JP3157092B2 - Manufacturing method of nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

Manufacturing method of nonvolatile semiconductor memory device

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JP3157092B2 JP15309195A JP15309195A JP3157092B2 JP 3157092 B2 JP3157092 B2 JP 3157092B2 JP 15309195 A JP15309195 A JP 15309195A JP 15309195 A JP15309195 A JP 15309195A JP 3157092 B2 JP3157092 B2 JP 3157092B2
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富行 荒川
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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】この発明は、EEPROMやEP
ROMなどの浮遊ゲートを有する不揮発性半導体記憶装
製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an EEPROM or an EP
The method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device having a floating gate, such as ROM.

【0002】[0002]

【従来の技術】図2は、電気的に消去や書き込みが可能
なEEPROMの一種であるチャネル注入構造の不揮発
性半導体記憶装置を示す断面模式図である。これは、フ
ラッシュメモリと呼ばれ、シリコンウエハ1上にトンネ
ル酸化膜2、ポリシリコンの浮遊ゲート3、層間絶縁膜
4および制御ゲート5を順次に積層したスタック構造を
なしている。ドレイン6、ソース7はPチャネル形シリ
コンウエハ内にn+ 拡散層として構成される。こうした
不揮発性半導体記憶装置における浮遊ゲート3の役割
は、データの消去をする場合を除く通常の状態で、そこ
に蓄積された電子が放出されないように確実に保持して
おくことである。
2. Description of the Related Art FIG. 2 is a schematic sectional view showing a non-volatile semiconductor memory device having a channel injection structure, which is a kind of electrically erasable and writable EEPROM. This is called a flash memory, and has a stack structure in which a tunnel oxide film 2, a polysilicon floating gate 3, an interlayer insulating film 4, and a control gate 5 are sequentially stacked on a silicon wafer 1. The drain 6 and the source 7 are formed as n + diffusion layers in a P-channel type silicon wafer. The role of the floating gate 3 in such a nonvolatile semiconductor memory device is to reliably hold the electrons stored therein so as not to be released in a normal state except when erasing data.

【0003】すなわち、フラッシュメモリではデータの
書き込み時には、制御ゲート5とドレイン6の間に高電
圧を印加し、ソース−ドレイン間に飽和チャネル電流を
流す。このとき、電子がトンネル酸化膜2を通って、浮
遊ゲート3に蓄積される。このようなnチャネルトラン
ジスタでは、浮遊ゲート3と酸化膜4との電位障壁が3.
2 eVであるため、データを消去する時にはそれ以上の電
圧をソースに印加する。
That is, in writing data in a flash memory, a high voltage is applied between the control gate 5 and the drain 6 and a saturated channel current flows between the source and the drain. At this time, electrons are accumulated in the floating gate 3 through the tunnel oxide film 2. In such an n-channel transistor, the potential barrier between the floating gate 3 and the oxide film 4 is 3.
Since it is 2 eV, when erasing data, a higher voltage is applied to the source.

【0004】図3は、浮遊ゲート3となるポリシリコン
の中の不純物濃度分布を示す図である。一般に、トンネ
ル酸化膜2の上面にはまず減圧CVD(化学気相成長)
法により、例えば100nmの厚さにポリシリコン(多結
晶Si)が形成される。その後、この積層されたポリシリ
コンにイオン注入あるいは拡散等の方法によって、りん
(P)等の不純物がドーピングされていた。このとき、
ドーピングされるPは表面からおよそ20nm程度の深さ
のところが最高濃度であって、トンネル酸化膜2に近づ
くにしたがい、やや濃度が下がる濃度分布となる。
FIG. 3 is a diagram showing an impurity concentration distribution in polysilicon to be the floating gate 3. As shown in FIG. Generally, first, a low pressure CVD (chemical vapor deposition) is formed on the upper surface of the tunnel oxide film 2.
By the method, polysilicon (polycrystalline Si) is formed to a thickness of, for example, 100 nm. Thereafter, impurities such as phosphorus (P) are doped into the laminated polysilicon by a method such as ion implantation or diffusion. At this time,
The maximum concentration of P to be doped is at a depth of about 20 nm from the surface, and the concentration distribution becomes slightly lower as approaching the tunnel oxide film 2.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】図4は、ポリシリコン
の浮遊ゲート3、トンネル酸化膜2、シリコンウエハ1
におけるエネルギバンドを示す図である。図示するよう
に、浮遊ゲート3のエネルギバンドは、ほぼ平坦となる
ため、そこに蓄積された電子がトンネル酸化膜等を通し
て放出されやすい。浮遊ゲートに電子が蓄積されている
かどうかは、しきい値電圧を測定することによって判断
される。図5は、EEPROMのデータ保持特性を示す
図である。ここには、不揮発性半導体記憶装置を約20
0°Cに保ち、時間tの経過に従って最初のしきい値電
圧Vt(0)からしきい値電圧Vt(t)が低下していく
状態をVt(t)−Vt(0)の経時的な変化として示し
ている。破線によって、図3に示す従来の濃度分布を有
する浮遊ゲートにおけるVt(t)−Vt(0)が示され
ている。
FIG. 4 shows a floating gate 3, a tunnel oxide film 2, and a silicon wafer 1 of polysilicon.
FIG. 4 is a diagram showing an energy band in FIG. As shown in the figure, since the energy band of the floating gate 3 is substantially flat, the electrons stored therein are easily emitted through a tunnel oxide film or the like. Whether or not electrons are accumulated in the floating gate is determined by measuring a threshold voltage. FIG. 5 is a diagram showing data retention characteristics of the EEPROM. Here, about 20 nonvolatile semiconductor memory devices are used.
At 0 ° C., the state in which the threshold voltage V t (t) decreases from the initial threshold voltage V t (0) as time t elapses is represented by V t (t) −V t (0). Are shown as changes over time. By the dashed line, Vt (t) -V t ( 0) in the floating gate having a conventional concentration distribution shown in FIG. 3 is shown.

【0006】図3において、Vt(t)−Vt(0)が時
間とともに低下していることから分るように、従来の不
揮発性半導体記憶装置では浮遊ゲートのエネルギバンド
がほぼ平坦になるため、一旦この浮遊ゲートに蓄積され
た電子の時間経過による放出が大きいという問題があっ
た。
[0006] In FIG. 3, as can be seen from the V t (t) -V t ( 0) is decreased with time, the energy band of the floating gate is substantially flat in the conventional nonvolatile semiconductor memory device Therefore, there is a problem that the emission of the electrons once accumulated in the floating gate over time is large.

【0007】この発明は、上述のような課題を解決する
ためになされたもので、その目的は、浮遊ゲートに蓄積
された電子を確実に保持して、記憶特性を高めた不揮発
性半導体記憶装置の製造方法を提供することである。
[0007] The present invention has been made to solve the above problems, an object of the electrons stored in the floating gate can be reliably held, the non-volatile semiconductor memory device with improved storage properties Is to provide a method of manufacturing the same.

【0008】[0008]

【0009】[0009]

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】 請求項に係る不揮発性
半導体記憶装置の製造方法は、ドナー不純物を含むポリ
シリコン膜をトンネル酸化膜の上に積層して浮遊ゲート
を形成する不揮発性半導体記憶装置の製造方法におい
て、前記浮遊ゲートの形成工程の初期および終期におけ
る原料ガスに対する不純物ガスの分圧比よりも、中期に
おける不純物ガスの分圧比がより高くなるように、反応
炉内での分圧比を変更することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising forming a floating gate by stacking a polysilicon film containing a donor impurity on a tunnel oxide film. In the device manufacturing method, the partial pressure ratio in the reaction furnace is set so that the partial pressure ratio of the impurity gas in the middle period is higher than the partial pressure ratio of the impurity gas to the source gas in the initial and final stages of the floating gate forming step. It is characterized by changing.

【0013】請求項の方法は、前記反応炉に流入する
不純物ガスの流量を変化させることによって、前記反応
炉内の分圧比を変更することを特徴とする。
The method according to claim 2 is characterized in that the partial pressure ratio in the reactor is changed by changing the flow rate of the impurity gas flowing into the reactor.

【0014】請求項の方法は、前記反応炉に流入する
不純物ガスの流量を連続的に変化させることを特徴とす
る。
A method according to a third aspect is characterized in that the flow rate of the impurity gas flowing into the reaction furnace is continuously changed.

【0015】[0015]

【0016】[0016]

【0017】[0017]

【0018】[0018]

【作用】 請求項に係る製造方法では、反応炉内での原
料ガスに対する不純物ガスの分圧比を変化させることに
よって、浮遊ゲートを構成するポリシリコン膜の浅い部
分及び深い部分の不純物濃度よりも、その中間の部分の
不純物濃度をより高く形成できる。
In the manufacturing method according to the first aspect , the partial pressure ratio of the impurity gas to the source gas in the reaction furnace is changed so that the impurity concentration of the polysilicon film constituting the floating gate is lower than that of the shallow portion and the deep portion. , The impurity concentration in the intermediate portion can be made higher.

【0019】請求項に係る製造方法では、不純物ガス
の流量を変化させて、分圧比を制御して浮遊ゲートを構
成するポリシリコン膜を形成する。
According to a second aspect of the present invention, the polysilicon film forming the floating gate is formed by changing the flow rate of the impurity gas and controlling the partial pressure ratio.

【0020】請求項に係る製造方法では、不純物ガス
の流量を連続的に変化させて、分圧比を制御して浮遊ゲ
ートを構成するポリシリコン膜を形成する。
According to a third aspect of the present invention, the polysilicon film forming the floating gate is formed by continuously changing the flow rate of the impurity gas and controlling the partial pressure ratio.

【0021】[0021]

【実施例】以下、添付した図面を参照して、この発明の
実施例を説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0022】実施例1.図1は、本発明の第1の実施例
の不揮発性半導体記憶装置において、浮遊ゲートを構成
するポリシリコン膜の形成手順を示す図である。まず、
p型基板となるシリコンウエハ10を用意して、任意の
洗浄溶液によってその表面の有機汚染物や自然酸化膜等
を除去する。その後、シリコンウエハ10の表面に所定
の厚さ、例えば 100nmのシリコン酸化膜11を形成す
る。更にこのシリコン酸化膜11を通してボロンイオン
(B+)を所定量だけ注入する(同図(a))。酸化膜
11を除去した後に、膜厚約5mmのトンネル酸化膜12
を形成する(同図(b))。
Embodiment 1 FIG. FIG. 1 is a diagram showing a procedure for forming a polysilicon film forming a floating gate in the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention. First,
A silicon wafer 10 serving as a p-type substrate is prepared, and organic contaminants, natural oxide films, and the like on the surface are removed by an arbitrary cleaning solution. Thereafter, a silicon oxide film 11 having a predetermined thickness, for example, 100 nm is formed on the surface of the silicon wafer 10. Further, a predetermined amount of boron ions (B + ) is implanted through the silicon oxide film 11 (FIG. 2A). After removing the oxide film 11, the tunnel oxide film 12 having a thickness of about 5 mm is formed.
Is formed (FIG. 2B).

【0023】次に、反応炉内にウエハ10を設置して、
減圧CVD法によりトンネル酸化膜12の表面にポリシ
リコン膜13による浮遊ゲートを形成する。このポリシ
リコン膜13は、同図(c)に示すように、厚さ約25nm
の第1領域131と、厚さ約50nmの第2領域132と、
厚さ約25nmの第3領域133とからなり、全体で約 100
nmの膜厚を有している。そして、基板上の浅い部分をな
す第3領域133と深い第1領域131との不純物濃度
よりも、その中間の第2領域132の不純物濃度を高く
形成する。ここで不純物はドナー不純物であって、例え
ばリン(P)が用いられる。
Next, the wafer 10 is set in a reaction furnace,
A floating gate of a polysilicon film 13 is formed on the surface of the tunnel oxide film 12 by a low pressure CVD method. This polysilicon film 13 has a thickness of about 25 nm as shown in FIG.
A first region 131, a second region 132 having a thickness of about 50 nm,
It comprises a third region 133 having a thickness of about 25 nm, and a total of about 100
It has a thickness of nm. Then, the impurity concentration of the intermediate second region 132 is formed higher than the impurity concentration of the third region 133 and the deep first region 131 which form a shallow portion on the substrate. Here, the impurity is a donor impurity, for example, phosphorus (P) is used.

【0024】図6は、第1の実施例の不揮発性半導体記
憶装置の製造工程を示す流れ図である。工程P1〜P3
は、上述した3層のポリシリコン膜13を形成するまで
の、それぞれ図1(a)〜(c)に相当する工程であ
る。工程P4は、層間絶縁膜14の形成と制御ゲート電
極15の形成工程である。図7に示すように、層間絶縁
膜14は、ポリシリコン膜13の上に約15nmの膜厚で形
成され、制御ゲート電極15は、層間絶縁膜14の上に
任意の方法で所定の厚さのポリシリコン膜として形成さ
れる。工程P5は、不揮発性半導体記憶装置のソース領
域およびドレイン領域を形成する工程である。ここで
は、制御ゲート電極15の表面にレジスト膜を塗布し
て、所定のマスクパターンによって露光し、現像した後
で、エッチング加工により不要部分の制御ゲート電極1
5、層間絶縁膜14、ポリシリコン膜13およびトンネ
ル酸化膜12を除去する。さらに、レジスト膜をマスク
にしてりん(P)イオンを注入して、シリコンウエハ1
0内にソース領域16およびドレイン領域17を形成す
る。工程P6は、レジスト除去とアニールの工程であ
る。レジスト膜を除去して、たとえば 900°Cで30分
間のアニールを行ない、図8に示すような不揮発性半導
体記憶装置が完成する。なお、図8では電極層などが省
略されている。
FIG. 6 is a flowchart showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device of the first embodiment. Steps P1 to P3
Are processes corresponding to FIGS. 1A to 1C, respectively, until the above-described three-layer polysilicon film 13 is formed. Step P4 is a step of forming the interlayer insulating film 14 and forming the control gate electrode 15. As shown in FIG. 7, the interlayer insulating film 14 is formed on the polysilicon film 13 with a thickness of about 15 nm, and the control gate electrode 15 is formed on the interlayer insulating film 14 by a predetermined thickness by an arbitrary method. Is formed as a polysilicon film. Step P5 is a step of forming a source region and a drain region of the nonvolatile semiconductor memory device. Here, a resist film is applied to the surface of the control gate electrode 15, exposed by a predetermined mask pattern, developed, and then processed by etching to remove unnecessary portions of the control gate electrode 1.
5. The interlayer insulating film 14, the polysilicon film 13, and the tunnel oxide film 12 are removed. Further, phosphorus (P) ions are implanted using the resist film as a mask, and the silicon wafer 1 is implanted.
A source region 16 and a drain region 17 are formed in 0. Step P6 is a step of removing the resist and annealing. After removing the resist film, annealing is performed at 900 ° C. for 30 minutes, for example, to complete a nonvolatile semiconductor memory device as shown in FIG. In FIG. 8, an electrode layer and the like are omitted.

【0025】上記不揮発性半導体記憶装置の浮遊ゲート
への電子の注入及び放出の際には、制御ゲート電極15
とシリコン基板10との間に 3.3Vの電圧が印加され
る。注入時には、制御ゲート電極15が正にバイアスさ
れ、放出時には、制御ゲート電極15が負にバイアスさ
れる。
When injecting and emitting electrons into the floating gate of the nonvolatile semiconductor memory device, the control gate electrode 15
A voltage of 3.3 V is applied between the semiconductor substrate 10 and the silicon substrate 10. At the time of implantation, the control gate electrode 15 is positively biased, and at the time of emission, the control gate electrode 15 is negatively biased.

【0026】図9は、上記3層のポリシリコン膜13を
形成する際の、反応炉内の状態変化を説明する図であ
る。反応炉には水素化珪素ガス(モノシラン:SiH
4 )およびリン化水素ガス(H2 で1%に希釈したホス
フィン:PH3/H2 )が原料ガスおよび不純物ガスと
して、また水素ガス(H2 )がクリーニング用の還元ガ
スとして、それぞれ所定の流量に調節して供給できる。
FIG. 9 is a view for explaining a state change in the reaction furnace when the above-mentioned three-layer polysilicon film 13 is formed. A silicon hydride gas (monosilane: SiH
4 ) and hydrogen phosphide gas (phosphine diluted to 1% with H 2 : PH 3 / H 2 ) as source gas and impurity gas, and hydrogen gas (H 2 ) as reducing gas for cleaning, respectively. The flow can be adjusted and supplied.

【0027】まず、水素ガスだけを 230sccm(standard
cubic centimeter per minute)供給しながら炉内の温
度を上昇させ、時刻t1 でウエハ温度が 570°Cまで上
昇したらその温度を保持する。その後、反応炉内には圧
力を 0.3Torrに保持しながら、原料ガスであるモノシラ
ンを 700sccm、ホスフィンを 35sccm、水素ガスを 230s
ccmに調節して送り込む。これによって、リン濃度が約
0.9×1019(/cm3)の第1領域131が形成される。例え
ば約10分後の、時刻t2 になったとき、他の条件は変
更しないでホスフィンの流量だけを 135sccmに増やす。
その状態で、時刻t3 までポリシリコン膜の形成を続け
る。これによって、リン濃度が約8×1019(/cm3)の第2
領域が形成される。この時間(t2 からt3 の間の時
間)は、例えば第1領域を形成する時間の2倍程度、す
なわち約20分とする。最後に、再び他の条件は変更し
ないでホスフィンの流量だけを 35sccmに戻して、時刻
4までその状態でポリシリコン膜の形成を続ける。こ
れによって、リン濃度が約 0.9×1019(/cm3)の第3領域
が形成される。その後は、原料ガスのモノシランとホス
フィンの供給を停止して、炉内の温度を下げて、ウエハ
温度が 100°Cまで低下したら、反応炉からウエハを取
り出す。
First, only hydrogen gas is supplied at 230 sccm (standard
The temperature inside the furnace is increased while supplying the wafer (cubic centimeter per minute). When the wafer temperature rises to 570 ° C. at time t 1 , the temperature is maintained. Then, while maintaining the pressure in the reactor at 0.3 Torr, the source gas monosilane was 700 sccm, phosphine was 35 sccm, and hydrogen gas was 230 s.
Adjust to ccm and send. This results in a phosphorus concentration of about
0.9 × 10 19 (/ cm 3 ) of the first region 131 is formed. For example, at time t 2 , about 10 minutes later, the phosphine flow rate alone is increased to 135 sccm without changing other conditions.
In this state, it continued formation of the polysilicon film to the time t 3. As a result, the second phosphorous concentration of about 8 × 10 19 (/ cm 3 )
An area is formed. This time (time between t 2 and t 3 ) is, for example, about twice the time for forming the first region, that is, about 20 minutes. Finally, control is returned only to 35sccm flow of phosphine without changing, continuing the formation of the polysilicon film to the time t 4 in this state again other conditions. Thus, a third region having a phosphorus concentration of about 0.9 × 10 19 (/ cm 3 ) is formed. Thereafter, the supply of the source gas monosilane and phosphine is stopped, the temperature in the furnace is lowered, and when the wafer temperature falls to 100 ° C., the wafer is taken out of the reaction furnace.

【0028】図10は、本発明によるポリシリコン膜内
におけるリン濃度の分布を示す図である。横軸には、浮
遊ゲートを構成するポリシリコン膜13の表面からの深
さ(nm)、縦軸には、リン濃度(/cm3)を示している。こ
のポリシリコン膜13は、反応炉に流入するホスフィン
の流量を時刻t2 と時刻t3 とで不連続に変化させて、
反応炉内での不純物の分圧比を変更することによって、
浅い部分と深い部分との不純物濃度に比べ、その中間部
分の不純物濃度が高く形成される。
FIG. 10 is a diagram showing the distribution of the phosphorus concentration in the polysilicon film according to the present invention. The horizontal axis indicates the depth (nm) from the surface of the polysilicon film 13 constituting the floating gate, and the vertical axis indicates the phosphorus concentration (/ cm 3 ). This polysilicon film 13 changes the flow rate of phosphine flowing into the reaction furnace discontinuously between time t2 and time t3,
By changing the partial pressure ratio of impurities in the reactor,
The impurity concentration in the middle portion is formed higher than the impurity concentration in the shallow portion and the deep portion.

【0029】図11は、本発明によるポリシリコン膜の
エネルギバンドを示す図である。ここでは、ポリシリコ
ン膜13の中央部分で伝導帯の底が他の領域より低くな
っている。従来例では、図12に示すように、浮遊ゲー
トを構成するポリシリコン膜のエネルギバンドがほぼ水
平であるため、そこに注入された電子は一旦は蓄積され
た場合でも抜け出し易い。一方、本発明の場合には、図
13に示すように、浮遊ゲートを構成するポリシリコン
膜に注入された電子がその伝導帯の凹みに入り込んで、
そこから容易には抜け出せなくなる。したがって、この
ように形成された浮遊ゲートによって不揮発性半導体記
憶装置のデータ保持特性を向上できる。実用的には、ポ
リシリコン膜13の中間部分の不純物濃度を、1×1019
(/cm3)以上に形成すれば、熱的に電子が逃げ出さない深
さのエネルギバンドを有する不揮発性半導体記憶装置の
浮遊ゲートとして機能する。そして、ポリシリコン膜1
3の浅い部分と深い部分の不純物濃度と中間部分の不純
物濃度との比を2.7以上に形成することによって、従
来装置と比較して、不揮発性半導体記憶装置のデータ保
持特性が向上するものと認められる。
FIG. 11 is a diagram showing an energy band of a polysilicon film according to the present invention. Here, the bottom of the conduction band is lower in the central portion of the polysilicon film 13 than in other regions. In the conventional example, as shown in FIG. 12, since the energy band of the polysilicon film forming the floating gate is substantially horizontal, electrons injected there are likely to escape even if they are once accumulated. On the other hand, in the case of the present invention, as shown in FIG. 13, the electrons injected into the polysilicon film forming the floating gate enter the dent of the conduction band,
You can't get out of it easily. Therefore, the data retention characteristic of the nonvolatile semiconductor memory device can be improved by the floating gate thus formed. Practically, the impurity concentration in the middle portion of the polysilicon film 13 is set to 1 × 10 19
If it is formed to a thickness of (/ cm 3 ) or more, it functions as a floating gate of a nonvolatile semiconductor memory device having an energy band with a depth at which electrons do not escape thermally. Then, the polysilicon film 1
3. The data retention characteristic of the nonvolatile semiconductor memory device is improved as compared with the conventional device by forming the ratio of the impurity concentration of the shallow portion to the deep portion to the impurity concentration of the intermediate portion to 2.7 or more. Is recognized.

【0030】図5の実線によって示すVt(t)−V
t(0)の低下が少ないことから分るように、従来のE
EPROMのデータ保持特性と比較して大幅にデータ保
持特性が改善されている。
V t (t) -V shown by the solid line in FIG.
As can be seen from the small decrease in t (0), the conventional E
The data retention characteristic is greatly improved as compared with the data retention characteristic of the EPROM.

【0031】実施例2.第2の実施例では、第1の実施
例と同様に、浮遊ゲートの形成工程の初期および終期に
おける不純物の分圧比に対して中期における分圧比が相
対的に高くなるように、反応炉内での不純物の分圧比を
切り換えて不揮発性半導体記憶装置を製造しているが、
その際に反応炉に流入する不純物ガスの流量を連続的に
変化させている。
Embodiment 2 FIG. In the second embodiment, as in the first embodiment, the inside of the reaction furnace is set so that the partial pressure ratio in the middle stage is relatively higher than the partial pressure ratio of impurities in the initial stage and the final stage of the floating gate forming process. The non-volatile semiconductor memory device is manufactured by switching the partial pressure ratio of the impurity of
At that time, the flow rate of the impurity gas flowing into the reaction furnace is continuously changed.

【0032】図14は、第2の実施例におけるポリシリ
コン膜を形成する際の、反応炉内の状態変化を説明する
図である。第1の実施例の場合と同様に、反応炉には水
素化珪素ガス(モノシラン:SiH4 )およびリン化水
素ガス(H2 で1%に希釈したホスフィン:PH3/H2
)が原料ガスおよび不純物ガスとして、また水素ガス
(H2 )がクリーニング用の還元ガスとして、それぞれ
所定の流量に調節して供給される。
FIG. 14 is a view for explaining a state change in the reactor when a polysilicon film is formed in the second embodiment. As in the first embodiment, the reaction in the furnace silicon hydride gas (monosilane: SiH 4) and phosphine gas (phosphine diluted to 1% H 2: PH 3 / H 2
) Is supplied as a source gas and an impurity gas, and a hydrogen gas (H 2 ) is supplied as a reducing gas for cleaning at a predetermined flow rate.

【0033】まず、水素ガスだけを 230sccm供給しなが
ら炉内の温度を上昇させ、時刻t5でウエハ温度が 570
°Cまで上昇したらその温度を保持する。その後、反応
炉内にはその圧力を 0.3Toorに保持しながら、モノシラ
ンを 700sccm、水素ガスを 230sccmに固定し、ホスフィ
ンは 35sccmから毎分 5sccmの割合で増加させながら送
り込む。その状態で、時刻t6 までポリシリコン膜の形
成を続ける。これによって、ポリシリコン膜のリン濃度
は最初に約1×1019(/cm3)で、その後、徐々に濃度が高
くなって、例えば約20分後の時刻t6 にはホスフィン
の流量が 135sccmとなり、リン濃度が約1×1020(/cm3)
となる。次に、モノシランを 700sccm、水素ガスを 230
sccmに固定したまま、ホスフィンの流量を 135sccmから
毎分 5sccmの割合で減少させる。その状態で、時刻t7
までポリシリコン膜の形成を続ける。これによって、同
様に約20分後の時刻t7 にはホスフィンの流量が 35s
ccmに戻る。このようにして約 100nmの膜厚のポリシリ
コン膜13が形成される。その後は、原料ガスのモノシ
ランとホスフィンの供給を停止して、炉内の温度を下げ
て、ウエハ温度が 100°Cまで低下したら、反応炉から
ウエハを取り出す。
[0033] First, with 230sccm supplying only hydrogen gas to increase the temperature in the furnace, the wafer temperature at time t 5 is 570
When the temperature rises to ° C, the temperature is maintained. Thereafter, while keeping the pressure at 0.3 Toor, monosilane is fixed at 700 sccm and hydrogen gas is fixed at 230 sccm, and phosphine is fed at a rate of 5 sccm / min from 35 sccm into the reactor. In this state, it continued formation of the polysilicon film to the time t 6. Thereby, a polysilicon film phosphorus concentration is initially about 1 × 10 19 of (/ cm 3), then gradually the concentration becomes high, the time t 6 for example after about 20 minutes the flow rate of phosphine 135sccm And the phosphorus concentration is about 1 × 10 20 (/ cm 3 )
Becomes Next, monosilane 700 sccm and hydrogen gas 230
With the sccm fixed, the phosphine flow rate is reduced from 135 sccm at 5 sccm per minute. In that state, at time t 7
The formation of the polysilicon film is continued until this. As a result, the flow rate of the phosphine is reduced to 35 s at time t 7 after about 20 minutes.
Return to ccm. Thus, a polysilicon film 13 having a thickness of about 100 nm is formed. Thereafter, the supply of the source gas monosilane and phosphine is stopped, the temperature in the furnace is lowered, and when the wafer temperature has dropped to 100 ° C., the wafer is taken out of the reaction furnace.

【0034】なお、その後の層間絶縁膜14の形成と制
御ゲート電極15の形成工程等は、第1の実施例と同様
である。
The subsequent steps of forming the interlayer insulating film 14 and forming the control gate electrode 15 are the same as in the first embodiment.

【0035】図15は、第2の実施例によるポリシリコ
ン膜内におけるリン濃度の分布を示す図である。このポ
リシリコン膜13内部における不純物の濃度分布は逆V
字形となり、その厚さ方向の中央部でピークとなる。こ
のため、後述のように第1の実施例と同様の作用効果が
ある。第1の実施例の製造方法と比較すると、リン濃度
の変化がなだらかなので、反応炉におけるガスの流量制
御が容易である。
FIG. 15 is a diagram showing the distribution of the phosphorus concentration in the polysilicon film according to the second embodiment. The impurity concentration distribution inside the polysilicon film 13 is inverse V
It is shaped like a letter and peaks at the center in the thickness direction. For this reason, the same operation and effect as in the first embodiment are obtained as described later. Compared with the manufacturing method of the first embodiment, since the change in the phosphorus concentration is gentle, it is easy to control the gas flow rate in the reaction furnace.

【0036】図16は、第2の実施例によるポリシリコ
ン膜のエネルギバンドを示す図である。ここで、ポリシ
リコン膜13の中央部分での伝導帯の底は、浮遊ゲート
の他の領域より低くなっている。実用的には、ポリシリ
コン膜13の中間部分の不純物濃度を、1×1019(/cm3)
以上に形成すれば、熱的に電子が逃げ出さない深さのエ
ネルギバンドを有する浮遊ゲートが得られる。そして、
ポリシリコン膜13の中間部分の不純物濃度と浅い部分
及び深い部分の不純物濃度との比を2.7以上に形成す
ることによって、従来装置と比較して、データ保持特性
が向上する。
FIG. 16 is a diagram showing an energy band of the polysilicon film according to the second embodiment. Here, the bottom of the conduction band at the central portion of the polysilicon film 13 is lower than other regions of the floating gate. Practically, the impurity concentration in the middle portion of the polysilicon film 13 is set to 1 × 10 19 (/ cm 3 )
With the above structure, a floating gate having an energy band with a depth at which electrons do not escape thermally can be obtained. And
By forming the ratio between the impurity concentration of the intermediate portion of the polysilicon film 13 and the impurity concentration of the shallow portion and the deep portion to be 2.7 or more, data retention characteristics are improved as compared with the conventional device.

【0037】なお、原料ガスと不純物ガスの分圧比を変
えるために、上記実施例ではいずれも不純物ガスである
ホスフィンの流量を変更しているが、原料ガスの流量を
変更してもよい。
In each of the above embodiments, the flow rate of the phosphine as the impurity gas is changed in order to change the partial pressure ratio between the source gas and the impurity gas. However, the flow rate of the source gas may be changed.

【0038】上記実施例では不揮発性半導体記憶装置と
して、一括消去型のフラッシュEEPROMについて説
明したが、紫外線消去型のEPROMについても同様に
その浮遊ゲートを構成することができる。
In the above embodiment, a flash erase EEPROM of a batch erasing type has been described as a nonvolatile semiconductor memory device. However, a floating gate of an EPROM of an ultraviolet erasing type can be similarly formed.

【0039】[0039]

【0040】[0040]

【発明の効果】 本発明の製造方法によれば、 ポリシリコ
ン膜をトンネル酸化膜の上に積層する際に、不純物ガス
の分圧比を変更しながら中間部分での不純物濃度が高い
浮遊ゲートの成膜を行なうことによって、データ保持特
の良い不揮発性半導体記憶装置を得ることができる。
According to the production method of the present invention, when stacking a polysilicon film on the tunnel oxide film, formed of an impurity concentration higher floating gates in the intermediate section while changing the partial pressure ratio of impurity gas By performing the film , data retention characteristics
It can be obtained sexual good nonvolatile semiconductor memory device.

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

【図1】 この発明の実施例1の不揮発性半導体記憶装
置の構成を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 チャネル注入構造の不揮発性半導体記憶装置
を示す断面模式図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a nonvolatile semiconductor memory device having a channel injection structure.

【図3】 従来のポリシリコンの中の不純物濃度分布を
示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an impurity concentration distribution in conventional polysilicon.

【図4】 従来のエネルギバンドを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a conventional energy band.

【図5】 従来と本発明のEEPROMのデータ保持特
性を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing data retention characteristics of the conventional EEPROM and the EEPROM of the present invention.

【図6】 本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造工程
を示す流れ図である。
FIG. 6 is a flowchart showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention.

【図7】 工程P4の層間絶縁膜の形成と制御ゲート電
極の形成工程を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a step of forming an interlayer insulating film and a step of forming a control gate electrode in a step P4.

【図8】 完成した不揮発性半導体記憶装置を示す断面
図である。
FIG. 8 is a sectional view showing a completed nonvolatile semiconductor memory device.

【図9】 実施例1のポリシリコン膜を形成する際の、
反応炉内の状態変化を説明する図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a step of forming a polysilicon film of the first embodiment.
It is a figure explaining a state change in a reactor.

【図10】 実施例1によるポリシリコン膜内における
リン濃度の分布状態を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a distribution state of a phosphorus concentration in a polysilicon film according to the first embodiment.

【図11】 実施例1のエネルギバンドを示す図であ
る。
FIG. 11 is a diagram illustrating an energy band according to the first embodiment.

【図12】 従来の浮遊ゲートを構成するポリシリコン
膜のエネルギバンド図である。
FIG. 12 is an energy band diagram of a polysilicon film forming a conventional floating gate.

【図13】 実施例1の浮遊ゲートを構成するポリシリ
コン膜のエネルギバンド図である。
FIG. 13 is an energy band diagram of a polysilicon film forming the floating gate of the first embodiment.

【図14】 実施例2のポリシリコン膜を形成する際
の、反応炉内の状態変化を説明する図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating a state change in a reaction furnace when forming a polysilicon film according to the second embodiment.

【図15】 実施例2によるポリシリコン膜内における
リン濃度の分布状態を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a distribution state of a phosphorus concentration in a polysilicon film according to a second embodiment.

【図16】 実施例2のエネルギバンドを示す図であ
る。
FIG. 16 is a diagram illustrating an energy band according to the second embodiment.

【符号の説明】 10 シリコンウエハ、12 トンネル酸化膜、13
ポリシリコン膜、131 第1領域、132 第2領
域、133 第3領域。
[Description of Signs] 10 silicon wafer, 12 tunnel oxide film, 13
Polysilicon film, 131 first region, 132 second region, 133 third region.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ドナー不純物を含むポリシリコン膜をト
ンネル酸化膜の上に積層して浮遊ゲートを形成する不揮
発性半導体記憶装置の製造方法において、 前記浮遊ゲートの形成工程の初期および終期における原
料ガスに対する不純物ガスの分圧比よりも、中期におけ
る不純物ガスの分圧比がより高くなるように、反応炉内
での分圧比を変更することを特徴とする不揮発性半導体
記憶装置の製造方法。
1. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device in which a polysilicon film containing a donor impurity is laminated on a tunnel oxide film to form a floating gate, wherein a source gas is formed at an initial stage and a final stage of the floating gate forming step. A method for manufacturing a non-volatile semiconductor memory device, comprising: changing a partial pressure ratio in a reaction furnace such that a partial pressure ratio of an impurity gas in a middle term becomes higher than a partial pressure ratio of an impurity gas with respect to the above.
【請求項2】 前記反応炉に流入する不純物ガスの流量
を変化させることによって、前記反応炉内の分圧比を変
更することを特徴とする請求項記載の不揮発性半導体
記憶装置の製造方法。
By wherein varying the flow rate of the impurity gas flowing into the reactor, a method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein changing the partial pressure ratio of the reaction furnace.
【請求項3】 前記反応炉に流入する不純物ガスの流量
を連続的に変化させることを特徴とする請求項記載の
不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
3. A process according to claim 2 the non-volatile semiconductor memory device, wherein the continuously changing the flow rate of the impurity gas flowing into the reactor.
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