JP3141492B2 - Method for manufacturing nonvolatile memory element - Google Patents

Method for manufacturing nonvolatile memory element

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JP3141492B2 JP04045710A JP4571092A JP3141492B2 JP 3141492 B2 JP3141492 B2 JP 3141492B2 JP 04045710 A JP04045710 A JP 04045710A JP 4571092 A JP4571092 A JP 4571092A JP 3141492 B2 JP3141492 B2 JP 3141492B2
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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、不揮発性記憶素子の製
造方法に係り、とりわけ不揮発性記憶素子の記憶保持特
性を向上させる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 method for manufacturing a nonvolatile memory element, and more particularly to a method for improving the memory retention characteristics of a nonvolatile memory element.

【0002】[0002]

【従来の技術】図3〜図4は従来の方法による不揮発性
記憶素子の要部製造工程における断面図である。
2. Description of the Related Art FIGS. 3 and 4 are cross-sectional views showing a main part manufacturing process of a nonvolatile memory element according to a conventional method.

【0003】従来の方法により不揮発性記憶素子を製造
するには、まずP型シリコン基板(図示せず)にチャネ
ルストッパー、素子間分離のためのフィールド酸化膜
(図示せず)を除去する。次に、不揮発性記憶素子形成
領域の薄い酸化膜を除去した後に、閾値制御のために不
純物をチャネル領域(図示せず)にイオン注入する。
In order to manufacture a nonvolatile memory element by a conventional method, first, a channel stopper and a field oxide film (not shown) for element isolation are removed from a P-type silicon substrate (not shown). Next, after removing the thin oxide film in the nonvolatile memory element formation region, an impurity is ion-implanted into a channel region (not shown) for threshold control.

【0004】次に、P型シリコン基板の表面を熱酸化
し、不揮発性記憶素子の第1ゲート絶縁膜(SiO2
(図示せず)を形成する。次に、P型シリコン基板の上
方全面にCVD(化学気相成長)法により、図3(a)
に示すようにポリシリコン膜7を形成した後に、燐(リ
ン:P)をイオン注入する。ポリシリコン膜7の表面に
突起状欠陥アスペリティ6が生じている。
Next, the surface of the P-type silicon substrate is thermally oxidized to form a first gate insulating film (SiO 2 ) of the nonvolatile memory element.
(Not shown). Next, the entire upper surface of the P-type silicon substrate is formed by a CVD (chemical vapor deposition) method as shown in FIG.
After the polysilicon film 7 is formed as shown in FIG. 7, phosphorus (phosphorus: P) is ion-implanted. Protruding defect asperities 6 occur on the surface of the polysilicon film 7.

【0005】次に、フォトリソグラフィーおよびRIE
(反応性イオンエッチング)により不揮発性記憶素子形
成領域のポリシリコン膜7を残して、それ以外の領域の
ポリシリコン膜7を除去するとフローティングゲート7
aが形成される。
Next, photolithography and RIE
When the polysilicon film 7 in the non-volatile memory element formation region is left by the (reactive ion etching) and the polysilicon film 7 in the other region is removed, the floating gate 7 is removed.
a is formed.

【0006】次に、図3(b)に示すように、P型シリ
コン基板の全面を熱酸化し、5nm以上の厚さ(例えば
12nm)に第1シリコン酸化膜(SiO2)9を形成
した後に、図3(c)に示すようにCVD法により絶縁
膜10としてSi34を形成する。次に、図3(d)に
示すように、絶縁膜(Si34)10を熱酸化すると、
窒化膜(Si34)10の表面に3nm程度の厚さに第
2シリコン酸化膜(SiO2)11が形成される。
Next, as shown in FIG. 3B, the entire surface of the P-type silicon substrate is thermally oxidized to form a first silicon oxide film (SiO 2 ) 9 having a thickness of 5 nm or more (for example, 12 nm). Thereafter, as shown in FIG. 3C, Si 3 N 4 is formed as the insulating film 10 by the CVD method. Next, as shown in FIG. 3D, when the insulating film (Si 3 N 4 ) 10 is thermally oxidized,
A second silicon oxide film (SiO 2 ) 11 is formed on the surface of the nitride film (Si 3 N 4 ) 10 to a thickness of about 3 nm.

【0007】次に、CVD法によりポリシリコン膜をP
型シリコン基板の上方全面に形成した後に、リン(P)
をイオン注入する。次に、フォトリソグラフィーおよび
RIEにより不揮発性記憶素子形成領域のポリシリコン
膜、第2シリコン酸化膜(SiO2)11、絶縁膜(S
34)10、第1シリコン酸化膜(SiO2)9を残
して、それ以外の領域のポリシリコン膜、第2シリコン
酸化膜(SiO2)11、絶縁膜(Si34)10、第
1シリコン酸化膜(SiO2)9を除去すると、図4に
示すようにコントロールゲート8aおよび第1シリコン
酸化膜(SiO2)9a/絶縁膜(Si34)10a/
第2シリコン酸化膜(SiO2)11aから構成される
第2ゲート絶縁膜(ONO膜)12が形成される。次に
ソース領域およびドレイン領域にヒ素をイオン注入す
る。
Next, the polysilicon film is formed by P
(P) after being formed on the entire upper surface of the mold silicon substrate
Is ion-implanted. Next, the polysilicon film, the second silicon oxide film (SiO 2 ) 11, and the insulating film (S) in the nonvolatile memory element forming region are formed by photolithography and RIE.
i 3 N 4) 10, leaving the first silicon oxide film (SiO 2) 9, the polysilicon film of the other region, the second silicon oxide film (SiO 2) 11, an insulating film (Si 3 N 4) 10 Then, when the first silicon oxide film (SiO 2 ) 9 is removed, as shown in FIG. 4, the control gate 8a and the first silicon oxide film (SiO 2 ) 9a / insulating film (Si 3 N 4 ) 10a /
A second gate insulating film (ONO film) 12 composed of a second silicon oxide film (SiO 2 ) 11a is formed. Next, arsenic is ion-implanted into the source region and the drain region.

【0008】次に、層間絶縁膜としてSOG膜(Spin
On Glass)(以下の工程図示せず)を形成した後に、
ドレイン電極部にコンタクトホールを開口し、蒸着法に
よりアルミニウム膜を形成する。次にフォトリソグラフ
ィーおよびRIEによりアルミニウム膜を除去し、ドレ
イン電極を形成する。次に、パッシベーション膜として
P型シリコン基板の全面上方にプラズマCVD法により
P−SiN膜を形成する。上記工程を経て不揮発性記憶
素子を製造することができる。
Next, an SOG film (Spin) is used as an interlayer insulating film.
After forming On Glass) (the following process is not shown),
A contact hole is opened in the drain electrode portion, and an aluminum film is formed by an evaporation method. Next, the aluminum film is removed by photolithography and RIE to form a drain electrode. Next, a P-SiN film is formed as a passivation film over the entire surface of the P-type silicon substrate by a plasma CVD method. Through the above steps, a nonvolatile memory element can be manufactured.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】図8は、不揮発性記憶
素子の平面図であり、この不揮発性記憶素子はフローテ
ィングゲート7aに電子を捕獲してMOSトランジスタ
の閾値電圧が高くなった状態をHigh、電子を放出して
フローティングゲート7a中に電子が無くなってきた状
態で閾値電圧が低い状態をLowに対応するように構成さ
れる。
FIG. 8 is a plan view of a non-volatile memory element. This non-volatile memory element captures electrons in a floating gate 7a and shows a state in which a threshold voltage of a MOS transistor becomes high. The state where the threshold voltage is low in a state where electrons are emitted and electrons are lost in the floating gate 7a corresponds to Low.

【0010】フローティングゲート7aの電子の書き込
みは、ドレイン領域4に高電圧をかけることによりドレ
イン領域4の近傍に発生したホットエレクトロンを、コ
ントロールゲート8aに正電圧を印加することによりフ
ローティングゲート7aへ注入することによって行われ
る。
In writing electrons into the floating gate 7a, hot electrons generated near the drain region 4 by applying a high voltage to the drain region 4 are injected into the floating gate 7a by applying a positive voltage to the control gate 8a. It is done by doing.

【0011】この不揮発性記憶素子は、図3(a)に示
した工程において、フローティングゲート7aの表面上
に突起状欠陥アスペリティ6が発生し、更に図4(b)
に示した工程においてフローティングゲート7aの表面
上が酸化されるが、この酸化により突起状欠陥アスペリ
ティ6が更に大きくなる。
In this nonvolatile memory element, in the step shown in FIG. 3A, a protruding defect asperity 6 occurs on the surface of the floating gate 7a, and furthermore, FIG.
Is oxidized on the surface of the floating gate 7a in the process shown in FIG.

【0012】しかし、この突起状欠陥アスペリティ6
は、フローティングゲート7a内に電子が捕獲されてい
る場合に避雷針と同様の働きをし、この電子が第2ゲー
ト絶縁膜12を通してコントロールゲート8aへとFow
ler Nordheim トンネル電流あるいはPoole Frenkle
トンネル電流として流れ易くなり、不揮発性記憶素子の
記憶保持特性を劣化させ問題であった。
However, this asperity defect 6
Performs the same function as a lightning rod when electrons are captured in the floating gate 7a, and the electrons flow through the second gate insulating film 12 to the control gate 8a.
ler Nordheim Tunnel current or Pool Frenkle
This easily causes a tunnel current to flow, deteriorating the memory retention characteristics of the nonvolatile memory element, which is a problem.

【0013】しかし、この突起状欠陥アスペリティ6の
上に、第2シリコン酸化膜(SiO 2 )よりも厚い第1
シリコン酸化膜(SiO2)9aを形成する従来の方法
では、この突起状欠陥アスペリティ6によるFowler
Nordheimトンネル電流が大きく作用し、せっかく第1
シリコン酸化膜(SiO2)9aの膜厚を厚くしても、
このFowler Nordheimトンネル電流を防止する効果が
小さくなり、低電圧でもこのFowler Nordheimトンネ
ル電流が流れる。
However, the first defect thicker than the second silicon oxide film (SiO 2 ) is formed on the protrusion defect asperity 6.
In the conventional method of forming the silicon oxide film (SiO 2 ) 9a, the Fowler
The Nordheim tunnel current acts greatly,
Even if the thickness of the silicon oxide film (SiO 2 ) 9a is increased,
The effect of preventing the Fowler Nordheim tunnel current is reduced, and the Fowler Nordheim tunnel current flows even at a low voltage.

【0014】その結果、絶縁膜(Si34)10a内に
電子が入り込み、この絶縁膜(Si34)10a内では
Poole Frenkleトンネル電流として第2シリコン酸化
膜(SiO2)11aへと電子が通過する。しかし、第
1シリコン酸化膜(SiO2)9aの膜厚を厚くした
分、それだけ等価的に第2シリコン酸化膜(SiO2
11aの膜厚は薄くなり、3nm程度の厚さになる。従
って、この第2シリコン酸化膜(SiO2)11aの膜
厚が薄い分、それだけこの第2シリコン酸化膜(SiO
2)11aを通過してコントロールゲートへと電子が流
れ易くなる。そのため、不揮発性記憶素子の記憶保持特
性の劣化となり問題であった。
[0014] As a result, the insulating film (Si 3 N 4) electrons enters into 10a, into the insulating film (Si 3 N 4) as Poole Frenkle tunneling current in 10a second silicon oxide film (SiO 2) 11a The electrons pass. However, as the thickness of the first silicon oxide film (SiO 2 ) 9a is increased, the second silicon oxide film (SiO 2 ) is equivalently equivalent to that.
The film thickness of 11a is reduced to about 3 nm. Accordingly, the second silicon oxide film (SiO 2 ) 11a is thinner and thus the second silicon oxide film (SiO 2 )
2 ) Electrons easily flow to the control gate after passing through 11a. Therefore, there is a problem that the storage retention characteristics of the nonvolatile storage element deteriorate.

【0015】そこで、本発明は不揮発性不揮発性記憶素
子の第2ゲート絶縁膜を所定の膜厚の第1シリコン酸化
膜(SiO2)/絶縁膜(Si34)/第1シリコン酸
化膜よりも膜厚の厚い第2シリコン酸化膜(SiO2
の構成をとり、更にコントロールゲートとしてボロンを
導入したポリシリコン膜とすることにより不揮発性記憶
素子の記憶保持特性を向上させる不揮発性記憶素子の製
造方法を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention provides a method for forming a second gate insulating film of a nonvolatile nonvolatile memory element into a first silicon oxide film (SiO 2 ) / insulating film (Si 3 N 4 ) / first silicon oxide film having a predetermined thickness . Second silicon oxide film (SiO 2 ) thicker than
It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a nonvolatile memory element in which the storage gate characteristics are improved by using a polysilicon film into which boron is introduced as a control gate.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によれ
ば、P型シリコン基板上に、第1ゲート絶縁膜/フロー
ティングゲート/第2ゲート絶縁膜/コントロールゲー
トを有する不揮発性記憶素子の製造方法であって、P型
シリコン基板上に第1ゲート絶縁膜を形成する工程と、
この第1ゲート絶縁膜上に、N型不純物を導入した第1
ポリシリコン膜を形成した後に、該第1ポリシリコン膜
をパターニングすることにより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所定の
膜厚の第1シリコン酸化膜を形成し、この第1シリコン
酸化膜の上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜の上に第1シ
リコン酸化膜よりも膜厚の厚い第2シリコン酸化膜を形
成することにより、所定の膜厚の第1シリコン酸化膜/
絶縁膜/膜厚の厚い第2シリコン酸化膜から構成される
第2ゲート絶縁膜を形成する工程と、この第2ゲート絶
縁膜上にボロンを導入した第2ポリシリコンからなる
コントロールゲートを形成する工程を含むことを特徴
とする不揮発性記憶素子の製造方法によって解決され
る。
According to the present invention, there is provided a nonvolatile memory element having a first gate insulating film / floating gate / second gate insulating film / control gate on a P-type silicon substrate. The method is P-type
Forming a first gate insulating film on a silicon substrate;
On this first gate insulating film, a first
After forming a polysilicon film, the first polysilicon film
Floating gate by patterning
Forming and a predetermined process on the floating gate.
Forming a first silicon oxide film having a thickness of
An insulating film is formed on the oxide film, and a first film is formed on the insulating film.
Form a second silicon oxide film thicker than the recon oxide film
By forming the first silicon oxide film /
Forming a second gate insulating film composed of an insulating film / a thick second silicon oxide film, and forming a control gate composed of a second polysilicon film doped with boron on the second gate insulating film; It is solved by the manufacturing method of the nonvolatile memory device characterized by comprising the steps of.

【0017】[0017]

【0018】[0018]

【作用】図5はフローティングゲート内に電子を保持し
た状態での、本発明による不揮発性記憶素子のエネルギ
ーバンド構造図である。この不揮発性記憶素子はリンの
導入されたポリシリコンからなるフローティングゲート
所定の膜厚の第1シリコン酸化膜(SiO2)/Si3
4からなる絶縁膜/厚い第2シリコン酸化膜(Si
2)/ボロンの導入されたポリシリコンからなるコン
トロールゲートから構成される。
FIG. 5 is an energy band structure diagram of the nonvolatile memory element according to the present invention in a state where electrons are held in the floating gate. This nonvolatile memory element is composed of a floating gate made of polysilicon into which phosphorus is introduced, a first silicon oxide film (SiO 2 ) having a predetermined thickness, and Si 3
Consisting N 4 dielectric film / thick second silicon oxide film (Si
It is composed of a control gate made of polysilicon into which O 2 ) / boron is introduced.

【0019】本発明によれば、図1()に示すように
第1シリコン酸化膜(SiO2)9は第2シリコン酸化
膜(SiO 2 )11よりも膜厚が薄く、しかもアスペリ
ティ6を有するフローティングゲート7aの表面上に形
成されているので、従来よりもFowler Nordheimトン
ネル電流は第1シリコン酸化膜(SiO 2 )9中を流れ
易くなる。そのため、この第1シリコン酸化膜(SiO
2)9は殆ど抵抗に近い特性を有する。
According to the present invention, as shown in FIG. 1 ( d ), the first silicon oxide film (SiO 2 ) 9 is
Since the film thickness is smaller than the film (SiO 2 ) 11 and is formed on the surface of the floating gate 7 a having the asperity 6, the Fowler Nordheim tunnel current is larger in the first silicon oxide film (SiO 2 ) 9 than in the prior art. easily flow. Therefore, the first silicon oxide film (SiO
2 ) 9 has characteristics almost similar to resistance.

【0020】その結果、図5に示すようにフローティン
グゲートに捕獲された電子は、第1シリコン酸化膜(S
iO2)9aを通って絶縁膜(Si34)10aへ入
り、この絶縁膜(Si34)10aの内部では図5に示
すように、トラップレベルETと伝導帯レベルECとの間
でやりとりを繰り返しながらPoole Frenkleトンネル
電流として流れ、第2シリコン酸化膜(SiO2)11
aに入る。
As a result, as shown in FIG. 5, the electrons captured by the floating gate are converted into the first silicon oxide film (S
iO 2) 9a through enters the insulating film (Si 3 N 4) 10a, as in the inside of the insulating film (Si 3 N 4) 10a shown in FIG. 5, between the trap level ET and the conduction band level EC Flows as a Pool Frenkle tunnel current while repeating the exchange with the second silicon oxide film (SiO 2 ) 11.
Enter a.

【0021】しかし、本発明による第2シリコン酸化膜
(SiO2)11aは、第1シリコン酸化膜よりも膜厚
が厚く形成されており、さらに膜質のよい絶縁膜10a
上に形成されているので、この第2シリコン酸化膜(S
iO2)11a内でのFowlerNordheimトンネル電流を
少なくすることができる。
However, the second silicon oxide film (SiO 2 ) 11a according to the present invention is formed to be thicker than the first silicon oxide film , and the insulating film 10a has a better film quality.
The second silicon oxide film (S
The Fowler Nordheim tunnel current in the iO 2 ) 11a can be reduced.

【0022】その結果、アスペリティ6を有し、膜質の
悪いフローティングゲート7a上に、第2シリコン酸化
膜(SiO 2 )11aよりも膜厚が厚い第1シリコン酸
化膜(SiO2)9aを形成する従来の方法よりも、膜
質のよい絶縁膜10a上に膜厚が厚い第2シリコン酸化
膜(SiO2)11aを形成する本発明の方が不揮発性
記憶素子の記憶保持特性を向上させることができる。
As a result, the second silicon oxide film is formed on the floating gate 7a having an asperity 6 and poor film quality.
The second silicon oxide film (SiO 2 ) having a larger thickness is formed on the insulating film 10 a having a better film quality than the conventional method of forming the first silicon oxide film (SiO 2 ) 9 a having a greater thickness than the film (SiO 2 ) 11 a. 2 ) The present invention forming 11a can improve the storage retention characteristics of the nonvolatile memory element.

【0023】また、図6は従来例による不揮発性記憶素
子のエネルギーバンド構造図であり、図6(a)はフロ
ーティングゲートが電子を保持していない状態でのエネ
ルギーバンド構造図であり、図6(b)はフローティン
グゲートが電子を保持している状態でのエネルギーバン
ド構造図である。この不揮発性記憶素子は、シリコン基
板/SiO2からなる第1ゲート絶縁膜/リンを導入し
たポリシリコンからなるフローティングゲート/SiO
2からなる第2ゲート絶縁膜/ボロンを導入したポリシ
リコンからなるコントロールゲートから構成されてい
る。
FIG. 6 is an energy band structure diagram of a conventional nonvolatile memory element, and FIG. 6A is an energy band structure diagram in a state where the floating gate does not hold electrons. (B) is an energy band structure diagram in a state where the floating gate holds electrons. This non-volatile memory element has a silicon substrate / a first gate insulating film made of SiO 2 / a floating gate made of phosphorus-doped polysilicon / SiO 2
And a control gate made of polysilicon into which boron is introduced.

【0024】図6(b)に示すように、フローティング
ゲートに電子が捕獲され保持している分だけ、フローテ
ィングゲート内およびフローティングゲートと第1ゲー
ト絶縁膜および第2ゲート絶縁膜との界面におけるポテ
ンシャルエネルギーが高くなる。
As shown in FIG. 6B, the potential in the floating gate and at the interface between the floating gate and the first gate insulating film and the second gate insulating film is reduced by the amount of electrons captured and held by the floating gate. Energy increases.

【0025】次に、図7は本発明による不揮発性記憶素
子のエネルギーバンド構造図であり、図7(a)はフロ
ーティングゲートが電子を保持していない状態でのエネ
ルギーバンド構造であり、図7(b)はフローティング
ゲートが電子を保持している状態でのエネルギーバンド
構造図である。この不揮発性記憶素子は、シリコン基板
/SiO2からなる第1ゲート絶縁膜/リンを導入した
ポリシリコンからなるフローティングゲート/SiO2
からなる第2ゲート絶縁膜/ボロンを導入したポリシリ
コンからなるコントロールゲートから構成される。
FIG. 7 is an energy band structure diagram of the nonvolatile memory element according to the present invention, and FIG. 7A is an energy band structure in a state where the floating gate does not hold electrons. (B) is an energy band structure diagram in a state where the floating gate holds electrons. The nonvolatile memory element, a floating gate / SiO 2 composed of polysilicon was introduced first gate insulating film / phosphorus made of a silicon substrate / SiO 2
And a control gate made of polysilicon doped with boron.

【0026】図7(a)に示すように、コントロールゲ
ートを構成するポリシリコンにボロンを注入し、コント
ロールゲートをP型としたために、図6(a)に示した
N型のポリシリコンから構成された従来コントロールゲ
ートに比べてポテンシャルエネルギーが約1eV高くな
るので、このコントロールゲートと第2ゲート絶縁膜と
の界面においても従来よりも約1eVポテンシャルエネ
ルギーが高くなる。
As shown in FIG. 7A, boron is implanted into the polysilicon constituting the control gate to make the control gate P-type, so that the polysilicon is formed from the N-type polysilicon shown in FIG. 6A. Since the potential energy is about 1 eV higher than that of the conventional control gate, the potential energy at the interface between the control gate and the second gate insulating film is about 1 eV higher than that of the conventional control gate.

【0027】従って、図7(b)に示すように、第2ゲ
ート絶縁膜のポテンシャルエネルギーが従来よりもコン
トロールゲートでの界面において約1eV高くなった分
だけ、この第2ゲート絶縁膜のポテンシャルエネルギー
の勾配が従来よりも緩やかになるので、フローティング
ゲートから第2ゲート絶縁膜を通してコントロールゲー
トへのFowler Nordheimトンネル電流が従来よりも少
なくなる。その結果、不揮発性記憶素子の記憶保持特性
を向上させることができる。
Therefore, as shown in FIG. 7 (b), the potential energy of the second gate insulating film is increased by about 1 eV at the interface with the control gate compared with the prior art. Of the Fowler-Nordheim tunnel current from the floating gate to the control gate through the second gate insulating film becomes smaller than before. As a result, the storage retention characteristics of the nonvolatile storage element can be improved.

【0028】[0028]

【実施例】本発明による実施例を図面に基づいて説明す
る。
An embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.

【0029】図1〜図2は本発明による一実施例を示
し、不揮発性記憶素子の製造要部工程における断面図で
ある。
FIGS. 1 and 2 show an embodiment according to the present invention, and are cross-sectional views in a main step of manufacturing a nonvolatile memory element.

【0030】本発明による不揮発性記憶素子の製造を行
うには、まずP型シリコン基板(図示せず)内にチャネ
ルストッパー、素子間分離のためのフィールド酸化膜
(図示せず)を形成した後に、不揮発性記憶素子形成領
域の薄い酸化膜を除去する。次に、閾値制御のために不
純物をチャネル領域(図示せず)にイオン注入する。
To manufacture the nonvolatile memory element according to the present invention, first, a channel stopper and a field oxide film (not shown) for element isolation are formed in a P-type silicon substrate (not shown). Then, the thin oxide film in the nonvolatile memory element formation region is removed. Next, an impurity is ion-implanted into a channel region (not shown) for controlling a threshold value.

【0031】次に、P型シリコン基板の表面を熱酸化
し、不揮発性記憶素子の第1ゲート絶縁膜(SiO2
を形成する。次に、図1(a)に示すように、P型シリ
コン基板の上方全面にCVD法によりポリシリコン膜7
を形成した後に、燐(リン:P)をイオン注入する。ポ
リシリコン膜7の表面に突起状欠陥のアスペリティ6が
生じている。
Next, the surface of the P-type silicon substrate is thermally oxidized to form a first gate insulating film (SiO 2 ) of the nonvolatile memory element.
To form Next, as shown in FIG. 1A, a polysilicon film 7 is formed on the entire upper surface of the P-type silicon substrate by the CVD method.
Is formed, phosphorus (phosphorus: P) is ion-implanted. Asperities 6 of projection defects are generated on the surface of the polysilicon film 7.

【0032】次に、フォトリソグラフィーおよびRIE
により不揮発性記憶素子形成領域のポリシリコン膜を残
して、それ以外の領域のポリシリコン膜を除去するとフ
ローティングゲート7aが形成される。
Next, photolithography and RIE
By removing the polysilicon film in the non-volatile memory element formation region and removing the polysilicon film in the other region, the floating gate 7a is formed.

【0033】次に、図1(b)に示すように、フローテ
ィングゲート7aの表面を軽く熱酸化し、SiO2を3
nm以下(例えば3nm)の厚さに第1シリコン酸化膜
(SiO2)9を形成する。次に、図1(c)に示すよ
うに、CVD法によりP型シリコン基板の上方全面に絶
縁膜10としてSi34膜を形成する。このとき絶縁膜
(Si34)10の表面はほぼ平坦となる。次にこの絶
縁膜(Si34)10の表面に減圧CVD法により、第
2シリコン酸化膜(SiO2)11としてSiO2膜を5
nm以上(例えば12nm)の厚さに形成する。この
時、第1シリコン酸化膜(SiO2)9の膜厚が3nm
よりも厚く、第2シリコン酸化膜(SiO2)11の膜
厚が5nmよりも薄いと、不揮発性記憶素子の保持特性
の効果が十分でなかった。
Next, as shown in FIG. 1 (b), and lightly thermally oxidizing the surface of the floating gate 7a, the SiO 2 3
A first silicon oxide film (SiO 2 ) 9 is formed to a thickness of not more than nm (for example, 3 nm). Next, as shown in FIG. 1C, a Si 3 N 4 film is formed as an insulating film 10 over the entire surface of the P-type silicon substrate by a CVD method. At this time, the surface of the insulating film (Si 3 N 4 ) 10 becomes substantially flat. Next, an SiO 2 film as a second silicon oxide film (SiO 2 ) 11 is formed on the surface of the insulating film (Si 3 N 4 ) 10 by a low pressure CVD method.
It is formed to a thickness of at least nm (for example, 12 nm). At this time, the first silicon oxide film (SiO 2 ) 9 has a thickness of 3 nm.
If the second silicon oxide film (SiO 2 ) 11 was thinner than 5 nm, the effect of the holding characteristics of the nonvolatile memory element was not sufficient.

【0034】次に、P型シリコン基板の上方全面に減圧
CVD法によりポリシリコン膜を形成した後に、このポ
リシリコン膜にボロンをイオン注入する。次に、フォト
リソグラフィーおよびRIEにより、不揮発性記憶素子
形成領域のポリシリコン膜、第2シリコン酸化膜(Si
2)11、絶縁膜(Si34)10、第1シリコン酸
化膜(SiO2)9を残し、それ以外の領域のポリシリ
コン膜、第2シリコン酸化膜(SiO2)11、絶縁膜
(Si34)10、第1シリコン酸化膜(SiO2)9
を除去すると、図2に示すようにコントロールゲート
(ポリシリコン)8aおよび第1シリコン酸化膜(Si
2)9a/絶縁膜(Si34)10a/第2シリコン
酸化膜(SiO2)9aから構成される第2ゲート絶縁
膜(ONO膜)12が形成される。
Next, after a polysilicon film is formed on the entire upper surface of the P-type silicon substrate by a low pressure CVD method, boron ions are implanted into the polysilicon film. Next, by photolithography and RIE, the polysilicon film and the second silicon oxide film (Si
O 2) 11, an insulating film (Si 3 N 4) 10, leaving the first silicon oxide film (SiO 2) 9, other regions of the polysilicon film, the second silicon oxide film (SiO 2) 11, an insulating film (Si 3 N 4 ) 10, first silicon oxide film (SiO 2 ) 9
Is removed, as shown in FIG. 2, the control gate (polysilicon) 8a and the first silicon oxide film (Si)
O 2) 9a / insulating film (Si 3 N 4) 10a / second silicon oxide film (SiO 2) a second gate insulating film composed of 9a (ONO film) 12 is formed.

【0035】次に、ソース領域およびドレイン領域(以
下の工程図示せず)にヒ素(As)をイオン注入する。
次に層間絶縁膜としてSOG(Spin On Glass)膜を
P型シリコン基板の上方全面に形成した後に、ドレイン
電極部にコンタクトホールを開口する。次に、P型シリ
コン基板上にCVD法によりアルミニウム膜を形成した
後に、フォトリソグラフィーおよびRIEを用いて不揮
発性記憶素子形成領域のアルミニウム膜を残して、それ
以外の領域のアルミニウム膜を除去する。次にパッシベ
ーション膜としてP型シリコン基板の上方全面にプラズ
マCVD法により、P−SiN膜を形成する。
Next, arsenic (As) is ion-implanted into the source region and the drain region (not shown in the following steps).
Next, after forming an SOG (Spin On Glass) film as an interlayer insulating film on the entire upper surface of the P-type silicon substrate, a contact hole is opened in the drain electrode portion. Next, after an aluminum film is formed on the P-type silicon substrate by the CVD method, the aluminum film in the non-volatile memory element formation region is left by using photolithography and RIE, and the aluminum film in the other region is removed. Next, a P-SiN film is formed as a passivation film over the entire surface above the P-type silicon substrate by a plasma CVD method.

【0036】図8は、上記工程を経て製造された不揮発
性記憶素子の平面図(パッシベーション膜および層間絶
縁膜を除く)である。フローティングゲート7a、コン
トロールゲート8a、ドレイン電極16、アルミニウム
膜14が形成されている。また、図9は図8のY−Y′
直線方向断面図である。図9に示すように、P型シリコ
ン基板1内にソース領域3、ドレイン領域4、チャネル
領域2がそれぞれ形成されている。また、チャネル領域
2上には第1ゲート絶縁膜(SiO2膜)5/フローテ
ィングゲート(ポリシリコン)7a/第2ゲート絶縁膜
(ONO膜)12/コントロールゲート(ポリシリコ
ン)8aが形成され、ドレイン領域4上にはドレイン電
極16が形成され、さらにP型シリコン基板の上方には
層間絶縁膜(SOG膜)13、アルミニウム膜14、パ
ッシベーション膜(P−SiN膜)15が形成され不揮
発性記憶素子を構成する。
FIG. 8 is a plan view (excluding the passivation film and the interlayer insulating film) of the nonvolatile memory element manufactured through the above steps. Floating gate 7a, control gate 8a, drain electrode 16, and aluminum film 14 are formed. FIG. 9 shows YY ′ in FIG.
It is a sectional view in a straight line direction. As shown in FIG. 9, a source region 3, a drain region 4, and a channel region 2 are formed in a P-type silicon substrate 1, respectively. On the channel region 2, a first gate insulating film (SiO 2 film) 5 / floating gate (polysilicon) 7a / second gate insulating film (ONO film) 12 / control gate (polysilicon) 8a are formed, A drain electrode 16 is formed on the drain region 4, and an interlayer insulating film (SOG film) 13, an aluminum film 14, and a passivation film (P-SiN film) 15 are formed above the P-type silicon substrate. Configure the element.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フローティングゲート上に所定の膜厚の第1シリコン酸
化膜/絶縁膜/膜厚の厚い第2シリコン酸化膜から第2
ゲート絶縁膜が構成され、この第2ゲート絶縁膜上にボ
ロンを導入した第2ポリシリコン膜からなるコントロー
ルゲートが形成され、フローティングゲートよりも、コ
ントロールゲートのポテンシャルエネルギーを高められ
る。
As described above, according to the present invention,
The first silicon predetermined thickness on the floating gate oxide film / insulating film / film thickness thick second silicon oxide film second
A gate insulating film is formed, and a button is formed on the second gate insulating film.
A control made of a second polysilicon film into which Ron has been introduced.
Gate is formed, and the floating gate is
Control gate potential energy
You.

【0038】この構成によって、リンを導入されたポリ
シリコン膜でコントロールゲートを形成する場合に比
べ、コントロールゲートと第2ゲート絶縁膜との界面の
ポテンシャルエネルギーを約1eV高くすることができ
る。これにより、フローティングゲートからコントロー
ルゲートへのFowler Nordheimトンネリングによる電
流を少なくすることができ記憶保持特性を更に向上さ
せることができる。
With this structure, the phosphorus-introduced poly
Compared to forming a control gate with a silicon film
In addition, at the interface between the control gate and the second gate insulating film,
Potential energy can be increased by about 1 eV
You. As a result, the current due to Fowler Nordheim tunneling from the floating gate to the control gate can be reduced , and the memory retention characteristics can be further improved.

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

【図1】実施例による不揮発性記憶素子製造前半工程断
面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a first half process of manufacturing a nonvolatile memory element according to an embodiment.

【図2】実施例による不揮発性記憶素子製造後半工程断
面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a latter half of a process for manufacturing a nonvolatile memory element according to an embodiment.

【図3】従来例による不揮発性記憶素子製造前半工程断
面図である。
FIG. 3 is a sectional view of a first half of a process of manufacturing a nonvolatile memory element according to a conventional example.

【図4】従来例による不揮発性記憶素子製造後半工程断
面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a latter half of a process of manufacturing a nonvolatile memory element according to a conventional example.

【図5】本発明による不揮発性記憶素子の第2ゲート絶
縁膜エネルギーバンド構造図である。
FIG. 5 is an energy band structure diagram of a second gate insulating film of the nonvolatile memory element according to the present invention.

【図6】従来例による不揮発性記憶素子エネルギーバン
ド構造図である。
FIG. 6 is an energy band structure diagram of a conventional nonvolatile memory element.

【図7】本発明による不揮発性記憶素子エネルギーバン
ド構造図である。
FIG. 7 is an energy band structure diagram of a nonvolatile memory element according to the present invention.

【図8】不揮発性記憶素子平面図である。FIG. 8 is a plan view of a nonvolatile memory element.

【図9】不揮発性記憶素子断面図である。FIG. 9 is a sectional view of a nonvolatile memory element.

【符号の説明】 1 P型シリコン基板 2 チャネル領域 3 ソース領域 4 ドレイン領域 5 第1ゲート絶縁膜(SiO2) 6 アスペリティ 7 ポリシリコン膜 7a フローティングゲート(ポリシリコン) 8a コントロールゲート(ポリシリコン) 9,9a 第1シリコン酸化膜(SiO2) 10,10a 絶縁膜(Si34) 11,11a 第2シリコン酸化膜(SiO2) 12 第2ゲート絶縁膜(ONO膜) 13 層間絶縁膜(SOG膜) 14 アルミニウム膜 15 パッシベーション膜(P−SiN) 16 ドレイン電極 EC 伝導帯レベル EV 価電子帯レベル EF フェルミレベル ET トラップレベル[Description of Signs] 1 P-type silicon substrate 2 Channel region 3 Source region 4 Drain region 5 First gate insulating film (SiO 2 ) 6 Asperity 7 Polysilicon film 7a Floating gate (polysilicon) 8a Control gate (polysilicon) 9 , 9a first silicon oxide film (SiO 2 ) 10, 10a insulating film (Si 3 N 4 ) 11, 11a second silicon oxide film (SiO 2 ) 12 second gate insulating film (ONO film) 13 interlayer insulating film (SOG) Film) 14 aluminum film 15 passivation film (P-SiN) 16 drain electrode EC conduction band level EV valence band level EF Fermi level ET trap level

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−71674(JP,A) 特開 平3−94473(JP,A) 特開 平2−122570(JP,A) 特開 昭63−179577(JP,A) 特開 昭62−24673(JP,A) 特開 昭59−149061(JP,A) 特開 昭57−72333(JP,A) 特開 昭50−9387(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 Continuation of the front page (56) References JP-A-3-71674 (JP, A) JP-A-3-94473 (JP, A) JP-A-2-122570 (JP, A) JP-A-63-179577 (JP) JP-A-62-24673 (JP, A) JP-A-59-149061 (JP, A) JP-A-57-72333 (JP, A) JP-A-50-9387 (JP, A) (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/8247 H01L 27/115 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】P型シリコン基板上に、第1ゲート絶縁膜
/フローティングゲート/第2ゲート絶縁膜/コントロ
ールゲートを有する不揮発性記憶素子の製造方法であっ
て、P型シリコン基板上に前記第1ゲート絶縁膜を形成する
工程と、 前記第1ゲート絶縁膜上に、N型不純物を導入した第1
ポリシリコン膜を形成した後に、該第1ポリシリコン膜
をパターニングすることにより前記フローティングゲー
トを形成する工程と、 前記フローティングゲート上に所定の膜厚の第1シリコ
ン酸化膜を形成し、前記第1シリコン酸化膜の上に絶縁
膜を形成し、前記絶縁膜の上に前記第1シリコン酸化膜
よりも膜厚の厚い第2シリコン酸化膜を形成することに
より、 前記所定の膜厚の第1シリコン酸化膜/絶縁膜/
前記膜厚の厚い第2シリコン酸化膜から構成される前記
第2ゲート絶縁膜を形成する工程と、 前記第2ゲート絶縁膜上にボロンを導入した第2ポリシ
リコンからなる前記コントロールゲートを形成する工
を含むことを特徴とする不揮発性記憶素子の製造方
法。
To 1. A P-type silicon substrate, a manufacturing method of a nonvolatile memory element having a first gate insulating film / the floating gate / second gate insulating film / the control gate, the P-type silicon substrate first 1 Form a gate insulating film
A first step of introducing an N-type impurity on the first gate insulating film;
After forming a polysilicon film, the first polysilicon film
Patterning the floating gate.
Forming a first silicon layer having a predetermined thickness on the floating gate.
Forming an oxide film and insulating the first silicon oxide film
Forming a film, and forming the first silicon oxide film on the insulating film;
Forming a second silicon oxide film thicker than
More, the predetermined thickness of the first silicon oxide film / insulating film /
Forming a step of forming the second gate insulating film composed of a thick second silicon oxide film of said thickness, said control gate made of the second polysilicon film obtained by introducing boron on said second gate insulating film method of manufacturing a nonvolatile memory element which comprises a step of.
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