JP3024508B2 - Semiconductor device having two-layer electrode structure - Google Patents

Semiconductor device having two-layer electrode structure

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JP3024508B2
JP3024508B2 JP7064395A JP6439595A JP3024508B2 JP 3024508 B2 JP3024508 B2 JP 3024508B2 JP 7064395 A JP7064395 A JP 7064395A JP 6439595 A JP6439595 A JP 6439595A JP 3024508 B2 JP3024508 B2 JP 3024508B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、EPROM等の2層電
極構造を有する半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a two-layer electrode structure, such as an EPROM.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のEPROMは、第1導電型のウ
ェル領域が形成された基板表面に互いに電気的に分離し
て形成された第2導電型のソース・ドレイン領域と、こ
れら領域間のチャネル領域を少なくとも含む半導体基板
上に第1のゲート酸化膜を介して形成されリンがドープ
された多結晶シリコン(ポリシリコン:Poly−S
i)からなるフローティングゲートと、このフローティ
ングゲート上に第2のゲート酸化膜(層間絶縁膜)を介
して設けられた多結晶シリコンからなるコントロールゲ
ートとから構成されている。
2. Description of the Related Art An EPROM of this type includes a source / drain region of a second conductivity type formed on a substrate surface having a well region of a first conductivity type and electrically separated from each other. Phosphorus-doped polycrystalline silicon (polysilicon: Poly-S) formed over a semiconductor substrate including at least a channel region via a first gate oxide film
i) and a control gate made of polycrystalline silicon provided on the floating gate with a second gate oxide film (interlayer insulating film) interposed therebetween.

【0003】ここで、素子の微細化により第2のゲート
酸化膜が薄くなると、第2のゲート酸化膜での絶縁耐圧
が低下するという問題が発生する。そこで、特公平5ー
87993号公報に示すものにおいては、第2のゲート
酸化膜の膜厚を、従来の膜厚より薄く600Åとした場
合に、フローティングゲートのリン濃度を4×1020
-3〜8×1020cm-3として第2のゲート酸化膜での
絶縁耐圧を向上させるようにしている。
Here, when the thickness of the second gate oxide film is reduced due to miniaturization of the element, there arises a problem that the withstand voltage of the second gate oxide film is reduced. Therefore, in the device disclosed in Japanese Patent Publication No. Hei 5-87993, when the thickness of the second gate oxide film is set to 600 ° which is smaller than the conventional thickness, the phosphorus concentration of the floating gate is set to 4 × 10 20 c.
m −3 to 8 × 10 20 cm −3 so as to improve the withstand voltage in the second gate oxide film.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、素子を
一層微細化する場合、第2のゲート酸化膜の膜厚は上記
公報に示されるものよりもさらに薄くなる。そこで、第
2のゲート酸化膜の膜厚と絶縁耐圧との関係について検
討を行った。なお、この検討に係る図5乃至図9におい
て、フローティングゲートを形成するための多結晶シリ
コンを1Polyといい、リンを多結晶シリコンにドー
プすることをリン拡散といい、第2のゲート酸化膜の膜
厚をPoly間膜厚、絶縁耐圧をPoly間耐圧とい
う。
However, when the device is further miniaturized, the thickness of the second gate oxide film becomes smaller than that disclosed in the above publication. Therefore, the relationship between the thickness of the second gate oxide film and the withstand voltage was examined. 5 to 9 relating to this study, polycrystalline silicon for forming a floating gate is referred to as 1Poly, doping phosphorus into polycrystalline silicon is referred to as phosphorus diffusion, and a second gate oxide film is formed. The film thickness is referred to as the inter-Poly film thickness, and the dielectric breakdown voltage is referred to as the Poly inter-breakdown voltage.

【0005】フローティングゲート中のリン濃度はリン
拡散時間に比例し、フローティングゲートの膜厚を20
00Åとし、900℃の条件でリン拡散時間を変化させ
た場合、図5のようにリン濃度が変化する。この図か
ら、900℃で、26分のリン拡散時間とした場合に
は、リン濃度は約5.5×1020cm-3となる。このリ
ン濃度は上記従来技術のリン濃度範囲に入るものであ
る。
The phosphorus concentration in the floating gate is proportional to the phosphorus diffusion time,
When the phosphorus diffusion time is changed under the condition of 900 ° C. and 900 ° C., the phosphorus concentration changes as shown in FIG. From this figure, when the phosphorus diffusion time at 900 ° C. is 26 minutes, the phosphorus concentration is about 5.5 × 10 20 cm −3 . This phosphorus concentration falls within the phosphorus concentration range of the above-mentioned prior art.

【0006】このようなリン拡散条件にてリンドープし
たフローティングゲートを形成した場合、第2のゲート
酸化膜の膜厚とその絶縁耐圧は図6に示す関係となっ
た。なお、この図6において、第2のゲート酸化膜の膜
厚は、フローティングゲートとコントロールゲート間の
容量を計測し、それとゲートの面積との関係から換算し
て算出した。また、絶縁耐圧は、フローティングゲート
とコントロールゲート間に電圧を印加し、その間に流れ
る電流が所定値(例えば10nA)になる時の印加電圧
とした。
When a phosphorus-doped floating gate is formed under such phosphorus diffusion conditions, the relationship between the thickness of the second gate oxide film and its dielectric strength is shown in FIG. In FIG. 6, the thickness of the second gate oxide film was calculated by measuring the capacitance between the floating gate and the control gate and converting the capacitance between the capacitance and the gate area. The withstand voltage was set to a voltage applied when a voltage was applied between the floating gate and the control gate and a current flowing therebetween became a predetermined value (for example, 10 nA).

【0007】この図から、上記従来のもののように、第
2のゲート酸化膜の膜厚が600Å程度とした領域にお
いては、絶縁耐圧が8.0MV/cmと十分な耐圧を得
ることができるが、400Å以下の非常に薄い膜厚の場
合には、絶縁耐圧が大きく低下していることが分かる。
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、2層電極構
造の半導体装置における電極層間に形成した酸化膜の膜
厚を400Å以下とした場合の酸化膜の絶縁耐圧を向上
させることを目的とする。
From this figure, it can be seen that in a region where the thickness of the second gate oxide film is about 600 ° like the above-mentioned conventional one, a sufficient withstand voltage of 8.0 MV / cm can be obtained. It can be seen that when the film thickness is very small, that is, 400 ° or less, the withstand voltage is greatly reduced.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to improve the withstand voltage of an oxide film when the thickness of the oxide film formed between electrode layers in a semiconductor device having a two-layer electrode structure is 400 ° or less. I do.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、第2のゲ
ート酸化膜の膜厚が400Å以下の場合に絶縁耐圧が低
下する点について種々検討を行った。フローティングゲ
ート中のリンが固溶限界を越えると、第2のゲート酸化
膜中又は第2のゲート酸化膜とフローティングゲートと
の界面にリンが偏析する。この場合、第2のゲート酸化
膜の膜厚が厚い時には、その偏析したリンによる絶縁耐
圧上の問題は発生しない。
Means for Solving the Problems The present inventors have made various studies on the point that the withstand voltage is reduced when the thickness of the second gate oxide film is 400 ° or less. If the phosphorus in the floating gate exceeds the solid solution limit, phosphorus segregates in the second gate oxide film or at the interface between the second gate oxide film and the floating gate. In this case, when the thickness of the second gate oxide film is large, the segregated phosphorus does not cause a problem in withstand voltage.

【0009】しかしながら、第2のゲート酸化膜の膜厚
が薄くなると、偏析したリンによりウイークスポットが
形成され、絶縁耐圧の低下が生じると考えられる。すな
わち、第2のゲート酸化膜の膜厚が薄い場合には、相対
的にリンの偏析量が大きくなり、これにより絶縁耐圧の
低下が生じたものと考えられる。図7にリン拡散時間と
フローティングゲートのシート抵抗との関係を示す。な
お、図中の各リン拡散時間でのデータは、ウェハ1枚当
たりn=5点の測定値の平均±3σn-1 で示したもので
ある。この図から、リン拡散時間が26分以上の場合に
は、シート抵抗変化が少なくフローティングゲート中の
リンが過飽和状態にある。すなわち、上記リン濃度が約
5.5×1020cm-3においては、フローティングゲー
ト中のリンが過飽和状態にあり、このような過飽和状態
の時に、第2のゲート酸化膜の膜厚が400Å以下にな
ると、リンの偏析により絶縁耐圧が低下していったもの
と考えられる。
However, when the thickness of the second gate oxide film is reduced, it is considered that weak spots are formed due to the segregated phosphorus and the dielectric breakdown voltage is reduced. That is, when the thickness of the second gate oxide film is small, the segregation amount of phosphorus becomes relatively large, and it is considered that the dielectric breakdown voltage is reduced. FIG. 7 shows the relationship between the phosphorus diffusion time and the sheet resistance of the floating gate. Note that the data at each phosphorus diffusion time in the figure is shown as an average ± 3σ n-1 of the measured values at n = 5 points per wafer. From this figure, when the phosphorus diffusion time is 26 minutes or more, the change in the sheet resistance is small and the phosphorus in the floating gate is in a supersaturated state. That is, when the phosphorus concentration is about 5.5 × 10 20 cm −3 , the phosphorus in the floating gate is in a supersaturated state. In such a supersaturated state, the thickness of the second gate oxide film is 400 ° or less. Then, it is considered that the dielectric breakdown voltage decreased due to the segregation of phosphorus.

【0010】図7から、リン拡散時間が15分以下であ
れば、シート抵抗との関係からフローティングゲート中
のリンは過飽和状態になく、その時のリン濃度は、図5
から約3×1020cm-3以下である。従って、リン濃度
が約3×1020cm-3以下であればフローティングゲー
ト中のリンは過飽和状態とならないため、第2のゲート
酸化膜へのリンの偏析量が少なくなる。このため、第2
のゲート酸化膜の膜厚が400Å以下になっても絶縁耐
圧の低下が生じないものと考えられる。
From FIG. 7, when the phosphorus diffusion time is 15 minutes or less, phosphorus in the floating gate is not in a supersaturated state due to the relation with the sheet resistance, and the phosphorus concentration at that time is as shown in FIG.
From about 3 × 10 20 cm −3 or less. Therefore, when the phosphorus concentration is about 3 × 10 20 cm −3 or less, the phosphorus in the floating gate does not become supersaturated, and the amount of segregation of phosphorus in the second gate oxide film decreases. Therefore, the second
It is considered that even if the thickness of the gate oxide film becomes 400 ° or less, the dielectric breakdown voltage does not decrease.

【0011】図8、図9に上記考察に基づく検討結果を
示す。図8(a)、(b)、図9(a)は、フローティ
ングゲートの膜厚を2000Åとし、900℃の条件で
リン拡散時間を10分、15分、26分と変化させた場
合のそれぞれの絶縁耐圧特性である。なお、リン拡散時
間を10分、15分、26分と変化させた場合のフロー
ティングゲート中のリン濃度は、図5からそれぞれ約2
×1020cm-3、約3×1020cm-3、約5.5×10
20cm-3である。これらの図から、リン濃度が約3×1
20cm-3以下の時に、絶縁耐圧特性が良好であること
が分かる。
FIGS. 8 and 9 show the results of the study based on the above considerations. FIGS. 8A, 8B and 9A show the case where the thickness of the floating gate is 2000 ° and the phosphorus diffusion time is changed to 10, 15 and 26 minutes at 900 ° C., respectively. This is the withstand voltage characteristic of FIG. When the phosphorus diffusion time was changed to 10 minutes, 15 minutes, and 26 minutes, the phosphorus concentration in the floating gate was about 2 from FIG.
× 10 20 cm -3 , about 3 × 10 20 cm -3 , about 5.5 × 10
20 cm -3 . From these figures, it can be seen that the phosphorus concentration is about 3 × 1
It can be seen that when the pressure is 0 20 cm −3 or less, the withstand voltage characteristics are good.

【0012】また、リン拡散条件を950℃、20分に
した時には、図7に示すようにリンが一層過飽和状態に
なり、この時には図9(b)に示すように絶縁耐圧特性
が一層悪化している。本発明は上記した種々の検討に鑑
みてなされたものであり、その特徴とするところは請求
項各項に記載した通りのものである。
Further, when the phosphorus diffusion condition is 950 ° C. for 20 minutes, the phosphorus is further supersaturated as shown in FIG. 7, and at this time, the dielectric breakdown voltage characteristic further deteriorates as shown in FIG. ing. The present invention has been made in view of the various studies described above, and the features thereof are as described in each claim.

【0013】すなわち、請求項1に記載の発明において
は、半導体基板(1a)上に第1の絶縁膜(3)を介し
て形成された第1の電極層(4)と、この第1の電極層
(4)上に第2の絶縁膜(5)を介して形成された第2
の電極層(6)とからなる2層電極構造を有する半導体
装置において、前記第2の絶縁膜(5)の膜厚は400
Å以下であり、前記第1の電極層(4)はリンがドープ
された多結晶シリコンであって、リン濃度が2×1020
cm-3以上かつ3×1020cm-3以下に設定されている
ことを特徴としている。
That is, according to the first aspect of the present invention, the first electrode layer (4) formed on the semiconductor substrate (1a) via the first insulating film (3), A second insulating film (5) formed on the electrode layer (4) via a second insulating film (5);
In the semiconductor device having a two-layer electrode structure including the electrode layer (6), the second insulating film (5) has a thickness of 400.
The first electrode layer (4) is polycrystalline silicon doped with phosphorus and has a phosphorus concentration of 2 × 10 20.
It is characterized in that it is set in cm -3 or more or One 3 × 10 20 cm -3 or less.

【0014】請求項2に記載の発明においては、半導体
基板(1a)上に形成された第1のゲート絶縁膜(3)
と、前記半導体基板(1a)の表面に形成されたソース
・ドレイン領域(7、8)と、このソース・ドレイン領
域間(7、8)のチャネル領域(9)上に前記第1のゲ
ート絶縁膜(3)を介して形成され、2×1020cm-3
以上かつ3×1020cm-3以下にてリンがドープされた
多結晶シリコンからなるフローティングゲート(4)
と、このフローティングゲート(4)上に形成され、膜
厚が400Å以下の第2のゲート絶縁膜(5)と、この
第2のゲート絶縁膜を介し前記フローティングゲート上
に形成された多結晶シリコンからなるコントロールゲー
ト(6)とを備えた半導体記憶装置を特徴としている。
According to the second aspect of the present invention, the first gate insulating film (3) formed on the semiconductor substrate (1a).
A source / drain region (7, 8) formed on the surface of the semiconductor substrate (1a); and a first gate insulating region on a channel region (9) between the source / drain regions (7, 8). 2 × 10 20 cm -3 formed through the film (3)
Above or One 3 × 10 20 cm -3 of polycrystalline silicon doped with phosphorus under the following floating gate (4)
And a second gate insulating film (5) formed on the floating gate (4) and having a thickness of 400 ° or less, and polycrystalline silicon formed on the floating gate via the second gate insulating film. And a control gate (6) comprising a semiconductor memory device.

【0015】請求項3に記載の発明においては、半導体
基板(1a)上に第1のゲート絶縁膜(3)を形成する
工程と、この第1のゲート絶縁膜(3)上に多結晶シリ
コン膜(14)を形成する工程と、この多結晶シリコン
膜(14)にリンを2×1020cm-3以上かつ3×10
20cm-3以下の濃度でドープする工程と、このリンがド
ープされた多結晶シリコン膜をパターニングしフローテ
ィングゲート(4)を形成する工程と、このフローティ
ングゲート(4)上に400Å以下の膜厚の第2のゲー
ト絶縁膜(5)を形成する工程と、この第2のゲート絶
縁膜(5)を介し前記フローティングゲート上に多結晶
シリコンからなるコントロールゲート(6)を形成する
工程と、前記フローティングゲート(4)直下の前記半
導体基板(1a)表面をチャネル領域とし、そのチャネ
ル領域(9)の両側の前記半導体基板(1a)表面にソ
ース・ドレイン領域(7、8)を形成する工程とを備え
た半導体記憶装置の製造方法を特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, a step of forming a first gate insulating film (3) on a semiconductor substrate (1a), and a step of forming a polycrystalline silicon on the first gate insulating film (3). film (14) forming a polycrystalline silicon film or phosphorus 2 × 10 20 cm -3 or more one to (14) 3 × 10
A step of doping at a concentration of 20 cm -3 or less, a step of patterning the phosphorus-doped polycrystalline silicon film to form a floating gate (4), and a step of forming a film thickness of 400 ° or less on the floating gate (4). Forming a second gate insulating film (5); forming a control gate (6) made of polycrystalline silicon on the floating gate via the second gate insulating film (5); Forming a surface of the semiconductor substrate (1a) immediately below the floating gate (4) as a channel region, and forming source / drain regions (7, 8) on the surface of the semiconductor substrate (1a) on both sides of the channel region (9); The method is characterized by a method of manufacturing a semiconductor memory device having:

【0016】請求項4に記載の発明においては、半導体
基板(1a)上に第1の絶縁膜(3)を介して形成され
た第1の電極層(4)と、この第1の電極層(4)上に
第2の絶縁膜(5)を介して形成された第2の電極層
(6)とからなる2層電極構造を有する半導体装置にお
いて、前記第2の絶縁膜(5)は、前記第1の電極層
(4)が熱酸化されて形成されていると共に、膜厚が4
00Å以下となっており、前記第1の電極層(4)はリ
ンがドープされた多結晶シリコンであって、リン濃度
×1020cm-3以上かつ3×1020cm-3以下に設定
されていることを特徴としている。請求項5に記載の発
明においては、半導体基板(1a)上に形成された第1
のゲート絶縁膜(3)と、前記半導体基板(1a)の表
面に形成されたソース・ドレイン領域(7、8)と、こ
のソース・ドレイン領域間(7、8)のチャネル領域
(9)上に前記第1のゲート絶縁膜(3)を介して形成
され、2×1020cm-3以上かつ3×1020cm-3以下
にてリンがドープされた多結晶シリコンからなるフロー
ティングゲート(4)と、このフローティングゲート
(4)上に、該フローティングゲートを熱酸化すること
により形成され、膜厚が400Å以下の第2のゲート絶
縁膜(5)と、この第2のゲート絶縁膜を介し前記フロ
ーティングゲート上に形成された多結晶シリコンからな
るコントロールゲート(6)とを備えた半導体記憶装置
を特徴としている。請求項6に記載の発明においては、
半導体基板(1a)上に第1のゲート絶縁膜(3)を形
成する工程と、この第1のゲート絶縁膜(3)上に多結
晶シリコン膜(14)を形成する工程と、この多結晶シ
リコン膜(14)にリンを2×1020cm-3以上かつ3
×1020cm-3以下の濃度でドープする工程と、このリ
ンがドープされた多結晶シリコン膜をパターニングしフ
ローティングゲート(4)を形成する工程と、このフロ
ーティングゲート(4)を熱酸化することにより、この
フローティングゲート(4)上に400Å以下の膜厚の
第2のゲート絶縁膜(5)を形成する工程と、この第2
のゲート絶縁膜(5)を介し前記フローティングゲート
上に多結晶シリコンからなるコントロールゲート(6)
を形成する工程と、前記フローティングゲート(4)直
下の前記半導体基板(1a)表面をチャネル領域とし、
そのチャネル領域(9)の両側の前記半導体基板(1
a)表面にソース・ドレイン領域(7、8)を形成する
工程とを備えた半導体記憶装置の製造方法を特徴として
いる。請求項7に記載の発明においては、半導体基板
(1a)上に第1のゲート絶縁膜(3)を形成する工程
と、この第1のゲート絶縁膜(3)上に多結晶シリコン
膜(14)を形成する工程と、この多結晶シリコン膜
(14)にリンを2×10 20 cm -3 以上かつ3×1020
cm-3以下の濃度でドープする工程と、このリンがドー
プされた多結晶シリコン膜をパターニングしフローティ
ングゲート(4)を形成する工程と、このフローティン
グゲートを熱酸化したのち、この熱酸化によって形成さ
れた酸化膜を除去する工程と、このフローティングゲー
ト上に400Å以下の膜厚の第2のゲート絶縁膜を形成
する工程と、この第2のゲート絶縁膜(5)を介し前記
フローティングゲート上に多結晶シリコンからなるコン
トロールゲート(6)を形成する工程と、前記フローテ
ィングゲート(4)直下の前記半導体基板(1a)表面
をチャネル領域とし、そのチャネル領域(9)の両側の
前記半導体基板(1a)表面にソース・ドレイン領域
(7、8)を形成する工程とを備えた半導体記憶装置の
製造方法を特徴としている。また、請求項8に記載の発
明においては、前記第2のゲート絶縁膜形成工程では、
前記フローティングゲートをさらに酸化させることによ
って前記第2のゲート絶縁膜を形成することを特徴とし
ている。
According to a fourth aspect of the present invention, the first electrode layer (4) formed on the semiconductor substrate (1a) via the first insulating film (3), and the first electrode layer (4) In a semiconductor device having a two-layer electrode structure including a second electrode layer (6) formed on a second insulating film (5) via a second insulating film (5), the second insulating film (5) is The first electrode layer (4) is formed by thermal oxidation and has a thickness of 4
00 ° or less, and the first electrode layer (4) is polycrystalline silicon doped with phosphorus, and has a phosphorus concentration of
It is characterized in that it is set to 2 × 10 20 cm -3 or more or One 3 × 10 20 cm -3 or less. According to the invention described in claim 5, the first substrate formed on the semiconductor substrate (1a).
A gate insulating film (3), source / drain regions (7, 8) formed on the surface of the semiconductor substrate (1a), and a channel region (9) between the source / drain regions (7, 8). the first is formed through a gate insulating film (3), 2 × 10 20 cm -3 or more or one 3 × 10 20 cm -3 of polycrystalline silicon doped with phosphorus under the following floating gate ( 4), a second gate insulating film (5) formed on the floating gate (4) by thermally oxidizing the floating gate and having a thickness of 400 ° or less; and a second gate insulating film. And a control gate (6) made of polycrystalline silicon formed on the floating gate. In the invention according to claim 6,
A step of forming a first gate insulating film (3) on the semiconductor substrate (1a); a step of forming a polycrystalline silicon film (14) on the first gate insulating film (3); phosphorus 2 × the silicon film (14) 10 20 cm -3 or more or one 3
Doping at a concentration of × 10 20 cm −3 or less; patterning the phosphorus-doped polycrystalline silicon film to form a floating gate (4); and thermally oxidizing the floating gate (4). Forming a second gate insulating film (5) having a thickness of 400 ° or less on the floating gate (4);
A control gate (6) made of polycrystalline silicon on the floating gate via the gate insulating film (5)
Forming a channel region on the surface of the semiconductor substrate (1a) immediately below the floating gate (4);
The semiconductor substrate (1) on both sides of the channel region (9)
a) forming a source / drain region (7, 8) on the surface; In the present invention, a step of forming a first gate insulating film (3) on the semiconductor substrate (1a), and a step of forming a polycrystalline silicon film (14) on the first gate insulating film (3). ), And adding phosphorus to the polycrystalline silicon film (14) in an amount of 2 × 10 20 cm −3 or more and 3 × 10 20
a step of doping at a concentration of not more than cm -3 , a step of patterning the phosphorus-doped polycrystalline silicon film to form a floating gate (4), a step of thermally oxidizing the floating gate, and forming the floating gate by thermal oxidation Removing the deposited oxide film, forming a second gate insulating film having a thickness of 400 ° or less on the floating gate, and forming the second gate insulating film on the floating gate through the second gate insulating film (5). A step of forming a control gate (6) made of polycrystalline silicon; and a step of forming a surface of the semiconductor substrate (1a) immediately below the floating gate (4) as a channel region, and the semiconductor substrate (1a) on both sides of the channel region (9). Forming a source / drain region (7, 8) on the surface. There. Further, in the invention described in claim 8, in the second gate insulating film forming step,
By further oxidizing the floating gate
Forming the second gate insulating film.
ing.

【0017】なお、上記各手段のカッコ内の符号等は、
後述する実施例記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。
The symbols in parentheses of each of the above means are as follows:
It shows the correspondence with specific means described in the embodiments described later.

【0018】[0018]

【発明の作用効果】請求項1に記載の発明によれば、2
層電極構造の半導体装置における電極層間に形成した層
間絶縁膜の膜厚を400Å以下とし、かつ第1の電極層
をリンがドープされた多結晶シリコンにて構成するとと
もに、そのリン濃度を2×1020cm-3以上かつ3×1
20cm-3以下に設定している。従って、第1の電極層
から層間絶縁膜へのリンの偏析量を少なくすることがで
きるため、層間絶縁膜の絶縁耐圧を向上させることがで
きる。なお、請求項4に示すように、第1の電極層を熱
酸化することによって層間絶縁膜を形成する場合に適用
できる。
According to the first aspect of the present invention, 2
In a semiconductor device having a layered electrode structure, the thickness of an interlayer insulating film formed between electrode layers is set to 400 ° or less, the first electrode layer is made of phosphorus-doped polycrystalline silicon, and the phosphorus concentration is 2 ×. 10 20 cm -3 one or more 3 × 1
It is set to 0 20 cm -3 or less. Therefore, the amount of segregation of phosphorus from the first electrode layer to the interlayer insulating film can be reduced, so that the withstand voltage of the interlayer insulating film can be improved. The present invention can be applied to a case where an interlayer insulating film is formed by thermally oxidizing a first electrode layer.

【0019】請求項2に記載の発明によれば、EPRO
M等の不揮発性メモリにおいてフローティングゲートと
コントロールゲート間の層間絶縁膜を400Å以下とし
た時のその絶縁耐圧を向上させることができる。なお、
請求項5に示すように、フローティングゲートを熱酸化
することによって層間絶縁膜を形成する場合に適用でき
る。
According to the second aspect of the present invention, EPRO
In a non-volatile memory such as M, the withstand voltage of the interlayer insulating film between the floating gate and the control gate when the interlayer insulating film is set to 400 ° or less can be improved. In addition,
The floating gate is thermally oxidized.
Can be applied when forming an interlayer insulating film.
You.

【0020】また、請求項3に記載の発明によれば、請
求項2に記載のEPROM等の不揮発性メモリを製造す
ることができる。請求項6に記載の発明によれば、請求
項5に記載のEPROM等の不揮発性メモリを製造する
ことができる。また、請求項7に記載の発明によれば、
フローティングゲートのリン濃度を3×1020cm-3
下に設定しており、層間絶縁膜へのリンの偏析量を少な
くでき、その絶縁耐圧を向上させることができると共
に、フローティングゲートを熱酸化した後に第2のゲー
ト絶縁膜を形成するようにしているため、フローティン
グゲートの表面凸部は平坦化され、エッジ上部、下部は
丸めの形状に改善され、層間絶縁膜の絶縁耐圧を向上さ
せることができる。この場合においても、リン濃度を2
×1020cm-3以上にすることができる。また、請求項
に示すように、第2のゲート絶縁膜形成工程では、フ
ローティングゲートをさらに酸化させることによって第
2のゲート絶縁膜を形成することができる。
According to the third aspect of the present invention, a nonvolatile memory such as the EPROM according to the second aspect can be manufactured. According to the invention described in claim 6, the nonvolatile memory such as the EPROM described in claim 5 can be manufactured. According to the invention described in claim 7,
The phosphorus concentration of the floating gate is set to 3 × 10 20 cm −3 or less, the amount of phosphorus segregated into the interlayer insulating film can be reduced, the withstand voltage can be improved, and the floating gate is thermally oxidized. Since the second gate insulating film is formed later, the surface convex portion of the floating gate is flattened, the upper and lower edges are rounded, and the dielectric strength of the interlayer insulating film is improved. it can. In this case, the re-emission concentration 2
× 10 20 cm -3 or more. Claims
As shown in FIG. 8 , in the second gate insulating film forming step, the second gate insulating film can be formed by further oxidizing the floating gate.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明を図に示す実施例について説明
する。図1にEPROMの断面構造を示す。(a)はゲ
ート長方向の断面、(b)はゲート幅方向の断面であ
る。図1において、N型あるいはP型のシリコンの半導
体基板1にP型のウェル領域1aが形成され、そのウェ
ル領域1aにLOCOS法により酸化膜(以下、LOC
OS酸化膜という)2が形成され、素子領域が形成され
る。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. FIG. 1 shows a cross-sectional structure of an EPROM. (A) is a cross section in the gate length direction, and (b) is a cross section in the gate width direction. In FIG. 1, a P-type well region 1a is formed in an N-type or P-type silicon semiconductor substrate 1, and an oxide film (hereinafter referred to as LOC) is formed in the well region 1a by LOCOS.
An OS region is formed.

【0022】素子領域上には、ゲート酸化膜(第1のゲ
ート絶縁膜)3、フローティングゲート(第1の電極
層)4、層間絶縁膜(第2のゲート絶縁膜)5、コント
ロールゲート(第2の電極層)6が順次積層形成されて
おり、これらは絶縁膜11にて覆われている。また、素
子領域にはN型のソース領域7、ドレイン領域8および
チャネル領域9が形成されている。さらに、ソース領域
7、ドレイン領域8に対しAl電極配線10が形成され
る(コントロールゲート6のAl電極配線についてはこ
の図1には図示されない)とともに、素子全体の表面に
は保護膜12が形成されている。
On the element region, a gate oxide film (first gate insulating film) 3, a floating gate (first electrode layer) 4, an interlayer insulating film (second gate insulating film) 5, and a control gate (first gate insulating film) (Two electrode layers) 6 are sequentially laminated, and these are covered with an insulating film 11. An N-type source region 7, a drain region 8 and a channel region 9 are formed in the element region. Further, an Al electrode wiring 10 is formed for the source region 7 and the drain region 8 (the Al electrode wiring of the control gate 6 is not shown in FIG. 1), and a protective film 12 is formed on the entire surface of the device. Have been.

【0023】ここで、この実施例においては、層間絶縁
膜5の膜厚を330Åとするとともに、フローティング
ゲート4のリン濃度を約3×1020cm-3としている。
このEPROMの製造方法について図2乃至図4を用い
て説明する。なお、これらの図においては、図1(b)
のゲート幅方向の断面構成により製造工程を図示してい
る。
[0023] Here, in this embodiment, with a 330Å thickness of the interlayer insulating film 5, and the phosphorus concentration of the floating gate 4 and about 3 × 10 20 cm -3.
A method of manufacturing the EPROM will be described with reference to FIGS. In these figures, FIG.
The manufacturing process is illustrated by the cross-sectional configuration in the gate width direction.

【0024】まず、半導体基板1に、パッド酸化膜3a
を形成し、その後、窒化膜(Si34 )13を用いた
LOCOS法によりLOCOS酸化膜2を形成し、他の
素子領域に対する素子分離を行う(図2(a))。そし
て、窒化膜13、パッド酸化膜3aを除去した後、ゲー
ト酸化膜3を形成しチャネル領域9形成のためにイオン
注入を行う(図2(b))。
First, a pad oxide film 3a is formed on a semiconductor substrate 1.
After that, a LOCOS oxide film 2 is formed by a LOCOS method using a nitride film (Si 3 N 4 ) 13 to perform element isolation for other element regions (FIG. 2A). Then, after removing the nitride film 13 and the pad oxide film 3a, the gate oxide film 3 is formed and ion implantation is performed to form the channel region 9 (FIG. 2B).

【0025】この後、CVD法により全面に厚さ200
0Åの多結晶シリコン14を堆積する(図2(c))。
この多結晶シリコン14の堆積後、900℃のPOCl
3 雰囲気で、時間15分のリン拡散を行い、多結晶シリ
コン14中のリン濃度を約3×1020cm-3とする(図
3(a))。
After that, a thickness of 200
A polycrystalline silicon 14 of 0 ° is deposited (FIG. 2C).
After the deposition of this polycrystalline silicon 14, POCl at 900 ° C.
Phosphorus diffusion is performed in three atmospheres for a time period of 15 minutes, and the phosphorus concentration in the polycrystalline silicon 14 is set to about 3 × 10 20 cm −3 (FIG. 3A).

【0026】次に、ホトリソグラフィ技術により、レジ
ストマスク15を用いて選択的にエッチングしてパター
ニングを行い、フローティングゲート4を形成する(図
3(b))。その後、熱酸化法により、熱酸化膜16を
形成する。例えば、1050°C、DryO2 にて5分
間酸化を行い、500Åの熱酸化膜16を形成する(図
3(c))。
Next, the floating gate 4 is formed by selective etching and patterning using a resist mask 15 by photolithography (FIG. 3B). Thereafter, a thermal oxide film 16 is formed by a thermal oxidation method. For example, oxidation is performed at 1050 ° C. at DryO 2 for 5 minutes to form a 500 ° thermal oxide film 16 (FIG. 3C).

【0027】次に、熱酸化膜16を、湿式法、例えば、
ふっ酸によりエッチング除去し、この後、層間絶縁膜5
を熱酸化法により形成する。例えば、1050°C、D
ryO2 にて2分間酸化を行い、330Åの層間絶縁膜
5を形成する(図4(a))。また、周辺トランジス
タ、例えばNchトランジスタ、Pchトランジスタの
しきい値調整をイオン注入にて行う。
Next, the thermal oxide film 16 is formed by a wet method, for example,
It is removed by etching with hydrofluoric acid.
Is formed by a thermal oxidation method. For example, 1050 ° C, D
Oxidation is performed for 2 minutes using ryO 2 to form a 330 ° interlayer insulating film 5 (FIG. 4A). Also, threshold adjustment of peripheral transistors, for example, Nch transistors and Pch transistors is performed by ion implantation.

【0028】そして、素子表面にCVD法により全面に
厚さ3700Åの多結晶シリコン6を形成し、フローテ
ィングゲート4の形成と同様、リンのドーピングを行
う。この場合、多結晶シリコン中のリン濃度を約5×1
20cm-3とする。そして、レジストマスクを用いてパ
ターニングし、コントロールゲート6を形成する(図4
(b))。
Then, polycrystalline silicon 6 having a thickness of 3700 ° is formed on the entire surface of the element by the CVD method, and phosphorus is doped in the same manner as the formation of floating gate 4. In this case, the phosphorus concentration in the polycrystalline silicon is about 5 × 1
0 20 cm -3 . Then, patterning is performed using a resist mask to form a control gate 6 (FIG. 4).
(B)).

【0029】この後、再度熱酸化を用いてコントロール
ゲート6の回りに酸化膜を形成し、イオン注入によりソ
ース領域、ドレイン領域を形成した後、絶縁膜11を形
成する(図4(c))。そして、絶縁膜11にAl電極
配線形成用のコンタクト穴を形成し、ソース、ドレイ
ン、コントロールゲート用のAl電極配線を形成し、最
後に保護膜12を形成して図1に示すEPROMが構成
される。
Thereafter, an oxide film is formed around the control gate 6 again by using thermal oxidation, a source region and a drain region are formed by ion implantation, and an insulating film 11 is formed (FIG. 4C). . Then, a contact hole for forming an Al electrode wiring is formed in the insulating film 11, an Al electrode wiring for a source, a drain, and a control gate is formed. Finally, a protective film 12 is formed to complete the EPROM shown in FIG. You.

【0030】上記製造方法によれば、フローティングゲ
ートを形成するための多結晶シリコン14中にリンをド
ープする場合、900℃のPOCl3 雰囲気で、時間1
5分のリン拡散を行っているため、図7から多結晶シリ
コン14中のリン濃度は約3×1020cm-3である。従
って、層間絶縁膜5の膜厚を330Åとしても、フロー
ティングゲート4中のリンは過飽和状態になく、リンが
層間絶縁膜5又は層間絶縁膜5とフローティングゲート
4との界面に偏析する量は少ない。このため、層間絶縁
膜5の絶縁耐圧特性は、図8(b)に示すようになり、
初期故障、中間故障といった絶縁耐圧不良を低減するこ
とができる。
According to the above-described manufacturing method, when phosphorus is doped into the polycrystalline silicon 14 for forming a floating gate, the polycrystalline silicon 14 is not heated for 1 hour in a POCl 3 atmosphere at 900 ° C.
Since phosphorus diffusion is performed for 5 minutes, the phosphorus concentration in the polycrystalline silicon 14 is about 3 × 10 20 cm −3 from FIG. Therefore, even if the thickness of the interlayer insulating film 5 is set to 330 °, the phosphorus in the floating gate 4 is not in a supersaturated state, and the amount of phosphorus segregated at the interlayer insulating film 5 or at the interface between the interlayer insulating film 5 and the floating gate 4 is small. . Therefore, the withstand voltage characteristics of the interlayer insulating film 5 are as shown in FIG.
Insufficient withstand voltage such as initial failure and intermediate failure can be reduced.

【0031】また、上記製造方法において、層間絶縁膜
5の形成時に、多結晶シリコンで構成されたフローティ
ングゲート4を2回酸化している(図3(c)、図4
(a))。従って、この2回酸化によりフローティング
ゲート4の表面凸部は平坦化され、エッジ上部、下部は
丸めの形状に改善されるため、このことによっても層間
絶縁膜5の絶縁耐圧を向上させることができる。
In the above-described manufacturing method, the floating gate 4 made of polycrystalline silicon is oxidized twice during the formation of the interlayer insulating film 5 (FIGS. 3C and 4).
(A)). Therefore, the surface protrusions of the floating gate 4 are flattened by the second oxidation, and the upper and lower edges of the floating gate 4 are improved to have rounded shapes. This can also improve the withstand voltage of the interlayer insulating film 5. .

【0032】なお、上記実施例では、本発明をEPRO
Mに適用するものを示したが、EEPROM、FLAS
Hメモリ、DRAM、2層Poly−Siキャパシタ等
の2層電極構造の半導体装置であれば本発明を適用する
ことができる。この場合、上記した層間絶縁膜の耐圧改
善により、不揮発性メモリの電荷抜けの低減、2層Po
ly−Siキャパシタの電荷抜けの低減、容量精度向上
等の効果を得ることができる。
In the above embodiment, the present invention is applied to an EPRO.
M, but applied to EEPROM, FLAS
The present invention can be applied to a semiconductor device having a two-layer electrode structure such as an H memory, a DRAM, and a two-layer Poly-Si capacitor. In this case, by improving the breakdown voltage of the above-described interlayer insulating film, the charge loss of the nonvolatile memory is reduced, and the two-layer Po
It is possible to obtain effects such as a reduction in charge loss of the ly-Si capacitor and an improvement in capacitance accuracy.

【0033】また、EPROM、FLASHメモリ等に
本発明を適用した場合には、さらにホットキャリア注入
領域となる第1の絶縁膜の絶縁破壊寿命も図10に示す
ように向上するという効果を有する。この図10に示す
ものは、第1の絶縁膜(酸化膜)上の第1の電極層(フ
ローティングゲート)と基板間に定電流を流し、第1の
絶縁膜の絶縁破壊寿命を測定する定電流TDDB試験の
結果を示すものである。なお、この試験においては、温
度30℃の条件下で、ホットキャリア注入領域となる第
1の絶縁膜の面積Sを100μm2 とし、電流密度を−
10mA/cm2 とした場合に累積故障率が50%とな
る寿命を求め、それに電流密度を掛けることにより、第
1の絶縁膜が故障に至るまでに通過した単位面積当たり
の総電荷量QBDを得るようにしている。
When the present invention is applied to an EPROM, a FLASH memory, or the like, there is an effect that the dielectric breakdown life of the first insulating film serving as a hot carrier injection region is further improved as shown in FIG. In FIG. 10, a constant current is applied between the first electrode layer (floating gate) on the first insulating film (oxide film) and the substrate to measure the dielectric breakdown lifetime of the first insulating film. 9 shows the results of a current TDDB test. In this test, under the condition of a temperature of 30 ° C., the area S of the first insulating film to be a hot carrier injection region was set to 100 μm 2 , and the current density was set to −
The life, at which the cumulative failure rate becomes 50% when 10 mA / cm 2 is obtained, is multiplied by the current density to obtain the total charge amount Q BD per unit area that the first insulating film has passed before the failure. I'm trying to get

【0034】そして、1Polyリン拡散時間を変化さ
せた場合には、総電荷量QBDは図に示すように変化す
る。すなわち、1Polyリン拡散時間が短い程、第1
の絶縁膜の絶縁破壊寿命が向上する。これは、第1の電
極層中のリン濃度を高くすると、第1の絶縁膜中又は第
1の絶縁膜と第1の電極層との界面にリンが偏析し、こ
れによって第1の絶縁膜の絶縁破壊寿命が低下すると考
えられる。従って、上記した実施例に示すように、1P
olyリン拡散時間を15分以下として第1の電極層中
のリン濃度を低下させることにより、第1の絶縁膜の絶
縁破壊寿命を向上させることができるという効果も有す
ることになる。
When the poly-phosphorus diffusion time is changed, the total charge Q BD changes as shown in FIG. That is, the shorter the 1 Poly phosphorus diffusion time, the more the first
The dielectric breakdown life of the insulating film is improved. This is because, when the concentration of phosphorus in the first electrode layer is increased, phosphorus segregates in the first insulating film or at the interface between the first insulating film and the first electrode layer, whereby the first insulating film It is thought that the dielectric breakdown life of the GaN decreases. Therefore, as shown in the above-described embodiment, 1P
By lowering the phosphorus concentration in the first electrode layer by setting the polyphosphorus diffusion time to 15 minutes or less, the dielectric breakdown life of the first insulating film can be improved.

【0035】なお、半導体基板と第1の電極層との間の
絶縁膜としては、酸化膜以外に酸化膜と窒化膜の積層構
造の絶縁膜あるいはオキシナイトライド系の絶縁膜を用
いることもできる。また、層間絶縁膜5を酸化膜にて形
成するようにしたが、酸化膜と窒化膜の積層構造の絶縁
膜あるいはオキシナイトライド系の絶縁膜としてもよ
い。
As an insulating film between the semiconductor substrate and the first electrode layer, an insulating film having a laminated structure of an oxide film and a nitride film or an oxynitride-based insulating film can be used other than the oxide film. . Further, although the interlayer insulating film 5 is formed of an oxide film, the interlayer insulating film 5 may be an insulating film having a laminated structure of an oxide film and a nitride film or an oxynitride-based insulating film.

【0036】さらに、上記実施例では、ゲート電極を多
結晶シリコンにより形成するものを示したが、多結晶シ
リコンと高融点金属の積層構造のものとしてもよい。な
お、フローティングゲート、コントロールゲートを構成
する多結晶シリコンへのリンを、多結晶シリコン形成と
同時にドーピングした場合でも上記と同様の効果を得る
ことができる。
Further, in the above embodiment, the gate electrode is formed of polycrystalline silicon. However, the gate electrode may have a laminated structure of polycrystalline silicon and a high melting point metal. Note that the same effect as described above can be obtained even when phosphorus is doped into polycrystalline silicon constituting the floating gate and the control gate simultaneously with the formation of polycrystalline silicon.

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

【図1】本発明の一実施例を示すEPROMの断面構造
を示す図で、(a)はゲート長方向の断面図、(b)は
ゲート幅方向の断面図である。
FIGS. 1A and 1B are diagrams showing a cross-sectional structure of an EPROM according to an embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a cross-sectional view in a gate length direction, and FIG.

【図2】図1に示すEPROMの製造工程図で、多結晶
シリコン14を堆積するまでの工程を示すものである。
FIG. 2 is a manufacturing process diagram of the EPROM shown in FIG. 1, showing a process up to depositing polycrystalline silicon 14;

【図3】図2に続く工程を示す工程図で、フローティン
グゲート4に1回目の酸化を行うまでの工程を示すもの
である。
FIG. 3 is a process drawing showing a step that follows the step of FIG. 2 and shows the steps up to the first oxidation of the floating gate 4;

【図4】図3に続く工程を示す工程図である。FIG. 4 is a process diagram showing a process following FIG. 3;

【図5】リン拡散時間とリン濃度との関係を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between phosphorus diffusion time and phosphorus concentration.

【図6】第2のゲート酸化膜の膜厚と絶縁耐圧との関係
を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the thickness of a second gate oxide film and the withstand voltage.

【図7】リン拡散時間とフローティングゲートのシート
抵抗との関係を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between a phosphorus diffusion time and a sheet resistance of a floating gate.

【図8】(a)は900℃でリン拡散時間を10分とし
た場合の絶縁耐圧特性を示す図、(b)は900℃でリ
ン拡散時間を15分とした場合の絶縁耐圧特性を示す図
である。
FIG. 8 (a) is a diagram showing the withstand voltage characteristics when the phosphorus diffusion time is set to 900 minutes at 900 ° C., and FIG. 8 (b) shows the withstand voltage characteristics when the phosphorus diffusion time is set to 15 minutes at 900 ° C. FIG.

【図9】(a)は900℃でリン拡散時間を26分とし
た場合の絶縁耐圧特性を示す図、(b)は950℃でリ
ン拡散時間を20分とした場合の絶縁耐圧特性を示す図
である。
FIG. 9 (a) is a diagram showing the withstand voltage characteristics when the phosphorus diffusion time is set to 900 ° C. and the phosphorus diffusion time is set to 26 minutes; FIG.

【図10】第1の絶縁膜の絶縁破壊寿命を測定する定電
流TDDB試験の結果を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a result of a constant current TDDB test for measuring a dielectric breakdown lifetime of a first insulating film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体基板、2…LOCOS酸化膜、3…ゲート酸
化膜、4…フローティングゲート、5…層間絶縁膜、6
…コントロールゲート、7…ソース領域、8…ドレイン
領域、9…チャネル領域。
REFERENCE SIGNS LIST 1 semiconductor substrate, 2 LOCOS oxide film, 3 gate oxide film, 4 floating gate, 5 interlayer insulating film, 6
... Control gate, 7 ... Source region, 8 ... Drain region, 9 ... Channel region.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−259476(JP,A) 特開 平6−29543(JP,A) 特開 平8−17949(JP,A) 特開 平8−298295(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8247 H01L 27/115 H01L 29/788 H01L 29/792 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-5-259476 (JP, A) JP-A-6-29543 (JP, A) JP-A-8-17949 (JP, A) JP-A-8-949 298295 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/8247 H01L 27/115 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板上に第1の絶縁膜を介して形
成された第1の電極層と、この第1の電極層上に第2の
絶縁膜を介して形成された第2の電極層とからなる2層
電極構造を有する半導体装置において、 前記第2の絶縁膜の膜厚は400Å以下であり、 前記第1の電極層はリンがドープされた多結晶シリコン
であって、リン濃度が2×1020cm-3以上かつ3×1
20cm-3以下に設定されていることを特徴とする2層
電極構造を有する半導体装置。
1. A first electrode layer formed on a semiconductor substrate via a first insulating film, and a second electrode formed on the first electrode layer via a second insulating film. In a semiconductor device having a two-layer electrode structure consisting of two layers, the thickness of the second insulating film is 400 ° or less, and the first electrode layer is polycrystalline silicon doped with phosphorus, and has a phosphorus concentration of There one or 2 × 10 20 cm -3 or more 3 × 1
A semiconductor device having a two-layer electrode structure, which is set at 0 20 cm −3 or less.
【請求項2】 半導体基板上に形成された第1のゲート
絶縁膜と、 前記半導体基板の表面に形成されたソース・ドレイン領
域と、 このソース・ドレイン領域間のチャネル領域上に前記第
1のゲート絶縁膜を介して形成され、2×1020cm-3
以上かつ3×1020cm-3以下にてリンがドープされた
多結晶シリコンからなるフローティングゲートと、 このフローティングゲート上に形成され、膜厚が400
Å以下の第2のゲート絶縁膜と、 この第2のゲート絶縁膜を介し前記フローティングゲー
ト上に形成された多結晶シリコンからなるコントロール
ゲートとを備えたことを特徴とする半導体記憶装置。
A first gate insulating film formed on a semiconductor substrate; a source / drain region formed on a surface of the semiconductor substrate; and a first gate insulating film on a channel region between the source / drain regions. 2 × 10 20 cm -3 formed via a gate insulating film
A floating gate made of polycrystalline silicon doped with phosphorus at or One 3 × 10 20 cm -3 inclusive, is formed on the floating gate, the thickness is 400
(4) A semiconductor memory device comprising: a second gate insulating film described below; and a control gate made of polycrystalline silicon formed on the floating gate with the second gate insulating film interposed therebetween.
【請求項3】 半導体基板上に第1のゲート絶縁膜を形
成する工程と、 この第1のゲート絶縁膜上に多結晶シリコン膜を形成す
る工程と、 この多結晶シリコン膜にリンを2×1020cm-3以上か
つ3×1020cm-3以下の濃度でドープする工程と、 このリンがドープされた多結晶シリコン膜をパターニン
グしフローティングゲートを形成する工程と、 このフローティングゲート上に400Å以下の膜厚の第
2のゲート絶縁膜を形成する工程と、 この第2のゲート絶縁膜を介し前記フローティングゲー
ト上に多結晶シリコンからなるコントロールゲートを形
成する工程と、 前記フローティングゲート直下の前記半導体基板表面を
チャネル領域とし、そのチャネル領域の両側の前記半導
体基板表面にソース・ドレイン領域を形成する工程とを
備えたことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
3. A step of forming a first gate insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a polycrystalline silicon film on the first gate insulating film, and adding 2 × phosphorus to the polycrystalline silicon film. More than 10 20 cm -3
A step of doping at a concentration of 3 × 10 20 cm −3 or less; a step of patterning the phosphorus-doped polycrystalline silicon film to form a floating gate; Forming a control gate made of polycrystalline silicon on the floating gate via the second gate insulating film; and forming a surface of the semiconductor substrate immediately below the floating gate as a channel region. Forming source / drain regions on the surface of the semiconductor substrate on both sides of the channel region.
【請求項4】 半導体基板上に第1の絶縁膜を介して形
成された第1の電極層と、この第1の電極層上に第2の
絶縁膜を介して形成された第2の電極層とからなる2層
電極構造を有する半導体装置において、 前記第2の絶縁膜は、前記第1の電極層が熱酸化されて
形成されていると共に、膜厚が400Å以下となってお
り、 前記第1の電極層はリンがドープされた多結晶シリコン
であって、リン濃度が2×1020cm-3以上かつ3×1
20cm-3以下に設定されていることを特徴とする2層
電極構造を有する半導体装置。
4. A first electrode layer formed on a semiconductor substrate via a first insulating film, and a second electrode formed on the first electrode layer via a second insulating film. In the semiconductor device having a two-layer electrode structure including a first layer and a second layer, the second insulating film is formed by thermally oxidizing the first electrode layer and has a thickness of 400 ° or less; the first electrode layer is a polycrystalline silicon doped with phosphorus, one or phosphorus concentration 2 × 10 20 cm -3 or more 3 × 1
A semiconductor device having a two-layer electrode structure, which is set at 0 20 cm −3 or less.
【請求項5】 半導体基板上に形成された第1のゲート
絶縁膜と、 前記半導体基板の表面に形成されたソース・ドレイン領
域と、 このソース・ドレイン領域間のチャネル領域上に前記第
1のゲート絶縁膜を介して形成され、2×1020cm-3
以上かつ3×1020cm-3以下にてリンがドープされた
多結晶シリコンからなるフローティングゲートと、 このフローティングゲート上に、該フローティングゲー
トを熱酸化することにより形成され、膜厚が400Å以
下の第2のゲート絶縁膜と、 この第2のゲート絶縁膜を介し前記フローティングゲー
ト上に形成された多結晶シリコンからなるコントロール
ゲートとを備えたことを特徴とする半導体記憶装置。
5. A first gate insulating film formed on a semiconductor substrate, a source / drain region formed on a surface of the semiconductor substrate, and a first gate insulating film formed on a channel region between the source / drain regions. 2 × 10 20 cm -3 formed via a gate insulating film
A floating gate made of polycrystalline silicon doped with phosphorus at or One 3 × 10 20 cm -3 inclusive, on the floating gate, is formed by thermally oxidizing the floating gate, the thickness is less 400Å And a control gate made of polycrystalline silicon formed on the floating gate with the second gate insulating film interposed therebetween.
【請求項6】 半導体基板上に第1のゲート絶縁膜を形
成する工程と、 この第1のゲート絶縁膜上に多結晶シリコン膜を形成す
る工程と、 この多結晶シリコン膜にリンを2×1020cm-3以上か
つ3×1020cm-3以下の濃度でドープする工程と、 このリンがドープされた多結晶シリコン膜をパターニン
グしフローティングゲートを形成する工程と、 このフローティングゲートを熱酸化することにより、こ
のフローティングゲート上に400Å以下の膜厚の第2
のゲート絶縁膜を形成する工程と、 この第2のゲート絶縁膜を介し前記フローティングゲー
ト上に多結晶シリコンからなるコントロールゲートを形
成する工程と、 前記フローティングゲート直下の前記半導体基板表面を
チャネル領域とし、そのチャネル領域の両側の前記半導
体基板表面にソース・ドレイン領域を形成する工程とを
備えたことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
6. A step of forming a first gate insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a polycrystalline silicon film on the first gate insulating film, and adding 2 × phosphorus to the polycrystalline silicon film. More than 10 20 cm -3
A step of doping at a concentration of 3 × 10 20 cm −3 or less; a step of patterning the phosphorus-doped polycrystalline silicon film to form a floating gate; and a step of thermally oxidizing the floating gate to form a floating gate. A second layer having a thickness of 400 ° or less on the gate
Forming a control gate made of polycrystalline silicon on the floating gate via the second gate insulating film; and forming a surface of the semiconductor substrate immediately below the floating gate as a channel region. Forming a source / drain region on the surface of the semiconductor substrate on both sides of the channel region.
【請求項7】 半導体基板上に第1のゲート絶縁膜を形
成する工程と、 この第1のゲート絶縁膜上に多結晶シリコン膜を形成す
る工程と、 この多結晶シリコン膜にリンを2×10 20 cm -3 以上か
つ3×1020cm-3以下の濃度でドープする工程と、 このリンがドープされた多結晶シリコン膜をパターニン
グしフローティングゲートを形成する工程と、 このフローティングゲートを熱酸化したのち、この熱酸
化によって形成された酸化膜を除去する工程と、 このフローティングゲート上に400Å以下の膜厚の第
2のゲート絶縁膜を形成する工程と、 この第2のゲート絶縁膜を介し前記フローティングゲー
ト上に多結晶シリコンからなるコントロールゲートを形
成する工程と、 前記フローティングゲート直下の前記半導体基板表面を
チャネル領域とし、そのチャネル領域の両側の前記半導
体基板表面にソース・ドレイン領域を形成する工程とを
備えたことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
7. A step of forming a first gate insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a polycrystalline silicon film on the first gate insulating film, and adding 2 × phosphorus to the polycrystalline silicon film. More than 10 20 cm -3
Doping at a concentration of 3 × 10 20 cm −3 or less; forming a floating gate by patterning the phosphorus-doped polycrystalline silicon film; thermally oxidizing the floating gate; Removing the oxide film formed by the above step; forming a second gate insulating film having a thickness of 400 ° or less on the floating gate; and forming a second gate insulating film on the floating gate through the second gate insulating film. Forming a control gate made of crystalline silicon; and forming a source / drain region on the surface of the semiconductor substrate on both sides of the channel region using the surface of the semiconductor substrate immediately below the floating gate as a channel region. A method for manufacturing a semiconductor memory device, comprising:
【請求項8】 前記第2のゲート絶縁膜形成工程では、
前記フローティングゲートをさらに酸化させることによ
って前記第2のゲート絶縁膜を形成することを特徴とす
る請求項7に記載の半導体記憶装置の製造方法。
8. The method according to claim 8, wherein in the second gate insulating film forming step,
By further oxidizing the floating gate
Forming the second gate insulating film.
A method for manufacturing a semiconductor memory device according to claim 7.
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