JPH0799258A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH0799258A
JPH0799258A JP5242562A JP24256293A JPH0799258A JP H0799258 A JPH0799258 A JP H0799258A JP 5242562 A JP5242562 A JP 5242562A JP 24256293 A JP24256293 A JP 24256293A JP H0799258 A JPH0799258 A JP H0799258A
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JP
Japan
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single crystal
film
openings
semiconductor film
seed
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Application number
JP5242562A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshio Ozawa
良夫 小澤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To prevent the dispersion of the characteristics of an element caused by the formation of the boundary of two single-crystal semiconductor films grown in a solid phase in element active regions. CONSTITUTION:This is the method for forming a single-crystal semiconductor film. A plurality of seed parts 1 are formed so that element active regions 2 are not present at the positions separated by the equal distance from the neighboring two seed parts 1. The amorphous semiconductor film is converted into the single-crystal semiconductor film by the solid-phase growth from the seed parts 1.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、固相成長により形成さ
れた半導体膜を有する半導体装置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 semiconductor device having a semiconductor film formed by solid phase growth.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、記憶装置として、EEPROM等
の半導体記憶装置の開発が進められている。半導体記憶
装置は、機械的駆動部分を有しないので衝撃に強く、高
速アクセスが可能であるという長所を有している。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor memory devices such as EEPROMs have been developed as memory devices. Since the semiconductor memory device does not have a mechanical driving part, it has an advantage that it is resistant to impact and can be accessed at high speed.

【0003】EEPROMの場合、フローティングゲー
ト電極の材料としては、通常、多結晶シリコンが用いら
れている。しかし、多結晶シリコンに存在する粒界によ
って、素子間のしきい値電圧等の電気的特性のばらつき
や、ゲート絶縁膜、トンネル絶縁膜、或いはフローティ
ングゲート電極上の絶縁膜の絶縁特性の劣化が問題とな
っている。
In the case of EEPROM, polycrystalline silicon is usually used as the material of the floating gate electrode. However, due to the grain boundaries existing in the polycrystalline silicon, variations in electrical characteristics such as threshold voltage between elements and deterioration of insulation characteristics of the gate insulating film, tunnel insulating film, or insulating film on the floating gate electrode may occur. It's a problem.

【0004】このような問題を解決するために、単結晶
半導体基板の表面に形成したシード部を核として非晶質
半導体膜を結晶成長させた後、アニールによる固相成長
によって非晶質半導体膜を単結晶半導体膜に変え、これ
をゲート電極として用いるという技術が提案されている
(特開平3−173120)。
In order to solve such a problem, an amorphous semiconductor film is crystal-grown with a seed portion formed on the surface of a single crystal semiconductor substrate as a nucleus, and then an amorphous semiconductor film is grown by solid phase growth by annealing. There has been proposed a technique of replacing the single crystal semiconductor film with a single crystal semiconductor film and using this as a gate electrode (Japanese Patent Laid-Open No. 3-173120).

【0005】この種の単結晶技術では、一つのシード部
からは200μm2 程度の面積の単結晶半導体膜しか形
成されないので、同一基板上に多数のシード部を形成す
る必要がある。この結果、ある確率で、隣接するシード
部から固相成長した二つの単結晶半導体膜の境界が素子
活性領域に形成されてしまう。
In this type of single crystal technique, since only one single crystal semiconductor film having an area of about 200 μm 2 is formed from one seed portion, it is necessary to form a large number of seed portions on the same substrate. As a result, with a certain probability, the boundary between the two single crystal semiconductor films solid-phase grown from the adjacent seed portion is formed in the element active region.

【0006】素子活性領域に上記境界が存在する素子
は、他の素子とは異なる電気的特性を示すため、素子特
性はばらつくことになる。また、シード部は、素子分離
領域を介して素子活性領域に繋がっているため、固相成
長の際に、素子分離領域の凹凸部で結晶性が変化する。
An element having the above-mentioned boundary in the element active region exhibits electric characteristics different from those of other elements, so that the element characteristics vary. Further, since the seed portion is connected to the element active region through the element isolation region, the crystallinity changes at the uneven portion of the element isolation region during solid phase growth.

【0007】このため、素子活性領域の全体で高品質の
単結晶半導体膜を得るのは困難であった。更に、シード
部は、素子活性領域、素子分離領域とは別の領域に設け
る必要があり、素子の高集積化には不利であった。
Therefore, it is difficult to obtain a high quality single crystal semiconductor film in the entire element active region. Further, the seed portion needs to be provided in a region different from the device active region and the device isolation region, which is disadvantageous for high integration of the device.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、シード部
を核として非晶質半導体膜を結晶成長させた後、固相成
長によって非晶質半導体膜を単結晶半導体膜に変えると
いう従来の単結晶技術では、隣接するシード部から固相
成長した二つの単結晶半導体膜の境界がある確率で素子
活性領域に形成されてしまう。
As described above, after the amorphous semiconductor film is crystal-grown with the seed portion as a nucleus, the amorphous semiconductor film is converted into a single crystal semiconductor film by solid phase growth. In the crystal technique, a boundary between two single crystal semiconductor films solid-phase-grown from adjacent seed portions is formed in the element active region with a probability.

【0009】このため、素子活性領域に上記境界が存在
する素子は、他の素子とは異なる電気的特性を示し、素
子特性がばらつくという問題があった。本発明は、上記
事情を考慮してなされたもので、その目的とするところ
は、固相成長した二つの単結晶半導体膜の境界が素子活
性領域に形成されることによる素子特性のばらつきを防
止し得る半導体装置の製造方法を提供することにある。
Therefore, there is a problem that an element having the above-mentioned boundary in the element active region exhibits electric characteristics different from those of other elements and the element characteristics vary. The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to prevent variations in device characteristics due to formation of a boundary between two solid-phase-grown single crystal semiconductor films in a device active region. It is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can be manufactured.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の半導体装置の製造方法(請求項1)は、
単結晶半導体基体上に複数の開口部を有する絶縁膜を形
成する工程と、この複数の開口部及び前記絶縁膜上に非
晶質半導体膜を形成する工程と、熱処理により前記非晶
質半導体膜を固相成長せしめて単結晶半導体膜を形成す
る工程と、この単結晶半導体膜をパターニングすること
により、前記複数の開口部のうち最近接する2つの開口
部から等距離の位置以外の領域に、前記最近接する2つ
の開口部を結ぶ方向とほぼ垂直な方向に素子部を配列せ
しめる工程とを有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention (claim 1) comprises:
Forming an insulating film having a plurality of openings on the single crystal semiconductor substrate; forming an amorphous semiconductor film on the plurality of openings and the insulating film; and heat treating the amorphous semiconductor film. By solid phase growth to form a single crystal semiconductor film, and by patterning the single crystal semiconductor film, a region other than a position equidistant from the two closest openings of the plurality of openings, And arranging the element parts in a direction substantially perpendicular to the direction connecting the two closest openings.

【0011】また、本発明の他の半導体装置の製造方法
(請求項2)は、単結晶半導体基体上に複数の開口部を
有する絶縁膜を形成する工程と、この複数の開口部及び
前記絶縁膜上に非晶質半導体膜を形成する工程と、前記
複数の開口部のうち最近接する2つの開口部から等距離
の位置を含む前記非晶質半導体膜の領域を除去すること
により、前記最近接する2つの開口部を結ぶ方向とほぼ
垂直な方向に沿って溝部を形成する工程と、熱処理によ
り前記非晶質半導体膜を固相成長せしめて単結晶半導体
膜を形成する工程と、この単結晶半導体膜をパターニン
グすることにより、前記複数の開口部のうち最近接する
2つの開口部から等距離の位置以外の領域に、前記最近
接する2つの開口部を結ぶ方向とほぼ垂直な方向に素子
部を配列せしめる工程とを有することを特徴とする。
Another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention (claim 2) is a step of forming an insulating film having a plurality of openings on a single crystal semiconductor substrate, the plurality of openings and the insulating film. Forming an amorphous semiconductor film on the film, and removing the region of the amorphous semiconductor film including a position equidistant from the two closest openings of the plurality of openings, Forming a groove along a direction substantially perpendicular to a direction connecting two adjacent openings; forming a single crystal semiconductor film by solid phase growing the amorphous semiconductor film by heat treatment; and forming the single crystal By patterning the semiconductor film, the element portion is formed in a region substantially equidistant from the two closest openings of the plurality of openings in a region substantially equidistant from the two closest openings. Arrange And having a degree.

【0012】[0012]

【作用】一般に各シード部からの固相成長速度はほぼ等
しいので、本発明のように、隣接する二つのシード部か
ら等距離の位置に素子活性領域が存在しなければ、隣接
する二つのシード部から固相成長した単結晶半導体膜同
士の境界は素子活性領域に生じることはない。したがっ
て、上記境界に起因した素子特性のばらつきを防止でき
る。
In general, since the solid phase growth rates from the respective seed parts are almost equal to each other, if there is no element active region at a position equidistant from the two adjacent seed parts as in the present invention, the two adjacent seed parts are not formed. The boundary between the single crystal semiconductor films solid-phase-grown from the portion does not occur in the element active region. Therefore, it is possible to prevent variations in device characteristics due to the boundaries.

【0013】また、各シード部からの固相成長速度が異
なったり、シード部と素子活性領域とが離れている場合
でも、本発明(請求項2)のように、隣接する二つの素
子活性領域の間に存在する非晶質半導体膜の少なくとも
一部を除去すれば、単結晶半導体膜同士の境界を除去部
より先の素子活性領域に生じないようにでき、素子特性
のばらつきを防止できる。
Even when the solid phase growth rate from each seed portion is different or the seed portion and the device active region are separated from each other, as in the present invention (claim 2), two adjacent device active regions are provided. By removing at least a part of the amorphous semiconductor film existing between the two, it is possible to prevent the boundary between the single crystal semiconductor films from being formed in the element active region prior to the removed portion, and prevent variations in element characteristics.

【0014】[0014]

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図1,図2は、本発明の基本概念を説明するための
平面図である。図1(a)中、1はシード部を示してお
り、隣接する二つのシード部1から等距離の位置3に
は、素子活性領域の形成予定領域(以下、単に素子活性
領域という)2が存在しないように、各シード部1は配
置されている。
Embodiments will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 are plan views for explaining the basic concept of the present invention. In FIG. 1A, reference numeral 1 denotes a seed portion, and a region 3 where an element active region is to be formed (hereinafter simply referred to as an element active region) 2 is provided at a position 3 equidistant from two adjacent seed portions 1. Each seed part 1 is arranged so that it does not exist.

【0015】したがって、各シード部1からの固相成長
速度は通常ほぼ等しいので、隣接するシード部1から固
相成長した単結晶半導体膜同士の境界が素子活性領域2
に形成されることはない。
Therefore, since the solid phase growth rates from the seed portions 1 are usually almost equal, the boundary between the single crystal semiconductor films solid-phase grown from the adjacent seed portions 1 is the element active region 2.
Never formed.

【0016】上述したように、各シード部からの固相成
長速度は通常ほぼ等しいが、シード部と非晶質半導体膜
との界面状態の違い、下地絶縁膜と非晶質半導体膜との
界面状態の不均一性、非晶質半導体膜中の不純物量の不
均一性等により、各シード部からの固相成長速度が異な
ることがある。
As described above, the solid-phase growth rates from the seed portions are usually almost equal, but the difference in the interface state between the seed portion and the amorphous semiconductor film and the interface between the base insulating film and the amorphous semiconductor film. The solid phase growth rate from each seed portion may be different due to the non-uniformity of the state, the non-uniformity of the amount of impurities in the amorphous semiconductor film, and the like.

【0017】特に、図1(b)に示すように、素子活性
領域群4が長いと、隣接する二つのシード部1から固相
成長した単結晶半導体膜同士の境界5が素子活性領域群
4に形成される可能性がある。
In particular, as shown in FIG. 1B, when the element active region group 4 is long, the boundary 5 between the single crystal semiconductor films solid-phase-grown from two adjacent seed portions 1 is the element active region group 4. May be formed in.

【0018】この場合には、図2(a)に示すように、
絶縁膜上に堆積した非晶質半導体膜のうち、隣接する二
つのシード部1から等距離の位置3を含んだ部分6を除
去した後に、上記非晶質半導体膜を固相成長により結晶
化すれば、図2(b)に示すように、単結晶半導体膜同
士の境界5が素子活性領域群4に形成されないようにで
きる。このとき、除去領域6は、シード部1の素子活性
領域群4側の境界7と、シード部1に対して反対側の素
子活性領域群4の境界8に挟まれた領域を含むことが好
ましい。
In this case, as shown in FIG.
After removing the portion 6 of the amorphous semiconductor film deposited on the insulating film, which includes the position 3 equidistant from two adjacent seed portions 1, the amorphous semiconductor film is crystallized by solid phase growth. Then, as shown in FIG. 2B, the boundary 5 between the single crystal semiconductor films can be prevented from being formed in the element active region group 4. At this time, the removal region 6 preferably includes a region sandwiched between a boundary 7 of the seed portion 1 on the element active region group 4 side and a boundary 8 of the element active region group 4 on the opposite side of the seed portion 1. .

【0019】なお、高集積化のためには、上記シード部
のための特別な領域を設けないことが好ましい。例え
ば、本発明をEEPROMセルに適用する場合には、シ
ード部を、単結晶半導体基板上のソース層、ドレイン層
または単結晶半導体基板とビット線とのコンタクト部の
形成予定領域の少なくとも一部、あるいは単結晶半導体
基板の埋め込み素子分離部の形成予定領域の少なくとも
一部に設ければ、これら領域は、非晶質半導体膜の固相
成長にはなんら影響を与えないので、集積度の低下を防
止できる。
For high integration, it is preferable not to provide a special region for the seed portion. For example, when the present invention is applied to an EEPROM cell, the seed portion is a source layer, a drain layer on the single crystal semiconductor substrate, or at least a part of a region where a contact portion between the single crystal semiconductor substrate and the bit line is to be formed, Alternatively, if it is provided in at least a part of the region where the embedded element isolation portion of the single crystal semiconductor substrate is to be formed, these regions have no influence on the solid-phase growth of the amorphous semiconductor film, so that the degree of integration is reduced. It can be prevented.

【0020】次に本発明をNAND型EEPROMのフ
ローティングゲートに適用した場合の実施例を説明す
る。まず、図3に示すように、p型単結晶シリコン基板
11上に熱酸化法を用いて厚さ700nmの素子分離用
酸化膜(素子分離領域)12を形成する。次いで熱酸化
法を用いて厚さ10nmのゲート酸化膜13を形成した
後、シランやジシランなどの原料を用いたLPCVD法
により、全面に厚さ50nmの第1の非晶質シリコン膜
14を形成する。
Next, an embodiment in which the present invention is applied to a floating gate of a NAND type EEPROM will be described. First, as shown in FIG. 3, an element isolation oxide film (element isolation region) 12 having a thickness of 700 nm is formed on a p-type single crystal silicon substrate 11 by a thermal oxidation method. Then, after forming a gate oxide film 13 having a thickness of 10 nm by using a thermal oxidation method, a first amorphous silicon film 14 having a thickness of 50 nm is formed on the entire surface by an LPCVD method using a raw material such as silane or disilane. To do.

【0021】次に図4に示すように、第1の非晶質シリ
コン膜14上にフォトレジスト15aを塗布した後、こ
のフォトレジスト15aのうち、p型単結晶シリコン基
板11とビット線とのコンタクト部の形成予定領域の一
部を除去する。次いで残ったフォトレジスト15aをマ
スクとして、第1の非晶質シリコン膜14およびゲート
酸化膜13をドライエッチングすることにより、シード
部16を形成する。ここで、隣接する二つのシード部1
6から等距離の位置は、素子分離領域12または拡散層
の形成予定領域となっており、素子活性領域は存在しな
い。また、上記工程の際にシード部16の基板表面に自
然酸化膜17が形成されるので、フォトレジスト15a
を除去した後、p型単結晶シリコン基板11を弗化水素
ガスに晒すことにより、自然酸化膜17を除去する。
Next, as shown in FIG. 4, a photoresist 15a is applied on the first amorphous silicon film 14, and then the p-type single crystal silicon substrate 11 and the bit line are included in the photoresist 15a. A part of the region where the contact portion is to be formed is removed. Then, using the remaining photoresist 15a as a mask, the first amorphous silicon film 14 and the gate oxide film 13 are dry-etched to form a seed portion 16. Here, two adjacent seed parts 1
A position equidistant from 6 is a region where the element isolation region 12 or the diffusion layer is to be formed, and there is no device active region. In addition, since the native oxide film 17 is formed on the substrate surface of the seed portion 16 in the above process, the photoresist 15a
Then, the natural oxide film 17 is removed by exposing the p-type single crystal silicon substrate 11 to hydrogen fluoride gas.

【0022】次に図5に示すように、第1の非晶質シリ
コン膜14およびシード部16上に、厚さ100nmの
第2の非晶質シリコン膜18をLPCVD法にて、シラ
ンまたはジシラン等の熱分解により形成する。
Next, as shown in FIG. 5, a second amorphous silicon film 18 having a thickness of 100 nm is formed on the first amorphous silicon film 14 and the seed portion 16 by LPCVD by using silane or disilane. Etc. are formed by thermal decomposition.

【0023】次に図6に示すように、第2の非晶質シリ
コン膜18上にフォトレジスト15bを塗布し、このフ
ォトレジスト15bのうち、隣接する二つのシード部1
6から等距離の位置を含んだ素子分離領域12上の一部
を除去する。次いでこの残ったフォトレジスト15bを
マスクとして、第2、第1の非晶質シリコン膜18、1
4を順次ドライエッチングすることにより、非晶質シリ
コン膜14,18に除去領域19を設ける。
Next, as shown in FIG. 6, a photoresist 15b is applied on the second amorphous silicon film 18, and two adjacent seed portions 1 of the photoresist 15b are applied.
A part on the element isolation region 12 including a position equidistant from 6 is removed. Then, using the remaining photoresist 15b as a mask, the second and first amorphous silicon films 18 and 1 are formed.
A removal region 19 is provided in the amorphous silicon films 14 and 18 by sequentially performing dry etching on the amorphous silicon films 14 and 18.

【0024】次に図7に示すように、フォトレジスト1
5bを除去した後、窒素またはアルゴンガス雰囲気中
で、500〜550℃程度の低温のアニール処理を行な
い、シード部16からの固相エピタキシャル成長によ
り、第1および第2の非晶質シリコン膜14、18を、
単結晶シリコン膜20に変える。
Next, as shown in FIG.
After removing 5b, an annealing treatment at a low temperature of about 500 to 550 ° C. is performed in a nitrogen or argon gas atmosphere, and the first and second amorphous silicon films 14 are formed by solid phase epitaxial growth from the seed portion 16. 18
The single crystal silicon film 20 is used.

【0025】このとき、上述したように、隣接する二つ
のシード部16から等距離の位置には素子活性領域は存
在せず、更に、隣接する二つのシード部16から等距離
の位置を含んだ素子分離領域の一部には除去領域19が
存在しているため、図11に示すように、隣接する二つ
のシード部16から固相成長した単結晶シリコン膜同士
の境界33は、素子分離領域12または拡散層の形成予
定領域32上に形成され、素子活性領域に形成されるこ
とはない。
At this time, as described above, the element active region does not exist at the position equidistant from the two adjacent seed portions 16, and further, the position equidistant from the two adjacent seed portions 16 is included. Since the removal region 19 exists in a part of the element isolation region, as shown in FIG. 11, the boundary 33 between the single crystal silicon films solid-phase grown from the two adjacent seed portions 16 is the element isolation region. 12 or the diffusion layer formation planned region 32, and is not formed in the element active region.

【0026】次に図8に示すように、単結晶シリコン膜
20に燐または砒素を拡散させた後、結晶シリコン膜2
0上に、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とからなる厚
さ20nmの絶縁膜21を形成する。上記シリコン酸化
膜、シリコン窒化膜は、例えば、それぞれ熱酸化法、L
PCVD法により形成する。次いで絶縁膜21上に厚さ
20nmの多結晶シリコン膜22を形成した後、この多
結晶シリコン膜22に燐または砒素を拡散させる。
Next, as shown in FIG. 8, phosphorus or arsenic is diffused in the single crystal silicon film 20, and then the crystalline silicon film 2 is formed.
An insulating film 21 made of a silicon oxide film and a silicon nitride film and having a thickness of 20 nm is formed on the insulating film 21. The silicon oxide film and the silicon nitride film are formed, for example, by a thermal oxidation method, L
It is formed by the PCVD method. Then, a polycrystalline silicon film 22 having a thickness of 20 nm is formed on the insulating film 21, and then phosphorus or arsenic is diffused into the polycrystalline silicon film 22.

【0027】次に図9に示すように、多結晶シリコン膜
22、絶縁膜21および単結晶シリコン膜20をゲート
電極形状に選択エッチングし、メモリセル部23のワー
ド線34および選択ゲート24のワード線35を形成す
る。ここで、メモリセル部23の単結晶シリコン膜20
はフローティングゲート、多結晶シリコン膜22はコン
トロールゲートとなる。
Next, as shown in FIG. 9, the polycrystalline silicon film 22, the insulating film 21, and the single crystal silicon film 20 are selectively etched into a gate electrode shape, and the word line 34 of the memory cell portion 23 and the word of the selection gate 24 are selected. Form line 35. Here, the single crystal silicon film 20 of the memory cell portion 23
Serves as a floating gate, and the polycrystalline silicon film 22 serves as a control gate.

【0028】次に図10に示すように、多結晶シリコン
膜22、絶縁膜21および単結晶シリコン20からなる
ゲート部をマスクとして、p型単結晶シリコン基板11
に砒素をイオン注入することにより、n型拡散層25を
形成する。次いで層間絶縁膜26を全面に堆積した後、
シード部16として使用した領域を含む層間絶縁膜26
の一部をエッチング除去し、p型単結晶シリコン基板1
1とビット線とのコンタクト部27を形成する。
Next, as shown in FIG. 10, the p-type single crystal silicon substrate 11 is formed by using the gate portion composed of the polycrystalline silicon film 22, the insulating film 21 and the single crystal silicon 20 as a mask.
An n-type diffusion layer 25 is formed by ion-implanting arsenic into. Next, after depositing the interlayer insulating film 26 on the entire surface,
Interlayer insulating film 26 including the region used as the seed portion 16
By etching away a part of the p-type single crystal silicon substrate 1
A contact portion 27 between 1 and the bit line is formed.

【0029】このように本実施例では、シード部16を
コンタクト部27となる領域に形成しているので、従来
法の場合のように、特別なシード領域を設ける必要がな
いので、素子の集積度が低下するという問題はない。
As described above, in this embodiment, since the seed portion 16 is formed in the region to be the contact portion 27, it is not necessary to provide a special seed region as in the case of the conventional method, and therefore, the device integration There is no problem of diminishing degrees.

【0030】なお、シード部16のp型単結晶シリコン
基板11は、シード部16形成のためのゲート酸化膜1
3のエッチング工程と、コンタクト部27形成のための
層間絶縁膜26のエッチング工程との計2回のエッチン
グ工程を受ける。図15(a)はシード部16形成時の
開口部がコンタクト部27形成時の開口径よりも大きな
場合、図15(b)はその逆の場合の断面図を示す。こ
の図15(a)または(b)に示すように、シード部1
6のp型単結晶シリコン基板11の表面は深さ方向に段
差が生じる。
The p-type single crystal silicon substrate 11 of the seed portion 16 is used as the gate oxide film 1 for forming the seed portion 16.
The etching process of 3 and the etching process of the interlayer insulating film 26 for forming the contact portion 27 are performed twice. FIG. 15A shows a sectional view when the opening portion when forming the seed portion 16 is larger than the opening diameter when forming the contact portion 27, and FIG. As shown in FIG. 15A or 15B, the seed portion 1
The surface of the p-type single crystal silicon substrate 11 of 6 has a step in the depth direction.

【0031】最後に、ビット線となるAl配線28、パ
ッシベーション膜29を形成して、EEPROMセルを
完成する。本実施例の方法に従い作成された基板上の全
ての素子について調べたところ、素子活性領域上のフロ
ーティングゲート電極には粒界が存在しないことを確認
した。また、粒界に起因した素子間の電気特性のばらつ
きを完全に抑制でき、更に、粒界に起因したフローティ
ングゲート電極上の絶縁膜の信頼性の劣化も完全に抑制
できた。
Finally, an Al wiring 28 to be a bit line and a passivation film 29 are formed to complete an EEPROM cell. When all the devices formed on the substrate according to the method of this example were examined, it was confirmed that no grain boundary existed in the floating gate electrode on the device active region. In addition, it was possible to completely suppress variations in electrical characteristics between devices due to grain boundaries, and also to completely suppress deterioration in reliability of the insulating film on the floating gate electrode due to grain boundaries.

【0032】かくして本実施例によれば、素子の集積度
を低下させることなく、EEPROMセルの全てのフロ
ーティングゲート電極となる非晶質シリコン膜を完全に
単結晶化でき、素子間の電気特性のばらつきを完全に抑
制することができる。
Thus, according to the present embodiment, the amorphous silicon film forming all the floating gate electrodes of the EEPROM cell can be completely made into a single crystal without lowering the integration degree of the elements, and the electrical characteristics of the elements can be improved. Variation can be completely suppressed.

【0033】ところで、通常のEEPROMセルの場
合、図12に示すように、非晶質シリコン膜14の下の
ゲート酸化膜13の表面には段差が形成されている。こ
れはトンネル酸化膜の膜厚と選択ゲートトランジスタの
ゲート酸化膜の膜厚とが異なるからである。
By the way, in the case of a normal EEPROM cell, as shown in FIG. 12, a step is formed on the surface of the gate oxide film 13 under the amorphous silicon film 14. This is because the film thickness of the tunnel oxide film and the film thickness of the gate oxide film of the select gate transistor are different.

【0034】このように段差のあるゲート酸化膜13上
に堆積した非晶質シリコン膜14,18を固相成長する
場合、段差部分が新たな結晶化の核となり、所望の単結
晶シリコン膜が形成できない可能性がある。
When the amorphous silicon films 14 and 18 thus deposited on the stepped gate oxide film 13 are solid-phase grown, the stepped portion becomes a new crystallization nucleus and a desired single crystal silicon film is formed. May not be formed.

【0035】これを防止するには、例えば、非晶質シリ
コン膜14,18の膜厚tをゲート酸化膜13の段差d
の5倍以上となるように非晶質シリコン膜14,18を
堆積することが有効である。
To prevent this, for example, the thickness t of the amorphous silicon films 14 and 18 is set to the step d of the gate oxide film 13.
It is effective to deposit the amorphous silicon films 14 and 18 so as to be 5 times or more.

【0036】また、上記本実施例では、シード部16
を、p型単結晶シリコン基板11とビット線とのコンタ
クト部27の形成予定領域の一部に形成している。シー
ド部16の形成工程で、シード部16のゲート酸化膜1
3は除去されている。この結果、ゲート電極形成時の単
結晶シリコン膜20の選択エッチング工程で、シード部
16のp型単結晶シリコン基板11の表面はエッチング
されてしまう。
Further, in the above embodiment, the seed portion 16 is used.
Are formed in a part of the region where the contact portion 27 between the p-type single crystal silicon substrate 11 and the bit line is to be formed. In the step of forming the seed portion 16, the gate oxide film 1 of the seed portion 16 is formed.
3 has been removed. As a result, the surface of the p-type single crystal silicon substrate 11 of the seed portion 16 is etched in the selective etching process of the single crystal silicon film 20 when forming the gate electrode.

【0037】このため、図13(a)に示すように、コ
ンタクト部27のn型拡散層25aの接合深さは、他の
n型拡散層25bよりも深くなり、選択ゲート部24の
トランジスタ特性が劣化する可能性がある。
Therefore, as shown in FIG. 13A, the junction depth of the n-type diffusion layer 25a of the contact portion 27 becomes deeper than that of the other n-type diffusion layer 25b, and the transistor characteristics of the select gate portion 24 are increased. May deteriorate.

【0038】p型単結晶シリコン基板11の表面のエッ
チング量を低減するには、例えば、図13(b)に示す
ように、シード部端と選択ゲート電極端との間の距離L
を、n型拡散層25aの接合深さxj よりも長くすれば
良い。また、第1の非晶質シリコン膜14の厚さを、第
2の非晶質シリコン膜18の厚さよりも薄くすること
も、エッチング量の低減には有効である。
To reduce the amount of etching on the surface of the p-type single crystal silicon substrate 11, for example, as shown in FIG. 13B, the distance L between the end of the seed portion and the end of the select gate electrode is set.
Should be longer than the junction depth x j of the n-type diffusion layer 25a. Further, making the thickness of the first amorphous silicon film 14 thinner than the thickness of the second amorphous silicon film 18 is also effective in reducing the etching amount.

【0039】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。例えば、上記実施例では、固相成長に
より得られた単結晶シリコン膜に燐,砒素等の不純物を
拡散させたが、固相成長を行なう前の非晶質シリコン膜
に不純物を拡散した後、固相成長により非晶質シリコン
膜を単結晶シリコン膜に変えても良い。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, impurities such as phosphorus and arsenic are diffused in the single crystal silicon film obtained by solid phase growth, but after the impurities are diffused in the amorphous silicon film before solid phase growth, The amorphous silicon film may be changed to a single crystal silicon film by solid phase growth.

【0040】また、シード部16は、必ずしもp型単結
晶シリコン基板11上に設ける必要はなく、例えば、絶
縁膜上に堆積した非晶質シリコン膜内に設けて良い。す
なわち、非晶質シリコン膜中の不純物濃度を局所的に変
えることで、結晶化速度の速い領域を設け、この領域を
核として固相成長させることもできる。
The seed portion 16 does not necessarily have to be provided on the p-type single crystal silicon substrate 11, but may be provided, for example, in an amorphous silicon film deposited on an insulating film. That is, by locally changing the impurity concentration in the amorphous silicon film, a region having a high crystallization rate can be provided, and solid-phase growth can be performed using this region as a nucleus.

【0041】更に、上記実施例では、EEPROMセル
のフローティングゲート電極の場合について説明した
が、本発明はMOSトランジスタのゲート電極に対して
も適用できる。
Further, in the above embodiment, the case of the floating gate electrode of the EEPROM cell is explained, but the present invention can be applied to the gate electrode of the MOS transistor.

【0042】更にまた、本発明は、素子形成後に埋め込
み素子分離部を形成する半導体装置にも適用できる。例
えば、上記実施例のようにEEPROMセルに適用する
場合には、図14に示すように、シード部43を半導体
基板上の素子活性領域の形成予定領域44を区分する埋
め込み素子分離領域の形成予定領域41の少なくとも一
部に設けることもできる。また、素子の集積度の低下が
問題とならない場合には、シード部43のための領域を
特別に設けても良い。
Furthermore, the present invention can be applied to a semiconductor device in which a buried element isolation portion is formed after element formation. For example, when it is applied to an EEPROM cell as in the above-described embodiment, as shown in FIG. 14, a seed part 43 is planned to form a buried element isolation region that divides a region 44 to be a element active region to be formed on a semiconductor substrate. It can also be provided in at least a part of the region 41. In addition, if the decrease in the degree of integration of the device does not pose a problem, a region for the seed portion 43 may be specially provided.

【0043】なお、図14中、42は拡散層の形成予定
領域、45は基板1とビット線とのコンタクト部を示し
ている。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種
々変形して実施できる。
In FIG. 14, reference numeral 42 is a region where a diffusion layer is to be formed, and 45 is a contact portion between the substrate 1 and the bit line. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、隣
接する二つのシード部から固相成長した単結晶半導体膜
同士の境界が素子活性領域に生じることを防止でき、素
子特性のばらつきを小さくできる。
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to prevent a boundary between single crystal semiconductor films solid-phase-grown from two adjacent seed portions from being generated in the element active region, and to disperse the element characteristics. Can be made smaller.

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

【図1】本発明の基本概念を説明するための平面図FIG. 1 is a plan view for explaining the basic concept of the present invention.

【図2】本発明の基本概念を説明するための平面図FIG. 2 is a plan view for explaining the basic concept of the present invention.

【図3】本発明の一実施例に係るNAND型EEPRO
Mの製造方法を説明するための図
FIG. 3 is a NAND type EEPROM according to an embodiment of the present invention.
Drawing for demonstrating the manufacturing method of M

【図4】本発明の一実施例に係るNAND型EEPRO
Mの製造方法を説明するための図
FIG. 4 is a NAND type EEPROM according to an embodiment of the present invention.
Drawing for demonstrating the manufacturing method of M

【図5】本発明の一実施例に係るNAND型EEPRO
Mの製造方法を説明するための図
FIG. 5 is a NAND type EEPROM according to an embodiment of the present invention.
Drawing for demonstrating the manufacturing method of M

【図6】本発明の一実施例に係るNAND型EEPRO
Mの製造方法を説明するための図
FIG. 6 is a NAND-type EEPRO according to an embodiment of the present invention.
Drawing for demonstrating the manufacturing method of M

【図7】本発明の一実施例に係るNAND型EEPRO
Mの製造方法を説明するための図
FIG. 7 is a NAND type EEPROM according to an embodiment of the present invention.
Drawing for demonstrating the manufacturing method of M

【図8】本発明の一実施例に係るNAND型EEPRO
Mの製造方法を説明するための図
FIG. 8 is a NAND-type EEPROM according to an embodiment of the present invention.
Drawing for demonstrating the manufacturing method of M

【図9】本発明の一実施例に係るNAND型EEPRO
Mの製造方法を説明するための図
FIG. 9 is a NAND-type EEPROM according to an embodiment of the present invention.
Drawing for demonstrating the manufacturing method of M

【図10】本発明の一実施例に係るNAND型EEPR
OMの製造方法を説明するための図
FIG. 10 is a NAND-type EEPR according to an embodiment of the present invention.
Diagram for explaining the method of manufacturing the OM

【図11】単結晶シリコン膜同士の境界の位置を示す上
面図
FIG. 11 is a top view showing a position of a boundary between single crystal silicon films.

【図12】段差のあるゲート酸化膜上に第1の非晶質シ
リコン膜を固相成長する際に生じ得る問題を解決するた
めの方法を説明するための断面図。
FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining a method for solving a problem that may occur when solid-phase growing a first amorphous silicon film on a stepped gate oxide film.

【図13】ゲート電極形成時の単結晶シリコン膜の選択
エッチングの際に生じ得る問題を解決するための方法を
説明するための断面図。
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a method for solving a problem that may occur during selective etching of a single crystal silicon film when forming a gate electrode.

【図14】本発明を埋め込み素子分離に適用した例を説
明するための上面図。
FIG. 14 is a top view for explaining an example in which the present invention is applied to embedded element isolation.

【図15】シード部のp型単結晶シリコン基板の表面形
状を示す断面図。
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a surface shape of a p-type single crystal silicon substrate of a seed portion.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シード部 2…素子活性領域 3…シード部から等距離の位置 4…素子活性領域群 5…単結晶半導体膜同士の境界 6…シード部から等距離の位置を含んだ部分 7…シード部の素子活性領域群側の境界 8…素子活性領域群側のシード部とは反対側の境界 11…p型単結晶シリコン基板 12…素子分離用酸化膜(素子分離領域) 13…ゲート酸化膜 14…第1の非晶質シリコン膜 15a,15b…フォトレジスト 16…シード部 17…自然酸化膜 18…第2の非晶質シリコン膜 19…除去領域 20…単結晶シリコン膜 21…絶縁膜 22…多結晶シリコン膜 23…メモリセル部 24…選択ゲート部 25…n型拡散層 26…層間絶縁膜 27…コンタクト部 28…Al配線(ビット線) 29…パッシベーション膜 32…拡散層の形成予定領域 33…単結晶シリコン膜同士の境界 34…メモリセル部のワード線 35…選択ゲート部のワード線 41…素子分離領域の形成予定領域 42…拡散層の形成予定領域 43…シード部 44…素子活性領域の形成予定領域 45…コンタクト部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Seed part 2 ... Element active region 3 ... Position equidistant from a seed part 4 ... Element active region group 5 ... Boundary between single crystal semiconductor films 6 ... Part including a position equidistant from a seed part 7 ... Seed part Of the element active region group side 8 ... Boundary of the element active region group side opposite to the seed portion 11 ... P-type single crystal silicon substrate 12 ... Element isolation oxide film (element isolation region) 13 ... Gate oxide film 14 ... first amorphous silicon film 15a, 15b ... photoresist 16 ... seed part 17 ... natural oxide film 18 ... second amorphous silicon film 19 ... removal region 20 ... single crystal silicon film 21 ... insulating film 22 ... Polycrystalline silicon film 23 ... Memory cell part 24 ... Select gate part 25 ... N-type diffusion layer 26 ... Interlayer insulating film 27 ... Contact part 28 ... Al wiring (bit line) 29 ... Passivation film 32 ... Diffusion layer formation Constant region 33 ... Boundary between single crystal silicon films 34 ... Word line of memory cell part 35 ... Word line of select gate part 41 ... Area to form element isolation region 42 ... Area to form diffusion layer 43 ... Seed part 44 ... Area where element active area is to be formed 45 ... Contact portion

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/20 8122−4M 27/115 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 21/20 8122-4M 27/115

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】単結晶半導体基体上に複数の開口部を有す
る絶縁膜を形成する工程と、 この複数の開口部及び前記絶縁膜上に非晶質半導体膜を
形成する工程と、 熱処理により前記非晶質半導体膜を固相成長せしめて単
結晶半導体膜を形成する工程と、 この単結晶半導体膜をパターニングすることにより、前
記複数の開口部のうち最近接する2つの開口部から等距
離の位置以外の領域に、前記最近接する2つの開口部を
結ぶ方向とほぼ垂直な方向に素子部を配列せしめる工程
とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A step of forming an insulating film having a plurality of openings on a single crystal semiconductor substrate; a step of forming an amorphous semiconductor film on the plurality of openings and the insulating film; A step of forming a single crystal semiconductor film by solid phase growth of an amorphous semiconductor film; and patterning the single crystal semiconductor film so that a position equidistant from two closest openings of the plurality of openings. And a step of arranging the element parts in a region substantially other than the direction perpendicular to the direction in which the two closest openings are connected to each other.
【請求項2】単結晶半導体基体上に複数の開口部を有す
る絶縁膜を形成する工程と、 この複数の開口部及び前記絶縁膜上に非晶質半導体膜を
形成する工程と、 前記複数の開口部のうち最近接する2つの開口部から等
距離の位置を含む前記非晶質半導体膜の領域を除去する
ことにより、前記最近接する2つの開口部を結ぶ方向と
ほぼ垂直な方向に沿って溝部を形成する工程と、 熱処理により前記非晶質半導体膜を固相成長せしめて単
結晶半導体膜を形成する工程と、 この単結晶半導体膜をパターニングすることにより、前
記複数の開口部のうち最近接する2つの開口部から等距
離の位置以外の領域に、前記最近接する2つの開口部を
結ぶ方向とほぼ垂直な方向に素子部を配列せしめる工程
とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. A step of forming an insulating film having a plurality of openings on a single crystal semiconductor substrate; a step of forming an amorphous semiconductor film on the plurality of openings and the insulating film; By removing a region of the amorphous semiconductor film including a position equidistant from the two closest openings among the openings, a groove portion is formed along a direction substantially perpendicular to a direction connecting the two closest openings. A step of forming a single crystal semiconductor film by solid phase growing the amorphous semiconductor film by heat treatment, and patterning the single crystal semiconductor film so that the plurality of openings are closest to each other. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: arranging element parts in regions other than positions equidistant from the two openings in a direction substantially perpendicular to a direction connecting the two closest openings.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5949102A (en) * 1996-07-18 1999-09-07 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device having a gate electrode with only two crystal grains
US7879658B2 (en) 2007-03-01 2011-02-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device and method for manufacturing the same

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