JP3256375B2 - Method for manufacturing nonvolatile memory cell - Google Patents

Method for manufacturing nonvolatile memory cell

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JP3256375B2 JP14833194A JP14833194A JP3256375B2 JP 3256375 B2 JP3256375 B2 JP 3256375B2 JP 14833194 A JP14833194 A JP 14833194A JP 14833194 A JP14833194 A JP 14833194A JP 3256375 B2 JP3256375 B2 JP 3256375B2
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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、不揮発性メモリセル及
びその製造方法に関する。特に、本発明は、フラッシュ
メモリに適した、電気的に書換え可能な不揮発性メモリ
セル及びその製造方法に関する。
The present invention relates to a nonvolatile memory cell and a method for manufacturing the same. In particular, the present invention relates to an electrically rewritable nonvolatile memory cell suitable for a flash memory and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】プログラムがホットエレクトロン注入に
より実行され、消去がファウラー・ノードハイムトンネ
リングにより実行されるフラッシュメモリの開発が活発
に行われている。フラッシユメモリとは、データの一括
書き込みあるいは一括消去が可能なメモリのことをい
う。図30、図31及び図32は、現在、製造されてい
る典型的なフラッシュメモリのメモリセルを示す。この
メモリセルは、NOR型フラッシュメモリあるいはNA
ND型フラッシュメモリに使用されるものであり、その
構造は、EPROM(電気的に書き込み可能なROM)
のメモリセルの構造と同一である。以下、NOR型フラ
ッシュメモリのメモリセルについて説明する。
2. Description of the Related Art A flash memory in which a program is executed by hot electron injection and erasing is executed by Fowler-Nordheim tunneling has been actively developed. The flash memory is a memory in which data can be written or erased in a batch. FIGS. 30, 31 and 32 show memory cells of a typical flash memory currently being manufactured. This memory cell is a NOR flash memory or NA
It is used for an ND type flash memory, and its structure is EPROM (electrically writable ROM).
Is the same as the structure of the memory cell. Hereinafter, the memory cells of the NOR flash memory will be described.

【0003】図30から図32を参照しながら、従来の
フラッシュメモリの不揮発性メモリセルを説明する。な
お、図30は、従来のメモリセル50の平面図であり、
図31は図30の切断面線X31−X31から見た断面
図であり、図32は、図30の切断面線X32−X32
から見た断面図である。フラッシュメモリは多数のメモ
リセル50を備えているが、簡単化のために、これらの
図面には一つのメモリセルMCが示されている。図示さ
れている制御ゲート56は、複数のメモリセルの制御ゲ
ートとして機能する。一方、浮遊ゲート54は、メモリ
セル50毎に分離されており、電気的に浮遊状態にあ
る。
[0005] A nonvolatile memory cell of a conventional flash memory will be described with reference to FIGS. FIG. 30 is a plan view of a conventional memory cell 50,
FIG. 31 is a sectional view taken along section line X31-X31 in FIG. 30. FIG. 32 is a section view taken along section line X32-X32 in FIG.
It is sectional drawing seen from. Although the flash memory has a large number of memory cells 50, one memory cell MC is shown in these drawings for simplicity. The illustrated control gate 56 functions as a control gate for a plurality of memory cells. On the other hand, the floating gate 54 is separated for each memory cell 50 and is in an electrically floating state.

【0004】シリコン基板51の表面は、複数の活性領
域と、各活性領域を相互分離するための素子分離領域と
に分けられている。シリコン基板51の素子分離領域に
は、図32に示されるように、フィールド酸化膜(LO
COS膜)52が形成されている。一方、シリコン基板
51の活性領域51aには、図31に示されるように、
ソース領域60及びドレイン領域61が設けられてい
る。シリコン基板1の活性領域51a上には、SiO2
からなるトンネル酸化膜(第1絶縁膜)53、浮遊ゲー
ト54、ONO絶縁膜(第2絶縁膜)55、及び制御ゲ
ート56が、この順番で積層されている。制御ゲート5
6は、下層としてN+多結晶シリコン膜57を含み、上
層してWSix膜58を含むポリサイド構造を有してい
る。
[0004] The surface of the silicon substrate 51 is divided into a plurality of active regions and element isolation regions for isolating the active regions from each other. As shown in FIG. 32, a field oxide film (LO
A COS film 52 is formed. On the other hand, in the active region 51a of the silicon substrate 51, as shown in FIG.
A source region 60 and a drain region 61 are provided. On the active region 51a of the silicon substrate 1, SiO 2
A tunnel oxide film (first insulating film) 53, a floating gate 54, an ONO insulating film (second insulating film) 55, and a control gate 56 are stacked in this order. Control gate 5
6 includes an N + polycrystalline silicon film 57 as the lower layer has a polycide structure comprising a WSi x film 58 and the upper layer.

【0005】NOR型のフラッシュメモリにおいては、
メモリセル50のドレイン領域61に、複数のメモリセ
ル50の共通配線であるビット線(図示せず)が接続さ
れる。また、ソース領域60は、それ自体が拡散層配線
として制御ゲート56の延びる方向に平行に延び、複数
のメモリセル50間の共通配線(共有ソース領域)とな
る。
In a NOR flash memory,
A bit line (not shown), which is a common wiring of the plurality of memory cells 50, is connected to the drain region 61 of the memory cell 50. The source region 60 itself extends in parallel with the direction in which the control gate 56 extends as a diffusion layer wiring, and serves as a common wiring (shared source region) between the plurality of memory cells 50.

【0006】この従来技術では、浮遊ゲート54となる
多結晶シリコン膜は、まず、図30の左右方向に延びた
形状(破線にて示されている)に加工され、多結晶シリ
コン膜64bになる。多結晶シリコン膜64bは、シリ
コン基板51の活性領域を完全に覆い、かつ、フィール
ド酸化膜52の一部をも覆うように形成される。その
後、この多結晶シリコン膜64bは、ポリサイド膜をパ
ターニングして制御ゲート56を形成する時に再加工さ
れ、浮遊ゲート54となる。その結果、浮遊ゲート54
は、図30に示す多結晶シリコン膜64bと制御ゲート
56との重畳部分のみに形成される。こうして、浮遊ゲ
ート54の位置及び形状は、図31に示されるように、
制御ゲート56に自己整合する。
In this prior art, the polycrystalline silicon film serving as the floating gate 54 is first processed into a shape (shown by a broken line) extending in the left-right direction in FIG. 30 to become a polycrystalline silicon film 64b. . The polycrystalline silicon film 64b is formed to completely cover the active region of the silicon substrate 51 and also cover a part of the field oxide film 52. Thereafter, the polycrystalline silicon film 64b is reworked when the control gate 56 is formed by patterning the polycide film, and becomes the floating gate 54. As a result, the floating gate 54
Are formed only in the overlapping portion between the polycrystalline silicon film 64b and the control gate 56 shown in FIG. Thus, the position and shape of the floating gate 54 are as shown in FIG.
Self-aligned to control gate 56.

【0007】トンネル酸化膜53は、膜厚t1が8〜1
5nm程度の熱酸化膜である。浮遊ゲート54は、通
常、リンを1×1020/cm3程度拡散した多結晶シリ
コンから形成される。通常、その膜厚t2は100nm
〜300nm程度である。ONO絶縁膜55は、浮遊ゲ
ート54を熱酸化して形成した酸化膜(膜厚は、5〜1
0nm程度)の上にCVD法(化学的気相成長法)でS
iN膜を堆積し(膜厚8〜15nm程度)、更に熱酸化
またはCVD法で酸化膜(膜厚5〜10nm程度)を形
成する。ONO絶縁膜55は、膜厚t3がせいぜい酸化
膜換算厚で20nm前後の極めて薄い膜である。ONO
絶縁膜55の代わりに、熱酸化膜が使用される場合もあ
る。
The tunnel oxide film 53 has a thickness t1 of 8 to 1.
It is a thermal oxide film of about 5 nm. The floating gate 54 is usually formed of polycrystalline silicon in which phosphorus is diffused by about 1 × 10 20 / cm 3 . Usually, the thickness t2 is 100 nm.
About 300 nm. The ONO insulating film 55 is an oxide film (thickness: 5 to 1) formed by thermally oxidizing the floating gate 54.
0 nm) on the surface by CVD (chemical vapor deposition).
An iN film is deposited (about 8 to 15 nm thick), and an oxide film (about 5 to 10 nm thick) is formed by thermal oxidation or CVD. The ONO insulating film 55 is an extremely thin film having a thickness t3 of about 20 nm at most in terms of an oxide film. ONO
A thermal oxide film may be used instead of the insulating film 55.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術に於い
ては、制御ゲート56のエッチングに連続して、浮遊ゲ
ート54をエッチングするようにしている。より詳細に
は、まず制御ゲート56を構成するWSix膜58とN+
多結晶シリコン膜57とをエッチングし、それによって
図30に示されている制御ゲート56を得た後、ONO
絶縁膜55をエッチングする。その後、更に多結晶シリ
コン膜64bをエッチングして、浮遊ゲート54を形成
しなければならない。
In the prior art described above, the floating gate 54 is etched following the etching of the control gate 56. More particularly, WSi x film 58 first configure the control gate 56 and the N +
After etching the polycrystalline silicon film 57 and thereby obtaining the control gate 56 shown in FIG.
The insulating film 55 is etched. Thereafter, the floating gate 54 must be formed by further etching the polycrystalline silicon film 64b.

【0009】図32に示されるように、浮遊ゲート54
の側面にはONO絶縁膜55の段差部55aが形成され
ている。この段差部55aは、ONO絶縁膜55のエッ
チング工程中に完全に除去されるべきものである。段差
部55aをその上部から下部にわたって完全に除去する
ためには、少なくとも段差部55aの高さ(浮遊ゲート
54の厚さに等しい)を持つ絶縁膜を完全にエッチング
できる時間をかけて、ONO絶縁膜55のエッチング工
程を実行する必要がある。
As shown in FIG. 32, floating gate 54
A step portion 55a of the ONO insulating film 55 is formed on the side surface of. This step 55a is to be completely removed during the etching process of the ONO insulating film 55. In order to completely remove the step portion 55a from the upper portion to the lower portion, it takes time to completely etch the insulating film having at least the height of the step portion 55a (equal to the thickness of the floating gate 54). It is necessary to perform an etching step of the film 55.

【0010】段差部55aのエッチングが不十分であれ
ば、以下に述べる問題が生じる。この問題点を図33及
び図34を参照しながら説明する。図33は、図30の
切断面線X33−X33から見た断面図である。段差部
55aのエッチングが不十分であれば、図33に示され
るように、ONO絶縁膜55の未エッチング部分がフェ
ンス70を形成する。このフェンス70がマスクとなっ
て、浮遊ゲートを構成する多結晶シリコンの未エッチン
グ部であるフェンス71が生じる。
If the etching of the step portion 55a is insufficient, the following problem occurs. This problem will be described with reference to FIGS. FIG. 33 is a cross-sectional view taken along section line X33-X33 in FIG. If the etching of the step portion 55a is insufficient, the unetched portion of the ONO insulating film 55 forms the fence 70 as shown in FIG. Using the fence 70 as a mask, a fence 71, which is an unetched portion of the polycrystalline silicon constituting the floating gate, is generated.

【0011】多結晶シリコンからなるフェンス71は、
複数のメモリセル50の各浮遊ゲート54間を電気的に
短絡し、浮遊ゲート54に蓄えられた電荷を逃がしてし
まう。このため、フラッシュメモリセル50において、
フェンス71の発生は、絶対に阻止されなくてはならな
い。
The fence 71 made of polycrystalline silicon is
The floating gates 54 of the plurality of memory cells 50 are electrically short-circuited, and the charge stored in the floating gates 54 is released. Therefore, in the flash memory cell 50,
The occurrence of the fence 71 must be prevented.

【0012】膜厚t3=20nm程度のONO絶縁膜5
5を除去するために、浮遊ゲート54の膜厚t2に近い
量のエッチングを行うと、その結果、浮遊ゲート54及
び制御ゲート56に覆われていないフィールド酸化膜5
2がエッチングされ、フィールド酸化膜52に、図34
に示すような凹所52aが生じてしまう。フィールド酸
化膜52の端部の厚さは、徐々に薄くなってるため、凹
所52aがフィールド酸化膜52の端部に形成される
と、素子分離領域に位置するシリコン基板51の一部が
露出するおそれがある。ONO絶縁膜55のエッチング
工程の後には、浮遊ゲート54を形成するための多結晶
シリコン膜のエッチング工程が行われる。シリコン基板
51の一部が露出していると、多結晶シリコン膜のエッ
チング工程によって、その露出部分もエッチングされて
しまう。
ONO insulating film 5 having a thickness t3 of about 20 nm
In order to remove the gate oxide film 5, the amount of etching close to the thickness t 2 of the floating gate 54 is performed. As a result, the field oxide film 5 not covered by the floating gate 54 and the control gate 56 is formed.
2 is etched, and the field oxide film 52 is
The recess 52a shown in FIG. Since the thickness of the end of the field oxide film 52 gradually decreases, when the recess 52a is formed at the end of the field oxide film 52, a part of the silicon substrate 51 located in the element isolation region is exposed. There is a possibility that. After the etching process of the ONO insulating film 55, a polycrystalline silicon film etching process for forming the floating gate 54 is performed. If a part of the silicon substrate 51 is exposed, the exposed part is also etched by the etching process of the polycrystalline silicon film.

【0013】このような問題を解決するためには、フィ
ールド酸化膜52の活性領域側の端部の薄い部分が露出
しないように、浮遊ゲート54(多結晶シリコン膜64
b)とフィールド酸化膜52とが、十分に広い幅でオー
バーラップするようにする必要がある。このオーバラッ
プの量を増加させることは、図30において、多結晶シ
リコン膜64bの幅(制御ゲート56の延びる方向に沿
って計測した長さ)を総体的に広くすることに対応して
いる。
In order to solve such a problem, the floating gate 54 (polycrystalline silicon film 64) is formed so that a thin portion on the active region side of the field oxide film 52 is not exposed.
It is necessary that b) and the field oxide film 52 overlap with a sufficiently wide width. Increasing the amount of overlap corresponds to generally increasing the width (length measured along the direction in which control gate 56 extends) of polycrystalline silicon film 64b in FIG.

【0014】フィールド酸化膜52の図32の左右方向
の一方側の端部が、図34に示すように、シリコン基板
51との界面に於て平坦な斜面を有する形状であり、フ
ィールド酸化膜52を構成する酸化膜の膜厚分布を表す
角度θが45度で、浮遊ゲート54の膜厚t2が150
nmの場合、浮遊ゲート54(多結晶シリコン膜64
b)とフィールド酸化膜52とのオーバーラップ量L1
は最小でも150nm必要となる。その結果、この様な
オーバーラップ量L1が必要でない場合に比べ、メモリ
セル50に於ける図32の左右方向の長さであるメモリ
セル50の幅は、少なくとも300nm大きくなる。
One end of the field oxide film 52 in the left-right direction in FIG. 32 has a shape having a flat slope at the interface with the silicon substrate 51 as shown in FIG. Is 45 degrees, and the thickness t2 of the floating gate 54 is 150 degrees.
nm, the floating gate 54 (polycrystalline silicon film 64
b) overlap amount L1 between field oxide film 52
Needs to be at least 150 nm. As a result, the width of the memory cell 50, which is the length in the left-right direction in FIG. 32, of the memory cell 50 is increased by at least 300 nm as compared with the case where such an overlap amount L1 is not necessary.

【0015】また、浮遊ゲート54は一部の例外を除
き、メモリセルアレイ50内にのみ存在するため、メモ
リセルアレイ内は、メモリセルアレイの周辺回路部に比
べ、少なくとも浮遊ゲート54と制御ゲート56分だけ
高くなる。従って、メモリセルアレイと周辺とを接続す
るメタル配線は、メモリセルアレイと周辺部との境界に
生じる上記高低段差を乗り越えて形成される。これによ
り、フォトマスクの露光などのフォト工程に於いて、該
高低段差分だけ余分なフォーカスマージンが必要とな
る。このフォーカスマージンをできるだけ小さくするた
めには、浮遊ゲート54と制御ゲート56との膜厚をで
きるだけ薄くする必要がある。
Since the floating gate 54 exists only in the memory cell array 50 with some exceptions, the memory cell array has at least the floating gate 54 and the control gate 56 as compared with the peripheral circuit of the memory cell array. Get higher. Therefore, the metal wiring connecting the memory cell array and the periphery is formed over the above-mentioned height difference generated at the boundary between the memory cell array and the periphery. As a result, in a photo process such as exposure of a photomask, an extra focus margin by the height difference is required. In order to make this focus margin as small as possible, it is necessary to make the thicknesses of the floating gate 54 and the control gate 56 as small as possible.

【0016】浮遊ゲート54と制御ゲート56との膜厚
が薄くなければ、例として該メタル配線を形成するため
のフォトマスクを用いて、シリコン基板51上に露光す
る場合、メモリセル上に合焦させると、周辺部に於いて
は非合焦状態となる。従って、メタル配線の線幅が増大
したり、ばらついたりして、メタル配線の線幅を設計ど
おりに形成できず、不良品を生じることになる。
If the thickness of the floating gate 54 and the thickness of the control gate 56 are not small, for example, when exposing the silicon substrate 51 using a photomask for forming the metal wiring, the memory cell is focused. Then, the peripheral portion is out of focus. Therefore, the line width of the metal wiring increases or varies, and the line width of the metal wiring cannot be formed as designed, resulting in defective products.

【0017】以上の問題点を解消しようとすると、浮遊
ゲート54を構成する多結晶シリコン膜を薄く形成すれ
ば良い。しかし、トンネル酸化膜53上に、膜厚が40
〜50nmの薄くかつ均一膜厚の多結晶シリコン膜を成
長させることは非常に困難である。このような薄い膜厚
の多結晶シリコン膜を成膜すると、局所的に薄い部分が
生じやすく、微視的にみると凹凸が大きい。従って、こ
のように微視的にみた場合に凹凸のある多結晶シリコン
膜に、不純物拡散を行うことも非常に困難である。なぜ
なら、イオン注入技術を利用する場合に、注入されたイ
オンが局所的に多結晶シリコン膜を通過して、その下の
トンネル酸化膜53に到達し、該トンネル酸化膜53に
ダメージを発生させ、電気的絶縁性能に関する信頼性を
劣化させるからである。前記多結晶シリコン膜にPOC
3による拡散を行う場合にも、該多結晶シリコン膜に
於いて、局所的にリン濃度が高くなり、トンネル酸化膜
53の前記信頼性が劣化する。
In order to solve the above problems, the polycrystalline silicon film forming the floating gate 54 may be formed thin. However, on the tunnel oxide film 53, a film thickness of 40
It is very difficult to grow a thin and uniform polycrystalline silicon film having a thickness of about 50 nm. When a polycrystalline silicon film having such a small film thickness is formed, a locally thin portion is likely to be generated, and microscopically, the unevenness is large. Therefore, it is also very difficult to diffuse impurities into a polycrystalline silicon film having irregularities when viewed microscopically. This is because, when the ion implantation technique is used, the implanted ions locally pass through the polycrystalline silicon film and reach the tunnel oxide film 53 thereunder, causing damage to the tunnel oxide film 53, This is because the reliability of the electrical insulation performance is deteriorated. POC on the polycrystalline silicon film
Also in the case of performing diffusion by l 3 , the phosphorus concentration locally increases in the polycrystalline silicon film, and the reliability of the tunnel oxide film 53 is deteriorated.

【0018】浮遊ゲート54を構成するシリコン膜の作
製方法として、前記多結晶シリコン膜の他に非晶質シリ
コン膜を利用する方法が知られている。特開平1−13
771号公報に於いて、非晶質シリコン膜を堆積した
後、熱処理により種領域から結晶化を進め、浮遊ゲート
を単結晶シリコン膜で形成する方法が述べられている。
しかし、この従来技術に於いて、浮遊ゲートの厚さ、ド
ーピングの有無等は記載されていない。
As a method for forming a silicon film constituting the floating gate 54, a method using an amorphous silicon film in addition to the polycrystalline silicon film is known. JP-A-1-13
No. 771 describes a method of depositing an amorphous silicon film, then proceeding crystallization from a seed region by heat treatment, and forming a floating gate with a single crystal silicon film.
However, this prior art does not describe the thickness of the floating gate, the presence or absence of doping, and the like.

【0019】また、特開平1−129465号公報に於
いて、浮遊ゲートを多結晶シリコン膜と非晶質シリコン
膜の2層構造で構成する方法が述べられている。この従
来技術に於いて、非晶質シリコン膜の厚さは数10nm
であり、多結晶シリコン膜は非晶質シリコン膜以上の膜
厚を有している。また、2層構造を形成後、リンを熱拡
散している。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-129465 discloses a method in which a floating gate has a two-layer structure of a polycrystalline silicon film and an amorphous silicon film. In this prior art, the thickness of the amorphous silicon film is several tens nm.
And the polycrystalline silicon film has a thickness greater than that of the amorphous silicon film. After the formation of the two-layer structure, phosphorus is thermally diffused.

【0020】特開平2−31467号公報に於いて、浮
遊ゲートをノンドープの多結晶シリコン膜で構成する方
法が述べられている。しかしこの従来技術に於いて、多
結晶シリコン膜の膜厚が250nmと厚いため、浮遊ゲ
ートでの電圧降下が大きく、メモリセルへの書き込み、
消去に必要な電圧が大きくなる。この従来技術で述べら
れている様にして多結晶シリコン膜を酸化して粒成長さ
せたとしても、以下の問題点が生じる。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-31467 discloses a method in which a floating gate is formed of a non-doped polycrystalline silicon film. However, in this prior art, since the thickness of the polycrystalline silicon film is as large as 250 nm, the voltage drop at the floating gate is large,
The voltage required for erasure increases. Even if the polycrystalline silicon film is oxidized and grown as described in this prior art, the following problems occur.

【0021】多結晶シリコン膜内に於いて平均的に10
17〜1018/cm3の粒界準位または結晶欠陥準位が存
在するため、例えば浮遊ゲート表面に3MV/cm程度
の弱い電界が印加された場合でも、浮遊ゲート表面に6
0nm以上の層厚に亘る空欠層が生じ、数V以上の電圧
降下が発生することになる。該電圧降下だけ余分な電圧
を制御ゲートに印加しなければならない。従って、この
様な厚いノンドープ多結晶シリコン膜を、フラッシュメ
モリやEPPROM等の浮遊ゲートに使用するのは、周
辺回路の電源部の構成を増大させ、また、消費電力が増
大する等の点で新たな問題点を発生させる。また、仮
に、ノンドープの単結晶シリコン膜で浮遊ゲートを構成
した場合に、浮遊ゲート全体が空欠乏化し、上記例では
約25Vの電位降下が生じることになる。
In the polycrystalline silicon film, an average of 10
Since a grain boundary level or a crystal defect level of 17 to 10 18 / cm 3 exists, even when a weak electric field of about 3 MV / cm is applied to the floating gate surface, for example, 6 μm is applied to the floating gate surface.
A void layer having a thickness of 0 nm or more occurs, and a voltage drop of several volts or more occurs. An extra voltage by the voltage drop must be applied to the control gate. Therefore, the use of such a thick non-doped polycrystalline silicon film for a floating gate of a flash memory, an EPPROM, or the like is new in that the configuration of a power supply section of a peripheral circuit is increased and power consumption is increased. Problems. Further, if the floating gate is formed of a non-doped single-crystal silicon film, the entire floating gate is depleted, resulting in a potential drop of about 25 V in the above example.

【0022】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的とするところは、信頼性が
向上し、微細化に適し、しかも製造が容易な不揮発性メ
モリセル及びその製造方法を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a nonvolatile memory cell which has improved reliability, is suitable for miniaturization, and is easy to manufacture. It is to provide a manufacturing method.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】本発明の不揮発性メモリ
セルは、半導体基板と、該半導体基板中に形成されたソ
ース領域及びドレイン領域と、該半導体基板上に形成さ
れている第1絶縁膜と、該第1絶縁膜上に形成されてい
る浮遊ゲートと、該浮遊ゲート上に形成されている第2
絶縁膜と、該第2絶縁膜上に形成されている制御ゲート
と、を備える不揮発性メモリセルであって、該浮遊ゲー
トは、非晶質シリコン膜から結晶化された多結晶シリコ
ン膜から形成されており、しかも、メモリ動作時に誘電
体とみなされるように、該多結晶シリコン薄膜の不純物
濃度が1×10 19 /cm 3 以下のノンドープ多結晶シリ
コン薄膜であり、そのことにより上記目的が達成され
る。
A nonvolatile memory cell according to the present invention comprises a semiconductor substrate, a source region and a drain region formed in the semiconductor substrate, and a first insulating film formed on the semiconductor substrate. A floating gate formed on the first insulating film; and a second floating gate formed on the floating gate.
A nonvolatile memory cell including an insulating film and a control gate formed on the second insulating film, wherein the floating gate is formed from a polycrystalline silicon film crystallized from an amorphous silicon film. In addition, the dielectric
Impurities in the polycrystalline silicon thin film
A non - doped polycrystalline silicon thin film having a concentration of 1 × 10 19 / cm 3 or less , thereby achieving the above object.

【0024】[0024]

【0025】[0025]

【0026】[0026]

【0027】好ましくは、前記浮遊ゲートの厚さは33
nm以下である。
Preferably, the thickness of the floating gate is 33
nm or less.

【0028】さらに好ましくは、前記浮遊ゲートの厚さ
は3nmから15nmまでの範囲にある。
[0028] More preferably, the thickness of said floating gate is in the range from 3 nm to 15 nm.

【0029】ある実施態様では、前記第2絶縁膜は、前
記多結晶シリコン膜の表面に形成された酸化膜である。
In one embodiment, the second insulating film is an oxide film formed on a surface of the polycrystalline silicon film.

【0030】ある実施態様では、前記第2絶縁膜は窒化
膜を含んでいる。
[0030] In one embodiment, the second insulating film includes a nitride film.

【0031】本発明の不揮発性メモリセルの製造方法
は、半導体基板上に第1絶縁膜を形成する工程と、該第
1絶縁膜上に浮遊ゲートを形成する工程と、該浮遊ゲー
ト上に第2絶縁膜を形成する工程と、該第2絶縁膜上に
制御ゲート形成する工程とを包含する不揮発性メモリセ
ルの製造方法であって、該浮遊ゲートを形成する工程
は、該第1絶縁膜上に非晶質シリコン膜を堆積する工程
と、該非晶質シリコン膜をアニールにより再結晶化し、
メモリ動作時に誘電体とみなされるように、不純物濃度
が1×10 19 /cm 3 以下のノンドープ多結晶シリコン
膜を形成する工程と、該多晶質シリコンから該浮遊ゲ
ートを形成する工程と、を包含しており、そのことによ
り上記目的が達成される。
According to the method of manufacturing a nonvolatile memory cell of the present invention, a step of forming a first insulating film on a semiconductor substrate; a step of forming a floating gate on the first insulating film; 2. A method for manufacturing a nonvolatile memory cell, comprising: forming an insulating film; and forming a control gate on the second insulating film, wherein the step of forming the floating gate comprises the step of forming the first insulating film Depositing an amorphous silicon film thereon, and recrystallizing the amorphous silicon film by annealing,
Impurity concentration to be considered as a dielectric during memory operation
Includes a step of forming a non - doped polycrystalline silicon film of 1 × 10 19 / cm 3 or less and a step of forming the floating gate from the polycrystalline silicon film , thereby achieving the above object. Is done.

【0032】ある実施態様では、前記多結晶シリコン膜
から前記浮遊ゲートを形成する工程は、該多結晶シリコ
ン膜上に耐酸化膜を堆積する工程と、該耐酸化膜を所定
形状にパターニングする工程と、該パターニングされた
耐酸化膜をマスクとして、該多結晶シリコン膜の一部を
選択的に酸化する工程とを包含している。
In one embodiment, the step of forming the floating gate from the polycrystalline silicon film includes the steps of: depositing an oxidation resistant film on the polycrystalline silicon film; and patterning the oxidation resistant film into a predetermined shape. And selectively oxidizing a part of the polycrystalline silicon film using the patterned oxidation-resistant film as a mask.

【0033】好ましくは、前記アニールは、第1の所定
温度に実行する第1アニール工程と、該第1の所定温度
よりも高い第2の所定温度にて実行する第2アニール工
程を包含している。
Preferably, the annealing includes a first annealing step performed at a first predetermined temperature and a second annealing step performed at a second predetermined temperature higher than the first predetermined temperature. I have.

【0034】[0034]

【作用】本発明による不揮発性メモリセル素子の浮遊ゲ
ートの厚さは、従来になく薄い。このような薄い浮遊ゲ
ートは、非晶質シリコン薄膜を固相成長によって多結晶
化することにより形成され得る。本発明により形成され
たシリコン薄膜は、微視的なエリアにおいても、高い膜
厚均一性をしめす。このため、本発明によれば、極めて
薄い多結晶シリコン膜(具体的には55nm以下の多結
晶シリコン膜)を、浮遊ゲートに使用することができ
る。
The thickness of the floating gate of the nonvolatile memory cell device according to the present invention is thinner than before. Such a thin floating gate can be formed by polycrystallizing an amorphous silicon thin film by solid phase growth. The silicon thin film formed according to the present invention has high film thickness uniformity even in a microscopic area. Therefore, according to the present invention, an extremely thin polycrystalline silicon film (specifically, a polycrystalline silicon film having a thickness of 55 nm or less) can be used for the floating gate.

【0035】浮遊ゲートの極薄膜化により、第2絶縁膜
加工時の素子分離絶縁膜のエッチング量が低減できる。
これにより、該浮遊ゲートと、半導体基板中のフィール
ド酸化膜とのオーバーラップ量を減少することができ、
不揮発性メモリの微細化が容易となる。また、浮遊ゲー
トの膜厚が低減されることにより、露光時のフォーカス
マージンが増加し、製造が容易となり、かつ製造上の歩
留りが向上する。
By making the floating gate extremely thin, the etching amount of the element isolation insulating film at the time of processing the second insulating film can be reduced.
Thereby, the amount of overlap between the floating gate and the field oxide film in the semiconductor substrate can be reduced,
The miniaturization of the nonvolatile memory is facilitated. Further, since the thickness of the floating gate is reduced, a focus margin at the time of exposure is increased, manufacturing is facilitated, and a manufacturing yield is improved.

【0036】更に前記多結晶シリコン膜は、膜厚方向に
関して単一の結晶粒に近く、熱酸化によって耐圧の良好
な酸化膜を形成する。従って、浮遊ゲートと制御ゲート
との間の第1絶縁膜を、浮遊ゲートを熱酸化して形成す
ることも可能である。これにより、従来の絶縁膜として
用いられているONO膜(SiO2/SiN/SiO2
による場合に困難である薄膜絶縁膜の形成が可能とな
る。ONO膜を薄くすることが困難な理由は、SiNの
膜質がSiO2の膜質より劣るためであり、厚さはせい
ぜい13nmまでしか薄膜化されない。
Further, the polycrystalline silicon film is close to a single crystal grain in the thickness direction, and forms an oxide film having a good withstand voltage by thermal oxidation. Therefore, the first insulating film between the floating gate and the control gate can be formed by thermally oxidizing the floating gate. Thereby, an ONO film (SiO 2 / SiN / SiO 2 ) used as a conventional insulating film
This makes it possible to form a thin film insulating film, which is difficult in the case described above. The reason why it is difficult to reduce the thickness of the ONO film is that the film quality of SiN is inferior to that of SiO 2 , and the thickness can be reduced to at most 13 nm.

【0037】また、上記浮遊ゲートを超薄膜で構成すれ
ば、該超薄膜がノンドープ膜であっても電圧ロスは少な
く、薄膜多結晶シリコン膜への不純物拡散工程が省略で
き、製造が容易となる。
Further, if the floating gate is made of an ultra-thin film, the voltage loss is small even if the ultra-thin film is a non-doped film, and the step of diffusing impurities into the thin polycrystalline silicon film can be omitted, which facilitates manufacture. .

【0038】また、選択酸化法によって浮遊ゲートのパ
ターン形成を行うことによって、第1絶縁膜のエッチン
グを、浮遊ゲートの段差上で行う必要が無くなり、フィ
ールド酸化膜と浮遊ゲートとのオーバーラップ量を大幅
に減少することができる。
Further, by forming the pattern of the floating gate by the selective oxidation method, it is not necessary to etch the first insulating film on the step of the floating gate, and the amount of overlap between the field oxide film and the floating gate can be reduced. Can be significantly reduced.

【0039】[0039]

【実施例】以下に、本発明を実施例について説明する。The present invention will be described below with reference to examples.

【0040】(実施例1)図1から図3を参照しなが
ら、本発明による不揮発性メモリセルを、フラッシュメ
モリを例にとって、以下に説明する。
(Embodiment 1) A nonvolatile memory cell according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3, taking a flash memory as an example.

【0041】なお、図1は本不揮発性メモリセルMCの
平面図であり、図2は図1の切断面線X2−X2から見
た断面図であり、図3は図1の切断面線X3−X3から
見た断面図である。
FIG. 1 is a plan view of the present non-volatile memory cell MC, FIG. 2 is a sectional view taken along the section line X2-X2 of FIG. 1, and FIG. 3 is a section line X3 of FIG. It is sectional drawing seen from -X3.

【0042】フラッシュメモリは多数のメモリセルを備
えているが、簡単化のために、これらの図面には一つの
メモリセルMCが示されている。図示されている制御ゲ
ート6は、複数のメモリセルの制御ゲートとして機能す
る。一方、浮遊ゲート4は、メモリセル毎に分離されて
おり、電気的に浮遊状態にある。
Although the flash memory has a large number of memory cells, one memory cell MC is shown in these drawings for simplicity. The illustrated control gate 6 functions as a control gate for a plurality of memory cells. On the other hand, the floating gate 4 is separated for each memory cell and is in an electrically floating state.

【0043】シリコン基板1の表面は、複数の活性領域
と、各活性領域を相互分離するための素子分離領域とに
分けられている。シリコン基板1の素子分離領域には、
図3に示されるように、フィールド酸化膜(LOCOS
膜)2が形成されている。本実施例では、表面の段差を
低減する目的で、リセス型のLOCOS膜2が使用され
ている。一方、シリコン基板1の活性領域1aには、図
2に示されるように、ソース領域10及びドレイン領域
11が設けられている。シリコン基板1の活性領域1a
上には、SiO2からなるトンネル酸化膜(第1絶縁
膜)3、浮遊ゲート4、ONO絶縁膜(第2絶縁膜)
5、及び制御ゲート6が、この順番で積層されている。
制御ゲート6は、下層としてN+多結晶シリコン膜7を
含み、上層としてWSix膜8を含むポリサイド構造を
有している。
The surface of the silicon substrate 1 is divided into a plurality of active regions and element isolation regions for isolating the active regions from each other. In the element isolation region of the silicon substrate 1,
As shown in FIG. 3, the field oxide film (LOCOS)
A film 2 is formed. In this embodiment, the recess type LOCOS film 2 is used for the purpose of reducing the surface step. On the other hand, a source region 10 and a drain region 11 are provided in the active region 1a of the silicon substrate 1, as shown in FIG. Active region 1a of silicon substrate 1
On top of this, a tunnel oxide film (first insulating film) 3 made of SiO 2 , a floating gate 4, an ONO insulating film (second insulating film)
5 and the control gate 6 are stacked in this order.
The control gate 6 comprises an N + polysilicon film 7 as the lower layer has a polycide structure comprising a WSi x film 8 as the upper layer.

【0044】NOR型のフラッシュメモリにおいては、
メモリセルMCのドレイン領域11に、複数のメモリセ
ルMCの共通配線であるビット線(図示せず)が接続さ
れる。また、ソース領域10は、それ自体が拡散層配線
として制御ゲート6の延びる方向に平行に延び、複数の
メモリセルMC間の共通配線(共有ソース領域)とな
る。
In a NOR type flash memory,
A bit line (not shown), which is a common wiring of the plurality of memory cells MC, is connected to the drain region 11 of the memory cell MC. The source region 10 itself extends as a diffusion layer wiring in parallel with the direction in which the control gate 6 extends, and serves as a common wiring (shared source region) between the plurality of memory cells MC.

【0045】本実施例のメモリセルのもつ重要な特徴の
一つは、浮遊ゲート4が極めて薄い多結晶シリコン膜か
ら形成されている点にある。このことから、後に詳述す
るよう種々の効果が得られる。なお、本実施例では、浮
遊ゲート4となる多結晶シリコン膜は、まず、図1の左
右方向に延びた形状(破線にて示されている)に加工さ
れ、多結晶シリコン膜14bになる。多結晶シリコン膜
14bの幅Wは、多結晶シリコン膜14bがシリコン基
板1の活性領域1aを完全に覆い、かつ、フィールド酸
化膜2の一部を覆うように設定される。その後、この多
結晶シリコン膜14bの一部は、ポリサイド膜をパター
ニングして制御ゲート6を形成する時にエッチングさ
れ、浮遊ゲート4となる。その結果、浮遊ゲート4は、
図1に示す多結晶シリコン膜14aと制御ゲート6との
重畳部分のみに形成される。こうして、浮遊ゲート4の
位置及び形状は、図2に示されるように、制御ゲート6
に自己整合する。
One of the important features of the memory cell of this embodiment is that the floating gate 4 is formed of an extremely thin polycrystalline silicon film. From this, various effects can be obtained as described in detail later. In this embodiment, the polycrystalline silicon film serving as the floating gate 4 is first processed into a shape (shown by a broken line) extending in the left-right direction in FIG. 1 to become the polycrystalline silicon film 14b. The width W of the polycrystalline silicon film 14b is set such that the polycrystalline silicon film 14b completely covers the active region 1a of the silicon substrate 1 and partially covers the field oxide film 2. After that, a part of the polycrystalline silicon film 14b is etched when the control gate 6 is formed by patterning the polycide film, and becomes the floating gate 4. As a result, the floating gate 4
It is formed only in the overlapping portion between the polycrystalline silicon film 14a and the control gate 6 shown in FIG. Thus, the position and the shape of the floating gate 4 are controlled as shown in FIG.
Self-aligned.

【0046】次に、図4〜図13を参照しながら、本メ
モリセルMCの製造方法を以下に説明する。図4(a)
〜図13(a)は、図1の切断面線X2−X2に相当す
る位置で切断した断面図であり、図4(b)〜図13
(b)は、図1の切断面線X3−X3に相当する部分の
断面図である。図10(c)、及び図11(c)は、メ
モリセルMCの周辺回路部の断面図であり、図12
(c)は、図1の切断面線Xc−Xcから見た断面図で
ある。図14は本実施例の製造工程を示す工程図であ
る。
Next, a method for manufacturing the present memory cell MC will be described below with reference to FIGS. FIG. 4 (a)
13A to 13A are cross-sectional views taken along a position corresponding to the section line X2-X2 in FIG. 1, and FIGS.
FIG. 2B is a cross-sectional view of a portion corresponding to a section line X3-X3 in FIG. FIGS. 10C and 11C are cross-sectional views of a peripheral circuit portion of the memory cell MC.
FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line Xc-Xc in FIG. 1. FIG. 14 is a process chart showing the manufacturing process of this example.

【0047】まず、図4(a)及び同図(b)に示すよ
うに、P型シリコン基板1の表面の素子分離領域に、選
択的にフィールド酸化膜(LOCOS膜)2を形成する
(工程a1)。次に、図5(a)及び同図(b)に示す
ように、シリコン基板1上にトンネル酸化膜3を形成し
た(工程a2)後、トンネル酸化膜3上に非結晶シリコ
ン膜12を堆積する(工程a3)。トンネル酸化膜3
は、例えば、シリコン基板1の露出表面を熱酸化するこ
とにより形成される。トンネル酸化膜3の膜厚t11は
8〜12nm程度が良く、本実施例では10nmであ
る。
First, as shown in FIGS. 4A and 4B, a field oxide film (LOCOS film) 2 is selectively formed in a device isolation region on the surface of a P-type silicon substrate 1 (step). a1). Next, as shown in FIGS. 5A and 5B, after forming a tunnel oxide film 3 on the silicon substrate 1 (step a2), an amorphous silicon film 12 is deposited on the tunnel oxide film 3. (Step a3). Tunnel oxide film 3
Is formed, for example, by thermally oxidizing the exposed surface of the silicon substrate 1. The thickness t11 of the tunnel oxide film 3 is preferably about 8 to 12 nm, and is 10 nm in this embodiment.

【0048】非結晶シリコン膜12の膜厚t12は10
〜40nm程度が良く、本実施例では32nmとした。
非結晶シリコン膜12は、膜厚t12と同程度の微視的
エリアに於いて、均一な厚さを有する膜である必要があ
る。このため、本実施例では、以下に述べるような方法
により、この非結晶シリコン膜12を形成した。具体的
には、シラン(SiH4)を原料ガスとする減圧CVD
法を用いて、550℃程度の温度で、ノンドープの非結
晶シリコン膜12を成長させる。あるいは、ジシラン
(Si26)を原料ガスとする減圧CVD法を用いて、
500℃程度の温度で、非結晶シリコン膜12を形成し
てもよい。このようにして堆積した非晶質シリコン膜1
2は、上記条件を満足することが確認されている。
The thickness t12 of the amorphous silicon film 12 is 10
The thickness is preferably about 40 nm, and in this example, it was 32 nm.
The amorphous silicon film 12 needs to have a uniform thickness in a microscopic area similar to the film thickness t12. Therefore, in the present embodiment, this amorphous silicon film 12 was formed by the method described below. Specifically, low pressure CVD using silane (SiH 4 ) as a source gas
The non-doped amorphous silicon film 12 is grown at a temperature of about 550 ° C. by using the method. Alternatively, using a low pressure CVD method using disilane (Si 2 H 6 ) as a source gas,
The amorphous silicon film 12 may be formed at a temperature of about 500 ° C. Amorphous silicon film 1 thus deposited
No. 2 has been confirmed to satisfy the above conditions.

【0049】次に、図6(a)及び同図(b)に示すよ
うに、非結晶シリコン膜12の上に膜厚t13が15n
m程度の酸化膜13をCVD法で形成した(工程a4)
後、非結晶シリコン膜12に対して、ヒ素イオンを注入
する(工程a5)。注入エネルギーは、ヒ素イオンがト
ンネル酸化膜3に達しないように設定し、注入量は後述
する浮遊ゲート4の完成時の平均濃度が3×1019〜3
×1020/cm3程度になる様に設定する。本実施例に
於いて、注入エネルギーを20keV、注入量を3×1
14/cm2でとした。このイオン注入は、制御ゲート
6への電圧印加時に、浮遊ゲート4に発生する空乏層を
薄くし、浮遊ゲート4での電圧降下を少なくするために
行う。注入不純物は、リン、ボロンでも良い。
Next, as shown in FIGS. 6A and 6B, a film thickness t13 of 15 n
An oxide film 13 of about m was formed by the CVD method (step a4).
Thereafter, arsenic ions are implanted into the amorphous silicon film 12 (step a5). The implantation energy is set so that arsenic ions do not reach the tunnel oxide film 3, and the implantation amount is 3 × 10 19 to 3 × 10 19 to 3 when the average concentration of the floating gate 4 to be described later is completed.
Set so as to be about × 10 20 / cm 3 . In this embodiment, the implantation energy is 20 keV and the implantation amount is 3 × 1.
It was set at 0 14 / cm 2 . This ion implantation is performed in order to reduce a depletion layer generated in the floating gate 4 when a voltage is applied to the control gate 6 and to reduce a voltage drop in the floating gate 4. The implanted impurities may be phosphorus or boron.

【0050】次に、酸化膜13をHF水溶液でエッチン
グする(工程a6)。酸化膜13は、上記イオン注入に
際して、イオンの注入深さを所望の範囲に収める機能を
有するものであり、イオン注入後は不要である。
Next, the oxide film 13 is etched with an HF aqueous solution (step a6). The oxide film 13 has a function of keeping the ion implantation depth within a desired range during the above-described ion implantation, and is unnecessary after the ion implantation.

【0051】次に、熱処理(アニール)により非結晶シ
リコン膜12を結晶化し、図7(a)及び同図(b)に
示すように、多結晶シリコン膜14aを得る。より具体
的には、まず窒素雰囲気中で600℃、24時間の第1
熱処理を行い、非晶質シリコン膜12を固相成長させる
(工程a7)。次いで、900℃で更に熱処理する第2
熱処理を行う(工程a8)。第1熱処理工程の温度は5
50℃〜650℃程度でも良い。第2熱処理工程は、窒
素雰囲気中でも良いし、微量の酸素を添加した窒素雰囲
気でも良く、温度は800℃から1000℃でも良い。
これらの熱処理により、多結晶シリコン膜14aが形成
される。なお、第2熱処理工程を酸素雰囲気中で行う場
合は、5〜20nm程度の膜厚の酸化膜が多結晶シリコ
ン膜14aの表面に形成されるので、その酸化膜は、最
終的にHF水溶液等でエッチング除去される。
Next, the amorphous silicon film 12 is crystallized by heat treatment (annealing) to obtain a polycrystalline silicon film 14a as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b). More specifically, first, at 600 ° C. for 24 hours in a nitrogen atmosphere,
Heat treatment is performed to grow the amorphous silicon film 12 in a solid phase (step a7). Next, a second heat treatment is performed at 900 ° C.
Heat treatment is performed (step a8). The temperature of the first heat treatment step is 5
It may be about 50 ° C to 650 ° C. The second heat treatment step may be performed in a nitrogen atmosphere or in a nitrogen atmosphere to which a small amount of oxygen is added, and the temperature may be 800 ° C to 1000 ° C.
By these heat treatments, a polycrystalline silicon film 14a is formed. In the case where the second heat treatment step is performed in an oxygen atmosphere, an oxide film having a thickness of about 5 to 20 nm is formed on the surface of the polycrystalline silicon film 14a. Is removed by etching.

【0052】なお、多結晶化のための熱処理の前に、酸
化膜13を除去する必要は無く、熱処理の後に、酸化膜
13を除去してもよい。また、浮遊ゲート4への不純物
ドーピングを行うために、非晶質シリコン膜12へのイ
オン注入を行うことは一例であり、非晶質シリコン膜1
2の結晶化のための熱処理後、PSG(Phospho
silicate−Glass:リンガラス)、BSG
(Borosilicate−Glass:ホウ素ガラ
ス)等を多結晶シリコン膜14a上に堆積し、熱処理を
行って、前記PSG、BSG等のリンあるいはボロンを
多結晶シリコン膜14aへ拡散しても良い。
It is not necessary to remove oxide film 13 before the heat treatment for polycrystallization, and oxide film 13 may be removed after the heat treatment. Performing ion implantation into the amorphous silicon film 12 to dope impurities into the floating gate 4 is merely an example.
After the heat treatment for crystallization of PSG 2, PSG (Phospho
(silicate-Glass: phosphor glass), BSG
(Borosilicate-Glass: boron glass) or the like may be deposited on the polycrystalline silicon film 14a, and heat treatment may be performed to diffuse the phosphorus or boron such as PSG or BSG into the polycrystalline silicon film 14a.

【0053】次に、図8(a)及び同図(b)に示すよ
うに、多結晶シリコン膜14aをパターニングして、多
結晶シリコン膜14bを得る(工程a9)。このパター
ニングは、公知のリソグラフィ技術及びエッチング技術
により行えばよい。多結晶シリコン膜14bは、最終的
には、膜厚t14(例として30nm)の浮遊ゲート4
となる。
Next, as shown in FIGS. 8A and 8B, the polycrystalline silicon film 14a is patterned to obtain a polycrystalline silicon film 14b (step a9). This patterning may be performed by a known lithography technique and etching technique. The polycrystalline silicon film 14b is finally formed with a floating gate 4 having a thickness t14 (for example, 30 nm).
Becomes

【0054】多結晶シリコン膜14bの表面を熱酸化
し、それによって、多結晶シリコン膜14bの表面に約
5nmの第1酸化膜を成長させた後、その上に、シリコ
ン窒化膜(厚さ:10nm)をLPCVD法により堆積
し、更に、第2酸化膜(HTOと通称される)をLPC
VD法により5nm堆積する(工程a10)。これによ
り、図9(a)及び同図(b)に示すように、多結晶シ
リコン膜14b上に膜厚t15(例として、20nm)
のONO絶縁膜(3層構造を有する)5が形成される。
本実施例では、ONO絶縁膜5のシリコン窒化膜及び第
2酸化膜は、CVD法によりシリコン基板1上の全面を
覆うように形成されるが、第1酸化膜は、熱酸化法によ
り多結晶シリコン膜14b上に選択的に形成される。し
かし、簡単化のため、図面においては、ONO絶縁膜5
の全体がシリコン基板1の全面を覆うように記載されて
いる。
The surface of the polycrystalline silicon film 14b is thermally oxidized, whereby a first oxide film of about 5 nm is grown on the surface of the polycrystalline silicon film 14b, and then a silicon nitride film (thickness: 10 nm) by LPCVD, and a second oxide film (commonly referred to as HTO) is formed by LPC.
5 nm is deposited by the VD method (step a10). Thus, as shown in FIGS. 9A and 9B, a film thickness t15 (for example, 20 nm) is formed on the polycrystalline silicon film 14b.
ONO insulating film (having a three-layer structure) 5 is formed.
In this embodiment, the silicon nitride film and the second oxide film of the ONO insulating film 5 are formed so as to cover the entire surface of the silicon substrate 1 by the CVD method, but the first oxide film is polycrystalline by the thermal oxidation method. It is selectively formed on the silicon film 14b. However, for simplicity, the ONO insulating film 5 is shown in the drawing.
Is described so as to cover the entire surface of the silicon substrate 1.

【0055】ONO絶縁膜5を構成する第1酸化膜は、
HTOから形成されても良い。多結晶シリコン膜14b
の酸化により第1酸化膜を形成する場合は、極めて薄い
第1酸化膜を制御性よく形成するために、ドライ酸化法
を使用することが好ましい。ONO絶縁膜5を構成する
シリコン窒化膜は、SiCl22とNH3を原料ガスと
して、600℃〜800℃程度の温度で形成され得る。
ONO絶縁膜5を構成する第2酸化膜は、SiH4とN2
Oを原料ガスとして、700℃〜900℃で生成され得
る。原料ガスはSiCl22とN2Oでも良い。
The first oxide film forming the ONO insulating film 5 is
It may be formed from HTO. Polycrystalline silicon film 14b
In the case where the first oxide film is formed by oxidation of the oxide, it is preferable to use a dry oxidation method in order to form an extremely thin first oxide film with good controllability. The silicon nitride film constituting the ONO insulating film 5 can be formed at a temperature of about 600 ° C. to 800 ° C. using SiCl 2 H 2 and NH 3 as source gases.
The second oxide film constituting the ONO insulating film 5 is made of SiH 4 and N 2
It can be generated at 700 ° C to 900 ° C using O as a source gas. The source gas may be SiCl 2 H 2 and N 2 O.

【0056】なお、ONO絶縁膜5のかわりに、1層の
熱酸化膜からなる絶縁膜を用いても良い。ONO絶縁膜
5のかわりに、1層の熱酸化膜からなる絶縁膜を用いる
場合については、実施例4において詳述する。
Incidentally, instead of the ONO insulating film 5, an insulating film composed of a single thermal oxide film may be used. A case in which an insulating film composed of a single thermal oxide film is used instead of the ONO insulating film 5 will be described in detail in a fourth embodiment.

【0057】本実施例では、メモリセルアレイの周辺回
路部に形成されるべきトランジスタも、不揮発性メモリ
セルの製造工程に伴って形成される。ONO絶縁膜5を
形成した直後の段階で、周辺回路部のトランジスタのゲ
ート酸化膜32b(図11(c))を形成するために、
図10(a)、同図(b)に示すように、メモリセルM
Cを覆うレジストパターン15を形成する(工程a1
1)。このレジストパターン15は、図10(c)に示
されるように、周辺回路部の活性領域1a上に開口部1
5aを有する。次に、ONO絶縁膜5のうち開口部15
aによって露出する部分を選択的にエッチング除去し、
周辺回路部の活性領域1aを露出させる(工程a1
2)。レジストパターン15を除去した後、周辺回路部
の活性領域1aの表面を熱酸化し、ゲート酸化膜32b
(図11(c))を形成する(工程a13)。この熱酸
化により、ONO絶縁膜5の膜厚は若干厚くなる。最終
的なONO絶縁膜5の酸化膜換算膜厚は、16nmであ
る。
In this embodiment, the transistors to be formed in the peripheral circuit section of the memory cell array are also formed during the manufacturing process of the nonvolatile memory cell. Immediately after the ONO insulating film 5 is formed, in order to form the gate oxide film 32b (FIG. 11C) of the transistor in the peripheral circuit portion,
As shown in FIGS. 10A and 10B, the memory cell M
A resist pattern 15 covering C is formed (step a1).
1). As shown in FIG. 10C, the resist pattern 15 has an opening 1 on the active region 1a of the peripheral circuit portion.
5a. Next, the opening 15 of the ONO insulating film 5 is formed.
a portion selectively exposed by a is removed by etching,
Exposing the active region 1a of the peripheral circuit section (step a1)
2). After removing the resist pattern 15, the surface of the active region 1a in the peripheral circuit portion is thermally oxidized to form a gate oxide film 32b.
(FIG. 11C) is formed (step a13). Due to this thermal oxidation, the thickness of the ONO insulating film 5 is slightly increased. The final equivalent oxide film thickness of the ONO insulating film 5 is 16 nm.

【0058】次いで、図11(a)、同図(b)及び
(c)に示すように、N+多結晶シリコン膜7とWSix
膜8とを順次形成し、ポリサイド構造を得る(工程a1
4)。この後、図12(a)及び同図(b)に示すよう
に、WSix膜8及びN+多結晶シリコン膜7を順次パタ
ーニングして制御ゲート6を得る(工程a15)。引き
続いて、ONO絶縁膜5のエッチングが行われる。前述
のように、多結晶シリコン膜14bの側面に位置するO
NO絶縁膜5を完全に除去するためには、多結晶シリコ
ン膜14bの厚さ(浮遊ゲート4の厚さ)とONO絶縁
膜5の厚さとの総和の厚さを有するONO絶縁膜をエッ
チングするに足る時間をかけて、エッチングを行う。こ
のONO絶縁膜5のエッチングのためのエッチングガス
は、フィールド酸化膜2に使用される材料(SiO2
をもエッチングする。このため、多結晶シリコン膜14
bに覆われていない領域におけるフィールド酸化膜2の
上部が、ONO絶縁膜5のエッチング工程中にエッチン
グされてしまう。特に、周辺回路部では、図10(c)
に示されるように、多結晶シリコン膜14bは存在しな
いため、ポリサイドのエツチング及び平坦部におけるO
NO絶縁膜5のエッチングが完了した後、フィールド酸
化膜2が露出し、その後、フィールド酸化膜2のエッチ
ングが進行することになる。ただし、本発明によれば、
多結晶シリコン膜14aが極めて薄いため、フィールド
酸化膜のエッチングは著しく低減される。ONO絶縁膜
5のエッチングに引き続いて、多結晶シリコン膜14b
のエッチングが行われる。この多結晶シリコン膜14b
のエッチングにより、浮遊ゲート4の形成が完了する。
浮遊ゲート4の形成が完了したとき、活性領域1aのう
ちソース領域10及びドレイン領域11が形成されるべ
き部分が実質的に露出する。 図12(c)は、図1の
切断面線Xc−Xcに相当する切断位置の断面図であ
る。図12(c)に示されるように、主にONO絶縁膜
5のエッチング処理によって、フィールド酸化膜2に深
さd1の凹所17が生じる。凹所17の深さd1は、浮
遊ゲート4の膜厚t14とONO絶縁膜5のオーバエッ
チング分との総和に相当するが、本実施例によれば、浮
遊ゲート4の膜厚t14が30nm程度しかないため、
凹所17の深さd1は、せいぜい50nm程度に抑えら
れる。このため、フィールド酸化膜2と浮遊ゲート4と
の間の図12(c)に示すオーバーラップ量L1は、高
々40nm程度あれば良い。従って、浮遊ゲート4の前
記フィールド酸化膜2に対するアライメントマージンを
150nmとすると、浮遊ゲート4のパターン設計時の
オーバーラップマージンは、高々200nmで良いこと
になる。このため、サイズの縮小された不揮発性メモリ
セルの提供が可能となる。
[0058] Next, FIG. 11 (a), the as shown in FIG. 3 (b) and (c), N + polycrystalline silicon film 7 and WSi x
And a film 8 are sequentially formed to obtain a polycide structure (step a1).
4). Thereafter, as shown in FIG. 12 (a) and FIG. (B), to obtain a WSi x film 8 and N + control gate 6 polycrystalline silicon film 7 are successively patterned (step a15). Subsequently, the ONO insulating film 5 is etched. As described above, the O on the side surface of the polycrystalline silicon film 14b is
In order to completely remove the NO insulating film 5, the ONO insulating film having the total thickness of the thickness of the polycrystalline silicon film 14b (the thickness of the floating gate 4) and the thickness of the ONO insulating film 5 is etched. Etching is performed for a sufficient time. The etching gas for etching the ONO insulating film 5 is a material (SiO 2 ) used for the field oxide film 2.
Is also etched. Therefore, the polycrystalline silicon film 14
The upper part of the field oxide film 2 in the region not covered by b is etched during the etching process of the ONO insulating film 5. In particular, in the peripheral circuit section, FIG.
As shown in FIG. 5, since the polycrystalline silicon film 14b does not exist, the etching of the polycide and the O
After the etching of the NO insulating film 5 is completed, the field oxide film 2 is exposed, and thereafter, the etching of the field oxide film 2 proceeds. However, according to the present invention,
Since the polycrystalline silicon film 14a is extremely thin, the etching of the field oxide film is significantly reduced. Subsequent to the etching of the ONO insulating film 5, the polycrystalline silicon film 14b
Is etched. This polycrystalline silicon film 14b
, The formation of the floating gate 4 is completed.
When the formation of the floating gate 4 is completed, a portion of the active region 1a where the source region 10 and the drain region 11 are to be formed is substantially exposed. FIG. 12C is a cross-sectional view of a cutting position corresponding to the cutting plane line Xc-Xc in FIG. As shown in FIG. 12C, a recess 17 having a depth d1 is formed in the field oxide film 2 mainly by the etching process of the ONO insulating film 5. The depth d1 of the recess 17 corresponds to the sum of the thickness t14 of the floating gate 4 and the amount of over-etching of the ONO insulating film 5. According to the present embodiment, the thickness t14 of the floating gate 4 is about 30 nm. Because there is only
The depth d1 of the recess 17 is suppressed to about 50 nm at most. For this reason, the overlap amount L1 between the field oxide film 2 and the floating gate 4 shown in FIG. Therefore, assuming that the alignment margin of the floating gate 4 with respect to the field oxide film 2 is 150 nm, the overlap margin in designing the pattern of the floating gate 4 is at most 200 nm. Therefore, it is possible to provide a nonvolatile memory cell having a reduced size.

【0059】次に、公知の方法を用いて、図13(a)
及び同図(b)に示すように、ソース領域10及びドレ
イン領域11を形成する(工程a16)。
Next, using a known method, FIG.
Then, as shown in FIG. 2B, a source region 10 and a drain region 11 are formed (step a16).

【0060】以上の製造工程を経て形成されたメモリセ
ルMCを有するフラッシュメモリは、コントールゲート
6/ONO絶縁膜(膜厚t15が約21nm)5/浮遊
ゲート(膜厚t14が約30nm)4/トンネル酸化膜
(膜厚t11が10nm)3の積層構造を有している。
The flash memory having the memory cells MC formed through the above manufacturing steps has a control gate 6 / ONO insulating film (thickness t15 is about 21 nm) 5 / floating gate (thickness t14 is about 30 nm) 4 / It has a stacked structure of a tunnel oxide film (thickness t11 is 10 nm) 3.

【0061】本実施例によれば、ナノメートルオーダの
凹凸しか有しない、膜厚均一性の優れた極薄非晶質シリ
コン膜12を堆積した後、その非晶質シリコン膜12を
多結晶化する。これにより、極薄の多結晶シリコン膜1
4を安定して形成することが可能となる。これにより、
浮遊ゲート4の膜厚t14を40nm以下にすることが
可能となる。従って、ONO絶縁膜5のエッチング工程
中に発生するフィールド酸化膜2のエッチングの程度
は、50nm以下になり、浮遊ゲート4とフィールド酸
化膜2とのオーバーラップマージンは、従来の300n
mから約200nm以下に減少した。
According to this embodiment, after depositing an ultrathin amorphous silicon film 12 having only irregularities on the order of nanometers and excellent in film thickness uniformity, the amorphous silicon film 12 is polycrystallized. I do. Thereby, the ultra-thin polycrystalline silicon film 1
4 can be formed stably. This allows
The thickness t14 of the floating gate 4 can be reduced to 40 nm or less. Therefore, the degree of etching of the field oxide film 2 generated during the etching process of the ONO insulating film 5 is 50 nm or less, and the overlap margin between the floating gate 4 and the field oxide film 2 is 300 n
m to about 200 nm or less.

【0062】本フラッシュメモリにおいて、浮遊ゲート
4は、メモリセルアレイ内に存在するため、フラッシュ
メモリのメモリセルアレイ外の周辺回路部に比べ、メモ
リセルアレイ内は少なくとも浮遊ゲート4と制御ゲート
6との膜厚の総和分だけシリコン基板1の表面から高く
なる。メモリセルアレイ部と周辺回路部とを接続するメ
タル配線は、メモリセルアレイと周辺回路部との境界に
生じる上記高低段差を乗り越えて形成される。本実施例
に於いては、浮遊ゲート4によるメモリセルアレイ部と
周辺回路部との段差が、従来技術における対応する段差
部の高低差より100nm程度低減できるため、フォト
リソグラフィ工程の露光に際して、フォーカス深度が改
善された。これにより、本フラッシュメモリにおけるメ
モリセルアレイ部と周辺回路部とに亘るメタル配線を形
成する際に、メモリセルアレイ部と周辺回路部とに於
て、ほぼ同一の合焦状態で露光を行うことができので、
断線や短絡の無いメタル配線を容易に形成することがで
きる。これにより、本実施例のフラッシュメモリの信頼
性が格段に向上される。
In the present flash memory, since the floating gate 4 exists in the memory cell array, the thickness of at least the floating gate 4 and the control gate 6 in the memory cell array is smaller than that in the peripheral circuit portion outside the memory cell array of the flash memory. Above the surface of the silicon substrate 1. The metal wiring connecting the memory cell array section and the peripheral circuit section is formed over the above-mentioned height difference generated at the boundary between the memory cell array and the peripheral circuit section. In this embodiment, since the step between the memory cell array section and the peripheral circuit section due to the floating gate 4 can be reduced by about 100 nm from the level difference of the corresponding step section in the prior art, the focus depth during the exposure in the photolithography process is reduced. Was improved. Thereby, when forming the metal wiring extending between the memory cell array portion and the peripheral circuit portion in the present flash memory, the exposure can be performed in substantially the same focus state in the memory cell array portion and the peripheral circuit portion. So
Metal wiring without disconnection or short circuit can be easily formed. As a result, the reliability of the flash memory of this embodiment is significantly improved.

【0063】以上のことにより、本実施例のメモリセル
の信頼性は向上され、しかも、前記オーバーラップマー
ジンを減少させることにより、高集積化に適した不揮発
性メモリセルを提供することができる。しかも、このよ
うなメモリセルを製造するに際して、メモリセル部と周
辺回路部との前記段差の高低差を従来技術よりも格段に
削減することが出来たので、メタル配線のためのフォト
プロセスによる製造工程を格段に簡略化することができ
る。
As described above, the reliability of the memory cell according to the present embodiment is improved, and the nonvolatile memory cell suitable for high integration can be provided by reducing the overlap margin. Moreover, when manufacturing such a memory cell, the height difference of the step between the memory cell portion and the peripheral circuit portion was significantly reduced as compared with the prior art, so that the manufacturing process by the photo process for metal wiring was performed. The process can be greatly simplified.

【0064】(実施例2)本発明による他の不揮発性メ
モリセルを以下に説明する。
Embodiment 2 Another nonvolatile memory cell according to the present invention will be described below.

【0065】本実施例のメモリセルの構造は、図1から
図3に示すメモリセルの構造との基本的には同一であ
る。両者の相違点は、本実施例のメモリセルが、「ノン
ドープ多結晶シリコン膜」から形成された薄い浮遊ゲー
ト(厚さ:約10nm)4を備えている点にある。本明
細書において、「ノンドープ多結晶シリコン膜」という
言葉は、不純物ドーピングが積極的に行われなかった多
結晶シリコン膜を指し示すこととする。このように、
「ノンドープ多結晶シリコン膜」を浮遊ゲート4をとし
て採用することにより、前述の実施例の不揮発性メモリ
セルとは、全く異質の効果が発揮される。
The structure of the memory cell of this embodiment is basically the same as the structure of the memory cell shown in FIGS. The difference between the two is that the memory cell of this embodiment has a thin floating gate (thickness: about 10 nm) 4 formed from a “non-doped polycrystalline silicon film”. In the present specification, the term “non-doped polycrystalline silicon film” indicates a polycrystalline silicon film in which impurity doping has not been actively performed. in this way,
By adopting the “non-doped polycrystalline silicon film” as the floating gate 4, an effect completely different from that of the nonvolatile memory cell of the above-described embodiment is exerted.

【0066】多結晶シリコン膜が1×1019/cm3
下の不純物を含んでいるとしても、多結晶シリコン膜中
の不純物はキャリア供給源(ドナーまたはアクセプタ)
として十分に機能しない。その理由は、多結晶シリコン
膜は多数の粒界を有しているため、不純物キャリアの大
部分がその粒界の界面準位にトラップされるためであ
る。従って、浮遊ゲートとして、ノンドープ多結晶シリ
コン膜の代わりに、1×1019/cm3以下の不純物を
含んでいる多結晶シリコン膜を用いても同様の効果を得
ることができる。この効果について、以下に説明する。
Even if the polycrystalline silicon film contains impurities of 1 × 10 19 / cm 3 or less, the impurities in the polycrystalline silicon film are not supplied to the carrier supply source (donor or acceptor).
Does not work as well. The reason is that, since the polycrystalline silicon film has a large number of grain boundaries, most of the impurity carriers are trapped in the interface states of the grain boundaries. Therefore, the same effect can be obtained by using a polycrystalline silicon film containing an impurity of 1 × 10 19 / cm 3 or less instead of the non-doped polycrystalline silicon film as the floating gate. This effect will be described below.

【0067】浮遊ゲート4には不純物が実質的にドープ
されていないため、メモリセルの動作時には、浮遊ゲー
ト4全体に空乏層が広がり、浮遊ゲート4を全体として
誘電体とみなすことができる。Siの比誘電率(約1
2)は、酸化膜(SiO2)の比誘電率の3倍であるた
め、浮遊ゲート(厚さ:約10nm)4を誘電体とみな
した場合、浮遊ゲート4の酸化膜換算膜厚は3.3nm
程度となる。
Since the floating gate 4 is not substantially doped with impurities, a depletion layer spreads over the entire floating gate 4 during operation of the memory cell, and the floating gate 4 can be regarded as a dielectric as a whole. The relative dielectric constant of Si (about 1
2) is three times the relative dielectric constant of the oxide film (SiO 2 ). Therefore, when the floating gate (thickness: about 10 nm) 4 is regarded as a dielectric, the equivalent oxide film thickness of the floating gate 4 is 3 0.3 nm
About.

【0068】また、浮遊ゲート4の抵抗が高いため、浮
遊ゲート4の横方向に電位勾配が生じ得る。より詳細に
は、浮遊ゲート4のうち、ソース領域の上方に位置する
部分の(ドレインに対する)電位Vfsと、ドレイン領
域の上方に位置する部分の(ドレインに対する)電位V
fdとの間に差異が生じ得る。
Further, since the resistance of the floating gate 4 is high, a potential gradient may occur in the lateral direction of the floating gate 4. More specifically, the potential Vfs of the portion of the floating gate 4 located above the source region (for the drain) and the potential Vfs of the portion located above the drain region (for the drain)
fd.

【0069】プログラム時の速度は、ドレインに対する
浮遊ゲートの電位が大きいほど、早くなる。従来の不揮
発性メモリセルの場合、浮遊ゲート4の電位Vfcは、
ソース領域の電位の影響を強く受け、しかも、浮遊ゲー
ト4の全体を通じて横方向に同じ大きさの電位を有して
いた。本実施例では、浮遊ゲート4が抵抗性を持つため
に、以下のような関係が得られる。
The programming speed increases as the potential of the floating gate with respect to the drain increases. In the case of a conventional nonvolatile memory cell, the potential Vfc of the floating gate 4 is
The floating gate 4 was strongly affected by the potential of the source region, and had the same potential in the horizontal direction throughout the floating gate 4. In this embodiment, the following relationship is obtained because the floating gate 4 has resistance.

【0070】電位Vfd > 電位Vfc > 電位V
fs この結果、本実施例のメモリセルについてのプログラム
速度は、従来のものより2倍程度早くなる。
Potential Vfd> potential Vfc> potential V
fs As a result, the programming speed of the memory cell of this embodiment is about twice as fast as that of the conventional memory cell.

【0071】次に、制御ゲート6とシリコン基板1との
間に形成される容量を検討する。制御ゲート6とシリコ
ン基板1との間に形成される容量の大きさは、(他の要
因を固定した場合)制御ゲート6とシリコン基板1との
間に位置する誘電体の酸化膜換算厚さに依存する。この
誘電体の酸化膜換算厚さが薄いほど、容量の大きさは大
きくなる。本実施例のONO絶縁膜5の膜厚t15は1
6nmであるので、制御ゲート6とトンネル酸化膜3と
の間に位置する誘電体の総厚さは、酸化膜換算膜厚で、
約19nmとなる。この酸化膜換算厚さは、従来使用さ
れているONO絶縁膜の酸化膜換算膜厚と大差ない。こ
のため、本実施例のメモリセルと従来のメモリセルとを
比較した場合、シリコン基板1と制御ゲート6との間に
形成される容量の大きさに大差はない。
Next, the capacitance formed between the control gate 6 and the silicon substrate 1 will be examined. The size of the capacitance formed between the control gate 6 and the silicon substrate 1 is (when other factors are fixed) the oxide-equivalent thickness of the dielectric located between the control gate 6 and the silicon substrate 1. Depends on. The smaller the equivalent oxide thickness of the dielectric, the larger the capacitance. The thickness t15 of the ONO insulating film 5 of this embodiment is 1
Since the thickness is 6 nm, the total thickness of the dielectric located between the control gate 6 and the tunnel oxide film 3 is equivalent to an oxide film thickness,
It becomes about 19 nm. This equivalent oxide film thickness is not much different from the equivalent oxide film thickness of a conventionally used ONO insulating film. Therefore, when comparing the memory cell of this embodiment with the conventional memory cell, there is no great difference in the magnitude of the capacitance formed between the silicon substrate 1 and the control gate 6.

【0072】しかしながら、浮遊ゲート4の厚さを大き
くすると、浮遊ゲート4の酸化膜換算厚さが増加するた
め、前記容量の大きさが増加するという問題が生じ得
る。このため、ノンドープ多結晶シリコン膜から浮遊ゲ
ート4を形成する本実施例のメモリセルにおいては、容
量の観点から、浮遊ゲート4は薄いほど好ましいといえ
る。ただし、浮遊ゲート4が約3nmよりも薄くなる
と、電荷を十分に蓄積することができないので、浮遊ゲ
ート4の厚さは、最小でも、3nm以上であることが必
要である。
However, when the thickness of the floating gate 4 is increased, the equivalent oxide thickness of the floating gate 4 increases, which may cause a problem that the capacitance increases. Therefore, in the memory cell of the present embodiment in which the floating gate 4 is formed from a non-doped polycrystalline silicon film, it can be said that the thinner the floating gate 4 is, the better from the viewpoint of capacitance. However, if the thickness of the floating gate 4 is thinner than about 3 nm, electric charges cannot be sufficiently accumulated. Therefore, the thickness of the floating gate 4 needs to be at least 3 nm or more.

【0073】他方、制御ゲート6とシリコン基板1との
間に形成される容量の大きさを大きくするためには、浮
遊ゲート4と制御ゲート6との間の絶縁膜の酸化膜換算
厚さを低減すればよい。浮遊ゲート4と制御ゲート6と
の間の絶縁膜は、電荷の移動を阻止するに足る最小限界
厚さ以上の厚さを有している必要がある。その最小限界
厚さは、絶縁膜の材料及び構造に依存する。SiO2
の最小限界膜厚は、例えば約6から8nmである。一
方、ONO絶縁膜の最小限界膜厚は、例えば約12から
18nm(酸化膜換算膜厚、比較的緩い限界)である。
従って、容量増加のためには、ONO絶縁膜よりも単一
層のSiO2膜を採用することが好ましいことがわか
る。もし、ONO絶縁膜5に代えて、単一層のSiO2
膜を採用すれば、酸化膜厚に換算して、例えば、12n
m(=18nm−6nm)の厚さだけ、誘電体膜の総厚
を減少させることができ、その分だけ、容量を増加させ
ることができる。
On the other hand, in order to increase the capacitance formed between the control gate 6 and the silicon substrate 1, the equivalent oxide thickness of the insulating film between the floating gate 4 and the control gate 6 must be reduced. What is necessary is just to reduce. The insulating film between the floating gate 4 and the control gate 6 needs to have a thickness equal to or greater than the minimum limit thickness sufficient to prevent charge transfer. The minimum critical thickness depends on the material and structure of the insulating film. The minimum critical thickness of the SiO 2 film is, for example, about 6 to 8 nm. On the other hand, the minimum critical film thickness of the ONO insulating film is, for example, about 12 to 18 nm (a film thickness equivalent to an oxide film, a relatively loose limit).
Therefore, it can be seen that it is preferable to use a single-layer SiO 2 film rather than an ONO insulating film in order to increase the capacity. If the ONO insulating film 5 is replaced with a single-layer SiO 2
If a film is adopted, it is converted to an oxide film thickness, for example, 12 n
The total thickness of the dielectric film can be reduced by a thickness of m (= 18 nm−6 nm), and the capacitance can be increased accordingly.

【0074】本実施例のメモリセルにおいては、仮に、
ONO絶縁膜5に代えて、単一層のSiO2膜を採用す
ることにより、酸化膜厚に換算して、例えば、12nm
(=18nm−6nm)の厚さだけ、誘電体膜の総厚を
減少させても、浮遊ゲート4のもつ酸化膜換算厚さの分
だけ、誘電体膜の総厚が増加してしまう。このため、こ
の12nmに相当する酸化膜換算厚さを持つ浮遊ゲート
4を用いることは、容量に観点から、好ましくない。従
って、ノンドープ多結晶シリコン膜から浮遊ゲート4を
形成する場合は、浮遊ゲート4の厚さを33nm以下に
することが好ましい。そのようにすれば、たとえ、ON
O絶縁膜5に代えて、単一層のSiO2膜を採用して
も、必要な容量が維持されるからである。
In the memory cell of this embodiment, if
By adopting a single-layer SiO 2 film instead of the ONO insulating film 5, for example, 12 nm
Even if the total thickness of the dielectric film is reduced by the thickness of (= 18 nm−6 nm), the total thickness of the dielectric film is increased by the equivalent oxide thickness of the floating gate 4. Therefore, it is not preferable to use the floating gate 4 having an equivalent oxide thickness of 12 nm from the viewpoint of capacitance. Therefore, when the floating gate 4 is formed from a non-doped polycrystalline silicon film, the thickness of the floating gate 4 is preferably set to 33 nm or less. If you do so, even if it is ON
This is because the required capacitance is maintained even if a single-layer SiO 2 film is used instead of the O insulating film 5.

【0075】より好ましい浮遊ゲート4の厚さは、15
nm以下である。浮遊ゲート4の厚さが15nm以下な
らば、ONO絶縁膜5を用いても、あるいは単一層のS
iO2膜を用いても、従来例より大きな容量が得られる
ことが確認されている。
More preferably, the thickness of the floating gate 4 is 15
nm or less. If the thickness of the floating gate 4 is 15 nm or less, the ONO insulating film 5 can be used, or a single-layer S
It has been confirmed that even if an iO 2 film is used, a larger capacity than the conventional example can be obtained.

【0076】以下、図15を参照しながら、本実施例の
メモリセルの製造方法を説明する。図15は、本実施例
のフラッシュメモリのメモリセルの製造工程を説明する
工程図である。製造工程を示すメモリセルの断面図等
は、前記第1実施例で参照した図4〜図13を必要に応
じて参照する。
Hereinafter, a method for manufacturing the memory cell of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a process chart for explaining the manufacturing process of the memory cell of the flash memory according to the present embodiment. The cross-sectional views of the memory cells showing the manufacturing process refer to FIGS. 4 to 13 referred to in the first embodiment as necessary.

【0077】図15に示される工程b1〜b3は、前記
第1実施例の工程a1〜a3と実質的に同一である。た
だ、本実施例に於いては、非晶質シリコン膜12の膜厚
t12を12.5nmとした。
Steps b1 to b3 shown in FIG. 15 are substantially the same as steps a1 to a3 of the first embodiment. However, in this embodiment, the thickness t12 of the amorphous silicon film 12 was set to 12.5 nm.

【0078】また、非晶質シリコン膜12に対しては、
ヒ素イオン注入、または、PSGもしくはBSGを用い
る熱拡散等の不純物拡散は、全く行わなかった。即ち、
図6で示される工程a4〜a6は、省略される。
For the amorphous silicon film 12,
Arsenic ion implantation or impurity diffusion such as thermal diffusion using PSG or BSG was not performed at all. That is,
Steps a4 to a6 shown in FIG. 6 are omitted.

【0079】非晶質シリコン膜12の堆積後、非晶質シ
リコン膜12に第1及び第2熱処理を加え(工程b6、
b7)、それによって、非晶質シリコン膜12を結晶化
し、多結晶シリコン膜14を得る。浮遊ゲート4のパタ
ーンを形成した(工程b8)後に行う工程b9〜b15
は、第1の実施例について説明した工程a10〜a16
と同一の工程である。
After the deposition of the amorphous silicon film 12, first and second heat treatments are applied to the amorphous silicon film 12 (step b6,
b7) Thereby, the amorphous silicon film 12 is crystallized, and the polycrystalline silicon film 14 is obtained. Steps b9 to b15 performed after forming the pattern of the floating gate 4 (step b8)
Are steps a10 to a16 described in the first embodiment.
This is the same step.

【0080】上述の工程を経て、本実施例のメモリセル
の最終浮遊ゲート4の膜厚t14は、約10nmとなっ
た。浮遊ゲート4の膜厚t14は10nm程度に薄膜化
されたため、制御ゲート6と浮遊ゲート4との間の絶縁
膜をエッチングする際に形成されるフィールド酸化膜2
の凹所17の深さd1は、13nm以下になることが確
認された。このため、浮遊ゲート4と前記フィールド酸
化膜とのオーバーラップマージンは、180nmとすれ
ば足り、第1の実施例に比べても大幅に低減できた。ま
た、浮遊ゲート4により生じるセルアレイ部と周辺部の
段差は、30nmであることも確認された。
Through the above-described steps, the thickness t14 of the final floating gate 4 of the memory cell of this embodiment is about 10 nm. Since the thickness t14 of the floating gate 4 is reduced to about 10 nm, the field oxide film 2 formed when the insulating film between the control gate 6 and the floating gate 4 is etched.
It was confirmed that the depth d1 of the recess 17 was 13 nm or less. Therefore, it is sufficient that the overlap margin between the floating gate 4 and the field oxide film is set to 180 nm, and the overlap margin was significantly reduced as compared with the first embodiment. Further, it was also confirmed that the step between the cell array portion and the peripheral portion caused by the floating gate 4 was 30 nm.

【0081】このように、本実施例のメモリセルによれ
ば、前記第1実施例のメモリセルの効果と同様な効果を
達成できるばかりでなく、浮遊ゲート4とフィールド酸
化膜との前記オーバーラップマージンの程度を更に削減
することが出来た。また、前記セルアレイ部と周辺回路
部との境界における前述した段差の高低差を更に削減す
ることが出来た。
As described above, according to the memory cell of the present embodiment, not only the effect similar to that of the memory cell of the first embodiment can be achieved, but also the overlap between the floating gate 4 and the field oxide film. The degree of margin could be further reduced. Further, the above-mentioned height difference of the step at the boundary between the cell array section and the peripheral circuit section could be further reduced.

【0082】また、浮遊ゲート4が高抵抗であるため、
前述したように、プログラム速度が大幅に速められ、そ
の結果、消費電力も改善された。
Since the floating gate 4 has a high resistance,
As mentioned above, the programming speed has been greatly increased, resulting in improved power consumption.

【0083】(実施例3)本発明による更に他の不揮発
性メモリセルを説明する。
(Embodiment 3) Still another nonvolatile memory cell according to the present invention will be described.

【0084】図16及び図17は、本実施例のメモリセ
ルの製造工程の一部を説明する断面図である。本実施例
の製造工程の他の処理工程については、前記第1実施例
の図4〜図13を適宜参照する。また、図18は、本実
施例の製造工程を示す工程図である。図16(a)及び
図17(a)は、図1の切断面線X2−X2に相当する
切断位置で切断した断面図であり、図16(b)及び図
16(b)は、図1の切断面線X3−X3に相当する部
分の断面図であり、図16(c)及び図17(c)は、
メモリセルMCの周辺回路部の断面図である。
FIGS. 16 and 17 are cross-sectional views for explaining a part of the manufacturing process of the memory cell of this embodiment. For other processing steps of the manufacturing process of the present embodiment, FIGS. 4 to 13 of the first embodiment are appropriately referred to. FIG. 18 is a process chart showing the manufacturing process of this embodiment. FIGS. 16A and 17A are cross-sectional views taken along a cutting position corresponding to the cutting plane line X2-X2 in FIG. 1. FIGS. 16B and 16B are FIGS. 16 (c) and FIG. 17 (c) are cross-sectional views of a portion corresponding to a section line X3-X3 of FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a peripheral circuit section of a memory cell MC.

【0085】本実施例の製造方法によって得られるフラ
ッシュメモリセルの構造は、前記第1実施例のメモリセ
ルMCとほぼ同一である。両者の主要な相違点は、本実
施例の浮遊ゲート4と制御ゲート6との間の絶縁膜(第
2絶縁膜)が、ONO絶縁膜からではなく、単一層の酸
化膜から形成されている点にある。
The structure of the flash memory cell obtained by the manufacturing method of this embodiment is almost the same as that of the memory cell MC of the first embodiment. The main difference between the two is that the insulating film (second insulating film) between the floating gate 4 and the control gate 6 in this embodiment is formed not of an ONO insulating film but of a single oxide film. On the point.

【0086】以下、図16〜図18を参照して、本実施
例の製造方法について説明する。本実施例において、図
18の工程c1〜c6までは、前記第1実施例の工程a
1〜a6までとほぼ同一である。本実施例に於いて、非
晶質シリコン膜12の膜厚t12を22nmとした。工
程c5に於いて、ヒ素イオン注入を行った後、工程c6
に於いて、酸化膜13(図6(a)、(b))をエッチ
ングする。工程c7及びc8に於いて、非晶質シリコン
膜12(図6(a)、(b))を加熱して、多結晶シリ
コン膜を形成する。
Hereinafter, the manufacturing method of this embodiment will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, steps c1 to c6 in FIG.
It is almost the same as 1 to a6. In this embodiment, the thickness t12 of the amorphous silicon film 12 is set to 22 nm. After performing arsenic ion implantation in Step c5, Step c6 is performed.
At this time, the oxide film 13 (FIGS. 6A and 6B) is etched. In steps c7 and c8, the amorphous silicon film 12 (FIGS. 6A and 6B) is heated to form a polycrystalline silicon film.

【0087】次に、基板1の全面に形成された多結晶シ
リコン膜をパターニングすることにより、多結晶シリコ
ン膜14bを形成した(工程c9)後、図16(a)、
(b)及び(c)に示されるように、900度の塩酸ド
ライ酸化(HCl/O2)で13nmの酸化膜32aを成長さ
せる(工程c10)。酸化膜32aは、多結晶シリコン
膜14bの表面のみならず、周辺回路部の活性領域1a
にも形成される。この後、図16(c)に示すように、
周辺回路部をレジストパターン18で覆い(工程c1
1)、図16(b)に示す多結晶シリコン膜14b上に
成長した酸化膜32aを選択的にHF水溶液でエッチン
グ除去する(工程c12)。レジストパターン18を除
去した(工程c13)後、クリーニングを行い、再度前
記酸化条件と同様の条件で7nmの酸化膜を成長させる
(工程c14)。図17(a)、図17(b)及び図1
7(c)に示すように、多結晶シリコン膜14b及び周
辺回路部の活性領域1a上に、それぞれ、酸化膜5a及
び酸化膜32bが形成される。酸化膜32bは、この酸
化工程により、酸化膜32aが更に厚くなったものであ
る。酸化膜5a、32bの容量を測定することによって
各酸化膜の厚さを推定すると、酸化膜5aの膜厚t13
は10nmであり、酸化膜32bの膜厚t14は18n
mであった。これらの値は、TEM(透過型電子顕微
鏡)等の物理的手段で測定した値とは必ずしも一致しな
い。このようにして、浮遊ゲート4と制御ゲート6との
間の絶縁膜と、周辺回路部のトランジスタのゲート絶縁
膜とを形成した後、N+多結晶シリコン膜7及びWSix
膜8を堆積した(工程c15)。なお、工程c16に於
ける、制御ゲート6の形成工程以降の処理工程c17に
於ける処理工程は、実施例1の工程a16と同一であ
る。
Next, after the polycrystalline silicon film 14b is formed by patterning the polycrystalline silicon film formed on the entire surface of the substrate 1 (step c9), FIG.
As shown in (b) and (c), a 13 nm oxide film 32a is grown by 900 ° C. dry oxidation of hydrochloric acid (HCl / O 2 ) (step c10). The oxide film 32a is formed not only on the surface of the polycrystalline silicon film 14b but also on the active region 1a of the peripheral circuit portion.
Is also formed. Thereafter, as shown in FIG.
The peripheral circuit portion is covered with a resist pattern 18 (step c1).
1) The oxide film 32a grown on the polycrystalline silicon film 14b shown in FIG. 16B is selectively removed by etching with an HF aqueous solution (step c12). After removing the resist pattern 18 (step c13), cleaning is performed, and an oxide film having a thickness of 7 nm is grown again under the same conditions as the oxidation conditions (step c14). 17 (a), 17 (b) and 1
As shown in FIG. 7C, an oxide film 5a and an oxide film 32b are formed on the polycrystalline silicon film 14b and the active region 1a of the peripheral circuit portion, respectively. The oxide film 32b is obtained by further increasing the thickness of the oxide film 32a by this oxidation step. When the thickness of each oxide film is estimated by measuring the capacitance of the oxide films 5a and 32b, the thickness t13 of the oxide film 5a is calculated.
Is 10 nm, and the thickness t14 of the oxide film 32b is 18 n
m. These values do not always match values measured by physical means such as a TEM (transmission electron microscope). In this manner, an insulating film between the floating gate 4 and the control gate 6, after forming the gate insulating film of the transistor of the peripheral circuit portion, N + polycrystalline silicon film 7 and WSi x
The film 8 was deposited (Step c15). Note that the processing steps in the processing step c17 after the formation step of the control gate 6 in the step c16 are the same as the step a16 in the first embodiment.

【0088】本実施例のメモリセルに於いて、浮遊ゲー
ト6の膜厚t14は10nm程度に薄膜化されたこと
が、本件発明者の計測によって確認された。前記実施例
2と同様に、絶縁膜5aをエッチングする際に発生する
フィールド酸化膜2の凹所17の深さd1は、13nm
以下になっていることも確認された。この結果、浮遊ゲ
ート4とフィールド酸化膜2とのオーバーラップマージ
ンを163nmとすることができ、実施例2と同様に、
従来技術と比較して大幅に低減される。浮遊ゲート4に
よるセルアレイ部と周辺回路部との境界における前記段
差は13nmであることが確認され、殆ど無視できるレ
ベルになった。
In the memory cell of this example, it was confirmed by measurement by the present inventor that the thickness t14 of the floating gate 6 was reduced to about 10 nm. As in the second embodiment, the depth d1 of the recess 17 of the field oxide film 2 generated when etching the insulating film 5a is 13 nm.
It was also confirmed that: As a result, the overlap margin between the floating gate 4 and the field oxide film 2 can be set to 163 nm, and similar to the second embodiment,
Significantly reduced compared to the prior art. The step at the boundary between the cell array section and the peripheral circuit section due to the floating gate 4 was confirmed to be 13 nm, which was almost negligible.

【0089】通常の比較的に厚い多結晶シリコン膜を熱
酸化することにより酸化膜5aを形成した場合、いわゆ
るアスペリティの発生等のため、酸化膜5aの耐圧は一
般に低くなる。このため、酸化膜5aを薄膜化すること
は困難であった。しかし、本発明の多結晶シリコン薄膜
14bは、極めて薄く形成されているため、表面の凹凸
の程度が著しく低減されている。このような薄さの多結
晶シリコン膜の表面には、電界集中を引き起こすような
凸部及び凹部が無いため、その表面に成長した酸化膜5
aの厚さは、各結晶粒の結晶方位によるバラツキを示す
が、そのバラツキの程度は、従来技術の膜厚バラツキと
比較して無視できる程度である。このように、本実施例
の絶縁膜5aの膜厚均一性は高く、その耐圧も良好であ
る。
When oxide film 5a is formed by thermally oxidizing an ordinary relatively thick polycrystalline silicon film, the withstand voltage of oxide film 5a generally decreases due to the occurrence of so-called asperity. For this reason, it was difficult to reduce the thickness of the oxide film 5a. However, since the polycrystalline silicon thin film 14b of the present invention is formed extremely thin, the degree of surface irregularities is significantly reduced. Since the surface of such a thin polycrystalline silicon film has no projections and depressions that cause electric field concentration, the oxide film 5 grown on the surface does not have any projections and depressions.
The thickness “a” indicates a variation due to the crystal orientation of each crystal grain, but the degree of the variation is negligible as compared with the thickness variation of the prior art. Thus, the thickness uniformity of the insulating film 5a of the present embodiment is high, and the withstand voltage thereof is also good.

【0090】本制御ゲート6と浮遊ゲート4との間の絶
縁膜5aが、膜厚t13が10nmの酸化膜から形成さ
れているため、前記第2実施例に比べ、制御ゲート6と
浮遊ゲート4との間の容量が1.9倍となり、浮遊ゲー
ト4の全容量に対する制御ゲート6−浮遊ゲート4間容
量の割合であるカップリング定数が約0.5程度から
0.6以上に大きくなった。
Since the insulating film 5a between the control gate 6 and the floating gate 4 is formed of an oxide film having a thickness t13 of 10 nm, the control gate 6 and the floating gate 4 are different from the second embodiment. And the coupling constant, which is the ratio of the capacitance between the control gate 6 and the floating gate 4 to the total capacitance of the floating gate 4, has increased from about 0.5 to 0.6 or more. .

【0091】これにより、制御ゲート6に印加する電圧
を下げることが可能となった。また、前記第1及び第2
実施例におけるONO絶縁膜に比べて、リテンション特
性に関して、熱酸化膜5aはなんら遜色無く、問題はな
かった。リテンション特性とは、電荷の保持特性であ
り、リテンション特性が低いと浮遊ゲート4から電荷が
外部に移動してしまう。
Thus, the voltage applied to the control gate 6 can be reduced. In addition, the first and second
Compared with the ONO insulating film in the example, the thermal oxide film 5a was not inferior to the retention characteristics in terms of retention characteristics, and had no problem. The retention characteristic is a charge retention characteristic. If the retention characteristic is low, the charge moves from the floating gate 4 to the outside.

【0092】以上の本実施例に於いて、前記第1実施例
で述べた効果を達成できると共に、上述したような本実
施例に特有であって、前記各実施例を更に改善した効果
を達成することができる。
In the above-described embodiment, the effects described in the first embodiment can be achieved, and the effects unique to the above-described embodiment and further improved from the above-described embodiments can be achieved. can do.

【0093】(実施例4)本発明による不揮発性メモリ
セルの他の製造方法を説明する。図19は、本実施例の
製造方法を説明する工程図である。本実施例の製造工程
を説明するに際して、図4〜図13を適宜参照する。本
実施例は、前記第1の実施例に類似し、対応する部分に
は、同一の参照符号を付す。
(Example 4) Another method for manufacturing a nonvolatile memory cell according to the present invention will be described. FIG. 19 is a process chart for explaining the manufacturing method of this example. In describing the manufacturing process of this embodiment, FIGS. This embodiment is similar to the first embodiment, and corresponding parts are denoted by the same reference numerals.

【0094】図19の工程d1〜d3は、第1実施例に
おける工程a1〜a3とほぼ同一の処理工程である。本
実施例に於いて、工程d1〜d3に於いて、非晶質シリ
コン膜12の膜厚t12を19nmとする。本実施例に
於いて、前記第1実施例におけるヒ素イオン注入、PS
G,BSGからの熱拡散等の不純物拡散は全く行ってい
ない。また、本実施例に於いて、浮遊ゲート4と制御ゲ
ート6との間の絶縁膜5bは熱酸化処理で形成される。
Steps d1 to d3 in FIG. 19 are almost the same processing steps as steps a1 to a3 in the first embodiment. In this embodiment, the thickness t12 of the amorphous silicon film 12 is set to 19 nm in steps d1 to d3. In this embodiment, the arsenic ion implantation and PS in the first embodiment are performed.
No impurity diffusion such as thermal diffusion from G and BSG is performed. In this embodiment, the insulating film 5b between the floating gate 4 and the control gate 6 is formed by a thermal oxidation process.

【0095】工程d6、d7に於いて、非晶質シリコン
膜12に熱処理を加え、多結晶シリコン膜14に変え、
工程d8に於いて、浮遊ゲート4のパターンを形成した
後は、第3の実施例に於ける図18の工程c10〜c1
7と同様の工程を経てメモリセルMCを形成する。
In steps d6 and d7, heat treatment is applied to the amorphous silicon film 12 to convert it to a polycrystalline silicon film 14,
After the pattern of the floating gate 4 is formed in step d8, steps c10 to c1 of FIG. 18 in the third embodiment are performed.
The memory cell MC is formed through the same steps as in step 7.

【0096】まず、工程d9に於いて、900℃の塩酸
ドライ酸化(Hcl/O2)で10nmの酸化膜を成長した
後、工程d10〜d12に於いて、セルアレイ部の酸化
膜をHF水溶液でエッチングした後、工程d13に於い
て、前記酸化処理時と同じ酸化条件で、膜厚10nmの
酸化膜を成長させた。このときの浮遊ゲート4の膜厚t
14は約10nmである。制御ゲート6形成工程以降の
工程d17は、実施例1の工程a16と同じ処理工程で
ある。
First, in step d9, a 10 nm oxide film is grown by dry oxidation of hydrochloric acid (Hcl / O 2 ) at 900 ° C., and in steps d10 to d12, the oxide film in the cell array portion is exposed to an aqueous HF solution. After the etching, in step d13, a 10-nm-thick oxide film was grown under the same oxidation conditions as in the above-described oxidation treatment. The thickness t of the floating gate 4 at this time
14 is about 10 nm. Step d17 after the control gate 6 forming step is the same processing step as step a16 of the first embodiment.

【0097】本実施例に於て、浮遊ゲート4は不純物拡
散されていないため、浮遊ゲート4の全体が空乏層とな
り、浮遊ゲート4の全体が誘電体と見なされる。浮遊ゲ
ート4を誘電体として見た場合の浮遊ゲート4の酸化膜
換算膜厚は3.3nm程度であり、浮遊ゲート4と制御
ゲート6の間にある絶縁膜5aの膜厚は、酸化膜換算膜
厚で約14nmとなり、従来使用されるONO絶縁膜の
膜厚に比べても、十分薄くできている。
In this embodiment, since the floating gate 4 is not diffused with impurities, the entire floating gate 4 becomes a depletion layer, and the entire floating gate 4 is regarded as a dielectric. When the floating gate 4 is viewed as a dielectric, the equivalent oxide film thickness of the floating gate 4 is about 3.3 nm, and the thickness of the insulating film 5a between the floating gate 4 and the control gate 6 is equivalent to the oxide film. The thickness is about 14 nm, which is sufficiently smaller than the thickness of a conventionally used ONO insulating film.

【0098】浮遊ゲート4の膜厚t14は最終的に10
nm程度に薄膜化されていることが、本件発明者の計測
によって確認されている。絶縁膜5aのエッチングの際
に発生するフィールド酸化膜2の凹所17の深さd1は
13nm以下になる。このため、浮遊ゲート4とフィー
ルド酸化膜2とのオーバーラップマージンは163nm
となり、第1の実施例に比べても大幅に低減できた。ま
た、浮遊ゲート4によるセルアレイ部と周辺回路部との
境界における段差は13nmであることが確認され、殆
ど無視できるレベルになった。
The thickness t14 of the floating gate 4 is finally 10
It has been confirmed by the measurement of the present inventor that the thickness is reduced to about nm. The depth d1 of the recess 17 of the field oxide film 2 generated at the time of etching the insulating film 5a is 13 nm or less. Therefore, the overlap margin between the floating gate 4 and the field oxide film 2 is 163 nm.
The result was significantly reduced as compared with the first embodiment. Further, it was confirmed that the step due to the floating gate 4 at the boundary between the cell array portion and the peripheral circuit portion was 13 nm, which was almost negligible.

【0099】例として、第1実施例におけるONO絶縁
膜5の薄膜化限界が酸化膜換算厚で15nm、浮遊ゲー
ト4上のトンネル酸化膜3の薄膜化限界が8nmと考え
られるので、本発明が有効に利用されるためには、浮遊
ゲート4による上部酸化膜膜厚の等価的な増加量が7n
m以下でなければならない。浮遊ゲート4が誘電体とし
て作用する最悪の条件下で、酸化膜換算で7nmは浮遊
ゲート4の膜厚21nmに対応する。本実施例に於い
て、浮遊ゲート4の最終膜厚は10nmであることが、
本件発明者によって確認されているので、上記制約内に
入っている。従って、本実施例によって、不揮発性メモ
リを製造することができる。
For example, the thinning limit of the ONO insulating film 5 in the first embodiment is considered to be 15 nm in terms of oxide film thickness, and the thinning limit of the tunnel oxide film 3 on the floating gate 4 is considered to be 8 nm. To be effectively used, the equivalent increase in the thickness of the upper oxide film due to the floating gate 4 is 7n.
m or less. Under the worst-case condition that the floating gate 4 acts as a dielectric, 7 nm in terms of an oxide film corresponds to a thickness of the floating gate 4 of 21 nm. In this embodiment, the final thickness of the floating gate 4 is 10 nm.
Since it has been confirmed by the present inventor, it falls within the above-mentioned restrictions. Therefore, according to this embodiment, a nonvolatile memory can be manufactured.

【0100】このような本実施例に於いても、前記第1
実施例で説明した効果と同一の効果を実現することが出
来るとと共に、上述したような本実施例に特有であっ
て、前記各実施例を更に改善した効果を達成することが
できる。
In this embodiment as well, the first
The same effects as the effects described in the embodiments can be achieved, and the effects unique to the present embodiment as described above and further improved from the above embodiments can be achieved.

【0101】(実施例5)本発明による更に他の不揮発
性メモリセルを説明する。本実施例のメモリセルの構造
は、図1から図3に示すメモリセルの構造との基本的に
は同一である。本実施例は、その製造方法に特徴を有し
ている。
(Embodiment 5) Still another nonvolatile memory cell according to the present invention will be described. The structure of the memory cell of this embodiment is basically the same as the structure of the memory cell shown in FIGS. This embodiment is characterized by its manufacturing method.

【0102】以下に、図20〜図24を参照しながら、
本実施例のメモリセルの製造方法を説明する。図20〜
図24は、本実施例のフラッシュメモリのメモリセルの
製造工程の一部を説明する断面図である。本実施例の製
造工程の他の工程については、図4〜図13を適宜参照
する。また、図25は、本実施例の製造工程を示す工程
図である。図20(a)ないし図23(a)は、図1の
切断面線X2−X2に相当する切断位置で切断した断面
図であり、図20(b)ないし図23(b)は、図1の
切断面線X3−X3に相当する部分の断面図であり、図
22(c)及び図23(c)は、メモリセルMCの周辺
回路部の断面図である。図24は、メモリセルMC付近
の拡大断面図である。本実施例は、前記第1実施例に類
似し、対応する部分には同一の参照符号を付す。
Hereinafter, referring to FIGS. 20 to 24,
A method for manufacturing the memory cell according to the present embodiment will be described. FIG.
FIG. 24 is a cross-sectional view for explaining a part of the manufacturing process of the memory cell of the flash memory according to the present embodiment. 4 to 13 for other steps of the manufacturing process of this embodiment. FIG. 25 is a process chart showing the manufacturing process of this example. FIGS. 20 (a) to 23 (a) are cross-sectional views taken along a cutting position corresponding to the cutting plane line X2-X2 in FIG. 1, and FIGS. 20 (b) to 23 (b) correspond to FIGS. 22 (c) and FIG. 23 (c) are cross-sectional views of a peripheral circuit portion of the memory cell MC. FIG. 24 is an enlarged sectional view near the memory cell MC. This embodiment is similar to the first embodiment, and corresponding parts are denoted by the same reference numerals.

【0103】まず、工程e1〜e8に於いて、第1実施
例の工程a1〜a8とほぼ同一の処理工程を行う。本実
施例に於いて、第1実施例と同様に非晶質シリコン膜1
2の膜厚t12を32nmとした。ヒ素イオン注入を行
った後、2段階の熱処理を行って形成した多結晶シリコ
ン膜14の上に、図20(a)及び同図(b)に示され
るように、CVD法によって、膜厚t20が120nm
のシリコン窒化膜(以下、窒化膜)22を形成する(工
程e9)。
First, in steps e1 to e8, processing steps substantially the same as steps a1 to a8 of the first embodiment are performed. In this embodiment, the amorphous silicon film 1 is formed in the same manner as in the first embodiment.
The thickness t12 of No. 2 was 32 nm. After the arsenic ion implantation, the polycrystalline silicon film 14 formed by performing the two-step heat treatment is subjected to a CVD method to form a film t20 on the polycrystalline silicon film 14, as shown in FIGS. Is 120 nm
Is formed (step e9).

【0104】次いで、メモリセル部では多結晶シリコン
膜14bのパターンに対応するパターンを有し、周辺回
路部では少なくとも活性領域1aを覆うパターンを有す
るレジスト(不図示)を形成した(工程e10)後、そ
のレジストをエッチングマスクとして窒化膜22をパタ
ーニングすることにより、図21(a)及び同図(b)
に示されるシリコン窒化膜23を得る(工程e11)。
Next, a resist (not shown) having a pattern corresponding to the pattern of the polycrystalline silicon film 14b in the memory cell portion and a pattern covering at least the active region 1a in the peripheral circuit portion is formed (step e10). 21A and 21B by patterning the nitride film 22 using the resist as an etching mask.
Is obtained (step e11).

【0105】このレジストを剥離した(工程a12)
後、熱酸化を行う(工程a13)。この熱酸化により、
図21(a)、同図(b)及び同図(c)に示されるよ
うに、多結晶シリコン膜14aのうちシリコン窒化膜2
3に覆われていない部分が選択的に酸化され、酸化膜2
4が形成される。この選択酸化により、両側面が酸化膜
24により覆われた多結晶シリコン膜14bが形成され
る。この熱酸化工程に際して、シリコン窒化膜23の表
面上にも酸化膜24が薄く成長する。窒化膜23上の酸
化膜24をHF水溶液でエッチングし(工程e14)、
窒化膜23を露出させた後、熱濃リン酸溶液で窒化膜2
3を完全に除去する(工程e15)。
The resist was stripped (step a12).
Thereafter, thermal oxidation is performed (step a13). By this thermal oxidation,
As shown in FIGS. 21A, 21B and 21C, the silicon nitride film 2 of the polycrystalline silicon film 14a is formed.
3 is selectively oxidized to form an oxide film 2
4 are formed. By this selective oxidation, a polycrystalline silicon film 14b whose both side surfaces are covered with the oxide film 24 is formed. During this thermal oxidation step, a thin oxide film 24 also grows on the surface of the silicon nitride film 23. The oxide film 24 on the nitride film 23 is etched with an HF aqueous solution (step e14).
After exposing the nitride film 23, the nitride film 2 is
3 is completely removed (step e15).

【0106】次いで、第1実施例と同様にして、図22
(a)、同図(b)及び同図(c)に示すように、ON
O絶縁膜5を形成する(工程e16)。次に、図23
(a)、同図(b)及び同図(c)に示すように、周辺
回路部に開口部を有するレジストパターン25を形成し
た後、周辺回路部のONO絶縁膜5をエッチング除去す
る(工程e18)。本実施例では、ONO絶縁膜5のエ
ッチングに際して、多結晶シリコン膜14bのうち周辺
回路部の活性領域1aに存在する部分を除去する。以降
の工程は実施例1と同様である。
Next, as in the first embodiment, FIG.
(A), (b) and (c) of FIG.
The O insulating film 5 is formed (Step e16). Next, FIG.
(A), after forming a resist pattern 25 having an opening in the peripheral circuit portion as shown in FIGS. 6 (b) and 6 (c), the ONO insulating film 5 in the peripheral circuit portion is removed by etching (step). e18). In this embodiment, when the ONO insulating film 5 is etched, a portion of the polycrystalline silicon film 14b existing in the active region 1a of the peripheral circuit portion is removed. The subsequent steps are the same as in the first embodiment.

【0107】このように、本実施例によれば、多結晶シ
リコン膜14aから多結晶シリコン膜14bを得る際
に、多結晶シリコン膜14aのうち除去されるべき部分
をエッチングにより除去しないで、その部分を窒化膜2
3をマスクとした選択酸化法により酸化している。この
酸化された部分は、ONO絶縁膜5のエッチング後にエ
ッチングされる。従って、ONO絶縁膜5をエッチング
するとき、多結晶シリコン膜14bの周辺は酸化膜24
によって覆われているために、フィールド酸化膜2はエ
ッチングされないですむ。このため、フィールド酸化膜
2に凹所17が形成されることが無い。従って、本方法
によりメモリセルを製造する場合は、フィールド酸化膜
2と浮遊ゲート4とのオーバーラップマージンを150
nmにすることができる。本実施例に於て、セルアレイ
部と周辺回路部との境界における段差はゼロにできたこ
とが確認された。
As described above, according to this embodiment, when the polycrystalline silicon film 14b is obtained from the polycrystalline silicon film 14a, the portion of the polycrystalline silicon film 14a to be removed is not removed by etching. Part is nitride film 2
3 is oxidized by a selective oxidation method using the mask as a mask. This oxidized portion is etched after the ONO insulating film 5 is etched. Therefore, when the ONO insulating film 5 is etched, the oxide film 24
The field oxide film 2 does not need to be etched because it is covered by the metal oxide. Therefore, the recess 17 is not formed in the field oxide film 2. Therefore, when manufacturing a memory cell by this method, the overlap margin between the field oxide film 2 and the floating gate 4 is set to 150.
nm. In this example, it was confirmed that the step at the boundary between the cell array section and the peripheral circuit section could be reduced to zero.

【0108】多結晶シリコン膜14aの膜厚t14は、
例えば40nm以下となるように薄いことが好ましい。
多結晶シリコン膜14aの膜厚t14が厚い場合は、こ
れを選択酸化する時にバーズビークが窒化膜23と多結
晶シリコン膜14bとの界面に進入し、結果的に浮遊ゲ
ート4と制御ゲート6との対向面積が小さくなる。この
ために、前記カプリング定数が小さくなり、浮遊ゲート
4に於ける電流保持特性が低下する。また、多結晶シリ
コン膜14が図24に示す様な形状となって、制御ゲー
ト6加工時に浮遊ゲート4がエッチングされないで残る
場合が生じる。従って、多結晶シリコン膜14は薄いほ
うが好ましい。なお、多結晶シリコン膜14は、第2実
施例と同様にノンドープ膜であっても良い。
The thickness t14 of the polycrystalline silicon film 14a is
For example, the thickness is preferably as thin as 40 nm or less.
When the thickness t14 of the polycrystalline silicon film 14a is large, bird's beaks enter the interface between the nitride film 23 and the polycrystalline silicon film 14b when selectively oxidizing the same, and as a result, the floating gate 4 and the control gate 6 The facing area is reduced. For this reason, the coupling constant becomes small, and the current holding characteristic in the floating gate 4 is reduced. Further, the polycrystalline silicon film 14 may have a shape as shown in FIG. 24, and the floating gate 4 may remain without being etched when the control gate 6 is processed. Therefore, it is preferable that the polycrystalline silicon film 14 be thin. Incidentally, the polycrystalline silicon film 14 may be a non-doped film as in the second embodiment.

【0109】本製造方法により製造されたメモリセルに
よれば、前記各実施例の効果と同様な効果を達成するこ
とが出来ると共に、上述したような、本実施例に特有の
効果を達成することができる。
According to the memory cell manufactured by this manufacturing method, it is possible to achieve the same effect as that of each of the above-described embodiments, and also to achieve the above-described effect unique to this embodiment. Can be.

【0110】(実施例6)本発明による更に他の不揮発
性メモリセルを説明する。本実施例のメモリセルの構造
は、図1から図3に示すメモリセルの構造との基本的に
は同一である。本実施例では、その製造方法に特徴を有
している。
(Embodiment 6) Still another nonvolatile memory cell according to the present invention will be described. The structure of the memory cell of this embodiment is basically the same as the structure of the memory cell shown in FIGS. The present embodiment is characterized by its manufacturing method.

【0111】図26〜図28は、本実施例のメモリセル
の製造工程の一部を説明する断面図である。本実施例の
製造工程の他の処理工程については、前記第1実施例の
図4〜図13を適宜参照する。また、図29は、本実施
例の製造工程を示す工程図である。図26(a)、図2
7(a)及び図28(a)は、図1の切断面線X2−X
2に相当する切断位置で切断した断面図であり、図27
(b)、図28(b)及び図29(b)は、図1の切断
面線X3−X3に相当する部分の断面図であり、図26
(c)、図27(c)及び図28(c)は、メモリセル
MCの周辺回路部の断面図である。本実施例は、前記第
1実施例に類似し、対応する部分には同一の参照符号を
付す。
FIGS. 26 to 28 are cross-sectional views for explaining a part of the manufacturing process of the memory cell of this embodiment. For other processing steps of the manufacturing process of the present embodiment, FIGS. 4 to 13 of the first embodiment are appropriately referred to. FIG. 29 is a process diagram showing a manufacturing process of this example. FIG. 26 (a), FIG.
7 (a) and FIG. 28 (a) are cross-sectional lines X2-X of FIG.
27 is a sectional view taken along a cutting position corresponding to FIG.
(B), FIG. 28 (b) and FIG. 29 (b) are cross-sectional views of a portion corresponding to the section line X3-X3 in FIG.
(C), FIG. 27 (c), and FIG. 28 (c) are cross-sectional views of the peripheral circuit portion of the memory cell MC. This embodiment is similar to the first embodiment, and corresponding parts are denoted by the same reference numerals.

【0112】本実施例に於ける工程f1〜f8に於い
て、第3実施例と同様に、非晶質シリコン膜12の膜厚
t12を22nmとした。ヒ素イオン注入を行った後、
前記第1及び第2熱処理を行って形成した多結晶シリコ
ン膜14の上に、CVD法によって膜厚t20が20n
mのシリコン窒化膜を形成する(工程f9)。次いで、
メモリセル部では多結晶シリコン膜14bに対応するパ
ターンを有し、周辺回路部では少なくとも活性領域1a
を覆うパターンを有するレジストを形成した(工程f1
0)後、シリコン窒化膜のうちレジストに覆われていな
い部分を選択的にエッチングする(工程f11)。レジ
ストを剥離した(工程f12)後、熱酸化を行い(工程
f13)、多結晶シリコン膜14bのうちシリコン窒化
膜で覆われていない部分を選択的に熱酸化し、酸化膜3
5を形成する。ここまでの工程は、実施例5の工程と実
質的に同様である。
In steps f1 to f8 in this embodiment, the thickness t12 of the amorphous silicon film 12 was set to 22 nm as in the third embodiment. After performing arsenic ion implantation,
On the polycrystalline silicon film 14 formed by performing the first and second heat treatments, a film thickness t20 of 20 n
An m-th silicon nitride film is formed (step f9). Then
The memory cell portion has a pattern corresponding to the polycrystalline silicon film 14b, and the peripheral circuit portion has at least the active region 1a.
(Step f1)
0) After that, a portion of the silicon nitride film not covered with the resist is selectively etched (step f11). After the resist is stripped (step f12), thermal oxidation is performed (step f13), and the portion of the polycrystalline silicon film 14b that is not covered with the silicon nitride film is selectively thermally oxidized to form the oxide film 3
5 is formed. The steps up to here are substantially the same as the steps of the fifth embodiment.

【0113】次に、図26(a)、同図(b)及び同図
(c)に示されるように、周辺回路部に開口部を有する
レジストパターン31を形成した(工程f14)後、レ
ジストパターン31に覆われてない窒化膜30及び多結
晶シリコン膜14bをエッチングする。こうして、図2
6(c)に示されるように、周辺回路部では、トンネル
酸化膜3が露出する。次に、図27(a)、同図(b)
及び同図(c)に示されるように、レジストパターン3
1を除去した(工程f15)後、周辺回路部の活性領域
1aに残ったトンネル酸化膜3をHF水溶液でエッチン
グ除去する。この後、トンネル酸化膜3のあった部分を
熱酸化する(工程f16)。このとき、セルアレイ部に
残された窒化膜30上にも酸化膜が薄く成長する。窒化
膜30上に成長した薄い酸化膜をHF水溶液でエッチン
グした(工程f17)後、熱濃リン酸溶液で窒化膜30
を除去する(工程f18)。
Next, as shown in FIGS. 26A, 26B and 26C, a resist pattern 31 having an opening in a peripheral circuit portion is formed (step f14). The nitride film 30 and the polycrystalline silicon film 14b that are not covered with the pattern 31 are etched. Thus, FIG.
As shown in FIG. 6C, the tunnel oxide film 3 is exposed in the peripheral circuit portion. Next, FIG. 27A and FIG.
And, as shown in FIG.
After removing 1 (step f15), the tunnel oxide film 3 remaining in the active region 1a of the peripheral circuit portion is removed by etching with an HF aqueous solution. Thereafter, the portion where the tunnel oxide film 3 was located is thermally oxidized (step f16). At this time, a thin oxide film also grows on nitride film 30 left in the cell array portion. After the thin oxide film grown on the nitride film 30 is etched with an HF aqueous solution (step f17), the nitride film 30 is heated with a hot concentrated phosphoric acid solution.
Is removed (step f18).

【0114】クリーニングの後、図28(a)、同図
(b)及び同図(c)に示されるように、再度酸化工程
を行い、周辺回路部の活性領域1aにゲート酸化膜34
を形成する(工程f19)と共に、浮遊ゲート4上に膜
厚10nmの酸化膜32を成長させる(工程f20)。
After the cleaning, as shown in FIGS. 28 (a), (b) and (c), an oxidation step is performed again to form a gate oxide film 34 on the active region 1a of the peripheral circuit portion.
Is formed (step f19), and an oxide film 32 having a thickness of 10 nm is grown on the floating gate 4 (step f20).

【0115】制御ゲート6のためのWSix8/多結晶
シリコン膜7を堆積する工程以降の工程f21、f2
2、f23は第1実施例に於ける工程a14〜a16と
同様である。
[0115] The subsequent step of depositing a WSi x 8 / polycrystalline silicon film 7 for control gate 6 step f21, f2
Steps f2 and f23 are the same as steps a14 to a16 in the first embodiment.

【0116】このように、本実施例によれば、多結晶シ
リコン膜14aから多結晶シリコン膜14bを得る際
に、多結晶シリコン膜14aのうち除去されるべき部分
をエッチングにより除去しないで、その部分を窒化膜3
0をマスクとした選択酸化法により酸化している。この
酸化された部分は、ONO絶縁膜5のエッチング後にエ
ッチングされる。従って、ONO絶縁膜5をエッチング
するとき、多結晶シリコン膜14bの周辺は酸化膜によ
って覆われているために、フィールド酸化膜2はエッチ
ングされないですむ。このため、フィールド酸化膜2に
凹所17が形成されることが無い。従って、本方法によ
りメモリセルを製造する場合は、フィールド酸化膜2と
浮遊ゲート4とのオーバーラップマージンを150nm
にすることができる。本実施例に於て、セルアレイ部と
周辺回路部との境界における段差はゼロにできたことが
確認された。なお、浮遊ゲート4は第4実施例と同様
に、ノンドープでも良い。
As described above, according to this embodiment, when the polycrystalline silicon film 14b is obtained from the polycrystalline silicon film 14a, the portion of the polycrystalline silicon film 14a to be removed is not removed by etching. Part is nitride film 3
Oxidation is performed by a selective oxidation method using 0 as a mask. This oxidized portion is etched after the ONO insulating film 5 is etched. Therefore, when the ONO insulating film 5 is etched, the field oxide film 2 does not need to be etched because the periphery of the polycrystalline silicon film 14b is covered with the oxide film. Therefore, the recess 17 is not formed in the field oxide film 2. Therefore, when a memory cell is manufactured by this method, the overlap margin between the field oxide film 2 and the floating gate 4 is set to 150 nm.
Can be In this example, it was confirmed that the step at the boundary between the cell array section and the peripheral circuit section could be reduced to zero. The floating gate 4 may be non-doped as in the fourth embodiment.

【0117】以上のような本実施例によっても、前記各
実施例で述べた効果と同様な効果を達成することができ
ると共に、前述したような、本実施例に特有の効果を達
成することができる。
According to the present embodiment as described above, the same effects as those described in each of the above embodiments can be achieved, and the effects unique to the present embodiment as described above can be achieved. it can.

【0118】[0118]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、浮遊ゲー
トを55nm以下、好ましくは40nm以下の厚さに超
薄膜化することにより、浮遊ゲート上の第2絶縁膜加工
時に素子分離膜に凹所が形成されるという従来の問題が
解決され、メモリセルの高集積化が容易となる。また、
浮遊ゲートにより生ずる段差が低減されることにより、
露光時のフォーカスマージンが増加し、製造が容易とな
る。
As described above, according to the present invention, the floating gate is ultra-thinned to a thickness of 55 nm or less, preferably 40 nm or less, so that the element isolation film can be formed at the time of processing the second insulating film on the floating gate. The conventional problem that a recess is formed is solved, and high integration of a memory cell is facilitated. Also,
By reducing the step caused by the floating gate,
The focus margin at the time of exposure increases, and manufacturing becomes easy.

【0119】非晶質シリコン層から結晶化された多結晶
シリコン膜を材料とすることにより、表面の凹凸が少な
い浮遊ゲートが実現する。このような浮遊ゲートを用い
ることにより、浮遊ゲートの表面を熱酸化して質の高い
第2絶縁膜を形成することが可能となる。これにより、
従来のONO薄膜よりも薄い第2絶縁膜の形成が可能と
なる。
By using a polycrystalline silicon film crystallized from an amorphous silicon layer as a material, a floating gate with less surface irregularities can be realized. By using such a floating gate, the surface of the floating gate can be thermally oxidized to form a high-quality second insulating film. This allows
The second insulating film thinner than the conventional ONO thin film can be formed.

【0120】浮遊ゲートを超薄膜で構成することによ
り、ノンドープ多結晶シリコン膜を用いた浮遊ゲートを
使用することが可能となる。そのような浮遊ゲートによ
れば、薄膜多結晶シリコン膜への不純物拡散工程が省略
できるだけではなく、ノンドープ多結晶シリコン膜の誘
電的性質によって動作速度が著しく改善される。
By forming the floating gate with an ultra-thin film, it becomes possible to use a floating gate using a non-doped polycrystalline silicon film. According to such a floating gate, not only the step of diffusing impurities into the thin polycrystalline silicon film can be omitted, but also the operation speed is significantly improved by the dielectric properties of the non-doped polycrystalline silicon film.

【0121】また、多結晶シリコン膜から選択酸化法に
よって浮遊ゲートのパターン形成を行うことによって、
第2絶縁膜のエッチングを浮遊ゲートの段差上で行う必
要がなくなり、フィールド酸化膜と浮遊ゲートのオーバ
ーラップマージンは理想的にはゼロにできる。
Further, by forming a floating gate pattern from a polycrystalline silicon film by a selective oxidation method,
The etching of the second insulating film does not need to be performed on the step of the floating gate, and the overlap margin between the field oxide film and the floating gate can be ideally reduced to zero.

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

【図1】本発明の第1の実施例のフラッシュメモリのメ
モリセルMCの平面図である。
FIG. 1 is a plan view of a memory cell MC of a flash memory according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の切断面線X2−X2から見た断面図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a section line X2-X2 in FIG.

【図3】図1の切断面線X3−X3から見た断面図であ
る。
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line X3-X3 of FIG. 1;

【図4】本実施例のメモリセルMCの製造工程を説明す
るための断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the memory cell MC of the present embodiment.

【図5】本実施例のメモリセルMCの製造工程を説明す
るための断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the memory cell MC of the present embodiment.

【図6】本実施例のメモリセルMCの製造工程を説明す
るための断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the memory cell MC of the present embodiment.

【図7】本実施例のメモリセルMCの製造工程を説明す
るための断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the memory cell MC of the present embodiment.

【図8】本実施例のメモリセルMCの製造工程を説明す
るための断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the memory cell MC of the present embodiment.

【図9】本実施例のメモリセルMCの製造工程を説明す
るための断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing step of the memory cell MC of the present embodiment.

【図10】本実施例のメモリセルMCの製造工程を説明
するための断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing step of the memory cell MC of the present embodiment.

【図11】本実施例のメモリセルMCの製造工程を説明
するための断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing step of the memory cell MC of the present embodiment.

【図12】本実施例のメモリセルMCの製造工程を説明
するための断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing step of the memory cell MC of the present embodiment.

【図13】本実施例のメモリセルMCの製造工程を説明
するための断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing step of the memory cell MC of the present embodiment.

【図14】本実施例の製造工程を示す工程図である。FIG. 14 is a process chart showing a manufacturing process of the present example.

【図15】本発明の第2の実施例のメモリセルの製造工
程を説明する工程図である。
FIG. 15 is a process chart illustrating a process of manufacturing a memory cell according to the second embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第3の実施例のメモリセルの製造工
程の一部を説明する断面図である。
FIG. 16 is a cross-sectional view for explaining a part of the manufacturing process of the memory cell according to the third embodiment of the present invention.

【図17】本実施例のメモリセルの製造工程の一部を説
明する断面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view for describing a part of the manufacturing process of the memory cell according to the present embodiment.

【図18】本実施例の製造工程を示す工程図である。FIG. 18 is a process chart showing a manufacturing process of this example.

【図19】本発明の第4の実施例の製造方法を説明する
工程図である。
FIG. 19 is a process chart illustrating a manufacturing method according to a fourth example of the present invention.

【図20】本発明の第5の実施例の製造工程の一部を説
明する断面図である。
FIG. 20 is a cross-sectional view for explaining a part of the manufacturing process according to the fifth embodiment of the present invention.

【図21】本実施例の製造工程の一部を説明する断面図
である。
FIG. 21 is a cross-sectional view for explaining a part of the manufacturing process of the present embodiment.

【図22】本実施例の製造工程の一部を説明する断面図
である。
FIG. 22 is a cross-sectional view for explaining a part of the manufacturing process of the present embodiment.

【図23】本実施例の製造工程の一部を説明する断面図
である。
FIG. 23 is a cross-sectional view for explaining a part of the manufacturing process of the present embodiment.

【図24】本実施例の製造工程の一部を説明する断面図
である。
FIG. 24 is a cross-sectional view for explaining a part of the manufacturing process of the present embodiment.

【図25】本実施例の製造工程を示す工程図である。FIG. 25 is a process chart showing a manufacturing process of the present example.

【図26】本発明の第6の実施例の製造工程の一部を説
明する断面図である。
FIG. 26 is a cross-sectional view for explaining a part of the manufacturing process according to the sixth embodiment of the present invention.

【図27】本実施例の製造工程の一部を説明する断面図
である。
FIG. 27 is a cross-sectional view for explaining a part of the manufacturing process of the present embodiment.

【図28】本実施例の製造工程の一部を説明する断面図
である。
FIG. 28 is a cross-sectional view for explaining a part of the manufacturing process of the present embodiment.

【図29】本実施例の製造工程を示す工程図である。FIG. 29 is a process chart showing the manufacturing process of this example.

【図30】従来のメモリセルの平面図である。FIG. 30 is a plan view of a conventional memory cell.

【図31】従来のメモリセルの図30の切断面線X31
−X31から見た断面図である。
FIG. 31 is a section line X31 of FIG. 30 of the conventional memory cell;
It is sectional drawing seen from -X31.

【図32】従来のメモリセルの図30の切断面線X32
−X32から見た断面図である。
32 is a sectional line X32 of FIG. 30 of the conventional memory cell;
It is sectional drawing seen from -X32.

【図33】従来のメモリセルの図30の切断面線X33
−X33から見た断面図である。
FIG. 33 is a section line X33 of FIG. 30 of the conventional memory cell;
It is sectional drawing seen from -X33.

【図34】従来のメモリセルの問題点を説明する断面図
である。
FIG. 34 is a cross-sectional view illustrating a problem of a conventional memory cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 1a 活性領域 2 フィールド酸化膜(LOCOS膜) 3 トンネル酸化膜(第1絶縁膜) 4 浮遊ゲート 5 ONO絶縁膜(第2絶縁膜) 6 制御ゲート6 7 N+多結晶シリコン膜 8 WSix膜 10 ソース領域 11 ドレイン領域 14a 多結晶シリコン膜 14b 多結晶シリコン膜Reference Signs List 1 silicon substrate 1a active region 2 field oxide film (LOCOS film) 3 tunnel oxide film (first insulating film) 4 floating gate 5 ONO insulating film (second insulating film) 6 control gate 6 7 N + polycrystalline silicon film 8 WSi x film 10 source region 11 drain region 14a polycrystalline silicon film 14b polycrystalline silicon film

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−239180(JP,A) 特開 平3−196673(JP,A) 特開 平5−267683(JP,A) 特開 平2−31467(JP,A) 特開 平6−204486(JP,A) 特開 平6−163925(JP,A) 特開 平5−121755(JP,A) 特開 平5−110107(JP,A) 特開 平4−208574(JP,A) 特開 平4−57369(JP,A) 特開 平1−129465(JP,A) 特開 昭64−13771(JP,A) 特開 昭63−111670(JP,A) 特開 昭63−1076(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 front page (56) References JP-A-4-239180 (JP, A) JP-A-3-196673 (JP, A) JP-A-5-267683 (JP, A) JP-A-2-31467 (JP, A) JP-A-6-204486 (JP, A) JP-A-6-163925 (JP, A) JP-A-5-121755 (JP, A) JP-A-5-110107 (JP, A) JP-A-4-208574 (JP, A) JP-A-4-57369 (JP, A) JP-A-1-129465 (JP, A) JP-A-64-13771 (JP, A) JP-A-63-111670 (JP, A) A) JP-A-63-1076 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/8247 H01L 27/115 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板上に第1絶縁膜を形成する工
程と、 該第1絶縁膜上に浮遊ゲートを形成する工程と、 該浮遊ゲート上に第2絶縁膜を形成する工程と、 該第2絶縁膜上に制御ゲートを形成する工程とを包含す
る不揮発性メモリセルの製造方法であって、 該浮遊ゲートを形成する工程は、 該第1絶縁膜上に非晶質シリコン膜を堆積する工程と、 該非晶質シリコン膜をアニールにより再結晶化し、メモ
リ動作時に誘電体とみなされるように、不純物濃度が1
×1019/cm3以下のノンドープ多結晶シリコン膜を
形成する工程と、 該多結晶シリコン膜上に耐酸化膜を堆積する工程と、該
耐酸化膜を所定形状にパターニングする工程と、該パタ
ーニングされた耐酸化膜をマスクとして、該多結晶シリ
コン膜の一部を選択的に酸化する工程と、を包含してい
る不揮発性メモリセルの製造方法。
A step of forming a first insulating film on the semiconductor substrate; a step of forming a floating gate on the first insulating film; a step of forming a second insulating film on the floating gate; Forming a control gate on a second insulating film, wherein the step of forming the floating gate comprises: depositing an amorphous silicon film on the first insulating film. And recrystallizing the amorphous silicon film by annealing, so that the impurity concentration becomes 1 so as to be regarded as a dielectric during memory operation.
Forming a non-doped polycrystalline silicon film of × 10 19 / cm 3 or less; depositing an oxidation resistant film on the polycrystalline silicon film; patterning the oxide resistant film into a predetermined shape; Selectively oxidizing a portion of the polycrystalline silicon film using the anti-oxidation film as a mask.
【請求項2】 前記アニールは、第1の所定温度に実行
する第1アニール工程と、該第1の所定温度よりも高い
第2の所定温度にて実行する第2アニール工程を包含し
ている請求項1に記載の製造方法。
2. The annealing includes a first annealing step performed at a first predetermined temperature and a second annealing step performed at a second predetermined temperature higher than the first predetermined temperature. The method according to claim 1.
【請求項3】 半導体基板上に第1絶縁膜を形成する工
程と、 該第1絶縁膜上に浮遊ゲートを形成する工程と、 該浮遊ゲート上に第2絶縁膜を形成する工程と、 該第2絶縁膜上に制御ゲートを形成する工程とを包含す
る不揮発性メモリセルの製造方法であって、 該浮遊ゲートを形成する工程は、 該第1絶縁膜上に非晶質シリコン膜を堆積する工程と、 該非晶質シリコン膜をアニールにより再結晶化し、メモ
リ動作時に誘電体とみなされるように、不純物濃度が1
×1019/cm3以下のノンドープ多結晶シリコン膜を
形成する工程と、 該多晶質シリコン膜から該浮遊ゲートを形成する工程
と、 を包含しており、 前記アニールは、第1の所定温度に実行する第1アニー
ル工程と、該第1の所定温度よりも高い第2の所定温度
にて実行する第2アニール工程を包含している、 不揮発性メモリセルの製造方法。
Forming a first insulating film on the semiconductor substrate; forming a floating gate on the first insulating film; forming a second insulating film on the floating gate; Forming a control gate on a second insulating film, wherein the step of forming the floating gate comprises: depositing an amorphous silicon film on the first insulating film. And recrystallizing the amorphous silicon film by annealing, so that the impurity concentration becomes 1 so as to be regarded as a dielectric during memory operation.
Forming a non-doped polycrystalline silicon film of × 10 19 / cm 3 or less; and forming the floating gate from the polycrystalline silicon film, wherein the annealing is performed at a first predetermined temperature. And a second annealing step performed at a second predetermined temperature higher than the first predetermined temperature.
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