JPH065874A - Manufacture of nonvolatile semiconductor memory - Google Patents

Manufacture of nonvolatile semiconductor memory

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Publication number
JPH065874A
JPH065874A JP4160990A JP16099092A JPH065874A JP H065874 A JPH065874 A JP H065874A JP 4160990 A JP4160990 A JP 4160990A JP 16099092 A JP16099092 A JP 16099092A JP H065874 A JPH065874 A JP H065874A
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JP
Japan
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film
forming
region
gate electrode
floating gate
Prior art date
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Pending
Application number
JP4160990A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Oi
誠 大井
Natsuo Ajika
夏夫 味香
Hiroshi Onoda
宏 小野田
Yuuichi Kunori
勇一 九ノ里
Atsushi Fukumoto
敦 福本
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPH065874A publication Critical patent/JPH065874A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To readily control the roundness of shape of the floating gate and the end part of various electrodes of a transistor by heat-treating the electrodes of the floating gate and control gate as well as gates of peripheral circuits. CONSTITUTION:A resist film 73 is applied to cover a drain region 56. Arsenic ions are implanted using the resist film as a mask together with a control electrode 55 and a floating gate 52, followed by vertical implantation of phosphorus to the substrate. A heat treatment is performed to form an n-type source region 57. The surface of the substrate is oxidized in a dry oxygen atmosphere at 950 deg.C for more than ten minutes; the temperature higher than 900 deg.C brings about controlled diffusion reaction to round the edges of the floating gate 52. When the floating gate is formed, both anisotropic and isotropic etching steps are employed to give round edges to it.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、電気的に書込および
消去を行なうことが可能な不揮発性半導体記憶装置の製
造方法に関し、特に、フラッシュメモリの製造方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device capable of electrically writing and erasing, and more particularly to a method of manufacturing a flash memory.

【0002】[0002]

【従来の技術】データを自由に書込むことができ、書込
まれた情報電荷を電気的に消去することが可能な不揮発
性半導体記憶装置としてフラッシュメモリが知られてい
る。
2. Description of the Related Art A flash memory is known as a nonvolatile semiconductor memory device in which data can be freely written and the written information charges can be electrically erased.

【0003】図18は、フラッシュメモリの一般的な構
成を示すブロック図である。図18を参照して、フラッ
シュメモリは、行列状に配置されたメモリセルマトリッ
クス100と、Xアドレスデコーダ200と、Yゲート
300と、Yアドレスデコーダ400と、アドレスバッ
ファ500と、書込回路600と、センスアンプ700
と、入出力バッファ800と、コントロールロジック9
00とを備えている。メモリセルマトリックス100
は、行列状に配置された複数個のメモリセルトランジス
タをその内部に有する。メモリセルマトリックス100
の行および列を選択するためにXアドレスデコーダ20
0とYゲート300とが接続されている。Yゲート30
0には、列の選択情報を与えるYアドレスデコーダ40
0が接続されている。Xアドレスデコーダ200とYア
ドレスデコーダ400には、それぞれアドレス情報が一
時格納されるアドレスバッファ500が接続されてい
る。Yゲート300には、データ入力時に書込動作を行
なうための書込回路600と、データ出力時に流れる電
流値から“0”と“1”を判定するセンスアンプ700
が接続されている。書込回路600とセンスアンプ70
0には、それぞれ入出力データを一時格納する入出力バ
ッファ800が接続されている。アドレスバッファ50
0と入出力バッファ800には、フラッシュメモリの動
作制御を行なうためのコントロールロジック900が接
続されている。コントロールロジック900は、チップ
イネーブル信号、アウトプットイネーブル信号およびプ
ログラム信号に基づいた制御を行なう。
FIG. 18 is a block diagram showing a general structure of a flash memory. Referring to FIG. 18, the flash memory includes a memory cell matrix 100 arranged in a matrix, an X address decoder 200, a Y gate 300, a Y address decoder 400, an address buffer 500, and a write circuit 600. , Sense amplifier 700
Input / output buffer 800 and control logic 9
00 and. Memory cell matrix 100
Has a plurality of memory cell transistors arranged in a matrix therein. Memory cell matrix 100
Address decoder 20 for selecting rows and columns of
0 and the Y gate 300 are connected. Y gate 30
0 is a Y address decoder 40 that gives column selection information.
0 is connected. An address buffer 500 for temporarily storing address information is connected to each of the X address decoder 200 and the Y address decoder 400. The Y gate 300 has a write circuit 600 for performing a write operation at the time of data input, and a sense amplifier 700 for determining “0” and “1” from the value of a current flowing at the time of data output.
Are connected. Write circuit 600 and sense amplifier 70
An input / output buffer 800 for temporarily storing input / output data is connected to 0. Address buffer 50
A control logic 900 for controlling the operation of the flash memory is connected to 0 and the input / output buffer 800. The control logic 900 performs control based on the chip enable signal, the output enable signal and the program signal.

【0004】図19は、図18に示されたメモリセルマ
トリックス100の概略構成を示す等価回路図である。
図において、行方向に延びる複数本のワード線WL1
WL 2 、・・・、WLi と、列方向に延びる複数本のビ
ット線BL1 、BL2 、・・・、BLj とが互いに直交
するように配置され、マトリックスを構成する。各ワー
ド線と各ビット線の交点には、それぞれフローティング
ゲートを有するメモリセルトランジスタQ1 1 、Q1 2
・・・、Qi j が配置されている。各メモリセルトラン
ジスタのドレインは、各ビット線に接続されている。メ
モリセルトランジスタのソースは、各ソース線S1 、S
2 、・・・に接続されている。同一行に属するメモリト
ランジスタのソースは、図に示されるように相互に接続
されている。
FIG. 19 is a block diagram of the memory selma shown in FIG.
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram showing a schematic configuration of the trick 100.
In the figure, a plurality of word lines WL extending in the row direction1,
WL 2, ..., WLiAnd a plurality of
Line BL1, BL2・ ・ ・, BLjAnd are orthogonal to each other
To form a matrix. Each word
Floating at the intersection of each bit line and each bit line
Memory cell transistor Q having a gate1 1, Q1 2
... QijAre arranged. Each memory cell transaction
The drain of the transistor is connected to each bit line. Me
The source of the memory cell transistor is each source line S1, S
2,···It is connected to the. Memories belonging to the same row
Sources of transistors are interconnected as shown
Has been done.

【0005】図20は、上記のようなフラッシュメモリ
を構成する1つのメモリセルトランジスタの断面構造を
示す部分断面図である。図20に示されるフラッシュメ
モリはスタックゲート型フラッシュメモリと呼ばれてい
る。図21は、従来のフラッシュメモリの断面構造図で
ある。図20および図21を参照して、従来のフラッシ
ュメモリの構造について説明する。
FIG. 20 is a partial cross-sectional view showing the cross-sectional structure of one memory cell transistor constituting the above flash memory. The flash memory shown in FIG. 20 is called a stack gate type flash memory. FIG. 21 is a sectional structural view of a conventional flash memory. The structure of a conventional flash memory will be described with reference to FIGS.

【0006】主表面を有するp型半導体基板1と、この
p型半導体基板1の主表面上にSiO2 よりなる絶縁膜
2を介してm行n列のマトリックス状に配置された(m
×n)個の電荷蓄積電極(フローティングゲート電極)
3が配置されている。この電荷蓄積電極3の隣接する2
列にまたがる各列間ごとには素子分離領域(図示せず)
が形成されている。また、電荷蓄積電極3上には、Si
2 などよりなる絶縁膜5を介して各行ごとに形成され
たm本のワード線(コントロールゲート電極)6が形成
されている。
A p-type semiconductor substrate 1 having a main surface and a matrix of m rows and n columns are arranged on the main surface of the p-type semiconductor substrate 1 with an insulating film 2 made of SiO 2 interposed therebetween (m
× n) charge storage electrodes (floating gate electrodes)
3 are arranged. Adjacent two of the charge storage electrodes 3
Element isolation region (not shown) for each row across the rows
Are formed. Further, on the charge storage electrode 3, Si
M word lines (control gate electrodes) 6 formed in each row are formed through an insulating film 5 made of O 2 or the like.

【0007】素子分離領域(図示せず)および電荷蓄積
電極3により囲まれた領域の半導体基板1の主表面から
所定の深さにかけて不純物濃度5×101 9 /cm3
シート抵抗80Ω・□からなるn型のドレイン領域7が
形成されている。また、このドレイン領域7を挟む電荷
蓄積電極3の外側の領域の半導体基板1の主表面から所
定の深さにかけて不純物濃度1×102 1 /cm3 、シ
ート抵抗50Ω・□からなるn型のソース領域8が形成
されている。
An impurity concentration of 5 × 10 19 / cm 3 , which extends from the main surface of the semiconductor substrate 1 in a region surrounded by an element isolation region (not shown) and the charge storage electrode 3 to a predetermined depth.
An n-type drain region 7 having a sheet resistance of 80Ω · □ is formed. Further, the drain region 7 impurity concentration from the outer region of the main surface of semiconductor substrate 1 to a prescribed depth of the charge storage electrodes 3 sandwiching the 1 × 10 2 1 / cm 3, the n-type formed of sheet resistance 50 [Omega · □ The source region 8 is formed.

【0008】また、電荷蓄積電極3およびワード線6を
覆い、かつ、前記ドレイン領域7に一部が重なるように
第3の絶縁膜9が形成されている。
A third insulating film 9 is formed so as to cover the charge storage electrode 3 and the word line 6 and partially overlap the drain region 7.

【0009】上記ドレイン領域7上には、第3の絶縁膜
9の側壁に沿って形成され、かつ、このドレイン領域7
と電気的に接続されたポリシリコンよりなる第1の導電
層10が設けられている。この第1の導電層10には、
さらに、上向きに延びるように高融点金属材料たとえば
タングステン(W)などからなる第2の導電層11が設
けられている。この第2の導電層11は、上記第3の絶
縁膜9および第1の導電層10を覆うように堆積された
層間絶縁膜12を介してn本のビット線13にそれぞれ
接続されている。
The drain region 7 is formed on the drain region 7 along the side wall of the third insulating film 9.
A first conductive layer 10 of polysilicon electrically connected to the first conductive layer 10 is provided. In this first conductive layer 10,
Further, a second conductive layer 11 made of a refractory metal material such as tungsten (W) is provided so as to extend upward. The second conductive layer 11 is connected to each of the n bit lines 13 through the interlayer insulating film 12 deposited so as to cover the third insulating film 9 and the first conductive layer 10.

【0010】上記のように構成されたフラッシュメモリ
の動作について、図20を参照して説明する。
The operation of the flash memory configured as described above will be described with reference to FIG.

【0011】まず、書込動作においては、n型ドレイン
領域7に5〜7V程度の電圧VD 、コントロールゲート
電極6に10〜12V程度の電圧VG が印加される。さ
らに、n型ソース領域8とp型半導体基板1は接地電位
に保たれる。このとき、メモリトランジスタのチャネル
には数100μAの電流が流れる。ソースからドレイン
に流れた電子のうちドレイン近傍で加速された電子は、
この近傍で高いエネルギを有する電子、すなわちチャネ
ルホットエレクトロンとなる。この電子の一部は、酸化
膜とシリコン基板界面のエネルギ障壁を越え、図中矢印
に示されるように、電荷蓄積電極(フローティングゲ
ート電極)3に注入される。このようにして、電荷蓄積
電極3に電子の蓄積が行なわれると、メモリトランジス
タのしきい値電圧Vt h が高くなる。このしきい値電圧
t h が所定の値よりも高くなった状態が書込まれた状
態、“0”と呼ばれる。
First, in the writing operation, a voltage V D of about 5 to 7 V is applied to the n-type drain region 7, and a voltage V G of about 10 to 12 V is applied to the control gate electrode 6. Further, the n-type source region 8 and the p-type semiconductor substrate 1 are kept at the ground potential. At this time, a current of several 100 μA flows through the channel of the memory transistor. Among the electrons flowing from the source to the drain, the electrons accelerated near the drain are
In this vicinity, electrons having high energy, that is, channel hot electrons are generated. Some of these electrons cross the energy barrier at the interface between the oxide film and the silicon substrate and are injected into the charge storage electrode (floating gate electrode) 3 as shown by the arrow in the figure. When electrons are stored in the charge storage electrode 3 in this way, the threshold voltage V th of the memory transistor increases. A state in which the threshold voltage V th is higher than a predetermined value is written, which is called "0".

【0012】次に、消去動作においては、n型ソース領
域8に10〜12V程度の電圧Vsが印加され、コント
ロールゲート電極6とp型半導体基板1は接地電位に保
持される。さらに、n型ドレイン領域7は開放される。
n型ソース領域8に印加された電圧Vs による電界によ
り、図中矢印に示されるように、電荷蓄積電極3中の
電子は、薄いゲート酸化膜2をトンネル現象によって通
過する。このようにして、電荷蓄積電極3中の電子が引
き抜かれることにより、メモリトランジスタのしきい値
電圧Vt h が低くなる。このしきい値電圧Vt h が所定
の値よりも低い状態が、消去された状態、“1”と呼ば
れる。各メモリトランジスタのソースは、図19に示す
ように接続されているので、この消去動作によって、す
べてのメモリセルを一括消去できる。
Next, in the erase operation, a voltage V s of about 10 to 12 V is applied to the n-type source region 8 and the control gate electrode 6 and the p-type semiconductor substrate 1 are held at the ground potential. Further, the n-type drain region 7 is opened.
Due to the electric field generated by the voltage V s applied to the n-type source region 8, the electrons in the charge storage electrode 3 pass through the thin gate oxide film 2 by the tunnel phenomenon as shown by the arrow in the figure. In this way, the electrons in the charge storage electrode 3 are extracted, so that the threshold voltage V th of the memory transistor is lowered. A state in which the threshold voltage V th is lower than a predetermined value is called an erased state, “1”. Since the sources of the memory transistors are connected as shown in FIG. 19, all memory cells can be collectively erased by this erase operation.

【0013】さらに、読出動作においては、コントロー
ルゲート電極6に5V程度の電圧V G 1 、n型ドレイン
領域7に1〜2V程度の電圧VD 1 が印加される。この
とき、メモリトランジスタのチャネル領域に電流が流れ
るかどうか、すなわちメモリトランジスタがオン状態が
オフ状態かによって上記の“1”、“0”の判定が行な
われる。
Further, in the read operation, the control
The voltage V of about 5V is applied to the gate electrode 6. G 1, N-type drain
The voltage V of about 1 to 2 V in the area 7D 1Is applied. this
Current flows through the channel region of the memory transistor
Whether the memory transistor is on
Depending on whether it is in the off state, the above "1" and "0" can be judged.
Be seen.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】前述したフラッシュメ
モリには、以下のような問題点がある。すなわち、構造
上複数のメモリセルのソース領域が電気的に導通してい
る。そして、消去時に電荷蓄積電極3とソース領域8と
の間に印加される電界によって、電荷蓄積電極3から電
子がトンネル現象によって引き抜かれる。ここで、電荷
蓄積電極3の端部(エッジ部)の形状は、電荷蓄積電極
3の加工時に電荷蓄積電極3の材質である多結晶シリコ
ンの結晶(ドレイン)に起因して凹凸形状になる。この
ため、複数のメモリセルに共通するソース領域に電圧を
印加した場合に、電荷蓄積電極3のエッジ部の凹凸形状
によって電界集中が引き起こされる。これにより、複数
のメモリセルの中で電荷蓄積電極3とソース領域8との
間で電界の強さにばらつきが生じ、この結果消去特性に
もばらつきが生じるという問題点があった。すなわち、
同時に消去された複数のメモリセルのうち一番消去が早
いメモリセルは、そのしきい値電圧Vt h が負になるい
わゆる過消去状態(オーバイレーズ)を引き起こすとい
う問題点があった。
The above-mentioned flash memory has the following problems. That is, the source regions of the plurality of memory cells are electrically connected due to the structure. Then, an electric field applied between the charge storage electrode 3 and the source region 8 at the time of erasing causes electrons to be extracted from the charge storage electrode 3 by a tunnel phenomenon. Here, the shape of the end portion (edge portion) of the charge storage electrode 3 becomes uneven due to the crystal (drain) of polycrystalline silicon that is the material of the charge storage electrode 3 when the charge storage electrode 3 is processed. Therefore, when a voltage is applied to the source region common to the plurality of memory cells, the electric field concentration is caused by the uneven shape of the edge portion of the charge storage electrode 3. As a result, the strength of the electric field varies between the charge storage electrode 3 and the source region 8 among the plurality of memory cells, and as a result, the erase characteristic also varies. That is,
Among a plurality of memory cells erased at the same time, the earliest erased memory cell has a problem that it causes a so-called over-erased state in which the threshold voltage V th becomes negative.

【0015】また、構造上同一のビット線上に位置する
メモリセルのドレイン領域7は、電気的に導通してい
る。このため、書込動作を行なうために選択したメモリ
セルと同一ビット線の非選択メモリセルのドレイン領域
7には、書込時のドレイン電圧VD として約5〜7Vの
電圧が印加される。これにより、電荷蓄積電極3からド
レイン領域7にトンネリング現象による電子の引き抜き
が行なわれる。これと同時に、ドレイン領域7の接合耐
圧に近い電圧VD の印加によって発生したホールが電荷
蓄積電極3に注入されて電荷蓄積電極3内の電子と結合
することにより情報が消去されてしまう。このような現
象をドレインディスターブという。
The drain regions 7 of the memory cells located on the same bit line structurally are electrically connected. Therefore, a voltage of about 5 to 7 V is applied as the drain voltage V D at the time of writing to the drain region 7 of the non-selected memory cell on the same bit line as the memory cell selected for the write operation. As a result, electrons are extracted from the charge storage electrode 3 to the drain region 7 by the tunneling phenomenon. At the same time, holes generated by the application of the voltage V D close to the junction breakdown voltage of the drain region 7 are injected into the charge storage electrode 3 and combine with the electrons in the charge storage electrode 3 to erase the information. This phenomenon is called drain disturb.

【0016】ここで、上記したドレインディスターブを
発生させる原因のうち、電荷蓄積電極3からドレイン領
域7への電子のトンネリングによる引き抜きは、電荷蓄
積電極3の端部の凹凸形状による電荷集中によって起こ
りやすい。
Among the causes of the above-described drain disturbance, the extraction of electrons from the charge storage electrode 3 to the drain region 7 by tunneling is likely to occur due to the concentration of charges due to the uneven shape of the end portion of the charge storage electrode 3. .

【0017】そこで、従来、図21に示すように、コン
トロールゲート6と電荷蓄積電極3とを形成した後に半
導体基板1表面にウェット酸化処理を施すことにより、
電荷蓄積電極3の端部の凹凸形状を軽減する方法が提案
されている。
Therefore, conventionally, as shown in FIG. 21, the surface of the semiconductor substrate 1 is wet-oxidized after the control gate 6 and the charge storage electrode 3 are formed,
A method for reducing the uneven shape of the end of the charge storage electrode 3 has been proposed.

【0018】ところが、この提案されたウェット酸化処
理方法では、電荷蓄積電極3とコントロールゲート6と
の間に位置する絶縁膜5の膜厚が部分的に厚膜化(ゲー
トバーズビーク化)してしまうという問題点があった。
すなわち、コントロールゲート6と電荷蓄積電極3の端
部(エッジ部)付近の絶縁膜5は、他の部分に比べて厚
膜化するという問題点があった。この結果、コントロー
ルゲート6と電荷蓄積電極3との間の電気容量が縮小し
てしまい、動作状態において高い電圧が必要になるとい
う問題点があった。
However, in the proposed wet oxidation treatment method, the thickness of the insulating film 5 located between the charge storage electrode 3 and the control gate 6 is partially increased (gate bird's beak). There was a problem that it would end up.
That is, there is a problem that the insulating film 5 in the vicinity of the end portion (edge portion) of the control gate 6 and the charge storage electrode 3 becomes thicker than other portions. As a result, there is a problem that the electric capacitance between the control gate 6 and the charge storage electrode 3 is reduced, and a high voltage is required in the operating state.

【0019】また、電荷蓄積電極3とソース領域8との
間の絶縁膜2についても、実際に電子を通過させるエッ
ジ部が部分的に厚膜化してしまうという不都合があっ
た。この結果、データの消去時に、酸化処理法を施さな
い場合に比べてより高いソース電圧が必要になるという
問題点があった。
Further, the insulating film 2 between the charge storage electrode 3 and the source region 8 also has a disadvantage that the edge portion through which electrons actually pass is partially thickened. As a result, there is a problem that a higher source voltage is required at the time of erasing data as compared with the case where no oxidation treatment method is applied.

【0020】さらに、周辺回路領域では、周辺回路を構
成するMOSトランジスタのゲート電極(図示せず)と
半導体基板1との間に位置するゲート酸化膜(図示せ
ず)についても、エッジ部で部分的な厚膜化が発生する
という不都合が生じていた。この結果、トランジスタ特
性が劣化するという問題点があった。
Further, in the peripheral circuit region, the gate oxide film (not shown) located between the gate electrode (not shown) of the MOS transistor forming the peripheral circuit and the semiconductor substrate 1 is also partially formed at the edge portion. However, there is a problem in that a thick film is generated. As a result, there is a problem that the transistor characteristics are deteriorated.

【0021】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、半導体基板の表面を酸化するこ
とによって生じるメモリセルの動作電圧の高電圧化と周
辺回路を構成するトランジスタのトランジスタ特性の劣
化を有効に防止し得る不揮発性半導体記憶装置の製造方
法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and raises the operating voltage of a memory cell caused by oxidizing the surface of a semiconductor substrate and the transistor of a transistor forming a peripheral circuit. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a non-volatile semiconductor memory device that can effectively prevent characteristic deterioration.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】請求項1および2におけ
る不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板の
主表面上のメモリセル領域に第1絶縁膜を形成する工程
と、第1絶縁膜上に第1の方向に所定の間隔を隔てて第
1導電膜を形成する工程と、第1導電膜上に第2絶縁膜
を形成する工程と、半導体基板の主表面上の周辺回路領
域に第3絶縁膜を形成する工程と、第2絶縁膜と第3絶
縁膜との上に第2導電膜を形成する工程と、周辺回路領
域の第2導電膜をパターニングすることによって周辺回
路を構成するトランジスタのゲート電極を形成する工程
と、メモリセル領域の第2導電膜上に第1の方向とほぼ
直交する第2の方向に所定の間隔を隔ててレジストを形
成する工程と、レジストをマスクとして第1導電膜と第
2導電膜とをパターニングすることによってフローティ
ングゲート電極とコントロールゲート電極とを形成する
工程と、フローティングゲート電極、コントロールゲー
ト電極および周辺回路領域のゲート電極を900℃以上
の温度条件下でドライ酸化する工程と、半導体基板上の
全面に酸化膜を形成する工程と、酸化膜上に窒化膜を形
成する工程とを備えている。
A method of manufacturing a non-volatile semiconductor memory device according to claims 1 and 2 comprises a step of forming a first insulating film in a memory cell region on a main surface of a semiconductor substrate, and a first insulating film. A step of forming a first conductive film on the first direction at a predetermined distance, a step of forming a second insulating film on the first conductive film, and a peripheral circuit region on the main surface of the semiconductor substrate. A peripheral circuit is formed by forming a third insulating film, forming a second conductive film on the second insulating film and the third insulating film, and patterning the second conductive film in the peripheral circuit region. Forming a gate electrode of the transistor, a step of forming a resist on the second conductive film in the memory cell region at a predetermined interval in a second direction substantially orthogonal to the first direction, and a mask of the resist As a pattern of the first conductive film and the second conductive film. Forming a floating gate electrode and a control gate electrode by dry etching, a step of dry-oxidizing the floating gate electrode, the control gate electrode and the gate electrode in the peripheral circuit region under a temperature condition of 900 ° C. or higher; And a step of forming a nitride film on the oxide film.

【0023】[0023]

【作用】請求項1および2に係る不揮発性半導体記憶装
置の製造方法では、フローティングゲート電極、コント
ロールゲート電極および周辺回路領域のゲート電極が形
成された後これらが900℃以上の温度条件下でドライ
酸化されるので、酸化される膜の膜厚が容易に制御され
るとともに酸化が進む過程において珪素と酸化膜との界
面は拡散律速反応となり界面形状が滑らかになる。ま
た、900℃以上の温度条件下でドライ酸化を行なった
後全面に酸化膜を形成しさらにその酸化膜上に窒化膜が
形成されるので、窒化膜によって酸化種の通過が防止さ
れる。
In the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the first and second aspects, after the floating gate electrode, the control gate electrode and the gate electrode in the peripheral circuit region are formed, they are dried under a temperature condition of 900 ° C. or higher. Since the film is oxidized, the film thickness of the film to be oxidized is easily controlled, and the interface between silicon and the oxide film becomes a diffusion rate-controlled reaction in the course of the oxidation and the interface shape becomes smooth. Further, since the oxide film is formed on the entire surface after the dry oxidation is performed under the temperature condition of 900 ° C. or more and the nitride film is further formed on the oxide film, the nitride film prevents the passage of the oxidizing species.

【0024】さらに、コントロールゲートとフローティ
ングゲートとを形成するときに異方性エッチングと等方
性エッチングとを併用することによってフローティング
ゲートの側壁部の凹凸形状が平坦化される。これによ
り、消去特性のばらつきおよびドレインディスターブの
発生が有効に防止される。
Further, by using anisotropic etching and isotropic etching together when forming the control gate and the floating gate, the uneven shape of the sidewall portion of the floating gate is flattened. As a result, variations in erase characteristics and the occurrence of drain disturb are effectively prevented.

【0025】[0025]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は、この発明に基づいた一実施例のメモリセ
ルの断面構造図である。図2は、この発明に基づいたメ
モリセルアレイの平面図であり、図2のX−X線矢視断
面が図1に示す断面構造図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional structural view of a memory cell according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of a memory cell array based on the present invention, and a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 2 is a cross-sectional structural view shown in FIG.

【0026】図1および図2を参照して、単結晶シリコ
ンの主表面にp- 型ウェル領域50が形成されており、
このp- 型ウェル領域50の主表面上にSiO2 よりな
る絶縁膜51を介してm行n列のマトリックス状に配置
された(m×n)個の電荷蓄積電極(フローティングゲ
ート)52が配置されている。
Referring to FIGS. 1 and 2, p -- type well region 50 is formed on the main surface of single crystal silicon.
(M × n) charge storage electrodes (floating gates) 52 arranged in a matrix of m rows and n columns are arranged on the main surface of the p type well region 50 via an insulating film 51 made of SiO 2. Has been done.

【0027】この電荷蓄積電極52の隣接する2列にま
たがる各列間ごとには、素子分離領域53が形成されて
いる。また、電荷蓄積電極52上には、SiO2 などよ
りなる絶縁膜54を介して各行ごとに形成されたm本の
コントロールゲート55が形成されている。
An element isolation region 53 is formed between each row of the charge storage electrodes 52 extending over two adjacent rows. In addition, m control gates 55 formed in each row are formed on the charge storage electrode 52 via an insulating film 54 made of SiO 2 or the like.

【0028】素子分離領域53および電荷蓄積電極52
により囲まれた領域のp- 型ウェル領域50の主表面か
ら所定の深さにかけてn型のドレイン領域56が形成さ
れている。ドレイン領域56から所定の間隔を隔てたp
- 型ウェル領域50の主表面から所定の深さにかけてn
型のソース領域57が形成されている。さらに、電荷蓄
積電極52およびコントロールゲート55を覆い、か
つ、上記ドレイン領域56およびソース領域57に一部
が重なるように第3の絶縁膜58が形成されている。
Element isolation region 53 and charge storage electrode 52
An n-type drain region 56 is formed to a predetermined depth from the main surface of the p type well region 50 surrounded by. P at a predetermined distance from the drain region 56
- n from the main surface of the type well region 50 to a prescribed depth
A source region 57 of the mold is formed. Further, a third insulating film 58 is formed so as to cover the charge storage electrode 52 and the control gate 55 and partially overlap the drain region 56 and the source region 57.

【0029】上記ドレイン領域56上には、第3の絶縁
膜58の側壁に沿うとともにドレイン領域56と電気的
に接続されたポリシリコンまたは高融点金属をポリシリ
コン上に積層した複合膜からなる第1の導電層59が設
けられている。全面を覆うように酸化膜81が形成され
ており、その酸化膜81を覆うように窒化膜82が形成
されている。第1の導電層59には、さらに上向きに延
びるようにたとえばタングステン(W)などの高融点金
属からなる第2の導電層60が電気的に接続されてい
る。この第2の導電層60は、上記した第3の絶縁膜5
8および第1の導電層59を覆うように堆積された層間
絶縁膜61を介してn本のビット線62にそれぞれ接続
されている。
On the drain region 56, a polysilicon film or a composite film in which a refractory metal is laminated on the polysilicon, which is electrically connected to the drain region 56 and is along the side wall of the third insulating film 58, is formed. One conductive layer 59 is provided. An oxide film 81 is formed so as to cover the entire surface, and a nitride film 82 is formed so as to cover the oxide film 81. A second conductive layer 60 made of a refractory metal such as tungsten (W) is electrically connected to the first conductive layer 59 so as to extend further upward. The second conductive layer 60 is the third insulating film 5 described above.
8 and the first conductive layer 59 are respectively connected to n bit lines 62 via an interlayer insulating film 61 deposited so as to cover the first conductive layer 59.

【0030】図3は、図1に示した一実施例のメモリセ
ル構造の部分拡大図である。図3を参照して、本実施例
のメモリセル構造ではコントロールゲート55およびフ
ローティングゲート52のエッジ部は湾曲している。こ
のため、電界集中が起こりにくくなっている。その一
方、本実施例のメモリセル構造では、ソース領域57お
よびドレイン領域56の表面の高さと、チャネル領域8
3の表面の高さとがほぼ等しく、ほとんど酸化されてい
ないことがわかる。
FIG. 3 is a partially enlarged view of the memory cell structure of the embodiment shown in FIG. Referring to FIG. 3, in the memory cell structure of the present embodiment, the edges of control gate 55 and floating gate 52 are curved. Therefore, electric field concentration is less likely to occur. On the other hand, in the memory cell structure of the present embodiment, the surface height of the source region 57 and the drain region 56 and the channel region 8 are
It can be seen that the surface height of No. 3 is almost equal to that of No. 3 and is hardly oxidized.

【0031】次に、図4ないし図17を参照して、上記
実施例の製造工程の第1〜第12工程について説明す
る。
Next, referring to FIGS. 4 to 17, the first to twelfth steps of the manufacturing process of the above embodiment will be described.

【0032】まず、p型シリコン基板の上面のメモリセ
ル領域および周辺回路のnチャネル領域にp- 型ウェル
領域50を形成する。そして、各列間ごとに素子分離領
域53を形成する。p- 型ウェル領域50にのみ素子分
離領域53の酸化膜の膜厚とほぼ等しい飛程を有するエ
ネルギ(約300KeV)でボロンをチャネルカットを
目的として注入する。その後、メモリセル領域におい
て、メモリセルのVt h制御のためのボロンを50Ke
V、5×101 2 /cm2 の条件下で注入する。なお、
この工程は省略してもよい。
First, the p -- type well region 50 is formed in the memory cell region on the upper surface of the p-type silicon substrate and in the n-channel region of the peripheral circuit. Then, the element isolation region 53 is formed for each column. Boron is implanted into the p type well region 50 only for the purpose of channel cutting with energy (about 300 KeV) having a range approximately equal to the thickness of the oxide film in the element isolation region 53. Then, in the memory cell region, boron for controlling Vth of the memory cell is set to 50 Ke.
Inject under V, 5 × 10 12 / cm 2 . In addition,
This step may be omitted.

【0033】次に、活性領域上に100Å程度の酸化膜
よりなる第1の絶縁膜51を形成する。ここで、第1の
絶縁膜51は、100Å程度の酸化膜に窒化処理を施し
たものを用いてもよいし、窒化処理を施した後さらに酸
化処理を施したものを用いてもよい。次に、この素子分
離領域53および第1の絶縁膜51の上面にポリシリコ
ン層(フローティングゲート層)52を1000Å程度
の膜厚で堆積する。このポリシリコン層52の上面に
は、所定のピッチでパターニングされたレジスト膜70
を形成する。そして、このレジスト膜70をマスクとし
て異方性エッチングを行なうことによってポリシリコン
層52を所定のピッチを有するようにパターニングす
る。これにより、図4に示した平面構造が完成される。
図5は、図4におけるY−Y線矢視断面構造図である。
図6は図4のX−X線矢視断面構造図である。なお、ポ
リシリコン層52の代わりに、アモルファスシリコン層
または、不純物の添加されていないポリシリコンもしく
はアモルファスシリコン層上にリンを堆積して高温で拡
散させることによって低抵抗効果したポリシリコンもし
くはアモルファスシリコンを用いてもよい。また、CV
D法を用いて堆積する際にリンや砒素などの不純物を含
むガスを流すことによって堆積時にすでに不純物が添加
されているいわゆるドープトポリシリコンを用いてもよ
い。
Next, a first insulating film 51 made of an oxide film having a thickness of about 100Å is formed on the active region. Here, as the first insulating film 51, an oxide film having a thickness of about 100 Å subjected to a nitriding treatment may be used, or a film subjected to a nitriding treatment and then an oxidization treatment may be used. Next, a polysilicon layer (floating gate layer) 52 is deposited on the upper surfaces of the element isolation region 53 and the first insulating film 51 to a film thickness of about 1000Å. A resist film 70 patterned at a predetermined pitch is formed on the upper surface of the polysilicon layer 52.
To form. Then, anisotropic etching is performed using the resist film 70 as a mask to pattern the polysilicon layer 52 to have a predetermined pitch. As a result, the planar structure shown in FIG. 4 is completed.
FIG. 5 is a cross-sectional structural view taken along the line YY in FIG.
FIG. 6 is a sectional view taken along the line XX of FIG. Instead of the polysilicon layer 52, a low resistance polysilicon or amorphous silicon is formed by depositing phosphorus on the amorphous silicon layer or a polysilicon or amorphous silicon layer to which impurities are not added and diffusing at a high temperature. You may use. Also, CV
It is also possible to use so-called doped polysilicon in which impurities are already added at the time of deposition by flowing a gas containing impurities such as phosphorus and arsenic at the time of deposition using the D method.

【0034】次に、レジスト膜70を除去し、P型シリ
コン基板上面全面に第2の絶縁膜54を形成する。この
第2の絶縁膜54は、3層の積層膜となっており、膜厚
100Å程度の酸化膜54aと、その上にCVD法によ
り形成された膜厚100Å程度の窒化膜54bと、さら
に、その窒化膜54bの上に形成された膜厚100Å程
度の酸化膜54cとによって構成される。第2の絶縁膜
54は、周辺回路(図示せず)において上面の酸化膜5
4cと窒化膜54bとの所定部分を除去する。そして、
周辺回路を構成するMOSトランジスタのVt h 制御の
ためのボロン注入を行なう。その後、周辺回路領域の酸
化膜54aを除去する。上記した工程は、周辺回路に存
在する2種以上のMOSトランジスタを形成する際に繰
返される。なお、注入するイオンとしてボロンの他に砒
素を併用してもよい。その後、周辺MOSトランジスタ
のゲート酸化膜(図示せず)を必要な膜厚の種類だけ
(たとえば300Åのゲート酸化膜と150Åのゲート
酸化膜の2種類)形成する。
Next, the resist film 70 is removed, and the second insulating film 54 is formed on the entire upper surface of the P-type silicon substrate. The second insulating film 54 is a laminated film of three layers, and an oxide film 54a having a film thickness of about 100Å, a nitride film 54b having a film thickness of about 100Å formed thereon by a CVD method, and further, It is composed of an oxide film 54c having a film thickness of about 100Å formed on the nitride film 54b. The second insulating film 54 is the oxide film 5 on the upper surface in the peripheral circuit (not shown).
4c and the predetermined portion of the nitride film 54b are removed. And
Boron implantation for controlling Vth of the MOS transistor forming the peripheral circuit is performed. After that, the oxide film 54a in the peripheral circuit region is removed. The above steps are repeated when forming two or more kinds of MOS transistors existing in the peripheral circuit. In addition to boron, arsenic may be used together as the ions to be implanted. After that, the gate oxide film (not shown) of the peripheral MOS transistor is formed by the required film thickness (for example, two types of gate oxide film of 300Å and gate oxide film of 150Å).

【0035】次に、第2の絶縁膜54上と周辺回路のM
OSトランジスタのゲート酸化膜上(図示せず)とに同
一工程で約2000Å〜3000Å程度の膜厚を有する
第2のポリシリコン層55を形成する。第2のポリシリ
コン層55上に第3の絶縁膜58を形成する。第2のポ
リシリコン膜55は、リンなどのn型の不純物を添加し
たポリシリコンまたは、n型不純物を添加したポリシリ
コン上に高融点金属層が積層された複合膜によって形成
されている。その後、周辺回路を構成するMOSトラン
ジスタのゲート電極を形成する領域にパターニングされ
たレジスト(図示せず)を形成する。このレジストをマ
スクとして異方性エッチングを行なうことによって第3
の絶縁膜58と第2のポリシリコン層55とを順次パタ
ーニングする。これにより、周辺MOSトランジスタの
ゲート電極(図示せず)が形成される。次に、周辺回路
のMOSトランジスタのLDD構造の低濃度領域を形成
するための必要部分のみを開口したレジストとゲート電
極とをマスクとして自己整合的に不純物を注入する。周
辺回路領域に2種類以上のMOSトランジスタがある場
合には、上記した工程を繰返す。
Next, M on the second insulating film 54 and on the peripheral circuits.
A second polysilicon layer 55 having a film thickness of about 2000 Å to 3000 Å is formed on the gate oxide film (not shown) of the OS transistor in the same step. A third insulating film 58 is formed on the second polysilicon layer 55. The second polysilicon film 55 is formed of polysilicon doped with an n-type impurity such as phosphorus, or a composite film in which a refractory metal layer is laminated on polysilicon doped with an n-type impurity. After that, a patterned resist (not shown) is formed in a region where a gate electrode of a MOS transistor forming a peripheral circuit is formed. By performing anisotropic etching using this resist as a mask, the third
The insulating film 58 and the second polysilicon layer 55 are sequentially patterned. As a result, the gate electrode (not shown) of the peripheral MOS transistor is formed. Next, impurities are implanted in a self-aligned manner using the resist and the gate electrode, which are opened only in the necessary portions for forming the low concentration region of the LDD structure of the MOS transistor of the peripheral circuit, as a mask. When there are two or more types of MOS transistors in the peripheral circuit area, the above steps are repeated.

【0036】その後、メモリセル領域において、コント
ロールゲートとフローティングゲートとを形成するため
のパターニングされたレジスト膜71を形成する。この
ようにして、図7に示した構造が完成される。なお、図
7の状態で周辺回路領域はレジスト膜71によってその
全面が覆われている。
Then, a patterned resist film 71 for forming a control gate and a floating gate is formed in the memory cell region. In this way, the structure shown in FIG. 7 is completed. In the state of FIG. 7, the peripheral circuit region is entirely covered with the resist film 71.

【0037】次に、レジスト膜71をマスクとして異方
性エッチングを行なうことによって第3の絶縁膜58と
第2のポリシリコン層55と第2の絶縁膜54と第1の
ポリシリコン層52とを順次エッチングする。これによ
り、図8に示すように、コントロールゲート55とフロ
ーティングゲート52を形成する。この後、等方性エッ
チングを行ないフローティングゲート52の側面部分を
わずかにエッチングする。この後、レジスト膜71を除
去する。
Next, anisotropic etching is performed using the resist film 71 as a mask to form the third insulating film 58, the second polysilicon layer 55, the second insulating film 54, and the first polysilicon layer 52. Are sequentially etched. As a result, the control gate 55 and the floating gate 52 are formed as shown in FIG. After that, isotropic etching is performed to slightly etch the side surface portion of the floating gate 52. After that, the resist film 71 is removed.

【0038】次に、図8に示すように、ソース領域とな
る基板上にレジスト膜72を形成する。レジスト膜7
2、コントロールゲート55およびフローティングゲー
ト52をマスクとして自己整合的に砒素(As)を35
KeV、5×101 4 /cm2の条件下で基板に対して
垂直方向にイオン注入する。そして、砒素を注入した直
後にさらにボロンを基板に対し完全に垂直かまたはその
垂線から40°以下の角度で50KeV、3×101 3
/cm2 の条件下でイオン注入する。そして、後の熱処
理によって、濃度5×101 9 /cm3 、シート抵抗8
0Ω・□のn型不純物領域からなるドレイン領域56を
形成する。ここで、ボロンを注入した直後にBF2 を約
30KeV、1×101 3 /cm2 程度の条件下でイオ
ン注入してもよい。この後、レジスト膜72を除去す
る。
Next, as shown in FIG. 8, a resist film 72 is formed on the substrate to be the source region. Resist film 7
2. Arsenic (As) 35 is self-aligned using the control gate 55 and the floating gate 52 as a mask.
Ion implantation is performed in the direction perpendicular to the substrate under the conditions of KeV and 5 × 10 14 / cm 2 . Immediately after the implantation of arsenic, boron is either completely perpendicular to the substrate or at an angle of 40 ° or less from the vertical line of the boron, 50 KeV, 3 × 10 13
Ion implantation under the condition of / cm 2 . Then, by the subsequent heat treatment, the concentration is 5 × 10 19 / cm 3 , and the sheet resistance is 8
A drain region 56 made of an n-type impurity region of 0Ω · □ is formed. Immediately after implanting boron, BF 2 may be ion-implanted under the conditions of about 30 KeV and 1 × 10 13 / cm 2 . After that, the resist film 72 is removed.

【0039】次に、図9に示すように、ドレイン領域5
6の表面をレジスト膜73で覆う。レジスト膜73、コ
ントロールゲート55およびフローティングゲート52
をマスクとして自己整合的に砒素(As)を35Ke
V、5×101 5 /cm2 の条件下でイオン注入する。
そして、砒素を注入した直後にさらにリンを基板に対し
て完全に垂直に50KeV、5×101 4 /cm2 の条
件下でイオン注入し、後の熱処理で濃度1×102 1
cm3 、シート抵抗50Ω・□のn型不純物領域からな
るソース領域57を形成する。この後、レジスト膜73
を除去する。そして、950℃の温度条件下で酸素を供
給しながら10分程度基板表面をドライ酸化する。
Next, as shown in FIG. 9, the drain region 5
The surface of 6 is covered with a resist film 73. Resist film 73, control gate 55 and floating gate 52
Arsenic (As) 35 Ke in a self-aligned manner using
Ion implantation is performed under the conditions of V and 5 × 10 15 / cm 2 .
Immediately after the implantation of arsenic, phosphorus was further ion-implanted completely perpendicularly to the substrate under the conditions of 50 KeV and 5 × 10 14 / cm 2 , and a concentration of 1 × 10 2 1 /
A source region 57 composed of an n-type impurity region having a cm 3 and a sheet resistance of 50Ω · □ is formed. After this, the resist film 73
To remove. Then, the substrate surface is dry-oxidized for about 10 minutes while supplying oxygen under the temperature condition of 950 ° C.

【0040】次に、図10に示すように、基板上全面に
酸化膜63を形成する。その後、異方性エッチングによ
り酸化膜63をエッチングする。これにより、図11に
示す第3の絶縁膜58が完成される。
Next, as shown in FIG. 10, an oxide film 63 is formed on the entire surface of the substrate. Then, the oxide film 63 is etched by anisotropic etching. As a result, the third insulating film 58 shown in FIG. 11 is completed.

【0041】次に、図12に示すように、シリコン基板
表面の全面上にポリシリコン64を堆積する。このポリ
シリコン64の上面に所定形状にパターニングしたレジ
スト膜74を形成する。ここで、ポリシリコン64は、
リンなどのn型不純物が添加されたポリシリコンかまた
はn型不純物を添加したポリシリコン上に高融点金属層
が積層された複合膜によって形成されている。次に、レ
ジスト膜74をマスクとして異方性エッチングによりポ
リシリコン64aをエッチングして、図13に示すよう
にその底部においてドレイン領域56と電気的に接続
し、第3の絶縁膜58の側壁に沿った第1の導電層59
を形成する。
Next, as shown in FIG. 12, polysilicon 64 is deposited on the entire surface of the silicon substrate. A resist film 74 patterned into a predetermined shape is formed on the upper surface of the polysilicon 64. Here, the polysilicon 64 is
It is formed of polysilicon doped with an n-type impurity such as phosphorus or a composite film in which a refractory metal layer is laminated on polysilicon doped with an n-type impurity. Next, using the resist film 74 as a mask, the polysilicon 64a is etched by anisotropic etching to electrically connect to the drain region 56 at the bottom thereof as shown in FIG. 13 and to the side wall of the third insulating film 58. First conductive layer 59 along
To form.

【0042】次に、図14に示すように、酸化膜81を
1500Å程度の厚みで形成する。そして、酸化膜81
上に窒化膜82を500Å程度の厚みで形成する。窒化
膜82上の全面にBPSG膜などからなる層間絶縁膜6
1を形成する。約900℃のウェットリフローを30分
行なった後、エッチバックを行なう。これにより、図1
5に示すような形状を有する層間絶縁膜61を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 14, an oxide film 81 is formed with a thickness of about 1500Å. Then, the oxide film 81
A nitride film 82 is formed thereon with a thickness of about 500Å. Interlayer insulating film 6 made of a BPSG film or the like on the entire surface of nitride film 82.
1 is formed. After performing wet reflow at about 900 ° C. for 30 minutes, etch back is performed. As a result,
An interlayer insulating film 61 having a shape as shown in 5 is formed.

【0043】次に、図16に示すように、層間絶縁膜6
1上に、ドレイン領域56の上方にホールパターンを有
するレジスト膜74を形成する。レジスト膜74をマス
クとして異方性エッチングすることによってコンタクト
ホール65を形成する。
Next, as shown in FIG. 16, the interlayer insulating film 6 is formed.
A resist film 74 having a hole pattern is formed above the drain region 56. The contact hole 65 is formed by anisotropically etching using the resist film 74 as a mask.

【0044】次に、図17に示すように、コンタクトホ
ール65の内部に、たとえばタングステンなどの高融点
金属からなる第2の導電層60を形成する。その後、ア
ルミまたは、珪素や鉛などを含むアルミからなるビット
線62を形成する。これにより、この発明に基づいた不
揮発性半導体記憶装置が完成される。ここで、コンタク
トホール65内部に形成した第2の導電層60は、CV
D法を用いて全面に形成した後パターニングすることに
よって配線層として用いてもよい。さらに、その上方に
パッシベーション膜を形成するようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 17, a second conductive layer 60 made of a refractory metal such as tungsten is formed inside the contact hole 65. After that, the bit line 62 made of aluminum or aluminum containing silicon, lead or the like is formed. As a result, the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is completed. Here, the second conductive layer 60 formed inside the contact hole 65 is CV
It may be used as a wiring layer by patterning after being formed on the entire surface by the D method. Further, a passivation film may be formed thereabove.

【0045】上記したように本実施例では、図9に示し
た工程において900℃以上のドライ酸化を行なうこと
によって、フローティングゲート52の端部を丸くする
ような拡散律速反応を起こさせる。これにより、従来の
ウェット酸化を用いた場合に生じるゲートバーズビーク
を抑制することかできる。また、この900℃以上のド
ライ酸化は、コントロールゲート55とフローティング
ゲート52との間の端部付近に存在するリークパスを酸
化する。これにより、そのリークパスを導電性から不導
性を有するように変化させることができ、その結果フロ
ーティングゲート52の電荷保持特性が向上される。さ
らに、フローティングゲート52の形成時に、異方性エ
ッチングだけでなく等方性エッチングを併用することに
よって、フローティングゲート52の端部が丸められる
ので、電界集中による消去特性のばらつきやドレインデ
ィスターブを有効に防止することができる。また、周辺
回路領域のゲート電極の端部も丸くなるので、周辺回路
領域のトランジスタ特性の劣化を有効に防止することが
できる。
As described above, in the present embodiment, by performing dry oxidation at 900 ° C. or higher in the process shown in FIG. 9, a diffusion-controlled reaction that rounds the end of the floating gate 52 is caused. As a result, it is possible to suppress the gate bird's beak that occurs when the conventional wet oxidation is used. Further, the dry oxidation at 900 ° C. or higher oxidizes the leak path existing near the end portion between the control gate 55 and the floating gate 52. As a result, the leak path can be changed from conductive to non-conductive, and as a result, the charge retention characteristic of the floating gate 52 is improved. Further, when the floating gate 52 is formed, the end of the floating gate 52 is rounded by using not only anisotropic etching but also isotropic etching, so that variations in erase characteristics and drain disturb due to electric field concentration can be effectively performed. Can be prevented. Further, since the end portion of the gate electrode in the peripheral circuit region is also rounded, it is possible to effectively prevent the deterioration of the transistor characteristics in the peripheral circuit region.

【0046】また、窒化膜82を形成することによっ
て、窒化膜82上に形成されるBPSG膜からなる層間
絶縁膜61の平坦化のためのシンター処理時に層間絶縁
膜61の直下に酸化種が通過するのが有効に防止され
る。これにより、上記した900℃以上のドライ酸化の
制御性を向上させることができる。
By forming the nitride film 82, the oxidizing species pass directly below the interlayer insulating film 61 during the sintering process for flattening the interlayer insulating film 61 made of the BPSG film formed on the nitride film 82. Is effectively prevented. Thereby, the controllability of the above-mentioned dry oxidation at 900 ° C. or higher can be improved.

【0047】なお、本実施例では、メモリセル領域のソ
ース領域57、ドレイン領域56および周辺回路領域の
トランジスタのソース領域、ドレイン領域を形成した後
に、900℃以上の温度条件下でドライ酸化を行なった
が、本発明はこれに限らず、上記したメモリセル領域の
ソース領域57、ドレイン領域56および周辺回路領域
のソース領域、ドレイン領域を形成する前に、900℃
以上の温度条件下でドライ酸化を行なうようにしてもよ
い。このようにソース領域およびドレイン領域を形成す
る前にドライ酸化を行なうと、ドライ酸化時にソース領
域およびドレイン領域の表面が酸化されるのが有効に防
止される。
In this embodiment, after the source region 57 and the drain region 56 in the memory cell region and the source and drain regions of the transistor in the peripheral circuit region are formed, dry oxidation is performed under a temperature condition of 900 ° C. or higher. However, the present invention is not limited to this, and 900 ° C. may be formed before forming the source region 57 and the drain region 56 of the memory cell region and the source region and the drain region of the peripheral circuit region.
Dry oxidation may be performed under the above temperature conditions. By performing the dry oxidation before forming the source region and the drain region in this manner, it is possible to effectively prevent the surface of the source region and the drain region from being oxidized during the dry oxidation.

【0048】また、メモリセルのドレイン領域56のみ
を形成した後に900℃以上の温度条件下でドライ酸化
を行なうようにしてもよい。これにより、ドレイン領域
56上に位置する酸化膜のみを厚く形成することがで
き、消去電圧を上昇させずにドレインディスターブを有
効に防止することができる。
Further, after forming only the drain region 56 of the memory cell, dry oxidation may be performed under a temperature condition of 900 ° C. or higher. Thereby, only the oxide film located on the drain region 56 can be thickly formed, and the drain disturb can be effectively prevented without increasing the erase voltage.

【0049】さらに、図10に示した工程において酸化
膜63を形成した後に900℃以上の温度条件下でドラ
イ酸化を行なうようにしてもよい。このようにすれば、
基板表面は酸化されないでフローティングゲート52の
エッジ部のみで拡散律速反応が起こる。この結果、フロ
ーティングゲート52の端部のみを丸めることができ
る。
Further, after the oxide film 63 is formed in the step shown in FIG. 10, dry oxidation may be performed under a temperature condition of 900 ° C. or higher. If you do this,
The surface of the substrate is not oxidized, and the diffusion-controlled reaction occurs only at the edge portion of the floating gate 52. As a result, only the end of the floating gate 52 can be rounded.

【0050】[0050]

【発明の効果】請求項1および2に係る発明によれば、
半導体基板上にフローティングゲート電極とコントロー
ルゲート電極とを形成した後、フローティングゲート電
極、コントロールゲート電極および周辺回路領域のゲー
ト電極を900℃以上の温度条件下でドライ酸化するこ
とによって、フローティングゲート電極の端部および周
辺回路領域のトランジスタのゲート電極の端部に形成さ
れる丸み形状を容易に所定の形状に制御することができ
る。この結果、周辺回路領域のトランジスタの特性が劣
化するのを有効に防止することができるとともにメモリ
セルにおいてデータの消去時の高電圧化を有効に低減す
ることができる。さらに、データの書込時のドレインデ
ィスターブ現象をも有効に防止することができ、メモリ
セルの電荷保持特性を向上させることができる。また、
900℃以上の温度条件下でドライ酸化を行なった後に
窒化膜を形成することによって、後の工程で高温の熱処
理が行なわれた場合にも酸化種の浸入が窒化膜によって
防止されるので、フローティングゲートのエッジ部と周
辺回路領域のゲート電極のエッジ部とが再び酸化される
のを有効に防止することができる。
According to the inventions of claims 1 and 2,
After forming the floating gate electrode and the control gate electrode on the semiconductor substrate, the floating gate electrode, the control gate electrode, and the gate electrode in the peripheral circuit region are dry-oxidized under a temperature condition of 900 ° C. or higher to remove the floating gate electrode. The round shape formed at the end and the end of the gate electrode of the transistor in the peripheral circuit region can be easily controlled to a predetermined shape. As a result, it is possible to effectively prevent the characteristics of the transistors in the peripheral circuit region from being deteriorated, and it is possible to effectively reduce the increase in voltage at the time of erasing data in the memory cell. Further, the drain disturb phenomenon at the time of writing data can be effectively prevented, and the charge retention characteristic of the memory cell can be improved. Also,
By forming the nitride film after performing dry oxidation under the temperature condition of 900 ° C. or higher, even if a high temperature heat treatment is performed in a later step, the infiltration of oxidizing species is prevented by the nitride film, so that the floating film is formed. It is possible to effectively prevent the edge portion of the gate and the edge portion of the gate electrode in the peripheral circuit region from being oxidized again.

【0051】さらに、フローティングゲート電極とコン
トロールゲート電極とを形成するときに、異方性エッチ
ングと等方性エッチングとを併用することによって、フ
ローティングゲート電極の側壁部分の凹凸を平坦にする
ことができる。これによっても、データの消去特性のば
らつきおよびデータの書込時のドレインディスターブ現
象を有効に低減することができる。
Further, when the floating gate electrode and the control gate electrode are formed, by using anisotropic etching and isotropic etching together, it is possible to make unevenness on the side wall portion of the floating gate electrode flat. . This also makes it possible to effectively reduce the variation in the erase characteristic of data and the drain disturb phenomenon at the time of writing data.

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

【図1】本発明の一実施例によるフラッシュメモリのメ
モリセルの断面構造図である。
FIG. 1 is a sectional structural view of a memory cell of a flash memory according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示したメモリセルを含むメモリセルアレ
イの平面図である。
2 is a plan view of a memory cell array including the memory cell shown in FIG. 1. FIG.

【図3】図1に示したメモリセル部分の部分拡大図であ
る。
FIG. 3 is a partially enlarged view of a memory cell portion shown in FIG.

【図4】図1に示したメモリセルの製造プロセスの第1
工程を説明するための平面図である。
FIG. 4 is a first manufacturing process of the memory cell shown in FIG.
It is a top view for explaining a process.

【図5】図4に示したメモリセルのY−Y線矢視断面構
造図である。
5 is a cross-sectional structural view of the memory cell shown in FIG. 4 taken along the line YY.

【図6】図4に示したメモリセルのX−X線矢視断面構
造図である。
6 is a cross-sectional structural view of the memory cell shown in FIG. 4, taken along the line XX.

【図7】図1に示したメモリセルの製造プロセスの第2
工程を説明するための断面構造図である。
FIG. 7 is a second manufacturing process of the memory cell shown in FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional structure diagram for explaining a step.

【図8】図1に示したメモリセルの製造プロセスの第3
工程を説明するための断面構造図である。
FIG. 8 is a third manufacturing process of the memory cell shown in FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional structure diagram for explaining a step.

【図9】図1に示したメモリセルの製造プロセスの第4
工程を説明するための断面構造図である。
9 is a fourth manufacturing process of the memory cell shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional structure diagram for explaining a step.

【図10】図1に示したメモリセルの製造プロセスの第
5工程を説明するための断面構造図である。
10 is a cross-sectional structural view for explaining a fifth step of the manufacturing process of the memory cell shown in FIG.

【図11】図1に示したメモリセルの製造プロセスの第
6工程を説明するための断面構造図である。
FIG. 11 is a cross-sectional structural view for explaining a sixth step of the manufacturing process of the memory cell shown in FIG.

【図12】図1に示したメモリセルの製造プロセスの第
7工程を説明するための断面構造図である。
12 is a cross-sectional structure diagram for explaining a seventh step of the manufacturing process of the memory cell shown in FIG.

【図13】図1に示したメモリセルの製造プロセスの第
8工程を説明するための断面構造図である。
13 is a cross-sectional structure diagram for illustrating an eighth step of the manufacturing process of the memory cell shown in FIG.

【図14】図1に示したメモリセルの製造プロセスの第
9工程を説明するための断面構造図である。
FIG. 14 is a cross-sectional structural view for explaining the ninth step of the manufacturing process of the memory cell shown in FIG.

【図15】図1に示したメモリセルの製造プロセスの第
10工程を説明するための断面構造図である。
15 is a cross-sectional structure diagram for illustrating the tenth step of the manufacturing process of the memory cell shown in FIG.

【図16】図1に示したメモリセルの製造プロセスの第
11工程を説明するための断面構造図である。
16 is a cross-sectional structure diagram for explaining the eleventh step of the manufacturing process of the memory cell shown in FIG.

【図17】図1に示したメモリセルの製造プロセスの第
12工程を説明するための断面構造図である。
17 is a cross-sectional structure diagram for explaining the twelfth step of the manufacturing process of the memory cell shown in FIG.

【図18】フラッシュメモリの一般的な構成を示すブロ
ック図である。
FIG. 18 is a block diagram showing a general configuration of a flash memory.

【図19】図18に示したメモリセルマトリックス10
0の概略構成を示す等価回路図である。
FIG. 19 is a memory cell matrix 10 shown in FIG.
It is an equivalent circuit schematic which shows schematic structure of 0.

【図20】フラッシュメモリを構成する1つのメモリセ
ルトランジスタの断面構造を示す部分断面図である。
FIG. 20 is a partial cross-sectional view showing the cross-sectional structure of one memory cell transistor that constitutes a flash memory.

【図21】従来の提案された半導体基板表面にウェット
酸化処理を施したメモリセルを示した断面構造図であ
る。
FIG. 21 is a cross-sectional structural view showing a memory cell in which a conventionally proposed semiconductor substrate surface is subjected to wet oxidation treatment.

【符号の説明】 50:p- 型ウェル領域 51:絶縁膜 52:電荷蓄積電極(フローティングゲート) 54:絶縁膜 55:コントロールゲート 56:n型のドレイン領域 57:n型のソース領域 58:第3の絶縁膜 59:第1の導電層 60:第2の導電層 61:層間絶縁膜 62:ビット線 81:酸化膜 82:窒化膜 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。[Explanation of reference numerals] 50: p - type well region 51: insulating film 52: charge storage electrode (floating gate) 54: insulating film 55: control gate 56: n-type drain region 57: n-type source region 58: no. Insulating film 59 of No. 3 59: 1st conductive layer 60: 2nd conductive layer 61: Interlayer insulating film 62: Bit line 81: Oxide film 82: Nitride film In addition, the same code | symbol shows the same or corresponding part in each figure.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 九ノ里 勇一 兵庫県伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電機 株式会社エル・エス・アイ研究所内 (72)発明者 福本 敦 兵庫県伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電機 株式会社エル・エス・アイ研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yukichi Kunosato 4-1-1 Mizuhara, Itami City, Hyogo Prefecture Mitsubishi Electric Co., Ltd. LSE Research Laboratory (72) Inventor Atsushi Fukumoto 4-Mizuhara, Itami City, Hyogo Prefecture No. 1 Mitsubishi Electric Corporation LSI Research Center

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 メモリセル領域と周辺回路領域とを有す
る不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、 半導体基板の主表面上の前記メモリセル領域に第1絶縁
膜を形成する工程と、 前記第1絶縁膜上に第1の方向に所定の間隔を隔てて第
1導電膜を形成する工程と、 前記第1導電膜上に第2絶縁膜を形成する工程と、 前記半導体基板の主表面上の前記周辺回路領域に第3絶
縁膜を形成する工程と、 前記第2絶縁膜と第3絶縁膜との上に第2導電膜を形成
する工程と、 前記周辺回路領域の第2導電膜をパターニングすること
によって周辺回路を構成するトランジスタのゲート電極
を形成する工程と、 前記メモリセル領域の第2導電膜上に前記第1の方向と
ほぼ直交する第2の方向に所定の間隔を隔ててレジスト
を形成する工程と、 前記レジストをマスクとして前記第1導電膜と第2導電
膜とをパターニングすることよって、フローティングゲ
ート電極とコントロールゲート電極とを形成する工程
と、 前記フローティングゲート電極、前記コントロールゲー
ト電極および前記周辺回路領域のゲート電極を900℃
以上の温度条件下でドライ酸化する工程と、 前記半導体基板上の全面に酸化膜を形成する工程と、 前記酸化膜上に窒化膜を形成する工程とを備えた、不揮
発性半導体記憶装置の製造方法。
1. A method of manufacturing a non-volatile semiconductor memory device having a memory cell region and a peripheral circuit region, the method comprising: forming a first insulating film in the memory cell region on a main surface of a semiconductor substrate; Forming a first conductive film on the first insulating film at a predetermined distance in a first direction; forming a second insulating film on the first conductive film; and a main surface of the semiconductor substrate. Forming a third insulating film in the upper peripheral circuit region, forming a second conductive film on the second insulating film and the third insulating film, and forming a second conductive film in the peripheral circuit region Forming a gate electrode of a transistor that forms a peripheral circuit by patterning the second conductive film on the second conductive film in the memory cell region at a predetermined interval in a second direction substantially orthogonal to the first direction. Resist to form a resist, and Forming a floating gate electrode and a control gate electrode by patterning the first conductive film and the second conductive film using a strike as a mask, and forming the floating gate electrode, the control gate electrode and the peripheral circuit region. Gate electrode 900 ℃
Manufacture of a non-volatile semiconductor memory device including a step of dry oxidation under the above temperature conditions, a step of forming an oxide film on the entire surface of the semiconductor substrate, and a step of forming a nitride film on the oxide film Method.
【請求項2】 前記フローティングゲート電極とコント
ロールゲート電極とを形成する工程は、異方性エッチン
グと等方性エッチングとを併用することにより前記第1
導電膜と前記第2導電膜とをパターニングする工程を含
む、請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方
法。
2. The step of forming the floating gate electrode and the control gate electrode is performed by using anisotropic etching and isotropic etching together.
The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, comprising a step of patterning a conductive film and the second conductive film.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7821057B2 (en) 2006-07-03 2010-10-26 Kabushiki Kaisha Toshiba Nonvolatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof
CN106298675A (en) * 2015-05-26 2017-01-04 旺宏电子股份有限公司 Semiconductor element and manufacture method thereof

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Effective date: 19991102