JPH1117033A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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Publication number
JPH1117033A
JPH1117033A JP9164278A JP16427897A JPH1117033A JP H1117033 A JPH1117033 A JP H1117033A JP 9164278 A JP9164278 A JP 9164278A JP 16427897 A JP16427897 A JP 16427897A JP H1117033 A JPH1117033 A JP H1117033A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxide film
semiconductor device
gate electrode
film
thickness
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP9164278A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiko Machida
佳彦 町田
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Publication of JPH1117033A publication Critical patent/JPH1117033A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the shape stability and reproducibility of characteristics of a nonvolatile semiconductor device at forming of floating gate electrodes. SOLUTION: The manufacturing method comprises implanting impurity ions in a non-single crystal Si layer for floating gate electrodes, oxidizing, removing resultant oxide film, processing this Si layer, forming wells 112 and element isolation regions 111 on a semiconductor substrate, forming a tunneling oxide film 101, forming a polysilicon layer 102 for floating gate electrodes on the oxide film 101, implanting impurity ions in the polysilicon layer 102, and oxidizing this layer 102. The two-step oxidizing reduces the thickness of the oxide film 103.

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、ゲート電極の下側
に浮遊ゲート電極を有する構造の不揮発性半導体装置の
製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor device having a structure in which a floating gate electrode is provided below a gate electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の不揮発性半導体装置の製造方法
を、工程に従い説明する。図2は従来の不揮発性半導体
装置の製造方法を工程順に示した工程断面図で、左側の
図は作成する不揮発性半導体装置をゲート電極に平行な
方向から見た断面図、右側の図はゲート電極に垂直な方
向から見た断面図である。
2. Description of the Related Art A conventional method for manufacturing a non-volatile semiconductor device will be described step by step. FIG. 2 is a process cross-sectional view showing a conventional method of manufacturing a nonvolatile semiconductor device in the order of processes. The left-side diagram is a cross-sectional view of a nonvolatile semiconductor device to be formed as viewed from a direction parallel to a gate electrode. It is sectional drawing seen from the direction perpendicular | vertical to an electrode.

【0003】図2(a)不揮発性半導体のトンネル酸化
膜201形成した状態を示すものである。このトンネル
酸化膜は通常のMIS型の半導体装置を形成する工程と
同様な方法で、半導体基板上にウェル及びLOCOS酸
化による素子分離領域を形成後、シリコン基板を熱酸化
することにより形成している。
FIG. 2A shows a state in which a tunnel oxide film 201 of a nonvolatile semiconductor is formed. This tunnel oxide film is formed by forming a well and an element isolation region by LOCOS oxidation on a semiconductor substrate and then thermally oxidizing the silicon substrate in the same manner as in a process for forming a normal MIS type semiconductor device. .

【0004】図2(b)はトンネル酸化膜201上に浮
遊ゲート電極となるポリシリコン層202及び、このポ
リシリコン層にイオン打ち込みにより不純物を導入する
工程でイオン打ち込みの透過膜となる酸化膜203を形
成した状態を示したものである。
FIG. 2B shows a polysilicon layer 202 serving as a floating gate electrode on a tunnel oxide film 201 and an oxide film 203 serving as a permeable film for ion implantation in a step of introducing impurities into the polysilicon layer by ion implantation. Is a state in which is formed.

【0005】図2(c)は浮遊ゲート電極を形成するた
めのポリシリコン層202にイオン打ち込みにより不純
物を導入する工程を示したものである。このイオン打ち
込みは、導入する不純物が基板に突き抜けたり、トンネ
ル酸化膜201にダメージを与えるのを防止するため、
導入する不純物の分布のピークがポリシリコン層202
中の酸化膜203の近傍になる様に打ち込み条件を設定
している。
FIG. 2C shows a step of introducing impurities into the polysilicon layer 202 for forming a floating gate electrode by ion implantation. This ion implantation prevents impurities to be introduced from penetrating into the substrate and damaging the tunnel oxide film 201.
The peak of the distribution of the impurity to be introduced is
The implantation conditions are set so as to be near the oxide film 203 in the inside.

【0006】図2(d)はポリシリコン層202をエッ
チングしてパターンを形成した状態を示すものである。
ウェットエッチングにより酸化膜203を除去した後、
通常のフォト工程によりパターンを形成し、ドライエッ
チングによりポリシリコン層202をエッチングする。
ここでのエッチングは、後の工程での加工を容易にし、
また段差によるストレスの発生を防ぐため、パターンの
側面がテーパー形状となる様に等方性のエッチンが用い
られる。
FIG. 2D shows a state where a pattern is formed by etching the polysilicon layer 202.
After removing the oxide film 203 by wet etching,
A pattern is formed by a normal photo process, and the polysilicon layer 202 is etched by dry etching.
Etching here facilitates processing in later steps,
In order to prevent stress from occurring due to steps, isotropic etching is used so that the side surface of the pattern is tapered.

【0007】図2(e)は浮遊ゲート電極上に、不揮発
性半導体装置の制御ゲート電極を形成するための層を形
成した状態を示すものである。パターンを形成したポリ
シリコン層202上に熱酸化により酸化膜204を形成
し、その上にゲート電極となるポリシリコン層205及
びWSi(タングステンシリサイド)層206、及びゲ
ート電極エッチング時のマスクとなる酸化膜207を製
膜している。
FIG. 2E shows a state in which a layer for forming a control gate electrode of the nonvolatile semiconductor device is formed on the floating gate electrode. An oxide film 204 is formed on the patterned polysilicon layer 202 by thermal oxidation, and a polysilicon layer 205 and a WSi (tungsten silicide) layer 206 serving as a gate electrode are formed thereon, and an oxidation serving as a mask for etching the gate electrode. The film 207 is formed.

【0008】図2(f)は、不揮発性の半導体装置が形
成された状態を示すものである。ポリシリコン層20
5、WSi層206、ポリシリコン層202をエッチン
グすることにより、制御ゲート電極209及び浮遊ゲー
ト電極108を形成した後、イオン打ち込みによりソー
ス、ドレイン領域210を形成し、層間絶縁膜213を
形成後、配線工程を終えたものである。
FIG. 2F shows a state in which a nonvolatile semiconductor device is formed. Polysilicon layer 20
5, after the control gate electrode 209 and the floating gate electrode 108 are formed by etching the WSi layer 206 and the polysilicon layer 202, the source and drain regions 210 are formed by ion implantation, and the interlayer insulating film 213 is formed. The wiring process has been completed.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】この様な構成で不揮発
性半導体装置を製造しようとする場合、(c)に示した
イオン打ち込み工程に於いてイオン打ち込み透過膜とな
る酸化膜203の膜厚のばらつきの影響を受け易いと言
う課題がある。イオン打ち込みのピークを酸化膜との境
界の近傍に設定するため、ポリシリコン層202中に導
入される不純物の実効的なドーズ量や、不純物の分布が
この透過膜となる酸化膜の膜厚に大きく依存する。透過
膜の製膜には通常減圧CVD等の方法が利用されるが、
これらの方法で膜厚を数nmの単位で正確に、再現性良
く制御することは非常に難しい。数nmのこの酸化膜の
膜厚の変動で、浮遊ゲートとなる非単結晶シリコン層の
シート抵抗50%近く変動してしまう。このようにシリ
コン膜中の不純物の濃度が大きく変動した場合、不揮発
性半導体装置の特性が影響を受けるとともに、等方性の
シリコンのドライエッチングは導入されている不純物の
濃度に敏感なため、(d)のエッチング工程でのエッチ
ング形状の再現性が悪くなる。
When a non-volatile semiconductor device is to be manufactured with such a configuration, the thickness of the oxide film 203 serving as an ion-implanted transmission film in the ion-implantation step shown in FIG. There is a problem that it is easily affected by variations. Since the peak of the ion implantation is set near the boundary with the oxide film, the effective dose amount of the impurity introduced into the polysilicon layer 202 and the distribution of the impurity are affected by the thickness of the oxide film serving as the transmission film. Depends heavily. For the formation of the permeable membrane, a method such as reduced pressure CVD is usually used.
It is very difficult to accurately control the film thickness in a unit of several nm and with good reproducibility by these methods. A change in the thickness of this oxide film of several nm causes a change in the sheet resistance of the non-single-crystal silicon layer serving as the floating gate by nearly 50%. When the concentration of the impurity in the silicon film greatly fluctuates, the characteristics of the nonvolatile semiconductor device are affected and dry etching of isotropic silicon is sensitive to the concentration of the introduced impurity. The reproducibility of the etching shape in the etching step d) is deteriorated.

【0010】また、浮遊ゲート電極の膜厚をある程度以
上薄く出来ないと言う課題がある。ポリシリコン中に不
純物を打ち込んだ場合、その分布はかなりの広がりを持
ったものとなる。このため、ポリシリコン層202の膜
厚のマージンが十分でないと(c)に示したイオン打ち
込み工程で、ポリシリコン層202に打ち込んでいる不
純物の一部が、トンネル酸化膜201及び基板に突き抜
けてしまい、トンネル酸化膜201へダメージを与えた
り、形成するMIS型半導体装置のしきい値等に影響を
与えてしまう。この例の様に20nm程度の打ち込みの
透過膜となる酸化膜203を設けた場合でも、打ち込ん
だイオンの突き抜けを防止するためには、ポリシリコン
膜の膜厚は140nm以上必要となる。一方、後の工
程、特に配線工程等での加工を容易にするため、素子の
段差は出来るだけ少ない方が望ましい。特に素子の微細
化を図ろうとする場合、この浮遊ゲート電極となる層の
膜厚を薄く出来ないと言うことは、加工上大きな課題と
なる。
There is another problem that the thickness of the floating gate electrode cannot be reduced to a certain extent. When impurities are implanted in polysilicon, the distribution becomes considerably wide. For this reason, if the margin of the thickness of the polysilicon layer 202 is not sufficient, in the ion implantation step shown in (c), some of the impurities implanted in the polysilicon layer 202 penetrate into the tunnel oxide film 201 and the substrate. As a result, the tunnel oxide film 201 is damaged, and the threshold voltage of the MIS semiconductor device to be formed is affected. Even when the oxide film 203 serving as a permeable film of about 20 nm is provided as in this example, the thickness of the polysilicon film is required to be 140 nm or more in order to prevent penetration of the implanted ions. On the other hand, in order to facilitate processing in a later step, particularly in a wiring step, it is desirable that the step of the element is as small as possible. In particular, when miniaturization of an element is to be achieved, it is a serious problem in processing that the thickness of the layer serving as the floating gate electrode cannot be reduced.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】以上の様な課題を解決す
るために、本発明による不揮発半導体装置の製造方法
は、(1)非単結晶のシリコンを製膜する工程、(2)
前記非単結晶シリコン膜にイオン打ち込みにより不純物
を導入する工程、(3)前記非単結晶シリコン膜を酸化
する工程、(4)前記酸化膜を除去する工程、(5)前
記非単結晶シリコン膜をエッチングしパターンを形成す
る工程を有することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor device according to the present invention comprises (1) a step of forming non-single-crystal silicon, and (2)
A step of introducing impurities into the non-single-crystal silicon film by ion implantation, (3) a step of oxidizing the non-single-crystal silicon film, (4) a step of removing the oxide film, and (5) the non-single-crystal silicon film And forming a pattern by etching.

【0012】前記(1)の非単結晶シリコン膜の膜厚が
150nm以上250nm以下であることを特徴とす
る。
[0012] The film thickness of the non-single-crystal silicon film of (1) is not less than 150 nm and not more than 250 nm.

【0013】前記(2)の導入する不純物がP(リン)
であることを特徴とする。
The impurity introduced in the above (2) is P (phosphorus)
It is characterized by being.

【0014】前記(3)の酸化が、少なくとも800℃
以上900℃以下で酸素濃度が50%以下の窒素或はア
ルゴン雰囲気での酸化工程と、850℃以上950℃以
下でのウェット酸化工程を含むことを特徴とする。
The oxidation of (3) is performed at least at 800 ° C.
It is characterized by including an oxidation step in a nitrogen or argon atmosphere having an oxygen concentration of not more than 900 ° C and an oxygen concentration of not more than 50%, and a wet oxidation step in an atmosphere of not less than 850 ° C and not more than 950 ° C.

【0015】前記(3)の酸化後の非単結晶シリコン膜
の膜厚が130nm以下であることを特徴とする。
The film thickness of the non-single-crystal silicon film after the oxidation of the above (3) is 130 nm or less.

【0016】前記(5)のエッチング工程が、CF
を用いた等方或は低異方性のエッチングであること
を特徴とする。
In the etching step (5), CF 4 ,
It is characterized by isotropic or low-anisotropic etching using O 2 .

【0017】[0017]

【作用】本発明の不揮発性半導体装置の製造方法を用い
る事により、浮遊ゲート電極加工時の形状の安定性を向
上させるとともに、不揮発性半導体装置の特性の再現性
を向上させることができる。また、浮遊ゲート電極の薄
膜化が可能となり、素子の微細化に対応することが可能
となる。
According to the method of manufacturing a nonvolatile semiconductor device of the present invention, the stability of the shape during processing of the floating gate electrode can be improved, and the reproducibility of the characteristics of the nonvolatile semiconductor device can be improved. Further, the thickness of the floating gate electrode can be reduced, and it is possible to cope with miniaturization of the element.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明の不揮発性半導体装置の製
造方法を、工程に従い説明する。図1は本発明の不揮発
性半導体装置の製造方法を工程順に示した工程断面図
で、左側の図は作成する不揮発性半導体装置をゲート電
極に平行な方向から見た断面図、右側の図はゲート電極
に垂直な方向から見た断面図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor device according to the present invention will be described step by step. FIG. 1 is a process cross-sectional view showing a method of manufacturing a nonvolatile semiconductor device according to the present invention in the order of processes. The left-hand drawing is a cross-sectional view of a non-volatile semiconductor device to be formed as viewed from a direction parallel to a gate electrode. FIG. 3 is a cross-sectional view as viewed from a direction perpendicular to a gate electrode.

【0019】図1(a)は従来例と同様に半導体基板上
にウェル112及びLOCOS酸化による素子分離領域
111を形成後、不揮発性半導体のトンネル酸化膜10
1を形成した状態を示すものである。トンネル酸化膜
は、900℃のドライ酸化で形成したもので、膜厚は
9.5nmである。
FIG. 1A shows a well 112 and a device isolation region 111 formed by LOCOS oxidation on a semiconductor substrate as in the prior art, and then a tunnel oxide film 10 of a nonvolatile semiconductor.
1 shows a state where 1 is formed. The tunnel oxide film is formed by dry oxidation at 900 ° C., and has a thickness of 9.5 nm.

【0020】図1(b)はトンネル酸化膜101上に浮
遊ゲート電極となるポリシリコン層102を形成した状
態を示したものである。このポリシリコン層は減圧CV
D法により、製膜温度620℃で製膜しており、膜厚は
180nmである。ここでのポリシリコンの製膜条件
は、特に本発明の要旨にかかわるものでは無く、550
℃付近の温度で製膜した非晶質シリコン膜、580℃付
近の温度で製膜した微結晶シリコン膜、それ以上の温度
で製膜したポリシリコン膜でも同様に適用することが可
能である。
FIG. 1B shows a state in which a polysilicon layer 102 serving as a floating gate electrode is formed on the tunnel oxide film 101. This polysilicon layer has a reduced pressure CV
The film is formed at a film forming temperature of 620 ° C. by the method D, and the film thickness is 180 nm. Here, the conditions for forming the polysilicon film are not particularly related to the gist of the present invention, and are set to 550.
An amorphous silicon film formed at a temperature of about ℃ and a microcrystalline silicon film formed at a temperature of about 580 ° C., and a polysilicon film formed at a temperature higher than that can be similarly applied.

【0021】図1(c)は浮遊ゲート電極を形成するた
めのポリシリコン層102にイオン打ち込みにより不純
物を導入する工程を示したものである。ここでは、P
(リン)イオンを加速電圧30keVで、ドーズ量2×
1015打ち込んでいる。このイオン打ち込みは、トン
ネル酸化膜101への影響を避けるため出来るだけ浅い
位置に行う方が望ましく、30keV以下の加速電圧、
可能であるなら20〜10keVの加速電圧を用いるこ
とが望ましい。しかし、その様な加速電圧を用いた場
合、装置の安定性等の量産上問題となるため、実用的な
条件として30keVの加速電圧を用いている。この工
程でより低い加速電圧用いた場合には、(b)の工程で
製膜するポリシリコン層102の膜厚を、より薄くする
ことも可能である。また、本実施例では工程の簡略化の
ために特にポリシリコン層102上にイオン打ち込みの
透過膜を設けてはいないが、透過膜を設けたプロセスを
構成することも可能である。また、打ち込む不純物のド
ーズ量は、5×1014から3×1015の範囲で良好
な結果が得られている。本実施例で示した様な180n
m以上のポリシリコン102の膜厚を用いる場合には1
×1015以上のドーズ量を用いることが望ましい。
FIG. 1C shows a step of introducing impurities into the polysilicon layer 102 for forming a floating gate electrode by ion implantation. Here, P
(Phosphorus) ions at an acceleration voltage of 30 keV and a dose of 2 ×
10 15 hits. This ion implantation is desirably performed at a position as shallow as possible in order to avoid the influence on the tunnel oxide film 101, and an acceleration voltage of 30 keV or less,
If possible, it is desirable to use an acceleration voltage of 20 to 10 keV. However, if such an acceleration voltage is used, there is a problem in mass production such as the stability of the apparatus. Therefore, an acceleration voltage of 30 keV is used as a practical condition. When a lower accelerating voltage is used in this step, the thickness of the polysilicon layer 102 formed in the step (b) can be further reduced. In this embodiment, a permeable film for ion implantation is not particularly provided on the polysilicon layer 102 for simplification of the process. However, a process in which a permeable film is provided may be employed. Good results are obtained when the dose of the implanted impurity is in the range of 5 × 10 14 to 3 × 10 15 . 180n as shown in this embodiment
1 m when the thickness of the polysilicon 102 is
It is desirable to use a dose amount of × 10 15 or more.

【0022】図1(d)は、浮遊ゲートとなるポリシリ
コン層102を酸化した状態を示すものである。酸化
は、酸素濃度5%の窒素雰囲気中で、800℃で30分
の処理を行う一段階めの熱処理と、900℃の70%の
ウェット雰囲気中で80分の酸化を行う2段階めの熱処
理を連続的に行っている。この酸化によりポリシリコン
上に約180nmの酸化膜が形成され、残りのポリシリ
コン層102の膜厚は120nm程度となる。この様な
2段階の熱処理の酸化条件を用いることで、この工程で
形成される酸化膜103の膜厚の再現性、均一性を高め
ることが可能である。一段階めの熱処理は、800℃か
ら900℃の温度で、10分から30分程度行うと良好
な結果が得られる。本実施例では、不純物のポリシリコ
ン102から炉内雰囲気中への拡散を防止するため、こ
の一段めの熱処理時に酸素を添加した雰囲気を用いてい
る。初期の段階での酸化膜が形成されるのを抑えるた
め、一段めの熱処理は、窒素或はアルゴン等の不活性ガ
スの雰囲気中で行い、添加する酸素の量は50%以下と
することが望ましい。2段階めの熱処理は、酸化レート
を確保するためウェット酸化での処理を行っている。ト
ンネル酸化膜101の信頼性等への影響を少なくするた
め、少なくとも950℃以下の処理とする必要があり、
できるだけ低い温度での処理が望ましい。一方、100
nm以上の酸化を行うためには850℃以上の処理が実
際的であり、本実施例ではこれらの点を顧慮して900
℃での処理を行っている。この工程で酸化膜103の膜
厚を調整することで、最終的な浮遊ゲート電極の膜厚を
調整することが可能であるが、酸化膜103の膜厚をあ
まり厚くした場合には最終的な浮遊ゲート電極の膜厚の
再現性及び均一性が悪くなってしまう。実際的には、酸
化膜103の膜厚が200nm以下となる様にプロセス
を構成することが望ましい。
FIG. 1D shows a state where the polysilicon layer 102 serving as a floating gate is oxidized. Oxidation is performed in a first-stage heat treatment at 800 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere with an oxygen concentration of 5%, and in a second-stage heat treatment at 80 ° C. in a 70% wet atmosphere at 900 ° C. Is continuously going on. By this oxidation, an oxide film of about 180 nm is formed on the polysilicon, and the thickness of the remaining polysilicon layer 102 is about 120 nm. By using such oxidation conditions of the two-stage heat treatment, the reproducibility and uniformity of the thickness of the oxide film 103 formed in this step can be improved. Good results can be obtained by performing the first heat treatment at a temperature of 800 to 900 ° C. for about 10 to 30 minutes. In this embodiment, an atmosphere to which oxygen is added during the first heat treatment is used in order to prevent impurities from diffusing from the polysilicon 102 into the furnace atmosphere. In order to suppress the formation of an oxide film in the initial stage, the first heat treatment is performed in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen or argon, and the amount of oxygen to be added should be 50% or less. desirable. In the second heat treatment, wet oxidation treatment is performed to secure an oxidation rate. In order to reduce the influence on the reliability and the like of the tunnel oxide film 101, it is necessary to perform the processing at least at 950 ° C. or less.
Processing at the lowest possible temperature is desirable. On the other hand, 100
In order to perform oxidation at a wavelength of at least 850 nm, a treatment at 850 ° C. or more is practical.
Processing at ℃. By adjusting the thickness of the oxide film 103 in this step, the final thickness of the floating gate electrode can be adjusted. However, if the oxide film 103 is too thick, The reproducibility and uniformity of the thickness of the floating gate electrode are deteriorated. Practically, it is desirable to configure the process so that the thickness of the oxide film 103 is 200 nm or less.

【0023】図1(e)はポリシリコン層102をエッ
チングしてパターンを形成した状態を示すものである。
弗酸によるウェットエッチングにより酸化膜103を除
去した後、通常のフォト工程によりパターンを形成し、
ドライエッチングを行っている。ここでのエッチング
は、後の工程での加工を容易にし、このポリシリコン層
102の段差でで制御ゲート電極層にストレスが発生す
るのを防止するため、パターンの側面がテーパー形状と
なる様に等方性或は低異方性のエッチング条件を用いて
いる。本発明の様に(d)の工程で、表面を酸化した場
合、再現性良くリシリコン層102の表面付近での不純
物濃度が高くなる様な分布となる。ポリシリコンのエッ
チングを行う場合、通常不純物濃度が高いものの方がエ
ッチングレートが早くなるため、このような不純物分布
を持つポリシリコンに等方或は低異方性のエッチングを
組み合わせることで、効果的にテーパーをつけることが
可能である。本実施例では、ダウンフロー型のエッチン
グ装置で、エッチングガスに酸素(O)を添加したフ
レオン(CF)を用いてエッチングを行うことで、非
常に良好な側面の形状を得ている。
FIG. 1E shows a state in which the polysilicon layer 102 is etched to form a pattern.
After removing the oxide film 103 by wet etching with hydrofluoric acid, a pattern is formed by a normal photo process,
Dry etching is performed. The etching in this step facilitates the processing in a later step, and in order to prevent a stress from being generated in the control gate electrode layer due to the steps of the polysilicon layer 102, the side surface of the pattern is tapered. Isotropic or low anisotropic etching conditions are used. When the surface is oxidized in the step (d) as in the present invention, the distribution is such that the impurity concentration near the surface of the silicon layer 102 increases with good reproducibility. In the case of etching polysilicon, the etching rate is usually higher when the impurity concentration is higher. Therefore, it is effective to combine isotropic or low-anisotropic etching with polysilicon having such an impurity distribution. Can be tapered. In this embodiment, a very good side shape is obtained by performing etching using a Freon (CF 4 ) in which oxygen (O 2 ) is added to an etching gas with a down-flow type etching apparatus.

【0024】図1(f)は浮遊ゲート電極上に、不揮発
性半導体装置の制御ゲート電極を形成するための層を形
成した状態を示すものである。パターンを形成したポリ
シリコン層102上に熱酸化により酸化膜104を形成
し、その上にゲート電極となるポリシリコン層105及
びWSi(タングステンシリサイド)層106、及びゲ
ート電極エッチング時のマスクとなる酸化膜107を製
膜している。
FIG. 1F shows a state in which a layer for forming a control gate electrode of the nonvolatile semiconductor device is formed on the floating gate electrode. An oxide film 104 is formed by thermal oxidation on the patterned polysilicon layer 102, and a polysilicon layer 105 and a WSi (tungsten silicide) layer 106 serving as a gate electrode are formed thereon, and an oxidation serving as a mask for etching the gate electrode. The film 107 is formed.

【0025】図1(g)は、本発明による不揮発性の半
導体装置が形成された状態を示すものである。通常のフ
ォト工程により制御電極のパターンを形成した後、酸化
膜107、WSi層106及びポリシリコン層105を
エッチングする。この工程で、同一の基板上に形成され
ている不揮発性の半導体装置以外のMIS型半導体装置
のゲート電極の加工を行っている。他のMIS型半導体
装置をレジストで覆った後、酸化膜107をマスクとし
て、酸化膜104及びポリシリコン層102をエッチン
グし、浮遊ゲート電極108を形成する。イオン打ち込
みにより半導体装置のソース、ドレイン領域110を形
成し、層間絶縁膜113を形成後、配線工程を行うこと
で本発明による不揮発性半導体装置を形成することがで
きる。
FIG. 1 (g) shows a state in which a nonvolatile semiconductor device according to the present invention has been formed. After forming the pattern of the control electrode by a normal photo process, the oxide film 107, the WSi layer 106, and the polysilicon layer 105 are etched. In this step, the gate electrodes of the MIS semiconductor devices other than the nonvolatile semiconductor device formed on the same substrate are processed. After covering another MIS type semiconductor device with a resist, the oxide film 104 and the polysilicon layer 102 are etched using the oxide film 107 as a mask to form a floating gate electrode 108. The source / drain regions 110 of the semiconductor device are formed by ion implantation, the interlayer insulating film 113 is formed, and then a wiring process is performed. Thus, a nonvolatile semiconductor device according to the present invention can be formed.

【0026】(b)で製膜するポリシリコン層102の
膜厚は、(c)でのイオン打ち込みの加速電圧を30k
eVとした場合で、イオンのチャンネル部への突き抜け
を防止するため、150nm以上とする必要がある。膜
厚のばらつき等のマージンを考慮すると、実際的には1
70nm以上とすることが望ましい。ただし(c)での
イオン打ち込みの加速電圧を低くすることにより、ポリ
シリコン層102をより薄くすることも可能である。そ
の様な条件を用いた場合には、(d)での酸化膜103
の膜厚を薄く抑えることが可能となり、最終的な浮遊ゲ
ート電極の膜圧の再現性及び均一性を高めることができ
る。
The film thickness of the polysilicon layer 102 to be formed in (b) is set to an acceleration voltage of 30 k for the ion implantation in (c).
In the case of eV, the thickness needs to be 150 nm or more in order to prevent penetration of ions into the channel portion. In consideration of margins such as variations in film thickness, 1
It is desirable to be 70 nm or more. However, it is possible to make the polysilicon layer 102 thinner by lowering the acceleration voltage for ion implantation in (c). When such conditions are used, the oxide film 103 in FIG.
Can be suppressed to a small thickness, and the reproducibility and uniformity of the final film thickness of the floating gate electrode can be improved.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明の不揮発性半導体装置の製造方法
を用いる事により、浮遊ゲート電極加工時の形状の安定
性を向上させるとともに、不揮発性半導体装置の特性の
再現性を向上させることができる。また、浮遊ゲート電
極の薄膜化が可能となり、素子の微細化に対応すること
が可能となった。
According to the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor device of the present invention, the stability of the shape at the time of processing the floating gate electrode can be improved, and the reproducibility of the characteristics of the nonvolatile semiconductor device can be improved. . Further, the thickness of the floating gate electrode can be reduced, and it is possible to cope with miniaturization of elements.

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

【図1】本発明の実施例の不揮発性半導体装置の製造方
法を工程順に示した工程断面図である。
FIG. 1 is a process sectional view showing a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor device according to an example of the present invention in the order of processes.

【図2】従来の不揮発性半導体装置の製造方法を工程順
に示した工程断面図である。
FIG. 2 is a process sectional view showing a conventional method for manufacturing a nonvolatile semiconductor device in the order of processes.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、201・・・トンネル酸化膜 102、202・・・ポリシリコン層 103・・・・・・・酸化膜(ポリシリコンを酸化した
膜) 203・・・・・・・酸化膜(イオン打ち込みの透過
膜) 104、204・・・酸化膜 105、205・・・ポリシリコン層 106、206・・・WSi(タングステンシリサイ
ド)層 107、207・・・酸化膜(ゲート電極加工時のマス
ク層) 108、208・・・浮遊ゲート電極 109、209・・・制御ゲート電極 110、210・・・ソース・ドレイン 111、211・・・素子分離領域(LOCOS酸化
膜) 112、212・・・Pウェル
101, 201: tunnel oxide film 102, 202: polysilicon layer 103: oxide film (film obtained by oxidizing polysilicon) 203: oxide film (of ion implantation) Oxide film 105, 205 ... Polysilicon layer 106, 206 ... WSi (tungsten silicide) layer 107, 207 ... Oxide film (mask layer at the time of gate electrode processing) 108 , 208: floating gate electrode 109, 209: control gate electrode 110, 210: source / drain 111, 211: element isolation region (LOCOS oxide film) 112, 212: P well

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ゲート電極の下側に浮遊ゲート電極を有す
る構造の不揮発半導体装置の製造方法に於いて、(1)
非単結晶のシリコンを製膜する工程、(2)前記非単結
晶シリコン膜にイオン打ち込みにより不純物を導入する
工程、(3)前記非単結晶シリコン膜を酸化する工程、
(4)前記酸化膜を除去する工程、(5)前記非単結晶
シリコン膜をエッチングしパターンを形成する工程を有
することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In a method of manufacturing a nonvolatile semiconductor device having a structure in which a floating gate electrode is provided below a gate electrode, (1)
Forming a non-single-crystal silicon film, (2) introducing an impurity into the non-single-crystal silicon film by ion implantation, (3) oxidizing the non-single-crystal silicon film,
(4) A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of removing the oxide film; and (5) a step of forming a pattern by etching the non-single-crystal silicon film.
【請求項2】前記(1)の非単結晶シリコン膜の膜厚が
150nm以上250nm以下であることを特徴とする
請求項1記載の半導体装置の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said non-single-crystal silicon film has a thickness of 150 nm or more and 250 nm or less.
【請求項3】前記(2)の導入する不純物がP(リン)
であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. The method according to claim 2, wherein the impurity introduced in the step (2) is P (phosphorus).
A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項4】前記(3)の酸化が、少なくとも800℃
以上900℃以下で酸素濃度が50%以下の窒素或はア
ルゴン雰囲気での酸化工程と、850℃以上950℃以
下でのウェット酸化工程を含むことを特徴とする請求項
1記載の半導体装置の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the oxidation of (3) is at least 800 ° C.
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising: an oxidation step in a nitrogen or argon atmosphere having an oxygen concentration of not more than 900 ° C. and not more than 50%; and a wet oxidation step of not less than 850 ° C. and not more than 950 ° C. Method.
【請求項5】前記(3)の酸化後の非単結晶シリコン膜
の膜厚が130nm以下であることを特徴とする請求項
1記載の半導体装置の製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein the thickness of the non-single-crystal silicon film after the oxidation in the step (3) is 130 nm or less.
【請求項6】前記(5)のエッチング工程が、CF
を用いた等方或は低異方性のエッチングであること
を特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
6. The method according to claim 5, wherein the etching step (5) is performed by using CF 4 ,
2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein isotropic or low-anisotropic etching using O 2 is performed.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7608509B2 (en) 2005-08-01 2009-10-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of manufacturing a flash memory device having compensation members formed on edge portions of a tunnel oxide layer

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