JPH03266471A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPH03266471A
JPH03266471A JP6418890A JP6418890A JPH03266471A JP H03266471 A JPH03266471 A JP H03266471A JP 6418890 A JP6418890 A JP 6418890A JP 6418890 A JP6418890 A JP 6418890A JP H03266471 A JPH03266471 A JP H03266471A
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JP
Japan
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film
semiconductor device
silicon film
silicon
deposited
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Pending
Application number
JP6418890A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Kobayashi
孝 小林
Atsushi Hiraiwa
篤 平岩
Shinpei Iijima
飯島 晋平
Yuzuru Oji
譲 大路
Masahiro Ushiyama
牛山 雅弘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To enhance a semiconductor device of this design in reliability by a method wherein crystal grains whose grain diameter is 10 times as larger as the thickness of a silicon film are contained in the silicon film, and the phosphorus or arsenic concentration in the silicon film is as specified. CONSTITUTION:A field oxide film 102 is formed on an N-type Si substrate 101 whose crystal face orientation is (100), and an Si film 103 is deposited thereon while doping with phosphorus. The Si film 103 is kept in an amorphous state immediately after it is deposited. In succession, an SiO2 film 104 is formed on the surface of the Si film, and an Si film 105 is deposited under the same condition with the Si film 103 and thermally treated in a nitrogen atmosphere to be polycrystallized and to activate impurities. At this point, crystal grains whose grain diameter is 10 times as large as the thickness of a silicon film are contained in the silicon film, and phosphorus or arsenic contained in the silicon film concerned is set higher than 8X10<20>cm<-3> but lower than 2X10<21>cm<-3> in concentration. By this setup, an LSI device can be improved in reliability.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

本発明は高耐圧、高信頼性を有するMO3型半導体装置
およびその製造方法に関する。
The present invention relates to an MO3 type semiconductor device having high breakdown voltage and high reliability, and a method for manufacturing the same.

【従来の技術】[Conventional technology]

今日のLSIの発展をささえてきた技術の一つに、多結
晶シリコン(Si)電極・配線形成技術がある。多結晶
Si膜は、膜堆積直後の状態では、極めて抵抗が高いた
め、その後の工程で、イオン打込み法や熱拡散法により
不純物をドーピングし、導電性を得ている。 MOS型不揮発性メモリ等では、上記方法により形成し
た第1の多結晶Si膜の表面を熱酸化して二酸化シリコ
ン(S i O2)から成る絶縁膜を形成し、更にこの
絶縁膜上に、第2の多結晶Si膜を第1の多結晶Si膜
と同様の方法で形成して、トランジスタやキャパシタを
構成している。この種の半導体装置の製造方法に関連す
るものとしては、電子情報通信学会技術研究報告第18
4巻、1985年、第43頁から48頁が挙げられる。
One of the technologies that has supported the development of today's LSI is polycrystalline silicon (Si) electrode/wiring formation technology. Since the polycrystalline Si film has extremely high resistance immediately after film deposition, it is doped with impurities by ion implantation or thermal diffusion in subsequent steps to obtain conductivity. In MOS type nonvolatile memories, etc., the surface of the first polycrystalline Si film formed by the above method is thermally oxidized to form an insulating film made of silicon dioxide (S i O2), and then a second insulating film is formed on this insulating film. The second polycrystalline Si film is formed by the same method as the first polycrystalline Si film to constitute a transistor or a capacitor. Related to this type of semiconductor device manufacturing method, IEICE Technical Research Report No. 18
4, 1985, pages 43 to 48.

【発明が解決しようとする課題】[Problem to be solved by the invention]

しかし、上記従来技術により形成した多結晶S1の熱酸
化膜のM縁耐圧は、単結晶Si基板上の熱酸化膜に比べ
著しく劣るという問題があった。 10−”A/cm”の漏洩電流が生じるときの絶縁耐圧
は最高でも8.8MV/cmであり、本然酸化膜をE 
E P ROMのフローティングゲートとコントロール
ゲート間の層間lf!!縁膜に用いた場合、著しい#!
縁不良を生じていた。E E F ROMの高信頼化を
図る上では、本然酸化膜の絶縁耐圧が9゜5 M V 
/ c m以上であることが望ましい。 また、従来例では、Si膜中のリン濃度が7×1020
cm−3を越えると絶縁耐圧が急激に劣化するという不
都合もあった。これは、以下の2つの理由によると考え
られている。 ■多結晶S i / S i○2界面に存在する凹凸で
の電界集中。 膜堆積後の多結晶Siの表面には、多数の凹凸が存在す
る。この凹凸の高さは1例えば通常のLSIで広く用い
られている膜厚200nmの多結晶Siでは10nm程
度であり、この凹凸に局所的に電界が集中する結果、S
iO2膜の絶縁破壊が起こる。この電界集中を実用上無
視できるレベルとするためには、上記凹凸の高さを5n
m以下とする必要があった。更に、この凹凸に起因して
、多結晶Siが酸化されずに5in2膜中に取り残され
ることもあり、電流漏洩の原因となる。この問題を解決
するために、例えば、Si膜の堆積を550’Cから5
75℃の範囲という従来より低温で行ない、膜堆積時の
Si膜の状態を非晶質とすることにより、Sl膜表面の
凹凸を低減する方法も提案されている。しかし、多結晶
S1膜の表面を平滑にしただけでは、高い絶縁耐圧は得
られなかった。 ■不純物の酸化膜中への取り込み。 多結晶Si膜中の不純物、特に、結晶粒界に偏析してい
た不純物が、酸化の際に5in2中に取り込まれる結果
、準位が生じ、漏洩電流が増大する。 なお、不揮発性メモリにおいては、多結晶シリコン中の
不純物が下地ゲート酸化膜におよぼす影響も考慮しなく
てはならない。しかしながら、従末技術においては、こ
の問題についてはなんら考慮されておらず、多結晶中の
不純物濃度は膜厚方向で一定であった。 本発明の目的は、単結晶Si基板上に形成した熱酸化膜
と同等の高い絶縁耐圧を有する酸化膜を、多結晶Si膜
上に形成し、高い信頼性を有する半導体装置およびその
製造方法を提供することにある。
However, there was a problem in that the M-edge breakdown voltage of the thermal oxide film of polycrystalline S1 formed by the above-mentioned conventional technique was significantly inferior to that of the thermal oxide film on a single-crystal Si substrate. When a leakage current of 10-"A/cm" occurs, the dielectric strength voltage is at most 8.8 MV/cm, and the original oxide film is
Interlayer lf between floating gate and control gate of E P ROM! ! When used on the lamina, there is a remarkable #!
There was a bad relationship. In order to improve the reliability of EEF ROM, it is necessary to use the dielectric strength voltage of the native oxide film of 9°5 MV.
/ cm or more is desirable. In addition, in the conventional example, the phosphorus concentration in the Si film is 7×1020
There is also the disadvantage that when the voltage exceeds cm-3, the dielectric strength deteriorates rapidly. This is thought to be due to the following two reasons. ■Electric field concentration on the unevenness existing at the polycrystalline Si/S i○2 interface. There are many irregularities on the surface of polycrystalline Si after film deposition. The height of these irregularities is about 10 nm for polycrystalline Si with a film thickness of 200 nm, which is widely used in ordinary LSIs.As a result of the electric field being locally concentrated on these irregularities, the S
Dielectric breakdown of the iO2 film occurs. In order to reduce this electric field concentration to a practically negligible level, the height of the above-mentioned irregularities must be set to 5n.
It was necessary to keep it below m. Furthermore, due to the unevenness, polycrystalline Si may be left behind in the 5in2 film without being oxidized, causing current leakage. To solve this problem, for example, the deposition of the Si film was performed at 550'C.
A method has also been proposed in which the unevenness on the surface of the Sl film is reduced by performing the process at a lower temperature than conventionally in the range of 75° C. and making the Si film in an amorphous state during film deposition. However, simply by smoothing the surface of the polycrystalline S1 film, a high dielectric strength voltage could not be obtained. ■Incorporation of impurities into the oxide film. Impurities in the polycrystalline Si film, particularly impurities segregated at grain boundaries, are taken into the 5in2 during oxidation, resulting in generation of levels and an increase in leakage current. Note that in nonvolatile memories, it is also necessary to consider the influence of impurities in polycrystalline silicon on the underlying gate oxide film. However, in the prior art, no consideration was given to this problem, and the impurity concentration in the polycrystal was constant in the film thickness direction. An object of the present invention is to form an oxide film on a polycrystalline Si film with a high dielectric strength equivalent to that of a thermal oxide film formed on a single-crystalline Si substrate, and to provide a highly reliable semiconductor device and its manufacturing method. It is about providing.

【課題を解決するための手段】[Means to solve the problem]

上記目的は、不純物を含んだシリコン膜を具備する半導
体装置において、該シリコン膜中に、粒径が少なくとも
膜厚の10倍以上の結晶粒を含み、上記シリコン膜中の
リンもしくはヒ素濃度が、8X 1020c m−”以
上、2 x 102 L c m−’以下であるように
することによって達成される。 また、上述の膜形成は、たとえば以下の工程、(1)第
1のSi膜を、リンをドーピングしながら堆積する (2)第1のSi膜の堆積温度を550℃以下とし、非
晶質状態で行なう (3)第1 (7) S i膜中ノリン濃度ヲ、8XI
Q”cm−’以上、2 X 1020ctm−’以下と
するにより達成される。
The above object is to provide a semiconductor device including a silicon film containing impurities, wherein the silicon film contains crystal grains with a grain size of at least 10 times the film thickness, and the phosphorus or arsenic concentration in the silicon film is This is achieved by setting the film density to be 8 x 1020 cm-'' or more and 2 x 102 L cm-' or less. Further, the above-mentioned film formation can be achieved by, for example, the following steps: (1) forming the first Si film; (2) The deposition temperature of the first Si film is 550° C. or less, and the deposition is carried out in an amorphous state. (3) The first (7) The concentration of phosphorus in the Si film is 8XI.
This is achieved by setting Q"cm-' or more and 2 x 1020ctm-' or less.

【作用】[Effect]

上記製造方法によれば、第1のSi膜とSiO2膜との
界面、及びS i O2膜と第2のSi膜の界面の凹凸
は5nm以下となり、極めて平滑となる。 従って、従来技術で生じていた、多結晶Si膜の凹凸に
起因した局所的な電界集中がない、更に、本Si膜の結
晶粒径は従来の多結晶Si膜の約10倍と大きいうえ、
リンをドーピングしながら膜を堆積しているので、粒界
に偏析するリンの濃度が小さい。従って、酸化によりS
iO□膜中に取り込まれるリンの量が低減される。よっ
て、高い絶縁耐圧を有する多結晶S x  S x O
z−多結晶Si構造を形成することが可能となる。
According to the above manufacturing method, the unevenness of the interface between the first Si film and the SiO2 film and the interface between the SiO2 film and the second Si film is 5 nm or less, and is extremely smooth. Therefore, there is no local electric field concentration caused by the unevenness of the polycrystalline Si film, which occurs in the conventional technology.Furthermore, the crystal grain size of the present Si film is about 10 times larger than that of the conventional polycrystalline Si film.
Since the film is deposited while doping with phosphorus, the concentration of phosphorus that segregates at grain boundaries is small. Therefore, due to oxidation, S
The amount of phosphorus incorporated into the iO□ film is reduced. Therefore, polycrystalline S x S x O with high dielectric strength
It becomes possible to form a z-polycrystalline Si structure.

【実施例】【Example】

実施例1 まず、第2図を用いて、本発明の第一の実施例につき詳
細に説明する。 本実施は以下の手順で作成した。 まず、抵抗率0.100m、面方位(100)のn型S
i基板101の表面に1周知の選択酸化技術によりフィ
ールド酸化膜102を形成した。 次いで、第1のSi膜103を、原料ガスにジシラン(
SIZHG)とフォスフイン(PH,)を用い、減圧化
学気相成長法(LPCVD法)によりリンをドーピング
しながら525℃で200nm堆積した。Si膜103
は、膜堆積直後の状態は非晶質である。Si膜103の
堆積に際しては、窒素を希釈ガスとして用いた。これは
、PH,の流量が小さいため、希釈ガスを用いることに
より、その制御を容易とするためである。更に、希釈ガ
スを用いると、同一バッチ内のウェーハ間の膜厚・濃度
の均一性が向上するという効果もある。希釈ガスとして
は、窒素の他に、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスを
用いてもよい。このSi膜103を、周知のりソグラフ
イ技術とドライエツチング技術により加工し、第1の電
極とした。 次いで、Si膜表面に、熱酸化法により20nmのS 
x Oz till O4を形成した。酸化は、950
℃の温度で、10%の酸素を含有したアルゴンガス雰囲
気中で行なった。なお、この酸化の際、第1のSi膜は
非晶質状態から多結晶状態に遷移し、同時に不純物の活
性化も完了する。続いて、厚さ200nmの第2のSi
膜105を、第1のSi膜103と同様の条件により堆
積した。そして、650℃の窒素雰囲気で20分間熱処
理を行ない、第2のSi膜の多結晶化と不純物の活性化
を行なった。その後、第2のSi膜を加工し、第2の電
極とした。 上記方法により形成したMO3型キャパシタの絶縁耐圧
と第1のSi膜中のリン濃度の関係を第1図に示す。こ
こで、絶縁耐圧は、10−”A/cm2の漏洩電流が生
じたときの印加電界強度により評価した。この方法によ
れば、電圧降下の影響なく、絶縁耐圧を正確に測定する
ことができる。 測定においては、第1の電極103を基準とし、第2の
電極105に正の電圧を印加した。なお。 この場合の第2のSi膜中のリン濃度は8x1020c
m−’とした。第1のSi膜中のリン濃度の増加ととも
に絶縁耐圧は向上し、リン濃度が7X1020cm−’
では10.0MV/cmと、従来、約8.8MV/cm
が限界であったものが、単結晶Si基板上に形成したS
iO2膜と同等の値を示した。 本発明の特長は、リン濃度が更に増加し8×IQ”cm
−’を越えても、絶縁耐圧に劣化を生じないことである
。これは、従来技術ではなし得なかったものである。な
お、第1のSi膜中のリン濃度が2X1020am””
以上となると、リンの偏析が無視できなくなり、実用に
適さない。 第1のSi膜103を酸化する際の希釈ガスとして、ア
ルゴンの代わりに窒素を用いても、第1図と同様の結果
が得られた。しかし、絶縁耐圧は、各リン濃度の値に対
して、第1図より小さめであった。従って、希釈用のガ
スとしては、窒素よりもアルゴン、ネオン等の不活性ガ
スが望ましい。 比較のため、第1図には、従来法における結果も併せて
示した。 従来法(a)は、SiH4を原料ガスに用い、630℃
、すなわち多結晶状態で第1のSi膜を200nm堆積
し、続いてLPCVD法により10膜mのSiO2膜を
形成した後、40keVでリンイオンを打込み、SiO
2膜を除去した後。 950℃の温度で、10%の酸素を含有したアルゴン雰
囲気中で酸化を行なったものである。従来法(b)は、
従来法(a)のSi膜の堆積を525℃、つまり非晶質
状態としたものである。なお、従来法(a)、従来法(
b)ともに、第2の81膜の堆積は、本発明の方法によ
った。同図から明らかなように、第1のSi膜の堆積を
多結晶、非晶質いずれの状態で行なっても、リンのドー
ピングを膜堆積後に行なったのでは、高い絶縁耐圧は得
られず、8.8MV/cmが最高であった。また、Si
膜中のリン濃度が7X1020cm−’を越えると、急
激な耐圧劣化を生じた。 本実施例によれば、5i2HGとPH3を用いて、8 
X 1020 c m−3以上のリンをドーピングしな
がら、非晶質状態で第1及び第2のSi膜を堆積するこ
とにより、Si電極間のS i O,膜の絶縁耐圧を向
上する効果がある。なお、5in2膜として、CVD法
で形成した膜を用いても、同様の効果を得ることができ
る。 実施例2 第3図に、本発明の第2の実施例の断面概略図を示す。 本実施例は一括消去型EEPROMであり、以下に示す
手順で作成した。 まず、抵抗率10ΩCm、面方位(100)のp型Si
基板201の表面に、周知の選択酸化技術によりフィー
ルド酸化膜202を形成した。次いで、酸素雰囲気中で
Si基板を酸化し、15膜mのゲート酸化膜203を形
成した。続いて、Si、H,とPH,を原料ガスニ用い
、LPCVD法によりリンをドーピングしながら、52
5℃で第1のSi膜204を200nm堆積した。Si
膜中のリン濃度はlXl0”cm−’である0次に、公
知の技術を用いて第1のSi膜204を加工し、フロー
ティングゲートとした。次に、950℃の温度で、10
%の酸素を含有したアルゴン雰囲気中で第1のSi膜2
04の表面を酸化し、20膜mのSi○2膜205を形
成した。 続いて、第2のSi膜206を第1のSi膜と同様の方
法で200nm堆積した後、公知の技術により第2のS
i膜を加工し、コントロールゲートとした。その後、リ
ン及びヒ素イオンを順次打込んでソース、ドレイン領域
207を形成した後。 LPCVD法により眉間酸化膜208を形成し、これに
接続孔を開け、Al膜209を堆積して弓出し配線とし
た。 本方法により形成したEEPROMのフローティングゲ
ート2o4とコントロールゲート206間のSi○2膜
205の絶縁耐圧は、従来法に比べ、25%以上向上し
た。これとともに、フローティングゲートの電荷保持時
間が一桁向上した。 なお、本実施例において、第1のSi膜204の堆積の
際、膜中のリン濃度を、膜堆積の進行に従いOからI 
X 1020 c m−’へと漸次増加させる実験も併
せて行なった。この場合、S i O,膜205のI!
縁縁座圧、上記方法と同一であったにもかかわらず、ゲ
ート酸化膜203の耐圧は20%向上し、消去時のしき
い値電圧のばらつきが2vから1vに低減した。 本実施例によれば、−括消去型EEPROMのフローテ
ィングゲート及びコントロールゲートを、5i2HGと
PH,を用いて、リンをドーピングしながら、非晶質状
態で堆積することにより、電荷保持特性を大幅に向上で
きるという効果がある。 なお、実施例1及び2では、第1及び第2のSi膜の堆
積に際し、ドーピングガスにフォスフインを用い、リン
を不純物として導入したが、ドーピングガスにアルシン
を用い、ヒ素を導入しても同様の効果が得られる。 【発明の効果1 本発明によれば、多結晶Si膜上に高い絶縁耐圧を有す
るSin、膜を形成することができる。 これにより、LSIデバイスの高信頼化が図れる。 更に、従来行なわれていた熱拡散やイオン打込みが不要
となるので、LSIデバイス製造工程の大幅な簡略化が
図れる。
Example 1 First, a first example of the present invention will be described in detail with reference to FIG. This implementation was created using the following steps. First, an n-type S with a resistivity of 0.100m and a plane orientation of (100)
A field oxide film 102 was formed on the surface of the i-substrate 101 by a well-known selective oxidation technique. Next, the first Si film 103 is coated with disilane (
SIZHG) and phosphine (PH, ) were deposited to a thickness of 200 nm at 525° C. while doping with phosphorus by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD). Si film 103
is amorphous immediately after film deposition. When depositing the Si film 103, nitrogen was used as a diluent gas. This is because since the flow rate of PH is small, it can be easily controlled by using diluent gas. Furthermore, the use of a diluent gas has the effect of improving the uniformity of film thickness and concentration among wafers within the same batch. In addition to nitrogen, an inert gas such as helium or argon may be used as the diluent gas. This Si film 103 was processed using well-known lamination techniques and dry etching techniques to form a first electrode. Next, 20 nm of S was deposited on the surface of the Si film using a thermal oxidation method.
x Oz till O4 was formed. Oxidation is 950
The experiments were carried out at a temperature of 0.degree. C. in an argon gas atmosphere containing 10% oxygen. Note that during this oxidation, the first Si film transitions from an amorphous state to a polycrystalline state, and at the same time, the activation of impurities is completed. Subsequently, a second Si layer with a thickness of 200 nm is
A film 105 was deposited under the same conditions as the first Si film 103. Then, heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere at 650° C. for 20 minutes to polycrystallize the second Si film and activate impurities. Thereafter, the second Si film was processed to form a second electrode. FIG. 1 shows the relationship between the dielectric strength voltage of the MO3 type capacitor formed by the above method and the phosphorus concentration in the first Si film. Here, the dielectric strength voltage was evaluated by the applied electric field strength when a leakage current of 10-"A/cm2 occurred. According to this method, the dielectric strength voltage can be accurately measured without the influence of voltage drop. In the measurement, a positive voltage was applied to the second electrode 105 using the first electrode 103 as a reference.In this case, the phosphorus concentration in the second Si film was 8x1020c.
It was set as m-'. The dielectric strength improves as the phosphorus concentration in the first Si film increases, and when the phosphorus concentration increases to 7X1020 cm-'
10.0MV/cm, and conventionally about 8.8MV/cm
However, S formed on a single crystal Si substrate
It showed a value equivalent to that of the iO2 film. The feature of the present invention is that the phosphorus concentration is further increased to 8×IQ”cm.
Even if the voltage exceeds -', the dielectric strength voltage should not deteriorate. This was not possible with the prior art. Note that the phosphorus concentration in the first Si film is 2X1020am""
If this is the case, the segregation of phosphorus cannot be ignored, making it unsuitable for practical use. Even when nitrogen was used instead of argon as the diluent gas when oxidizing the first Si film 103, the same results as in FIG. 1 were obtained. However, the dielectric strength voltage was smaller than that in FIG. 1 for each phosphorus concentration value. Therefore, as the diluting gas, an inert gas such as argon or neon is more desirable than nitrogen. For comparison, FIG. 1 also shows the results of the conventional method. Conventional method (a) uses SiH4 as the raw material gas and the temperature is 630°C.
That is, after depositing a first Si film with a thickness of 200 nm in a polycrystalline state and then forming a 10 m thick SiO2 film by LPCVD, phosphorus ions are implanted at 40 keV to form a SiO2 film.
After removing 2 membranes. Oxidation was carried out at a temperature of 950° C. in an argon atmosphere containing 10% oxygen. Conventional method (b) is
The Si film deposited in conventional method (a) was deposited at 525° C., that is, in an amorphous state. In addition, conventional method (a), conventional method (
b) In both cases, the deposition of the second 81 film was according to the method of the invention. As is clear from the figure, regardless of whether the first Si film is deposited in a polycrystalline or amorphous state, if phosphorus doping is performed after the film is deposited, a high dielectric breakdown voltage cannot be obtained. The highest value was 8.8MV/cm. Also, Si
When the phosphorus concentration in the film exceeded 7.times.10.sup.20 cm.sup.-', a rapid deterioration in breakdown voltage occurred. According to this embodiment, using 5i2HG and PH3, 8
By depositing the first and second Si films in an amorphous state while doping X 1020 cm or more of phosphorus, the effect of improving the dielectric breakdown voltage of the SiO film between the Si electrodes is obtained. be. Note that the same effect can be obtained even if a film formed by the CVD method is used as the 5in2 film. Embodiment 2 FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of a second embodiment of the present invention. This example is a batch erasing type EEPROM, which was created according to the procedure shown below. First, p-type Si with resistivity 10ΩCm and plane orientation (100)
A field oxide film 202 was formed on the surface of the substrate 201 by a well-known selective oxidation technique. Next, the Si substrate was oxidized in an oxygen atmosphere to form a gate oxide film 203 having a thickness of 15 m. Next, using Si, H, and PH as raw material gases, 52
A first Si film 204 was deposited to a thickness of 200 nm at 5°C. Si
The phosphorus concentration in the film is lXl0"cm-'. Next, the first Si film 204 was processed to form a floating gate using a known technique. Next, the first Si film 204 was processed at a temperature of 950°C for 10
The first Si film 2 is grown in an argon atmosphere containing % oxygen.
The surface of 04 was oxidized to form a 20 m thick Si○2 film 205. Subsequently, a second Si film 206 is deposited to a thickness of 200 nm in the same manner as the first Si film, and then a second Si film 206 is deposited using a known technique.
The i-film was processed and used as a control gate. Thereafter, phosphorus and arsenic ions are sequentially implanted to form source and drain regions 207. A glabellar oxide film 208 was formed by the LPCVD method, a connection hole was opened in this, and an Al film 209 was deposited to form an arched wiring. The dielectric strength voltage of the Si*2 film 205 between the floating gate 2o4 and the control gate 206 of the EEPROM formed by this method was improved by more than 25% compared to the conventional method. Along with this, the charge retention time of the floating gate has been improved by an order of magnitude. In this example, when depositing the first Si film 204, the phosphorus concentration in the film was varied from O to I as the film deposition progressed.
Experiments were also conducted in which the temperature was gradually increased to X 1020 cm-'. In this case, S i O, I! of the film 205!
Although the edge seat pressure was the same as in the above method, the withstand voltage of the gate oxide film 203 was improved by 20%, and the variation in threshold voltage during erasing was reduced from 2V to 1V. According to this embodiment, the floating gate and control gate of the bulk erase type EEPROM are deposited in an amorphous state using 5i2HG and PH while doping with phosphorus, thereby significantly improving charge retention characteristics. It has the effect of improving. In Examples 1 and 2, when depositing the first and second Si films, phosphine was used as the doping gas and phosphorus was introduced as an impurity, but the same result could be obtained even if arsine was used as the doping gas and arsenic was introduced. The effect of this can be obtained. Effect of the Invention 1 According to the present invention, a Sin film having a high dielectric strength voltage can be formed on a polycrystalline Si film. This makes it possible to improve the reliability of the LSI device. Furthermore, since the conventional thermal diffusion and ion implantation are no longer necessary, the LSI device manufacturing process can be greatly simplified.

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

第1図は本発明の実施例と従来例における、半導体装置
のSi膜中の不純物濃度と絶縁耐圧の関係を示す曲線図
、第2図及び第3図は、本発明の実施例を示す半導体装
置の断面図である。 符号の説明 101 、201− S i基板、102,202−フ
ィールド酸化膜、203山ゲート酸化膜、103.20
4・・・第1のSi膜、 104.205・・・SiO2膜、 105.206−・・第2 (7) S i膜、207
 ・・・拡散層、208・・・層間酸化膜、209・・
・A1膜。 第1図 第2図
FIG. 1 is a curve diagram showing the relationship between impurity concentration in a Si film of a semiconductor device and dielectric strength voltage in an embodiment of the present invention and a conventional example, and FIGS. FIG. 2 is a cross-sectional view of the device. Explanation of symbols 101, 201-Si substrate, 102, 202-field oxide film, 203 mountain gate oxide film, 103.20
4...First Si film, 104.205...SiO2 film, 105.206-...Second (7) Si film, 207
...Diffusion layer, 208...Interlayer oxide film, 209...
・A1 membrane. Figure 1 Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、不純物を含んだシリコン膜を具備する半導体装置に
おいて、該シリコン膜中に、粒径が少なくとも膜厚の1
0倍以上の結晶粒を含み、上記シリコン膜中のリンもし
くはヒ素濃度が、8×10^2^0cm^−^3以上、
2×10^2^1cm^−^3以下であることを特徴と
する半導体装置。 2、上記シリコン膜上に、二酸化シリコンからなる絶縁
膜を形成したことを特徴とする請求項1記載の半導体装
置。 3、上記絶縁膜上に第2のシリコン膜を形成したことを
特徴とする請求項2記載の半導体装置。 4、上記シリコン膜と絶縁膜の界面の凹凸が5nm以下
であることを特徴とする請求項2ないし3記載の半導体
装置。 5、10^−^2A/cm^2の漏洩電流が生じる際の
絶縁耐圧が9.5MV/cm以上である多結晶シリコン
の熱酸化膜を具備した半導体装置。 6、上記半導体装置がMOS型不揮発性メモリであるこ
とを特徴とする請求項1ないし5記載の半導体装置。 7、上記シリコン膜内の下層側領域における不純物濃度
が、内部もしくは上層側領域における不純物濃度よりも
小さいことを特徴とする請求項1ないし6記載の半導体
装置。 8、任意の段差を有する半導体基板上に、不純物をドー
ピングしながら第1のシリコン膜を堆積し、その後、第
1のシリコン膜上に、二酸化シリコンから成る絶縁膜を
形成する半導体装置の製造方法において、第1のシリコ
ン膜の堆積を、ジシランもしくはトリシランとフォスフ
ィンとを含む原料ガスを用い、減圧化学気相成長法によ
り、450℃以上、550℃以下の範囲で行なうことを
特徴とする半導体装置の製造方法。 9、上記絶縁膜上に第2のシリコン膜を、第1のSi膜
の堆積と同種の原料ガスを用い、同様の温度範囲で堆積
することを特徴とする請求項8記載の半導体装置の製造
方法。 10、上記第1及び第2のSi膜の堆積のいずれか一方
もしくは双方を、フォスフィンにかえてアルシンを原料
ガスに用いて行なうことを特徴とする請求項8ないし9
記載の半導体装置の製造方法。 11、上記絶縁膜が、第1のシリコン膜を酸化して形成
した二酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項8
ないし9記載の半導体装置の製造方法。 12、上記第1のシリコン膜の酸化の一部分を、アルゴ
ン、ネオン等の不活性ガスで希釈された酸素雰囲気中で
行なうことを特徴とする請求項8ないし11記載の半導
体装置の製造方法。 13、上記絶縁膜が、化学気相成長法により形成した二
酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項8ないし
10記載の半導体装置の製造方法。
[Claims] 1. In a semiconductor device comprising a silicon film containing impurities, the silicon film contains grains with a particle size of at least 1 film thickness.
0 times or more crystal grains, and the phosphorus or arsenic concentration in the silicon film is 8 x 10^2^0 cm^-^3 or more,
A semiconductor device characterized in that the size is 2×10^2^1 cm^-^3 or less. 2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising an insulating film made of silicon dioxide formed on the silicon film. 3. The semiconductor device according to claim 2, wherein a second silicon film is formed on the insulating film. 4. The semiconductor device according to claim 2 or 3, wherein the unevenness of the interface between the silicon film and the insulating film is 5 nm or less. 5. A semiconductor device comprising a polycrystalline silicon thermal oxide film having a dielectric strength of 9.5 MV/cm or more when a leakage current of 10^-^2 A/cm^2 occurs. 6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a MOS type nonvolatile memory. 7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the impurity concentration in the lower region of the silicon film is lower than the impurity concentration in the interior or upper region. 8. A method for manufacturing a semiconductor device in which a first silicon film is deposited on a semiconductor substrate having an arbitrary step while doping with impurities, and then an insulating film made of silicon dioxide is formed on the first silicon film. A semiconductor device characterized in that the first silicon film is deposited by a low pressure chemical vapor deposition method using a source gas containing disilane or trisilane and phosphine at a temperature of 450° C. or higher and 550° C. or lower. manufacturing method. 9. Manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein a second silicon film is deposited on the insulating film using the same type of raw material gas and in the same temperature range as that used for depositing the first Si film. Method. 10. Claims 8 to 9, characterized in that one or both of the first and second Si films are deposited using arsine as a raw material gas instead of phosphine.
A method of manufacturing the semiconductor device described above. 11. Claim 8, wherein the insulating film is a silicon dioxide film formed by oxidizing the first silicon film.
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to 9. 12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein a portion of the oxidation of the first silicon film is performed in an oxygen atmosphere diluted with an inert gas such as argon or neon. 13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the insulating film is a silicon dioxide film formed by chemical vapor deposition.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2716749A1 (en) * 1994-02-28 1995-09-01 Fujitsu Ltd Semiconductor electrode manufacture for MOSFETs

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FR2716749A1 (en) * 1994-02-28 1995-09-01 Fujitsu Ltd Semiconductor electrode manufacture for MOSFETs

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