JP3183262B2 - Manufacturing method of nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

Manufacturing method of nonvolatile semiconductor memory device

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JP3183262B2
JP3183262B2 JP20403698A JP20403698A JP3183262B2 JP 3183262 B2 JP3183262 B2 JP 3183262B2 JP 20403698 A JP20403698 A JP 20403698A JP 20403698 A JP20403698 A JP 20403698A JP 3183262 B2 JP3183262 B2 JP 3183262B2
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は不揮発性半導体記憶
装置の製造方法に関し、特にスタックト・ゲート型のメ
モリセルからなるフラッシュ・メモリの製造方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly to a method for manufacturing a flash memory comprising stacked gate type memory cells.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のフラッシュメモリの一例を、図1
0〜図14を参照して説明する。図において、スタック
トゲート型のメモリセルからなる従来のフラッシュメモ
リの一例は、以下のようになっている。すなわち、(1
00)の面方位を有し、2×1017cm−3程度の表
面不純物濃度を有するP型シリコン基板201の表面の
素子分離領域には膜厚0.5um程度のフィールド酸化
膜202が設けられ、素子形成領域にはスタックトゲー
ト型のメモリセルが設けられている。
2. Description of the Related Art An example of a conventional flash memory is shown in FIG.
This will be described with reference to FIGS. In the figure, an example of a conventional flash memory including stacked gate type memory cells is as follows. That is, (1
00), a field oxide film 202 having a thickness of about 0.5 μm is provided in an element isolation region on the surface of a P-type silicon substrate 201 having a surface impurity concentration of about 2 × 10 17 cm −3. A stacked gate type memory cell is provided in the formation region.

【0003】それぞれのメモリセルは、P型シリコン基
板201の表面に設けられた膜厚10nm程度のゲート
酸化膜203と、ゲート酸化膜203を介してP型シリ
コン基板201の表面上に形成された浮遊ゲート電極2
04(不純物を含んだ150nm程度の膜厚を有するN
型の多結晶シリコン膜からなる)と、浮遊ゲート電極2
04の表面上に設けられたゲート絶縁膜205(膜厚1
0nm程度の酸化シリコン膜、膜厚10nm程度の窒化
シリコン膜および膜厚6nm程度の酸化シリコン膜が積
層されてなる)と、ゲート絶縁膜205を介して浮遊ゲ
ート電極204上に設けられた制御ゲート電極206
a、206b、206c等(ワード線を兼ねる膜厚15
0nm程度のN+型多結晶シリコン膜からなる)と、P
型シリコン基板201の表面に設けられたソース領域2
07ab、207cd等と、P型シリコン基板201の
表面に設けられたドレイン領域208とから構成されて
いる。
Each memory cell is formed on a surface of a P-type silicon substrate 201 through a gate oxide film 203 and a gate oxide film 203 having a thickness of about 10 nm provided on the surface of a P-type silicon substrate 201. Floating gate electrode 2
04 (N with a thickness of about 150 nm containing impurities)
And a floating gate electrode 2
Gate insulating film 205 (film thickness 1) provided on the surface of
A silicon oxide film having a thickness of about 0 nm, a silicon nitride film having a thickness of about 10 nm, and a silicon oxide film having a thickness of about 6 nm), and a control gate provided on the floating gate electrode 204 via a gate insulating film 205. Electrode 206
a, 206b, 206c, etc. (film thickness 15 also serving as word line)
Of about 0 nm N + type polycrystalline silicon film) and P
Region 2 provided on the surface of the silicon substrate 201
07ab, 207cd, and the like, and a drain region 208 provided on the surface of the P-type silicon substrate 201.

【0004】ドレイン領域208は、たとえば制御ゲー
ト電極206bと制御ゲート電極206cと浮遊ゲート
電極206とフィールド酸化膜202とに自己整合的な
+型拡散層からなる。1つのドレイン領域208は、
2つのメモリセルに共有されている。それぞれのドレイ
ン領域は、メモリセルの表面を覆う層間絶縁膜209に
設けられたビットコンタクト孔211a、211b等を
介して、層間絶縁膜209の表面上に設けられたビット
線211a、211b等に接続されている。ビット線2
11a、211b等は、層間絶縁膜209を介して、制
御ゲート電極206a、206b、206c等に直交し
ている。
The drain region 208 is formed of, for example, an N + type diffusion layer which is self-aligned with the control gate electrode 206b, the control gate electrode 206c, the floating gate electrode 206, and the field oxide film 202. One drain region 208 includes
It is shared by two memory cells. Each drain region is connected to bit lines 211a, 211b, etc. provided on the surface of the interlayer insulating film 209 via bit contact holes 211a, 211b, etc. provided in the interlayer insulating film 209 covering the surface of the memory cell. Have been. Bit line 2
Reference numerals 11a, 211b, and the like are orthogonal to the control gate electrodes 206a, 206b, 206c, and the like via an interlayer insulating film 209.

【0005】またソース領域207abは、制御ゲート
電極206aと制御ゲート電極206bと浮遊ゲート電
極206とフィールド酸化膜202とに自己整合的にP
型シリコン基板201の表面に設けられており、制御ゲ
ート電極206aおよび制御ゲート電極206bに属す
るメモリセルの内の所用のメモリセルが共有している。
それぞれのソース領域207abは、たとえば16ビッ
ト毎に層間絶縁膜209に設けられたコンタクト孔(図
示せず)を介して、層間絶縁膜209の表面上にビット
線211a等に平行に設けられた配線に接続されてい
る。
The source region 207ab is formed in a self-aligned manner with the control gate electrode 206a, the control gate electrode 206b, the floating gate electrode 206 and the field oxide film 202.
It is provided on the surface of the mold silicon substrate 201, and is shared by required memory cells among the memory cells belonging to the control gate electrode 206a and the control gate electrode 206b.
Each source region 207ab is provided on a surface of interlayer insulating film 209 via a contact hole (not shown) provided in interlayer insulating film 209 for every 16 bits, for example, in a wiring provided in parallel with bit line 211a or the like. It is connected to the.

【0006】上記メモリセルの書き込み、消去の概要
は、ドレイン領域208への印加電圧、ソース領域20
7ab等への印加電圧、制御ゲート電極206a等への
印加電圧およびP型シリコン基板201への印加電圧を
それぞれVd、Vs、Vcg、Vsubとすると、次の
ようになる。
The outline of writing and erasing of the above-mentioned memory cell is as follows: the voltage applied to the drain region 208;
Assuming that the voltage applied to 7ab and the like, the voltage applied to the control gate electrode 206a and the like, and the voltage applied to the P-type silicon substrate 201 are Vd, Vs, Vcg and Vsub, respectively, the following is obtained.

【0007】たとえば、Vs=0V、Vsub=0V、
ビット線211aのみVd=5.5V(ほかのビット線
211等はVd=0V)および制御ゲート電極206b
のみVcg=12V(ほかの制御ゲート電極206a等
はVcg=0V)にすることにより、ビット線211a
と制御ゲート電極206bとに属するメモリセルのみに
書き込みが行われる。
For example, Vs = 0 V, Vsub = 0 V,
Vd = 5.5V only for bit line 211a (Vd = 0V for other bit lines 211 etc.) and control gate electrode 206b
By setting only Vcg = 12 V (Vcg = 0 V for other control gate electrodes 206 a and the like), the bit line 211 a
Writing is performed only on the memory cells belonging to and control gate electrode 206b.

【0008】このメモリセルの浮遊ゲート電極204の
電位は、ゲート酸化膜203とゲート絶縁膜205との
静電容量比により分割された値となり、このメモリセル
(オン状態)ではドレイン領域208とソース領域20
7abとの間に電流が流れる。このメモリセルの浮遊ゲ
ート電極204の電位が(Vd=)5.5V程度である
ならば、ピンチオフ点がドレイン領域208の近傍にな
り、この付近での電界強度が高くなることにより発生す
るホットエレクトロン(ゲート酸化膜203の絶縁ポテ
ンシャルエネルギーを上回るエネルギーを有する電子)
がこの浮遊ゲート電極204に注入される。
The potential of the floating gate electrode 204 of this memory cell is a value divided by the capacitance ratio between the gate oxide film 203 and the gate insulating film 205. In this memory cell (on state), the drain region 208 and the source Region 20
A current flows between 7ab. If the potential of the floating gate electrode 204 of this memory cell is about (Vd =) 5.5 V, the pinch-off point is near the drain region 208, and the hot electrons generated due to an increase in the electric field intensity near this point. (Electrons having energy exceeding the insulation potential energy of the gate oxide film 203)
Is injected into the floating gate electrode 204.

【0009】ところで、この浮遊ゲート電極204への
電子の注入量の増大とともにこの浮遊ゲート電極204
の電位が負のレベルにまで押し下げられるため、(制御
ゲート電極206bからみた)このメモリセルのしきい
値電圧は、正の方向にシフトして7V程度になる。
By the way, as the amount of electrons injected into the floating gate electrode 204 increases, the floating gate electrode 204
Is lowered to a negative level, the threshold voltage of this memory cell (as viewed from the control gate electrode 206b) shifts in the positive direction to about 7V.

【0010】メモリセルの(書き込みデータの)消去
は、浮遊ゲート電極204に注入された電子を浮遊ゲー
ト電極204から引き抜くことである。フラッシュメモ
リでの消去は、例えば、P型シリコン基板201にはV
sub=5V、(すべての制御ゲート電極206a、2
06b、206c等において)Vcg=−12V、(す
べてのドレイン領域208)Vd;開放、(すべてのソ
ース領域207)Vs;開放とすることによりなされ
る。
[0010] Erasing (writing data) of a memory cell is to extract electrons injected into the floating gate electrode 204 from the floating gate electrode 204. For erasing in the flash memory, for example, the P-type silicon
sub = 5V, (all control gate electrodes 206a, 2
06b, 206c, etc.) Vcg = −12V, (all drain regions 208) Vd; open, (all source regions 207) Vs; open.

【0011】ビット線211aと制御ゲート電極206
bとに属するメモリセルにのみに書き込みが行われた場
合、ほかのメモリセルに比べてこのメモリセルではゲー
ト酸化膜203にかかる電位差が8Vより高くなり、こ
のゲート酸化膜203に強い電界が印加される。この結
果、量子トンネル効果に基づいたファウラー・ノルドハ
イム(Fowler−Noldheim)電流(FN電
流)と記す)が流れることになり、このメモリセルの浮
遊ゲート電極204から電子が引き抜かれることにな
る。
The bit line 211a and the control gate electrode 206
When writing is performed only on the memory cell belonging to b, the potential difference applied to the gate oxide film 203 is higher than 8 V in this memory cell as compared with other memory cells, and a strong electric field is applied to the gate oxide film 203. Is done. As a result, a Fowler-Noldheim current (FN current) based on the quantum tunnel effect flows, and electrons are extracted from the floating gate electrode 204 of this memory cell.

【0012】フラッシュメモリでは、一定条件で消去を
行っても、消去されたそれぞれののメモリセルのしきい
値電圧(消去しきい値電圧)が2V程度ばらつく。ま
た、消去しきい値が0V以上になるメモリセルが1つで
もあれば、そのメモリセルとビット線を共有するメモリ
セルには書き込みができなくなる。そのため、消去しき
い値電圧の最小値および最大値が例えば0.5Vおよび
3Vになるように、消去条件を設定しておく事が必要に
なる。
In a flash memory, even when erasing is performed under certain conditions, the threshold voltage (erasing threshold voltage) of each erased memory cell varies by about 2V. If at least one memory cell has an erase threshold value of 0 V or more, writing cannot be performed on a memory cell sharing a bit line with the memory cell. Therefore, it is necessary to set the erasing conditions so that the minimum and maximum values of the erase threshold voltage are, for example, 0.5 V and 3 V.

【0013】以上のようなフラッシュメモリの製法に関
して、例えば特開平8−191109に示すような製法
がある。上記図10〜14を参照すると、上記従来のフ
ラッシュメモリは、以下のように製造される。
With respect to the above-mentioned flash memory manufacturing method, there is a manufacturing method as shown in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-191109. Referring to FIGS. 10 to 14, the conventional flash memory is manufactured as follows.

【0014】図12(a)において、まず半導体基板と
して例えばP型シリコン基板201の表面の素子分離領
域にはフィールド酸化膜202が形成され、P型シリコ
ン基板201の表面の素子形成領域には熱酸化によりゲ
ート酸化膜203が形成される。全面に多結晶シリコン
膜212が形成される。次に多結晶シリコン膜212の
フィールド酸化膜202上に当たる部分の一部を露出さ
せたフォトレジスト膜パターン213を公知の方法で形
成する。
In FIG. 12A, first, a field oxide film 202 is formed as a semiconductor substrate in, for example, an element isolation region on the surface of a P-type silicon substrate 201, and a field oxide film 202 is formed in an element formation region on the surface of the P-type silicon substrate 201. A gate oxide film 203 is formed by oxidation. Polycrystalline silicon film 212 is formed on the entire surface. Next, a photoresist film pattern 213 exposing a part of the polycrystalline silicon film 212 that is on the field oxide film 202 is formed by a known method.

【0015】引き続きイオン注入法により不純物イオン
214を注入する。この時の不純物イオンとして、リン
(P)、砒素(As)、アンチモン(Sb)などがあ
り、拡散定数の小さな砒素(As)またはアンチモン
(Sb)が好ましい。
Subsequently, impurity ions 214 are implanted by an ion implantation method. The impurity ions at this time include phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb) and the like, and arsenic (As) or antimony (Sb) having a small diffusion constant is preferable.

【0016】図12(b)において、次に上記フォトレ
ジスト膜パターン213を除去したのちに、所定の温度
にて熱処理を行う。この熱処理は、フィールド酸化膜2
02上の多結晶シリコン膜212部分の一部に注入され
ている不純物イオン214が、フィールド酸化膜202
上の多結晶シリコン膜部分にはほぼ拡散するが、ゲート
酸化膜203上の多結晶シリコン膜部分には拡散しない
条件で行う。
In FIG. 12B, after removing the photoresist film pattern 213, a heat treatment is performed at a predetermined temperature. This heat treatment is performed on the field oxide film 2.
The impurity ions 214 implanted into a part of the polycrystalline silicon film 212 on
The process is performed under such a condition that it is almost diffused into the upper polycrystalline silicon film portion but is not diffused into the polycrystalline silicon film portion above the gate oxide film 203.

【0017】この結果、図12(c)のように、多結晶
シリコン膜のフィールド酸化膜203上に当たる部分に
不純物が偏在し、素子形成予定領域上に当たる部分には
不純物が存在しない状態の多結晶シリコン膜(不純物が
偏在している多結晶シリコン膜)212aが得られる。
As a result, as shown in FIG. 12 (c), the impurity is unevenly distributed in the portion of the polycrystalline silicon film which hits the field oxide film 203, and the polycrystal in a state where the impurity does not exist in the portion which hits the region where the element is to be formed. A silicon film (polycrystalline silicon film in which impurities are unevenly distributed) 212a is obtained.

【0018】次に、図13(d)のように、フォトレジ
スト膜パターン215をマスクにして、この不純物が偏
在している多結晶シリコン膜212aのフィールド酸化
膜202上に当たる部分の一部を除去し、図13(e)
のように多結晶シリコン膜パターン216を形成する。
Next, as shown in FIG. 13D, by using the photoresist film pattern 215 as a mask, a part of the polycrystalline silicon film 212a where the impurity is unevenly distributed, which falls on the field oxide film 202, is removed. FIG. 13 (e)
A polycrystalline silicon film pattern 216 is formed as shown in FIG.

【0019】次に前記フォトレジスト膜パターン215
を除去した後、例えば1000度程度の温度による熱酸
化処理を施し、多結晶シリコン膜パターン216表面に
例えば10nm程度の膜厚を有する熱酸化膜を形成する
(図示せず)。
Next, the photoresist film pattern 215
Is removed, a thermal oxidation process at a temperature of, for example, about 1000 degrees is performed to form a thermal oxide film having a thickness of, for example, about 10 nm on the surface of the polycrystalline silicon film pattern 216 (not shown).

【0020】この熱酸化膜は、浮遊ゲート電極および制
御ゲート電極間のゲート絶縁膜205の一部を構成する
第1の絶縁膜となる。この第1の絶縁膜の形成する際の
熱処理により、多結晶シリコン膜216に偏在していた
不純物214がさらに拡散され、ゲート酸化膜203上
の部分まで達する。また一方、多結晶シリコン膜パター
ン(特にゲート酸化膜203の上)216には最初不純
物がそもそもない状態であったので、上記熱酸化工程で
の第1の絶縁膜の主要部やゲート酸化膜203への不純
物の悪影響は軽減されている。
This thermal oxide film becomes a first insulating film constituting a part of the gate insulating film 205 between the floating gate electrode and the control gate electrode. By the heat treatment at the time of forming the first insulating film, the impurities 214 unevenly distributed in the polycrystalline silicon film 216 are further diffused and reach the portion on the gate oxide film 203. On the other hand, since the polycrystalline silicon film pattern (especially on the gate oxide film 203) 216 was initially free of impurities, the main portion of the first insulating film and the gate oxide film 203 in the thermal oxidation process were not used. The adverse effects of impurities on silicon have been reduced.

【0021】このため、不純物を部分的ではあるが含ま
ない(上記主要部で含まない)第1の絶縁膜と不純物の
影響のないゲート酸化膜203が得られる。次に、第1
の絶縁膜上に、減圧気相成長法(LPCVD)による例
えば膜厚10nm程度の窒化シリコン膜(図示せず)と
高温気相成長法による例えば6nm程度の酸化シリコン
膜を全面に形成する。これによって、図13(f)に示
すようないわゆる酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸
化シリコン膜(ONO膜)よりなるゲート絶縁膜205
が形成される。
As a result, a first insulating film partially but not including the impurities (not included in the main portion) and a gate oxide film 203 free from the influence of the impurities can be obtained. Next, the first
A silicon nitride film (not shown) having a thickness of, for example, about 10 nm formed by low pressure vapor deposition (LPCVD) and a silicon oxide film having a thickness of, for example, about 6 nm formed by high temperature vapor deposition are formed on the insulating film. Thus, a gate insulating film 205 made of a so-called silicon oxide film, silicon nitride film, and silicon oxide film (ONO film) as shown in FIG.
Is formed.

【0022】次に、図14(g)のように、第2の多結
晶シリコン膜217を例えば150nm程度全面に成長
させる。さらに、この第2の多結晶シリコン膜に例えば
リンをドーピングする。なお、この第2の多結晶シリコ
ン膜217上に配線抵抗低減のためシリサイド層(図示
せず)をさらに形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 14G, a second polycrystalline silicon film 217 is grown on the entire surface, for example, to a thickness of about 150 nm. Further, the second polycrystalline silicon film is doped with, for example, phosphorus. Note that a silicide layer (not shown) may be further formed on second polycrystalline silicon film 217 to reduce wiring resistance.

【0023】図14(h)において、次に第2の多結晶
シリコン膜217、ゲート絶縁膜205および多結晶シ
リコン膜パターン216が順次パターニングされ、第2
の多結晶シリコン膜217からなる制御ゲート電極20
6と多結晶シリコン膜パターン216からなる浮遊ゲー
ト電極204が形成される。次に全面にBPSG膜から
なる層間絶縁膜209が形成される。次いで、所定の場
所にコンタクト孔が層間絶縁膜209に形成される(図
示せず)。全面に例えばアルミニウム系の金属膜が形成
され、この金属膜がパターニングされてビット線211
が形成される。
In FIG. 14 (h), a second polysilicon film 217, a gate insulating film 205 and a polysilicon film pattern 216 are sequentially patterned.
Control gate electrode 20 made of polycrystalline silicon film 217
6 and a polycrystalline silicon film pattern 216 are formed. Next, an interlayer insulating film 209 made of a BPSG film is formed on the entire surface. Next, contact holes are formed at predetermined locations in the interlayer insulating film 209 (not shown). For example, an aluminum-based metal film is formed on the entire surface, and this metal film is patterned to form a bit line 211.
Is formed.

【0024】以上の製造方法により、不純物含有の多結
晶シリコン膜からなる浮遊ゲート電極を具備した不揮発
性半導体記憶装置を製造する場合には、浮遊ゲート電極
としてフィールド酸化膜上にあたる部分の所定部分に不
純物が偏在した状態の多結晶シリコン膜が用いられる。
したがって、もし、この後の工程において高温の熱処理
がされたとしても、不純物が偏在している上記多結晶シ
リコン膜では、不純物が前もって全面にドープされてい
る場合に比べ、当該不純物は実際に浮遊ゲート電極とな
る部分の上下の絶縁膜(素子形成予定領域上のゲート酸
化膜およびゲート絶縁膜)にまで拡散しずらい。
When a non-volatile semiconductor memory device having a floating gate electrode made of an impurity-containing polycrystalline silicon film is manufactured by the above-described manufacturing method, a predetermined portion of a portion on a field oxide film as a floating gate electrode is used. A polycrystalline silicon film in which impurities are unevenly distributed is used.
Therefore, even if a high-temperature heat treatment is performed in a subsequent step, the impurity actually floats in the polycrystalline silicon film in which the impurity is unevenly distributed, as compared with the case where the impurity is previously entirely doped. It is difficult to diffuse even to the insulating film above and below the part to be the gate electrode (the gate oxide film and the gate insulating film on the region where the element is to be formed).

【0025】一方、不純物が偏在している上記多結晶シ
リコン膜では、この不純物がこの多結晶シリコン膜の素
子形成予定領域上に当たる部分(すなわち後に浮遊ゲー
ト電極になる部分)に均一にしろ不均一にしろ拡散す
る。すなわち、浮遊ゲート電極にドープされた不純物に
よる、素子形成予定領域上の浮遊ゲート電極の上下のゲ
ート酸化膜およびゲート絶縁膜への影響が少ない不揮発
性半導体記憶装置が得られ、かつ信頼性(データ保持)
も保証できる。
On the other hand, in the above-mentioned polycrystalline silicon film in which impurities are unevenly distributed, the impurities are uniformly or non-uniformly in a portion of the polycrystalline silicon film which falls on a region where an element is to be formed (that is, a portion which will later become a floating gate electrode). It spreads anyway. That is, it is possible to obtain a nonvolatile semiconductor memory device in which the impurity doped into the floating gate electrode has little effect on the gate oxide film and the gate insulating film above and below the floating gate electrode on the region where the element is to be formed. Retention)
Can also be guaranteed.

【0026】[0026]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の製造方法によるときには、以下に示すような問題
点がある。すなわち、後に浮遊ゲート電極となる多結晶
シリコン膜に不純物をイオン注入するためのフォトレジ
スト膜パターンを形成するリソグラフィーと、多結晶シ
リコン膜をパターニングし多結晶シリコン膜パターンを
形成するためのリソグラフィーが必要となり、工程数お
よびリソグラフィー数が増大するといった問題である。
However, the above-mentioned conventional manufacturing method has the following problems. That is, lithography for forming a photoresist film pattern for ion-implanting impurities into a polycrystalline silicon film that will later become a floating gate electrode and lithography for patterning the polycrystalline silicon film to form a polycrystalline silicon film pattern are required. And the number of steps and the number of lithography increase.

【0027】また、多結晶シリコン膜に不純物を注入し
た後に、熱処理を施し不純物イオンを拡散させる時に、
多結晶シリコン膜に酸化膜などで覆われていないため、
外方拡散するといった問題もある。
After the impurity is implanted into the polycrystalline silicon film, a heat treatment is performed to diffuse the impurity ions.
Because the polycrystalline silicon film is not covered with an oxide film,
There is also the problem of outward diffusion.

【0028】本発明の目的は、不純物含有の多結晶シリ
コン膜からなる浮遊ゲート電極を具備した不揮発性半導
体記憶装置の信頼性およびその他の機能を損なわずに浮
遊ゲート電極形成に要する工程数およびリソグラフィー
数を削減できる不揮発性半導体記憶装置の製造方法を提
供することにある。
An object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device having a floating gate electrode made of an impurity-containing polycrystalline silicon film, the number of steps required for forming the floating gate electrode without impairing the reliability and other functions, and lithography. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device that can reduce the number.

【0029】[0029]

【0030】[0030]

【課題解決するための手段】 前記目的を達成するため、
本発明に係る不揮発性半導体装置の製造方法は、 膜形成
工程と、N型イオン注入工程と、パターン形成工程と、
パターン除去工程と、浮遊ゲート電極形成工程とを少な
くとも含む不揮発性半導体装置の製造方法であって、膜
形成工程は、P型シリコン基板の表面の素子分離領域に
フィールド酸化膜を形成し、該P型シリコン基板の表面
の素子形成領域に熱酸化によりゲート酸化膜を形成し、
全面に多結晶シリコン膜、酸化膜、窒化シリコン膜を順
次形成する工程であり、N型イオン注入工程は、少なく
とも素子形成領域上でかつフィールド酸化膜上の窒化シ
リコン膜をパターニングして所定の窒化膜パターンを形
成し、該窒化膜パターンをマスクとして、前記P型シリ
コン基板の表面に対する法線に平行にN型のイオン種の
イオン注入を行い、多結晶シリコン膜にイオン注入層を
形成する工程であり、パターン形成工程は、前記窒化膜
パターンをマスクとして、前記酸化膜、多結晶シリコン
膜を順次パターニングして所定の多結晶シリコン膜パタ
ーンを形成する工程であり、パターン除去工程は、前記
窒化膜パターン、酸化膜を順次除去する工程であり、浮
遊ゲート電極形成工程は、全面にゲート絶縁膜を形成
し、全面に導電体膜を形成し、該導電体膜、該ゲート絶
縁膜および該多結晶シリコン膜パターンを順次パターニ
ングして、該導電体膜からなる制御ゲート電極と該多結
晶シリコン膜からなる浮遊ゲート電極を形成する工程で
ある。
In order to achieve the above object,
The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor device according to the present invention includes a film forming step, an N-type ion implantation step, a pattern forming step,
A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor device, comprising at least a pattern removing step and a floating gate electrode forming step, wherein the film forming step includes forming a field oxide film in an element isolation region on a surface of a P-type silicon substrate; Forming a gate oxide film by thermal oxidation in the element formation area on the surface of the silicon substrate
This is a step of sequentially forming a polycrystalline silicon film, an oxide film, and a silicon nitride film on the entire surface. The N-type ion implantation step includes patterning the silicon nitride film on at least the element formation region and on the field oxide film to form a predetermined nitrided film. Forming a film pattern and ion-implanting N-type ion species in parallel with a normal to the surface of the P-type silicon substrate using the nitride film pattern as a mask to form an ion-implanted layer in the polycrystalline silicon film The pattern forming step is a step of sequentially patterning the oxide film and the polycrystalline silicon film using the nitride film pattern as a mask to form a predetermined polycrystalline silicon film pattern. This is a step of sequentially removing the film pattern and the oxide film. In the floating gate electrode forming step, a gate insulating film is formed on the entire surface, and a conductor film is formed on the entire surface. Forming the conductive film, the gate insulating film, and the polycrystalline silicon film pattern in order to form a control gate electrode made of the conductive film and a floating gate electrode made of the polycrystalline silicon film. is there.

【0031】また、パターン成形工程と、パターン除去
工程との間にP型イオン注入工程をさらに有する不揮発
性半導体記憶装置の製造方法であって、P型イオン注入
工程は、前記窒化膜パターンをマスクとして、P型のイ
オン種をP型シリコン基板に注入する工程であり、P型
イオン注入工程の後、パターン除去工程、浮遊電極形成
工程の順に各工程を行うものである。
A method for manufacturing a non-volatile semiconductor memory device further comprising a P-type ion implantation step between a pattern forming step and a pattern removing step, wherein the P-type ion implantation step uses the nitride film pattern as a mask. This is a step of implanting a P-type ion species into a P-type silicon substrate. After the P-type ion implantation step, each step is performed in the order of a pattern removing step and a floating electrode forming step.

【0032】また、N型イオン注入工程とパターン形成
工程との間に熱処理工程をさらに有する不揮発性半導体
記憶装置の製造方法であって、熱処理工程は、所定の温
度での熱処理を行って、前記N型イオン注入工程で形成
されたイオン注入層を拡散させ、前記多結晶シリコン膜
においてN型の不純物を偏在させる工程であり、熱処理
工程の後、パターン形成工程、パターン除去工程、浮遊
電極成形工程の順に各工程を行うものである。
A method for manufacturing a non-volatile semiconductor memory device further comprising a heat treatment step between an N-type ion implantation step and a pattern formation step, wherein the heat treatment step includes performing a heat treatment at a predetermined temperature. A step of diffusing an ion-implanted layer formed in the N-type ion implantation step and unevenly distributing N-type impurities in the polycrystalline silicon film; after a heat treatment step, a pattern forming step, a pattern removing step, and a floating electrode forming step Are performed in this order.

【0033】また、前記N型イオン注入工程において、
P型シリコン基板に注入するN型のイオン種は、砒素
(As)若しくはアンチモン(Sb)である。
In the N-type ion implantation step,
The N-type ion species implanted into the P-type silicon substrate is arsenic (As) or antimony (Sb).

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】次に、本発明による不揮発性半導
体記憶装置の製造方法について、その実施の形態を、図
面を参照して説明する。
Next, an embodiment of a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention will be described with reference to the drawings.

【0035】(実施形態1)図1〜図5において、本発
明の第1の実施形態であるフラッシュメモリは、以下の
ように膜形成工程、N型イオン注入工程、熱処理工程、
パターン形成工程、パターン除去工程及び浮遊ゲート電
極形成工程を順に行う事によって製造される。
(Embodiment 1) In FIGS. 1 to 5, a flash memory according to a first embodiment of the present invention includes a film forming step, an N-type ion implantation step, a heat treatment step,
It is manufactured by sequentially performing a pattern forming step, a pattern removing step, and a floating gate electrode forming step.

【0036】A,膜形成工程図3(a)において、ま
ず、P型シリコン基板101の表面の素子分離領域には
フィールド酸化膜102が形成され、P型シリコン基板
101の表面の素子形成領域には熱酸化によりゲート酸
化膜103が形成される。引き続き、全面に多結晶シリ
コン膜112、酸化膜113、窒化膜114が順次形成
される。
A, Film Forming Step In FIG. 3A, first, a field oxide film 102 is formed in the element isolation region on the surface of the P-type silicon substrate 101, and is formed in the element formation region on the surface of the P-type silicon substrate 101. A gate oxide film 103 is formed by thermal oxidation. Subsequently, a polycrystalline silicon film 112, an oxide film 113, and a nitride film 114 are sequentially formed on the entire surface.

【0037】B,N型イオン注入工程次に、図3(b)
に示すように、少なくともフィールド酸化膜102上の
一部に開口部を有するフォトレジスト膜パターン115
が形成される。次に前記フォトレジスト膜パターン11
5をマスクにして窒化膜114をエッチングし、窒化膜
パターン116が形成される。N型のイオン種がフォト
レジスト膜パターン115をマスクにしてP型シリコン
基板101の表面に対する法線に概ね平行にイオン注入
され、多結晶シリコン膜112に不純物イオン117が
導入される。
B, N-type ion implantation step Next, FIG.
As shown in FIG. 5, a photoresist film pattern 115 having an opening at least on a part of the field oxide film 102 is formed.
Is formed. Next, the photoresist film pattern 11
5 is used as a mask to etch nitride film 114 to form nitride film pattern 116. Using the photoresist film pattern 115 as a mask, N-type ion species are ion-implanted substantially in parallel with the normal to the surface of the P-type silicon substrate 101, and impurity ions 117 are introduced into the polycrystalline silicon film 112.

【0038】この多結晶シリコン膜にイオン注入するN
型のイオン種としては、リン(P)、砒素(As)また
はアンチモン(Sb)などがあり、特に拡散定数の小さ
な砒素(As)またはアンチモン(Sb)が適してい
る。
N ions are implanted into this polycrystalline silicon film.
Examples of the type ion species include phosphorus (P), arsenic (As), and antimony (Sb), and arsenic (As) or antimony (Sb) having a small diffusion constant is particularly suitable.

【0039】C,熱処理工程次に、上記フォトレジスト
膜パターン115を除去した後、所定の温度で熱処理を
施るこす。この時の熱処理は、フィールド酸化膜102
上の多結晶シリコン膜112部分の一部に注入されてい
る不純物イオン117が、フィールド酸化膜102上の
多結晶シリコン膜112部分にはほぼ拡散するが、ゲー
ト酸化膜103上の多結晶シリコン膜112部分には拡
散しないような条件で行う。
C, Heat Treatment Step Next, after removing the photoresist film pattern 115, heat treatment is performed at a predetermined temperature. The heat treatment at this time is performed by the field oxide film 102.
Impurity ions 117 implanted into a part of the upper polysilicon film 112 substantially diffuse into the polysilicon film 112 on the field oxide film 102, but do not diffuse into the polysilicon film 112 on the gate oxide film 103. This is performed under conditions that do not diffuse into the 112 portion.

【0040】この熱処理により、図3(c)のように、
前記不純物イオン117が拡散され、フィールド酸化膜
102上の多結晶シリコン膜112部分には不純物イオ
ン117が存在し、ゲート酸化膜103上の多結晶シリ
コン膜112部分にはほとんど存在しない状態となる。
この時、多結晶シリコン膜112上には、酸化膜113
が存在しているので、不純物117が外方拡散する恐れ
はない。またこの熱処理は、後工程の熱処理(例えばソ
ースドレイン拡散層の活性化など)においても、不純物
117が偏在するので、省いても支障はない。
By this heat treatment, as shown in FIG.
The impurity ions 117 are diffused, and the impurity ions 117 are present in the portion of the polycrystalline silicon film 112 on the field oxide film 102, but hardly exist in the portion of the polycrystalline silicon film 112 on the gate oxide film 103.
At this time, an oxide film 113 is formed on the polycrystalline silicon film 112.
Exists, there is no possibility that the impurity 117 will diffuse outward. In addition, this heat treatment is not hindered even in a heat treatment in a later step (for example, activation of the source / drain diffusion layer) because the impurity 117 is unevenly distributed.

【0041】D,パターン形成工程図4(d)におい
て、次に、前記窒化膜パターン116をマスクとして、
酸化膜113、多結晶シリコン膜112を順次エッチン
グし、多結晶シリコン膜パターン118が形成される。
D, Pattern Forming Step In FIG. 4D, next, using the nitride film pattern 116 as a mask,
Oxide film 113 and polycrystalline silicon film 112 are sequentially etched to form polycrystalline silicon film pattern 118.

【0042】E,パターン除去工程図4(e)におい
て、次に、前記窒化膜パターン116、酸化膜113を
順次除去した後、例えば1000度程度の温度による熱
酸化処理を施し、多結晶シリコン膜パターン118表面
に例えば10nm程度の膜厚を有する熱酸化膜を形成す
る(図示せず)。この熱酸化膜は、浮遊ゲート電極およ
び制御ゲート電極間のゲート絶縁膜105の一部を構成
する第1の絶縁膜となる。
E, Pattern Removal Step In FIG. 4E, after the nitride film pattern 116 and the oxide film 113 are sequentially removed, a thermal oxidation process is performed at a temperature of, for example, about 1000 ° C. A thermal oxide film having a thickness of, for example, about 10 nm is formed on the surface of the pattern 118 (not shown). This thermal oxide film becomes a first insulating film that constitutes a part of the gate insulating film 105 between the floating gate electrode and the control gate electrode.

【0043】F,浮遊ゲート形成工程 この第1の絶縁膜の形成する際の熱処理により、多結晶
シリコン膜パターン118に偏在していた不純物イオン
117がさらに拡散され、ゲート酸化膜103上の部分
まで達する。一方、多結晶シリコン膜パターン(特にゲ
ート酸化膜103の上)118には最初不純物がそもそ
もない状態であったので、上記熱酸化工程での第1の絶
縁膜の主要部やゲート酸化膜103への不純物の悪影響
は軽減されている。
F, Floating Gate Forming Step By the heat treatment at the time of forming the first insulating film, the impurity ions 117 unevenly distributed in the polycrystalline silicon film pattern 118 are further diffused to the portion on the gate oxide film 103. Reach. On the other hand, since the polycrystalline silicon film pattern (especially on the gate oxide film 103) 118 was initially free of impurities, the main portion of the first insulating film and the gate oxide film 103 in the above-described thermal oxidation step were not removed. The adverse effects of impurities are reduced.

【0044】このため、不純物を部分的ではあるが含ま
ない(上記主要部で含まない)第1の絶縁膜と不純物の
影響のないゲート酸化膜103が得られる。次に、第1
の絶縁膜上に、減圧気相成長法(LPCVD)による例
えば膜厚10nm程度の窒化シリコン膜(図示せず)と
高温気相成長法による例えば6nm程度の酸化シリコン
膜を全面に形成する。これにより、図4(e)のよう
に、いわゆる酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シ
リコン膜(ONO膜)よりなるゲート絶縁膜105が形
成される。
Therefore, the first insulating film partially but not containing the impurities (not contained in the above-mentioned main portion) and the gate oxide film 103 free from the influence of the impurities can be obtained. Next, the first
A silicon nitride film (not shown) having a thickness of, for example, about 10 nm formed by low pressure vapor deposition (LPCVD) and a silicon oxide film having a thickness of, for example, about 6 nm formed by high temperature vapor deposition are formed on the insulating film. Thereby, as shown in FIG. 4E, a gate insulating film 105 made of a so-called silicon oxide film, silicon nitride film, and silicon oxide film (ONO film) is formed.

【0045】次に、図4(f)のように、第2の多結晶
シリコン膜119を例えば150nm程度全面に成長さ
せる。さらに、この第2の多結晶シリコン膜に例えばリ
ンをドーピングする。なお、この第2の多結晶シリコン
膜119上に配線抵抗低減のためシリサイド層(図示せ
ず)をさらに形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 4F, a second polycrystalline silicon film 119 is grown on the entire surface, for example, to a thickness of about 150 nm. Further, the second polycrystalline silicon film is doped with, for example, phosphorus. Note that a silicide layer (not shown) may be further formed on second polycrystalline silicon film 119 to reduce wiring resistance.

【0046】次に第2の多結晶シリコン膜119、ゲー
ト絶縁膜105および多結晶シリコン膜パターン118
が順次パターニングされ、第2の多結晶シリコン膜11
9からなる制御ゲート電極106と多結晶シリコン膜パ
ターン118からなる浮遊ゲート電極104が形成され
る。次に全面にBPSG膜からなる層間絶縁膜109が
形成される。次いで、所定の場所にコンタクト孔が層間
絶縁膜109に形成される(図示せず)。全面に例えば
アルミニウム系の金属膜が形成され、図5(g)のよう
に、この金属膜がパターニングされてビット線111が
形成される。
Next, a second polycrystalline silicon film 119, a gate insulating film 105 and a polycrystalline silicon film pattern 118 are formed.
Are sequentially patterned to form a second polycrystalline silicon film 11.
9 and a floating gate electrode 104 made of a polycrystalline silicon film pattern 118 are formed. Next, an interlayer insulating film 109 made of a BPSG film is formed on the entire surface. Next, a contact hole is formed in a predetermined place in the interlayer insulating film 109 (not shown). For example, an aluminum-based metal film is formed on the entire surface, and this metal film is patterned to form the bit lines 111 as shown in FIG.

【0047】(実施形態2)次に、本発明の第2の実施
形態について図面を参照して説明する。第2の実施形態
においては、多結晶シリコン膜パターンを形成した後
に、素子間の耐圧を高めるため、窒化膜パターンをマス
クとしてP型のイオン種をP型シリコン基板に注入する
処理を行うものである。図1および図6〜図9におい
て、第2の実施形態のフラッシュメモリは、以下のよう
に膜形成工程、N型イオン注入工程、パターン形成工
程、P型イオン注入工程、パターン除去工程及び浮遊ゲ
ート電極形成工程を順に行う事によって製造される。製
造される。
(Embodiment 2) Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the second embodiment, after forming a polycrystalline silicon film pattern, a process of implanting P-type ion species into a P-type silicon substrate using a nitride film pattern as a mask is performed in order to increase the breakdown voltage between elements. is there. 1 and 6 to 9, the flash memory according to the second embodiment includes a film forming step, an N-type ion implantation step, a pattern formation step, a P-type ion implantation step, a pattern removal step, and a floating gate. It is manufactured by sequentially performing an electrode forming process. Manufactured.

【0048】A,膜成形工程 まず、図7(a)において、P型シリコン基板101の
表面の素子分離領域にはフィールド酸化膜102が形成
され、P型シリコン基板101の表面の素子形成領域に
は熱酸化によりゲート酸化膜103が形成される。引き
続き、全面に多結晶シリコン膜112、酸化膜113、
窒化膜114を順次形成される。
A, Film Forming Step First, in FIG. 7A, a field oxide film 102 is formed in an element isolation region on the surface of a P-type silicon substrate 101, and is formed in an element formation region on the surface of the P-type silicon substrate 101. A gate oxide film 103 is formed by thermal oxidation. Subsequently, a polycrystalline silicon film 112, an oxide film 113,
A nitride film 114 is sequentially formed.

【0049】B,N型イオン注入工程 図7(b)において、次に、少なくともフィールド酸化
膜102上の一部に開口部を有するフォトレジスト膜パ
ターン115が形成される。次に前記フォトレジスト膜
パターン115をマスクにして窒化膜114をエッチン
グし、窒化膜パターン116が形成される。N型のイオ
ン種がフォトレジスト膜パターン115をマスクにして
P型シリコン基板101の表面に対する法線に概ね平行
にイオン注入し、多結晶シリコン膜112に不純物イオ
ン117を導入する。
B, N-Type Ion Implantation Step Referring to FIG. 7B, a photoresist film pattern 115 having an opening at least partially on the field oxide film 102 is formed. Next, the nitride film 114 is etched using the photoresist film pattern 115 as a mask to form a nitride film pattern 116. Using the photoresist film pattern 115 as a mask, an N-type ion species is ion-implanted substantially parallel to a normal to the surface of the P-type silicon substrate 101 to introduce impurity ions 117 into the polycrystalline silicon film 112.

【0050】イオン注入に用いるN型のイオン種には、
リン(P)、砒素(As)またはアンチモン(Sb)な
どがあり、特に拡散定数の小さな砒素(As)またはア
ンチモン(Sb)が適している。
The N-type ion species used for ion implantation include:
There are phosphorus (P), arsenic (As), and antimony (Sb), and arsenic (As) or antimony (Sb) having a small diffusion constant is particularly suitable.

【0051】C,熱処理工程 図7(c)において、次に、上記フォトレジスト膜パタ
ーン115を除去した後、所定の温度で熱処理を施こ
す。この時の熱処理は、フィールド酸化膜102上の多
結晶シリコン膜112部分の一部に注入されている不純
物イオン117が、フィールド酸化膜102上の多結晶
シリコン膜112部分にはほぼ拡散するが、ゲート酸化
膜103上の多結晶シリコン膜112部分には拡散しな
いような条件で行う。
C, Heat Treatment Step In FIG. 7C, the photoresist film pattern 115 is removed, and then heat treatment is performed at a predetermined temperature. In the heat treatment at this time, the impurity ions 117 implanted into a part of the polycrystalline silicon film 112 on the field oxide film 102 are almost diffused into the polycrystalline silicon film 112 on the field oxide film 102. This is performed under conditions that do not diffuse into the polycrystalline silicon film 112 on the gate oxide film 103.

【0052】この熱処理により、図7(c)のように、
前記不純物イオン117が拡散され、フィールド酸化膜
102上の多結晶シリコン膜112部分には不純物イオ
ン117が存在し、ゲート酸化膜103上の多結晶シリ
コン膜112部分にはほとんど存在しない状態となる。
By this heat treatment, as shown in FIG.
The impurity ions 117 are diffused, and the impurity ions 117 are present in the portion of the polycrystalline silicon film 112 on the field oxide film 102, but hardly exist in the portion of the polycrystalline silicon film 112 on the gate oxide film 103.

【0053】この時、多結晶シリコン膜112上には、
酸化膜113が存在しているので、不純物117が外方
拡散する恐れはない。またこの熱処理は、後工程の熱処
理(例えばソースドレイン拡散層の活性化など)におい
ても、不純物117が偏在するので、省いても支障はな
い。
At this time, on the polycrystalline silicon film 112,
Since the oxide film 113 exists, there is no possibility that the impurity 117 will diffuse outward. In addition, this heat treatment is not hindered even in a heat treatment in a later step (for example, activation of the source / drain diffusion layer) because the impurity 117 is unevenly distributed.

【0054】D,パターン形成工程 図8(d)において、次に、前記窒化膜パターン116
をマスクとして、酸化膜113、多結晶シリコン膜11
2を順次エッチングすることによって、多結晶シリコン
膜パターン118が形成される。
D, Pattern Forming Step In FIG. 8D, next, the nitride film pattern 116 is formed.
Film 113, polycrystalline silicon film 11
2 are sequentially etched to form a polycrystalline silicon film pattern 118.

【0055】E,P型イオン注入工程 図8(e)にお
いて、次に、前記窒化膜パターン116をマスクとし
て、P型のイオン種をP型シリコン基板101に注入す
る。これによって、P型シリコン基板101中にP型イ
オン注入層120が形成される。
E, P-Type Ion Implantation Step In FIG. 8E, next, using the nitride film pattern 116 as a mask, P-type ion species are implanted into the P-type silicon substrate 101. Thus, a P-type ion implantation layer 120 is formed in the P-type silicon substrate 101.

【0056】F,パターン除去工程 次に、前記窒化膜パターン116、酸化膜113を順次
除去した後、例えば1000度程度の温度による熱酸化
処理を施し、多結晶シリコン膜パターン118表面に例
えば10nm程度の膜厚を有する熱酸化膜を形成する
(図示せず)。この熱酸化膜は、浮遊ゲート電極および
制御ゲート電極間のゲート絶縁膜105の一部を構成す
る第1の絶縁膜となる。
F, Pattern Removal Step Next, after the nitride film pattern 116 and the oxide film 113 are sequentially removed, a thermal oxidation process is performed at a temperature of, for example, about 1000 ° C., and the surface of the polycrystalline silicon film pattern 118 is, for example, about 10 nm. A thermal oxide film having a film thickness of not shown is formed (not shown). This thermal oxide film becomes a first insulating film that constitutes a part of the gate insulating film 105 between the floating gate electrode and the control gate electrode.

【0057】この第1の絶縁膜を形成する際の熱処理に
より、多結晶シリコン膜パターン118に偏在していた
不純物イオン117がさらに拡散され、ゲート酸化膜1
03上の部分まで達する。また一方、多結晶シリコン膜
パターン(特にゲート酸化膜103の上)118には最
初不純物がそもそもない状態であったので、上記熱酸化
工程での第1の絶縁膜の主要部やゲート酸化膜103へ
の不純物の悪影響は軽減されている。このため、不純物
を部分的ではあるが含まない(上記主要部で含まない)
第1の絶縁膜と不純物の影響のないゲート酸化膜103
が得られる。
By the heat treatment for forming the first insulating film, the impurity ions 117 unevenly distributed in the polycrystalline silicon film pattern 118 are further diffused, and the gate oxide film 1 is formed.
03 to the upper part. On the other hand, since the polycrystalline silicon film pattern (especially on the gate oxide film 103) 118 was initially free of impurities, the main portion of the first insulating film and the gate oxide film 103 in the thermal oxidation process were not used. The adverse effects of impurities on silicon have been reduced. For this reason, impurities are partially contained but not included (not included in the above main part).
First insulating film and gate oxide film 103 not affected by impurities
Is obtained.

【0058】またこの時熱処理により、P型イオン注入
層120は同時に活性化され、P型領域121が形成さ
れる。このP型領域121を形成することにより、素子
間の耐圧を高めることができる。
At this time, the P-type ion implantation layer 120 is simultaneously activated by the heat treatment, and the P-type region 121 is formed. By forming the P-type region 121, the breakdown voltage between elements can be increased.

【0059】図8(f)において、次に、第1の絶縁膜
上に、減圧気相成長法(LPCVD)による例えば膜厚
10nm程度の窒化シリコン膜(図示せず)と高温気相
成長法による例えば6nm程度の酸化シリコン膜を全面
に形成する。これにより、いわゆる酸化シリコン膜、窒
化シリコン膜、酸化シリコン膜(ONO膜)よりなるゲ
ート絶縁膜105が形成される。
In FIG. 8F, a silicon nitride film (not shown) having a thickness of, for example, about 10 nm by low pressure vapor deposition (LPCVD) is formed on the first insulating film. For example, a silicon oxide film of about 6 nm is formed on the entire surface. Thus, a gate insulating film 105 composed of a so-called silicon oxide film, silicon nitride film, and silicon oxide film (ONO film) is formed.

【0060】図9(g)において、次に、第2の多結晶
シリコン膜119を例えば150nm程度全面に成長さ
せる。さらに、この第2の多結晶シリコン膜に例えばリ
ンをドーピングする。なお、この第2の多結晶シリコン
膜119上に配線抵抗低減のためシリサイド層(図示せ
ず)をさらに形成してもよい。
In FIG. 9G, a second polycrystalline silicon film 119 is grown on the entire surface, for example, to a thickness of about 150 nm. Further, the second polycrystalline silicon film is doped with, for example, phosphorus. Note that a silicide layer (not shown) may be further formed on second polycrystalline silicon film 119 to reduce wiring resistance.

【0061】G,浮遊ゲート電極形成工程 図9(h)において、次に、第2の多結晶シリコン膜1
19、ゲート絶縁膜105および多結晶シリコン膜パタ
ーン118が順次パターニングされ、第2の多結晶シリ
コン膜119からなる制御ゲート電極106と多結晶シ
リコン膜パターン118からなる浮遊ゲート電極104
とが形成される。次に全面にBPSG膜からなる層間絶
縁膜109が形成される。次いで、所定の場所にコンタ
クト孔が層間絶縁膜109に形成される(図示せず)。
全面に例えばアルミニウム系の金属膜が形成され、この
金属膜がパターニングされてビット線111が形成され
る。
G, Floating Gate Electrode Forming Step In FIG. 9H, next, the second polycrystalline silicon film 1 is formed.
19, the gate insulating film 105 and the polycrystalline silicon film pattern 118 are sequentially patterned, and the control gate electrode 106 composed of the second polycrystalline silicon film 119 and the floating gate electrode 104 composed of the polycrystalline silicon film pattern 118
Are formed. Next, an interlayer insulating film 109 made of a BPSG film is formed on the entire surface. Next, a contact hole is formed in a predetermined place in the interlayer insulating film 109 (not shown).
For example, an aluminum-based metal film is formed on the entire surface, and the metal film is patterned to form the bit lines 111.

【0062】以上説明したように、上記実施形態におい
ては、多結晶シリコン膜上に酸化膜、窒化シリコン膜を
さらに成長させ、前記窒化膜シリコン膜をパターニング
し、この窒化膜パターンで、多結晶シリコン膜への不純
物の注入と多結晶シリコン膜のパターニングを行うた
め、リソグラフィー数および工程数を増大させることな
く、また信頼性も損なうこともない。また多結晶シリコ
ン膜上に酸化膜があるため、多結晶シリコン膜に注入さ
れた不純物を偏在させる工程においても、不純物が外方
拡散する恐れもない。
As described above, in the above embodiment, an oxide film and a silicon nitride film are further grown on the polycrystalline silicon film, and the nitride silicon film is patterned. Since the implantation of impurities into the film and the patterning of the polycrystalline silicon film are performed, the number of lithography and the number of steps are not increased, and the reliability is not impaired. Further, since the oxide film is provided on the polycrystalline silicon film, there is no possibility that the impurities are diffused outward even in the step of unevenly distributing the impurities implanted in the polycrystalline silicon film.

【0063】[0063]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、不純物
を含有する多結晶シリコン膜からなる浮遊ゲート電極を
具備した不揮発性半導体記憶装置の製造に際し、多結晶
シリコン膜上に酸化膜、窒化シリコン膜をさらに成長さ
せ、前記窒化シリコン膜をパターニングし、この窒化膜
パターンを用いて多結晶シリコン膜への不純物の注入と
多結晶シリコン膜のパターニングを行うことにより、リ
ソグラフィー数および工程数を増大させることなく、所
望の不揮発性半導体記憶装置が得られ、また、その製造
工程において、多結晶シリコン膜上に酸化膜があるた
め、多結晶シリコン膜への不純物の注入直後(窒化膜パ
ターンが存在する状態)に熱処理工程を行ったとして
も、不純物が外方に拡散する恐れもなく、得られた不揮
発性半導体記憶装置の信頼性およびその他の機能を損な
うことがない。
As described above, according to the present invention, when manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device having a floating gate electrode made of a polycrystalline silicon film containing impurities, an oxide film and a nitride film are formed on the polycrystalline silicon film. The number of lithography and the number of steps are increased by further growing a silicon film, patterning the silicon nitride film, and implanting impurities into the polycrystalline silicon film and patterning the polycrystalline silicon film using the nitride film pattern. A desired non-volatile semiconductor memory device can be obtained without performing the above process, and since an oxide film is present on the polycrystalline silicon film in the manufacturing process, the impurity is immediately injected into the polycrystalline silicon film (when a nitride film pattern is present). Even if the heat treatment step is performed in the above-described state, there is no fear that impurities are diffused outward, and the obtained nonvolatile semiconductor memory device Dependable and there is no prejudice to the other functions.

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

【図1】本発明の第1の実施形態の平面模式図である。FIG. 1 is a schematic plan view of a first embodiment of the present invention.

【図2】上記第1の実施形態の断面模式図であり、
(a)は、図1のX―X線断面模式図、(b)は、図1
のY―Y線断面模式図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view of the first embodiment,
1A is a schematic cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 1, and FIG.
5 is a schematic sectional view taken along line YY of FIG.

【図3】(a)〜(c)は、本発明の第1の実施形態の
製造工程の断面模式図であり、図1のY―Y線に相当す
る部分の断面模式図である。
FIGS. 3A to 3C are schematic cross-sectional views of a manufacturing process according to the first embodiment of the present invention, and are schematic cross-sectional views of a portion corresponding to line YY in FIG.

【図4】(d)〜(f)は、図3の(a)〜(c)につ
づく本発明の第1の実施形態の製造工程の断面模式図で
あり、図1のY―Y線に相当する部分 の断面模式図で
ある。
FIGS. 4D to 4F are schematic cross-sectional views of the manufacturing process of the first embodiment of the present invention, following FIGS. 3A to 3C, and taken along line YY of FIG. FIG. 3 is a schematic sectional view of a portion corresponding to FIG.

【図5】(g)は、図4の(d)〜(f)につづく本発
明の第1の実施形態の製造工程の断面模式図であり、図
1のY―Y線に相当する部分の断面模式図である。
5 (g) is a schematic cross-sectional view of the manufacturing process of the first embodiment of the present invention, following FIG. 4 (d) to (f), and shows a portion corresponding to line YY in FIG. 1; FIG.

【図6】本発明の第2の実施形態のの断面模式図であ
り、(a)は、図1のX―X線断面模式図、(b)は、
図1のY―Y線断面模式図である。
FIGS. 6A and 6B are schematic cross-sectional views of a second embodiment of the present invention, in which FIG. 6A is a schematic cross-sectional view taken along line XX of FIG. 1, and FIG.
FIG. 2 is a schematic sectional view taken along line YY of FIG. 1.

【図7】(a)〜(c)は、本発明の第2の実施形態の
製造工程の断面模式図であり、図1のY―Y線に相当す
る部分の断面模式図である。
FIGS. 7A to 7C are schematic cross-sectional views of a manufacturing process according to a second embodiment of the present invention, and are schematic cross-sectional views of a portion corresponding to line YY in FIG.

【図8】(d)〜(f)は、図7の(a)〜(c)につ
づく、本発明の第2の実施形態の製造工程の断面模式図
であり、図1のY―Y線に相当する部分の断面模式図で
ある。
FIGS. 8 (d) to (f) are schematic cross-sectional views of the manufacturing process of the second embodiment of the present invention, following FIGS. 7 (a) to 7 (c). It is a cross section of a portion corresponding to a line.

【図9】(g)〜(h)は、図8の(d)〜(f)につ
づく、本発明の第2の実施形態の製造工程の断面模式図
であり、図1のY―Y線に相当する部分の断面模式図で
ある。
9 (g) to 9 (h) are schematic cross-sectional views of the manufacturing process of the second embodiment of the present invention, following FIGS. 8 (d) to 8 (f), and FIG. It is a cross section of a portion corresponding to a line.

【図10】従来のフラッシュメモリの平面模式図であ
る。
FIG. 10 is a schematic plan view of a conventional flash memory.

【図11】従来のフラッシュメモリの断面模式図であ
り、(a)は、図10のX―X線断面模式図、(b)
は、Y―Y線での断面模式図である。
11A and 11B are schematic cross-sectional views of a conventional flash memory. FIG. 11A is a schematic cross-sectional view taken along line XX of FIG.
Is a schematic cross-sectional view taken along line YY.

【図12】(a)〜(c)は、従来のフラッシュメモリ
の製造工程の断面模式図であり、図10のY―Y線に相
当する部分の断面模式図である。
12A to 12C are schematic cross-sectional views of a conventional flash memory manufacturing process, and are cross-sectional schematic views of a portion corresponding to line YY in FIG.

【図13】(d)〜(f)は、図12の(a)〜(c)
につづく、従来のフラッシュメモリの製造工程の断面模
式図であり、図10のY―Y線に相当する部分の断面模
式図である。
13 (d) to (f) show (a) to (c) in FIG.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a manufacturing step of a conventional flash memory, following FIG. 10, which is a schematic cross-sectional view of a portion corresponding to line YY in FIG. 10.

【図14】(g)〜(h)は、図13の(d)〜(f)
につづく、従来のフラッシュメモリの製造工程の断面模
式図であり、図10のY―Y線に相当する部分の断面模
式図である。
14 (g) to (h) are (d) to (f) in FIG.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a manufacturing step of a conventional flash memory, following FIG. 10, which is a schematic cross-sectional view of a portion corresponding to line YY in FIG. 10.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、201 P型シリコン基板 102、202 フィールド酸化膜 103、203 ゲート酸化膜 104、204 浮遊ゲート電極 105、205 ゲート絶縁膜 106、106a〜106c、206、206a〜20
6c 制御ゲート電極 107ab、107cd、207ab、207cd ソ
ース領域 108、208 ドレイン領域 109、209 層間絶縁膜 110a、110b、210a、210b ビットコン
タクト孔 111a、111b、211a、211b ビット線 112 多結晶シリコン膜 113 酸化膜 114 窒化シリコン膜 115 フォトレジスト膜パターン 116 窒化膜パターン 117 不純物イオン 118 多結晶シリコン膜パターン 119 第2の多結晶シリコン膜 120 P型イオン注入層 121 P型領域
101, 201 P-type silicon substrate 102, 202 Field oxide film 103, 203 Gate oxide film 104, 204 Floating gate electrode 105, 205 Gate insulating film 106, 106a to 106c, 206, 206a to 20
6c Control gate electrode 107ab, 107cd, 207ab, 207cd Source region 108, 208 Drain region 109, 209 Interlayer insulating film 110a, 110b, 210a, 210b Bit contact hole 111a, 111b, 211a, 211b Bit line 112 Polycrystalline silicon film 113 Oxidation Film 114 silicon nitride film 115 photoresist film pattern 116 nitride film pattern 117 impurity ions 118 polycrystalline silicon film pattern 119 second polycrystalline silicon film 120 p-type ion implantation layer 121 p-type region

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/8247 H01L 27/115 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 膜形成工程と、N型イオン注入工程と、
パターン形成工程と、パターン除去工程と、浮遊ゲート
電極形成工程とを少なくとも含む不揮発性半導体装置の
製造方法であって、 膜形成工程は、P型シリコン基板の表面の素子分離領域
にフィールド酸化膜を形成し、該P型シリコン基板の表
面の素子形成領域に熱酸化によりゲート酸化膜を形成
し、全面に多結晶シリコン膜、酸化膜、窒化シリコン膜
を順次形成する工程であり、 N型イオン注入工程は、少なくとも素子形成領域上でか
つフィールド酸化膜上の窒化シリコン膜をパターニング
して所定の窒化膜パターンを形成し、該窒化膜パターン
をマスクとして、前記P型シリコン基板の表面に対する
法線に平行にN型のイオン種のイオン注入を行い、多結
晶シリコン膜にイオン注入層を形成する工程であり、 パターン形成工程は、前記窒化膜パターンをマスクとし
て、前記酸化膜、多結晶シリコン膜を順次パターニング
して所定の多結晶シリコン膜パターンを形成する工程で
あり、 パターン除去工程は、前記窒化膜パターン、酸化膜を順
次除去する工程であり、 浮遊ゲート電極形成工程は、全面にゲート絶縁膜を形成
し、全面に導電体膜を形成し、該導電体膜、該ゲート絶
縁膜および該多結晶シリコン膜パターンを順次パターニ
ングして、該導電体膜からなる制御ゲート電極と該多結
晶シリコン膜からなる浮遊ゲート電極を形成する工程で
あ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 film forming step, an N-type ion implantation step,
A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor device, comprising at least a pattern forming step, a pattern removing step, and a floating gate electrode forming step, wherein the film forming step includes forming a field oxide film in an element isolation region on a surface of a P-type silicon substrate. Forming a gate oxide film by thermal oxidation in an element formation region on the surface of the P-type silicon substrate, and sequentially forming a polycrystalline silicon film, an oxide film, and a silicon nitride film on the entire surface. A step of patterning a silicon nitride film on at least the element formation region and on the field oxide film to form a predetermined nitride film pattern, and using the nitride film pattern as a mask, a normal line to the surface of the P-type silicon substrate. The step of performing ion implantation of N-type ion species in parallel to form an ion implantation layer in the polycrystalline silicon film. The oxide film and the polycrystalline silicon film are sequentially patterned using the oxide film pattern as a mask to form a predetermined polycrystalline silicon film pattern. The pattern removing step removes the nitride film pattern and the oxide film sequentially. In the floating gate electrode forming step, a gate insulating film is formed on the entire surface, a conductor film is formed on the entire surface, and the conductor film, the gate insulating film, and the polycrystalline silicon film pattern are sequentially patterned. Forming a control gate electrode made of the conductor film and a floating gate electrode made of the polycrystalline silicon film.
【請求項2】 パターン成形工程と、パターン除去工程
との間にP型イオン注入工程をさらに有する不揮発性半
導体記憶装置の製造方法であって、 P型イオン注入工程は、前記窒化膜パターンをマスクと
して、P型のイオン種をP型シリコン基板に注入する工
程であり、 P型イオン注入工程の後、パターン除去工程、浮遊電極
形成工程の順に各工程を行うことを特徴とする請求項
に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
2. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device further comprising a P-type ion implantation step between a pattern forming step and a pattern removing step, wherein the P-type ion implantation step includes masking the nitride film pattern. as a step of implanting P-type ion species in P-type silicon substrate, according to claim 1, wherein after the P-type ion implantation step, the pattern removal step, to carry out each step in the order of the floating electrode forming step
3. The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to 1.
【請求項3】 N型イオン注入工程とパターン形成工程
との間に熱処理工程をさらに有する不揮発性半導体記憶
装置の製造方法であって、 熱処理工程は、所定の温度での熱処理を行って、前記N
型イオン注入工程で形成されたイオン注入層を拡散さ
せ、前記多結晶シリコン膜においてN型の不純物を偏在
させる工程であり、 熱処理工程の後、パターン形成工程、パターン除去工
程、浮遊電極成形工程の順に各工程を行うことを特徴と
する請求項1又は2に記載の不揮発性半導体記憶装置の
製造方法。
3. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device further comprising a heat treatment step between an N-type ion implantation step and a pattern formation step, wherein the heat treatment step includes performing a heat treatment at a predetermined temperature. N
Is a step of diffusing an ion-implanted layer formed in the step of ion-implanting and unevenly distributing N-type impurities in the polycrystalline silicon film. After the heat treatment step, a pattern forming step, a pattern removing step, and a floating electrode forming step are performed. 3. The method according to claim 1, wherein the steps are sequentially performed.
【請求項4】 前記N型イオン注入工程において、P型
シリコン基板に注入するN型のイオン種は、砒素(A
s)若しくはアンチモン(Sb)であることを特徴とす
る請求項1又は2に記載の不揮発性半導体記憶装置の製
造方法。
4. An N-type ion species implanted into a P-type silicon substrate in the N-type ion implantation step is arsenic (A).
3. The method according to claim 1 , wherein the method is s) or antimony (Sb).
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