JPS62199067A - Manufacture of semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は、半導体記憶装置の製造方法の改良に関する。[Detailed description of the invention] [Technical field of invention] The present invention relates to an improvement in a method of manufacturing a semiconductor memory device.
[従来技術とその問題点]
従来、第4図図示のE P ROM (E rasab
leProgrammable Read 0nly
Memory )は以下のようにして製造されている。[Prior art and its problems] Conventionally, E PROM (E rasab) as shown in FIG.
leProgrammable Read 0nly
Memory) is manufactured as follows.
まず、P−型シリコン基板1の図示しないフィールド酸
化膜によって囲まれた島状の素子領域表面に第1の絶縁
膜を形成した後、全面にフローティングゲートとなる第
1の多結晶シリコン膜を堆積する。 次に、この第1の
多結晶シリコン膜に例えばPOCI 3を拡散源として
リンをドープした後、その一部を選択的にエツチングす
る。 つづいて、例えば酸化性ガスとして酸素又は水蒸
気を用いて1000℃以下の低温酸化を行い、第1の多
結晶シリコン膜の表面に第2の熱酸化膜を形成した後、
全面にコントロールゲートとなる第2の多結晶シリコン
膜を堆積し、不純物をドープする。First, a first insulating film is formed on the surface of an island-shaped element region surrounded by a field oxide film (not shown) of a P-type silicon substrate 1, and then a first polycrystalline silicon film that will become a floating gate is deposited on the entire surface. do. Next, this first polycrystalline silicon film is doped with phosphorus using, for example, POCI 3 as a diffusion source, and then a portion of it is selectively etched. Subsequently, a second thermal oxide film is formed on the surface of the first polycrystalline silicon film by performing low-temperature oxidation at a temperature of 1000°C or less using, for example, oxygen or water vapor as an oxidizing gas.
A second polycrystalline silicon film to serve as a control gate is deposited over the entire surface and doped with impurities.
次いで、写真蝕刻法により第2の多結晶シリコン躾、第
2の熱酸化膜、第1の多結晶シリコン膜及び第1の絶縁
膜を順次エツチングして、第1のゲート絶縁膜2.70
−ティングゲート3、第2のゲート酸化膜4及びコント
ロールゲート5を形成する。 つづいて、これらをマス
クとして利用し、N型不純物、例えばASをイオン注入
する。 つづいて、熱酸化を行い、前記コントロールゲ
ート5の表面及び側面、70−ティングゲート3の側面
並びに露出した基板1の表面に後酸化膜6を形成すると
ともに、前記Asイオン注入層を活性化してN++ソー
ス、ドレイン領域7.8を形成する。 次いで、全面に
パッシベーション膜としてPSG膜9を堆積した後、こ
のPSGII9及び前記後酸化膜6の一部を選択的にエ
ツチングしてコンタクトホール10を開孔し更に全面に
A hs i膜を蒸着した後、パターニングしてソース
電極11及びドレイン形成極12を形成して、EPRO
Mセルを製造する。Next, the second polycrystalline silicon film, the second thermal oxide film, the first polycrystalline silicon film, and the first insulating film are sequentially etched by photolithography to form a first gate insulating film with a thickness of 2.7 mm.
- forming gate 3, second gate oxide film 4 and control gate 5. Subsequently, using these as a mask, N-type impurities such as AS are ion-implanted. Subsequently, thermal oxidation is performed to form a post-oxide film 6 on the surface and side surfaces of the control gate 5, the side surfaces of the 70-ting gate 3, and the exposed surface of the substrate 1, and to activate the As ion-implanted layer. Form N++ source and drain regions 7.8. Next, after depositing a PSG film 9 as a passivation film on the entire surface, this PSG II 9 and a part of the post-oxidation film 6 were selectively etched to open a contact hole 10, and then an A hs i film was deposited on the entire surface. After that, patterning is performed to form a source electrode 11 and a drain forming electrode 12, and the EPRO
Manufacture M cell.
上述したEPROMセルはセルトランジスタのN+型ト
ドレイン領域8コントロールゲート5とに正の高電圧を
印加してフローティングゲート3へ電子を注入し、書込
みを行うデバイスである。The above-mentioned EPROM cell is a device that performs writing by applying a high positive voltage to the N+ type drain region 8 and control gate 5 of the cell transistor to inject electrons into the floating gate 3.
しかしながら、書込み後コントロールゲート5に正の高
電圧を印加すると、70−ティングゲート3への注入電
子がコントロールゲート5へ扱け、記憶が保持されない
場合があるという欠点がある。However, if a high positive voltage is applied to the control gate 5 after writing, there is a drawback that the electrons injected into the 70-ting gate 3 can be handled by the control gate 5, and the memory may not be retained.
これは第2のゲート酸化膜4の耐圧劣化のためであり、
その原因は以下のように考えられる。This is due to the breakdown voltage deterioration of the second gate oxide film 4.
The reason for this is thought to be as follows.
すなわち、フローティングゲートとなる第1の多結晶シ
リコン膜は種々の面方位を有するグレインから構成され
ているため、表面に凹凸(5urfaseasperi
ty)がある。 これを1000℃以下の低温酸化によ
り酸化し、第2のゲート酸化1114を形成すると、7
0−ティングゲート3と第2のゲート酸化膜4との境界
に凹凸が生じる。 これが第2のゲート酸化g!4の耐
圧劣化を招くものである。In other words, since the first polycrystalline silicon film that becomes the floating gate is composed of grains having various plane orientations, the surface has irregularities (5 urfaseasperi).
ty). When this is oxidized by low-temperature oxidation at 1000°C or less to form a second gate oxide 1114, 7
Irregularities occur at the boundary between the 0-ting gate 3 and the second gate oxide film 4. This is the second gate oxidation g! This causes deterioration of the breakdown voltage of No. 4.
このような現象は1100℃以上の高温プロセスによっ
て緩和されるが、高温プロセスは予め形成された接合の
位置を変えたり、ウェハの反りをもたらす等のため、デ
バイスの性能を劣化させ、歩留りを低下させることにな
るので、有効な対策とはなりえない。 また、集積度が
上がるとともにゲートの面積もふえ、製造環境からの汚
染などにより酸化膜中に欠陥が生じる確率が高まり、こ
れらの欠陥を通してリーク電流が生じデバイスの性能を
劣化させる。This phenomenon can be alleviated by high-temperature processes of 1,100°C or higher, but high-temperature processes change the position of pre-formed bonds and cause wafer warping, which deteriorates device performance and reduces yield. This cannot be an effective countermeasure. Furthermore, as the degree of integration increases, the area of the gate also increases, increasing the probability that defects will occur in the oxide film due to contamination from the manufacturing environment, and leakage current will occur through these defects, deteriorating device performance.
[発明の目的]
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、デバイ
スの歩留りを低下することなく、第2のゲート酸化膜の
耐圧を向上し、記憶保持特性の良好な半導体記憶装置を
製造し得る方法を提供しようとするものである。[Object of the Invention] The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a semiconductor memory device that improves the withstand voltage of the second gate oxide film and has good memory retention characteristics without reducing the yield of the device. The aim is to provide a method for manufacturing.
[発明の概要]
本発明の半導体記憶装置の製造方法は、第1導電型の半
導体基板の素子領域表面に第1の絶縁膜を形成し、全面
に不純物をドープした第1の非単結晶シリコン膜を形成
した後、その上に第2の酸化絶縁膜を形成後、不純物を
ドープしな、い第2の非単結晶シリコン膜を形成し、こ
の第2の非単結晶シリコン膜を熱酸化して第3の酸化絶
縁膜に変換し、次いで第3の非単結晶シリコン膜を形成
し、次いでバターニングおよび不純物イオン注入による
第2導電型のソース、ドレイン形成を行うことを骨子と
するものである。[Summary of the Invention] A method for manufacturing a semiconductor memory device of the present invention includes forming a first insulating film on the surface of an element region of a semiconductor substrate of a first conductivity type, and manufacturing a first non-single crystal silicon film doped with impurities over the entire surface. After forming the film, a second oxide insulating film is formed thereon, a second non-single crystal silicon film is formed without doping with impurities, and this second non-single crystal silicon film is thermally oxidized. The main idea is to convert the silicon into a third oxide insulating film, then form a third non-single-crystal silicon film, and then form a second conductivity type source and drain by buttering and impurity ion implantation. It is.
上述したように、第2の非単結晶シリコ・ン膜を熱酸化
して変換した第3の酸化絶縁膜を形成することによって
第1の非単結晶シリコン膜上の第2酸化絶縁膜中の欠陥
を第3酸化絶縁膜が覆うため全体として欠陥密度が減る
。 また第2の非単結晶シリコン膜中にリン等がドーピ
ングされていないため、第3酸化絶縁膜中にリン等が取
り込まれることがなく欠陥の少ない酸化膜が形成される
。As described above, by forming the third oxide insulating film which is obtained by thermally oxidizing and converting the second non-single crystal silicon film, the second oxide insulating film on the first non-single crystal silicon film is Since the third oxide insulating film covers the defects, the overall defect density is reduced. Further, since phosphorus or the like is not doped into the second non-single crystal silicon film, phosphorus or the like is not incorporated into the third oxide insulating film, so that an oxide film with fewer defects is formed.
このような効果によって70−ティングゲートとコント
ロールゲートの間における第2ゲート酸化躾のリーク電
流を減らすことが可能となる。This effect makes it possible to reduce the leakage current of the second gate oxide between the 70-ring gate and the control gate.
[発明の実施例]
以下、本発明製造方法の実施例を第2図<a )〜(h
)を参照して説明する。 本発明製造方法により得られ
る半導体装置の構造を第1図に示す。[Examples of the Invention] Examples of the manufacturing method of the present invention are shown below in Figures 2 <a) to (h).
). FIG. 1 shows the structure of a semiconductor device obtained by the manufacturing method of the present invention.
まず、比抵抗10〜20Ω−Cm、面方位(911)の
P−型シリコン基板21表面に通常の選択酸化技術を用
いて、1!厚1.2μmのフィールド酸化膜22を形成
した(第2図(a )図示)。First, a normal selective oxidation technique is applied to the surface of a P-type silicon substrate 21 having a specific resistance of 10 to 20 Ω-Cm and a plane orientation of (911). A field oxide film 22 with a thickness of 1.2 μm was formed (as shown in FIG. 2(a)).
次に、熱酸化を行い、前記フィールド酸化膜22によっ
て囲まれた島状の素子領域表面に、膜厚500μmの第
1絶縁膜23を形成した。 つづいて、CVD法により
全面にフローティングゲートとなる膜厚3500大の第
1の多結晶シリコン膜24を堆積した。 つづいて、P
OCI 3を拡散源として第1の多結晶シリコンg!2
4にリンをドープし、ρ、−15Ω/口とした。 次い
で、1000℃、02rIA度50%のA「ガス中にお
いて10分間の熱酸化を行い、200スの第2の酸化絶
縁膜25を形成した(第2図(b)図示)。Next, thermal oxidation was performed to form a first insulating film 23 with a thickness of 500 μm on the surface of the island-shaped element region surrounded by the field oxide film 22. Subsequently, a first polycrystalline silicon film 24 having a thickness of 3500 mm was deposited over the entire surface by CVD. Continuing, P
First polycrystalline silicon g! using OCI 3 as a diffusion source! 2
4 was doped with phosphorus to set ρ to −15Ω/mouth. Next, thermal oxidation was performed for 10 minutes in an A gas at 1000° C. and 50% 02rIA to form a second oxide insulating film 25 of 200 μm (as shown in FIG. 2(b)).
次いで、全面に膜厚100人の第2の多結晶シリコン1
11326を堆積した。 この多結晶シリコン膜には、
不純物がドープされない(第2図(C)図示)。Next, a second polycrystalline silicon film 1 with a thickness of 100 was applied to the entire surface.
11326 was deposited. This polycrystalline silicon film has
No impurity is doped (as shown in FIG. 2(C)).
つづいて、この第2の多結晶シリコンr!26を100
0℃、0211度50%のArガス中において熱酸化し
、第2の多結晶シリコン膜26すべてを第3の酸化絶縁
11A27に変えた(第2図(d )図示)。Next, this second polycrystalline silicon r! 26 to 100
Thermal oxidation was performed in Ar gas at 0° C. and 0.211° C. to change all of the second polycrystalline silicon film 26 into a third oxide insulator 11A27 (as shown in FIG. 2(d)).
次いで、全面に膜厚3500X 、ρ、=20Ω/口の
コントロールゲートとなる第3の多結晶シリコンMl
28を堆積した。 つづいて、この第3の多結晶シリコ
ン膜28上に写真蝕刻法により部分的にホトレジストパ
ターン29を形成した(第2図(e )図示)。Next, a third polycrystalline silicon Ml which becomes a control gate with a film thickness of 3500×, ρ, = 20 Ω/hole is deposited on the entire surface.
28 were deposited. Subsequently, a photoresist pattern 29 was partially formed on the third polycrystalline silicon film 28 by photolithography (as shown in FIG. 2(e)).
次いで、このホトレジストパターン29をマスクとして
前記第3の多結晶シリコン膜28、第3の酸化絶縁膜2
7、第2の酸化絶縁ll125、第1の多結晶シリコン
llI24及び第1の絶縁1123を順次パターニング
して、第1のゲート絶縁膜2、フローティングゲート3
、コントロールゲート5、及びフローティングゲートと
コントロールゲート間に第2ゲート酸化膜30.31を
形成した(第2図(f)図示)。Next, using this photoresist pattern 29 as a mask, the third polycrystalline silicon film 28 and the third oxide insulating film 2 are formed.
7. Sequentially pattern the second oxide insulator 125, first polycrystalline silicon 1124, and first insulator 1123 to form the first gate insulator 2 and floating gate 3.
, a control gate 5, and a second gate oxide film 30, 31 between the floating gate and the control gate (as shown in FIG. 2(f)).
次に、これらをマスクとしてAS4′をエネルギー 6
0keV、ドーズ量2.5X 10” 0N−2の条件
でイオン注入した。 つづいて、前記ホトレジストパタ
ーン29を除去した後、1000℃で熱酸化を行い、膜
厚500Xの後酸化膜32を形成した。 この際、前記
Asイオン注入層が活性化してρ5−30〜40Ω/口
、X 5 = 0.4μmのN+型ソース、ドレイン領
域7.8が形成された。 つづいて、パッシベーション
膜として膜厚0.8μmのPSGII!J33を堆積し
た(同図(g)図示)。Next, use these as masks and apply energy to AS4' 6
Ion implantation was performed under the conditions of 0 keV and a dose of 2.5X 10" 0N-2. Subsequently, after removing the photoresist pattern 29, thermal oxidation was performed at 1000°C to form a post-oxide film 32 with a thickness of 500X. At this time, the As ion-implanted layer was activated and N+ type source and drain regions 7.8 with ρ5-30 to 40Ω/gate and X5 = 0.4 μm were formed.Subsequently, the thickness of the passivation film was 0.8 μm of PSGII!J33 was deposited (as shown in the same figure (g)).
次いで、前記PSGg133及び後酸化11132の一
部を選択的にエツチングしてコンタクトホール10を開
孔し、更に全面に膜厚1.0μmのAl−8illlを
堆積した後、バターニングしてソース電極11、ドレイ
ン電極12を形成し、EPROMセルを製造したく同図
(h)図示)。Next, a contact hole 10 is formed by selectively etching a part of the PSGg 133 and post-oxidation 11132, and after depositing Al-8ill with a thickness of 1.0 μm on the entire surface, the source electrode 11 is formed by buttering. , the drain electrode 12 is formed and an EPROM cell is manufactured (as shown in FIG. 3(h)).
しかして、本発明製造方法によれば、第2図(C)〜<
Xの工程で第2の多結晶シリコン膜26を堆積後、この
多結晶シリコンIl*26をすべて熱酸化して変換した
第3酸化絶縁膜27によって、第2酸化絶縁膜25が被
覆され、その結果得られた第1図の半導体記憶装置にみ
るように、フローティングゲート3とコントロールゲー
ト5の間の第2ゲート酸化膜30.31は、第2酸化絶
1m1125と第3酸化絶縁g!27とから構成され、
第2ゲート酸化躾は全体として欠陥密度の著しく低減し
たものとすることができる。According to the manufacturing method of the present invention, FIG.
After depositing the second polycrystalline silicon film 26 in step As seen in the resulting semiconductor memory device of FIG. 1, the second gate oxide film 30,31 between the floating gate 3 and the control gate 5 has a second oxide insulation layer 1m1125 and a third oxide insulation layer g! It consists of 27,
The second gate oxidation process can significantly reduce defect density as a whole.
例えば、第3図<a >には、従来のように第2ゲート
酸化膜が通常の熱酸化による第2の酸化絶縁11125
だけから構成された場合の第2ゲート酸化膜の耐圧を、
また同図(b )には、上記実施例により第2ゲート酸
化膜が第2酸化絶縁膜30と第3M化絶$1l131と
から構成された(第1図参照)場合の第2ゲート酸化膜
の耐圧をそれぞれ示す。 これらの図から明らかなよう
に上記実施例の方法で形成された第2ゲート酸化膜の方
が耐圧が著しく向上し、しかも耐圧のバラツキも極めて
小さい。 この結果、第1図図示のEPROMセルに書
込み後、コントロールゲート5に正の高電圧を印加して
も記憶を良好に保持することができる。 また、低温ブ
Oセスを採用しているので、ウェハの反り等が発生して
半導体メモリデバイスの歩留りが低下するという問題は
生じない。For example, as shown in FIG.
The breakdown voltage of the second gate oxide film when it is composed of only
FIG. 1B also shows the second gate oxide film in the case where the second gate oxide film is composed of the second oxide insulating film 30 and the 3M insulator 131 according to the above embodiment (see FIG. 1). The breakdown voltage is shown respectively. As is clear from these figures, the breakdown voltage of the second gate oxide film formed by the method of the above embodiment is significantly improved, and the variation in breakdown voltage is also extremely small. As a result, even if a high positive voltage is applied to the control gate 5 after writing to the EPROM cell shown in FIG. 1, the memory can be maintained well. Further, since a low-temperature process is employed, there is no problem that the yield of semiconductor memory devices decreases due to wafer warping or the like.
なお、上記実施例ではフローティングゲート3及びコン
トロールゲート5の材料として多結晶シリコンを用いた
が、これに限らず非晶質シリコンを用いてもよい。In the above embodiment, polycrystalline silicon is used as the material for the floating gate 3 and the control gate 5, but the material is not limited to this, and amorphous silicon may also be used.
[発明の効県]
以上詳述した如く本発明の半導体記憶装置の製造方法に
よれば、従来のプロセスを大幅に変更する必要がなく、
コストアップやデバイスの歩留り低下を招くことなしに
第2ゲート酸化膜の耐圧の向上した記憶保持特性の良好
な半導体記憶装置を製造できるものである。[Effects of the Invention] As detailed above, according to the method of manufacturing a semiconductor memory device of the present invention, there is no need to significantly change the conventional process.
A semiconductor memory device with improved memory retention characteristics and improved breakdown voltage of the second gate oxide film can be manufactured without increasing costs or decreasing device yield.
第1図は、本発明のEPROMセルの断面図、第2図(
a )〜(h)は本発明の実施例におけるEPROMセ
ルの製造方法を示す断面図、第3図(a )は従来の方
法により形成された第2ゲート酸化膜の耐圧のヒストグ
ラム、同図(b)は本発明の実施例の方法により形成さ
れた第2ゲート酸化膜の耐圧のヒストグラム、第4図は
従来のEPROMの断面図である。
1.21・・・シリコン基板、 2・・・第1ゲート絶
縁膜、 3・・・フローティングゲート、 4・・・第
2ゲート酸化膜、 5・・・コントロールゲート、 6
・・・後酸化膜、 7.8・・・N+型ソース 、ドレ
イン電極、 9.33・・・パッシベーション膜、 1
0・・・コンタクトホール、 11・・・ソース電極、
12・・・ドレイン電極、 22・・・フィールド酸化
膜、23・・・第1の絶縁膜、 24・・・第1の非結
晶シリコン膜、 25・・・第2の酸化絶縁膜、 26
・・・第2の非結晶シリコン膜、 27・・・第3の酸
化絶縁膜、 28・・・第3の非単結晶シリコン膜、
29・・・ホトレジストパターン、 30.31・・・
第2ゲート酸化膜、 32・・・後酸化膜。
特許出願人 株式会社 東 芝
第1図
着
第2図
第2図FIG. 1 is a sectional view of an EPROM cell of the present invention, and FIG. 2 (
3(a) to 3(h) are cross-sectional views showing the manufacturing method of the EPROM cell in the embodiment of the present invention, FIG. b) is a histogram of breakdown voltage of the second gate oxide film formed by the method of the embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional EPROM. 1.21... Silicon substrate, 2... First gate insulating film, 3... Floating gate, 4... Second gate oxide film, 5... Control gate, 6
...Post-oxidation film, 7.8...N+ type source, drain electrode, 9.33... Passivation film, 1
0... Contact hole, 11... Source electrode,
12... Drain electrode, 22... Field oxide film, 23... First insulating film, 24... First amorphous silicon film, 25... Second oxide insulating film, 26
... second amorphous silicon film, 27 ... third oxide insulating film, 28 ... third non-single crystal silicon film,
29... Photoresist pattern, 30.31...
second gate oxide film, 32...post oxide film; Patent applicant Toshiba Corporation Figure 1 Figure 2 Figure 2
Claims (1)
縁膜を形成した後、全面に不純物をドープした第1の非
単結晶シリコン膜を形成する工程と、この第1の非単結
晶シリコン膜上に第2の酸化絶縁膜を形成する工程と、
該第2の酸化絶縁膜上に不純物をドープしない第2の非
単結晶シリコン膜を形成する工程と、この第2の非単結
晶シリコン膜を熱酸化して第3の酸化絶縁膜に変換する
工程と、該第3の酸化絶縁膜上の全面に第3の非単結晶
シリコン膜を形成する工程と、これらの膜を順次パター
ニングし、このパターンをマスクとして半導体基板に第
2導電型の不純物をイオン注入することにより、第2導
電型のソース、ドレイン領域を形成する工程とを具備し
たことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。1. After forming a first insulating film on the surface of an element region of a semiconductor substrate of a first conductivity type, forming a first non-single crystal silicon film doped with impurities over the entire surface; forming a second oxide insulating film on the silicon film;
forming a second non-single crystal silicon film not doped with impurities on the second oxide insulating film, and thermally oxidizing the second non-single crystal silicon film to convert it into a third oxide insulating film. a step of forming a third non-single-crystal silicon film on the entire surface of the third oxide insulating film; and a step of sequentially patterning these films and using this pattern as a mask to inject impurities of a second conductivity type into the semiconductor substrate. 1. A method of manufacturing a semiconductor memory device, comprising the step of forming source and drain regions of a second conductivity type by ion implantation.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4032986A JPS62199067A (en) | 1986-02-27 | 1986-02-27 | Manufacture of semiconductor memory device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4032986A JPS62199067A (en) | 1986-02-27 | 1986-02-27 | Manufacture of semiconductor memory device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62199067A true JPS62199067A (en) | 1987-09-02 |
Family
ID=12577571
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4032986A Pending JPS62199067A (en) | 1986-02-27 | 1986-02-27 | Manufacture of semiconductor memory device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62199067A (en) |
-
1986
- 1986-02-27 JP JP4032986A patent/JPS62199067A/en active Pending
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