JPH10233458A - Manufacture of nonvolatile semiconductor memory - Google Patents

Manufacture of nonvolatile semiconductor memory

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JPH10233458A
JPH10233458A JP9036353A JP3635397A JPH10233458A JP H10233458 A JPH10233458 A JP H10233458A JP 9036353 A JP9036353 A JP 9036353A JP 3635397 A JP3635397 A JP 3635397A JP H10233458 A JPH10233458 A JP H10233458A
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JP
Japan
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film
semiconductor
thin film
forming
forming step
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Application number
JP9036353A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Koyama
健一 小山
Kenichiro Nakagawa
健一郎 中川
Kenji Saito
賢治 斎藤
Makoto Matsuo
真 松尾
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPH10233458A publication Critical patent/JPH10233458A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the generation of damage of a gate oxide film due to a channeling, by a method wherein first and second semiconductor polycrystalline thin films are formed in order on a semiconductor substrate and after the laminated structure consisting of the first and the second semiconductor polycrystalline thin films is processed into a a two-layer gate electrode, impurities are implanted in the substrate using the gate electrode as a mask and source-drain diffused layers are formed. SOLUTION: A silicon oxide film 2 is formed on the surface of a silicon substrate 1 and a gate oxide film 3 is formed at an element region, which is sectioned by the film 2, on the substrate 1. After that, a polycrystalline silicon film 4 is formed by a CVD method and a very thin oxide layer 5 is formed in this film 4. Then, an ONO film 7, which is used as an insulating film between a floating gate and a control gate, and a polycrystalline silicon film 8 are formed, this film 8 and the films 7 and 4 are processed into the shape of a laminated gate electrode, phosphorus, arsenic and the like are ion-implanted in the substrate 1 using this laminated gate electrode as a mask and source and drain diffused layers 9 are formed.

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、不揮発性半導体記
憶装置、特にフラッシュメモリにおけるメモリセルの製
造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a memory cell in a nonvolatile semiconductor memory device, particularly, a flash memory.

【0002】[0002]

【従来の技術】不揮発性半導体記憶装置としては、情報
の消去および書き込みが可能なEPROM,フラッシュ
メモリ等が知られているが、これら不揮発性半導体記憶
装置は、従来、シリコン基板表面にゲート酸化膜,電荷
蓄積を目的とした浮遊ゲート電極層,電極間絶縁膜,各
メモリセルのワード線となる制御ゲート電極層を形成
し、積層構造のゲート電極に加工した後に、ソース・ド
レイン拡散層およびチャネル領域を形成し、その後、各
電極への金属配線を形成していた。
2. Description of the Related Art As a nonvolatile semiconductor memory device, an EPROM and a flash memory capable of erasing and writing information are known. However, these nonvolatile semiconductor memory devices have conventionally employed a gate oxide film on the surface of a silicon substrate. After forming a floating gate electrode layer for charge storage, an inter-electrode insulating film, and a control gate electrode layer serving as a word line of each memory cell, and processing into a stacked gate electrode, a source / drain diffusion layer and a channel are formed. A region was formed, and then metal wiring to each electrode was formed.

【0003】このような半導体記憶装置において、浮遊
ゲート電極層としては、一般に多結晶シリコン薄膜が用
いられている。この浮遊ゲート電極層を電気的に活性化
する手法は、例えば、村松 論らがダイジェスト オブ
1994 アイ・イー・ディーエム,847〜850
ページ(Digest of 1994 IEDM,p
age847−850)に説明している。
In such a semiconductor memory device, a polycrystalline silicon thin film is generally used as a floating gate electrode layer. A method of electrically activating the floating gate electrode layer is described in, for example, Ron Muramatsu et al. In Digest of 1994 IEDM, 847-850.
Page (Digest of 1994 IEDM, p
age 847-850).

【0004】同報告や、従来知られている一般的なフラ
ッシュメモリセルの製造方法においては、図4(a)に
示されるように、まず、シリコン基板31上に、LOC
OS(Local Oxidation of Sil
icon)法により、メモリセル等の素子分離用のシリ
コン酸化膜32が形成される。その後、膜厚100Å前
後のトンネル・ゲート酸化膜33,膜厚1500Å前後
の浮遊ゲート電極用多結晶シリコン膜34が形成され
る。
[0004] In the report and in the conventional method of manufacturing a general flash memory cell, first, as shown in FIG.
OS (Local Oxidation of Sil)
A silicon oxide film 32 for element isolation of a memory cell or the like is formed by an icon method. Thereafter, a tunnel gate oxide film 33 having a thickness of about 100 ° and a polysilicon film 34 for a floating gate electrode having a thickness of about 1500 ° are formed.

【0005】さらに図4(b)に示されるように、前述
した浮遊ゲート電極を電気的に活性化する目的のN型不
純物であるリンがイオン注入された後、ゲート電極間絶
縁膜としてONO膜35(酸化膜換算膜厚:180Å程
度)、制御ゲート電極用多結晶シリコン膜36が順次形
成される。
Further, as shown in FIG. 4 (b), after an ion implantation of phosphorus, which is an N-type impurity for the purpose of electrically activating the floating gate electrode, an ONO film is formed as an insulating film between gate electrodes. 35 (equivalent oxide film thickness: about 180 °) and a control gate electrode polycrystalline silicon film 36 are sequentially formed.

【0006】続いて、図4(c)に示されるように、多
結晶シリコン膜36,ONO膜35,多結晶シリコン膜
34がフォトリソグラフィーとドライエッチング技術を
用いて積層構造のゲート電極形状に加工され、この積層
構造ゲート電極をマスクにして、N型不純物である砒素
がシリコン基板31に注入され、ソース・ドレイン拡散
層37が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 4C, the polycrystalline silicon film 36, the ONO film 35, and the polycrystalline silicon film 34 are processed into a stacked gate electrode shape using photolithography and dry etching techniques. Then, arsenic, which is an N-type impurity, is implanted into silicon substrate 31 using the gate electrode of the laminated structure as a mask, and source / drain diffusion layers 37 are formed.

【0007】その後、ソース・ドレイン拡散層37,制
御ゲート電極36等への金属配線を形成する後続のプロ
セスが実施されて、フラッシュメモリ・セルが完成され
る。
Thereafter, a subsequent process for forming metal wiring to the source / drain diffusion layer 37, the control gate electrode 36, and the like is performed to complete a flash memory cell.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た製造プロセスにおいて、浮遊ゲート用多結晶シリコン
膜34を電気的に活性な状態にするために、多結晶シリ
コン膜34にリンがイオン注入された際に、ゲート酸化
膜34はダメージを受けてしまう場合がある。すなわ
ち、多結晶シリコン膜34中に存在するシリコン微結晶
の配向性が制御されていないために、多結晶シリコン膜
34の上表面には、色々な結晶面が露出しており、その
いくつかは、イオン注入時のいわゆるチャネリング面と
一致している。そのため、リンをイオン注入する際にチ
ャネリングが生じる可能性が高い。チャネリングが生じ
ると、電子通信学会大学シリーズ「電子デバイスプロセ
ス」の104頁に示されているように、リンの加速イオ
ンは、多結晶シリコン膜を通過して、その下層に位置す
るゲート酸化膜33に達し、ゲート酸化膜33中を高い
エネルギーを有したまま移動する。その結果、ゲート酸
化膜34は、ダメージを受けてしまう。
However, in the above-described manufacturing process, when phosphorus is ion-implanted into the polysilicon film 34 in order to make the polysilicon film 34 for the floating gate electrically active. In some cases, the gate oxide film 34 may be damaged. That is, since the orientation of silicon microcrystals existing in the polycrystalline silicon film 34 is not controlled, various crystal planes are exposed on the upper surface of the polycrystalline silicon film 34, and some of them are exposed. And the so-called channeling surface during ion implantation. Therefore, channeling is likely to occur when phosphorus is ion-implanted. When channeling occurs, as shown in page 104 of the IEICE series “Electronic Device Process”, accelerated ions of phosphorus pass through the polycrystalline silicon film and form a gate oxide film 33 located thereunder. And moves in the gate oxide film 33 with high energy. As a result, the gate oxide film 34 is damaged.

【0009】この浮遊ゲート電極へのリンのイオン注入
時のチャネリングを防止する方法としては、特開平3−
196673号公報に示されているように、浮遊ゲート
電極用シリコン膜が形成される前に、ゲート酸化膜の一
部が開孔され、この開孔部が結晶成長の核として浮遊ゲ
ート電極用シリコン膜が結晶成長され、単結晶化する方
法等があげられる。
As a method for preventing channeling at the time of implanting phosphorus ions into the floating gate electrode, Japanese Patent Laid-Open No.
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 196673, before the silicon film for the floating gate electrode is formed, a part of the gate oxide film is opened, and the opening portion serves as a nucleus for crystal growth. A method in which a film is crystal-grown and made into a single crystal is used.

【0010】しかしながら、この方法においては、結晶
成長核用の領域をメモリセルアレイ領域に形成する必要
がある。そのため、メモリセルの微細化が進むと、メモ
リセルにおける結晶成長核用の領域の比率が大きくな
り、結果としてメモリセルの専有面積が増大し、メモリ
高集積化が困難になる。
However, in this method, it is necessary to form a region for crystal growth nuclei in the memory cell array region. For this reason, as memory cells are miniaturized, the ratio of regions for crystal growth nuclei in the memory cells increases, and as a result, the occupied area of the memory cells increases, making it difficult to achieve high memory integration.

【0011】本発明の目的は、チャネリング起因のゲー
ト酸化膜へのダメージ発生を防止することによるメモリ
セル用ゲート酸化膜の特性向上,ゲート酸化膜の特性向
上に起因するメモリセルの信頼性向上,メモリセル内に
結晶成長各領域が不要であることによるメモリセルの高
集積化を実現する不揮発性半導体記憶装置の製造方法を
提供することにある。
An object of the present invention is to improve the characteristics of a gate oxide film for a memory cell by preventing the occurrence of damage to the gate oxide film due to channeling, to improve the reliability of a memory cell due to the improved characteristics of the gate oxide film, It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device that realizes high integration of a memory cell because each region for crystal growth is unnecessary in the memory cell.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法
は、第1多結晶膜形成工程と、第2多結晶膜形成工程
と、拡散層形成工程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、第1多結晶膜形成工程は、半導体
基板上の素子領域に第1のゲート絶縁膜を形成した後、
膜中に極薄の半導体酸化膜を有する第1の半導体多結晶
薄膜を半導体基板表面に形成する処理であり、第2多結
晶膜形成工程は、前記第1の半導体薄膜を第1電導型の
半導体膜にするための不純物をイオン注入した後、該半
導体基板上に第2のゲート絶縁膜,第2の半導体多結晶
薄膜を順次形成する処理であり、拡散層形成工程は、前
記積層構造を2層ゲート電極の形状に加工した後、該ゲ
ート電極をマスクにして不純物を注入し、ソース・ドレ
イン拡散層を形成する処理である。
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention comprises a first polycrystalline film forming step, a second polycrystalline film forming step, and a diffusion layer. Forming a first gate insulating film in an element region on a semiconductor substrate, wherein the first polycrystalline film forming step includes:
Forming a first semiconductor polycrystalline thin film having an extremely thin semiconductor oxide film in the film on the surface of the semiconductor substrate; and forming a second polycrystalline film in the first conductive thin film using a first conductive type thin film. After ion-implanting an impurity for forming a semiconductor film, a second gate insulating film and a second semiconductor polycrystalline thin film are sequentially formed on the semiconductor substrate. This is a process of forming a source / drain diffusion layer after processing into a shape of a two-layer gate electrode and then implanting impurities using the gate electrode as a mask.

【0013】また第1半導体薄膜形成工程と、第2多結
晶形成工程と、拡散層形成工程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、第1半導体薄膜形成工
程は、半導体基板上の素子領域に第1のゲート絶縁膜を
形成した後、アモルファス状態の第1の半導体薄膜を形
成する処理であり、第2多結晶形成工程は、アモルファ
ス状態の半導体薄膜が多結晶化してしまうような熱処理
が行われる前に、前記第1の半導体薄膜を第1電導型の
半導体膜にするための不純物のイオン注入を行い、その
後、該半導体基板上に第2のゲート絶縁膜,第2の半導
体多結晶薄膜を順次形成する処理であり、拡散層形成工
程は、前記積層構造を2層ゲート電極の形状に加工した
後、該ゲート電極をマスクにして不純物を注入し、ソー
ス・ドレイン拡散層を形成する処理である。
A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device having a first semiconductor thin film forming step, a second polycrystalline forming step, and a diffusion layer forming step, wherein the first semiconductor thin film forming step is performed on a semiconductor substrate. After forming the first gate insulating film in the element region, the first semiconductor thin film in the amorphous state is formed. The second polycrystalline forming step is performed so that the amorphous semiconductor thin film is polycrystallized. Before the heat treatment is performed, ion implantation of impurities for converting the first semiconductor thin film into a first conductive type semiconductor film is performed, and then a second gate insulating film and a second gate insulating film are formed on the semiconductor substrate. This is a process for sequentially forming a semiconductor polycrystalline thin film. In the diffusion layer forming step, after processing the laminated structure into a shape of a two-layer gate electrode, impurities are implanted using the gate electrode as a mask, and a source / drain diffusion is performed. A process of forming a.

【0014】また第1多結晶形成工程と、イオン注入工
程と、第2薄膜形成工程と、拡散層形成工程とを有する
不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、第1多結
晶形成工程は、半導体基板上の素子領域に、第1のゲー
ト絶縁膜を形成し、第1の半導体多結晶薄膜を形成する
処理であり、イオン注入工程は、前記第1の半導体薄膜
を第1電導型の半導体膜にするための不純物のイオン注
入を行う際に、注入される不純物が第1の半導体薄膜内
の2つ以上の結晶粒を横断することが可能であるように
基板の法線方向に対して十分大きな角度を設定して不純
物のイオン注入を行い、その後半導体基板上に第2のゲ
ート絶縁膜,第2の半導体薄膜を順次形成する処理であ
り、拡散層形成は、前記積層構造を2層ゲート電極の形
状に加工した後、該ゲート電極をマスクにして不純物を
注入し、ソース・ドレイン拡散層を形成する処理であ
る。
A method for manufacturing a non-volatile semiconductor memory device comprising a first polycrystal forming step, an ion implantation step, a second thin film forming step, and a diffusion layer forming step, wherein the first polycrystal forming step Forming a first gate insulating film in a device region on a semiconductor substrate to form a first semiconductor polycrystalline thin film; and performing the ion implantation step by removing the first semiconductor thin film from a first conductive type. When ion implantation of impurities for forming a semiconductor film is performed, a normal direction of the substrate is set so that the implanted impurities can cross two or more crystal grains in the first semiconductor thin film. Ion implantation of impurities with a sufficiently large angle set, and then a second gate insulating film and a second semiconductor thin film are sequentially formed on the semiconductor substrate. After processing into the shape of the layer gate electrode, Impurities are implanted using the gate electrode as a mask, a process of forming the source and drain diffusion layers.

【0015】また第1半導体単結晶薄膜形成工程と、第
2半導体薄膜形成工程と、拡散形成とを有する不揮発性
半導体記憶装置であって、第1半導体単結晶薄膜形成工
程は、半導体基板表面に形成した素子領域に第1のゲー
ト絶縁膜を形成し、その後、グラフォエピタキシー法に
より第1の半導体薄膜を形成し、レーザービーム等を照
射し第1の半導体薄膜を単結晶化する処理であり、第2
半導体薄膜形成工程は、第1電導型不純物のイオン注入
を行い、その後半導体基板上に第2のゲート絶縁膜,第
2の半導体薄膜を順次形成する処理であり、 拡散層形
成工程は、前記積層構造を2層ゲート電極の形状に加工
した後、該ゲート電極をマスクにして不純物を注入し、
ソース・ドレイン拡散層を形成する処理である。
A non-volatile semiconductor memory device having a first semiconductor single crystal thin film forming step, a second semiconductor thin film forming step, and a diffusion formation, wherein the first semiconductor single crystal thin film forming step includes the steps of: This is a process of forming a first gate insulating film in the formed element region, forming a first semiconductor thin film by a graphoepitaxy method, and irradiating a laser beam or the like to single crystallize the first semiconductor thin film. , Second
The semiconductor thin film forming step is a step of performing ion implantation of a first conductive impurity, and thereafter sequentially forming a second gate insulating film and a second semiconductor thin film on a semiconductor substrate. After processing the structure into the shape of a two-layer gate electrode, impurities are implanted using the gate electrode as a mask,
This is a process for forming a source / drain diffusion layer.

【0016】[0016]

【作用】本発明のメモリセルにおいては、浮遊ゲート電
極用シリコン膜に、膜中に極薄の半導体酸化膜を有する
多結晶シリコン薄膜を用いること、アモルファス状態シ
リコン膜を用い、膜形成直後にリン注入を実施するこ
と、浮遊ゲート電極になる領域のシリコン膜にグラフォ
エピタキシー技術を用い作成した単結晶シリコン膜を用
いること、浮遊ゲート電極用シリコン膜にリンをイオン
注入する際に、注入されるリンのイオンが浮遊ゲート電
極用多結晶シリコン膜内の2つ以上の結晶粒を横断する
ことができるように基板の法線方向に対して十分大きな
角度を有する注入角度に設定することにより、リンのイ
オン注入時のチャネリングを防止して、ゲート酸化膜へ
ダメージが入ることを防止できる。
In the memory cell of the present invention, a polycrystalline silicon thin film having an extremely thin semiconductor oxide film in the film is used as the silicon film for the floating gate electrode. Performing implantation, using a single-crystal silicon film formed using a graphoepitaxy technique for a silicon film in a region to be a floating gate electrode, and being implanted when phosphorus is ion-implanted into a silicon film for a floating gate electrode. By setting the implantation angle to have a sufficiently large angle with respect to the normal direction of the substrate so that the ions of phosphorus can cross two or more crystal grains in the polysilicon film for the floating gate electrode, Channeling at the time of ion implantation can be prevented, and damage to the gate oxide film can be prevented.

【0017】また、従来の結晶核を用いる方法と比較す
ると、グラフォエピタキシー技術等を用い、浮遊ゲート
電極になる領域のシリコン膜を単結晶化する場合には、
メモリセル専有面積の低減が可能であり、その結果、メ
モリセルの高集積化を実現できる。
Compared with the conventional method using crystal nuclei, when a silicon film in a region to be a floating gate electrode is monocrystallized by using graphoepitaxy technology or the like,
The area occupied by the memory cell can be reduced, and as a result, high integration of the memory cell can be realized.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。本発明の実施形態において用いたメ
モリセルでは、半導体膜としてシリコン膜,ゲート酸化
膜としてシリコン酸化膜,絶縁膜としてシリコン酸化膜
・シリコン窒化膜・シリコン酸化膜の積層膜(ONO
膜),半導体基板としてシリコン基板を用いている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the memory cell used in the embodiment of the present invention, a silicon film as a semiconductor film, a silicon oxide film as a gate oxide film, and a stacked film (ONO) of a silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film as an insulating film.
Film), and a silicon substrate is used as a semiconductor substrate.

【0019】[0019]

【実施形態1】本発明の実施形態1について図1を用い
て説明する。
Embodiment 1 Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG.

【0020】まず、図1(a)に示すように、シリコン
基板1の表面に、LOCOS分離法で膜厚6000Åの
シリコン酸化膜2を形成し、シリコン酸化膜2で区画さ
れたシリコン基板1上の素子領域に、膜厚100Åのゲ
ート酸化膜3を熱酸化法により形成する。
First, as shown in FIG. 1A, a silicon oxide film 2 having a thickness of 6000.degree. Is formed on the surface of a silicon substrate 1 by the LOCOS separation method. A gate oxide film 3 having a thickness of 100 ° is formed in the element region by thermal oxidation.

【0021】その後、膜厚1500Åの多結晶シリコン
膜4をCVD法で形成する。この多結晶シリコン膜4の
CVD法においては、形成中に酸素リーク等の方法で、
多結晶シリコン膜4中に極薄の酸化層5を形成する。こ
の結果、極薄の酸化層5を境界にして多結晶シリコン膜
4中の微結晶は分離され、かつ結晶面方位も異なったも
のになる。
Thereafter, a polycrystalline silicon film 4 having a thickness of 1500 ° is formed by the CVD method. In the CVD method of the polycrystalline silicon film 4, a method such as oxygen leak during formation is used.
An extremely thin oxide layer 5 is formed in the polycrystalline silicon film 4. As a result, the microcrystals in the polycrystalline silicon film 4 are separated from each other with the ultrathin oxide layer 5 as a boundary, and have different crystal plane orientations.

【0022】すなわち、多結晶シリコン膜4は、結晶面
方位が異なる微結晶層の2層膜で構成されることにな
る。その後、多結晶シリコン膜4をN型電導の半導体膜
にするためのリンのイオン注入を行う。この際、前述し
たように、多結晶シリコン膜4は、結晶面方位が異なる
微結晶層の2層膜で構成されており、例えば酸化膜層5
上の微結晶がイオン注入のチャネリング面を露出してお
り、リンがその微結晶を通過しても、酸化膜5下の微結
晶の結晶方位がチャネリング面と一致していなければ、
この微結晶の領域でリンイオンをストップすることがで
きる。
That is, the polycrystalline silicon film 4 is composed of a two-layer film of microcrystalline layers having different crystal plane orientations. Thereafter, phosphorus ions are implanted to convert the polycrystalline silicon film 4 into an N-type conductive semiconductor film. At this time, as described above, the polycrystalline silicon film 4 is composed of a two-layer film of microcrystalline layers having different crystal plane orientations.
The upper microcrystal exposes the channeling surface for ion implantation, and even if phosphorus passes through the microcrystal, if the crystal orientation of the microcrystal under oxide film 5 does not match the channeling surface,
Phosphorus ions can be stopped in this microcrystalline region.

【0023】その結果、この多結晶シリコン膜4にリン
をイオン注入しても、チャネリングにより、リンのイオ
ンが多結晶シリコン膜4を通過してダイレクトにゲート
酸化膜3に到達し、ゲート酸化膜3にダメージを与える
ことはない。
As a result, even if phosphorus ions are implanted into the polycrystalline silicon film 4, phosphorus ions pass through the polycrystalline silicon film 4 and directly reach the gate oxide film 3 due to channeling, and No damage to 3

【0024】次に図1(b)に示すように、浮遊ゲート
と制御ゲート間の絶縁膜になるONO膜7(酸化膜換算
膜厚180Å)と制御ゲートになる多結晶シリコン膜8
(膜厚1500Å)をCVD法で順次形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, an ONO film 7 (180 equivalent oxide film thickness) serving as an insulating film between the floating gate and the control gate and a polycrystalline silicon film 8 serving as the control gate
(Film thickness: 1500 °) are sequentially formed by the CVD method.

【0025】さらに図1(c)に示すように、この多結
晶シリコン膜8,ONO膜7,多結晶シリコン膜4をフ
ォトリソグラフィーとドライエッチング技術により、制
御ゲートと浮遊ゲートからなる積層ゲート電極の形状に
加工し、この積層ゲート電極をマスクにして、リンおよ
び砒素等をイオン注入し、ソース・ドレイン拡散層9を
形成する。
Further, as shown in FIG. 1C, the polycrystalline silicon film 8, the ONO film 7, and the polycrystalline silicon film 4 are formed by photolithography and dry etching techniques to form a stacked gate electrode comprising a control gate and a floating gate. The source / drain diffusion layer 9 is formed by ion-implanting phosphorus, arsenic, and the like using the laminated gate electrode as a mask.

【0026】最後に、層間絶縁膜形成,コンタクトホー
ル形成,各電極への金属配線形成等を実施して不揮発性
メモリを完成する。
Finally, a non-volatile memory is completed by forming an interlayer insulating film, forming a contact hole, forming a metal wiring to each electrode, and the like.

【0027】[0027]

【実施形態2】次に本発明の実施形態2について図2を
用いて説明する。まず、図2(a)に示すように、シリ
コン基板11の表面に、LOCOS分離法で膜厚600
0Åのシリコン酸化膜12を形成し、シリコン酸化膜1
2により区画されたシリコン基板11上の素子領域に、
膜厚100Åのゲート酸化膜13を熱酸化法により形成
する。
Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 2A, a film thickness of 600 is formed on the surface of the silicon substrate 11 by the LOCOS separation method.
A silicon oxide film 12 of 0 ° is formed, and a silicon oxide film 1 is formed.
2 in the element region on the silicon substrate 11 partitioned by
A gate oxide film 13 having a thickness of 100 ° is formed by a thermal oxidation method.

【0028】その後、膜厚1500Åのアモルファス状
態のシリコン膜14を形成する。その後、このアモルフ
ァス・シリコン膜14が多結晶化するような熱処理を施
す前に、シリコン膜14をN型電導の半導体膜にするた
めのリンのイオン注入を行う。この際、シリコン膜14
はアモルファス状態であるため、イオン注入のチャネリ
ング面がシリコン膜14表面に露出しておらず、イオン
注入時にチャネリングが生ぜず、リンイオンはシリコン
膜14内でストップする。その結果、このアモルファス
・シリコン膜14にリンをイオン注入しても、チャネリ
ングにより、リンのイオンがアモルファス・シリコン膜
14を通過してダイレクトにゲート酸化膜13に到達
し、ゲート酸化膜13にダメージを与えることはない。
Thereafter, an amorphous silicon film 14 having a thickness of 1500 ° is formed. After that, before performing a heat treatment for polycrystallizing the amorphous silicon film 14, phosphorus ions are implanted to turn the silicon film 14 into an N-type conductive semiconductor film. At this time, the silicon film 14
Is in an amorphous state, the channeling surface of the ion implantation is not exposed on the surface of the silicon film 14, no channeling occurs during the ion implantation, and the phosphorus ions stop in the silicon film 14. As a result, even if phosphorus ions are implanted into the amorphous silicon film 14, phosphorus ions pass through the amorphous silicon film 14 and directly reach the gate oxide film 13 due to channeling, and damage the gate oxide film 13. Will not give.

【0029】次に図2(b)に示すように、浮遊ゲート
と制御ゲート間の絶縁膜になるONO膜15(酸化膜換
算膜厚180Å)と制御ゲートになる多結晶シリコン膜
16(膜厚1500Å)をCVD法で順次形成する。
Next, as shown in FIG. 2 (b), an ONO film 15 (equivalent to an oxide film thickness of 180 °) serving as an insulating film between the floating gate and the control gate, and a polycrystalline silicon film 16 (film thickness serving as the control gate) 1500 °) are sequentially formed by the CVD method.

【0030】さらに図2(c)に示すように、このシリ
コン膜16,ONO膜15,シリコン膜14をフォトリ
ソグラフィーとドライエッチング技術により、制御ゲー
トと浮遊ゲートからなる積層ゲート電極の形状に加工
し、該積層ゲート電極をマスクにして、リンおよび砒素
等をイオン注入し、ソース・ドレイン拡散層17を形成
する。
Further, as shown in FIG. 2C, the silicon film 16, the ONO film 15, and the silicon film 14 are processed by photolithography and dry etching into a shape of a laminated gate electrode including a control gate and a floating gate. Using the stacked gate electrode as a mask, phosphorus and arsenic are ion-implanted to form source / drain diffusion layers 17.

【0031】最後に、層間絶縁膜形成,コンタクトホー
ル形成,各電極への金属配線形成等を実施して不揮発性
メモリを完成する。
Finally, a non-volatile memory is completed by forming an interlayer insulating film, forming a contact hole, and forming a metal wiring on each electrode.

【0032】[0032]

【実施形態3】本発明の実施形態3について図3を用い
て説明する。まず、図3(a)に示すように、シリコン
基板21の表面に、CVD法で膜厚6000Åのシリコ
ン酸化膜22を形成し、その後、図3(b)に示すよう
に、素子領域のシリコン酸化膜22をフォトリソグラフ
ィーとシリコン酸化膜のドライエッチング技術で除去す
る。この際、素子領域としてシリコン基板21が露出す
る領域の幅が数μmになるように、マスクレイアウトを
工夫しておく。
Third Embodiment A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 3A, a 6000 ° -thick silicon oxide film 22 is formed on the surface of a silicon substrate 21 by a CVD method, and then, as shown in FIG. The oxide film 22 is removed by photolithography and dry etching of a silicon oxide film. At this time, the mask layout is devised so that the width of the region where the silicon substrate 21 is exposed as the element region is several μm.

【0033】次に図3(c)に示すように、シリコン基
板21上の素子領域に、膜厚100Åのゲート酸化膜2
4を熱酸化法により形成する。その後、膜厚1500Å
のシリコン膜25をグラフォエピタキシー法で基板全面
に形成し、かつレーザービーム加熱による再結晶化でシ
リコン膜25の単結晶化を行う。グラフォエピタキシー
法および、レーザービーム加熱による再結晶化について
は、1979 IEDMのtechnical dig
estの210ページに詳述されているが、この方法を
用いると、シリコン酸化膜22で囲まれた幅数μmの凹
状領域内には、シリコン膜の[100]結晶面方位が表
面に露出したシリコン単結晶膜を形成することができ
る。
Next, as shown in FIG. 3C, a gate oxide film 2 having a thickness of 100.degree.
4 is formed by a thermal oxidation method. After that, the film thickness is 1500 °
Is formed on the entire surface of the substrate by a graphoepitaxy method, and the silicon film 25 is monocrystallized by recrystallization by laser beam heating. The graphoepitaxy method and recrystallization by laser beam heating are described in 1979 IEDM technical dig.
As described in detail on page 210 of est, using this method, the [100] crystal plane orientation of the silicon film was exposed to the surface in a concave region having a width of several μm surrounded by the silicon oxide film 22. A silicon single crystal film can be formed.

【0034】その後、図3(d)に示すように、単結晶
シリコン膜25をN型電導の半導体膜にするためのリン
のイオン注入を行う。この際、前述したように、基板表
面に露出している[100]結晶面は、イオン注入の際
にチャネリングを引き起こしてしまうため、イオン注入
の注入角度を基板表面の法線方向から例えば8度傾けて
行う。結晶方位がチャネリング面と一致していなけれ
ば、この単結晶シリコン膜25の領域でリンイオンをス
トップすることができる。その結果、この単結晶シリコ
ン膜25にリンをイオン注入しても、チャネリングによ
り、リンのイオンが単結晶シリコン膜25を通過してダ
イレクトにゲート酸化膜24に到達し、ゲート酸化膜2
4にダメージを与えることはない。
Thereafter, as shown in FIG. 3D, phosphorus ions are implanted to convert the single crystal silicon film 25 into an N-type conductive semiconductor film. At this time, as described above, since the [100] crystal plane exposed on the substrate surface causes channeling at the time of ion implantation, the ion implantation angle is set to, for example, 8 degrees from the normal direction of the substrate surface. Do it at an angle. If the crystal orientation does not match the channeling plane, phosphorus ions can be stopped in this single crystal silicon film 25 region. As a result, even if phosphorus is ion-implanted into single crystal silicon film 25, phosphorus ions pass through single crystal silicon film 25 and directly reach gate oxide film 24 due to channeling, so that gate oxide film 2 is formed.
No damage to 4

【0035】次に図3(e)に示すように、浮遊ゲート
と制御ゲート間の絶縁膜になるONO膜26(酸化膜換
算膜厚180Å)と制御ゲートになる多結晶シリコン膜
27(膜厚1500Å)をCVD法で順次形成する。
Next, as shown in FIG. 3E, an ONO film 26 (an oxide film equivalent thickness of 180 °) serving as an insulating film between the floating gate and the control gate and a polycrystalline silicon film 27 (film thickness equivalent to the oxide film) serve as a control gate. 1500 °) are sequentially formed by the CVD method.

【0036】さらに図3(f)に示すように、この多結
晶シリコン膜27,ONO膜26,単結晶シリコン膜2
5をフォトリソグラフィーとドライエッチング技術によ
り、制御ゲートと浮遊ゲートからなる積層ゲート電極の
形状に加工し、該積層ゲート電極をマスクにしてリンお
よび砒素等をイオン注入し、ソース・ドレイン拡散層2
8を形成する。
Further, as shown in FIG. 3 (f), the polycrystalline silicon film 27, the ONO film 26, the single crystal silicon film 2
5 is processed by photolithography and dry etching into a laminated gate electrode composed of a control gate and a floating gate, and phosphorus and arsenic are ion-implanted using the laminated gate electrode as a mask.
8 is formed.

【0037】最後に、層間絶縁膜形成,コンタクトホー
ル形成,各電極への金属配線形成等を実施して不揮発性
メモリを完成する。
Finally, a non-volatile memory is completed by forming an interlayer insulating film, forming a contact hole, forming a metal wiring to each electrode, and the like.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、リ
ンのイオン注入時に、リンイオンが浮遊ゲート用シリコ
ン膜を通過して、その下のゲート酸化膜に到達し、ゲー
ト酸化膜にダメージを与えるチャネリング現象を抑制す
ることにより、ゲート酸化膜の信頼性を向上できる。そ
の結果、不揮発性半導体記憶装置の信頼性、特に浮遊ゲ
ート電極中に蓄積された電荷を保持し続けるというデー
タ保持特性の向上を実現することができる。
As described above, according to the present invention, when phosphorus ions are implanted, phosphorus ions pass through the silicon film for the floating gate, reach the gate oxide film thereunder, and damage the gate oxide film. By suppressing the applied channeling phenomenon, the reliability of the gate oxide film can be improved. As a result, it is possible to improve the reliability of the nonvolatile semiconductor memory device, and in particular, to improve the data holding characteristic of keeping the charge accumulated in the floating gate electrode.

【0039】さらに、従来例で必要であった、浮遊ゲー
トシリコン単結晶化用の結晶各領域を特別に設定する必
要がなく、チャネリングを抑制することができる。その
ため、メモリセルの専有面積は、余分な結晶各領域がな
い分だけ小さくでき、メモリの高集積化を実現すること
ができる。
Further, it is not necessary to set specially each crystal region for floating gate silicon single crystallization, which is required in the conventional example, and it is possible to suppress channeling. Therefore, the occupied area of the memory cell can be reduced by the amount of no extra crystal regions, and high integration of the memory can be realized.

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

【図1】本発明の実施形態1を工程順に示す断面図であ
る。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the present invention in the order of steps.

【図2】本発明の実施形態2を工程順に示す断面図であ
る。
FIG. 2 is a sectional view showing Embodiment 2 of the present invention in the order of steps.

【図3】本発明の実施形態3を工程順に示す断面図であ
る。
FIG. 3 is a sectional view showing a third embodiment of the present invention in the order of steps.

【図4】従来例を工程順に示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing a conventional example in the order of steps.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11,21 シリコン基板 2,12,22 シリコン酸化膜 3,13,24 ゲート酸化膜 4,14,25 浮遊ゲート・シリコン膜 5 シリコン酸化層 7,15,26 ONO膜 8,16,27 制御ゲート・シリコン膜 9,17,28 ソース・ドレイン拡散層 23 フォトレジスト 1,11,21 silicon substrate 2,12,22 silicon oxide film 3,13,24 gate oxide film 4,14,25 floating gate silicon film 5 silicon oxide layer 7,15,26 ONO film 8,16,27 control Gate / silicon film 9, 17, 28 Source / drain diffusion layer 23 Photoresist

フロントページの続き (72)発明者 松尾 真 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内Continuation of front page (72) Inventor Makoto Matsuo 5-7-1 Shiba, Minato-ku, Tokyo Within NEC Corporation

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1多結晶膜形成工程と、第2多結晶膜
形成工程と、拡散層形成工程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、 第1多結晶膜形成工程は、半導体基板上の素子領域に第
1のゲート絶縁膜を形成した後、膜中に極薄の半導体酸
化膜を有する第1の半導体多結晶薄膜を半導体基板表面
に形成する処理であり、 第2多結晶膜形成工程は、前記第1の半導体薄膜を第1
電導型の半導体膜にするための不純物をイオン注入した
後、該半導体基板上に第2のゲート絶縁膜,第2の半導
体多結晶薄膜を順次形成する処理であり、 拡散層形成工程は、前記積層構造を2層ゲート電極の形
状に加工した後、該ゲート電極をマスクにして不純物を
注入し、ソース・ドレイン拡散層を形成する処理である
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
1. A method for manufacturing a non-volatile semiconductor memory device, comprising: a first polycrystalline film forming step, a second polycrystalline film forming step, and a diffusion layer forming step, wherein the first polycrystalline film forming step is Forming a first gate insulating film in an element region on a semiconductor substrate, and then forming a first semiconductor polycrystalline thin film having an extremely thin semiconductor oxide film in the film on the surface of the semiconductor substrate; The polycrystalline film forming step includes the step of:
The step of forming a second gate insulating film and a second semiconductor polycrystalline thin film sequentially on the semiconductor substrate after ion-implanting an impurity for forming a conductive semiconductor film. A method of forming a source / drain diffusion layer by processing a stacked structure into a two-layer gate electrode shape and then implanting impurities using the gate electrode as a mask. .
【請求項2】 第1半導体薄膜形成工程と、第2多結晶
形成工程と、拡散層形成工程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、 第1半導体薄膜形成工程は、半導体基板上の素子領域に
第1のゲート絶縁膜を形成した後、アモルファス状態の
第1の半導体薄膜を形成する処理であり、 第2多結晶形成工程は、アモルファス状態の半導体薄膜
が多結晶化してしまうような熱処理が行われる前に、前
記第1の半導体薄膜を第1電導型の半導体膜にするため
の不純物のイオン注入を行い、その後、該半導体基板上
に第2のゲート絶縁膜,第2の半導体多結晶薄膜を順次
形成する処理であり、 拡散層形成工程は、前記積層構造を2層ゲート電極の形
状に加工した後、該ゲート電極をマスクにして不純物を
注入し、ソース・ドレイン拡散層を形成する処理である
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
2. A method for manufacturing a non-volatile semiconductor memory device, comprising: a first semiconductor thin film forming step, a second polycrystalline forming step, and a diffusion layer forming step, wherein the first semiconductor thin film forming step includes: After the first gate insulating film is formed in the upper element region, the first semiconductor thin film in an amorphous state is formed. The second polycrystalline forming step involves polycrystallization of the semiconductor thin film in the amorphous state. Before such a heat treatment is performed, ion implantation of impurities for converting the first semiconductor thin film into a first conductive type semiconductor film is performed, and then a second gate insulating film and a second gate insulating film are formed on the semiconductor substrate. The diffusion layer forming step is to process the laminated structure into the shape of a two-layer gate electrode, implant impurities using the gate electrode as a mask, and perform source / drain diffusion. layer A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, characterized by forming a semiconductor device.
【請求項3】 第1多結晶形成工程と、イオン注入工程
と、第2薄膜形成工程と、拡散層形成工程とを有する不
揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、 第1多結晶形成工程は、半導体基板上の素子領域に、第
1のゲート絶縁膜を形成し、第1の半導体多結晶薄膜を
形成する処理であり、 イオン注入工程は、前記第1の半導体薄膜を第1電導型
の半導体膜にするための不純物のイオン注入を行う際
に、注入される不純物が第1の半導体薄膜内の2つ以上
の結晶粒を横断することが可能であるように基板の法線
方向に対して十分大きな角度を設定して不純物のイオン
注入を行い、その後半導体基板上に第2のゲート絶縁
膜,第2の半導体薄膜を順次形成する処理であり、 拡散層形成は、前記積層構造を2層ゲート電極の形状に
加工した後、該ゲート電極をマスクにして不純物を注入
し、ソース・ドレイン拡散層を形成する処理であること
を特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
3. A method for manufacturing a non-volatile semiconductor memory device, comprising: a first polycrystal forming step; an ion implantation step; a second thin film forming step; and a diffusion layer forming step. Forming a first gate insulating film in a device region on a semiconductor substrate to form a first semiconductor polycrystalline thin film; and ion-implanting the first semiconductor thin film in a first conductive type. When performing ion implantation of impurities for forming the semiconductor film of the first embodiment, the impurities are implanted in a direction normal to the substrate so that the implanted impurities can cross two or more crystal grains in the first semiconductor thin film. Impurity ion implantation is performed at a sufficiently large angle with respect to the semiconductor substrate, and then a second gate insulating film and a second semiconductor thin film are sequentially formed on the semiconductor substrate. After processing into the shape of a two-layer gate electrode, A method for manufacturing a non-volatile semiconductor storage device, comprising a step of implanting impurities using a gate electrode as a mask to form source / drain diffusion layers.
【請求項4】 第1半導体単結晶薄膜形成工程と、第2
半導体薄膜形成工程と、拡散形成とを有する不揮発性半
導体記憶装置であって、 第1半導体単結晶薄膜形成工程は、半導体基板表面に形
成した素子領域に第1のゲート絶縁膜を形成し、その
後、グラフォエピタキシー法により第1の半導体薄膜を
形成し、レーザービーム等を照射し第1の半導体薄膜を
単結晶化する処理であり、 第2半導体薄膜形成工程は、第1電導型不純物のイオン
注入を行い、その後半導体基板上に第2のゲート絶縁
膜,第2の半導体薄膜を順次形成する処理であり、 拡
散層形成工程は、前記積層構造を2層ゲート電極の形状
に加工した後、該ゲート電極をマスクにして不純物を注
入し、ソース・ドレイン拡散層を形成する処理であるこ
とを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
4. A method for forming a first semiconductor single crystal thin film, comprising:
A non-volatile semiconductor storage device having a semiconductor thin film forming step and a diffusion forming, wherein the first semiconductor single crystal thin film forming step forms a first gate insulating film in an element region formed on a surface of a semiconductor substrate, Forming a first semiconductor thin film by a graphoepitaxy method, and irradiating a laser beam or the like to single crystallize the first semiconductor thin film. The second semiconductor thin film forming step includes the step of ionizing a first conductive impurity. Injection is performed, and then a second gate insulating film and a second semiconductor thin film are sequentially formed on the semiconductor substrate. The diffusion layer forming step includes: after processing the laminated structure into a shape of a two-layer gate electrode; A method of forming a source / drain diffusion layer by implanting impurities using the gate electrode as a mask.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8289782B2 (en) 2009-11-24 2012-10-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor memory device

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