JP3319721B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3319721B2
JP3319721B2 JP01589699A JP1589699A JP3319721B2 JP 3319721 B2 JP3319721 B2 JP 3319721B2 JP 01589699 A JP01589699 A JP 01589699A JP 1589699 A JP1589699 A JP 1589699A JP 3319721 B2 JP3319721 B2 JP 3319721B2
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insulating film
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高い信頼性をもつ
ゲート絶縁膜を備え、MOS型電界効果トランジスタあ
るいは不揮発性半導体記憶装置として機能する半導体装
置の製造方法に関するものである。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a highly reliable gate insulating film and functioning as a MOS field effect transistor or a nonvolatile semiconductor memory device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、半導体装置を利用している多
くの分野においては、ゲート絶縁膜上にゲート電極を形
成し、その下方をチャネル領域とし、その両側にソース
・ドレイン拡散層を形成して、ゲート電極に印加する電
圧によってソース・ドレイン拡散層間における電流の値
やオン・オフを制御するようにしたMOS型電界効果ト
ランジスタ(MOSFET)や、このMOSFETにお
けるゲート絶縁膜とゲート電極との間に、電荷を保持す
る浮遊ゲート電極を介在させた不揮発性半導体記憶装置
が汎用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in many fields using semiconductor devices, a gate electrode is formed on a gate insulating film, a channel region is formed below the gate electrode, and source / drain diffusion layers are formed on both sides thereof. A MOS field-effect transistor (MOSFET) in which the current value between the source and drain diffusion layers and on / off are controlled by a voltage applied to the gate electrode; A non-volatile semiconductor memory device having a floating gate electrode for holding a charge is widely used.

【0003】図15(a)〜(d)は、MOSFETと
して機能する従来技術に係る半導体装置の製造工程を示
す断面図である。図15(a)〜(d)において、11
1は半導体基板、112はゲート酸化膜、113はゲー
ト電極、114はLDD拡散層を形成するために半導体
基板に注入される不純物イオンとしてのヒ素イオン、1
15aおよび115bはLDD拡散層、116aおよび
116bはサイドウォールスペーサ、117はソース拡
散層、118はドレイン拡散層をそれぞれ示す。
FIGS. 15A to 15D are cross-sectional views showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a conventional technique functioning as a MOSFET. In FIGS. 15A to 15D, 11
1 is a semiconductor substrate, 112 is a gate oxide film, 113 is a gate electrode, 114 is arsenic ion as an impurity ion implanted into the semiconductor substrate to form an LDD diffusion layer.
15a and 115b are LDD diffusion layers, 116a and 116b are side wall spacers, 117 is a source diffusion layer, and 118 is a drain diffusion layer.

【0004】以下、図15(a)〜(d)を参照しなが
ら、従来技術に係る半導体装置の製造方法について説明
する。
Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to the prior art will be described with reference to FIGS.

【0005】図15(a)に示す工程で、第1導電型
(例えばP型)のSi基板111上にゲート酸化膜11
2を挟んでゲート電極113を形成する。
In a step shown in FIG. 15A, a gate oxide film 11 is formed on a first conductivity type (for example, P-type) Si substrate 111.
2, the gate electrode 113 is formed.

【0006】次に、図15(b)に示す工程で、ゲート
電極13の上方から、低濃度の第2導電型の不純物イオ
ンとしてのヒ素イオン114をSi基板111内に注入
し、Si基板111内におけるゲート電極113の両側
方に位置する領域にLDD拡散層115a,115bを
形成する。
Next, in the step shown in FIG. 15B, a low concentration arsenic ion 114 as an impurity ion of the second conductivity type is implanted into the Si substrate 111 from above the gate electrode 13. LDD diffusion layers 115a and 115b are formed in regions located on both sides of the gate electrode 113 in the inside.

【0007】次に、図15(c)に示す工程で、基板上
にシリコン酸化膜などの絶縁膜を堆積した後、異方性エ
ッチングを行なって、ゲート電極113の側面上にサイ
ドウォールスペーサ116a,116bを形成する。こ
のとき、ゲート電極113又はサイドウォールスペーサ
116a,116bで覆われていない領域では、ゲート
酸化膜112もエッチングされる。
Next, in a step shown in FIG. 15C, after an insulating film such as a silicon oxide film is deposited on the substrate, anisotropic etching is performed to form a sidewall spacer 116a on the side surface of the gate electrode 113. , 116b. At this time, in a region that is not covered with the gate electrode 113 or the sidewall spacers 116a and 116b, the gate oxide film 112 is also etched.

【0008】その後、図15(d)に示す工程で、ゲー
ト電極113及びサイドウォールスペーサ116a,1
16bの上方から、高濃度の第2導電型の不純物イオン
としてのヒ素イオンをSi基板111内に注入し、LD
D拡散層115a,115bの外側にそれぞれソース拡
散層117,ドレイン拡散層118を形成する。
Thereafter, in a step shown in FIG. 15D, the gate electrode 113 and the side wall spacers 116a, 116a, 1
Arsenic ions as high-concentration second-conductivity-type impurity ions are implanted into Si substrate 111 from above 16b, and LD
A source diffusion layer 117 and a drain diffusion layer 118 are formed outside the D diffusion layers 115a and 115b, respectively.

【0009】また、ゲート酸化膜,浮遊ゲート電極,O
NO膜及び制御ゲート電極を積層した構造を有する不揮
発性半導体記憶装置も、基本的には上記図15(a)〜
(d)に示す工程と同様の手順によって形成されてい
る。
Also, a gate oxide film, a floating gate electrode, an O
A nonvolatile semiconductor memory device having a structure in which an NO film and a control gate electrode are stacked also basically has the structure shown in FIGS.
It is formed by the same procedure as the step shown in FIG.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
構造を有するMOSFETや不揮発性半導体記憶装置の
リーク特性やディスターブ特性(しきい値電圧の経時変
化)にばらつきが大きく、かつ、その値自体にも改善す
べき点が多いという問題があった。そこで、本発明者
が、上記特性のばらつきや悪化をもたらしている原因を
調べたところ、不純物イオンの注入時におけるゲート酸
化膜の端部におけるダメージが1つの原因として考えら
れた。すなわち、図15(b)に示す不純物のイオン注
入工程では、チャネリングの防止などのために、基板面
に垂直な方向から7°程度傾いた方向からイオン注入を
行なうことが一般的であり、その際にゲート電極の端部
を突き抜けた不純物イオンがゲート酸化膜に導入されて
いる可能性がある。また、不揮発性半導体記憶装置の場
合には、ゲート酸化膜だけでなくONO膜などからなる
層間絶縁膜にも不純物が導入されているものと思われ
る。
The leakage characteristics and disturb characteristics (changes in threshold voltage with time) of MOSFETs and nonvolatile semiconductor memory devices having the above-mentioned conventional structures vary greatly, and the values themselves are not sufficient. There was also a problem that there were many points to be improved. Then, the present inventor examined the cause of the above-mentioned variation or deterioration of the characteristics, and found that damage at the end of the gate oxide film at the time of impurity ion implantation was considered as one cause. In other words, in the impurity ion implantation step shown in FIG. 15B, ion implantation is generally performed in a direction inclined by about 7 ° from a direction perpendicular to the substrate surface in order to prevent channeling and the like. At this time, there is a possibility that impurity ions penetrating the end of the gate electrode are introduced into the gate oxide film. In the case of a nonvolatile semiconductor memory device, it is considered that impurities are introduced not only into the gate oxide film but also into the interlayer insulating film such as the ONO film.

【0011】また、いずれかの工程で、酸化雰囲気中で
の熱処理を伴う工程を含む製造工程においては、ゲート
酸化膜の両端部が極部的に厚くなってバースビークが生
じることも観察されており、このバーズビークによって
ゲート長が変化したのと同じ効果,つまりしきい値電圧
のばらつきが生じている可能性もある。
It has also been observed that in any of the manufacturing steps including a step involving a heat treatment in an oxidizing atmosphere, both ends of the gate oxide film become extremely thick, and a birth beak occurs. The bird's beak may have the same effect as the change in the gate length, that is, a variation in the threshold voltage.

【0012】特に、不揮発性半導体記憶装置において
は、ゲート酸化膜にバーズビークが生じることにより電
子の注入効率または引き抜き効率が劣化したり、浮遊ゲ
ート電極−制御ゲート電極間の層間絶縁膜にバーズビー
クが生じることによりその部分に局部的ストレスが印加
して素子特性を劣化させるという問題もある。
In particular, in a nonvolatile semiconductor memory device, a bird's beak occurs in a gate oxide film, thereby deteriorating electron injection efficiency or extraction efficiency, or a bird's beak occurs in an interlayer insulating film between a floating gate electrode and a control gate electrode. As a result, there is also a problem that a local stress is applied to the portion to deteriorate the device characteristics.

【0013】本発明の第1の目的は、ゲート酸化膜の両
端部のダメージ又はバーズビークの発生を抑制するため
の手段を講ずることにより、しきい値電圧などの特性の
ばらつきの小さい,さらには、それらの特性自体の良好
なMOSFETとして機能する半導体装置の製造方法を
提供することにある。
A first object of the present invention is to reduce the variation in characteristics such as the threshold voltage by taking measures for suppressing damage to both ends of a gate oxide film or occurrence of bird's beak. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device which functions as a MOSFET having excellent characteristics.

【0014】本発明の第2の目的は、ゲート酸化膜のダ
メージやバーズビークの発生を抑制するなどの手段を講
ずることにより、しきい値電圧などの特性のばらつきの
小さい,さらには、それらの特性自体の良好な不揮発性
半導体記憶装置として機能する半導体装置の製造方法を
提供することにある。
A second object of the present invention is to reduce the variation in characteristics such as threshold voltage by taking measures such as suppressing the damage to the gate oxide film and the occurrence of bird's beak. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device which functions as a good nonvolatile semiconductor memory device itself.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の半導体装
置の製造方法は、MOS型電界効果トランジスタとして
機能する半導体装置の製造方法であって、半導体基板上
にゲート絶縁膜及びゲート電極を順次形成するステップ
(a)と、上記半導体基板上に、800℃以下の温度で
CVD法により上記ゲート電極の露出面を被覆する厚み
が5nm以上で30nm以下であるシリコン酸化膜から
なるCVD絶縁膜を形成するステップ(b)と、上記ゲ
ート電極及びCVD絶縁膜の上方から上記半導体基板内
に不純物イオンを注入することにより、上記半導体基板
内に第1導電型のLDD拡散層を形成するステップ
(c)と、上記ステップ(c)に前後して、上記半導体
基板内に不純物イオンを注入することにより、上記半導
体基板内に第2導電型のパンチスルーストッパとなる拡
散層を形成するステップ(d)と、上記ステップ(c)
及び(d)の後に、上記ゲート電極の側面上に上記CV
D絶縁膜を挟んでサイドウォールスペーサを形成し、且
つ、上記半導体基板上の上記CVD絶縁膜を除去するス
テップ(e)と、上記ステップ(e)の後に、上記半導
体基板内に第1導電型のソース・ドレイン拡散層を形成
するステップ(f)とを備え、上記LDD拡散層が上記
ゲート電極にオーバーラップするように形成されている
方法である。
A first method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device functioning as a MOS field effect transistor, wherein a gate insulating film and a gate electrode are formed on a semiconductor substrate. (A) forming sequentially, and a CVD insulating film made of a silicon oxide film having a thickness of 5 nm or more and 30 nm or less covering the exposed surface of the gate electrode by a CVD method at a temperature of 800 ° C. or less on the semiconductor substrate. And (b) forming an LDD diffusion layer of the first conductivity type in the semiconductor substrate by implanting impurity ions into the semiconductor substrate from above the gate electrode and the CVD insulating film ( and c) and before and after the step (c), impurity ions are implanted into the semiconductor substrate, so that the semiconductor substrate has a second conductivity type. Forming a diffusion layer to be a punch-through stopper in step (d); and step (c) above.
And after (d), the CV on the side of the gate electrode
(E) forming a sidewall spacer with the D insulating film interposed therebetween and removing the CVD insulating film on the semiconductor substrate; and after the step (e), a first conductivity type is formed in the semiconductor substrate. Forming a source / drain diffusion layer of (d), wherein the LDD diffusion layer is formed so as to overlap the gate electrode.

【0016】この方法により、ステップ(c)において
半導体基板内に注入される不純物イオンが、ゲート電極
の端部においてゲート電極を突き抜ける現象を抑制でき
るため、ゲート絶縁膜中のダメージを抑制できる。した
がって、高い信頼性をもつゲート絶縁膜を備えた半導体
装置を製造することが可能となり、半導体装置の高信頼
性化を実現できる。一方、CVD法による絶縁膜の成長
は、800℃以下の低温のもとで実施できるので、ゲー
ト絶縁膜にバーズビークを生ぜしめることがなく、半導
体装置の微細化に対する障害とはならない。さらに、ゲ
ート電極がCVD絶縁膜によって覆われているので、ゲ
ート電極に含まれる不純物が外部へ拡散するのを防止で
きるため、特性のばらつきが少ない半導体装置を形成す
ることができる。
According to this method, the phenomenon that the impurity ions implanted into the semiconductor substrate in the step (c) penetrate the gate electrode at the end of the gate electrode can be suppressed, so that the damage in the gate insulating film can be suppressed. Therefore, a semiconductor device having a highly reliable gate insulating film can be manufactured, and high reliability of the semiconductor device can be realized. On the other hand, since the growth of the insulating film by the CVD method can be performed at a low temperature of 800 ° C. or less, bird's beak does not occur in the gate insulating film and does not become an obstacle to miniaturization of a semiconductor device. Further, since the gate electrode is covered with the CVD insulating film, diffusion of impurities contained in the gate electrode to the outside can be prevented, so that a semiconductor device with less variation in characteristics can be formed.

【0017】なお、CVD絶縁膜の被覆と不純物イオン
注入の工程を2回以上実施することにより、緩やかな不
純物濃度勾配をもつLDD構造が得られ、優れた電気特
性を有した半導体装置を実現できる。
By performing the steps of coating the CVD insulating film and implanting the impurity ions twice or more, an LDD structure having a gentle impurity concentration gradient can be obtained, and a semiconductor device having excellent electric characteristics can be realized. .

【0018】加えて、上記CVD絶縁膜の膜厚が5nm
以上30nm以下なので、イオン注入に起因するゲート
絶縁膜へのダメージを確実に低減できるとともに、過剰
な熱処理によらなくてもLDD拡散層とゲート電極とを
適正範囲でオーバーラップさせることが可能となる。
In addition, the thickness of the CVD insulating film is 5 nm.
Since the thickness is 30 nm or less , damage to the gate insulating film due to ion implantation can be reliably reduced, and the LDD diffusion layer and the gate electrode can be overlapped within an appropriate range without excessive heat treatment. .

【0019】上記第1の半導体装置の製造方法におい
て、上記ステップ(c)及び(d)の後で上記ステップ
(e)の前に、上記不純物イオンの注入によって生じた
上記ゲート絶縁膜中のダメージを回復するための加熱処
理を少なくとも酸素を含む雰囲気下において行なうステ
ップをさらに備えることにより、ダメージの存在に起因
するリークをより効果的に低減することができ、しきい
値電圧の経時変化などの不具合を抑制することができ
る。
In the first method for manufacturing a semiconductor device , after the steps (c) and (d), the step
Before (e), a step of performing a heat treatment for recovering damage in the gate insulating film caused by the implantation of the impurity ions in an atmosphere containing at least oxygen is further provided. Leakage can be reduced more effectively, and problems such as a change in threshold voltage with time can be suppressed.

【0020】上記加熱処理を行なうステップを酸窒化性
雰囲気下において行なうことにより、さらに、ゲート絶
縁膜と半導体基板との間に存在するダングリングボンド
の修復によるトラップ量の低減などの効果も得られる。
By performing the step of performing the above heat treatment in an oxynitriding atmosphere, it is possible to further obtain an effect of reducing a trap amount by repairing a dangling bond existing between the gate insulating film and the semiconductor substrate. .

【0021】本発明の第2の半導体装置の製造方法は、
MOS型電界効果トランジスタとして機能する半導体装
置の製造方法であって、半導体基板上にゲート絶縁膜及
びゲート電極を順次形成するステップ(a)と、上記半
導体基板上に、800℃以下の温度でCVD法により上
記ゲート電極の露出面を被覆する厚みが5nm以上で3
0nm以下であるシリコン酸化膜からなるCVD絶縁膜
を形成するステップ(b)と、上記CVD絶縁膜の異方
性エッチングを行なって上記ゲート電極の側面上に側壁
用CVD絶縁膜を残存させるステップ(c)と、上記ゲ
ート電極及び側壁用CVD絶縁膜の上方から上記半導体
基板内に不純物イオンを注入することにより、上記半導
体基板内に第1導電型のLDD拡散層を形成するステッ
プ(d)と、上記ステップ(d)に前後して、上記半導
体基板内に不純物イオンを注入することにより、上記半
導体基板内に第2導電型のパンチスルーストッパとなる
拡散層を形成するステップ(e)と、上記ステップ
(d)及び(e)の後に、上記ゲート電極の側面上に上
記側壁用CVD絶縁膜を挟んでサイドウォールスペーサ
を形成するステップ(f)と、上記ステップ(f)の後
に、上記半導体基板内に第1導電型のソース・ドレイン
拡散を形成するステップ(gとを備え、上記LDD
拡散層が上記ゲート電極にオーバーラップするように形
成されている方法である。
According to a second method of manufacturing a semiconductor device of the present invention,
A method of manufacturing a semiconductor device that functions as a MOS field effect transistor, and the step (a) sequentially forming a gate insulating film and a gate electrode on a semiconductor substrate, on the semiconductor substrate, CVD at 800 ° C. below the temperature The thickness covering the exposed surface of the gate electrode is 5 nm or more and 3
A step (b) of forming a CVD insulating film made of a silicon oxide film having a thickness of 0 nm or less, and a step of performing anisotropic etching of the CVD insulating film to leave a side wall CVD insulating film on the side surface of the gate electrode ( c) forming an LDD diffusion layer of the first conductivity type in the semiconductor substrate by implanting impurity ions into the semiconductor substrate from above the gate electrode and the side wall CVD insulating film; Forming a diffusion layer serving as a punch-through stopper of the second conductivity type in the semiconductor substrate by implanting impurity ions into the semiconductor substrate before and after the step (d); The above steps
After (d) and (e) , a step (f) of forming a side wall spacer on the side surface of the gate electrode with the side wall CVD insulating film interposed therebetween, and after the step (f), the inside of the semiconductor substrate is formed. Forming a source / drain diffusion layer of the first conductivity type (g ).
This is a method in which a diffusion layer is formed so as to overlap the gate electrode.

【0022】この方法により、半導体基板上のCVD絶
縁膜が除去されるので、LDD拡散層を形成するための
不純物イオン注入時の加速エネルギーを低減できる。し
たがって、不純物イオンのゲート電極の両端部における
突き抜けをさらに抑制できることになる。
According to this method, since the CVD insulating film on the semiconductor substrate is removed, the acceleration energy at the time of impurity ion implantation for forming the LDD diffusion layer can be reduced. Therefore, penetration of impurity ions at both ends of the gate electrode can be further suppressed.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態) まず、本発明の第1の実施形態について説明する。図1
(a)〜(e)は、本実施形態に係るMOSFETとし
て機能する半導体装置の製造工程を示す断面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First Embodiment First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG.
5A to 5E are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a semiconductor device functioning as a MOSFET according to the embodiment.

【0024】図1(a)〜(e)において、11はSi
基板、12はゲート酸化膜、13はゲート電極、14は
LDD拡散層を形成するためにSi基板11内に注入さ
れる不純物イオンとしてのヒ素イオン、15aおよび1
5bはLDD拡散層、16aおよび16bはサイドウォ
ールスペーサ、17はソース拡散層、18はドレイン拡
散層、19はCVD法により堆積されるシリコン酸化膜
からなるCVD絶縁膜である。
1A to 1E, reference numeral 11 denotes Si.
A substrate, 12 a gate oxide film, 13 a gate electrode, 14 arsenic ions as impurity ions implanted into the Si substrate 11 to form an LDD diffusion layer, 15a and 1
5b is an LDD diffusion layer, 16a and 16b are side wall spacers, 17 is a source diffusion layer, 18 is a drain diffusion layer, and 19 is a CVD insulating film made of a silicon oxide film deposited by a CVD method.

【0025】まず、図1(a)に示す工程で、P型シリ
コンからなるSi基板11上に、パイロ酸化により膜厚
が9nmのシリコン酸化膜からなるゲート酸化膜12を
形成した後、その上にリンドープされたポリシリコンか
らなるゲート電極13を形成する。
First, in a step shown in FIG. 1A, a gate oxide film 12 made of a silicon oxide film having a thickness of 9 nm is formed on a Si substrate 11 made of P-type silicon by pyro-oxidation, and then a gate oxide film 12 is formed thereon. A gate electrode 13 made of polysilicon doped with phosphorus is formed.

【0026】次に、図1(b)に示す工程で、基板上に
減圧CVD法により厚みが10nmのシリコン酸化膜か
らなるCVD絶縁膜19を堆積し、ゲート酸化膜12及
びゲート電極13をCVD絶縁膜19によって被覆す
る。
Next, in a step shown in FIG. 1B, a CVD insulating film 19 made of a silicon oxide film having a thickness of 10 nm is deposited on the substrate by a low pressure CVD method, and the gate oxide film 12 and the gate electrode 13 are formed by CVD. It is covered with an insulating film 19.

【0027】次に、図1(c)に示す工程で、ゲート電
極13及びCVD絶縁膜19の上方から、Si基板11
内にヒ素イオン14を注入し、Si基板11内における
ゲート電極13の両側方に位置する領域にN型のLDD
拡散層15a,15bを形成する。注入条件は、例えば
加速エネルギーが50keVでドーズ量が5×1014
-2である。また、LDD拡散層15a,15bをゲー
ト電極13にオーバーラップさせるために、イオン注入
の角度を基板面にほぼ垂直な方向から約25°傾けてい
る(4ステップ注入)。
Next, in the step shown in FIG. 1C, the Si substrate 11 is formed from above the gate electrode 13 and the CVD insulating film 19.
Arsenic ions 14 are implanted into the substrate, and N-type LDDs are
The diffusion layers 15a and 15b are formed. The implantation conditions are, for example, an acceleration energy of 50 keV and a dose of 5 × 10 14 c.
m- 2 . In order to overlap the LDD diffusion layers 15a and 15b with the gate electrode 13, the ion implantation angle is inclined by about 25 ° from a direction substantially perpendicular to the substrate surface (four-step implantation).

【0028】次に、図1(d)に示す工程で、基板上に
TEOS膜を堆積した後、異方性エッチングを行なっ
て、ゲート電極13の側面上にCVD絶縁膜19を挟ん
でTEOS膜からなるサイドウォールスペーサ16a,
16bを形成する。この工程で、Si基板11上のゲー
ト酸化膜12及びCVD絶縁膜19が除去される。
Next, in the step shown in FIG. 1D, after a TEOS film is deposited on the substrate, anisotropic etching is performed, and a TEOS film is formed on the side surface of the gate electrode 13 with the CVD insulating film 19 interposed therebetween. Sidewall spacers 16a,
16b is formed. In this step, the gate oxide film 12 and the CVD insulating film 19 on the Si substrate 11 are removed.

【0029】その後、図1(e)に示す工程で、ゲート
電極13,CVD絶縁膜19及びサイドウォールスペー
サ16a,16bの上方から、Si基板11内にヒ素イ
オンを注入して、LDD拡散層15a,15bの外側に
N型のソース拡散層17およびドレイン拡散層18をそ
れぞれ形成する。イオン注入条件は、例えば加速エネル
ギーが50keVで、ドーズ量が2×1015cm-2であ
る。また、チャネリング防止のために、イオン注入の角
度を基板面にほぼ垂直な方向から約7°傾けている。
Thereafter, in the step shown in FIG. 1E, arsenic ions are implanted into the Si substrate 11 from above the gate electrode 13, the CVD insulating film 19, and the sidewall spacers 16a and 16b, thereby forming the LDD diffusion layer 15a. , 15b, an N-type source diffusion layer 17 and a drain diffusion layer 18 are formed respectively. The ion implantation conditions are, for example, an acceleration energy of 50 keV and a dose of 2 × 10 15 cm −2 . In order to prevent channeling, the angle of ion implantation is inclined by about 7 ° from a direction substantially perpendicular to the substrate surface.

【0030】本実施形態の製造方法によれば、図1
(c)に示す工程で、ゲート電極13の側面がCVD絶
縁膜19によって被覆されているので、LDD拡散層1
5a,15bを形成する目的でSi基板11内に注入さ
れるヒ素イオン14が、ゲート電極13の端部において
ゲート電極13を突き抜けてその下方のゲート酸化膜1
2に導入されるのを抑制することができる。したがっ
て、上記従来の半導体装置の製造方法によって生じるよ
うなゲート酸化膜12中のダメージ、具体的には、ゲー
ト酸化膜12のうちのゲート絶縁膜として機能する領域
(ゲート電極13の下方に位置する部分)におけるダメ
ージ(以下の各実施形態においても同様)を抑制でき、
高い絶縁性および信頼性を有するゲート酸化膜を備えた
半導体装置を得ることができる。すなわち、MOSFE
Tとして機能する半導体装置の高信頼性化を実現でき
る。
According to the manufacturing method of this embodiment, FIG.
In the step shown in FIG. 3C, since the side surface of the gate electrode 13 is covered with the CVD insulating film 19, the LDD diffusion layer 1 is formed.
Arsenic ions 14 implanted into the Si substrate 11 for the purpose of forming 5a and 15b penetrate the gate electrode 13 at the end of the gate electrode 13 and the gate oxide film 1 thereunder.
2 can be suppressed. Therefore, damage in gate oxide film 12 caused by the above-described conventional method of manufacturing a semiconductor device, specifically, a region of gate oxide film 12 that functions as a gate insulating film (located below gate electrode 13). Part) (similarly in the following embodiments),
A semiconductor device having a gate oxide film having high insulation and reliability can be obtained. That is, MOSFE
High reliability of the semiconductor device functioning as T can be realized.

【0031】また、CVD法によって形成されるCVD
絶縁膜の成長は、800℃以下の低温のもとで実施され
るため、比較的高温下で行なわれる熱酸化により厚い保
護用の酸化膜を形成する場合のように、ゲート酸化膜1
2のうちゲート電極13の下方に位置する領域(現実に
ゲート絶縁膜として機能する領域)の両端部にバーズビ
ークを生ぜしめることはなく、ゲート長を正確に制御で
きる。よって、半導体装置の微細化に有利である。ま
た、熱酸化工程よりもCVD工程の方が低温条件で行な
われることにより、ゲート電極13にドーピングされて
いるリンなどの不純物がゲート電極13から下方のゲー
ト酸化膜12やSi基板11に拡散するのを抑制するこ
とができる。
Further, the CVD formed by the CVD method
Since the growth of the insulating film is performed at a low temperature of 800 ° C. or less, as in the case of forming a thick protective oxide film by thermal oxidation performed at a relatively high temperature, the gate oxide film 1 is formed.
The bird's beak does not occur at both ends of a region (a region actually functioning as a gate insulating film) located below the gate electrode 13 of the gate electrode 2, and the gate length can be accurately controlled. Therefore, it is advantageous for miniaturization of a semiconductor device. Further, by performing the CVD process at a lower temperature condition than the thermal oxidation process, impurities such as phosphorus doped in the gate electrode 13 diffuse into the gate oxide film 12 and the Si substrate 11 below the gate electrode 13. Can be suppressed.

【0032】さらに、ゲート電極13をCVD絶縁膜1
9で被覆しておくことにより、ゲート電極13中の不純
物がゲート電極13の側方や上方に拡散するのを防止で
きるため、特性のばらつきが少ない半導体装置を得るこ
とができるという利点をも有する。
Further, the gate electrode 13 is formed on the CVD insulating film 1.
By covering with 9, it is possible to prevent impurities in the gate electrode 13 from being diffused to the side and above the gate electrode 13, so that there is also an advantage that a semiconductor device with less variation in characteristics can be obtained. .

【0033】なお、本実施形態の図1(c)に示すヒ素
イオン14の注入工程に前後して、パンチスルーストッ
パとなるP型拡散層を形成するためのB(ボロン)イオ
ンまたはBF2 イオンをCVD絶縁膜19及びゲート酸
化膜12の上方からSi基板11内に注入してもよい。
また、ヒ素イオンの代わりにP(リン)イオンを用いて
もよい。これらの場合においても、本実施形態と同様の
効果が得られることは明らかである。
Before or after the step of implanting arsenic ions 14 shown in FIG. 1C of this embodiment, B (boron) ions or BF 2 ions for forming a P-type diffusion layer serving as a punch-through stopper are provided. May be implanted into the Si substrate 11 from above the CVD insulating film 19 and the gate oxide film 12.
Further, P (phosphorus) ions may be used instead of arsenic ions. It is clear that the same effects as in the present embodiment can be obtained in these cases.

【0034】(第2の実施形態) 次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図2
(a)〜(e)は、本実施形態に係るMOSFETとし
て機能する半導体装置の製造工程を示す断面図である。
図2(a)〜(e)において、11はSi基板、12は
ゲート酸化膜、13はゲート電極、14はLDD拡散層
を形成するためにSi基板11内に注入される不純物イ
オンとしてのヒ素イオン、15aおよび15bはLDD
拡散層、16aおよび16bはサイドウォールスペー
サ、17はソース拡散層、18はドレイン拡散層、19
はCVD法により堆積されるシリコン酸化膜からなるC
VD絶縁膜である。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG.
5A to 5E are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a semiconductor device functioning as a MOSFET according to the embodiment.
2A to 2E, 11 is a Si substrate, 12 is a gate oxide film, 13 is a gate electrode, 14 is arsenic as an impurity ion implanted into the Si substrate 11 to form an LDD diffusion layer. Ions, 15a and 15b are LDD
Diffusion layers, 16a and 16b are side wall spacers, 17 is a source diffusion layer, 18 is a drain diffusion layer, 19
Is C composed of a silicon oxide film deposited by the CVD method.
This is a VD insulating film.

【0035】まず、図2(a)に示す工程で、P型シリ
コンからなるSi基板11上に膜厚が9nmのシリコン
酸化膜からなるゲート酸化膜12を形成した後、その上
にリンドープされたポリシリコンからなるゲート電極1
3を形成する。
First, in the step shown in FIG. 2A, a gate oxide film 12 made of a silicon oxide film having a thickness of 9 nm was formed on a Si substrate 11 made of P-type silicon, and phosphorus was doped thereon. Gate electrode 1 made of polysilicon
Form 3

【0036】次に、図2(b)に示す工程で、基板上に
減圧CVD法により厚みが10nmのシリコン酸化膜か
らなるCVD絶縁膜19を堆積し、ゲート酸化膜12及
びゲート電極13をCVD絶縁膜19によって被覆す
る。つづいて、異方性エッチングを行なって、ゲート電
極13の側面上の部分を除くCVD絶縁膜19と、ゲー
ト電極13の下方の部分を除くゲート酸化膜12とを除
去する。
Next, in the step shown in FIG. 2B, a CVD insulating film 19 made of a silicon oxide film having a thickness of 10 nm is deposited on the substrate by a low pressure CVD method, and the gate oxide film 12 and the gate electrode 13 are formed by CVD. It is covered with an insulating film 19. Subsequently, anisotropic etching is performed to remove the CVD insulating film 19 excluding the portion on the side surface of the gate electrode 13 and the gate oxide film 12 excluding the portion below the gate electrode 13.

【0037】次に、図2(c)に示す工程で、ゲート電
極13及びCVD絶縁膜19の上方から、Si基板11
内にヒ素イオン14を注入し、Si基板11内における
ゲート電極13の両側方に位置する領域にN型のLDD
拡散層15a,15bを形成する。注入条件は、例えば
加速エネルギーが30keVでドーズ量が5×1014
-2である。また、LDD拡散層15a,15bをゲー
ト電極13にオーバーラップさせるために、イオン注入
の角度を基板面にほぼ垂直な方向から約25°傾けてい
る(4ステップ注入)。
Next, in the step shown in FIG. 2C, the Si substrate 11 is placed from above the gate electrode 13 and the CVD insulating film 19.
Arsenic ions 14 are implanted into the substrate, and N-type LDDs are
The diffusion layers 15a and 15b are formed. The implantation conditions are, for example, an acceleration energy of 30 keV and a dose of 5 × 10 14 c.
m- 2 . In order to overlap the LDD diffusion layers 15a and 15b with the gate electrode 13, the ion implantation angle is inclined by about 25 ° from a direction substantially perpendicular to the substrate surface (four-step implantation).

【0038】次に、図2(d)に示す工程で、基板上に
TEOS膜を堆積した後、異方性エッチングを行なっ
て、ゲート電極13の側面上にCVD絶縁膜19を介し
TEOS膜からなるサイドウォールスペーサ16a,1
6bを形成する。
Next, in the step shown in FIG. 2D, after depositing a TEOS film on the substrate, anisotropic etching is performed to form a film on the side surface of the gate electrode 13 from the TEOS film via the CVD insulating film 19. Sidewall spacers 16a, 1
6b is formed.

【0039】その後、図2(e)に示す工程で、ゲート
電極13,CVD絶縁膜19及びサイドウォールスペー
サ16a,16bの上方から、Si基板11内にヒ素イ
オンを注入して、LDD拡散層15a,15bの外側に
N型のソース拡散層17およびドレイン拡散層18をそ
れぞれ形成する。イオン注入条件は、例えば加速エネル
ギーが50keVで、ドーズ量が2×1015cm-2であ
る。また、チャネリング防止のために、イオン注入の角
度を基板面にほぼ垂直な方向から約7°傾けている。
Thereafter, in the step shown in FIG. 2E, arsenic ions are implanted into the Si substrate 11 from above the gate electrode 13, the CVD insulating film 19, and the sidewall spacers 16a and 16b, thereby forming the LDD diffusion layer 15a. , 15b, an N-type source diffusion layer 17 and a drain diffusion layer 18 are formed respectively. The ion implantation conditions are, for example, an acceleration energy of 50 keV and a dose of 2 × 10 15 cm −2 . In order to prevent channeling, the angle of ion implantation is inclined by about 7 ° from a direction substantially perpendicular to the substrate surface.

【0040】本実施形態の製造方法によれば、図2
(c)に示す工程で、ゲート電極13の側面がCVD絶
縁膜19によって被覆されているので、LDD拡散層1
5a,15bを形成する目的でSi基板11内に注入さ
れるヒ素イオン14が、ゲート電極13の端部において
ゲート電極13を突き抜けるのが阻止される。よって、
上記第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
特に、本実施形態の方法によると、図2(b)に示す工
程で、ゲート電極13の側面上を除く領域では、CVD
絶縁膜19が除去されているので、不純物イオン注入時
の注入エネルギーが小さくて済む。その結果、ゲート電
極13の側面上のCVD絶縁膜19を突き抜けてゲート
酸化膜12に達する不純物量が、第1の実施形態の製造
工程よりも低減されるという利点がある。
According to the manufacturing method of this embodiment, FIG.
In the step shown in FIG. 3C, since the side surface of the gate electrode 13 is covered with the CVD insulating film 19, the LDD diffusion layer 1 is formed.
Arsenic ions 14 implanted into the Si substrate 11 for the purpose of forming 5a and 15b are prevented from penetrating through the gate electrode 13 at the end of the gate electrode 13. Therefore,
The same effects as in the first embodiment can be obtained.
In particular, according to the method of the present embodiment, in the step shown in FIG.
Since the insulating film 19 is removed, the implantation energy at the time of implanting impurity ions can be reduced. As a result, there is an advantage that the amount of impurities penetrating through the CVD insulating film 19 on the side surface of the gate electrode 13 and reaching the gate oxide film 12 is reduced as compared with the manufacturing process of the first embodiment.

【0041】なお、本実施形態の図2(c)に示すヒ素
イオン14の注入工程に前後して、パンチスルーストッ
パとなるP型拡散層を形成するためのB(ボロン)イオ
ンまたはBF2 イオンをCVD絶縁膜19及びゲート酸
化膜12の上方からSi基板11内に注入してもよい。
その場合においても、本実施形態と同様の効果が得られ
ることは明らかである。
Before or after the step of implanting arsenic ions 14 shown in FIG. 2C of this embodiment, B (boron) ions or BF 2 ions for forming a P-type diffusion layer serving as a punch-through stopper May be implanted into the Si substrate 11 from above the CVD insulating film 19 and the gate oxide film 12.
In that case, it is apparent that the same effects as those of the present embodiment can be obtained.

【0042】また、CVD絶縁膜19の被覆とLDD拡
散層15a,15b形成のための不純物イオン注入と
を、不純物イオンの濃度を徐々に濃くしながら2回以上
繰り返して実施することにより、緩やかな不純物濃度勾
配をもつLDD構造が得られ、優れた電気特性を有する
半導体装置を実現できる。
The coating of the CVD insulating film 19 and the implantation of the impurity ions for forming the LDD diffusion layers 15a and 15b are repeated twice or more while gradually increasing the concentration of the impurity ions, whereby a gentler operation is achieved. An LDD structure having an impurity concentration gradient can be obtained, and a semiconductor device having excellent electric characteristics can be realized.

【0043】−CVD絶縁膜の厚みの適正範囲− 次に、上記第1および第2の実施形態におけるCVD絶
縁膜19の膜厚の適正範囲について説明する。
-Proper Range of Thickness of CVD Insulating Film-Next, the proper range of the thickness of the CVD insulating film 19 in the first and second embodiments will be described.

【0044】図3は、ゲート酸化膜のリーク特性のCV
D絶縁膜厚みに対する依存性を示す特性図である。同図
において、横軸はCVD酸化膜の厚みを表し、縦軸はゲ
ート酸化膜のリーク電流を表している。同図に示すよう
に、CVD絶縁膜を5nm以上堆積することにより、ゲ
ート酸化膜のリーク電流が激減しており、イオン注入に
起因するゲート酸化膜へのダメージを低減できる効果が
大きいことがわかる。ただし、CVD絶縁膜膜厚が大き
くなるのにつれてダメージ低減効果が顕著になるが、過
剰な熱処理によらなくてもLDD拡散層とゲート電極と
を適正範囲でオーバーラップさせるためには、CVD絶
縁膜の膜厚が30nm以下であることが好ましい。
FIG. 3 shows the CV of the leak characteristic of the gate oxide film.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a dependency on a D insulating film thickness. In the figure, the horizontal axis represents the thickness of the CVD oxide film, and the vertical axis represents the leak current of the gate oxide film. As shown in the figure, by depositing a CVD insulating film of 5 nm or more, the leak current of the gate oxide film is drastically reduced, and it can be seen that the effect of reducing damage to the gate oxide film due to ion implantation is great. . However, as the thickness of the CVD insulating film increases, the effect of reducing the damage becomes more remarkable. However, in order to allow the LDD diffusion layer and the gate electrode to overlap within an appropriate range without excessive heat treatment, the CVD insulating film is required. Is preferably 30 nm or less.

【0045】また、上記第1,第2の実施形態において
は、CVD絶縁膜19をシリコン酸化膜により構成した
が、CVD絶縁膜19をシリコン窒化膜により構成して
もよい。シリコン酸化膜によりCVD膜19を構成した
場合には、シリコン窒化膜に比べて下地に与えるストレ
スが小さいという利点がある。一方、シリコン窒化膜に
よりCVD絶縁膜19を構成した場合には、その後の高
温下で行なわれる工程(不純物の拡散工程など)におい
てゲート酸化膜12におけるバーズビークの発生をより
効果的に抑制できる利点がある。このことは、後述する
MOSFETに関する実施形態においても同様である。
In the first and second embodiments, the CVD insulating film 19 is made of a silicon oxide film. However, the CVD insulating film 19 may be made of a silicon nitride film. When the CVD film 19 is formed of a silicon oxide film, there is an advantage that stress applied to a base is smaller than that of a silicon nitride film. On the other hand, when the CVD insulating film 19 is formed of a silicon nitride film, there is an advantage that the occurrence of bird's beaks in the gate oxide film 12 can be more effectively suppressed in a subsequent step performed at a high temperature (such as an impurity diffusion step). is there. This is the same in an embodiment relating to a MOSFET described later.

【0046】(第3の実施形態) 次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図4
(a)〜(c)は、本実施形態に係る不揮発性半導体記
憶装置として機能する半導体装置の製造工程を示す断面
図である。図4(a)〜(c)において、11はSi基
板、12はゲート酸化膜、17はソース拡散層、18は
ドレイン拡散層、19はCVD法により堆積される絶縁
膜、20は浮遊ゲート電極、21は層間絶縁膜、22は
制御ゲート電極、23はソース拡散層およびドレイン拡
散層を形成するためにSi基板11に注入される不純物
イオンとしてのリンイオンである。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG.
5A to 5C are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a semiconductor device functioning as the nonvolatile semiconductor memory device according to the embodiment. 4A to 4C, 11 is a Si substrate, 12 is a gate oxide film, 17 is a source diffusion layer, 18 is a drain diffusion layer, 19 is an insulating film deposited by a CVD method, and 20 is a floating gate electrode. , 21 are interlayer insulating films, 22 is a control gate electrode, and 23 are phosphorus ions as impurity ions implanted into the Si substrate 11 to form a source diffusion layer and a drain diffusion layer.

【0047】まず、図4(a)に示す工程で、P型シリ
コンからなるSi基板11上に膜厚が9nmのシリコン
酸化膜からなるゲート酸化膜12を形成した後、その上
に、リンドープされたポリシリコンからなる浮遊ゲート
電極20,ONO膜(窒化膜の上下に酸化膜を設けてな
る3層膜)からなる層間絶縁膜21,およびリンドープ
されたポリシリコンからなる制御ゲート電極22を順次
形成する。
First, in a step shown in FIG. 4A, a gate oxide film 12 made of a silicon oxide film having a thickness of 9 nm is formed on a Si substrate 11 made of P-type silicon, and then a phosphorus-doped silicon oxide film is formed thereon. A floating gate electrode 20 made of polysilicon, an interlayer insulating film 21 made of an ONO film (a three-layer film having an oxide film provided above and below a nitride film), and a control gate electrode 22 made of polysilicon doped with phosphorus. I do.

【0048】次に、図4(b)に示す工程で、基板上に
減圧CVD法により厚みが10nmのシリコン酸化膜か
らなるCVD絶縁膜19を堆積し、ゲート酸化膜12
と、浮遊ゲート電極20,層間絶縁膜21及び制御ゲー
ト電極22からなる多層体とをCVD絶縁膜により被覆
する。
Next, in a step shown in FIG. 4B, a CVD insulating film 19 made of a silicon oxide film having a thickness of 10 nm is deposited on the substrate by a low pressure CVD method, and a gate oxide film 12 is formed.
And a multilayer body composed of the floating gate electrode 20, the interlayer insulating film 21, and the control gate electrode 22 are covered with a CVD insulating film.

【0049】その後、図4(c)に示す工程で、CVD
絶縁膜19で覆われた制御ゲート電極22,浮遊ゲート
電極20等の上方から、Si基板11内にリンイオン2
3を注入し、Si基板11内における浮遊ゲート電極2
0の両側方に位置する領域にN型のソース拡散層17お
よびドレイン拡散層18を形成する。注入条件は、例え
ば加速エネルギーが70keVで、ドーズ量が5×10
15cm-2である。また、チャネリング防止のために、イ
オン注入の角度を基板面にほぼ垂直な方向から約7°傾
けている。
Thereafter, in the step shown in FIG.
Phosphorus ions 2 are introduced into the Si substrate 11 from above the control gate electrode 22 and the floating gate electrode 20 covered with the insulating film 19.
3 and the floating gate electrode 2 in the Si substrate 11
An N-type source diffusion layer 17 and a drain diffusion layer 18 are formed in regions located on both sides of 0. The implantation conditions are, for example, an acceleration energy of 70 keV and a dose of 5 × 10 5
15 cm -2 . In order to prevent channeling, the angle of ion implantation is inclined by about 7 ° from a direction substantially perpendicular to the substrate surface.

【0050】本実施形態の製造方法によれば、図4
(c)に示す工程で、浮遊ゲート電極20の側面がCV
D絶縁膜19によって被覆されているので、浮遊ゲート
電極20や制御ゲート電極22の端部におけるリンイオ
ンの突き抜けを抑制できる。よって、高い絶縁性および
信頼性を有するゲート酸化膜12及び層間絶縁膜21を
備えた不揮発性半導体記憶装置を得ることができ、不揮
発性半導体記憶装置の書き換え回数の向上および各種デ
ィスターブ特性の向上が実現できる。
According to the manufacturing method of this embodiment, FIG.
In the step shown in (c), the side surface of the floating gate electrode 20 is
Since the floating gate electrode 20 and the control gate electrode 22 are covered with the D insulating film 19, the penetration of phosphorus ions at the ends of the floating gate electrode 20 and the control gate electrode 22 can be suppressed. Therefore, a nonvolatile semiconductor memory device having the gate oxide film 12 and the interlayer insulating film 21 having high insulation and reliability can be obtained, and the number of times of rewriting of the nonvolatile semiconductor memory device and various disturbance characteristics can be improved. realizable.

【0051】また、CVD法によって形成されるCVD
絶縁膜の成長は、800℃以下の低温のもとで実施され
るため、熱酸化によって厚い保護酸化膜を形成する場合
のようにゲート酸化膜12における浮遊ゲート電極20
の下方に位置する領域(現実にゲート絶縁膜として機能
する部分)の厚膜化(バーズビーク)を招くことはな
く、ゲート長を正確に制御できる。よって、半導体装置
の微細化に有利である。また、ONO膜からなる層間絶
縁膜21の端部における厚膜化(バーズビーク)も抑制
できるので、層間絶縁膜の端部に局部的にストレスが印
加されることに起因する素子特性のばらつきをも防止す
ることができる。
Further, the CVD formed by the CVD method
Since the growth of the insulating film is performed at a low temperature of 800 ° C. or less, the floating gate electrode 20 in the gate oxide film 12 is formed as in the case of forming a thick protective oxide film by thermal oxidation.
The gate length can be accurately controlled without increasing the thickness (bird's beak) of a region (a portion actually functioning as a gate insulating film) located below the gate electrode. Therefore, it is advantageous for miniaturization of a semiconductor device. In addition, since the thickening (bird's beak) at the end of the interlayer insulating film 21 made of the ONO film can be suppressed, variation in element characteristics due to local stress being applied to the end of the interlayer insulating film is also reduced. Can be prevented.

【0052】さらに、熱酸化工程よりもCVD工程の方
が低温条件で行なわれることにより、浮遊ゲート電極2
0にドーピングされているリンなどの不純物が浮遊ゲー
ト電極20から下方のゲート酸化膜12やSi基板11
に拡散するのを抑制することができる。
Further, since the CVD process is performed at a lower temperature condition than the thermal oxidation process, the floating gate electrode 2
An impurity such as phosphorus doped with 0 is formed below the floating gate electrode 20 from the gate oxide film 12 or the Si substrate 11.
Can be suppressed.

【0053】さらに、浮遊ゲート電極20や制御ゲート
電極22をCVD絶縁膜19で被覆しておくことによ
り、浮遊ゲート電極20や制御ゲート電極22中の不純
物がその外方に拡散するのを防止できるため、特性のば
らつきが少ない不揮発性半導体記憶装置を得ることがで
きる。
Further, by covering the floating gate electrode 20 and the control gate electrode 22 with the CVD insulating film 19, the diffusion of impurities in the floating gate electrode 20 and the control gate electrode 22 to the outside can be prevented. Therefore, it is possible to obtain a non-volatile semiconductor memory device with less variation in characteristics.

【0054】加えて、浮遊ゲート電極20が良質のCV
D絶縁膜19によって覆われているので、電荷保持特性
に優れた不揮発性半導体記憶装置を得ることができる。
In addition, the floating gate electrode 20 has a high quality CV
Since the semiconductor device is covered with the D insulating film 19, a nonvolatile semiconductor memory device having excellent charge retention characteristics can be obtained.

【0055】なお、本実施形態の図4(c)に示すリン
イオン23の注入工程に前後して、しきい値制御層又は
パンチスルーストッパとなるP型拡散層を形成するため
のB(ボロン)イオンまたはBF2 イオンをCVD絶縁
膜19及びゲート酸化膜12を通過させてSi基板11
内に注入してもよい。その場合においても、本実施形態
と同様の効果が得られることは明らかである。
Before or after the step of implanting phosphorus ions 23 shown in FIG. 4C of this embodiment, B (boron) for forming a P-type diffusion layer serving as a threshold control layer or a punch-through stopper is formed. Ions or BF 2 ions are passed through the CVD insulating film 19 and the gate oxide film 12 so that the Si substrate 11
You may inject into. In that case, it is apparent that the same effects as those of the present embodiment can be obtained.

【0056】(第4の実施形態) 次に、第4の実施形態について説明する。図5(a)〜
(c)は、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置と
して機能する半導体装置の製造工程を示す断面図であ
る。図5(a)〜(c)において、11はSi基板、1
2はゲート酸化膜、17はソース拡散層、18はドレイ
ン拡散層、19はCVD法により堆積されるシリコン酸
化膜からなるCVD絶縁膜、20は浮遊ゲート電極、2
1は層間絶縁膜、22は制御ゲート電極、23はソース
拡散層およびドレイン拡散層を形成するためにSi基板
11に注入される不純物イオンとしてのリンイオンであ
る。
(Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment will be described. FIG.
FIG. 3C is a cross-sectional view illustrating a step of manufacturing the semiconductor device functioning as the nonvolatile semiconductor memory device according to the embodiment. 5A to 5C, reference numeral 11 denotes a Si substrate, 1
2 is a gate oxide film, 17 is a source diffusion layer, 18 is a drain diffusion layer, 19 is a CVD insulating film made of a silicon oxide film deposited by a CVD method, 20 is a floating gate electrode, 2
Reference numeral 1 denotes an interlayer insulating film, 22 denotes a control gate electrode, and 23 denotes phosphorus ions as impurity ions implanted into the Si substrate 11 to form a source diffusion layer and a drain diffusion layer.

【0057】まず、図5(a)に示す工程で、P型シリ
コンからなるSi基板11上に膜厚が9nmのシリコン
酸化膜からなるゲート酸化膜12を形成した後、その上
に、リンドープされたポリシリコンからなる浮遊ゲート
電極20,ONO膜(窒化膜の上下に酸化膜を設けてな
る3層膜)からなる層間絶縁膜21,およびリンドープ
されたポリシリコンからなる制御ゲート電極22を順次
形成する。
First, in the step shown in FIG. 5A, a gate oxide film 12 made of a silicon oxide film having a thickness of 9 nm is formed on a Si substrate 11 made of P-type silicon, and then phosphorus-doped thereon. A floating gate electrode 20 made of polysilicon, an interlayer insulating film 21 made of an ONO film (a three-layer film having an oxide film provided above and below a nitride film), and a control gate electrode 22 made of polysilicon doped with phosphorus. I do.

【0058】次に、図5(b)に示す工程で、基板上に
減圧CVD法により厚みが10nmのシリコン酸化膜か
らなるCVD絶縁膜19を堆積し、ゲート酸化膜12
と、浮遊ゲート電極20,層間絶縁膜及び制御ゲート電
極22からなる多層体とをCVD絶縁膜により被覆す
る。つづいて、異方性エッチングを行なって、浮遊ゲー
ト電極20,層間絶縁膜21及び制御ゲート電極22の
側面上の部分を除くCVD絶縁膜19と、浮遊ゲート電
極20の下方の部分を除くゲート酸化膜12とを除去す
る。
Next, in a step shown in FIG. 5B, a CVD insulating film 19 made of a silicon oxide film having a thickness of 10 nm is deposited on the substrate by a low pressure CVD method, and a gate oxide film 12 is formed.
And a multilayer body composed of the floating gate electrode 20, the interlayer insulating film and the control gate electrode 22 are covered with a CVD insulating film. Subsequently, anisotropic etching is performed to form a CVD insulating film 19 excluding portions on the side surfaces of the floating gate electrode 20, the interlayer insulating film 21, and the control gate electrode 22, and a gate oxide excluding a portion below the floating gate electrode 20. The film 12 is removed.

【0059】その後、図5(c)に示す工程で、CVD
絶縁膜19,制御ゲート電極22,浮遊ゲート電極20
等の上方から、Si基板11内にリンイオン23を注入
し、Si基板11内における浮遊ゲート電極20の両側
方に位置する領域にN型のソース拡散層17およびドレ
イン拡散層18を形成する。注入条件は、例えば加速エ
ネルギーが50keVで、ドーズ量が5×1015cm-2
である。また、チャネリング防止のために、イオン注入
の角度を基板面にほぼ垂直な方向から約7°傾けてい
る。
Thereafter, in the step shown in FIG.
Insulating film 19, control gate electrode 22, floating gate electrode 20
Phosphorus ions 23 are implanted into the Si substrate 11 from above or the like, and N-type source diffusion layers 17 and drain diffusion layers 18 are formed in regions located on both sides of the floating gate electrode 20 in the Si substrate 11. The implantation conditions include, for example, an acceleration energy of 50 keV and a dose of 5 × 10 15 cm −2.
It is. In order to prevent channeling, the angle of ion implantation is inclined by about 7 ° from a direction substantially perpendicular to the substrate surface.

【0060】本実施形態の製造方法によれば、図5
(c)に示す工程で、浮遊ゲート電極20の側面がCV
D絶縁膜19によって被覆されているので、ソース拡散
層17及びドレイン拡散層18を形成する目的でSi基
板11内に注入されるリンイオン23が、浮遊ゲート電
極20の端部において浮遊ゲート電極20を突き抜けて
ゲート酸化膜12に達するのが抑制される。また、上記
第3の実施形態と同様に、CVD絶縁膜19を形成する
工程では、熱酸化工程のごとくゲート酸化膜12の端部
の厚膜化(バーズビーク)を招くことはないので、ゲー
ト長を正確に制御できる。よって、半導体装置の微細化
に有利である。また、ONO膜からなる層間絶縁膜21
の端部における厚膜化(バーズビーク)も抑制できるの
で、層間絶縁膜の端部に局部的にストレスが印加される
ことに起因する素子特性のばらつきをも防止することが
できる。よって、第4の実施形態と同様の効果を得るこ
とができる。
According to the manufacturing method of this embodiment, FIG.
In the step shown in (c), the side surface of the floating gate electrode 20 is
Since it is covered with the D insulating film 19, the phosphorus ions 23 implanted into the Si substrate 11 to form the source diffusion layer 17 and the drain diffusion layer 18 cause the floating gate electrode 20 at the end of the floating gate electrode 20. Penetration to the gate oxide film 12 is suppressed. Further, similarly to the third embodiment, in the step of forming the CVD insulating film 19, the end portion of the gate oxide film 12 is not thickened (bird's beak) unlike the thermal oxidation step. Can be controlled accurately. Therefore, it is advantageous for miniaturization of a semiconductor device. Also, an interlayer insulating film 21 made of an ONO film
(Bird's beak) can also be suppressed at the end of the device, so that it is possible to prevent variations in device characteristics due to local stress being applied to the end of the interlayer insulating film. Therefore, the same effect as in the fourth embodiment can be obtained.

【0061】なお、CVD絶縁膜の被覆とリンイオンの
注入とを、不純物イオンの濃度を順次濃くしながら2回
以上実施することにより、緩やかな不純物濃度勾配をも
つソース・ドレイン構造が得られ、優れた電気特性を有
する不揮発性半導体記憶装置を実現できる。
By performing the coating of the CVD insulating film and the implantation of phosphorus ions twice or more while sequentially increasing the impurity ion concentration, a source / drain structure having a gentle impurity concentration gradient can be obtained. A nonvolatile semiconductor memory device having improved electrical characteristics can be realized.

【0062】なお、本実施形態の図5(c)に示すリン
イオン23の注入工程に前後して、しきい値制御層又は
パンチスルーストッパとなるP型拡散層を形成するため
のB(ボロン)イオンまたはBF2 イオンをCVD絶縁
膜19及びゲート酸化膜12の上方からSi基板11内
に注入してもよい。その場合においても、本実施形態と
同様の効果が得られることは明らかである。
Before or after the step of implanting the phosphorus ions 23 shown in FIG. 5C of this embodiment, B (boron) for forming a threshold control layer or a P-type diffusion layer serving as a punch-through stopper is formed. Ions or BF 2 ions may be implanted into the Si substrate 11 from above the CVD insulating film 19 and the gate oxide film 12. In that case, it is apparent that the same effects as those of the present embodiment can be obtained.

【0063】−CVD絶縁膜の厚みの適正範囲− 次に、上記第3および第4の実施形態におけるCVD絶
縁膜19の膜厚の適正範囲について説明する。
-Proper Range of Thickness of CVD Insulating Film-Next, the proper range of the thickness of the CVD insulating film 19 in the third and fourth embodiments will be described.

【0064】第3及び第4の実施形態においても、CV
D絶縁膜の適正範囲は、上述の第1及び第2の実施形態
におけるCVD絶縁膜の適正範囲と同様である。すなわ
ち、ゲート酸化膜のリーク特性のCVD絶縁膜膜厚に対
する依存性(図3参照)から、CVD絶縁膜が5nm以
上である場合に、イオン注入に起因するゲート酸化膜へ
のダメージを低減できる効果が大きいことがわかる。た
だし、CVD絶縁膜膜厚が大きくなるのにつれてダメー
ジ低減効果が顕著になるが、過剰な熱処理によらなくて
もLDD拡散層とゲート電極とを適正範囲でオーバーラ
ップさせるためには、CVD絶縁膜の膜厚が30nm以
下であることが好ましい。
Also in the third and fourth embodiments, the CV
The appropriate range of the D insulating film is the same as the appropriate range of the CVD insulating film in the above-described first and second embodiments. That is, from the dependence of the leak characteristics of the gate oxide film on the thickness of the CVD insulating film (see FIG. 3), the effect of reducing the damage to the gate oxide film due to ion implantation when the CVD insulating film is 5 nm or more. Is large. However, as the thickness of the CVD insulating film increases, the effect of reducing the damage becomes more remarkable. However, in order to allow the LDD diffusion layer and the gate electrode to overlap within an appropriate range without excessive heat treatment, the CVD insulating film is required. Is preferably 30 nm or less.

【0065】また、上記第3,第4の実施形態において
は、CVD絶縁膜19をシリコン酸化膜により構成した
が、CVD絶縁膜19をシリコン窒化膜により構成して
もよい。シリコン酸化膜によりCVD膜19を構成した
場合には、シリコン窒化膜に比べて下地に与えるストレ
スが小さいという利点がある。一方、シリコン窒化膜に
よりCVD絶縁膜19を構成した場合には、その後の高
温下で行なわれる工程(不純物の拡散工程など)におい
てゲート酸化膜12や層間絶縁膜21におけるバーズビ
ークの発生をより効果的に抑制できる利点がある。この
ことは、後述する不揮発性半導体記憶装置に関する実施
形態においても同様である。
In the third and fourth embodiments, the CVD insulating film 19 is made of a silicon oxide film. However, the CVD insulating film 19 may be made of a silicon nitride film. When the CVD film 19 is formed of a silicon oxide film, there is an advantage that stress applied to a base is smaller than that of a silicon nitride film. On the other hand, when the CVD insulating film 19 is formed of a silicon nitride film, the generation of bird's beaks in the gate oxide film 12 and the interlayer insulating film 21 is more effectively performed in a subsequent step performed at a high temperature (such as an impurity diffusion step). There is an advantage that can be suppressed. This is the same in an embodiment relating to a nonvolatile semiconductor memory device described later.

【0066】(第5の実施形態) 次に、本発明の第5の実施形態について説明する。図6
は本実施形態に係るMOSFETとして機能する半導体
装置の断面図である。同図において、11はP型シリコ
ンからなるSi基板、12はシリコン酸化膜からなるゲ
ート酸化膜、13はポリシリコンからなるゲート電極、
15aおよび15bはN型のLDD拡散層、16aおよ
び16bはTEOS膜からなるサイドウォールスペー
サ、17はN型のソース拡散層、18はN型のドレイン
拡散層、19はCVD法により形成されたシリコン酸化
膜からなるCVD絶縁膜である。
(Fifth Embodiment) Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG.
1 is a sectional view of a semiconductor device functioning as a MOSFET according to the present embodiment. In the figure, 11 is a Si substrate made of P-type silicon, 12 is a gate oxide film made of a silicon oxide film, 13 is a gate electrode made of polysilicon,
15a and 15b are N-type LDD diffusion layers, 16a and 16b are sidewall spacers made of a TEOS film, 17 is an N-type source diffusion layer, 18 is an N-type drain diffusion layer, and 19 is silicon formed by a CVD method. This is a CVD insulating film made of an oxide film.

【0067】本実施形態に係る半導体装置の特徴は、ゲ
ート酸化膜12がゲート電極13の直下方にのみ形成さ
れており、サイドウォールスペーサ16a,16bがゲ
ート酸化膜12及びゲート電極13の側面上に亘って形
成されている点である。このような構造は、上記第2の
実施形態における図2(a)に示す工程で、ゲート酸化
膜12をゲート電極13と同じ形状にパターニングして
おき、その後、図2(b)〜(e)と同じ手順による工
程を行なうことで、容易に実現できる。
The feature of the semiconductor device according to the present embodiment is that the gate oxide film 12 is formed only immediately below the gate electrode 13, and the side wall spacers 16 a and 16 b are formed on the side surfaces of the gate oxide film 12 and the gate electrode 13. This is the point formed over. In such a structure, the gate oxide film 12 is patterned into the same shape as the gate electrode 13 in the step shown in FIG. 2A in the second embodiment, and thereafter, FIGS. This can be easily realized by performing the steps according to the same procedure as in the above).

【0068】本実施形態に係る半導体装置においても、
上記第2の実施形態に係る半導体装置と同様に、LDD
拡散層15a,15bを形成するための不純物イオンの
注入時に、ゲート電極13の端部における不純物イオン
の突き抜けに起因するゲート酸化膜12の絶縁性劣化を
抑制できるため、高い絶縁性および信頼性を有するゲー
ト酸化膜を備えた半導体装置を得ることができ、半導体
装置の高信頼性化を実現できる。
In the semiconductor device according to the present embodiment,
As in the semiconductor device according to the second embodiment, LDD
During the implantation of the impurity ions for forming the diffusion layers 15a and 15b, the deterioration of the insulating property of the gate oxide film 12 due to the penetration of the impurity ions at the end of the gate electrode 13 can be suppressed. A semiconductor device having a gate oxide film can be obtained, and high reliability of the semiconductor device can be realized.

【0069】さらに、ゲート電極13がCVD絶縁膜1
9でおおわれているので、ゲート電極13に含まれる不
純物が側方や上方に拡散するのを防止でき、特性のばら
つきが少ない半導体装置を得ることができる。
Further, the gate electrode 13 is formed of the CVD insulating film 1.
9, the impurity contained in the gate electrode 13 can be prevented from diffusing laterally or upward, and a semiconductor device with less variation in characteristics can be obtained.

【0070】(第6の実施形態) 次に、本発明の第6の実施形態について説明する。図7
は本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置として機能
する半導体装置の断面図である。同図において、11は
P型シリコンからなるSi基板、12はシリコン酸化膜
からなるゲート酸化膜、17はN型のソース拡散層、1
8はN型のドレイン拡散層、19はCVD法により形成
されたシリコン酸化膜からなるCVD絶縁膜、20はポ
リシリコンからなる浮遊ゲート電極、21はONO膜
(窒化膜の上下に酸化膜を設けてなる3層膜)からなる
層間絶縁膜、22はポリシリコンからなる制御ゲート電
極である。
(Sixth Embodiment) Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. FIG.
1 is a cross-sectional view of a semiconductor device functioning as a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment. In the figure, 11 is a Si substrate made of P-type silicon, 12 is a gate oxide film made of a silicon oxide film, 17 is an N-type source diffusion layer, 1
8 is an N-type drain diffusion layer, 19 is a CVD insulating film made of a silicon oxide film formed by a CVD method, 20 is a floating gate electrode made of polysilicon, 21 is an ONO film (an oxide film is provided above and below a nitride film). And a control gate electrode 22 made of polysilicon.

【0071】本実施形態に係る半導体装置の特徴は、ゲ
ート酸化膜12が浮遊ゲート電極20の直下方にのみ形
成されており、サイドウォールスペーサ16a,16b
が制御ゲート電極22,層間絶縁膜21,浮遊ゲート電
極20及びゲート酸化膜12の側面上に亘って形成され
ている点である。このような構造は、上記第4の実施形
態における図5(a)に示す工程で、ゲート酸化膜12
を制御ゲート電極22,層間絶縁膜21及び浮遊ゲート
電極20と同じ形状にパターニングしておき、その後、
図5(b)〜(c)と同様の手順による工程を行なうこ
とで、容易に実現できる。
A feature of the semiconductor device according to the present embodiment is that the gate oxide film 12 is formed only immediately below the floating gate electrode 20 and the sidewall spacers 16a and 16b
Are formed over the side surfaces of the control gate electrode 22, the interlayer insulating film 21, the floating gate electrode 20, and the gate oxide film 12. Such a structure is obtained by forming the gate oxide film 12 in the step shown in FIG.
Is patterned in the same shape as the control gate electrode 22, the interlayer insulating film 21, and the floating gate electrode 20, and then
It can be easily realized by performing the steps in the same procedure as in FIGS. 5B to 5C.

【0072】本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置
として機能する半導体装置においても、第4の実施形態
に係る半導体装置と同様に、ソース・ドレイン拡散層1
7,18形成のための不純物イオンの注入時に、浮遊ゲ
ート電極20の端部における不純物イオンの突き抜けに
起因するゲート酸化膜の絶縁性劣化を抑制できる。した
がって、高い絶縁性および信頼性を有するゲート酸化膜
を備えた不揮発性半導体記憶装置を得ることができ、不
揮発性半導体記憶装置の書き換え回数の向上および各種
ディスターブ特性の向上が実現できる。
In the semiconductor device functioning as the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment, as in the semiconductor device according to the fourth embodiment, the source / drain diffusion layers 1
During the implantation of the impurity ions for forming the gate electrodes 7 and 18, the deterioration of the insulating property of the gate oxide film due to the penetration of the impurity ions at the end of the floating gate electrode 20 can be suppressed. Therefore, it is possible to obtain a nonvolatile semiconductor memory device provided with a gate oxide film having high insulation and reliability, and to improve the number of times of rewriting of the nonvolatile semiconductor memory device and various disturbance characteristics.

【0073】さらに、浮遊ゲート電極20がCVD絶縁
膜19によって覆われているので、浮遊ゲート電極20
に含まれる不純物が外部へ拡散するのを防止でき、特性
のばらつきが少ない不揮発性半導体記憶装置を得ること
ができる。
Further, since the floating gate electrode 20 is covered with the CVD insulating film 19, the floating gate electrode 20
Can be prevented from diffusing to the outside, and a non-volatile semiconductor memory device with less variation in characteristics can be obtained.

【0074】また、浮遊ゲート電極20が良質のCVD
絶縁膜19によって覆われているので、電荷保持特性に
優れた不揮発性半導体記憶装置を得ることができる。
The floating gate electrode 20 is made of high quality CVD.
Since the semiconductor device is covered with the insulating film 19, a nonvolatile semiconductor memory device having excellent charge retention characteristics can be obtained.

【0075】(第7の実施形態) 次に、本発明の第7の実施形態について説明する。図8
(a)〜(f)は、本実施形態に係るMOSFETとし
て機能する半導体装置の製造工程を示す断面図である。
(Seventh Embodiment) Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. FIG.
4A to 4F are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a semiconductor device functioning as a MOSFET according to the embodiment.

【0076】図8(a)〜(f)において、11はSi
基板、12はゲート酸化膜、13はゲート電極、14は
LDD拡散層を形成するためにSi基板11内に注入さ
れる不純物イオンとしてのヒ素イオン、15aおよび1
5bはLDD拡散層、16aおよび16bはサイドウォ
ールスペーサ、17はソース拡散層、18はドレイン拡
散層、19はCVD法により堆積されるシリコン酸化膜
からなるCVD絶縁膜、30は熱酸化膜である。
8A to 8F, reference numeral 11 denotes Si.
A substrate, 12 a gate oxide film, 13 a gate electrode, 14 arsenic ions as impurity ions implanted into the Si substrate 11 to form an LDD diffusion layer, 15a and 1
5b is an LDD diffusion layer, 16a and 16b are side wall spacers, 17 is a source diffusion layer, 18 is a drain diffusion layer, 19 is a CVD insulating film made of a silicon oxide film deposited by a CVD method, and 30 is a thermal oxide film. .

【0077】まず、図8(a)に示す工程で、P型シリ
コンからなるSi基板11上に、パイロ酸化により膜厚
が9nmのシリコン酸化膜からなるゲート酸化膜12を
形成した後、その上にリンドープされたポリシリコンか
らなるゲート電極13を形成する。
First, in a step shown in FIG. 8A, a gate oxide film 12 made of a silicon oxide film having a thickness of 9 nm is formed on a Si substrate 11 made of P-type silicon by pyro-oxidation. A gate electrode 13 made of polysilicon doped with phosphorus is formed.

【0078】次に、図8(b)に示す工程で、基板上に
減圧CVD法により厚みが15nmのシリコン酸化膜か
らなるCVD絶縁膜19を堆積し、ゲート酸化膜12及
びゲート電極13をCVD絶縁膜19によって被覆す
る。
Next, in a step shown in FIG. 8B, a CVD insulating film 19 made of a silicon oxide film having a thickness of 15 nm is deposited on the substrate by a low pressure CVD method, and the gate oxide film 12 and the gate electrode 13 are formed by CVD. It is covered with an insulating film 19.

【0079】次に、図8(c)に示す工程で、ゲート電
極13及びCVD絶縁膜19の上方から、Si基板11
内にヒ素イオン14を注入し、Si基板11内における
ゲート電極13の両側方に位置する領域にN型のLDD
拡散層15a,15bを形成する。注入条件は、例えば
加速エネルギーが50keVでドーズ量が5×1014
-2である。また、LDD拡散層15a,15bをゲー
ト電極13にオーバーラップさせるために、イオン注入
の角度を基板面にほぼ垂直な方向から約25°傾けてい
る(4ステップ注入)。
Next, in the step shown in FIG. 8C, the Si substrate 11 is placed from above the gate electrode 13 and the CVD insulating film 19.
Arsenic ions 14 are implanted into the substrate, and N-type LDDs are
The diffusion layers 15a and 15b are formed. The implantation conditions are, for example, an acceleration energy of 50 keV and a dose of 5 × 10 14 c.
m- 2 . In order to overlap the LDD diffusion layers 15a and 15b with the gate electrode 13, the ion implantation angle is inclined by about 25 ° from a direction substantially perpendicular to the substrate surface (four-step implantation).

【0080】次に、図8(d)に示す工程で、850℃
の酸素雰囲気で、ゲート酸化膜12中のダメージを回復
させるための急速加熱処理を行なう。この処理によっ
て、Si基板11およびゲート電極13が熱酸化され
て、厚みが約5nmの熱酸化膜30が形成される。この
とき、ゲート酸化膜12のうちゲート電極13の下方に
位置する領域(現実にゲート絶縁膜として機能する領
域)を除く領域が少し厚膜化される。また、この厚膜化
した領域は、ゲート電極13の下方に侵入するので、ゲ
ート酸化膜12のうち現実にゲート絶縁膜として機能す
る領域の両端部には小さなバーズビークが形成される。
Next, in the step shown in FIG.
In the oxygen atmosphere, rapid heat treatment for recovering damage in the gate oxide film 12 is performed. By this processing, the Si substrate 11 and the gate electrode 13 are thermally oxidized, and a thermal oxide film 30 having a thickness of about 5 nm is formed. At this time, the region of the gate oxide film 12 except for the region located below the gate electrode 13 (the region actually functioning as a gate insulating film) is slightly thickened. Since the thickened region penetrates below the gate electrode 13, small bird's beaks are formed at both ends of the region of the gate oxide film 12 which actually functions as a gate insulating film.

【0081】次に、図8(e)に示す工程で、基板上に
TEOS膜を堆積した後、異方性エッチングを行なっ
て、ゲート電極13の側面上にCVD絶縁膜19を挟ん
でTEOS膜からなるサイドウォールスペーサ16a,
16bを形成する。この工程で、Si基板11上のゲー
ト酸化膜12,熱酸化膜30及びCVD絶縁膜19が除
去される。
Next, in the step shown in FIG. 8E, after a TEOS film is deposited on the substrate, anisotropic etching is performed, and a TEOS film is formed on the side surface of the gate electrode 13 with the CVD insulating film 19 interposed therebetween. Sidewall spacers 16a,
16b is formed. In this step, the gate oxide film 12, the thermal oxide film 30, and the CVD insulating film 19 on the Si substrate 11 are removed.

【0082】その後、図8(f)に示す工程で、ゲート
電極13,CVD絶縁膜19,熱酸化膜30a,30b
及びサイドウォールスペーサ16a,16bの上方か
ら、Si基板11内にヒ素イオンを注入して、LDD拡
散層15a,15bの外側にN型のソース拡散層17お
よびドレイン拡散層18をそれぞれ形成する。イオン注
入条件は、例えば加速エネルギーが50keVで、ドー
ズ量が2×1015cm-2である。また、チャネリング防
止のために、イオン注入の角度を基板面にほぼ垂直な方
向から約7°傾けている。
Thereafter, in the step shown in FIG. 8F, the gate electrode 13, the CVD insulating film 19, the thermal oxide films 30a and 30b
Arsenic ions are implanted into the Si substrate 11 from above the sidewall spacers 16a and 16b to form N-type source diffusion layers 17 and drain diffusion layers 18 outside the LDD diffusion layers 15a and 15b, respectively. The ion implantation conditions are, for example, an acceleration energy of 50 keV and a dose of 2 × 10 15 cm −2 . In order to prevent channeling, the angle of ion implantation is inclined by about 7 ° from a direction substantially perpendicular to the substrate surface.

【0083】本実施形態の製造方法によれば、図8
(b)に示す工程で、ゲート電極13の側面をCVD絶
縁膜19によって被覆することにより、上記第1の実施
形態と同様の効果を発揮することができる。すなわち、
図8(c)に示す工程におけるヒ素イオン14がゲート
電極13の端部を突き抜ける作用を抑制できるので、ゲ
ート酸化膜12中のダメージを抑制できる。また、保護
膜形成用の長時間,高温の加熱処理は行なわないこと
や、CVD絶縁膜19が存在することにより、ゲート酸
化膜12のうちゲート絶縁膜として機能する領域におけ
る大きなバーズビークの発生や、ゲート電極13にドー
ピングされているリンなどの不純物の外方への拡散を抑
制することができる。
According to the manufacturing method of this embodiment, FIG.
By covering the side surface of the gate electrode 13 with the CVD insulating film 19 in the step shown in FIG. 2B, the same effect as in the first embodiment can be exerted. That is,
Since the action of the arsenic ions 14 penetrating the end of the gate electrode 13 in the step shown in FIG. 8C can be suppressed, damage in the gate oxide film 12 can be suppressed. In addition, since a long-time, high-temperature heat treatment for forming a protective film is not performed, and the presence of the CVD insulating film 19, a large bird's beak occurs in a region of the gate oxide film 12 that functions as a gate insulating film. Outward diffusion of impurities such as phosphorus doped in the gate electrode 13 can be suppressed.

【0084】加えて、図8(d)に示す工程で、酸化性
雰囲気における熱処理を行なうことにより、ヒ素イオン
14の注入によるダメージを受けて絶縁性が劣化したゲ
ート酸化膜12を再酸化して絶縁性を回復することがで
きる。すなわち、CVD絶縁膜19により、図8(c)
に示す工程におけるヒ素イオン14のゲート電極13の
突き抜けを抑制できるものの、この突き抜けをまったく
なくすことは困難である。そのとき、熱酸化を行なうこ
とにより、ゲート酸化膜12中のダメージ,具体的には
シリコン原子の酸素との結合が切れている部分に酸素を
再結合させるような修復作業が行われるものと思われ
る。このように、ゲート酸化膜12のダメージを回復さ
せる工程を追加することにより、第1,第2の実施形態
よりもさらに高い信頼性を発揮しうるゲート酸化膜12
を備えた半導体装置を得ることができる。
In addition, in the step shown in FIG. 8D, heat treatment in an oxidizing atmosphere is performed to re-oxidize the gate oxide film 12 which has been damaged due to the implantation of the arsenic ions 14 and has deteriorated insulative properties. Insulation can be restored. That is, by the CVD insulating film 19, FIG.
Although the penetration of the arsenic ions 14 through the gate electrode 13 in the step shown in FIG. 1 can be suppressed, it is difficult to completely eliminate the penetration. At this time, by performing thermal oxidation, it is considered that a repair operation for recombining the damage in the gate oxide film 12, specifically, recombining the oxygen with the portion of the silicon atom where the bond with oxygen is broken is performed. It is. As described above, by adding the step of recovering the damage of the gate oxide film 12, the gate oxide film 12 can exhibit higher reliability than the first and second embodiments.
Can be obtained.

【0085】その場合、図8(d)に示す工程における
熱酸化工程は、保護膜としての熱酸化膜を形成する工程
とは異なり、ゲート酸化膜12中のダメージを回復する
だけの目的で軽く行なわれるので、その際にゲート酸化
膜12にそれほど大きなバーズビークは形成されること
がない。よって、従来の製造方法のようなゲート長のば
らつきによる素子特性のばらつきや素子特性の劣化は回
避することができる。
In this case, unlike the step of forming a thermal oxide film as a protective film, the thermal oxidation step in the step shown in FIG. 8D is light for the purpose of only recovering the damage in the gate oxide film 12. In this case, a very large bird's beak is not formed in the gate oxide film 12 at that time. Therefore, it is possible to avoid variations in device characteristics and deterioration in device characteristics due to variations in gate length as in the conventional manufacturing method.

【0086】特に、酸窒化性雰囲気での熱処理を急速熱
処理によって行うため、熱処理量を最小限に抑制できる
ので特性ばらつきが少なく、また、微細化にも有利であ
る。
In particular, since heat treatment in an oxynitriding atmosphere is performed by rapid heat treatment, the amount of heat treatment can be suppressed to a minimum, so that there is little variation in characteristics, and it is advantageous for miniaturization.

【0087】なお、図8(d)に示す酸化性雰囲気中で
の熱処理工程は、ゲート酸化膜12の絶縁性回復だけで
なく、LDD拡散層15a,15bのアニールを兼ねて
行なうことができる。
The heat treatment step in the oxidizing atmosphere shown in FIG. 8D can be performed not only to restore the insulating property of the gate oxide film 12, but also to anneal the LDD diffusion layers 15a and 15b.

【0088】また、図8(c)に示す工程に前後して、
ドレイン拡散層の耐圧向上を図るためのリンイオンや、
パンチスルーストップを目的としたボロンイオンやBF
2 イオンを注入した場合においても、本実施形態と同様
の効果が得られる。
Further, before and after the step shown in FIG.
Phosphorus ions for improving the breakdown voltage of the drain diffusion layer,
Boron ion and BF for punch-through stop
Even when two ions are implanted, the same effect as in the present embodiment can be obtained.

【0089】(第8の実施形態) 次に、本発明の第8の実施形態について説明する。図9
(a)〜(f)は、本実施形態に係るMOSFETとし
て機能する半導体装置の製造工程を示す断面図である。
(Eighth Embodiment) Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. FIG.
4A to 4F are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a semiconductor device functioning as a MOSFET according to the embodiment.

【0090】図9(a)〜(f)において、11はSi
基板、12はゲート酸化膜、13はゲート電極、14は
LDD拡散層を形成するためにSi基板11内に注入さ
れる不純物イオンとしてのヒ素イオン、15aおよび1
5bはLDD拡散層、16aおよび16bはサイドウォ
ールスペーサ、17はソース拡散層、18はドレイン拡
散層、19はCVD法により堆積されるシリコン酸化膜
からなるCVD絶縁膜、31は酸窒化膜である。
In FIGS. 9A to 9F, reference numeral 11 denotes Si.
A substrate, 12 a gate oxide film, 13 a gate electrode, 14 arsenic ions as impurity ions implanted into the Si substrate 11 to form an LDD diffusion layer, 15a and 1
5b is an LDD diffusion layer, 16a and 16b are side wall spacers, 17 is a source diffusion layer, 18 is a drain diffusion layer, 19 is a CVD insulating film made of a silicon oxide film deposited by a CVD method, and 31 is an oxynitride film. .

【0091】まず、図9(a)に示す工程で、P型シリ
コンからなるSi基板11上に、パイロ酸化により膜厚
が9nmのシリコン酸化膜からなるゲート酸化膜12を
形成した後、その上にリンドープされたポリシリコンか
らなるゲート電極13を形成する。
First, in the step shown in FIG. 9A, a gate oxide film 12 made of a 9-nm-thick silicon oxide film is formed on a Si substrate 11 made of P-type silicon by pyro-oxidation, A gate electrode 13 made of polysilicon doped with phosphorus is formed.

【0092】次に、図9(b)に示す工程で、基板上に
減圧CVD法により厚みが15nmのシリコン酸化膜か
らなるCVD絶縁膜19を堆積し、ゲート酸化膜12及
びゲート電極13をCVD絶縁膜19によって被覆す
る。
Next, in a step shown in FIG. 9B, a CVD insulating film 19 made of a silicon oxide film having a thickness of 15 nm is deposited on the substrate by a low pressure CVD method, and the gate oxide film 12 and the gate electrode 13 are formed by CVD. It is covered with an insulating film 19.

【0093】次に、図9(c)に示す工程で、ゲート電
極13及びCVD絶縁膜19の上方から、Si基板11
内にヒ素イオン14を注入し、Si基板11内における
ゲート電極13の両側方に位置する領域にN型のLDD
拡散層15a,15bを形成する。注入条件は、例えば
加速エネルギーが50keVでドーズ量が5×1014
-2である。また、LDD拡散層15a,15bをゲー
ト電極13にオーバーラップさせるために、イオン注入
の角度を基板面にほぼ垂直な方向から約25°傾けてい
る(4ステップ注入)。
Next, in the step shown in FIG. 9C, the Si substrate 11 is placed from above the gate electrode 13 and the CVD insulating film 19.
Arsenic ions 14 are implanted into the substrate, and N-type LDDs are
The diffusion layers 15a and 15b are formed. The implantation conditions are, for example, an acceleration energy of 50 keV and a dose of 5 × 10 14 c.
m- 2 . In order to overlap the LDD diffusion layers 15a and 15b with the gate electrode 13, the ion implantation angle is inclined by about 25 ° from a direction substantially perpendicular to the substrate surface (four-step implantation).

【0094】次に、図9(d)に示す工程で、N2 O雰
囲気(酸窒化性雰囲気),1000℃の条件で、ゲート
酸化膜12中のダメージを回復させるための急速加熱処
理を行なう。この処理によって、Si基板11およびゲ
ート電極13が酸窒化されて、厚みが約3nmのごく薄
い酸窒化膜31が形成される。このとき、ゲート酸化膜
12のうちゲート電極13の下方に位置する領域(現実
にゲート絶縁膜として機能する領域)を除く領域が少し
厚膜化される。また、この厚膜化した領域は、ゲート電
極13の下方に侵入するので、ゲート酸化膜12のうち
現実にゲート絶縁膜として機能する領域の両端部にはご
く小さなバーズビークが形成される。
Next, in the step shown in FIG. 9D, a rapid heating process for recovering damage in the gate oxide film 12 is performed under the conditions of N 2 O atmosphere (oxynitriding atmosphere) and 1000 ° C. . By this processing, the Si substrate 11 and the gate electrode 13 are oxynitrided, and an extremely thin oxynitride film 31 having a thickness of about 3 nm is formed. At this time, the region of the gate oxide film 12 except for the region located below the gate electrode 13 (the region actually functioning as a gate insulating film) is slightly thickened. Since the thickened region penetrates below the gate electrode 13, very small bird's beaks are formed at both ends of the region of the gate oxide film 12 which actually functions as a gate insulating film.

【0095】次に、図9(e)に示す工程で、基板上に
TEOS膜を堆積した後、異方性エッチングを行なっ
て、ゲート電極13の側面上にCVD絶縁膜19を介し
TEOS膜からなるサイドウォールスペーサ16a,1
6bを形成する。
Next, in the step shown in FIG. 9E, after a TEOS film is deposited on the substrate, anisotropic etching is performed to form a TEOS film on the side surface of the gate electrode 13 via the CVD insulating film 19 from the TEOS film. Sidewall spacers 16a, 1
6b is formed.

【0096】その後、図9(f)に示す工程で、ゲート
電極13,CVD絶縁膜19及びサイドウォールスペー
サ16a,16bの上方から、Si基板11内にヒ素イ
オンを注入して、LDD拡散層15a,15bの外側に
N型のソース拡散層17およびドレイン拡散層18をそ
れぞれ形成する。イオン注入条件は、例えば加速エネル
ギーが50keVで、ドーズ量が2×1015cm-2であ
る。また、チャネリング防止のために、イオン注入の角
度を基板面にほぼ垂直な方向から約7°傾けている。
Thereafter, in the step shown in FIG. 9F, arsenic ions are implanted into the Si substrate 11 from above the gate electrode 13, the CVD insulating film 19, and the sidewall spacers 16a and 16b, thereby forming the LDD diffusion layer 15a. , 15b, an N-type source diffusion layer 17 and a drain diffusion layer 18 are formed respectively. The ion implantation conditions are, for example, an acceleration energy of 50 keV and a dose of 2 × 10 15 cm −2 . In order to prevent channeling, the angle of ion implantation is inclined by about 7 ° from a direction substantially perpendicular to the substrate surface.

【0097】本実施形態の製造方法によれば、図9
(b)に示す工程で、ゲート電極13の側面をCVD絶
縁膜19によって被覆することにより、上記第7の実施
形態と同様の効果を発揮することができる。すなわち、
図9(c)に示す工程におけるヒ素イオン14がゲート
電極13の端部を突き抜ける作用を抑制できるので、ゲ
ート酸化膜12におけるダメージを抑制できる。また、
保護膜形成用の長時間,高温の加熱処理は行なわないこ
とや、CVD絶縁膜19が存在することにより、大きな
バーズビークの発生とゲート電極13にドーピングされ
ているリンなどの不純物の外方への拡散を抑制すること
ができる。
According to the manufacturing method of this embodiment, FIG.
By covering the side surface of the gate electrode 13 with the CVD insulating film 19 in the step shown in FIG. 2B, the same effect as in the seventh embodiment can be exerted. That is,
Since the action of the arsenic ions 14 penetrating the end of the gate electrode 13 in the step shown in FIG. 9C can be suppressed, damage to the gate oxide film 12 can be suppressed. Also,
By not performing a long-time, high-temperature heat treatment for forming the protective film, or by the presence of the CVD insulating film 19, a large bird's beak is generated and impurities such as phosphorus doped in the gate electrode 13 are not directed outward. Diffusion can be suppressed.

【0098】加えて、図9(d)に示す工程で、酸窒化
性雰囲気における熱処理を行なうことにより、ヒ素イオ
ン14の注入によるダメージを受けて絶縁性が劣化した
ゲート酸化膜12を再酸化して絶縁性を回復することが
できる。さらに、このときにゲート酸化膜12が窒化さ
れるので、Si基板11−ゲート酸化膜12間に存在す
るダングリングボンドが修復される。したがって、電気
的ストレス印加後におけるゲート酸化膜12の特性劣化
を少なくし、ゲート酸化膜12における電子のトラップ
量を低減することができる。その結果、極めて高い信頼
性もつゲート酸化膜を備えた半導体装置を得ることがで
き、半導体装置の高信頼性化を実現できる。
In addition, in the step shown in FIG. 9D, a heat treatment in an oxynitriding atmosphere is performed to reoxidize the gate oxide film 12 which has been damaged by the implantation of the arsenic ions 14 and has deteriorated insulation. To restore the insulation. Further, since the gate oxide film 12 is nitrided at this time, the dangling bond existing between the Si substrate 11 and the gate oxide film 12 is repaired. Therefore, the characteristic deterioration of the gate oxide film 12 after the application of the electric stress can be reduced, and the amount of trapped electrons in the gate oxide film 12 can be reduced. As a result, a semiconductor device having a gate oxide film with extremely high reliability can be obtained, and high reliability of the semiconductor device can be realized.

【0099】また、酸窒化性雰囲気での熱処理を急速熱
処理によって行うため、熱処理量を最小限に抑制できる
ので特性ばらつきが少なく、また、微細化にも有利であ
る。
Further, since the heat treatment in the oxynitriding atmosphere is performed by rapid heat treatment, the amount of heat treatment can be suppressed to a minimum, so that there is little variation in characteristics and it is advantageous for miniaturization.

【0100】しかも、図9(d)に示す工程における酸
窒化工程は、急速加熱処理によって行なわれるので、ゲ
ート酸化膜12に形成されるバーズビークを極めて微小
な程度にとどめることができる。よって、従来の製造方
法のようなゲート長のばらつきによる素子特性のばらつ
きや素子特性の劣化は回避することができ、かつ、MO
SFETの微細化により適した製造工程となる。
Moreover, since the oxynitriding step in the step shown in FIG. 9D is performed by a rapid heating process, the bird's beak formed on the gate oxide film 12 can be kept to a very small extent. Therefore, it is possible to avoid the variation of the device characteristics and the deterioration of the device characteristics due to the variation of the gate length as in the conventional manufacturing method.
This is a manufacturing process more suitable for miniaturization of the SFET.

【0101】なお、図9(d)に示す酸窒化性雰囲気中
での熱処理工程は、ゲート酸化膜12の絶縁性回復だけ
でなく、LDD拡散層15a,15bのアニールを兼ね
て行なうことができる。
The heat treatment step in the oxynitriding atmosphere shown in FIG. 9D can be performed not only to restore the insulating property of the gate oxide film 12, but also to anneal the LDD diffusion layers 15a and 15b. .

【0102】また、図9(c)に示す工程に前後して、
ドレイン拡散層の耐圧向上を図るためのリンイオンや、
パンチスルーストップを目的としたボロンイオンやBF
2 イオンを注入した場合においても、本実施形態と同様
の効果が得られる。
Further, before and after the step shown in FIG.
Phosphorus ions for improving the breakdown voltage of the drain diffusion layer,
Boron ion and BF for punch-through stop
Even when two ions are implanted, the same effect as in the present embodiment can be obtained.

【0103】(第9の実施形態) 次に、本発明の第9の実施形態について説明する。図1
0(a)〜(f)は、本実施形態に係るMOSFETと
して機能する半導体装置の製造工程を示す断面図であ
る。
(Ninth Embodiment) Next, a ninth embodiment of the present invention will be described. FIG.
0 (a) to (f) are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a semiconductor device functioning as a MOSFET according to the present embodiment.

【0104】図10(a)〜(f)において、11はS
i基板、12はゲート酸化膜、13はゲート電極、14
はLDD拡散層を形成するためにSi基板11内に注入
される不純物イオンとしてのヒ素イオン、15aおよび
15bはLDD拡散層、16aおよび16bはサイドウ
ォールスペーサ、17はソース拡散層、18はドレイン
拡散層、19はCVD法により堆積されるシリコン酸化
膜からなるCVD絶縁膜である。
In FIGS. 10A to 10F, reference numeral 11 denotes S
i substrate, 12 a gate oxide film, 13 a gate electrode, 14
Is arsenic ions as impurity ions implanted into the Si substrate 11 to form an LDD diffusion layer; 15a and 15b are LDD diffusion layers; 16a and 16b are sidewall spacers; 17 is a source diffusion layer; and 18 is a drain diffusion The layer 19 is a CVD insulating film made of a silicon oxide film deposited by a CVD method.

【0105】まず、図10(a)に示す工程で、P型シ
リコンからなるSi基板11上に、パイロ酸化により膜
厚が9nmのシリコン酸化膜からなるゲート酸化膜12
を形成した後、その上にリンドープされたポリシリコン
からなるゲート電極13を形成する。
First, in a step shown in FIG. 10A, a gate oxide film 12 made of a 9 nm-thick silicon oxide film is formed on a Si substrate 11 made of P-type silicon by pyro-oxidation.
Is formed, a gate electrode 13 made of phosphorus-doped polysilicon is formed thereon.

【0106】次に、図10(b)に示す工程で、基板上
に減圧CVD法により厚みが25nmのシリコン酸化膜
からなるCVD絶縁膜19を堆積し、ゲート酸化膜12
及びゲート電極13をCVD絶縁膜19によって被覆す
る。
Next, in a step shown in FIG. 10B, a CVD insulating film 19 made of a silicon oxide film having a thickness of 25 nm is deposited on the substrate by a low pressure CVD method, and a gate oxide film 12 is formed.
And the gate electrode 13 is covered with a CVD insulating film 19.

【0107】次に、図10(c)に示す工程で、ゲート
電極13及びCVD絶縁膜19の上方から、Si基板1
1内にヒ素イオン14を注入し、Si基板11内におけ
るゲート電極13の両側方に位置する領域にN型のLD
D拡散層15a,15bを形成する。注入条件は、例え
ば加速エネルギーが50keVでドーズ量が5×1014
cm-2である。また、LDD拡散層15a,15bをゲ
ート電極13にオーバーラップさせるために、イオン注
入の角度を基板面にほぼ垂直な方向から約25°傾けて
いる(4ステップ注入)。
Next, in the step shown in FIG. 10C, the Si substrate 1 is placed from above the gate electrode 13 and the CVD insulating film 19.
Arsenic ions 14 are implanted into the silicon substrate 1 and N-type LDs are
D diffusion layers 15a and 15b are formed. The implantation conditions include, for example, an acceleration energy of 50 keV and a dose of 5 × 10 14.
cm -2 . In order to overlap the LDD diffusion layers 15a and 15b with the gate electrode 13, the ion implantation angle is inclined by about 25 ° from a direction substantially perpendicular to the substrate surface (four-step implantation).

【0108】次に、図10(d)に示す工程で、例えば
NO,NH3 などを含む窒化雰囲気,1050℃の条件
で急速加熱処理を行なう。この処理によって、ゲート酸
化膜12のうちゲート電極13の下方に位置する領域
(現実にゲート絶縁膜として機能する領域)の両端部が
窒化される。ただし、第7,第8の実施形態のような酸
化膜30や酸窒化膜31は形成されない。また、ゲート
酸化膜12にはバーズビークは形成されない。
Next, in the step shown in FIG. 10D, a rapid heating process is performed in a nitriding atmosphere containing, for example, NO, NH 3 and the like at 1050 ° C. By this process, both ends of a region (a region actually functioning as a gate insulating film) of the gate oxide film 12 located below the gate electrode 13 are nitrided. However, the oxide film 30 and the oxynitride film 31 are not formed as in the seventh and eighth embodiments. No bird's beak is formed on the gate oxide film 12.

【0109】次に、図10(e)に示す工程で、基板上
にTEOS膜を堆積した後、異方性エッチングを行なっ
て、ゲート電極13の側面上にCVD絶縁膜19を介し
TEOS膜からなるサイドウォールスペーサ16a,1
6bを形成する。
Next, in the step shown in FIG. 10E, after a TEOS film is deposited on the substrate, anisotropic etching is performed to form a TEOS film on the side surface of the gate electrode 13 with the CVD insulating film 19 interposed therebetween. Sidewall spacers 16a, 1
6b is formed.

【0110】その後、図10(f)に示す工程で、ゲー
ト電極13,CVD絶縁膜19及びサイドウォールスペ
ーサ16a,16bの上方から、Si基板11内にヒ素
イオンを注入して、LDD拡散層15a,15bの外側
にN型のソース拡散層17およびドレイン拡散層18を
それぞれ形成する。イオン注入条件は、例えば加速エネ
ルギーが50keVで、ドーズ量が2×1015cm-2
ある。また、チャネリング防止のために、イオン注入の
角度を基板面にほぼ垂直な方向から約7°傾けている。
Thereafter, in the step shown in FIG. 10F, arsenic ions are implanted into the Si substrate 11 from above the gate electrode 13, the CVD insulating film 19, and the sidewall spacers 16a and 16b, thereby forming the LDD diffusion layer 15a. , 15b, an N-type source diffusion layer 17 and a drain diffusion layer 18 are formed respectively. The ion implantation conditions are, for example, an acceleration energy of 50 keV and a dose of 2 × 10 15 cm −2 . In order to prevent channeling, the angle of ion implantation is inclined by about 7 ° from a direction substantially perpendicular to the substrate surface.

【0111】本実施形態の製造方法によれば、図10
(b)に示す工程で、ゲート電極13の側面をCVD絶
縁膜19によって被覆することにより、上記第7の実施
形態と同様の効果を発揮することができる。すなわち、
図10(c)に示す工程におけるヒ素イオン14がゲー
ト電極13におけるダメージを抑制できる。また、保護
膜形成用の長時間,高温の加熱処理は行なわないこと
や、CVD絶縁膜19が存在することにより、大きなバ
ーズビークの発生とゲート電極13にドーピングされて
いるリンなどの不純物の外方への拡散を抑制することが
できる。
According to the manufacturing method of this embodiment, FIG.
By covering the side surface of the gate electrode 13 with the CVD insulating film 19 in the step shown in FIG. 2B, the same effect as in the seventh embodiment can be exerted. That is,
Arsenic ions 14 in the step shown in FIG. 10C can suppress damage to the gate electrode 13. In addition, since a long-time, high-temperature heat treatment for forming a protective film is not performed and the presence of the CVD insulating film 19, a large bird's beak is generated and impurities such as phosphorus doped in the gate electrode 13 are removed. Can be suppressed.

【0112】加えて、図10(d)に示す工程で、窒化
性雰囲気における熱処理を行なうことにより、ゲート酸
化膜12の両端部が窒化されるので、Si基板11−ゲ
ート酸化膜12間に存在するダングリングボンドが修復
される。したがって、電気的ストレス印加後におけるゲ
ート酸化膜12の特性劣化を少なくし、ゲート酸化膜1
2における電子のトラップ量を低減することができる。
その結果、極めて高い信頼性もつゲート酸化膜を備えた
MOSFETを得ることができ、MOSFETの高信頼
性化を実現できる。
In addition, in the step shown in FIG. 10D, by performing a heat treatment in a nitriding atmosphere, both ends of the gate oxide film 12 are nitrided. Dangling bonds are repaired. Therefore, the characteristic deterioration of the gate oxide film 12 after the application of the electric stress is reduced, and the gate oxide film 1
2, the amount of trapped electrons can be reduced.
As a result, a MOSFET provided with a gate oxide film having extremely high reliability can be obtained, and high reliability of the MOSFET can be realized.

【0113】また、窒化性雰囲気での熱処理を急速熱処
理によって行うため、熱処理量を最小限で済む結果、M
OSFETの特性のばらつきが少なく、また、MOSF
ETの微細化にも有利である。
Further, since heat treatment in a nitriding atmosphere is performed by rapid heat treatment, the amount of heat treatment can be minimized.
There is little variation in OSFET characteristics, and
It is also advantageous for miniaturization of ET.

【0114】しかも、図10(d)に示す工程における
窒化工程では、ゲート酸化膜12にはバーズビークが形
成されない。よって、従来の製造方法のようなゲート長
のばらつきによる素子特性のばらつきは回避することが
でき、かつ、MOSFETの微細化により適した製造工
程となる。
Further, no bird's beak is formed in the gate oxide film 12 in the nitriding step in the step shown in FIG. Therefore, variations in device characteristics due to variations in gate length as in the conventional manufacturing method can be avoided, and the manufacturing process is more suitable for miniaturizing MOSFETs.

【0115】なお、図10(d)に示す窒化性雰囲気中
での熱処理工程は、LDD拡散層15a,15bのアニ
ールを兼ねて行なうことができる。
The heat treatment step in the nitriding atmosphere shown in FIG. 10D can be performed also for annealing the LDD diffusion layers 15a and 15b.

【0116】また、図10(c)に示す工程に前後し
て、ドレイン拡散層の耐圧向上を図るためのリンイオン
や、パンチスルーストップを目的としたボロンイオンや
BF2イオンを注入した場合においても、本実施形態と
同様の効果が得られる。
Further, before or after the step shown in FIG. 10C, even when phosphorus ions for improving the breakdown voltage of the drain diffusion layer, boron ions or BF 2 ions for the purpose of punch-through stop are implanted. The same effects as those of the present embodiment can be obtained.

【0117】(第10の実施形態) 次に、本発明の第10の実施形態について説明する。図
11(a)〜(d)は、本実施形態に係る不揮発性半導
体記憶装置として機能する半導体装置の製造工程を示す
断面図である。図11(a)〜(d)において、11は
Si基板、12はゲート酸化膜、17はソース拡散層、
18はドレイン拡散層、19はCVD法により堆積され
る絶縁膜、20は浮遊ゲート電極、21は層間絶縁膜、
22は制御ゲート電極、23はソース拡散層およびドレ
イン拡散層を形成するためにSi基板11に注入される
不純物イオンとしてのリンイオン、30は熱酸化膜であ
る。
(Tenth Embodiment) Next, a tenth embodiment of the present invention will be described. FIGS. 11A to 11D are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of a semiconductor device functioning as the nonvolatile semiconductor memory device according to the embodiment. 11A to 11D, 11 is a Si substrate, 12 is a gate oxide film, 17 is a source diffusion layer,
18 is a drain diffusion layer, 19 is an insulating film deposited by a CVD method, 20 is a floating gate electrode, 21 is an interlayer insulating film,
22, a control gate electrode; 23, phosphorus ions as impurity ions implanted into the Si substrate 11 to form a source diffusion layer and a drain diffusion layer; and 30, a thermal oxide film.

【0118】まず、図11(a)に示す工程で、P型シ
リコンからなるSi基板11上に、パイロ酸化により膜
厚が9nmのシリコン酸化膜からなるゲート酸化膜12
を形成した後、その上に、リンドープされたポリシリコ
ンからなる浮遊ゲート電極20,ONO膜(窒化膜の上
下に酸化膜を設けてなる3層膜)からなる層間絶縁膜2
1,およびリンドープされたポリシリコンからなる制御
ゲート電極22を順次形成する。
First, in the step shown in FIG. 11A, a gate oxide film 12 made of a silicon oxide film having a thickness of 9 nm is formed on a Si substrate 11 made of P-type silicon by pyro oxidation.
Is formed thereon, a floating gate electrode 20 made of phosphorus-doped polysilicon, and an interlayer insulating film 2 made of an ONO film (a three-layer film formed by providing an oxide film above and below a nitride film).
A control gate electrode 22 made of 1, and phosphorus-doped polysilicon is sequentially formed.

【0119】次に、図11(b)に示す工程で、基板上
に減圧CVD法により厚みが20nmのシリコン酸化膜
からなるCVD絶縁膜19を堆積し、ゲート酸化膜12
と、浮遊ゲート電極20,層間絶縁膜21及び制御ゲー
ト電極22からなる多層体とをCVD絶縁膜により被覆
する。
Next, in a step shown in FIG. 11B, a CVD insulating film 19 made of a silicon oxide film having a thickness of 20 nm is deposited on the substrate by a low pressure CVD method, and a gate oxide film 12 is formed.
And a multilayer body composed of the floating gate electrode 20, the interlayer insulating film 21, and the control gate electrode 22 are covered with a CVD insulating film.

【0120】次に、図11(c)に示す工程で、CVD
絶縁膜19で覆われた制御ゲート電極22,浮遊ゲート
電極20等の上方から、Si基板11内にリンイオン2
3を注入し、Si基板11内における浮遊ゲート電極2
0の両側方に位置する領域にN型のソース拡散層17お
よびドレイン拡散層18を形成する。注入条件は、例え
ば加速エネルギーが70keVで、ドーズ量が5×10
15cm-2である。また、チャネリング防止のために、イ
オン注入の角度を基板面にほぼ垂直な方向から約7°傾
けている。
Next, in the step shown in FIG.
Phosphorus ions 2 are introduced into the Si substrate 11 from above the control gate electrode 22 and the floating gate electrode 20 covered with the insulating film 19.
3 and the floating gate electrode 2 in the Si substrate 11
An N-type source diffusion layer 17 and a drain diffusion layer 18 are formed in regions located on both sides of 0. The implantation conditions are, for example, an acceleration energy of 70 keV and a dose of 5 × 10 5
15 cm -2 . In order to prevent channeling, the angle of ion implantation is inclined by about 7 ° from a direction substantially perpendicular to the substrate surface.

【0121】次に、図11(d)に示す工程で、850
℃の酸素雰囲気で、ゲート酸化膜12のダメージを回復
させるための熱処理を行なう。この処理によって、Si
基板11,制御ゲート電極22および浮遊ゲート電極2
0が熱酸化されて、厚みが約8nmの熱酸化膜30が形
成される。このとき、ゲート酸化膜12のうち浮遊ゲー
ト電極20の下方に位置する領域(現実にゲート絶縁膜
として機能する領域)を除く領域が少し厚膜化される。
また、この厚膜化した領域は、浮遊ゲート電極20の下
方に侵入するので、ゲート酸化膜12のうち現実にゲー
ト絶縁膜として機能する領域の両端部には小さなバーズ
ビークが形成される。同様に、層間絶縁膜21のうち窒
化膜を挟む上下の酸化膜の両端部も少し厚膜化されるの
で、層間絶縁膜21には小さなバーズビークが形成され
る。
Next, in the step shown in FIG.
Heat treatment for recovering damage to the gate oxide film 12 is performed in an oxygen atmosphere at a temperature of ° C. By this processing, Si
Substrate 11, control gate electrode 22, and floating gate electrode 2
0 is thermally oxidized to form a thermal oxide film 30 having a thickness of about 8 nm. At this time, a region of the gate oxide film 12 except for a region located below the floating gate electrode 20 (a region actually functioning as a gate insulating film) is slightly thickened.
Since the thickened region penetrates below the floating gate electrode 20, small bird's beaks are formed at both ends of the region of the gate oxide film 12 which actually functions as a gate insulating film. Similarly, both ends of the upper and lower oxide films sandwiching the nitride film in the interlayer insulating film 21 are slightly thickened, so that a small bird's beak is formed in the interlayer insulating film 21.

【0122】本実施形態の製造方法によれば、図11
(b)に示す工程で、制御ゲート電極22や浮遊ゲート
電極20の側面をCVD絶縁膜19によって被覆するこ
とにより、上記第3の実施形態と同様の効果を発揮する
ことができる。すなわち、図11(c)に示す工程にお
けるヒ素イオン14が浮遊ゲート電極20の端部や制御
ゲート電極22の端部を突き抜ける作用を抑制できるの
で、ゲート酸化膜12や層間絶縁膜21におけるダメー
ジを抑制できる。また、保護膜形成用の長時間,高温の
加熱処理は行なわないことや、CVD絶縁膜19が存在
することにより、大きなバーズビークの発生と各ゲート
電極22,20にドーピングされているリンなどの不純
物の外方への拡散を抑制することができる。
According to the manufacturing method of this embodiment, FIG.
By covering the side surfaces of the control gate electrode 22 and the floating gate electrode 20 with the CVD insulating film 19 in the step shown in FIG. 2B, the same effect as in the third embodiment can be exerted. That is, the action of the arsenic ions 14 penetrating through the end of the floating gate electrode 20 and the end of the control gate electrode 22 in the step shown in FIG. 11C can be suppressed, so that damage to the gate oxide film 12 and the interlayer insulating film 21 can be reduced. Can be suppressed. In addition, since a long-time, high-temperature heat treatment for forming the protective film is not performed and the presence of the CVD insulating film 19, a large bird's beak is generated and impurities such as phosphorus doped in the gate electrodes 22 and 20 are doped. Can be suppressed from spreading outward.

【0123】加えて、図11(d)に示す工程で、酸化
性雰囲気における熱処理を行なうことにより、ヒ素イオ
ン14の注入によるダメージを受けて絶縁性が劣化した
ゲート酸化膜12や層間絶縁膜21を再酸化して絶縁性
を回復することができる。すなわち、CVD絶縁膜19
により、図11(c)に示す工程におけるヒ素イオン1
4の各ゲート電極22,20の突き抜けを抑制できるも
のの、この突き抜けをまったくなくすことは困難であ
る。そのとき、熱酸化を行なうことにより、ゲート酸化
膜12や層間絶縁膜21中のダメージ,具体的にはシリ
コン原子の酸素との結合が切れている部分に酸素を再結
合させるような修復作業が行われるものと思われる。こ
のように、熱酸化を行なってゲート酸化膜12のダメー
ジを回復させる工程を追加することにより、不揮発性半
導体記憶装置の書き換え回数の向上および各種ディスタ
ーブ特性の向上が実現できる。
In addition, by performing a heat treatment in an oxidizing atmosphere in the step shown in FIG. 11D, the gate oxide film 12 and the interlayer insulating film 21 whose insulating properties have been deteriorated due to the damage caused by the implantation of the arsenic ions 14. Can be reoxidized to restore insulation. That is, the CVD insulating film 19
As a result, the arsenic ion 1 in the step shown in FIG.
Although the penetration of each of the gate electrodes 22 and 20 of No. 4 can be suppressed, it is difficult to completely eliminate the penetration. At this time, by performing thermal oxidation, a repair work such as damage in the gate oxide film 12 or the interlayer insulating film 21, more specifically, a repair operation of recombining oxygen with a portion of the silicon atom that has been disconnected from oxygen is cut off. It seems to be done. As described above, by adding the step of recovering the damage of the gate oxide film 12 by performing the thermal oxidation, the number of rewrites of the nonvolatile semiconductor memory device and the various disturbance characteristics can be improved.

【0124】その場合、図11(d)に示す工程におけ
る熱酸化工程は、保護膜としての熱酸化膜を形成する工
程とは異なり、ゲート酸化膜12及び層間絶縁膜21中
のダメージを回復するだけの目的で行なわれるので、そ
の際にゲート酸化膜12や層間絶縁膜21にそれほど大
きなバーズビークは形成されることがない。よって、従
来の製造方法のようなゲート長のばらつきによるしきい
値電圧のばらつきや、層間絶縁膜21の両端部への局部
的なストレスの印加に起因する素子特性のばらつきは回
避することができる。
In this case, unlike the step of forming a thermal oxide film as a protective film, the thermal oxidation step in the step shown in FIG. 11D recovers damage in the gate oxide film 12 and the interlayer insulating film 21. In this case, a large bird's beak is not formed in the gate oxide film 12 or the interlayer insulating film 21. Therefore, variations in threshold voltage due to variations in gate length and variations in device characteristics due to application of local stress to both ends of the interlayer insulating film 21 as in the conventional manufacturing method can be avoided. .

【0125】また、酸化性雰囲気での熱処理を急速熱処
理によって行うため、熱処理量を最小限で済む結果、不
揮発性半導体記憶装置の特性のばらつきが少なく、ま
た、不揮発性半導体記憶装置の微細化にも有利である。
Further, since heat treatment in an oxidizing atmosphere is performed by rapid heat treatment, the amount of heat treatment can be minimized. As a result, variations in the characteristics of the nonvolatile semiconductor memory device are small, and miniaturization of the nonvolatile semiconductor memory device is required. Is also advantageous.

【0126】加えて、浮遊ゲート電極20が良質のCV
D絶縁膜19によって覆われているので、電荷保持特性
に優れた不揮発性半導体記憶装置を得ることができる。
In addition, the floating gate electrode 20 has a high quality CV
Since the semiconductor device is covered with the D insulating film 19, a nonvolatile semiconductor memory device having excellent charge retention characteristics can be obtained.

【0127】なお、本実施形態の図11(c)に示すリ
ンイオン23の注入工程に前後して、表面濃度を高め電
子を引き抜きやすくするためのヒ素イオンや、しきい値
制御層又はパンチスルーストッパとなるP型拡散層を形
成するためのB(ボロン)イオンまたはBF2 イオンを
CVD絶縁膜19及びゲート酸化膜12を通過させてS
i基板11内に注入してもよい。その場合においても、
本実施形態と同様の効果が得られることは明らかであ
る。
Before and after the step of implanting phosphorus ions 23 shown in FIG. 11C of this embodiment, arsenic ions for increasing the surface concentration and facilitating the extraction of electrons, a threshold control layer or a punch-through stopper B (boron) ions or BF 2 ions for forming a P-type diffusion layer to pass through the CVD insulating film 19 and the gate oxide film 12 to form S
It may be implanted into the i-substrate 11. Even in that case,
It is clear that the same effects as in the present embodiment can be obtained.

【0128】図14は、第3,第10の実施形態の製造
方法によってそれぞれ製造された不揮発性半導体記憶装
置の書き換え耐久特性を互いに比較して示すデータであ
る。同図において、横軸は書き換え回数を表し、縦軸は
しきい値電圧(V)を表している。そして、Vt1は浮遊
ゲート電極20に電子が注入されているときのしきい値
電圧を、Vtoは浮遊ゲート電極20から電子が引き抜か
れているときのしきい値電圧をそれぞれ示す。また、同
図中の×印は第3の実施形態の製造方法によって製造し
た不揮発性半導体記憶装置のしきい値電圧を、同図中の
●印は第10の実施形態の製造方法によって製造した不
揮発性半導体記憶装置のしきい値電圧をそれぞれ示す。
第3の実施形態の製造方法で製造された半導体記憶装置
においても、上記従来の製造方法によって製造された不
揮発性半導体記憶装置のしきい値電圧(図示せず)に比
べると、ばらつきが小さく、かつ電子引き抜き状態にお
けるしきい値電圧の上昇も小さいことが確認されてい
る。しかし、第10の実施形態の製造方法で製造された
不揮発性半導体記憶装置の電子引き抜き状態におけるし
きい値電圧の上昇は極めて小さいことが示されている。
すなわち、本実施形態の製造方法により、不揮発性半導
体記憶装置の書き換え回数の向上効果と、各種ディスタ
ーブ特性の向上効果が顕著に得られる。
FIG. 14 is data showing the rewrite durability characteristics of the nonvolatile semiconductor memory devices manufactured by the manufacturing methods of the third and tenth embodiments, respectively. In the figure, the horizontal axis represents the number of times of rewriting, and the vertical axis represents the threshold voltage (V). Vt1 indicates a threshold voltage when electrons are injected into the floating gate electrode 20, and Vto indicates a threshold voltage when electrons are extracted from the floating gate electrode 20, respectively. In the same figure, the mark x indicates the threshold voltage of the nonvolatile semiconductor memory device manufactured by the manufacturing method of the third embodiment, and the mark ● in the figure indicates the manufacturing method of the nonvolatile semiconductor memory device of the tenth embodiment. The respective threshold voltages of the nonvolatile semiconductor memory device are shown.
Also in the semiconductor memory device manufactured by the manufacturing method of the third embodiment, the variation is smaller than the threshold voltage (not shown) of the nonvolatile semiconductor memory device manufactured by the above-described conventional manufacturing method. In addition, it has been confirmed that the rise of the threshold voltage in the electron extraction state is small. However, it is shown that the increase in the threshold voltage in the electron withdrawal state of the nonvolatile semiconductor memory device manufactured by the manufacturing method of the tenth embodiment is extremely small.
That is, according to the manufacturing method of the present embodiment, the effect of improving the number of times of rewriting of the nonvolatile semiconductor memory device and the effect of improving various disturbance characteristics are remarkably obtained.

【0129】(第11の実施形態) 次に、本発明の第11の実施形態について説明する。図
12(a)〜(d)は、本実施形態に係る不揮発性半導
体記憶装置として機能する半導体装置の製造工程を示す
断面図である。図12(a)〜(d)において、11は
Si基板、12はゲート酸化膜、17はソース拡散層、
18はドレイン拡散層、19はCVD法により堆積され
る絶縁膜、20は浮遊ゲート電極、21は層間絶縁膜、
22は制御ゲート電極、23はソース拡散層およびドレ
イン拡散層を形成するためにSi基板11に注入される
不純物イオンとしてのリンイオン、31は酸窒化膜であ
る。
(Eleventh Embodiment) Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described. FIGS. 12A to 12D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the semiconductor device functioning as the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment. 12A to 12D, 11 is a Si substrate, 12 is a gate oxide film, 17 is a source diffusion layer,
18 is a drain diffusion layer, 19 is an insulating film deposited by a CVD method, 20 is a floating gate electrode, 21 is an interlayer insulating film,
Reference numeral 22 denotes a control gate electrode, 23 denotes phosphorus ions as impurity ions implanted into the Si substrate 11 to form a source diffusion layer and a drain diffusion layer, and 31 denotes an oxynitride film.

【0130】まず、図12(a)に示す工程で、P型シ
リコンからなるSi基板11上に、パイロ酸化により膜
厚が9nmのシリコン酸化膜からなるゲート酸化膜12
を形成した後、その上に、リンドープされたポリシリコ
ンからなる浮遊ゲート電極20,ONO膜(窒化膜の上
下に酸化膜を設けてなる3層膜)からなる層間絶縁膜2
1,およびリンドープされたポリシリコンからなる制御
ゲート電極22を順次形成する。
First, in a step shown in FIG. 12A, a gate oxide film 12 made of a silicon oxide film having a thickness of 9 nm is formed on a Si substrate 11 made of P-type silicon by pyro-oxidation.
Is formed thereon, a floating gate electrode 20 made of phosphorus-doped polysilicon, and an interlayer insulating film 2 made of an ONO film (a three-layer film formed by providing an oxide film above and below a nitride film).
A control gate electrode 22 made of 1, and phosphorus-doped polysilicon is sequentially formed.

【0131】次に、図12(b)に示す工程で、基板上
に減圧CVD法により厚みが20nmのシリコン酸化膜
からなるCVD絶縁膜19を堆積し、ゲート酸化膜12
と、浮遊ゲート電極20,層間絶縁膜21及び制御ゲー
ト電極22からなる多層体とをCVD絶縁膜により被覆
する。
Next, in a step shown in FIG. 12B, a CVD insulating film 19 made of a silicon oxide film having a thickness of 20 nm is deposited on the substrate by a low pressure CVD method, and a gate oxide film 12 is formed.
And a multilayer body composed of the floating gate electrode 20, the interlayer insulating film 21, and the control gate electrode 22 are covered with a CVD insulating film.

【0132】次に、図12(c)に示す工程で、CVD
絶縁膜19で覆われた制御ゲート電極22,浮遊ゲート
電極20等の上方から、Si基板11内にリンイオン2
3を注入し、Si基板11内における浮遊ゲート電極2
0の両側方に位置する領域にN型のソース拡散層17お
よびドレイン拡散層18を形成する。注入条件は、例え
ば加速エネルギーが70keVで、ドーズ量が5×10
15cm-2である。また、チャネリング防止のために、イ
オン注入の角度を基板面にほぼ垂直な方向から約7°傾
けている。
Next, in the step shown in FIG.
Phosphorus ions 2 are introduced into the Si substrate 11 from above the control gate electrode 22 and the floating gate electrode 20 covered with the insulating film 19.
3 and the floating gate electrode 2 in the Si substrate 11
An N-type source diffusion layer 17 and a drain diffusion layer 18 are formed in regions located on both sides of 0. The implantation conditions are, for example, an acceleration energy of 70 keV and a dose of 5 × 10 5
15 cm -2 . In order to prevent channeling, the angle of ion implantation is inclined by about 7 ° from a direction substantially perpendicular to the substrate surface.

【0133】次に、図12(d)に示す工程で、N2
を含む酸窒化雰囲気,1000℃の条件で、ゲート酸化
膜12のダメージを回復させるための熱処理を行なう。
この処理によって、Si基板11,制御ゲート電極22
および浮遊ゲート電極20が酸窒化されて、厚みが約3
nmの酸窒化膜31が形成される。このとき、ゲート酸
化膜12のうち浮遊ゲート電極20の下方に位置する領
域(現実にゲート酸化膜として機能する領域)を除く領
域が少し厚膜化される。また、この厚膜化した領域は、
浮遊ゲート電極20の下方に侵入するので、ゲート酸化
膜12のうち現実にゲート絶縁膜として機能する領域の
両端部にはわずかながら小さなバーズビークが形成され
る。同様に、層間絶縁膜21のうち窒化膜を挟む上下の
酸化膜の両端部も少し厚膜化されるので、層間絶縁膜2
1にはごく小さなバーズビークが形成される。
[0133] Next, in the step shown in FIG. 12 (d), N 2 O
Is performed under an oxynitriding atmosphere containing 1000 ° C. at a temperature of 1000 ° C. to recover damage to the gate oxide film 12.
By this processing, the Si substrate 11, the control gate electrode 22
And the thickness of the floating gate electrode 20 is about 3
An oxynitride film 31 of nm is formed. At this time, the region of the gate oxide film 12 except for the region located below the floating gate electrode 20 (the region that actually functions as a gate oxide film) is slightly thickened. Also, this thickened area is
Since it penetrates below the floating gate electrode 20, slightly small bird's beaks are formed at both ends of a region of the gate oxide film 12 which actually functions as a gate insulating film. Similarly, both ends of the upper and lower oxide films sandwiching the nitride film in the interlayer insulating film 21 are slightly thickened.
1 has a very small bird's beak.

【0134】本実施形態の製造方法によれば、図12
(b)に示す工程で、制御ゲート電極22や浮遊ゲート
電極20の側面をCVD絶縁膜19によって被覆するこ
とにより、上記第10の実施形態と同様の効果を発揮す
ることができる。すなわち、図12(c)に示す工程に
おけるヒ素イオン14が浮遊ゲート電極20や制御ゲー
ト電極22を突き抜ける作用を抑制できるので、ゲート
酸化膜12や層間絶縁膜21中におけるダメージを抑制
できる。また、保護膜形成用の長時間,高温の加熱処理
は行なわないことや、CVD絶縁膜19が存在すること
により、大きなバーズビークの発生と各ゲート電極2
2,20にドーピングされているリンなどの不純物の外
方への拡散を抑制することができる。
According to the manufacturing method of this embodiment, FIG.
By covering the side surfaces of the control gate electrode 22 and the floating gate electrode 20 with the CVD insulating film 19 in the step shown in (b), the same effect as in the tenth embodiment can be exerted. That is, the action of arsenic ions 14 penetrating through the floating gate electrode 20 and the control gate electrode 22 in the step shown in FIG. 12C can be suppressed, so that damage in the gate oxide film 12 and the interlayer insulating film 21 can be suppressed. Further, since a long-time, high-temperature heat treatment for forming the protective film is not performed and the presence of the CVD insulating film 19, a large bird's beak is generated and each gate electrode 2
It is possible to suppress the diffusion of impurities such as phosphorus doped into the layers 2 and 20 to the outside.

【0135】加えて、図12(d)に示す工程で、酸窒
化性雰囲気で熱処理することにより、ダメージの回復に
よるリンイオン23の注入によるダメージを受けて絶縁
性が劣化したゲート酸化膜12を再酸化して絶縁性を回
復できる効果と、ゲート酸化膜12を窒化して電気的ス
トレス印加後の特性劣化を少なくし電子のトラップ量を
低減できる効果とを得ることができる。その結果、極め
て高い信頼性もつゲート酸化膜12を備えた不揮発半導
体記憶装置を得ることができ、不揮発性半導体記憶装置
の書き換え回数の向上および各種ディスターブ特性の向
上を図ることができる。
In addition, in the step shown in FIG. 12D, heat treatment is performed in an oxynitriding atmosphere to regenerate the gate oxide film 12 which has been damaged by the implantation of the phosphorus ions 23 due to the recovery of the damage and has deteriorated insulative properties. It is possible to obtain an effect that the insulating property can be restored by oxidation, and an effect that the gate oxide film 12 is nitrided to reduce the characteristic deterioration after the application of the electric stress and reduce the amount of trapped electrons. As a result, a nonvolatile semiconductor memory device having the gate oxide film 12 with extremely high reliability can be obtained, and the number of times of rewriting of the nonvolatile semiconductor memory device and various disturbance characteristics can be improved.

【0136】その場合、図12(d)に示す工程におけ
る酸窒化工程は、保護膜としての熱酸化膜を形成する工
程とは異なり、ゲート酸化膜12及び層間絶縁膜21中
のダメージを回復するだけの目的で行なわれ、しかも第
10の実施形態における熱酸化工程よりも酸化作用は小
さいので、その際にゲート酸化膜12や層間絶縁膜21
には極めて小さなバーズビークしか形成されることがな
い。よって、従来の製造方法のようなゲート長のばらつ
きによるしきい値電圧のばらつきや、層間絶縁膜21の
両端部への局部的なストレスの印加に起因する素子特性
のばらつきは回避することができる。
In this case, the oxynitridation step in the step shown in FIG. 12D is different from the step of forming a thermal oxide film as a protective film to recover damage in the gate oxide film 12 and the interlayer insulating film 21. Is performed only for the purpose, and the oxidizing action is smaller than in the thermal oxidation step in the tenth embodiment.
Only very small bird's beaks are formed. Therefore, variations in threshold voltage due to variations in gate length and variations in device characteristics due to application of local stress to both ends of the interlayer insulating film 21 as in the conventional manufacturing method can be avoided. .

【0137】また、酸窒化性雰囲気での熱処理を急速熱
処理によって行うため、熱処理量を最小限で済む結果、
不揮発性半導体記憶装置の特性のばらつきが少なく、ま
た、不揮発性半導体記憶装置の微細化にも有利である。
Further, since the heat treatment in the oxynitriding atmosphere is performed by rapid heat treatment, the amount of heat treatment can be minimized.
The characteristics of the non-volatile semiconductor memory device are less likely to vary, and it is advantageous for miniaturization of the non-volatile semiconductor memory device.

【0138】加えて、浮遊ゲート電極20が良質のCV
D絶縁膜19によって覆われているので、電荷保持特性
に優れた不揮発性半導体記憶装置を得ることができる。
In addition, the floating gate electrode 20 has a high quality CV
Since the semiconductor device is covered with the D insulating film 19, a nonvolatile semiconductor memory device having excellent charge retention characteristics can be obtained.

【0139】さらに、浮遊ゲート電極20及び層間絶縁
膜21をCVD絶縁膜膜19で被覆していることによ
り、浮遊ゲート電極20にドーピングされたリンが外部
へ拡散するのを防止できるため、特性のばらつきが少な
い不揮発性半導体記憶装置を得ることができる。
Furthermore, since the floating gate electrode 20 and the interlayer insulating film 21 are covered with the CVD insulating film 19, the diffusion of phosphorus doped in the floating gate electrode 20 to the outside can be prevented, so that the characteristics are improved. It is possible to obtain a non-volatile semiconductor memory device with little variation.

【0140】なお、本実施形態の図12(c)に示すリ
ンイオン23の注入工程に前後して、表面濃度を高め電
子を引き抜きやすくするためのヒ素イオンや、しきい値
制御層又はパンチスルーストッパとなるP型拡散層を形
成するためのB(ボロン)イオンまたはBF2 イオンを
CVD絶縁膜19及びゲート酸化膜12を通過させてS
i基板11内に注入してもよい。その場合においても、
本実施形態と同様の効果が得られることは明らかであ
る。
Before and after the step of implanting the phosphorus ions 23 shown in FIG. 12C of this embodiment, arsenic ions for increasing the surface concentration and facilitating the extraction of electrons, a threshold control layer or a punch-through stopper B (boron) ions or BF 2 ions for forming a P-type diffusion layer to pass through the CVD insulating film 19 and the gate oxide film 12 to form S
It may be implanted into the i-substrate 11. Even in that case,
It is clear that the same effects as in the present embodiment can be obtained.

【0141】また、本実施形態では、ソース拡散層17
およびドレイン拡散層18を形成する目的でリンイオン
23を注入する工程を行なっているが、それに前後して
ヒ素イオンを注入した場合においても、本実施例と同様
の効果が得られることは明らかである。
In this embodiment, the source diffusion layer 17
Although the step of implanting phosphorus ions 23 for the purpose of forming drain diffusion layer 18 is performed, it is apparent that the same effect as in the present embodiment can be obtained even when arsenic ions are implanted before or after that. .

【0142】(第12の実施形態) 次に、本発明の第12の実施形態について説明する。図
13(a)〜(d)は、本実施形態に係る不揮発性半導
体記憶装置として機能する半導体装置の製造工程を示す
断面図である。図13(a)〜(d)において、11は
Si基板、12はゲート酸化膜、17はソース拡散層、
18はドレイン拡散層、19はCVD法により堆積され
る絶縁膜、20は浮遊ゲート電極、21は層間絶縁膜、
22は制御ゲート電極、23はソース拡散層およびドレ
イン拡散層を形成するためにSi基板11に注入される
不純物イオンとしてのリンイオンである。
(Twelfth Embodiment) Next, a twelfth embodiment of the present invention will be described. FIGS. 13A to 13D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a semiconductor device functioning as the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment. 13A to 13D, 11 is a Si substrate, 12 is a gate oxide film, 17 is a source diffusion layer,
18 is a drain diffusion layer, 19 is an insulating film deposited by a CVD method, 20 is a floating gate electrode, 21 is an interlayer insulating film,
Reference numeral 22 denotes a control gate electrode, and reference numeral 23 denotes phosphorus ions as impurity ions implanted into the Si substrate 11 to form a source diffusion layer and a drain diffusion layer.

【0143】まず、図13(a)に示す工程で、P型シ
リコンからなるSi基板11上に、パイロ酸化により膜
厚が9nmのシリコン酸化膜からなるゲート酸化膜12
を形成した後、その上に、リンドープされたポリシリコ
ンからなる浮遊ゲート電極20,ONO膜(窒化膜の上
下に酸化膜を設けてなる3層膜)からなる層間絶縁膜2
1,およびリンドープされたポリシリコンからなる制御
ゲート電極22を順次形成する。
First, in the step shown in FIG. 13A, a gate oxide film 12 made of a silicon oxide film having a thickness of 9 nm is formed on a Si substrate 11 made of P-type silicon by pyro-oxidation.
Is formed thereon, a floating gate electrode 20 made of phosphorus-doped polysilicon, and an interlayer insulating film 2 made of an ONO film (a three-layer film formed by providing an oxide film above and below a nitride film).
A control gate electrode 22 made of 1, and phosphorus-doped polysilicon is sequentially formed.

【0144】次に、図13(b)に示す工程で、基板上
に減圧CVD法により厚みが30nmのシリコン酸化膜
からなるCVD絶縁膜19を堆積し、ゲート酸化膜12
と、浮遊ゲート電極20,層間絶縁膜21及び制御ゲー
ト電極22からなる多層体とをCVD絶縁膜により被覆
する。
Next, in a step shown in FIG. 13B, a CVD insulating film 19 made of a silicon oxide film having a thickness of 30 nm is deposited on the substrate by a low pressure CVD method, and a gate oxide film 12 is formed.
And a multilayer body composed of the floating gate electrode 20, the interlayer insulating film 21, and the control gate electrode 22 are covered with a CVD insulating film.

【0145】次に、図13(c)に示す工程で、CVD
絶縁膜19で覆われた制御ゲート電極22,浮遊ゲート
電極20等の上方から、Si基板11内にリンイオン2
3を注入し、Si基板11内における浮遊ゲート電極2
0の両側方に位置する領域にN型のソース拡散層17お
よびドレイン拡散層18を形成する。注入条件は、例え
ば加速エネルギーが70keVで、ドーズ量が5×10
15cm-2である。また、チャネリング防止のために、イ
オン注入の角度を基板面にほぼ垂直な方向から約7°傾
けている。
Next, in the step shown in FIG.
Phosphorus ions 2 are introduced into the Si substrate 11 from above the control gate electrode 22 and the floating gate electrode 20 covered with the insulating film 19.
3 and the floating gate electrode 2 in the Si substrate 11
An N-type source diffusion layer 17 and a drain diffusion layer 18 are formed in regions located on both sides of 0. The implantation conditions are, for example, an acceleration energy of 70 keV and a dose of 5 × 10 5
15 cm -2 . In order to prevent channeling, the angle of ion implantation is inclined by about 7 ° from a direction substantially perpendicular to the substrate surface.

【0146】次に、図13(d)に示す工程で、NO,
NH3 などを含む窒化雰囲気,1050℃の条件で、急
速加熱処理を行なう。このとき、上記第10,第11の
実施形態のような熱酸化膜30や酸窒化膜31は形成さ
れず、ゲート酸化膜12や層間絶縁膜21にバーズビー
クが形成されることもない。
Next, in the step shown in FIG.
A rapid heating process is performed in a nitriding atmosphere containing NH 3 or the like at 1050 ° C. At this time, the thermal oxide film 30 and the oxynitride film 31 as in the tenth and eleventh embodiments are not formed, and a bird's beak is not formed in the gate oxide film 12 and the interlayer insulating film 21.

【0147】本実施形態の製造方法によれば、図13
(b)に示す工程で、制御ゲート電極22や浮遊ゲート
電極20の側面をCVD絶縁膜19によって被覆するこ
とにより、上記第10の実施形態と同様の効果を発揮す
ることができる。すなわち、図13(c)に示す工程に
おけるヒ素イオン14が浮遊ゲート電極20や制御ゲー
ト電極22を突き抜ける作用を抑制できるので、ゲート
酸化膜12や層間絶縁膜21中におけるダメージを抑制
できる。また、保護膜形成用の長時間,高温の加熱処理
は行なわないことや、CVD絶縁膜19が存在すること
により、バーズビークの発生と各ゲート電極22,20
にドーピングされているリンなどの不純物の外方への拡
散を抑制することができる。
According to the manufacturing method of this embodiment, FIG.
By covering the side surfaces of the control gate electrode 22 and the floating gate electrode 20 with the CVD insulating film 19 in the step shown in (b), the same effect as in the tenth embodiment can be exerted. That is, the action of arsenic ions 14 penetrating through the floating gate electrode 20 and the control gate electrode 22 in the step shown in FIG. 13C can be suppressed, so that damage in the gate oxide film 12 and the interlayer insulating film 21 can be suppressed. In addition, since a long-time, high-temperature heat treatment for forming a protective film is not performed and the presence of the CVD insulating film 19, bird's beaks are generated and the gate electrodes 22 and 20 are formed.
It is possible to suppress the diffusion of impurities such as phosphorus that is doped into the semiconductor substrate to the outside.

【0148】加えて、図13(d)に示す工程で、窒化
性雰囲気で熱処理することにより、ゲート酸化膜12を
窒化して電気的ストレス印加後の特性劣化を少なくし電
子のトラップ量を低減することができる。その結果、極
めて高い信頼性もつゲート酸化膜12を備えた不揮発半
導体記憶装置を得ることができ、不揮発性半導体記憶装
置の書き換え回数の向上および各種ディスターブ特性の
向上を図ることができる。
In addition, in the step shown in FIG. 13D, by performing a heat treatment in a nitriding atmosphere, the gate oxide film 12 is nitrided to reduce the characteristic deterioration after the application of the electric stress and to reduce the amount of trapped electrons. can do. As a result, a nonvolatile semiconductor memory device having the gate oxide film 12 with extremely high reliability can be obtained, and the number of times of rewriting of the nonvolatile semiconductor memory device and various disturbance characteristics can be improved.

【0149】しかも、図13(d)に示す工程における
窒化工程の際にゲート酸化膜12や層間絶縁膜21には
バーズビークが形成されることがないので、従来の製造
方法のようなゲート長のばらつきによるしきい値電圧の
ばらつきや、層間絶縁膜21の両端部への局部的なスト
レスの印加に起因する素子特性のばらつきは回避するこ
とができる。
Further, bird's beaks are not formed in the gate oxide film 12 and the interlayer insulating film 21 during the nitriding step in the step shown in FIG. Variations in threshold voltage due to variations and variations in device characteristics due to local application of stress to both ends of the interlayer insulating film 21 can be avoided.

【0150】また、窒化性雰囲気での熱処理を急速熱処
理によって行うため、熱処理量を最小限で済む結果、不
揮発性半導体記憶装置の特性のばらつきが少なく、ま
た、不揮発性半導体記憶装置の微細化にも有利である。
In addition, since the heat treatment in the nitriding atmosphere is performed by rapid heat treatment, the amount of heat treatment can be minimized. As a result, the characteristics of the non-volatile semiconductor memory device have less variation and the non-volatile semiconductor memory device can be miniaturized. Is also advantageous.

【0151】加えて、浮遊ゲート電極20が良質のCV
D絶縁膜19によって覆われているので、電荷保持特性
に優れた不揮発性半導体記憶装置を得ることができる。
In addition, the floating gate electrode 20 has a high quality CV
Since the semiconductor device is covered with the D insulating film 19, a nonvolatile semiconductor memory device having excellent charge retention characteristics can be obtained.

【0152】さらに、浮遊ゲート電極20及び層間絶縁
膜21がCVD絶縁膜19で覆われていることにより、
浮遊ゲート電極20にドーピングされたリンが外部へ拡
散するのを防止できるため、特性のばらつきが少ない不
揮発性半導体記憶装置を得ることができる。
Further, since the floating gate electrode 20 and the interlayer insulating film 21 are covered with the CVD insulating film 19,
Since the diffusion of phosphorus doped in the floating gate electrode 20 to the outside can be prevented, a non-volatile semiconductor memory device with less variation in characteristics can be obtained.

【0153】なお、本実施形態の図13(c)に示すリ
ンイオン23の注入工程に前後して、表面濃度を高め電
子を引き抜きやすくするためのヒ素イオンや、しきい値
制御層又はパンチスルーストッパとなるP型拡散層を形
成するためのB(ボロン)イオンまたはBF2 イオンを
CVD絶縁膜19及びゲート酸化膜12を通過させてS
i基板11内に注入してもよい。その場合においても、
本実施形態と同様の効果が得られることは明らかであ
る。
Before and after the step of implanting phosphorus ions 23 shown in FIG. 13C of this embodiment, arsenic ions for increasing the surface concentration and facilitating extraction of electrons, a threshold control layer or a punch-through stopper B (boron) ions or BF 2 ions for forming a P-type diffusion layer to pass through the CVD insulating film 19 and the gate oxide film 12 to form S
It may be implanted into the i-substrate 11. Even in that case,
It is clear that the same effects as in the present embodiment can be obtained.

【0154】−加熱処理の条件− 上記第7〜第12の実施形態における酸化工程,酸窒化
工程,窒化工程における急速加熱は、不純物の拡散など
によるデバイス特性の悪化を抑止しながらダメージ回復
などの目的を達成するためには、800〜1100℃が
適正である。また、バーズビークの形成を抑制するため
には120秒以内の短時間の処理を行なうことが好まし
い。
-Conditions for Heat Treatment-The rapid heating in the oxidation step, oxynitridation step, and nitridation step in the seventh to twelfth embodiments is effective for preventing damage to the device while suppressing deterioration of device characteristics due to diffusion of impurities. To achieve the purpose, 800 to 1100 ° C is appropriate. Further, in order to suppress the formation of bird's beak, it is preferable to perform a short-time treatment within 120 seconds.

【0155】上記第7〜第12の実施形態において、C
VD絶縁膜19に代えて、熱酸化による保護酸化膜を設
けてもよい。特に、その後にダメージ除去のための熱酸
化工程又は酸窒化工程を行なっているので、最初の熱酸
化によって形成される保護酸化膜の厚みを薄くしても、
熱酸化工程又は酸窒化工程で新たな酸化膜30又は酸窒
化膜31が形成されるので、不純物の拡散防止機能を確
保することができる。従って、ゲート酸化膜12や層間
絶縁膜21の両端部におけるバーズビークの発生を最小
限度にとどめることができる。
In the seventh to twelfth embodiments, C
Instead of the VD insulating film 19, a protective oxide film by thermal oxidation may be provided. In particular, since a thermal oxidation step or an oxynitridation step for removing damage is performed thereafter, even if the thickness of the protective oxide film formed by the first thermal oxidation is reduced,
Since the new oxide film 30 or oxynitride film 31 is formed in the thermal oxidation process or the oxynitridation process, the function of preventing diffusion of impurities can be ensured. Therefore, occurrence of bird's beak at both ends of the gate oxide film 12 and the interlayer insulating film 21 can be minimized.

【0156】[0156]

【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、MOSFETのゲート電極又は浮遊ゲート電極の側
面をCVD法により形成された絶縁膜で被覆することに
より、LDD拡散層を形成するために半導体基板に注入
される不純物イオンが、ゲート電極を突き抜ける現象を
抑制できるため、ゲート絶縁膜の信頼性が高く、かつ、
ゲート長の制御性に優れた微細化に適した半導体装置の
製造方法を実現することができる。
According to the method of manufacturing a semi-conductor device of the present invention, by coating the side surfaces of the gate electrode or floating gate electrode of the MOSFET on the insulating film formed by CVD, in order to form an LDD diffusion layer Can suppress the phenomenon that the impurity ions implanted into the semiconductor substrate penetrate through the gate electrode, so that the reliability of the gate insulating film is high, and
A method for manufacturing a semiconductor device which is excellent in controllability of a gate length and suitable for miniaturization can be realized.

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係るMOSFETと
して機能する半導体装置の製造工程を示す断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device functioning as a MOSFET according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施形態に係るMOSFETと
して機能する半導体装置の製造工程を示す断面図であ
る。
FIG. 2 is a sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device functioning as a MOSFET according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の各実施形態に係るゲート酸化膜リーク
特性のCVD絶縁膜(シリコン酸化膜)の膜厚依存性を
示す特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a dependency of a gate oxide film leakage characteristic on a thickness of a CVD insulating film (silicon oxide film) according to each embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施形態に係る不揮発性半導体
記憶装置として機能する半導体装置の製造工程を示す断
面図である。
FIG. 4 is a sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device functioning as a nonvolatile semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第4の実施形態に係る不揮発性半導体
記憶装置として機能する半導体装置の製造工程を示す断
面図である。
FIG. 5 is a sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device functioning as a nonvolatile semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第5の実施形態に係るMOSFETと
して機能する半導体装置の断面図である。
FIG. 6 is a sectional view of a semiconductor device functioning as a MOSFET according to a fifth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第6の実施形態に係る不揮発性半導体
記憶装置として機能する半導体装置の断面図である。
FIG. 7 is a sectional view of a semiconductor device functioning as a nonvolatile semiconductor memory device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第7の実施形態に係るMOSFETと
して機能する半導体装置の製造工程を示す断面図であ
る。
FIG. 8 is a sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device functioning as a MOSFET according to a seventh embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第8の実施形態に係るMOSFETと
して機能する半導体装置の製造工程を示す断面図であ
る。
FIG. 9 is a sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device functioning as a MOSFET according to an eighth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第9の実施形態に係るMOSFET
として機能する半導体装置の製造工程を示す断面図であ
る。
FIG. 10 shows a MOSFET according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of a semiconductor device functioning as a semiconductor device.

【図11】本発明の第10の実施形態に係る不揮発性半
導体記憶装置として機能する半導体装置の製造工程を示
す断面図である。
FIG. 11 is a sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device functioning as a nonvolatile semiconductor memory device according to a tenth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第11の実施形態に係る不揮発性半
導体記憶装置として機能する半導体装置の製造工程を示
す断面図である。
FIG. 12 is a sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device functioning as a nonvolatile semiconductor memory device according to an eleventh embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第12の実施形態に係る不揮発性半
導体記憶装置として機能する半導体装置の製造工程を示
す断面図である。
FIG. 13 is a sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device functioning as a nonvolatile semiconductor memory device according to a twelfth embodiment of the present invention.

【図14】第3,第10の実施形態の製造方法によって
それぞれ製造された不揮発性半導体記憶装置の書き換え
耐久特性を互いに比較して示すデータである。
FIG. 14 is data showing the rewriting endurance characteristics of the nonvolatile semiconductor memory devices manufactured by the manufacturing methods of the third and tenth embodiments in comparison with each other.

【図15】従来技術に係るMOSFETとして機能する
半導体装置の製造工程を示す断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device functioning as a MOSFET according to a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 Si基板(半導体基板) 12 ゲート酸化膜 13 ゲート電極 14 ヒ素イオン 15a,15b LDD拡散層 16a,15b サイドウォールスペーサ 17 ソース拡散層 18 ドレイン拡散層 19 CVD絶縁膜 20 浮遊ゲート電極 21 層間絶縁膜 22 制御ゲート電極 23 リンイオン 24 シリコン酸化膜 30 熱酸化膜 31 酸窒化膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Si substrate (semiconductor substrate) 12 Gate oxide film 13 Gate electrode 14 Arsenic ion 15a, 15b LDD diffusion layer 16a, 15b Side wall spacer 17 Source diffusion layer 18 Drain diffusion layer 19 CVD insulating film 20 Floating gate electrode 21 Interlayer insulating film 22 Control gate electrode 23 Phosphorus ion 24 Silicon oxide film 30 Thermal oxide film 31 Oxynitride film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 29/792 (72)発明者 田村 暢征 大阪府高槻市幸町1番1号 松下電子工 業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−293776(JP,A) 特開 平7−263682(JP,A) 特開 昭63−76377(JP,A) 特開 平4−241425(JP,A) 特開 平3−157938(JP,A) 特開 平6−13401(JP,A) 特開 平3−142841(JP,A) 特開 平6−350093(JP,A) 特開 平8−250609(JP,A) 特開 平8−321607(JP,A) 特開 平10−65028(JP,A) 特開 平11−74525(JP,A) 特開 平7−135255(JP,A) 特開 平4−211178(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/336 H01L 21/8247 H01L 27/115 H01L 29/78 H01L 29/788 H01L 29/792 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI H01L 29/792 (72) Inventor Nobuyuki Tamura 1-1, Komachi, Takatsuki City, Osaka Prefecture Matsushita Electronics Corporation (56) References JP-A-62-293776 (JP, A) JP-A-7-263682 (JP, A) JP-A-63-76377 (JP, A) JP-A-4-241425 (JP, A) JP-A-3 JP-157938 (JP, A) JP-A-6-13401 (JP, A) JP-A-3-1422841 (JP, A) JP-A-6-350093 (JP, A) JP-A-8-250609 (JP, A) JP-A-8-321607 (JP, A) JP-A-10-65028 (JP, A) JP-A-11-74525 (JP, A) JP-A-7-135255 (JP, A) JP-A-4- 211178 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/336 H01L 21/8247 H01L 27/115 H01L 29/78 H01L 2 9/788 H01L 29/792

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 MOS型電界効果トランジスタとして機
能する半導体装置の製造方法であって、 半導体基板上にゲート絶縁膜及びゲート電極を順次形成
するステップ(a)と、 上記半導体基板上に、800℃以下の温度でCVD法に
より上記ゲート電極の露出面を被覆する厚みが5nm以
上で30nm以下であるシリコン酸化膜からなるCVD
絶縁膜を形成するステップ(b)と、 上記ゲート電極及びCVD絶縁膜の上方から上記半導体
基板内に不純物イオンを注入することにより、上記半導
体基板内に第1導電型のLDD拡散層を形成するステッ
プ(c)と、 上記ステップ(c)に前後して、上記半導体基板内に不
純物イオンを注入することにより、上記半導体基板内に
第2導電型のパンチスルーストッパとなる拡散層を形成
するステップ(d)と、 上記ステップ(c)及び(d)の後に、上記ゲート電極
の側面上に上記CVD絶縁膜を挟んでサイドウォールス
ペーサを形成し、且つ、上記半導体基板上の上記CVD
絶縁膜を除去するステップ(e)と、 上記ステップ(e)の後に、上記半導体基板内に第1導
電型のソース・ドレイン拡散層を形成するステップ
(f)とを備え、 上記LDD拡散層が上記ゲート電極にオーバーラップす
るように形成されていることを特徴とする半導体装置の
製造方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device that functions as a MOS field effect transistor, and the step (a) sequentially forming a gate insulating film and a gate electrode on a semiconductor substrate, on the semiconductor substrate, 800 ° C. CVD of a silicon oxide film having a thickness of 5 nm or more and 30 nm or less covering the exposed surface of the gate electrode by the CVD method at the following temperature:
(B) forming an insulating film; and implanting impurity ions into the semiconductor substrate from above the gate electrode and the CVD insulating film to form a first conductivity type LDD diffusion layer in the semiconductor substrate. Forming a diffusion layer serving as a punch-through stopper of the second conductivity type in the semiconductor substrate by implanting impurity ions into the semiconductor substrate before and after the step (c); (D), after the steps (c) and (d), a sidewall spacer is formed on the side surface of the gate electrode with the CVD insulating film interposed therebetween, and the CVD on the semiconductor substrate is performed.
(E) removing an insulating film; and (f) forming a first conductivity type source / drain diffusion layer in the semiconductor substrate after the step (e). A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the method is formed so as to overlap the gate electrode.
【請求項2】 請求項1記載の半導体装置の製遁方法に
おいて、 上記ステップ(c)及び(d)の後で上記ステップ
(e)の前に、上記不純物イオンの注入によって生じた
上記ゲート絶縁膜中のダメージを回復するための加熱処
理を少なくとも酸素を含む雰囲気下において行なうステ
ップをさらに備えていることを特徴とする半導体装置の
製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said gate insulating layer is formed by implanting said impurity ions after said steps (c) and (d) and before said step (e). A method for manufacturing a semiconductor device, further comprising a step of performing a heat treatment for recovering damage in a film in an atmosphere containing at least oxygen.
【請求項3】 請求項2記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 上記加熱処理を行なうステップは、酸窒化性雰囲気下に
おいて行なわれることを特徴とする半導体装置の製造方
法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the step of performing the heat treatment is performed in an oxynitriding atmosphere.
【請求項4】 MOS型電界効果トランジスタとして機
能する半導体装置の製造方法であって、 半導体基板上にゲート絶縁膜及びゲート電極を順次形成
するステップ(a)と、 上記半導体基板上に、800℃以下の温度でCVD法に
より上記ゲート電極の露出面を被覆する厚みが5nm以
上で30nm以下であるシリコン酸化膜からなるCVD
絶縁膜を形成するステップ(b)と、 上記CVD絶縁膜の異方性エッチングを行なって上記ゲ
ート電極の側面上に側壁用CVD絶縁膜を残存させるス
テップ(c)と、 上記ゲート電極及び側壁用CVD絶縁膜の上方から上記
半導体基板内に不純物イオンを注入することにより、上
記半導体基板内に第1導電型のLDD拡散層を形成する
ステップ(d)と、 上記ステップ(d)に前後して、上記半導体基板内に不
純物イオンを注入することにより、上記半導体基板内に
第2導電型のパンチスルーストッパとなる拡散層を形成
するステップ(e)と、 上記ステップ(d)及び(e)の後に、上記ゲート電極
の側面上に上記側壁用CVD絶縁膜を挟んでサイドウォ
ールスペーサを形成するステップ(f)と、 上記ステップ(f)の後に、上記半導体基板内に第1導
電型のソース・ドレイン拡散を形成するステップ
(gとを備え、 上記LDD拡散層が上記ゲート電極にオーバーラップす
るように形成されていることを特徴とする半導体装置の
製造方法。
4. A method of manufacturing a semiconductor device that functions as a MOS field effect transistor, and the step (a) sequentially forming a gate insulating film and a gate electrode on a semiconductor substrate, on the semiconductor substrate, 800 ° C. CVD of a silicon oxide film having a thickness of 5 nm or more and 30 nm or less covering the exposed surface of the gate electrode by the CVD method at the following temperature:
(B) forming an insulating film; (c) performing anisotropic etching of the CVD insulating film to leave a side wall CVD insulating film on the side surface of the gate electrode; Forming a first conductivity type LDD diffusion layer in the semiconductor substrate by implanting impurity ions into the semiconductor substrate from above the CVD insulating film; and (d) before and after the step (d). (E) forming a diffusion layer serving as a punch-through stopper of the second conductivity type in the semiconductor substrate by implanting impurity ions into the semiconductor substrate; and ( d) forming a diffusion layer in the semiconductor substrate. Forming a side wall spacer on the side surface of the gate electrode with the side wall CVD insulating film interposed therebetween; and (f) after the step (f), forming a side wall spacer. And a step (g) forming source and drain diffusion layer of the first conductivity type in the body in a substrate, a semiconductor device in which the LDD diffusion layer is characterized in that it is formed so as to overlap with the gate electrode Manufacturing method.
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