JPH09232453A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JPH09232453A
JPH09232453A JP8056900A JP5690096A JPH09232453A JP H09232453 A JPH09232453 A JP H09232453A JP 8056900 A JP8056900 A JP 8056900A JP 5690096 A JP5690096 A JP 5690096A JP H09232453 A JPH09232453 A JP H09232453A
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JP
Japan
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region
opening
oxide film
film
semiconductor device
Prior art date
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Application number
JP8056900A
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Japanese (ja)
Inventor
Fumitaka Sugaya
文孝 菅谷
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device such as an EEPROM high in element isolating capability and junction breakdown strength and small in area of the element isolating region. SOLUTION: A wide opening 13a, at a memory cell array part 14, and a narrow opening 13b, at a peripheral circuit part 15, are made a silicon nitride film 13. After that, a photoresist 15 which has an opening 16a on the same level as the opening 13b is made within the opening 13a. Then, by the ion implantation using the photoresist 16 and the silicon nitride film 13 as masks, a channel stopper layer 19 is made, and silicon oxide films 21 a and 21 b are made as the silicon nitride film 13 as an oxidation preventive film. Therefore, at the memory cell array part 14, the source/drain diffused layer 33 and the channel stopper layer 19 are spaced, and at the peripheral circuit part 15, the area of the silicon oxide film 21b can be made small.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関し、特に、相対的に高い動作電圧が用い
られる領域と相対的に低い動作電圧が用いられる領域と
を含む半導体装置及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor device including a region where a relatively high operating voltage is used and a region where a relatively low operating voltage is used, and its manufacturing. Regarding the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の素子分離領域をLOCOS
法により形成する際には、選択酸化法を実行する際の酸
化防止膜であるシリコン窒化膜に素子分離領域のパター
ンの開口を形成するためのマスクであるレジスト、また
は、素子分離領域のパターンの開口を形成したシリコン
窒化膜自体をマスクにして、半導体基板と同一導電型の
不純物を半導体基板にイオン注入することによって、素
子分離用の酸化膜(フィールド酸化膜)に対して自己整
合的にチャネルストッパ層を形成するのが一般的であ
る。このようにチャネルストッパ層を形成することによ
り、フィールド酸化膜の下に寄生チャネルが形成されな
くなってリーク電流などを防止することができる。
2. Description of the Related Art LOCOS is used as an element isolation region of a semiconductor device.
In the case of forming by the method, a resist which is a mask for forming an opening of a pattern of an element isolation region in a silicon nitride film which is an antioxidant film when performing a selective oxidation method, or a pattern of an element isolation region By using the silicon nitride film itself with the opening as a mask and implanting impurities of the same conductivity type as the semiconductor substrate into the semiconductor substrate, the channel is self-aligned with the oxide film (field oxide film) for element isolation. It is common to form a stopper layer. By forming the channel stopper layer in this way, a parasitic channel is not formed under the field oxide film, and a leak current or the like can be prevented.

【0003】ところが、この方法では、チャネルストッ
パ層が素子分離領域下のほぼ全域に形成されるので、素
子活性領域に形成されるソース/ドレインなどの不純物
拡散層とチャネルストッパ層とが接触することになる。
このため、高い動作電圧と低い動作電圧を用いるEEP
ROMなどの不揮発性半導体記憶装置等において、チャ
ネルストッパ層の不純物濃度を高くして素子分離能力を
高めようとすると、高い動作電圧が印加されるメモリセ
ルトランジスタ側において、素子活性領域に形成される
不純物拡散層とチャネルストッパ層との接合耐圧が低下
してしまう。従って、この方法では、信頼性の高い半導
体装置を製造することが困難である。
However, according to this method, since the channel stopper layer is formed almost all over the element isolation region, the impurity diffusion layers such as the source / drain formed in the element active region and the channel stopper layer are in contact with each other. become.
Therefore, the EEP using a high operating voltage and a low operating voltage
In a non-volatile semiconductor memory device such as a ROM, when the impurity concentration of the channel stopper layer is increased to increase the element isolation capability, the element is formed in the element active region on the side of the memory cell transistor to which a high operating voltage is applied. The junction breakdown voltage between the impurity diffusion layer and the channel stopper layer will decrease. Therefore, with this method, it is difficult to manufacture a highly reliable semiconductor device.

【0004】そこで、素子分離領域のパターンの開口を
有するシリコン窒化膜上に、素子分離領域のパターンよ
りも狭い幅の開口を有するレジストを形成し、このレジ
ストをマスクにしたイオン注入でチャネルストッパ層を
形成して、素子活性領域に形成される不純物拡散層とチ
ャネルストッパ層とを離間させる方法が考えられている
(例えば、特開平2−222174号公報及び特開平4
−98850号公報)。
Therefore, a resist having an opening having a width narrower than the pattern of the element isolation region is formed on the silicon nitride film having the pattern of the element isolation region, and the channel stopper layer is formed by ion implantation using the resist as a mask. A method of forming a gap to separate the impurity diffusion layer and the channel stopper layer formed in the element active region from each other (see, for example, JP-A-2-222174 and JP-A-4-22174).
-98850).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報の方
法では、チャネルストッパ層の幅よりも素子分離領域の
幅を広くする必要から素子分離領域の面積が必要以上に
広くなってしまうために、集積度の高い半導体装置を製
造することが困難であった。
However, in the method of the above publication, since the width of the element isolation region needs to be wider than the width of the channel stopper layer, the area of the element isolation region becomes unnecessarily large. It was difficult to manufacture a highly integrated semiconductor device.

【0006】そこで、本発明の目的は、高い動作電圧と
低い動作電圧とを用いる半導体装置を、高い信頼性及び
集積度で製造することができる半導体装置の製造方法を
提供すること、及び、高い信頼性及び集積度の半導体装
置を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method capable of manufacturing a semiconductor device using a high operating voltage and a low operating voltage with high reliability and a high degree of integration, and It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having reliability and integration.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体装置の製造方法は、相対的に高い動
作電圧が用いられる第1の領域と、相対的に低い動作電
圧が用いられる第2の領域とを具備する半導体装置の製
造方法において、基板上に酸化防止膜を形成する工程
と、この酸化防止膜の前記第1の領域に対応する箇所に
相対的に幅が広い第1の開口部を形成する工程と、前記
酸化防止膜の前記第2の領域に対応する箇所に相対的に
幅が狭い第2の開口部を形成する工程と、前記第1の開
口部内にレジスト膜を形成し、このレジスト膜の一部分
を開口して第3の開口部を形成する工程と、前記第2の
開口部と前記第3の開口部から前記基板に不純物を導入
し、前記基板内の前記第1の領域及び前記第2の領域に
チャネルストッパ層を形成する工程と、前記酸化防止膜
で被覆されていない部分の前記半導体基板を選択的に熱
酸化することにより、前記第1の領域及び前記第2の領
域に素子分離用の酸化膜を形成する工程とを有してい
る。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention uses a first region where a relatively high operating voltage is used and a relatively low operating voltage. And a second region having a relatively wide width at a portion of the antioxidant film corresponding to the first region. No. 1 opening, a step of forming a second opening having a relatively narrow width in a portion of the antioxidant film corresponding to the second region, and a resist in the first opening. A step of forming a film and opening a part of the resist film to form a third opening; and introducing impurities into the substrate through the second opening and the third opening, A channel stopper layer in the first region and the second region of An oxide film for element isolation is formed in the first region and the second region by selectively thermally oxidizing the semiconductor substrate in the step of forming and the portion not covered with the antioxidant film. And the process.

【0008】また、積層ゲート構造を有する不揮発性メ
モリセルトランジスタを前記第1の領域に形成し、周辺
回路部を構成するトランジスタを前記第2の領域に形成
することが好ましい。
It is preferable that a non-volatile memory cell transistor having a stacked gate structure is formed in the first region and a transistor forming a peripheral circuit section is formed in the second region.

【0009】また、前記第3の開口の幅を前記第2の開
口の幅と実質的に等しくすることが好ましい。
It is preferable that the width of the third opening is substantially equal to the width of the second opening.

【0010】また、前記酸化膜は300nm以上の膜厚
のシリコン酸化膜であってよい。
The oxide film may be a silicon oxide film having a film thickness of 300 nm or more.

【0011】また、前記相対的に高い動作電圧が10V
以上であり、前記相対的に低い動作電圧が5V以下であ
ってよい。
The relatively high operating voltage is 10V.
As described above, the relatively low operating voltage may be 5 V or less.

【0012】本発明の半導体装置は、相対的に高い動作
電圧が用いられる第1の領域と、相対的に低い動作電圧
が用いられる第2の領域とを具備する半導体装置であっ
て、前記第1の領域は相対的に幅が広い素子分離用の酸
化膜を有しており、前記第2の領域は相対的に幅が狭い
素子分離用の酸化膜を有しており、前記第1の領域のチ
ャネルストッパ層は、前記相対的に幅が広い素子分離用
の酸化膜下の一部にのみ形成されており、前記第2の領
域のチャネルストッパ層は、実質的に前記相対的に幅が
狭い素子分離用の酸化膜下の全域に形成されている。
A semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device having a first region in which a relatively high operating voltage is used and a second region in which a relatively low operating voltage is used. The first region has a relatively wide oxide film for element isolation, and the second region has a relatively narrow oxide film for element isolation. The channel stopper layer in the region is formed only under the relatively wide oxide film for element isolation, and the channel stopper layer in the second region is substantially formed in the relatively wide region. Is formed over the entire area below the narrow oxide film for element isolation.

【0013】また、前記第1の領域のチャネルストッパ
層は、前記相対的に幅が広い素子分離用の酸化膜下の中
央部にのみ形成されていることが好ましい。
Further, it is preferable that the channel stopper layer in the first region is formed only in a central portion below the relatively wide oxide film for element isolation.

【0014】本発明では、相対的に高い動作電圧が用い
られる第1の領域においては、素子分離用の酸化膜(フ
ィールド酸化膜)の幅を相対的に広くして、素子分離用
の酸化膜の外縁をチャネルストッパ層よりも外方へ広げ
ているので、素子活性領域に形成される不純物拡散層と
チャネルストッパ層とを離間させることができる。
According to the present invention, in the first region in which a relatively high operating voltage is used, the width of the element isolation oxide film (field oxide film) is relatively wide so that the element isolation oxide film is formed. Since the outer edge of the element is wider than the channel stopper layer, the impurity diffusion layer formed in the element active region and the channel stopper layer can be separated from each other.

【0015】このため、チャネルストッパ層の不純物濃
度を高くすることによって素子分離能力を高めることが
できるとともに、素子活性領域に形成される不純物拡散
層とチャネルストッパ層との接触による接合耐圧の低下
を防止することができる。
Therefore, by increasing the impurity concentration of the channel stopper layer, it is possible to enhance the element isolation capability and also to reduce the junction breakdown voltage due to the contact between the impurity diffusion layer formed in the element active region and the channel stopper layer. Can be prevented.

【0016】一方、相対的に低い動作電圧が用いられる
第2の領域においては、素子分離用の酸化膜の幅を相対
的に狭くしているので、素子分離領域の面積を狭くする
ことができる。
On the other hand, in the second region where a relatively low operating voltage is used, since the width of the oxide film for element isolation is relatively narrowed, the area of the element isolation region can be narrowed. .

【0017】ところで、積層ゲート構造の不揮発性メモ
リセルトランジスタでは、半導体基板と浮遊ゲートとの
間の絶縁膜の面積に対する浮遊ゲートと制御ゲートとの
間の絶縁膜の面積の比率を高くすれば、浮遊ゲートと制
御ゲートとの容量結合比を高めることができる。このた
め、本発明においては、相対的に高い動作電圧が用いら
れる第1の領域に積層ゲート構造の不揮発性メモリセル
トランジスタを形成し、且つ、浮遊ゲートを相対的に幅
が広い第1の領域の素子分離領域上に延在させれば、浮
遊ゲートと制御ゲートとの容量結合比を高めるために相
対的に幅が広い第1の領域の素子分離領域の面積を有効
に利用することができる。
By the way, in the nonvolatile memory cell transistor having the stacked gate structure, if the ratio of the area of the insulating film between the floating gate and the control gate to the area of the insulating film between the semiconductor substrate and the floating gate is increased, The capacitive coupling ratio between the floating gate and the control gate can be increased. Therefore, in the present invention, the nonvolatile memory cell transistor having the stacked gate structure is formed in the first region where a relatively high operating voltage is used, and the floating gate is formed in the relatively wide first region. Of the first isolation region, which is relatively wide, can be effectively used in order to increase the capacitive coupling ratio between the floating gate and the control gate. .

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明を一実施形態につ
き、図1〜図2を参照して説明する。なお、図1は本実
施形態の半導体装置を工程順に示す断面図であり、図2
(a)は本実施形態により製造された不揮発性半導体記
憶装置のメモリセル構造を示す平面図及び断面図であ
る。これらの図において、図1の右側のメモリセルアレ
イ部は図2(a)のI−I線に沿った断面図、図2
(b)は図2(a)のB−B線に沿った断面図、図2
(c)は図2(a)のC−C線に沿った断面図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1A to 1C are cross-sectional views showing the semiconductor device of this embodiment in the order of steps.
3A is a plan view and a cross-sectional view showing the memory cell structure of the nonvolatile semiconductor memory device manufactured according to the present embodiment. FIG. In these figures, the memory cell array portion on the right side of FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG.
2B is a sectional view taken along the line BB of FIG.
2C is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.

【0019】本実施形態で製造されるEEPROMなど
の不揮発性半導体記憶装置は、メモリセルが浮遊ゲート
と制御ゲートとの積層ゲート構造を有しており、このメ
モリセルトランジスタに相対的に高い動作電圧が用いら
れる。また、各メモリセルトランジスタには、それに隣
接してアドレス選択のための選択ゲートを有する選択ト
ランジスタが形成される。この選択トランジスタと周辺
回路部に形成されるトランジスタには、相対的に低い動
作電圧が用いられる。
A nonvolatile semiconductor memory device such as an EEPROM manufactured in this embodiment has a memory cell having a stacked gate structure of a floating gate and a control gate, and this memory cell transistor has a relatively high operating voltage. Is used. Further, a selection transistor having a selection gate for address selection is formed adjacent to each memory cell transistor. A relatively low operating voltage is used for the selection transistor and the transistor formed in the peripheral circuit section.

【0020】本実施形態では、まず、図1(a)に示す
ように、比抵抗が10Ω・cm程度のP型のシリコン基
板11を熱酸化することによって、膜厚が4〜5nm程
度のシリコン酸化膜12をシリコン基板11の表面に形
成する。なお、シリコン酸化膜12の上にさらにバッフ
ァ層としての多結晶シリコン膜(図示せず)を形成し、
いわゆるポリシリ−バッファード(Poli-silicon Buffe
red )LOCOS法により素子分離を行ってもよく、こ
の場合にはバーズビーク長を減少させることができる。
In this embodiment, first, as shown in FIG. 1A, a P-type silicon substrate 11 having a specific resistance of about 10 Ω · cm is thermally oxidized to form a silicon film having a thickness of about 4 to 5 nm. The oxide film 12 is formed on the surface of the silicon substrate 11. A polycrystalline silicon film (not shown) as a buffer layer is further formed on the silicon oxide film 12,
So-called poly-silicon buffed
element may be isolated by the red) LOCOS method, and in this case, the bird's beak length can be reduced.

【0021】その後、膜厚150〜200nm程度のシ
リコン窒化膜13をシリコン酸化膜12上の全面にCV
D法で堆積させる。しかる後、シリコン窒化膜13に対
し、フォトリソグラフィ及びエッチングによって、幅
1.2〜1.4μm程度の開口13aをメモリセルアレ
イ部14に、幅0.5μm程度の開口13bを周辺回路
部15にそれぞれ形成する。
After that, a silicon nitride film 13 having a film thickness of about 150 to 200 nm is formed on the entire surface of the silicon oxide film 12 by CV.
Deposit by method D. Then, the silicon nitride film 13 is photolithographically and etched to form openings 13a having a width of about 1.2 to 1.4 μm in the memory cell array portion 14 and openings 13b having a width of about 0.5 μm in the peripheral circuit portion 15. Form.

【0022】次に、図1(b)に示すように、フォトレ
ジスト16を全面に塗布した後、周辺回路部15のフォ
トレジスト16を除去するとともに、メモリセルアレイ
部14のフォトレジスト16を加工して開口13aの略
中央部に開口16aを形成する。なお、開口16aは開
口13a内に形成すればよく、その幅は、シリコン窒化
膜13の開口13bと同程度(例えば最小加工寸法)と
する。
Next, as shown in FIG. 1B, after the photoresist 16 is applied to the entire surface, the photoresist 16 in the peripheral circuit portion 15 is removed and the photoresist 16 in the memory cell array portion 14 is processed. The opening 16a is formed substantially in the center of the opening 13a. The opening 16a may be formed in the opening 13a, and the width of the opening 16a is about the same as the opening 13b of the silicon nitride film 13 (for example, the minimum processing size).

【0023】その後、フォトレジスト16及びシリコン
窒化膜13をマスクにして、2.0×1013〜3.0×
1013cm-2程度のドーズ量のボロンイオン17を30
〜40keV程度の加速エネルギーでシリコン基板11
にイオン注入して、シリコン基板11内にボロン注入領
域18を形成する。
Then, using the photoresist 16 and the silicon nitride film 13 as a mask, 2.0 × 10 13 to 3.0 ×
Boron ions 17 with a dose of about 10 13 cm -2 are added to 30
Silicon substrate 11 with acceleration energy of about 40 keV
Are ion-implanted into the silicon substrate 11 to form a boron implantation region 18 in the silicon substrate 11.

【0024】次に、図1(c)に示すように、フォトレ
ジスト16をアッシングなどで除去した後、シリコン窒
化膜13を耐酸化マスクにしてシリコン基板11を10
00℃程度の温度で熱酸化する。すると、メモリセルア
レイ部14及び周辺回路部15のシリコン窒化膜13で
被覆されていない部分に、膜厚が300nm以上である
素子分離用のシリコン酸化膜(フィールド酸化膜)21
a、21bがそれぞれ形成されるとともに、ボロン注入
領域18のボロンが活性化されてシリコン酸化膜21
a、21bの下部にチャネルストッパ層19が形成され
る。従って、シリコン酸化膜21aの幅はシリコン窒化
膜13の開口13aの幅に対応して相対的に広く、シリ
コン酸化膜21bの幅はシリコン窒化膜13の開口13
bの幅に対応して相対的に狭くなる。なお、本実施形態
のように、フィールド酸化膜形成のための熱処理を行う
前の工程でチャネルストッパ層形成のためのイオン注入
を行うことにより、イオン注入のマスクとしてのフォト
レジストが帯電して膜厚の薄い絶縁膜が破壊されること
がなくなる。また、フィールド酸化膜の膜厚よりも大き
な飛程でイオン注入を行う必要がなくなるために、イオ
ン注入を行うための装置を簡易なものとすることができ
る。
Next, as shown in FIG. 1 (c), the photoresist 16 is removed by ashing or the like, and then the silicon substrate 11 is removed by using the silicon nitride film 13 as an oxidation resistant mask.
Thermally oxidize at a temperature of about 00 ° C. Then, a silicon oxide film (field oxide film) 21 for element isolation having a film thickness of 300 nm or more is formed on a portion of the memory cell array portion 14 and the peripheral circuit portion 15 which is not covered with the silicon nitride film 13.
a and 21b are respectively formed, the boron in the boron implantation region 18 is activated and the silicon oxide film 21 is formed.
A channel stopper layer 19 is formed below a and 21b. Therefore, the width of the silicon oxide film 21 a is relatively wide corresponding to the width of the opening 13 a of the silicon nitride film 13, and the width of the silicon oxide film 21 b is the width of the opening 13 of the silicon nitride film 13.
It becomes relatively narrow corresponding to the width of b. As in this embodiment, by performing the ion implantation for forming the channel stopper layer in the step before the heat treatment for forming the field oxide film, the photoresist as the mask for ion implantation is charged and the film is formed. The thin insulating film is not destroyed. Further, since it is not necessary to perform ion implantation with a range larger than the film thickness of the field oxide film, it is possible to simplify the apparatus for performing ion implantation.

【0025】その後、シリコン窒化膜13及びシリコン
酸化膜12を除去してから、シリコン基板11を熱酸化
することによって、図1(c)及び図2(b)(c)に
示すように、メモリセルアレイ部14の選択ゲートを形
成すべき部分及びその近傍の部分と周辺回路部15にお
いては、シリコン酸化膜21aに囲まれている素子活性
領域の表面にゲート酸化膜としてのシリコン酸化膜22
を形成し、メモリセルアレイ部14の浮遊ゲートを形成
すべき部分及びその近傍の部分においては、シリコン酸
化膜21aに囲まれている素子活性領域の表面にトンネ
ル用のシリコン酸化膜23を形成する。
After that, the silicon nitride film 13 and the silicon oxide film 12 are removed, and then the silicon substrate 11 is thermally oxidized to form a memory as shown in FIGS. 1 (c) and 2 (b) (c). In the peripheral circuit portion 15 and the portion of the cell array portion 14 where the select gate is to be formed and in the vicinity thereof, the silicon oxide film 22 as a gate oxide film is formed on the surface of the element active region surrounded by the silicon oxide film 21a.
Then, a silicon oxide film 23 for tunneling is formed on the surface of the element active region surrounded by the silicon oxide film 21a in the portion where the floating gate of the memory cell array portion 14 is to be formed and in the vicinity thereof.

【0026】その後、図2(a)〜(c)に示すよう
に、シリコン基板11上の第1層目の多結晶シリコン膜
24で浮遊ゲート25を形成し、ONO膜26で容量結
合用絶縁膜を形成し、シリコン基板11上の第2層目の
多結晶シリコン膜27で制御ゲート28を形成する。ま
た、多結晶シリコン膜24、27で選択ゲート31を形
成する。但し、選択ゲート31は、多結晶シリコン膜2
4、27の何れか一方のみで形成してもよい
After that, as shown in FIGS. 2A to 2C, the floating gate 25 is formed of the first-layer polycrystalline silicon film 24 on the silicon substrate 11, and the ONO film 26 is used for the capacitive coupling insulation. A film is formed, and a control gate 28 is formed of the second-layer polycrystalline silicon film 27 on the silicon substrate 11. Further, the select gate 31 is formed by the polycrystalline silicon films 24 and 27. However, the select gate 31 is formed of the polycrystalline silicon film 2
It may be formed by only one of 4, 27.

【0027】そして、図1(c)に示すように、シリコ
ン酸化膜21a、21b及び多結晶シリコン膜24、2
7をマスクにして、3.0×1015cm-2程度のドーズ
量の砒素イオン32を80keV程度の加速エネルギー
でシリコン基板11にイオン注入し、砒素注入領域40
を形成する。
Then, as shown in FIG. 1C, the silicon oxide films 21a and 21b and the polycrystalline silicon films 24 and 2 are formed.
7 as a mask, arsenic ions 32 with a dose of about 3.0 × 10 15 cm −2 are ion-implanted into the silicon substrate 11 at an acceleration energy of about 80 keV, and the arsenic-implanted region 40 is formed.
To form

【0028】その後、図1(d)及び図2(c)に示す
ように、窒素雰囲気中でアニールを行うことによって、
砒素注入領域40の砒素を活性化及び拡散させてソース
/ドレイン拡散層33を形成する。これらのソース/ド
レイン拡散層33のうちで、浮遊ゲート25及び制御ゲ
ート28の選択ゲート31とは反対側がソース拡散層3
3aになり、選択ゲート31の浮遊ゲート25及び制御
ゲート28とは反対側がドレイン拡散層33bになる。
Thereafter, as shown in FIGS. 1 (d) and 2 (c), annealing is performed in a nitrogen atmosphere.
The source / drain diffusion layer 33 is formed by activating and diffusing arsenic in the arsenic implantation region 40. Of these source / drain diffusion layers 33, the side opposite to the selection gate 31 of the floating gate 25 and the control gate 28 is the source diffusion layer 3.
3a, and the side of the select gate 31 opposite to the floating gate 25 and the control gate 28 becomes the drain diffusion layer 33b.

【0029】なお、上述のように、シリコン酸化膜21
aの幅をメモリセルアレイ部14では相対的に広く且つ
シリコン酸化膜21bの幅を周辺回路部15では相対的
に狭くしたのに対して、周辺回路部15におけるシリコ
ン窒化膜13の開口13aの幅とフォトレジスト16の
開口16aの幅とを同程度にしたので、周辺回路部15
ではソース/ドレイン拡散層33とチャネルストッパ層
19とが接触する程に近接しているのに対して、メモリ
セルアレイ部14ではソース/ドレイン拡散層33とチ
ャネルストッパ層19とが互いに離間した位置に存在す
る。
As described above, the silicon oxide film 21
While the width of a is relatively wide in the memory cell array portion 14 and the width of the silicon oxide film 21b is relatively narrow in the peripheral circuit portion 15, the width of the opening 13a of the silicon nitride film 13 in the peripheral circuit portion 15 is large. Since the width of the opening 16a of the photoresist 16 and the width of the opening 16a of the photoresist 16 are set to be substantially the same,
In the memory cell array portion 14, the source / drain diffusion layer 33 and the channel stopper layer 19 are separated from each other, while the source / drain diffusion layer 33 and the channel stopper layer 19 are close to each other in contact with each other. Exists.

【0030】次に、図1(e)及び図2(c)に示すよ
うに、BPSG膜などの層間絶縁膜34を全面に形成し
た後、ドレイン拡散層33bに達するコンタクト孔35
を層間絶縁膜34に形成する。その後、コンタクト孔3
5を介してドレイン拡散層33bに接続するAl配線3
6を形成し、更に、表面保護膜(図示せず)等を形成し
て、メモリセルトランジスタ37及び選択トランジスタ
38から成るメモリセル39がメモリセルアレイ部14
にアレイ状に配置された不揮発性半導体記憶装置を完成
させる。
Next, as shown in FIGS. 1E and 2C, after forming an interlayer insulating film 34 such as a BPSG film on the entire surface, a contact hole 35 reaching the drain diffusion layer 33b.
Are formed on the interlayer insulating film 34. After that, contact hole 3
Al wiring 3 connected to the drain diffusion layer 33b through 5
6 is formed, and a surface protective film (not shown) or the like is further formed to form the memory cell 39 including the memory cell transistor 37 and the selection transistor 38.
A non-volatile semiconductor memory device arranged in an array is completed.

【0031】ところで、以上のようにして製造した不揮
発性半導体記憶装置では、各メモリセル39におけるメ
モリセルトランジスタ37の浮遊ゲート25に所定量の
電荷を蓄積させるか否かでメモリセルトランジスタ37
のしきい値電圧を変化させ、これらの状態を「0」また
は「1」に対応させることによってデータを記憶してい
る。
In the nonvolatile semiconductor memory device manufactured as described above, the memory cell transistor 37 is determined depending on whether or not a predetermined amount of charge is accumulated in the floating gate 25 of the memory cell transistor 37 in each memory cell 39.
The data is stored by changing the threshold voltage of and making these states correspond to "0" or "1".

【0032】このため、各メモリセル39の記憶状態を
書き換えるためには、トンネル用のシリコン酸化膜23
を介して、シリコン基板11から浮遊ゲート25へ電荷
を注入するか、または、浮遊ゲート25からシリコン基
板11へ電荷を引き抜く。
Therefore, in order to rewrite the storage state of each memory cell 39, the silicon oxide film 23 for tunneling is used.
Charges are injected from the silicon substrate 11 to the floating gate 25 or extracted from the floating gate 25 to the silicon substrate 11 via.

【0033】例えば、選択ゲート31に5V、制御ゲー
ト28に15V、ドレイン拡散層33b及びシリコン基
板11に0Vの電位を夫々印加し、ソース拡散層33a
を浮遊状態にすることによって、シリコン酸化膜23を
介してドレイン拡散層33bから浮遊ゲート25へ電子
を注入する。
For example, a potential of 5V is applied to the selection gate 31, a potential of 15V is applied to the control gate 28, and a potential of 0V is applied to the drain diffusion layer 33b and the silicon substrate 11, respectively, and the source diffusion layer 33a.
Are floated, so that electrons are injected from the drain diffusion layer 33b into the floating gate 25 through the silicon oxide film 23.

【0034】また、選択ゲート31に5V、制御ゲート
28及びシリコン基板11に0V、ドレイン拡散層33
bに15Vの電位を夫々印加し、ソース拡散層33aを
浮遊状態にすることによって、シリコン酸化膜23を介
して浮遊ゲート25からドレイン拡散層33bへ電子を
引き抜く。
The select gate 31 has 5V, the control gate 28 and the silicon substrate 11 have 0V, and the drain diffusion layer 33.
A potential of 15 V is applied to each of b to bring the source diffusion layer 33a into a floating state, so that electrons are extracted from the floating gate 25 to the drain diffusion layer 33b through the silicon oxide film 23.

【0035】従って、シリコン酸化膜23に強い電界を
加えるほど、各メモリセル39の記憶状態を効率的に書
き換えることができる。一方、シリコン酸化膜23に印
加される電圧Vtox は、制御ゲート28に印加される電
圧Vcg、シリコン酸化膜23の容量Ctox 及びONO膜
26の容量CONO を用いて、 Vtox =CONO ・Vcg/(CONO +Ctox ) で表されるので、ONO膜26の容量CONO を大きくす
れば、各メモリセル39の記憶状態を効率的に書き換え
ることができる。
Therefore, the stronger the electric field is applied to the silicon oxide film 23, the more efficiently the memory state of each memory cell 39 can be rewritten. On the other hand, the voltage V tox applied to the silicon oxide film 23, using the voltage V cg applied to the control gate 28, the capacitance C ONO capacitance C tox and ONO film 26 of the silicon oxide film 23, V tox = C Since it is represented by ONO · V cg / (C ONO + C tox ), the storage state of each memory cell 39 can be efficiently rewritten by increasing the capacity C ONO of the ONO film 26.

【0036】このようにONO膜26の容量CONO を大
きくすることは、一般的に、浮遊ゲート25下のシリコ
ン酸化膜23の面積に比べて、浮遊ゲート25と制御ゲ
ート28との間のONO膜26の面積を大きくすること
によって対処されている。そして、そのための一つの方
法として、図2(a)(b)に示したように、素子分離
用のシリコン酸化膜21a上に浮遊ゲート25を乗り上
げさせている。
Increasing the capacitance C ONO of the ONO film 26 in this way generally makes the ONO between the floating gate 25 and the control gate 28 larger than the area of the silicon oxide film 23 below the floating gate 25. This is addressed by increasing the area of the membrane 26. Then, as one method for that purpose, as shown in FIGS. 2A and 2B, the floating gate 25 is mounted on the silicon oxide film 21a for element isolation.

【0037】従って、このような構造の不揮発性半導体
記憶装置では、シリコン酸化膜21aの寸法は、浮遊ゲ
ート25がシリコン酸化膜21aに重畳している寸法に
律速されて、最小加工寸法よりも大きい。このため、既
述のように、メモリセルアレイ部14におけるシリコン
酸化膜21aの幅を相対的に広くして、ソース/ドレイ
ン拡散層33とチャネルストッパ層19とを離間させて
いるが、このように幅を広くしたシリコン酸化膜21a
は、浮遊ゲート25を重畳させるために有効に使用され
ている。
Therefore, in the nonvolatile semiconductor memory device having such a structure, the size of the silicon oxide film 21a is controlled by the size of the floating gate 25 overlapping the silicon oxide film 21a, and is larger than the minimum processing size. . Therefore, as described above, the width of the silicon oxide film 21a in the memory cell array portion 14 is relatively widened to separate the source / drain diffusion layer 33 and the channel stopper layer 19 from each other. Widened silicon oxide film 21a
Are effectively used to overlap the floating gate 25.

【0038】以上のような実施形態では、不純物濃度の
高いチャネルストッパ層19を形成しているので、メモ
リセルアレイ部14で用いられる10V以上の高電圧に
対しても高い素子分離能力を有することができるととも
に、既述のようにメモリセルアレイ部14ではソース/
ドレイン拡散層33とチャネルストッパ層19とを離間
させているので、これらのソース/ドレイン拡散層33
とチャネルストッパ層19とが接触することによる接合
耐圧の低下がない。
In the above-described embodiments, since the channel stopper layer 19 having a high impurity concentration is formed, it has a high element isolation capability even for a high voltage of 10 V or more used in the memory cell array section 14. In addition to the above, the memory cell array section 14 can be used as a source / source as described above.
Since the drain diffusion layer 33 and the channel stopper layer 19 are separated from each other, these source / drain diffusion layers 33 are formed.
The junction breakdown voltage does not decrease due to the contact between the channel stopper layer 19 and the channel stopper layer 19.

【0039】一方、周辺回路部15ではソース/ドレイ
ン拡散層33とチャネルストッパ層19とが接触する
が、周辺回路部15では3〜5V程度の電圧しか用いら
れないので、これらのソース/ドレイン拡散層33とチ
ャネルストッパ層19とが接触しても接合耐圧の低下は
ない。
On the other hand, the source / drain diffusion layer 33 and the channel stopper layer 19 are in contact with each other in the peripheral circuit section 15, but since the peripheral circuit section 15 uses only a voltage of about 3 to 5 V, these source / drain diffusion layers are diffused. Even if the layer 33 and the channel stopper layer 19 are in contact with each other, the junction breakdown voltage does not decrease.

【0040】なお、本実施形態は、メモリセルトランジ
スタが積層ゲート構造を有するEEPROMなどの不揮
発性半導体記憶装置に本発明を適用したものであるが、
相対的に高い動作電圧が用いられる領域と相対的に低い
動作電圧が用いられる領域とを含む半導体装置であれば
不揮発性半導体記憶装置以外の半導体装置にも本発明を
適用することができる。
In the present embodiment, the present invention is applied to a nonvolatile semiconductor memory device such as an EEPROM in which memory cell transistors have a laminated gate structure.
The present invention can be applied to semiconductor devices other than the nonvolatile semiconductor memory device as long as the semiconductor device includes a region in which a relatively high operating voltage is used and a region in which a relatively low operating voltage is used.

【0041】[0041]

【発明の効果】本発明によると、相対的に高い動作電圧
が用いられる第1の領域においては、チャネルストッパ
層の不純物濃度を高くすることによって素子分離能力を
高めることができるとともに、素子活性領域に形成され
る不純物拡散層とチャネルストッパ層との接触による接
合耐圧の低下を防止することができ、相対的に低い動作
電圧が用いられる第2の領域においては、素子分離領域
の面積を狭くすることができる。このため、信頼性が高
く且つ集積度の高い半導体装置を得ることができる。
According to the present invention, in the first region in which a relatively high operating voltage is used, it is possible to enhance the element isolation capability by increasing the impurity concentration of the channel stopper layer, and at the same time, the element active region. It is possible to prevent the junction breakdown voltage from decreasing due to the contact between the impurity diffusion layer and the channel stopper layer formed in the second region, and reduce the area of the element isolation region in the second region where a relatively low operating voltage is used. be able to. Therefore, a semiconductor device with high reliability and high integration can be obtained.

【0042】また、相対的に高い動作電圧が用いられる
第1の領域に積層ゲート構造の不揮発性半導体記憶装置
のメモリセルアレイ部を形成して、相対的に面積が広い
素子分離領域上に浮遊ゲートを延在させれば、浮遊ゲー
トと制御ゲートとの容量結合比を高めることができるの
で、素子分離領域を有効に使用して、特性の優れた不揮
発性半導体記憶装置を得ることができる。
Further, the memory cell array portion of the nonvolatile semiconductor memory device having the stacked gate structure is formed in the first region where a relatively high operating voltage is used, and the floating gate is formed on the element isolation region having a relatively large area. Is extended, the capacitive coupling ratio between the floating gate and the control gate can be increased, so that the element isolation region can be effectively used and a nonvolatile semiconductor memory device having excellent characteristics can be obtained.

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

【図1】本発明の一実施形態を製造工程順に示した断面
図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.

【図2】本発明の一実施形態で製造した不揮発性半導体
記憶装置のメモリセルアレイ部の平面図及び断面図であ
る。
FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of a memory cell array portion of a nonvolatile semiconductor memory device manufactured according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 シリコン基板 13 シリコン窒化膜(酸化防止膜) 13a 開口(第1の開口) 13b 開口(第2の開口) 14 メモリセルアレイ部(第1の領域) 15 周辺回路部(第2の領域) 16 フォトレジスト(レジスト膜) 16a 開口(第3の開口) 19 チャネルストッパ層 21a、21b シリコン酸化膜(素子分離用の酸化
膜) 24 多結晶シリコン膜 25 浮遊ゲート 27 多結晶シリコン膜 28 制御ゲート
11 Silicon Substrate 13 Silicon Nitride Film (Oxidation Prevention Film) 13a Opening (First Opening) 13b Opening (Second Opening) 14 Memory Cell Array Part (First Area) 15 Peripheral Circuit Part (Second Area) 16 Photo Resist (resist film) 16a Opening (third opening) 19 Channel stopper layers 21a, 21b Silicon oxide film (oxide film for element isolation) 24 Polycrystalline silicon film 25 Floating gate 27 Polycrystalline silicon film 28 Control gate

───────────────────────────────────────────────────── 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 27/10 481 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Agency reference number FI Technical display location H01L 27/10 481

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 相対的に高い動作電圧が用いられる第1
の領域と、相対的に低い動作電圧が用いられる第2の領
域とを具備する半導体装置の製造方法において、 基板上に酸化防止膜を形成する工程と、 この酸化防止膜の前記第1の領域に対応する箇所に相対
的に幅が広い第1の開口部を形成する工程と、 前記酸化防止膜の前記第2の領域に対応する箇所に相対
的に幅が狭い第2の開口部を形成する工程と、 前記第1の開口部内にレジスト膜を形成し、このレジス
ト膜の一部分を開口して第3の開口部を形成する工程
と、 前記第2の開口部と前記第3の開口部から前記基板に不
純物を導入し、前記基板内の前記第1の領域及び前記第
2の領域にチャネルストッパ層を形成する工程と、 前記酸化防止膜で被覆されていない部分の前記半導体基
板を選択的に熱酸化することにより、前記第1の領域及
び前記第2の領域に素子分離用の酸化膜を形成する工程
とを有していることを特徴とする半導体装置の製造方
法。
1. A first in which a relatively high operating voltage is used
And a second region in which a relatively low operating voltage is used, a method of forming an antioxidant film on a substrate, and the first region of the antioxidant film. And forming a relatively wide first opening at a location corresponding to the step, and forming a relatively narrow second opening at a location corresponding to the second region of the antioxidant film. And a step of forming a resist film in the first opening and forming a third opening by opening a part of the resist film, the second opening and the third opening A step of introducing an impurity into the substrate to form a channel stopper layer in the first region and the second region in the substrate, and selecting a portion of the semiconductor substrate not covered with the antioxidant film. By thermally oxidizing the first region and The method of manufacturing a semiconductor device, characterized by having a step of forming an oxide film for element isolation in the second region.
【請求項2】 積層ゲート構造を有する不揮発性メモリ
セルトランジスタを前記第1の領域に形成し、周辺回路
部を構成するトランジスタを前記第2の領域に形成する
工程をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の
半導体装置の製造方法。
2. A non-volatile memory cell transistor having a stacked gate structure is formed in the first region, and a transistor forming a peripheral circuit portion is formed in the second region. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
【請求項3】 前記第3の開口の幅を前記第2の開口の
幅と実質的に等しくすることを特徴とする請求項1に記
載の半導体装置の製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the width of the third opening is made substantially equal to the width of the second opening.
【請求項4】 前記酸化膜は300nm以上の膜厚のシ
リコン酸化膜であることを特徴とする請求項1に記載の
半導体装置の製造方法。
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the oxide film is a silicon oxide film having a film thickness of 300 nm or more.
【請求項5】 前記相対的に高い動作電圧が10V以上
であり、前記相対的に低い動作電圧が5V以下であるこ
とを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方
法。
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the relatively high operating voltage is 10 V or more and the relatively low operating voltage is 5 V or less.
【請求項6】 相対的に高い動作電圧が用いられる第1
の領域と、相対的に低い動作電圧が用いられる第2の領
域とを具備する半導体装置であって、 前記第1の領域は相対的に幅が広い素子分離用の酸化膜
を有しており、 前記第2の領域は相対的に幅が狭い素子分離用の酸化膜
を有しており、 前記第1の領域のチャネルストッパ層は、前記相対的に
幅が広い素子分離用の酸化膜下の一部にのみ形成されて
おり、 前記第2の領域のチャネルストッパ層は、実質的に前記
相対的に幅が狭い素子分離用の酸化膜下の全域に形成さ
れていることを特徴とする半導体装置。
6. A first in which a relatively high operating voltage is used
And a second region in which a relatively low operating voltage is used, the first region having a relatively wide oxide film for element isolation. The second region has a relatively narrow oxide film for element isolation, and the channel stopper layer in the first region is under the relatively wide oxide film for element isolation. The channel stopper layer in the second region is formed substantially over the entire region below the oxide film for element isolation, which is relatively narrow in width. Semiconductor device.
【請求項7】 前記第1の領域のチャネルストッパ層
は、前記相対的に幅が広い素子分離用の酸化膜下の中央
部にのみ形成されていることを特徴とする請求項6に記
載の半導体装置。
7. The channel stopper layer in the first region is formed only in the central portion below the relatively wide element isolation oxide film. Semiconductor device.
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