JPH11340343A - Fabrication of semiconductor device - Google Patents

Fabrication of semiconductor device

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JPH11340343A
JPH11340343A JP10139865A JP13986598A JPH11340343A JP H11340343 A JPH11340343 A JP H11340343A JP 10139865 A JP10139865 A JP 10139865A JP 13986598 A JP13986598 A JP 13986598A JP H11340343 A JPH11340343 A JP H11340343A
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JP
Japan
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insulating film
forming
conductive layer
gate
layer
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Application number
JP10139865A
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Japanese (ja)
Inventor
Osamu Noguchi
修 野口
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for fabricating a field effect transistor having an insulation gate in which reliability of gate insulation film can be enhanced. SOLUTION: A gate insulation film 21 is formed on a semiconductor substrate 10 having a channel forming region and a first conductive layer 30 of amorphous silicon containing conductive impurities is formed on the gate insulation film 21. Subsequently, the first conductive layer 30 is heat treated to obtain a crystallized first conductive layer 30a which is then patterned into gate electrode and a source-drain region to be connected with the channel forming region is formed in the semiconductor substrate 10.

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、半導体装置の製造
方法に関し、特に電界効果トランジスタを有する半導体
装置の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having a field effect transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】電気的に書き換え可能な半導体不揮発性
記憶装置(EEPROM:Electrically Erasable and
Programmable ROM)はDRAM(Dynamic Random Acces
s Memory)などの他の半導体記憶装置と比較して1ビッ
トあたりの記憶素子の面積を理論上最も小さくできるこ
とから、半導体記憶装置として大容量化が期待され、特
にフロッピーディスクなどの磁気記憶装置の代替手段と
して検討が活発に行われている。EEPROMとして
は、フローティングゲート型、MNOS型あるいはMO
NOS型、TEXTURED POLY型など、様々な
特徴を有する構造のものが開発されている。
2. Description of the Related Art An electrically erasable nonvolatile semiconductor memory (EEPROM) is known.
Programmable ROM is DRAM (Dynamic Random Acces)
Since the area of a storage element per bit can be theoretically minimized as compared with other semiconductor storage devices such as a s Memory, a large capacity is expected as a semiconductor storage device. Consideration is being actively given as an alternative. As an EEPROM, a floating gate type, MNOS type or MO
Structures having various features such as NOS type and TEXTURED POLY type have been developed.

【0003】EEPROMの1つであるフローティング
ゲート型の半導体不揮発性記憶装置の一例の断面図を図
12に示す。素子分離絶縁膜20により分離された半導
体基板10のチャネル形成領域上に、例えば薄膜の酸化
シリコンからなるゲート絶縁膜21が形成されており、
その上層に例えばポリシリコンからなるフローティング
ゲート30bが形成されており、さらにその上層に例え
ばONO膜(酸化膜−窒化膜−酸化膜の積層絶縁膜)か
らなる中間絶縁膜22aが形成されている。中間絶縁膜
22aの上層には、例えばポリシリコンとタングステン
シリサイドを積層させたポリサイド構造(図面上は単層
として表示している)からなるコントロールゲート31
aが形成されている。コントロールゲート31a、中間
絶縁膜22aおよびフローティングゲート30bの両側
部には例えば酸化シリコンのサイドウォール絶縁膜23
が形成されている。また、コントロールゲート31aの
両側部の半導体基板10中には、ソース・ドレイン拡散
層12が形成されており、そのチャネル形成領域側に
は、ソース・ドレイン拡散層12よりも低濃度に導電性
不純物を含有するLDD(Lightly Doped Drain )拡散
層11が形成されている。以上のように、コントロール
ゲート31aと半導体基板10中のチャネル形成領域の
間に、絶縁膜に被覆されたフローティングゲート30b
を有する電界効果トランジスタが構成されている。
FIG. 12 is a sectional view showing an example of a floating gate type semiconductor nonvolatile memory device which is one of the EEPROMs. A gate insulating film 21 made of, for example, a thin silicon oxide is formed on a channel formation region of the semiconductor substrate 10 separated by the element isolation insulating film 20.
A floating gate 30b made of, for example, polysilicon is formed thereon, and an intermediate insulating film 22a made of, for example, an ONO film (a stacked insulating film of an oxide film-nitride film-oxide film) is formed thereon. On the upper layer of the intermediate insulating film 22a, for example, a control gate 31 having a polycide structure in which polysilicon and tungsten silicide are laminated (shown as a single layer in the drawing)
a is formed. On both sides of the control gate 31a, the intermediate insulating film 22a and the floating gate 30b, for example, a sidewall insulating film 23 of silicon oxide
Are formed. A source / drain diffusion layer 12 is formed in the semiconductor substrate 10 on both sides of the control gate 31a, and a conductive impurity having a lower concentration than the source / drain diffusion layer 12 is formed on the channel formation region side. (Lightly Doped Drain) diffusion layer 11 containing GaN. As described above, the floating gate 30b covered with the insulating film is provided between the control gate 31a and the channel formation region in the semiconductor substrate 10.
Is formed.

【0004】また、上記のトランジスタを被覆して全面
に酸化シリコンの層間絶縁膜24が形成されており、ソ
ース・ドレイン拡散層12およびコントロールゲート3
1aを露出するコンタクトホールが開口されて、ソース
・ドレイン拡散層12およびコントロールゲート31a
にそれぞれ接続する電極32が形成されている。
A silicon oxide interlayer insulating film 24 is formed on the entire surface so as to cover the transistor, and the source / drain diffusion layer 12 and the control gate 3 are formed.
A contact hole exposing 1a is opened, and source / drain diffusion layer 12 and control gate 31a are opened.
Are formed to connect to the respective electrodes.

【0005】上記の構造を有するフローティングゲート
型の半導体不揮発性記憶装置においては、フローティン
グゲート30bは膜中に電荷を保持する機能を持ち、ゲ
ート絶縁膜21、中間絶縁膜22aおよびサイドウォー
ル絶縁膜23は電荷をフローティングゲート30b中に
閉じ込める役割を持つ。コントロールゲート31a、半
導体基板10あるいはソース・ドレイン拡散層12など
に適当な電圧を印加すると、ファウラー・ノルドハイム
型トンネル電流が生じ、ゲート絶縁膜21を通して半導
体基板10からフローティングゲート30bへ電荷が注
入され、あるいはフローティングゲート30bから半導
体基板10へ電荷が放出される。
In the floating gate type semiconductor nonvolatile memory device having the above-mentioned structure, the floating gate 30b has a function of retaining electric charge in the film, and has a gate insulating film 21, an intermediate insulating film 22a and a sidewall insulating film 23. Has a role of confining charges in the floating gate 30b. When an appropriate voltage is applied to the control gate 31a, the semiconductor substrate 10 or the source / drain diffusion layer 12, a Fowler-Nordheim tunnel current is generated, and charges are injected from the semiconductor substrate 10 to the floating gate 30b through the gate insulating film 21, Alternatively, charges are released from the floating gate 30b to the semiconductor substrate 10.

【0006】上記のようにフローティングゲート30b
中に電荷が蓄積されると、この蓄積電荷による電界が発
生するため、トランジスタの閾値電圧が変化する。この
変化によりデータの記憶が可能となる。例えば、フロー
ティングゲート30b中に電子を蓄積することでデータ
の消去を行い、また、フローティングゲート30b中に
蓄積した電子を放出することでデータを書き込みするこ
とができる。
As described above, the floating gate 30b
When electric charges are accumulated therein, an electric field is generated by the accumulated charges, so that the threshold voltage of the transistor changes. This change allows data to be stored. For example, data can be erased by accumulating electrons in the floating gate 30b, and data can be written by discharging electrons accumulated in the floating gate 30b.

【0007】上記のフローティングゲート型の半導体不
揮発性記憶装置の製造方法について、図面を参照して以
下に説明する。まず、図13(a)に示すように、シリ
コン半導体基板10上に例えばLOCOS(Local Oxid
ation of Silicon)法により素子分離絶縁膜20を形成
する。次に、素子分離絶縁膜20で分離された活性領域
(チャネル形成領域)上に、例えば熱酸化法により酸化
シリコンのゲート絶縁膜21を形成する。
A method of manufacturing the above-mentioned floating gate type semiconductor nonvolatile memory device will be described below with reference to the drawings. First, as shown in FIG. 13A, for example, a LOCOS (Local Oxid
The element isolation insulating film 20 is formed by a method of formation (Silicon). Next, a gate insulating film 21 of silicon oxide is formed on the active region (channel forming region) separated by the element isolation insulating film 20 by, for example, a thermal oxidation method.

【0008】次に、図13(b)に示すように、ゲート
絶縁膜21の上層に例えばCVD(Chemical Vapor Dep
osition )法により導電性不純物を含有していないポリ
シリコンを堆積させ、フローティングゲート用層30c
を形成する。
Next, as shown in FIG. 13B, for example, a CVD (Chemical Vapor Dep
osition) method to deposit polysilicon containing no conductive impurities, and to form a floating gate layer 30c.
To form

【0009】次に、図13(c)に示すように、例えば
POCl3 を用いた熱拡散により、フローティングゲート用
層30c中にリンなどの導電性不純物Dを拡散させ、導
電性を有するフローティングゲート用層30aを形成す
る。
Next, for example, as shown in FIG.
The conductive impurity D such as phosphorus is diffused into the floating gate layer 30c by thermal diffusion using POCl 3 to form the floating gate layer 30a having conductivity.

【0010】次に、図14(d)に示すように、フロー
ティングゲート用層30aの上層に、例えば熱酸化法あ
るいはCVD法により酸化膜を形成し、次に例えばCV
D法により窒化膜を形成し、次に熱酸化法あるいはCV
D法により酸化膜を形成し、ONO膜(酸化膜−窒化膜
−酸化膜の積層絶縁膜)である中間絶縁膜22を形成す
る。次に、例えばCVD法によりポリシリコンおよびタ
ングステンシリサイドを順に積層させ、ポリサイド構造
(図面上は単層として表示している)のコントロールゲ
ート用層31を形成する。
Next, as shown in FIG. 1D, an oxide film is formed on the floating gate layer 30a by, for example, a thermal oxidation method or a CVD method.
A nitride film is formed by the D method, and then a thermal oxidation method or a CV
An oxide film is formed by the method D, and an intermediate insulating film 22 which is an ONO film (a stacked insulating film of an oxide film-nitride film-oxide film) is formed. Next, polysilicon and tungsten silicide are sequentially laminated by, for example, a CVD method to form a control gate layer 31 having a polycide structure (shown as a single layer in the drawing).

【0011】次に、図14(e)に示すように、フォト
リソグラフィー工程によりゲート電極パターンのレジス
ト膜Rを形成し、RIE(反応性イオンエッチング)な
どのエッチングによりゲート電極パターンに加工して、
フローティングゲート30b、中間絶縁膜22aおよび
コントロールゲート31aを形成する。
Next, as shown in FIG. 14E, a resist film R of a gate electrode pattern is formed by a photolithography process, and processed into a gate electrode pattern by etching such as RIE (reactive ion etching).
The floating gate 30b, the intermediate insulating film 22a, and the control gate 31a are formed.

【0012】次に、図14(f)に示すように、コント
ロールゲート31aをマスクとして導電性不純物D1を
イオン注入し、LDD拡散層11を形成する。
Next, as shown in FIG. 14F, the conductive impurity D1 is ion-implanted using the control gate 31a as a mask to form the LDD diffusion layer 11.

【0013】次に、図15(g)に示すように、例えば
CVD法により酸化シリコンを全面に堆積させ、RIE
などのエッチングにより全面にエッチバックして、コン
トロールゲート31a、中間絶縁膜22aおよびフロー
ティングゲート30bの両側部の酸化シリコンを残して
それ以外を除去し、酸化シリコンのサイドウォール絶縁
膜23を形成する。
Next, as shown in FIG. 15G, silicon oxide is deposited on the entire surface by, eg, CVD, and
Etching is performed on the entire surface by etching such as to remove silicon oxide on both sides of the control gate 31a, the intermediate insulating film 22a, and the floating gate 30b, and remove the other portions to form a silicon oxide sidewall insulating film 23.

【0014】次に、図15(h)に示すように、サイド
ウォール絶縁膜23をマスクとして導電性不純物D2を
LDD拡散層11よりも高濃度となるようにイオン注入
し、ソース・ドレイン拡散層12を形成する。以上で、
LDD構造のソース・ドレイン領域を有するフローティ
ングゲート構造のメモリトランジスタとなる電界効果ト
ランジスタが形成される。
Next, as shown in FIG. 15H, ions of a conductive impurity D2 are implanted at a higher concentration than the LDD diffusion layer 11 using the side wall insulating film 23 as a mask. 12 is formed. Above,
A field effect transistor to be a memory transistor having a floating gate structure having a source / drain region having an LDD structure is formed.

【0015】次に、図15(i)に示すように、上記の
電界効果トランジスタを被覆して全面に、例えばCVD
法により酸化シリコンを堆積させ、層間絶縁膜24を形
成する。
Next, as shown in FIG. 15 (i), the above-mentioned field effect transistor is covered and
Silicon oxide is deposited by a method to form an interlayer insulating film 24.

【0016】次に、コントロールゲート31aおよびソ
ース・ドレイン拡散層12を露出させるコンタクトホー
ルを層間絶縁膜24に開口し、コンタクトホール内を埋
め込んで全面に、例えばスパッタリング法によりアルミ
ニウムなどの導電層を形成し、パターニングして、コン
トロールゲート31aおよびソース・ドレイン拡散層1
2にそれぞれ接続する電極32を形成する。以上で、図
12に示す半導体不揮発性記憶装置に至る。
Next, a contact hole for exposing the control gate 31a and the source / drain diffusion layer 12 is opened in the interlayer insulating film 24, and a conductive layer of, for example, aluminum is formed on the entire surface by filling the contact hole. And then pattern the control gate 31a and the source / drain diffusion layer 1
2 are formed to be connected to the electrodes 2 respectively. As described above, the operation reaches the semiconductor nonvolatile memory device shown in FIG.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来方法により製造したフローティングゲート型の半導
体不揮発性記憶装置は、トンネル絶縁膜であるゲート絶
縁膜の信頼性が低いという問題がある。データを記憶あ
るいは消去するため、フローティングゲートに電荷を注
入する、あるいは、フローティングゲートから電荷を放
出するとき、ゲート絶縁膜にトンネル電流が流れるが、
データの書き込み/消去を繰り返すことでゲート絶縁膜
が劣化し、ついには破壊されてしまうので、データの書
き込み/消去回数はゲート絶縁膜の信頼性に大きく左右
される。ゲート絶縁膜の信頼性が低いと、可能なデータ
の書き込み/消去回数が少なく、実用に耐えない。
However, the floating gate type semiconductor nonvolatile memory device manufactured by the above-mentioned conventional method has a problem that the reliability of the gate insulating film as the tunnel insulating film is low. When a charge is injected into or released from the floating gate to store or erase data, a tunnel current flows through the gate insulating film,
Since the gate insulating film is deteriorated and eventually destroyed by repeating data writing / erasing, the number of times of data writing / erasing largely depends on the reliability of the gate insulating film. If the reliability of the gate insulating film is low, the number of possible data write / erase operations is small, which is not practical.

【0018】また、上記のようなフローティングゲート
構造のトランジスタに限らず、通常のMOS電界効果ト
ランジスタにおいても、ゲート絶縁膜の信頼性の向上が
望まれている。
Further, not only the transistor having the floating gate structure as described above, but also the ordinary MOS field-effect transistor, there is a demand for improvement of the reliability of the gate insulating film.

【0019】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたも
のであり、従って、本発明は、半導体不揮発性記憶装置
におけるフローティングゲート構造のメモリトランジス
タとなるトランジスタなど、絶縁ゲートを有する電界効
果トランジスタにおいて、ゲート絶縁膜の信頼性を向上
させることができる半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and accordingly, the present invention relates to a field effect transistor having an insulating gate, such as a transistor serving as a memory transistor having a floating gate structure in a semiconductor nonvolatile memory device. It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of improving the reliability of a gate insulating film.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の半導体装置の製造方法は、チャネル形成領
域を有する半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程
と、前記ゲート絶縁膜の上層に導電性不純物を含有する
アモルファスシリコンからなる第1導電層を形成する工
程と、前記第1導電層を結晶化させる熱処理工程と、前
記第1導電層をゲート電極のパターンに加工する工程
と、前記半導体基板中に前記チャネル形成領域に接続す
るソース・ドレイン領域を形成する工程とを有する。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises the steps of: forming a gate insulating film on a semiconductor substrate having a channel forming region; A step of forming a first conductive layer made of amorphous silicon containing a conductive impurity in an upper layer, a heat treatment step of crystallizing the first conductive layer, and a step of processing the first conductive layer into a gate electrode pattern. Forming source / drain regions connected to the channel formation region in the semiconductor substrate.

【0021】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
チャネル形成領域を有する半導体基板上にゲート絶縁膜
を形成し、ゲート絶縁膜の上層に導電性不純物を含有す
るアモルファスシリコンからなる第1導電層を形成す
る。次に、第1導電層を結晶化させる熱処理を行う。次
に、第1導電層をゲート電極のパターンに加工し、半導
体基板中にチャネル形成領域に接続するソース・ドレイ
ン領域を形成する。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is as follows.
A gate insulating film is formed over a semiconductor substrate having a channel formation region, and a first conductive layer made of amorphous silicon containing a conductive impurity is formed over the gate insulating film. Next, heat treatment for crystallizing the first conductive layer is performed. Next, the first conductive layer is processed into a pattern of a gate electrode, and a source / drain region connected to a channel formation region is formed in the semiconductor substrate.

【0022】上記の半導体装置の製造方法によれば、ゲ
ート絶縁膜上に、フローティングゲート構造のトランジ
スタにおけるフローティングゲート、あるいは、MOS
電界効果トランジスタにおけるゲート電極となる第1導
電層をリンなどの導電性不純物を含有するアモルファル
シリコンとして堆積させ、後工程で結晶化することで、
ゲート絶縁膜の信頼性を向上させることができ、特にフ
ローティングゲート構造のトランジスタにおいてはデー
タの書き込み/消去回数を増加させることができる。
According to the above-described method for manufacturing a semiconductor device, a floating gate or a MOS transistor of a transistor having a floating gate structure is formed on a gate insulating film.
A first conductive layer serving as a gate electrode in a field-effect transistor is deposited as amorphous silicon containing a conductive impurity such as phosphorus, and crystallized in a later step,
The reliability of the gate insulating film can be improved, and in particular, in a transistor having a floating gate structure, the number of times of data writing / erasing can be increased.

【0023】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
好適には、前記第1導電層を形成する工程においては、
0.06重量%以上の濃度のリンを含有させて形成す
る。あるいは好適には、前記熱処理工程においては、9
00℃以下の温度で熱処理を行う。あるいは好適には、
前記熱処理工程においては、30分以上の熱処理を行
う。これらの条件で第1導電層を形成することにより、
ゲート絶縁膜の信頼性をさらに向上させることができ
る。
The method of manufacturing a semiconductor device of the present invention described above
Preferably, in the step of forming the first conductive layer,
It is formed by containing phosphorus at a concentration of 0.06% by weight or more. Alternatively, preferably, in the heat treatment step, 9
Heat treatment is performed at a temperature of 00 ° C. or less. Or preferably,
In the heat treatment step, heat treatment is performed for 30 minutes or more. By forming the first conductive layer under these conditions,
The reliability of the gate insulating film can be further improved.

【0024】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
好適には、前記ゲート絶縁膜を形成する工程において
は、熱酸化法により酸化シリコン膜を形成する。熱酸化
法により形成した酸化シリコン膜は、緻密で良好な膜で
あり、ゲート絶縁膜の信頼性をさらに向上させることが
できる。
The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention described above
Preferably, in the step of forming the gate insulating film, a silicon oxide film is formed by a thermal oxidation method. A silicon oxide film formed by a thermal oxidation method is a dense and favorable film, and can further improve the reliability of a gate insulating film.

【0025】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
好適には、前記熱処理工程の後、前記第1導電層をゲー
ト電極のパターンに加工する工程の前に、前記第1導電
層の上層に中間絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜の
上層に第2導電層を形成する工程をさらに有し、前記第
1導電層をゲート電極のパターンに加工する工程におい
ては、前記中間絶縁膜および前記第2導電層を同じパタ
ーンに加工する。さらに好適には、前記中間絶縁膜を形
成する工程においては、酸化膜−窒化膜−酸化膜の積層
絶縁膜を形成する。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention described above comprises:
Preferably, after the heat treatment step and before the step of processing the first conductive layer into a gate electrode pattern, a step of forming an intermediate insulating film on the first conductive layer; And forming the second conductive layer into a gate electrode pattern. In the step of processing the first conductive layer into a gate electrode pattern, the intermediate insulating film and the second conductive layer are processed into the same pattern. More preferably, in the step of forming the intermediate insulating film, a stacked insulating film of an oxide film-nitride film-oxide film is formed.

【0026】上記の半導体装置の製造方法によれば、第
1導電層をフローティングゲートとし、第2導電層をコ
ントロールゲートとして、フローティングゲートに電荷
を蓄積してデータを記憶するフローティングゲート構造
のメモリトランジスタとなるトランジスタを形成するこ
とができる。上記の構造のトランジスタにおいては、ゲ
ート絶縁膜を通して電荷がフローティングゲートに注入
されあるいはフローティングゲートから放出され、デー
タの書き込み/消去回数はゲート絶縁膜の信頼性に大き
く左右されるが、本発明によりゲート絶縁膜の信頼性を
向上できるので、データの書き込み/消去回数を増加さ
せることができる。
According to the above method of manufacturing a semiconductor device, a memory transistor having a floating gate structure in which a first conductive layer is used as a floating gate and a second conductive layer is used as a control gate to store data by storing charges in the floating gate. Can be formed. In the transistor having the above-described structure, charge is injected into or released from the floating gate through the gate insulating film, and the number of times of data writing / erasing largely depends on the reliability of the gate insulating film. Since the reliability of the insulating film can be improved, the number of times of writing / erasing data can be increased.

【0027】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
好適には、第1導電層をゲート電極のパターンに加工す
る工程の後、前記パターン加工された第1導電層の側壁
部にサイドウォール絶縁膜を形成する工程をさらに有
し、前記ソース・ドレイン領域を形成する工程が、前記
サイドウォール絶縁膜を形成する工程の前にイオン注入
して導電性不純物の低濃度含有領域を形成する工程と、
前記サイドウォール絶縁膜を形成する工程の後にイオン
注入して導電性不純物の高濃度含有領域を形成する工程
とを含む。これにより、LDD(Lightly Doped Drain
)構造のソース・ドレイン領域を形成することがで
き、半導体装置を微細化したときに発生するトランジス
タの短チャネル効果を抑制することができる。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention described above comprises:
Preferably, after the step of processing the first conductive layer into a gate electrode pattern, the method further comprises the step of forming a sidewall insulating film on a side wall of the patterned first conductive layer, Forming a region, forming a low-concentration region containing conductive impurities by performing ion implantation before the step of forming the sidewall insulating film;
Forming a region containing a high concentration of conductive impurities by ion implantation after the step of forming the sidewall insulating film. As a result, LDD (Lightly Doped Drain
3) A source / drain region having a structure can be formed, and a short channel effect of a transistor which occurs when a semiconductor device is miniaturized can be suppressed.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の半導体装置およ
びその製造方法の実施の形態について、図面を参照して
下記に説明する。
Embodiments of a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0029】第1実施形態 本実施形態にかかる半導体装置は、フローティングゲー
ト構造のメモリトランジスタを有する半導体不揮発性記
憶装置である。図1(a)はその断面図である。素子分
離絶縁膜20により分離された半導体基板10のチャネ
ル形成領域上に、例えば薄膜の酸化シリコンからなるゲ
ート絶縁膜21が形成されており、その上層に例えばポ
リシリコンからなるフローティングゲート30bが形成
されており、さらにその上層に例えばONO膜(酸化膜
−窒化膜−酸化膜の積層絶縁膜)からなる中間絶縁膜2
2aが形成されている。中間絶縁膜22aの上層には、
例えばポリシリコンとタングステンシリサイドを積層さ
せたポリサイド構造(図面上は単層として表示してい
る)からなるコントロールゲート31aが形成されてい
る。コントロールゲート31a、中間絶縁膜22aおよ
びフローティングゲート30bの両側部には例えば酸化
シリコンのサイドウォール絶縁膜23が形成されてい
る。また、コントロールゲート31aの両側部の半導体
基板10中には、ソース・ドレイン拡散層12が形成さ
れており、そのチャネル形成領域側には、ソース・ドレ
イン拡散層12よりも低濃度に導電性不純物を含有する
LDD(Lightly Doped Drain )拡散層11が形成され
ている。以上のように、コントロールゲート31aと半
導体基板10中のチャネル形成領域の間に、絶縁膜に被
覆されたフローティングゲート30bを有する電界効果
トランジスタが構成されている。
First Embodiment A semiconductor device according to the present embodiment is a semiconductor nonvolatile memory device having a floating gate memory transistor. FIG. 1A is a sectional view thereof. A gate insulating film 21 made of, for example, a thin silicon oxide is formed on a channel formation region of the semiconductor substrate 10 separated by the element isolation insulating film 20, and a floating gate 30b made of, for example, polysilicon is formed thereon. And an intermediate insulating film 2 made of, for example, an ONO film (a stacked insulating film of an oxide film, a nitride film and an oxide film) as an upper layer thereon
2a is formed. In the upper layer of the intermediate insulating film 22a,
For example, a control gate 31a having a polycide structure in which polysilicon and tungsten silicide are laminated (shown as a single layer in the drawing) is formed. On both sides of the control gate 31a, the intermediate insulating film 22a, and the floating gate 30b, for example, a sidewall insulating film 23 of silicon oxide is formed. A source / drain diffusion layer 12 is formed in the semiconductor substrate 10 on both sides of the control gate 31a, and a conductive impurity having a lower concentration than the source / drain diffusion layer 12 is formed on the channel formation region side. (Lightly Doped Drain) diffusion layer 11 containing GaN. As described above, the field effect transistor having the floating gate 30b covered with the insulating film is formed between the control gate 31a and the channel formation region in the semiconductor substrate 10.

【0030】また、上記のトランジスタを被覆して全面
に酸化シリコンの層間絶縁膜24が形成されており、ソ
ース・ドレイン拡散層12およびコントロールゲート3
1aを露出するコンタクトホールが開口されて、ソース
・ドレイン拡散層12およびコントロールゲート31a
にそれぞれ接続する電極32が形成されている。
Further, an interlayer insulating film 24 of silicon oxide is formed on the entire surface so as to cover the transistor, and the source / drain diffusion layer 12 and the control gate 3 are formed.
A contact hole exposing 1a is opened, and source / drain diffusion layer 12 and control gate 31a are opened.
Are formed to connect to the respective electrodes.

【0031】上記の構造を有するフローティングゲート
型の半導体不揮発性記憶装置においては、フローティン
グゲート30bは膜中に電荷を保持する機能を持ち、ゲ
ート絶縁膜21、中間絶縁膜22aおよびサイドウォー
ル絶縁膜23は電荷をフローティングゲート30b中に
閉じ込める役割を持つ。コントロールゲート31a、半
導体基板10あるいはソース・ドレイン拡散層12など
に適当な電圧を印加すると、ファウラー・ノルドハイム
型トンネル電流が生じ、ゲート絶縁膜21を通して半導
体基板10からフローティングゲート30bへ電荷が注
入され、あるいはフローティングゲート30bから半導
体基板10へ電荷が放出される。
In the floating gate type semiconductor nonvolatile memory device having the above-described structure, the floating gate 30b has a function of retaining charges in the film, and the gate insulating film 21, the intermediate insulating film 22a and the sidewall insulating film 23 Has a role of confining charges in the floating gate 30b. When an appropriate voltage is applied to the control gate 31a, the semiconductor substrate 10 or the source / drain diffusion layer 12, a Fowler-Nordheim tunnel current is generated, and charges are injected from the semiconductor substrate 10 to the floating gate 30b through the gate insulating film 21, Alternatively, charges are released from the floating gate 30b to the semiconductor substrate 10.

【0032】上記のようにフローティングゲート30b
中に電荷が蓄積されると、この蓄積電荷による電界が発
生するため、トランジスタの閾値電圧が変化する。この
変化によりデータの記憶が可能となる。例えば、フロー
ティングゲート30b中に電子を蓄積することでデータ
の消去を行い、また、フローティングゲート30b中に
蓄積した電子を放出することでデータを書き込みするこ
とができる。
As described above, the floating gate 30b
When electric charges are accumulated therein, an electric field is generated by the accumulated charges, so that the threshold voltage of the transistor changes. This change allows data to be stored. For example, data can be erased by accumulating electrons in the floating gate 30b, and data can be written by discharging electrons accumulated in the floating gate 30b.

【0033】上記のフローティングゲート型の半導体不
揮発性記憶装置の製造方法について、図面を参照して以
下に説明する。まず、図2(a)に示すように、シリコ
ン半導体基板10上に例えばLOCOS(Local Oxidat
ion of Silicon)法により素子分離絶縁膜20を形成す
る。次に、素子分離絶縁膜20で分離された活性領域
(チャネル形成領域)上に、例えば熱酸化法により9n
mの膜厚で酸化シリコンのゲート絶縁膜21を形成す
る。
A method of manufacturing the above-mentioned floating gate type semiconductor nonvolatile memory device will be described below with reference to the drawings. First, as shown in FIG. 2A, for example, a LOCOS (Local Oxidat
An element isolation insulating film 20 is formed by an ion of silicon method. Next, 9n is formed on the active region (channel formation region) separated by the element isolation insulating film 20 by, for example, a thermal oxidation method.
A gate insulating film 21 of silicon oxide is formed to a thickness of m.

【0034】次に、図2(b)に示すように、ゲート絶
縁膜21の上層に例えばCVD(Chemical Vapor Depos
ition )法により導電性不純物としてリンを含有するア
モルファスシリコンを成膜温度530℃、100nmの
膜厚で堆積させ、フローティングゲート用層30を形成
する。アモルファスシリコン膜中のリンの含有量として
は、例えば0.06〜0.75重量%とすることができ
る。
Next, as shown in FIG. 2B, for example, a CVD (Chemical Vapor Depos)
The floating gate layer 30 is formed by depositing amorphous silicon containing phosphorus as a conductive impurity at a film forming temperature of 530 ° C. and a thickness of 100 nm by the ition) method. The content of phosphorus in the amorphous silicon film can be, for example, 0.06 to 0.75% by weight.

【0035】次に、図2(c)に示すように、熱処理を
施して、アモルファスシリコンを結晶化させ、結晶化し
たフローティングゲート用層30aを形成する。熱処理
温度としては、例えば650〜900℃、熱処理時間と
しては、例えば30分〜10時間とすることができる。
Next, as shown in FIG. 2C, a heat treatment is performed to crystallize the amorphous silicon, thereby forming a crystallized floating gate layer 30a. The heat treatment temperature can be, for example, 650 to 900 ° C., and the heat treatment time can be, for example, 30 minutes to 10 hours.

【0036】次に、図3(d)に示すように、フローテ
ィングゲート用層30aの上層に、例えば熱酸化法ある
いはCVD法により酸化膜を形成し、次に例えばCVD
法により窒化膜を形成し、次に熱酸化法あるいはCVD
法により酸化膜を形成し、ONO膜(酸化膜−窒化膜−
酸化膜の積層絶縁膜)である中間絶縁膜22を酸化膜換
算膜厚で20nm程度の膜厚で形成する。次に、例えば
CVD法によりポリシリコンおよびタングステンシリサ
イドを順に200nm程度の膜厚で積層させ、ポリサイ
ド構造(図面上は単層として表示している)のコントロ
ールゲート用層31を形成する。
Next, as shown in FIG. 3D, an oxide film is formed on the floating gate layer 30a by, for example, a thermal oxidation method or a CVD method.
A nitride film is formed by a thermal oxidation method or CVD.
An ONO film (oxide film-nitride film-
An intermediate insulating film 22 which is a stacked insulating film of an oxide film) is formed to a thickness of about 20 nm in terms of an oxide film. Next, polysilicon and tungsten silicide are sequentially deposited to a thickness of about 200 nm by, for example, a CVD method to form a control gate layer 31 having a polycide structure (shown as a single layer in the drawing).

【0037】次に、図3(e)に示すように、フォトリ
ソグラフィー工程によりゲート電極パターンのレジスト
膜Rを形成し、RIE(反応性イオンエッチング)など
のエッチングによりゲート電極パターンに加工して、フ
ローティングゲート30b、中間絶縁膜22aおよびコ
ントロールゲート31aを形成する。
Next, as shown in FIG. 3E, a resist film R of a gate electrode pattern is formed by a photolithography process, and is processed into a gate electrode pattern by etching such as RIE (reactive ion etching). The floating gate 30b, the intermediate insulating film 22a, and the control gate 31a are formed.

【0038】次に、図3(f)に示すように、コントロ
ールゲート31aをマスクとして導電性不純物D1をイ
オン注入し、LDD拡散層11を形成する。
Next, as shown in FIG. 3F, the conductive impurity D1 is ion-implanted using the control gate 31a as a mask to form the LDD diffusion layer 11.

【0039】次に、図4(g)に示すように、例えばC
VD法により酸化シリコンを全面に堆積させ、RIEな
どのエッチングにより全面にエッチバックして、コント
ロールゲート31a、中間絶縁膜22aおよびフローテ
ィングゲート30bの両側部の酸化シリコンを残してそ
れ以外を除去し、酸化シリコンのサイドウォール絶縁膜
23を形成する。
Next, as shown in FIG.
Silicon oxide is deposited on the entire surface by the VD method, etched back by etching such as RIE, and the other portions are removed except for the silicon oxide on both sides of the control gate 31a, the intermediate insulating film 22a and the floating gate 30b. A side wall insulating film 23 of silicon oxide is formed.

【0040】次に、図4(h)に示すように、サイドウ
ォール絶縁膜23をマスクとして導電性不純物D2をL
DD拡散層11よりも高濃度となるようにイオン注入
し、ソース・ドレイン拡散層12を形成する。以上で、
LDD構造のソース・ドレイン領域を有するフローティ
ングゲート構造のメモリトランジスタとなる電界効果ト
ランジスタが形成される。
Next, as shown in FIG. 4H, the conductive impurity D2 is changed to L using the sidewall insulating film 23 as a mask.
The source / drain diffusion layers 12 are formed by ion implantation so as to have a higher concentration than the DD diffusion layers 11. Above,
A field effect transistor to be a memory transistor having a floating gate structure having a source / drain region having an LDD structure is formed.

【0041】次に、図4(i)に示すように、上記の電
界効果トランジスタを被覆して全面に、例えばCVD法
により酸化シリコンを堆積させ、層間絶縁膜24を形成
する。
Next, as shown in FIG. 4 (i), an interlayer insulating film 24 is formed by depositing silicon oxide on the entire surface covering the field effect transistor by, for example, a CVD method.

【0042】次に、コントロールゲート31aおよびソ
ース・ドレイン拡散層12を露出させるコンタクトホー
ルを層間絶縁膜24に開口し、コンタクトホール内を埋
め込んで全面に、例えばスパッタリング法によりアルミ
ニウムなどの導電層を形成し、パターニングして、コン
トロールゲート31aおよびソース・ドレイン拡散層1
2にそれぞれ接続する電極32を形成する。以上で、図
1に示す半導体不揮発性記憶装置に至る。
Next, a contact hole for exposing the control gate 31a and the source / drain diffusion layer 12 is opened in the interlayer insulating film 24, and a conductive layer of aluminum or the like is formed on the entire surface by filling the contact hole, for example, by a sputtering method. And then pattern the control gate 31a and the source / drain diffusion layer 1
2 are formed to be connected to the electrodes 2 respectively. As described above, the operation reaches the semiconductor nonvolatile memory device shown in FIG.

【0043】上記の本実施形態の半導体不揮発性記憶装
置の製造方法によれば、ゲート絶縁膜上に、フローティ
ングゲート構造のトランジスタにおけるフローティング
ゲートとなる導電層をリンなどの導電性不純物を含有す
るアモルファルシリコンとして堆積させ、後工程で結晶
化することで、ゲート絶縁膜の信頼性を向上させること
ができ、データの書き込み/消去回数を増加させること
ができる。
According to the method of manufacturing the semiconductor nonvolatile memory device of the present embodiment, the conductive layer serving as the floating gate in the transistor having the floating gate structure is formed on the gate insulating film by the amorphous layer containing a conductive impurity such as phosphorus. By depositing as silicon and crystallizing in a later step, the reliability of the gate insulating film can be improved and the number of times of data writing / erasing can be increased.

【0044】(実施例1)上記の実施形態において、熱
処理温度を650℃、熱処理時間を30分に固定し、フ
ローティングゲート用層となるアモルファスシリコン層
中のリンの含有量をそれぞれ0.06重量%、0.5重
量%、0.75重量%とした半導体装置を作成した。こ
れらの半導体装置と、従来方法によりフローティングゲ
ート用層となるポリシリコン層中にPOCl3 を用いた熱拡
散によりリンを導入して作成した比較例となる半導体装
置について、定電流TDDB(Time Dependent Dielect
ricBreakdown )特性(Qbd値)を調べた。結果を図
5に示す。TDDB特性における真性耐圧(磨耗領域の
耐圧)は本実施例の半導体装置のいずれも比較例より高
く、特にリンの含有量が高いほど真性耐圧が高くなり、
0.75重量%のときに真性耐圧が最も高くなっている
ことがわかった。
Example 1 In the above embodiment, the heat treatment temperature was fixed at 650 ° C., the heat treatment time was fixed at 30 minutes, and the phosphorus content in the amorphous silicon layer serving as the floating gate layer was 0.06 wt. %, 0.5% by weight, and 0.75% by weight. A constant current TDDB (Time Dependent Dielect) is used for these semiconductor devices and a semiconductor device as a comparative example formed by introducing phosphorus by thermal diffusion using POCl 3 into a polysilicon layer serving as a floating gate layer by a conventional method.
ricBreakdown) characteristics (Qbd value) were examined. FIG. 5 shows the results. The intrinsic withstand voltage in the TDDB characteristic (the withstand voltage in the abrasion region) is higher than that of the comparative example in any of the semiconductor devices of the present embodiment.
It was found that the intrinsic withstand voltage was the highest at 0.75% by weight.

【0045】(実施例2)上記の実施形態において、フ
ローティングゲート用層となるアモルファシシリコン層
中リンの含有量を0.5重量%、熱処理時間を30分に
固定し、熱処理温度をそれぞれ650℃、830℃、9
00℃としたとした半導体装置を作成した。これらの半
導体装置と、従来方法によりフローティングゲート用層
となるポリシリコン層中にPOCl3 を用いた熱拡散により
リンを導入して作成した比較例となる半導体装置につい
て、実施例1と同様に定電流TDDB特性(Qbd値)
を調べた。結果を図6に示す。TDDB特性における真
性耐圧は本実施例の半導体装置のいずれも比較例より高
く、特に熱処理温度が低いほど真性耐圧が高くなり、6
50℃のときに真性耐圧が最も高くなっていることがわ
かった。
(Example 2) In the above embodiment, the phosphorus content in the amorphous silicon layer serving as the floating gate layer was fixed at 0.5% by weight, the heat treatment time was fixed at 30 minutes, and the heat treatment temperature was set at 650. ℃, 830 ℃, 9
A semiconductor device was set at a temperature of 00 ° C. These semiconductor devices and a comparative semiconductor device fabricated by introducing phosphorus by thermal diffusion using POCl 3 into a polysilicon layer serving as a floating gate layer according to a conventional method were defined in the same manner as in Example 1. Current TDDB characteristics (Qbd value)
Was examined. FIG. 6 shows the results. The intrinsic withstand voltage in the TDDB characteristic is higher than that of the comparative example in any of the semiconductor devices of this embodiment. In particular, the lower the heat treatment temperature, the higher the intrinsic withstand voltage.
It was found that the intrinsic withstand voltage was highest at 50 ° C.

【0046】(実施例3)上記の実施形態において、フ
ローティングゲート用層となるアモルファシシリコン層
中リンの含有量を0.5重量%、熱処理温度を650℃
に固定し、熱処理時間をそれぞれ30分、10時間とし
たとした半導体装置を作成した。これらの半導体装置
と、従来方法によりフローティングゲート用層となるポ
リシリコン層中にPOCl3 を用いた熱拡散によりリンを導
入して作成した比較例となる半導体装置について、実施
例1と同様に定電流TDDB特性(Qbd値)を調べ
た。結果を図7に示す。TDDB特性における真性耐圧
は本実施例の半導体装置のいずれも比較例より高く、特
に熱処理時間が長い10時間の方が真性耐圧が高くなっ
ていることがわかった。
(Example 3) In the above embodiment, the phosphorus content in the amorphous silicon layer serving as the floating gate layer was 0.5% by weight, and the heat treatment temperature was 650 ° C.
, And heat treatment times were set to 30 minutes and 10 hours, respectively, to produce a semiconductor device. These semiconductor devices and comparative semiconductor devices fabricated by introducing phosphorus by thermal diffusion using POCl 3 into a polysilicon layer serving as a floating gate layer according to a conventional method were defined in the same manner as in Example 1. The current TDDB characteristic (Qbd value) was examined. FIG. 7 shows the results. The intrinsic withstand voltage in the TDDB characteristic is higher in each of the semiconductor devices of the present example than in the comparative example, and it has been found that the intrinsic withstand voltage is higher when the heat treatment time is long for 10 hours.

【0047】第2実施形態 本実施形態にかかる半導体装置は、MOS電界効果トラ
ンジスタを有する半導体装置である。図8はその断面図
である。素子分離絶縁膜20により分離された半導体基
板10のチャネル形成領域上に、例えば薄膜の酸化シリ
コンからなるゲート絶縁膜21が形成されており、その
上層に例えばポリシリコンからなる下層ゲート電極33
bとタングステンシリサイドからなる上層ゲート電極3
4aを積層させたポリサイド構造からなるゲート電極が
形成されている。ゲート電極の両側部には例えば酸化シ
リコンのサイドウォール絶縁膜23が形成されている。
また、ゲート電極の両側部の半導体基板10中には、ソ
ース・ドレイン拡散層12が形成されており、そのチャ
ネル形成領域側には、ソース・ドレイン拡散層12より
も低濃度に導電性不純物を含有するLDD拡散層11が
形成されている。以上のように、MOS電界効果トラン
ジスタが構成されている。
Second Embodiment The semiconductor device according to this embodiment is a semiconductor device having a MOS field effect transistor. FIG. 8 is a sectional view thereof. A gate insulating film 21 made of, for example, a thin silicon oxide is formed on a channel formation region of the semiconductor substrate 10 separated by the element isolation insulating film 20, and a lower gate electrode 33 made of, for example, polysilicon is formed thereon.
upper gate electrode 3 made of tungsten and tungsten silicide
A gate electrode having a polycide structure formed by laminating 4a is formed. On both sides of the gate electrode, for example, sidewall insulating films 23 of silicon oxide are formed.
A source / drain diffusion layer 12 is formed in the semiconductor substrate 10 on both sides of the gate electrode, and a conductive impurity having a lower concentration than the source / drain diffusion layer 12 is formed on the channel formation region side. An LDD diffusion layer 11 is formed. As described above, the MOS field effect transistor is configured.

【0048】また、上記のトランジスタを被覆して全面
に酸化シリコンの層間絶縁膜24が形成されており、ソ
ース・ドレイン拡散層12および上層ゲート電極34a
を露出するコンタクトホールが開口されて、ソース・ド
レイン拡散層12および上層ゲート電極34aにそれぞ
れ接続する電極32が形成されている。
Further, an interlayer insulating film 24 of silicon oxide is formed on the entire surface so as to cover the transistor, and the source / drain diffusion layer 12 and the upper gate electrode 34a are formed.
Are formed, and electrodes 32 respectively connected to the source / drain diffusion layer 12 and the upper gate electrode 34a are formed.

【0049】上記のMOS電界効果トランジスタを有す
る半導体装置の製造方法について、図面を参照して以下
に説明する。まず、図9(a)に示すように、シリコン
半導体基板10上に例えばLOCOS法により素子分離
絶縁膜20を形成する。次に、素子分離絶縁膜20で分
離された活性領域(チャネル形成領域)上に、例えば熱
酸化法により酸化シリコンのゲート絶縁膜21を形成す
る。
A method for manufacturing a semiconductor device having the above MOS field effect transistor will be described below with reference to the drawings. First, as shown in FIG. 9A, an element isolation insulating film 20 is formed on a silicon semiconductor substrate 10 by, for example, a LOCOS method. Next, a gate insulating film 21 of silicon oxide is formed on the active region (channel forming region) separated by the element isolation insulating film 20 by, for example, a thermal oxidation method.

【0050】次に、図9(b)に示すように、ゲート絶
縁膜21の上層に例えばCVD(Chemical Vapor Depos
ition )法により導電性不純物としてリンを含有するア
モルファスシリコンを成膜温度530℃、100nmの
膜厚で堆積させ、下層ゲート電極用層33を形成する。
アモルファスシリコン膜中のリンの含有量としては、例
えば0.06〜0.75重量%とすることができる。
Next, as shown in FIG. 9B, for example, a CVD (Chemical Vapor Depos) is formed on the upper layer of the gate insulating film 21.
Amorphous silicon containing phosphorus as a conductive impurity is deposited at a deposition temperature of 530 ° C. and a thickness of 100 nm by the ition) method to form a lower gate electrode layer 33.
The content of phosphorus in the amorphous silicon film can be, for example, 0.06 to 0.75% by weight.

【0051】次に、図9(c)に示すように、熱処理を
施して、アモルファスシリコンを結晶化させ、結晶化し
た下層ゲート電極用層33aを形成する。熱処理温度と
しては、例えば650〜900℃、熱処理時間として
は、例えば30分〜10時間とすることができる。
Next, as shown in FIG. 9C, a heat treatment is performed to crystallize the amorphous silicon, and a crystallized lower gate electrode layer 33a is formed. The heat treatment temperature can be, for example, 650 to 900 ° C., and the heat treatment time can be, for example, 30 minutes to 10 hours.

【0052】次に、図10(d)に示すように、下層ゲ
ート電極用層33aの上層に、例えばCVD法によりタ
ングステンシリサイドを堆積させ、上層ゲート電極用層
34を形成する。これにより、ポリサイド構造のゲート
電極用層が形成される。
Next, as shown in FIG. 10D, tungsten silicide is deposited on the upper layer of the lower gate electrode layer 33a by, for example, a CVD method to form an upper gate electrode layer 34. Thus, a gate electrode layer having a polycide structure is formed.

【0053】次に、図10(e)に示すように、フォト
リソグラフィー工程によりゲート電極パターンのレジス
ト膜Rを形成し、RIE(反応性イオンエッチング)な
どのエッチングによりゲート電極パターンに加工して、
上層ゲート電極34a、下層ゲート電極33bからなる
ポリサイド構造のゲート電極を形成する。
Next, as shown in FIG. 10E, a resist film R of a gate electrode pattern is formed by a photolithography process, and is processed into a gate electrode pattern by etching such as RIE (reactive ion etching).
A gate electrode having a polycide structure composed of an upper gate electrode 34a and a lower gate electrode 33b is formed.

【0054】次に、図10(f)に示すように、ゲート
電極をマスクとして導電性不純物D1をイオン注入し、
LDD拡散層11を形成する。
Next, as shown in FIG. 10F, ions of a conductive impurity D1 are implanted using the gate electrode as a mask.
An LDD diffusion layer 11 is formed.

【0055】次に、図11(g)に示すように、例えば
CVD法により酸化シリコンを全面に堆積させ、RIE
などのエッチングにより全面にエッチバックして、ゲー
ト電極の両側部の酸化シリコンを残してそれ以外を除去
し、酸化シリコンのサイドウォール絶縁膜23を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 11G, silicon oxide is deposited on the entire surface by, for example, a CVD method, and RIE is performed.
Etching is performed on the entire surface by etching such as to leave the silicon oxide on both sides of the gate electrode and to remove the remaining silicon oxide, thereby forming a silicon oxide sidewall insulating film 23.

【0056】次に、図11(h)に示すように、サイド
ウォール絶縁膜23をマスクとして導電性不純物D2を
LDD拡散層11よりも高濃度となるようにイオン注入
し、ソース・ドレイン拡散層12を形成する。以上で、
LDD構造のソース・ドレイン領域を有する電界効果ト
ランジスタが形成される。
Next, as shown in FIG. 11H, the conductive impurity D2 is ion-implanted so as to have a higher concentration than the LDD diffusion layer 11 using the sidewall insulating film 23 as a mask. 12 is formed. Above,
A field effect transistor having a source / drain region having an LDD structure is formed.

【0057】次に、図11(i)に示すように、上記の
電界効果トランジスタを被覆して全面に、例えばCVD
法により酸化シリコンを堆積させ、層間絶縁膜24を形
成する。
Next, as shown in FIG. 11 (i), the above-mentioned field effect transistor is covered and
Silicon oxide is deposited by a method to form an interlayer insulating film 24.

【0058】次に、上層ゲート電極34aおよびソース
・ドレイン拡散層12を露出させるコンタクトホールを
層間絶縁膜24に開口し、コンタクトホール内を埋め込
んで全面に、例えばスパッタリング法によりアルミニウ
ムなどの導電層を形成し、パターニングして、上層ゲー
ト電極34aおよびソース・ドレイン拡散層12にそれ
ぞれ接続する電極32を形成する。以上で、図8に示す
半導体装置に至る。
Next, a contact hole for exposing the upper gate electrode 34a and the source / drain diffusion layer 12 is opened in the interlayer insulating film 24, and the inside of the contact hole is filled with a conductive layer such as aluminum by sputtering, for example. An electrode 32 connected to the upper gate electrode 34a and the source / drain diffusion layer 12 is formed by patterning and patterning. This leads to the semiconductor device shown in FIG.

【0059】上記の本実施形態の半導体装置の製造方法
によれば、ゲート絶縁膜上に、MOS電界効果トランジ
スタにおけるゲート電極となる導電層をリンなどの導電
性不純物を含有するアモルファルシリコンとして堆積さ
せ、後工程で結晶化することで、ゲート絶縁膜の信頼性
を向上させることができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, a conductive layer serving as a gate electrode in a MOS field effect transistor is deposited on a gate insulating film as amorphous silicon containing a conductive impurity such as phosphorus. By performing crystallization in a later step, the reliability of the gate insulating film can be improved.

【0060】本発明の半導体装置の製造方法は、上記の
実施の形態に限定されない。例えば、第1実施形態にか
かる半導体不揮発性記憶装置におけるコントロールゲー
トや、第2実施形態にかかる半導体装置におけるゲート
電極はポリサイドの2層構成としているが、単層構成や
ポリサイド以外の多層構成とすることもできる。また、
ソース・ドレインは、LDD構造以外の種々の構造を採
用することができる。フローティングゲート構造の半導
体不揮発性記憶装置とする場合には、半導体記憶装置と
してはNOR型、NAND型、どちらでもよく、さらに
DINOR型とすることもでき、電荷の電荷蓄積層への
注入は、データの書き込み、消去のどちらに相当する場
合でも構わない。その他、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で、種々の変更が可能である。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the control gate in the semiconductor nonvolatile memory device according to the first embodiment and the gate electrode in the semiconductor device according to the second embodiment have a two-layer structure of polycide, but have a single-layer structure or a multi-layer structure other than polycide. You can also. Also,
Various structures other than the LDD structure can be adopted for the source / drain. When a semiconductor nonvolatile memory device having a floating gate structure is used, the semiconductor memory device may be either a NOR type, a NAND type, or a DINOR type. It does not matter whether writing or erasing is performed. In addition, various changes can be made without departing from the gist of the present invention.

【0061】[0061]

【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、ゲート絶縁膜上に、フローティングゲート構造のト
ランジスタにおけるフローティングゲート、あるいは、
MOS電界効果トランジスタにおけるゲート電極となる
第1導電層をリンなどの導電性不純物を含有するアモル
ファルシリコンとして堆積させ、後工程で結晶化するこ
とで、ゲート絶縁膜の信頼性を向上させることができ、
特にフローティングゲート構造のトランジスタにおいて
はデータの書き込み/消去回数を増加させることができ
る。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a floating gate in a transistor having a floating gate structure or a floating gate structure is formed on a gate insulating film.
A first conductive layer serving as a gate electrode in a MOS field-effect transistor is deposited as amorphous silicon containing a conductive impurity such as phosphorus, and is crystallized in a later step to improve the reliability of the gate insulating film. Can,
In particular, in a transistor having a floating gate structure, the number of times of data writing / erasing can be increased.

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

【図1】図1は本発明の第1実施形態にかかる半導体不
揮発性記憶装置の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor nonvolatile memory device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図2は本発明の第1実施形態にかかる半導体不
揮発性記憶装置の製造方法の製造工程を示す断面図であ
り、(a)はゲート絶縁膜の形成工程まで、(b)はフ
ローティングゲート用層の形成工程まで、(c)はフロ
ーティングゲート用層の結晶化工程までを示す。
FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of a method for manufacturing a semiconductor nonvolatile memory device according to the first embodiment of the present invention. FIG. (C) shows up to the step of forming the layer for the floating gate and up to the step of crystallization of the layer for the floating gate.

【図3】図3は図2の続きの工程を示し、(d)はコン
トロールゲート用層の形成工程まで、(e)はゲート電
極パターン加工工程まで、(f)はLDD拡散層の形成
工程までを示す。
FIG. 3 shows a step subsequent to that of FIG. 2; (d) shows up to a control gate layer forming step, (e) shows up to a gate electrode pattern processing step, and (f) shows an LDD diffusion layer forming step. Up to

【図4】図4は図3の続きの工程を示し、(g)はサイ
ドウォール絶縁膜の形成工程まで、(h)はソース・ド
レイン拡散層の形成工程まで、(i)は層間絶縁膜の形
成工程までを示す。
4 shows a step subsequent to that of FIG. 3; (g) shows up to a step of forming a sidewall insulating film; (h) shows a step up to a step of forming a source / drain diffusion layer; and (i) shows an interlayer insulating film. Up to the formation step.

【図5】図5は実施例1にかかる定電流TDDB(Time
Dependent Dielectric Breakdown )特性(Qbd値)
のリン含有量依存性を示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a constant current TDDB (Time) according to the first embodiment;
Dependent Dielectric Breakdown) Characteristics (Qbd value)
FIG. 3 is a diagram showing the phosphorus content dependency of the present invention.

【図6】図6は実施例2にかかる定電流TDDB特性
(Qbd値)の熱処理温度依存性を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a heat treatment temperature dependency of a constant current TDDB characteristic (Qbd value) according to the second embodiment.

【図7】図7は実施例3にかかる定電流TDDB特性
(Qbd値)の熱処理時間依存性を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a heat treatment time dependency of a constant current TDDB characteristic (Qbd value) according to the third embodiment.

【図8】図8は本発明の第2実施形態にかかる半導体装
置の断面図である。
FIG. 8 is a sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図9】図9は本発明の第2実施形態にかかる半導体装
置の製造方法の製造工程を示す断面図であり、(a)は
ゲート絶縁膜の形成工程まで、(b)は下層ゲート電極
用層の形成工程まで、(c)は下層ゲート電極用層の結
晶化工程までを示す。
FIGS. 9A and 9B are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, wherein FIG. 9A illustrates up to the step of forming a gate insulating film, and FIG. (C) shows the process up to the crystallization process of the lower gate electrode layer.

【図10】図10は図9の続きの工程を示し、(d)は
上層ゲート電極用層の形成工程まで、(e)はゲート電
極パターン加工工程まで、(f)はLDD拡散層の形成
工程までを示す。
10 shows a step subsequent to that of FIG. 9; (d) shows up to a step of forming an upper gate electrode layer; (e) shows up to a gate electrode pattern processing step; and (f) shows formation of an LDD diffusion layer. The process is shown.

【図11】図11は図10の続きの工程を示し、(g)
はサイドウォール絶縁膜の形成工程まで、(h)はソー
ス・ドレイン拡散層の形成工程まで、(i)は層間絶縁
膜の形成工程までを示す。
FIG. 11 shows a step that follows the step in FIG. 10, and (g)
5A shows the steps up to the step of forming the sidewall insulating film, FIG. 5H shows the steps up to the step of forming the source / drain diffusion layers, and FIG.

【図12】図12は従来例にかかる半導体不揮発性記憶
装置の断面図である。
FIG. 12 is a sectional view of a semiconductor nonvolatile memory device according to a conventional example.

【図13】図13は従来例にかかる半導体不揮発性記憶
装置の製造方法の製造工程を示す断面図であり、(a)
はゲート絶縁膜の形成工程まで、(b)はフローティン
グゲート用層の形成工程まで、(c)はフローティング
ゲート用層への不純物導入工程までを示す。
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a method for manufacturing a semiconductor nonvolatile memory device according to a conventional example, and FIG.
4A shows a process up to the step of forming a gate insulating film, FIG. 4B shows a process up to a process of forming a layer for a floating gate, and FIG. 5C shows a process up to a process of introducing impurities into the layer for a floating gate.

【図14】図14は図13の続きの工程を示し、(d)
はコントロールゲート用層の形成工程まで、(e)はゲ
ート電極パターン加工工程まで、(f)はLDD拡散層
の形成工程までを示す。
FIG. 14 shows a step that follows the step shown in FIG. 13;
4E shows the steps up to the step of forming the control gate layer, FIG. 5E shows the steps up to the step of forming the gate electrode pattern, and FIG.

【図15】図15は図14の続きの工程を示し、(g)
はサイドウォール絶縁膜の形成工程まで、(h)はソー
ス・ドレイン拡散層の形成工程まで、(i)は層間絶縁
膜の形成工程までを示す。
FIG. 15 shows a step that follows the step in FIG. 14, and (g)
5A shows the steps up to the step of forming the sidewall insulating film, FIG. 5H shows the steps up to the step of forming the source / drain diffusion layers, and FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…半導体基板、11…LDD拡散層、12…ソース
・ドレイン拡散層、20…素子分離絶縁膜、21…ゲー
ト絶縁膜、22,22a…中間絶縁膜、23…サイドウ
ォール絶縁膜、24…層間絶縁膜、30,30a,30
c…フローティングゲート用層、30b,…フローティ
ングゲート、31…コントロールゲート用層、31a…
コントロールゲート、32…電極、33,33a…下層
ゲート電極用層、33b…下層ゲート電極、34…上層
ゲート電極、34a…上層ゲート電極、R…レジスト
膜、D,D1,D2…不純物。
Reference Signs List 10: semiconductor substrate, 11: LDD diffusion layer, 12: source / drain diffusion layer, 20: element isolation insulating film, 21: gate insulating film, 22, 22a: intermediate insulating film, 23: sidewall insulating film, 24: interlayer Insulating film, 30, 30a, 30
c ... Floating gate layer, 30b ... Floating gate, 31 ... Control gate layer, 31a ...
Control gate, 32 ... electrode, 33, 33a ... lower gate electrode layer, 33b ... lower gate electrode, 34 ... upper gate electrode, 34a ... upper gate electrode, R ... resist film, D, D1, D2 ... impurities.

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成10年7月30日[Submission date] July 30, 1998

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0044[Correction target item name] 0044

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0044】(実施例1)上記の実施形態において、熱
処理温度を830℃、熱処理時間を30分に固定し、フ
ローティングゲート用層となるアモルファスシリコン層
中のリンの含有量をそれぞれ0.06重量%、0.5重
量%、0.75重量%とした半導体装置を作成した。こ
れらの半導体装置と、従来方法によりフローティングゲ
ート用層となるポリシリコン層中にPOCl3 を用いた熱拡
散によりリンを導入して作成した比較例となる半導体装
置について、定電流TDDB(Time Dependent Dielect
ricBreakdown )特性(Qbd値)を調べた。結果を図
5に示す。TDDB特性における真性耐圧(磨耗領域の
耐圧)は本実施例の半導体装置のいずれも比較例より高
く、特にリンの含有量が高いほど真性耐圧が高くなり、
0.75重量%のときに真性耐圧が最も高くなっている
ことがわかった。
Example 1 In the above embodiment, the heat treatment temperature was fixed at 830 ° C. , the heat treatment time was fixed at 30 minutes, and the phosphorus content in the amorphous silicon layer serving as the floating gate layer was 0.06 wt. %, 0.5% by weight, and 0.75% by weight. A constant current TDDB (Time Dependent Dielect) is used for these semiconductor devices and a semiconductor device as a comparative example formed by introducing phosphorus by thermal diffusion using POCl 3 into a polysilicon layer serving as a floating gate layer by a conventional method.
ricBreakdown) characteristics (Qbd value) were examined. FIG. 5 shows the results. The intrinsic withstand voltage in the TDDB characteristic (the withstand voltage in the abrasion region) is higher than that of the comparative example in any of the semiconductor devices of the present embodiment.
It was found that the intrinsic withstand voltage was the highest at 0.75% by weight.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 27/115 29/78 21/336 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 27/115 29/78 21/336

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】チャネル形成領域を有する半導体基板上に
ゲート絶縁膜を形成する工程と、 前記ゲート絶縁膜の上層に導電性不純物を含有するアモ
ルファスシリコンからなる第1導電層を形成する工程
と、 前記第1導電層を結晶化させる熱処理工程と、 前記第1導電層をゲート電極のパターンに加工する工程
と、 前記半導体基板中に前記チャネル形成領域に接続するソ
ース・ドレイン領域を形成する工程とを有する半導体装
置の製造方法。
A step of forming a gate insulating film on a semiconductor substrate having a channel forming region; and a step of forming a first conductive layer made of amorphous silicon containing a conductive impurity on an upper layer of the gate insulating film; A heat treatment step of crystallizing the first conductive layer; a step of processing the first conductive layer into a pattern of a gate electrode; and a step of forming source / drain regions connected to the channel formation region in the semiconductor substrate. A method for manufacturing a semiconductor device having:
【請求項2】前記第1導電層を形成する工程において
は、0.06重量%以上の濃度のリンを含有させて形成
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 the step of forming the first conductive layer is performed by adding phosphorus at a concentration of 0.06% by weight or more.
【請求項3】前記熱処理工程においては、900℃以下
の温度で熱処理を行う請求項1記載の半導体装置の製造
方法。
3. The method according to claim 1, wherein the heat treatment is performed at a temperature of 900 ° C. or less.
【請求項4】前記熱処理工程においては、30分以上の
熱処理を行う請求項1記載の半導体装置の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the heat treatment is performed for a heat treatment for 30 minutes or more.
【請求項5】前記ゲート絶縁膜を形成する工程において
は、熱酸化法により酸化シリコン膜を形成する請求項1
記載の半導体装置の製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein in the step of forming the gate insulating film, a silicon oxide film is formed by a thermal oxidation method.
The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
【請求項6】前記熱処理工程の後、前記第1導電層をゲ
ート電極のパターンに加工する工程の前に、前記第1導
電層の上層に中間絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜
の上層に第2導電層を形成する工程をさらに有し、 前記第1導電層をゲート電極のパターンに加工する工程
においては、前記中間絶縁膜および前記第2導電層を同
じパターンに加工する請求項1記載の半導体装置の製造
方法。
6. A step of forming an intermediate insulating film on the first conductive layer after the heat treatment step and before processing the first conductive layer into a gate electrode pattern; The method according to claim 1, further comprising: forming a second conductive layer as an upper layer, wherein in the step of processing the first conductive layer into a gate electrode pattern, processing the intermediate insulating film and the second conductive layer into the same pattern. 2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
【請求項7】前記中間絶縁膜を形成する工程において
は、酸化膜−窒化膜−酸化膜の積層絶縁膜を形成する請
求項6記載の半導体装置の製造方法。
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein in the step of forming the intermediate insulating film, a stacked insulating film of an oxide film-nitride film-oxide film is formed.
【請求項8】第1導電層をゲート電極のパターンに加工
する工程の後、前記パターン加工された第1導電層の側
壁部にサイドウォール絶縁膜を形成する工程をさらに有
し、 前記ソース・ドレイン領域を形成する工程が、前記サイ
ドウォール絶縁膜を形成する工程の前にイオン注入して
導電性不純物の低濃度含有領域を形成する工程と、前記
サイドウォール絶縁膜を形成する工程の後にイオン注入
して導電性不純物の高濃度含有領域を形成する工程とを
含む請求項1記載の半導体装置の製造方法。
8. After the step of processing the first conductive layer into a gate electrode pattern, the method further comprises the step of forming a sidewall insulating film on a side wall of the patterned first conductive layer; The step of forming a drain region includes the steps of forming a low-concentration region containing conductive impurities by ion implantation before the step of forming the sidewall insulating film, and forming ions after the step of forming the sidewall insulating film. Implanting to form a region containing a high concentration of conductive impurities.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004073071A1 (en) * 2003-02-12 2004-08-26 Hitachi, Ltd. Semiconductor integrated circuit device and its production method

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