer.
【請求項2】 請求項1に記載のドット体の形成方法に
おいて、 上記半導体層はSiGe多結晶層,SiGe非晶質層,
SiGeC多結晶層,またはSiGeC非晶質層である
ことを特徴とするドット体の形成方法。
2. The method for forming a dot body according to claim 1, wherein the semiconductor layer is a SiGe polycrystal layer, a SiGe amorphous layer,
A method for forming a dot body, which is a SiGeC polycrystalline layer or a SiGeC amorphous layer.
【請求項3】 請求項1または2に記載のドット体の形
成方法において、 上記工程(b)の後に、上記半導体層の上にシリコンを
主成分とするキャップ層を形成することを特徴とするド
ット体の形成方法。
3. The method for forming a dot body according to claim 1, wherein a cap layer containing silicon as a main component is formed on the semiconductor layer after the step (b). Method of forming dot body.
【請求項4】 浮遊ゲート電極として機能し,Geを主
成分とするドット体と、制御ゲート電極と、ソース・ド
レインとして機能する不純物拡散層とを有する半導体装
置の製造方法であって、 半導体基板上に絶縁層を形成する工程(a)と、 上記絶縁層の少なくとも一部の上にGeを含有する化合
物半導体からなる半導体層を形成する工程(b)と、 上記半導体層を熱酸化することにより上記半導体層から
Geを主成分とする複数のドット体と上記ドット体を覆
う酸化膜とを形成する工程(c)とを含む半導体装置の
製造方法。
4. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a dot body having Ge as a main component, which functions as a floating gate electrode, a control gate electrode, and an impurity diffusion layer which functions as a source / drain, comprising: a semiconductor substrate; A step (a) of forming an insulating layer thereon, a step (b) of forming a semiconductor layer made of a compound semiconductor containing Ge on at least a part of the insulating layer, and thermally oxidizing the semiconductor layer. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step (c) of forming a plurality of dot bodies containing Ge as a main component from the semiconductor layer and an oxide film covering the dot bodies.
【請求項5】 請求項4に記載の半導体装置の製造方法
において、 上記工程(c)の後、上記酸化膜の上に上記制御ゲート
電極を形成する工程をさらに含むことを特徴とする半導
体装置の製造方法。
5. The semiconductor device manufacturing method according to claim 4, further comprising a step of forming the control gate electrode on the oxide film after the step (c). Manufacturing method.
【請求項6】 請求項4に記載の半導体装置の製造方法
において、 上記工程(a)の前に、上記半導体基板上に上記制御ゲ
ート電極を形成する工程をさらに含み、 上記工程(a)では、上記制御ゲート電極の側面上から
上記半導体層の一部の上に延びる上記絶縁層を形成し、 上記工程(b)では、上記制御ゲート電極の側面上から
上記半導体層の一部の上に延びる領域に、上記絶縁層を
挟んで上記半導体層を形成することを特徴とする半導体
装置の製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, further comprising a step of forming the control gate electrode on the semiconductor substrate before the step (a), wherein the step (a) includes Forming the insulating layer extending from a side surface of the control gate electrode to a part of the semiconductor layer, and in the step (b), forming an insulating layer from a side surface of the control gate electrode to a part of the semiconductor layer. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming the semiconductor layer in the extending region with the insulating layer interposed therebetween.
【請求項7】 請求項4〜6のうちいずれか1つに記載
の半導体装置の製造方法において、 上記絶縁層は、シリコン酸化膜,シリコン酸窒化膜,シ
リコン窒化膜のうちのいずれか1つからなるか、また
は、シリコン酸化膜,シリコン酸窒化膜,シリコン窒化
膜のいずれかから構成される積層膜からなることを特徴
とする半導体装置の製造方法。
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the insulating layer is one of a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, and a silicon nitride film. Or a laminated film composed of any one of a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, and a silicon nitride film.
【請求項8】 請求項4〜7のうちいずれか1つに記載
の半導体装置の製造方法において、 上記半導体層は、SiGe多結晶層,SiGe非晶質
層,SiGeC多結晶層,またはSiGeC非晶質層で
あることを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the semiconductor layer is a SiGe polycrystal layer, a SiGe amorphous layer, a SiGeC polycrystal layer, or a SiGeC non-crystal layer. A method for manufacturing a semiconductor device, which is a crystalline layer.
【請求項9】 請求項4〜8のうちいずれか1つに記載
の半導体装置の製造方法において、 上記工程(b)の後に、上記半導体層の上にシリコンを
主成分とするキャップ層を形成することを特徴とする半
導体装置の製造方法。
9. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein after the step (b), a cap layer containing silicon as a main component is formed on the semiconductor layer. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
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