JPS63211768A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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Publication number
JPS63211768A
JPS63211768A JP4452187A JP4452187A JPS63211768A JP S63211768 A JPS63211768 A JP S63211768A JP 4452187 A JP4452187 A JP 4452187A JP 4452187 A JP4452187 A JP 4452187A JP S63211768 A JPS63211768 A JP S63211768A
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JP
Japan
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film
polycrystalline silicon
silicon film
oxide film
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP4452187A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaki Sato
正毅 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS63211768A publication Critical patent/JPS63211768A/en
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Abstract

PURPOSE:To form an insulating film having high breakdown strength for a leaking current even if the thickness of the film is made thin without increase in cost and decrease in reliability, by thermally oxidizing a second unsingle crystal silicon film, forming a silicon oxide film, and forming a conductor layer on the silicon oxide film. CONSTITUTION:Silicon oxide films 13 and 13 are formed as gate insulating films on the surface of a silicon substrate 11. Impurity ions are implanted in the surface of a channel region. Thereafter, a first polycrystalline silicon film 14 is formed on the entire surface of the substrate by an LPCVD method. Then phosphorus is implanted in the polycrystalline silicon film 14 at a concentration of about 3-5X10<12> cm<-3> by treatment in a POCl3 atmosphere. Then a resist pattern 15 is formed on the polycrystalline silicon film 14. With the resist pattern 15 as a mask, the polycrystalline silicon film 14 undergoes selective anisotropic etching, and a hole is formed. Then, the resist pattern 15 is removed, and a second polycrystalline silicon film 16 including phosphorus is formed on the surface of the polycrystalline silicon film 14 by an LPCVD method. Thus the surface of the substrate is covered with the polycrystalline silicon film 16. Then the entire silicon oxide film 16 is oxidized, and a polysilicon oxide film 17 is formed.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的コ (産業上の利用分野) この発明は、半導体装置の製造方法に関するもので、特
に非単結晶半導体の表面に薄いシリコン酸化膜を形成す
るEFROM −? DRAM等の製造に使用されるも
のである。
[Detailed Description of the Invention] [Purpose of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and in particular to an EFROM-? It is used in the manufacture of DRAM and the like.

(従来の技術) 一般に、非単結晶シリコン、例えば多結晶シリコン上に
シリコン酸化膜を形成する技術は、例えばEPROM(
Erasable Programmable Rea
d OnlyM@mory)におけるフローティングダ
ートとコントロールダート間の良好な電気的絶縁膜を実
現するため、あるいはDRAM(Dynamic Ra
ndom Ace(ssM・mory)のキャパシタ電
極の表面被覆膜を形成するため等に使用されている。こ
のような絶縁膜として従来は、熱酸化法によシ形成した
数10 nmの膜厚を有するシリコン酸化膜が使用され
てbるが、デバイスの高速化や大容量化に伴なって、よ
シ薄膜化され且つリーク電流が少ないものが要求されて
いる。
(Prior Art) Generally, the technology of forming a silicon oxide film on non-single crystal silicon, for example, polycrystalline silicon, for example, EPROM (
Erasable Programmable Rea
dOnlyM@mory) to achieve a good electrical insulation film between the floating dirt and control dirt, or DRAM (Dynamic Ra
It is used to form a surface coating film for capacitor electrodes of ndom Ace (ssM/mory). Conventionally, a silicon oxide film with a thickness of several tens of nanometers formed by thermal oxidation has been used as such an insulating film, but as devices become faster and have larger capacities, There is a demand for a thinner film and less leakage current.

ところで、熱酸化法によシ多結晶シリコン膜上に形成し
たシリコン酸化膜(以下、ポリシリコン酸化膜と称す)
は、膜厚がおよそ30nm以下になりた場合、リーク耐
圧(絶縁耐圧)の低下をきたすことが知られている。こ
れについては、電気通信学会、信頼性研究会資料R84
−68、「ポリシリコン層間の高信頼性、薄膜絶縁膜形
成技術」(1983年3月)に詳細に述べられている。
By the way, a silicon oxide film (hereinafter referred to as a polysilicon oxide film) formed on a polycrystalline silicon film by a thermal oxidation method
It is known that when the film thickness becomes approximately 30 nm or less, the leakage breakdown voltage (dielectric breakdown voltage) decreases. Regarding this, please refer to the Institute of Electrical Communication Engineers, Reliability Study Group Material R84.
-68, ``High Reliability Between Polysilicon Layers, Thin Film Insulating Film Formation Technology'' (March 1983).

そして、この資料には40nm以下の薄膜絶縁膜として
ポリシリコン酸化膜を使用することはリーク耐圧上好ま
しくなく、ポリシリコン酸化膜とLPCVD法により形
成したシリコン窒化膜とを積層させた「酸化膜/窒化膜
/酸化膜」という三層構造膜が良いことが記載されてい
る。
This document states that it is not preferable to use a polysilicon oxide film as a thin insulating film of 40 nm or less in terms of leakage voltage, and that "oxide film/ It is stated that a three-layer structure film called "nitride film/oxide film" is preferable.

しかしながら、上記三層構造膜は、ポリシリコン酸化膜
の単層膜に比べて製造工程数が増加してコスト高になる
欠点がある。また、シリコン窒化膜にトラップを多く有
しておシ、このトラップへの電荷の蓄積とその放出がデ
バイスの信頼性を低下させるという問題を有している。
However, the three-layer structure film has the drawback that the number of manufacturing steps is increased compared to a single-layer film of polysilicon oxide film, resulting in higher costs. Another problem is that the silicon nitride film has many traps, and the accumulation and release of charges in these traps reduces the reliability of the device.

(発明が解決しようとする問題点) 上述したように、従来の半導体装置の製造方法では、絶
縁膜を薄膜化するとリーク耐圧の低下を招き、薄膜化し
てもリーク耐圧を確保しようとすると製造工程の複雑化
によるコストの上昇やデバイスの信頼性が低下する欠点
がある。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the conventional manufacturing method of semiconductor devices, when the insulating film is made thinner, the leakage withstand voltage decreases. There are drawbacks such as increased cost and decreased device reliability due to increased complexity.

この発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、コストの上昇や信頼性の低下
を招くことなく、薄膜化しても高いリーク耐圧を有する
絶縁膜を形成できる半導体装置の製造方法を提供するこ
とである。
This invention was made in view of the above circumstances,
The purpose is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can form an insulating film that has a high leakage breakdown voltage even when the film is thinned, without causing an increase in cost or a decrease in reliability.

[発明の構成] (問題点を解決するための手段と作用)すなわち、この
発明においては、上記の目的を達成するために、まず第
1の非単結晶シリコン膜を形成し、この非単結晶シリコ
ン膜に不純物をドープした後/母ターニングを行ない、
上記第1の非単結晶シリコン膜上に第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全て
酸化して薄膜絶縁膜を形成している。
[Structure of the Invention] (Means and Effects for Solving the Problems) That is, in this invention, in order to achieve the above object, first a first non-single crystal silicon film is formed, and then the non-single crystal silicon film is formed. After doping the silicon film with impurities/performing mother turning,
A second non-single crystal silicon film is formed on the first non-single crystal silicon film, and the second non-single crystal silicon film is entirely oxidized to form a thin insulating film.

こうすることによシ、形成から加工時までに第1の非単
結晶シリコン膜の表面に生じたダメージ層や局所的に不
純物を多く含んだ部分、および表面の凹凸等を第2の非
単結晶シリコン膜で被覆し、この第2の非単結晶シリコ
ンを酸化して薄膜絶縁膜を形成しているので、従来と同
じ膜厚であればリーク耐圧を向上できる。
By doing this, damage layers, locally-containing areas containing a large amount of impurities, and surface irregularities generated on the surface of the first non-single crystal silicon film from formation to processing can be removed from the second non-single crystal silicon film. Since a thin insulating film is formed by coating with a crystalline silicon film and oxidizing this second non-single crystal silicon, the leakage breakdown voltage can be improved if the film thickness is the same as in the conventional case.

(実施例) 以下、この発明の一実施例についてEFROMのメモリ
ーセルの製造を例に取って詳細に説明する。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail by taking the manufacture of an EFROM memory cell as an example.

第1図(a)〜(、)および第2図(a) 、 (b)
はその製造工程を順次示すもので、まず第1図(a)に
示す如くP型(100)のシリコン基板11上にメモリ
セルの素子分離用のフィールド絶縁膜12を形成する。
Figure 1 (a) to (,) and Figure 2 (a), (b)
The manufacturing steps are sequentially shown. First, as shown in FIG. 1(a), a field insulating film 12 for element isolation of memory cells is formed on a P-type (100) silicon substrate 11.

次に、上記フィールド絶縁膜12で分離された素子領域
のシリコン基板ノ1の表面に、ダート絶縁膜として膜厚
が30nmのシリコン酸化膜13.13を形成し、チャ
ネル領域の表直に閾値コントロール用の不純物のイオン
注入を行なう。
Next, a silicon oxide film 13.13 with a thickness of 30 nm is formed as a dirt insulating film on the surface of the silicon substrate 1 in the element region separated by the field insulating film 12, and a threshold voltage control film 13.13 is formed directly on the surface of the channel region. Perform ion implantation of impurities for use.

この後、LPCVD法によシ基板全面K 300 nm
程度の第1の多結晶シリコン膜14を形成する。この際
、反応ガス中には不純物を添加しない。次に、900℃
のpoct、雰囲気中で約30分間処理し、上記多結晶
シリコン膜14中にリンを3〜5X10 cm程度の濃
度で取シ込む。次に、上記フィールド絶縁膜12上の多
結晶シリコン膜14の一部を除去し、メモリセルのフロ
ーティングタートを形成するために通常のフォトリソグ
ラフィ一工程を行なう。すなわち、上記多結晶シリコン
膜14上にレジストパターン15を形成し、このレジス
トz4’ターン15をマスクとして上記第1の多結晶シ
リコン膜14の選択的な異方性エツチングを行なって開
孔を形成する(第1図(b)参照)。この時、フィール
ド絶縁膜12も数10nmエツチングされる。
After that, the entire surface of the substrate was coated with a thickness of 300 nm using the LPCVD method.
The first polycrystalline silicon film 14 is formed to a certain extent. At this time, no impurities are added to the reaction gas. Next, 900℃
The polycrystalline silicon film 14 is treated in a pot atmosphere for about 30 minutes to introduce phosphorus into the polycrystalline silicon film 14 at a concentration of about 3 to 5×10 cm. Next, a part of the polycrystalline silicon film 14 on the field insulating film 12 is removed, and a normal photolithography process is performed to form a floating tart of the memory cell. That is, a resist pattern 15 is formed on the polycrystalline silicon film 14, and the first polycrystalline silicon film 14 is selectively anisotropically etched using the resist z4' turn 15 as a mask to form an opening. (See Figure 1(b)). At this time, the field insulating film 12 is also etched by several tens of nanometers.

次に、上記レジストパターン15を除去して多結晶シリ
コン膜140表面を洗浄した後、リンを3〜5X10 
 cW1程度含んだ第2の多結晶シリコン膜16をLP
CVD法によp12nm程度形成する。
Next, after removing the resist pattern 15 and cleaning the surface of the polycrystalline silicon film 140, 3 to 5×10 phosphorus is removed.
The second polycrystalline silicon film 16 containing about cW1 is LP
It is formed to a thickness of about 12 nm using the CVD method.

これによって、5第1図(、)に示すように基板表面は
全て第2の多結晶シリコン膜16で被覆される。
As a result, the entire surface of the substrate is covered with the second polycrystalline silicon film 16, as shown in FIG.

この多結晶シリコン膜16はデポフシ1ン工程でリンを
添加するため、POCt、を用いた拡散で形成した多結
晶シリコン膜14に比べて多結晶シリコン中に均一にリ
ンをドープすることが可能である。
Since this polycrystalline silicon film 16 is doped with phosphorus in the deposition process, it is possible to dope phosphorus uniformly into the polycrystalline silicon, compared to the polycrystalline silicon film 14 formed by diffusion using POCt. be.

次に、10%に希釈した02雰囲気中で上記第2のシリ
コン酸化膜16を全て酸化し、第1図(d)に示すよう
なポリシリコン酸化膜17を形成する。
Next, the second silicon oxide film 16 is completely oxidized in an O2 atmosphere diluted to 10% to form a polysilicon oxide film 17 as shown in FIG. 1(d).

この際、酸化温度は1000℃以上とし、コーナ一部や
多結晶シリコンダレイン間での酸化膜形状が酸化時のス
トレスにより悪化するのを防止する。
At this time, the oxidation temperature is set to 1000° C. or higher to prevent the shape of the oxide film at the corners and between the polycrystalline silicon duplexes from deteriorating due to stress during oxidation.

こうして、多結晶シリコン膜14上には膜厚が25mm
のポリシリコン酸化膜17が形成される。
In this way, a film thickness of 25 mm is formed on the polycrystalline silicon film 14.
A polysilicon oxide film 17 is formed.

この後、第1図(、)に示すようにLPCVD法により
基板全面に膜厚350 nm程度の第3の多結晶シリコ
ン膜18を形成し、poct3を用いた拡散によシこの
多結晶シリコン膜18にリンをドープする。
After that, as shown in FIG. 1(,), a third polycrystalline silicon film 18 with a thickness of about 350 nm is formed on the entire surface of the substrate by the LPCVD method, and this polycrystalline silicon film 18 is formed by diffusion using POC3. 18 is doped with phosphorus.

次に、上記多結晶シリコン膜18の異方性エツチングを
行なってパターニングし、EPROMのワード線を形成
する。同じツクターンで第1の多結晶シリコン膜14も
異方性エツチングする。この状態における第1図(、)
のA −A’線に沿った断面図を第2図(、)に示す。
Next, the polycrystalline silicon film 18 is patterned by anisotropic etching to form word lines of the EPROM. The first polycrystalline silicon film 14 is also anisotropically etched in the same pattern. Figure 1 in this state (,)
A cross-sectional view taken along the line A-A' is shown in FIG. 2 (, ).

次に、第2図(b)に示す如く、メモリセルトランジス
タのソース、ドレインとなるnfi拡散層19A。
Next, as shown in FIG. 2(b), an NFI diffusion layer 19A that becomes the source and drain of the memory cell transistor.

19Bを形成した後、基板全面を酸化してフローティン
グダート14′とワード線18′をシリコン酸化膜20
で被覆する。
After forming 19B, the entire surface of the substrate is oxidized to form floating dirt 14' and word line 18' with silicon oxide film 20.
Cover with

この後、基板全面゛に表面保護用のシリコン酸化膜およ
びPSG膜を堆積形成し、コンタクトホールを選択的に
開孔した後、AA配線を形成してEPROMのメモリセ
ルを完成する。
Thereafter, a silicon oxide film and a PSG film for surface protection are deposited over the entire surface of the substrate, contact holes are selectively opened, and AA wiring is formed to complete an EPROM memory cell.

このような製造方法によれば、第1の多結晶シリ、コン
膜14の表面上に形成した第2の多結晶シリコン膜16
は、加工によるダメージ層を含まず表面が安定しており
、しかも不純物のドープをデポジシ雪ン時に行なったド
ープドポリシリコンを使用しているため、多結晶シリコ
ンのグレイン境界での異常な取シ込みによる高いリン濃
度部分の形成を防止でき、全体的に上記第1の多結晶シ
リコン膜よシも低いリン濃度に保てる。このため、上記
多結晶シリコン膜16を熱酸化して形成したポリシリコ
ン酸化膜17は薄膜化しても高いリーク耐圧が得られる
。従って、フローティングゲートとコントロールゲート
間の絶縁膜として膜厚が25mmのポリシリコン酸化膜
が使用できる。上述した製造工程は従来の三層構造膜よ
シも簡単であり、三層構造膜に比して低コスト化できる
とともに、窒化膜を使用していないのでトラップ等の問
題もなく、高い信頼性が得られる。
According to such a manufacturing method, the second polycrystalline silicon film 16 formed on the surface of the first polycrystalline silicon film 14
The surface is stable without any damage layer caused by processing, and since it uses doped polysilicon that is doped with impurities during deposition, abnormal processing at grain boundaries of polycrystalline silicon is avoided. It is possible to prevent the formation of a high phosphorus concentration portion due to contamination, and it is possible to maintain a low phosphorus concentration in the first polycrystalline silicon film as a whole. Therefore, even if the polysilicon oxide film 17 formed by thermally oxidizing the polycrystalline silicon film 16 is made thinner, a high leakage breakdown voltage can be obtained. Therefore, a polysilicon oxide film with a thickness of 25 mm can be used as the insulating film between the floating gate and the control gate. The above-mentioned manufacturing process is simpler than the conventional three-layer structure film, and the cost can be lowered compared to the three-layer structure film.Since no nitride film is used, there are no problems such as traps, and it is highly reliable. is obtained.

この発明の効果を確認するためK、上述した製造工程を
用いて10mのキャパシタを形成し、リーク耐圧を測定
したところ、5.5 MY/ cm (50個の測定値
)となシ高い耐圧が得られた。また、0〜4 MY/−
でのいわゆるBモード不良(例えば不純物の存在によ9
部分的に酸化膜の耐圧が低下したシ、酸化膜厚が部分的
に薄く形成されることによシ耐圧が低下する等の欠陥性
の不良)やAモード不良(ショート)が極めて少なく(
50個中1個以下)、膜厚が25 nmのポリシリコン
酸化膜でも充分にメガピットクラスのメモリに使用でき
る。
In order to confirm the effects of this invention, a 10m long capacitor was formed using the manufacturing process described above, and the leakage voltage was measured, and it was found that the leakage voltage was as high as 5.5 MY/cm (measured value of 50 pieces). Obtained. Also, 0 to 4 MY/-
So-called B-mode failure (for example, due to the presence of impurities)
There are extremely few defective defects such as a partial decrease in the breakdown voltage of the oxide film, a decrease in the breakdown voltage due to the partially thin oxide film, etc.) and A-mode defects (short circuits).
(less than 1 out of 50), even a polysilicon oxide film with a film thickness of 25 nm can be used for mega-pit class memories.

[発明の効果] 以上説明したようにこの発明によれば、コストの上昇や
信頼性の低下を招くことなく、薄膜化しても高いリーク
耐圧を有する絶縁膜を形成できる半導体装置の製造方法
が得られる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, a method for manufacturing a semiconductor device is provided that can form an insulating film that has a high leakage breakdown voltage even when the film is thinned, without causing an increase in cost or a decrease in reliability. It will be done.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図および第2図はそれぞれこの発明の一実施例に係
わる半導体装置の製造方法について説明するための図で
ある。 14・・・第1の多結晶シリコン膜(第1の非単結晶シ
リコン膜)、16・・・第2の多結晶シリコン膜(第2
の非単結晶シリコン膜)、17・・・ポリシリコン酸化
膜(酸化膜)、18・・・第3の多結晶シリコン膜(碑
電層)。 出願人代理人  弁理士  鈴 江 武 彦A′ 第1因 18゛
FIGS. 1 and 2 are diagrams for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, respectively. 14...First polycrystalline silicon film (first non-single crystal silicon film), 16...Second polycrystalline silicon film (second
(non-monocrystalline silicon film), 17... polysilicon oxide film (oxide film), 18... third polycrystalline silicon film (inscription layer). Applicant's agent Patent attorney Suzue Takehiko A' 1st cause 18゛

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)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不純物を含んだ第2の
非単結晶シリコン膜を形成する工程と、上記第2の非単
結晶シリコン膜を熱酸化してシリコン酸化膜を形成する
工程と、このシリコン酸化膜上に導電層を形成する工程
とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(1) A step of forming a first non-single-crystal silicon film, a step of forming a second non-single-crystal silicon film containing impurities on the first non-single-crystal silicon film, and a step of forming the second non-single-crystal silicon film containing impurities. 1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of thermally oxidizing a non-single crystal silicon film to form a silicon oxide film, and forming a conductive layer on the silicon oxide film.
(2)前記第2の非単結晶シリコン膜中の不純物濃度は
、前記第1の非単結晶シリコン膜中の不純物濃度より低
いことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体
装置の製造方法。
(2) The semiconductor device according to claim 1, wherein the impurity concentration in the second non-single crystal silicon film is lower than the impurity concentration in the first non-single crystal silicon film. Production method.
JP4452187A 1987-02-27 1987-02-27 Manufacture of semiconductor device Pending JPS63211768A (en)

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