JPS6384071A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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Publication number
JPS6384071A
JPS6384071A JP61227813A JP22781386A JPS6384071A JP S6384071 A JPS6384071 A JP S6384071A JP 61227813 A JP61227813 A JP 61227813A JP 22781386 A JP22781386 A JP 22781386A JP S6384071 A JPS6384071 A JP S6384071A
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JP
Japan
Prior art keywords
oxide film
region
resist
film
gate
Prior art date
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Pending
Application number
JP61227813A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kiyomi Naruge
清実 成毛
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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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP61227813A priority Critical patent/JPS6384071A/en
Publication of JPS6384071A publication Critical patent/JPS6384071A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent leakage to a substrate of electrons stored in a floating gate by removing an silicon-substrate impurity diffusion region in a fixed quantity so that a tunnel oxide-film forming prearranged region is all brought to an azimuth of plane (100). CONSTITUTION:A first oxide film 22 and a nitride film 23 are formed to the surface of an silicon single crystal substrate 21 having a p-type plane (100) azimuth and patterned, and a field region 24 is shaped through selective oxidation, using the nitride film 23 as a mask. The nitride film 23 is removed, the oxide film 22 and the field region 24 are etched, employing a resist 25 as a mask, and As<+> is implanted to form an n<+> region 26. The resist 25 is removed, the oxide film is etched, and a first gate oxide film 27 is shaped. The first gate oxide film 27 is removed by a resist 28, and surfaces except the azimuth of plane (100) are gotten rid of through etching. First gate polysilicon 30, an intermediate insulating film 31 and second gate polysilicon 32 are formed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は100人程鹿の極薄酸化膜をトンネル酸化膜と
して用いて形成される電気的に書込み可能なROM (
以下E2FROMという)セルを有する半導体装置の製
造方法に関する。
Detailed Description of the Invention [Objective of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention provides an electrically writable ROM (
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having a cell (hereinafter referred to as E2FROM).

(従来の技術) E2FROMには各種の構造を有するものが知られてい
るが、その1つにゲート酸化膜の一部に100人程鹿の
極薄酸化膜領域を形成し、この部分からトンネリングに
より電子を浮遊ゲートに注入、注出するタイプのものが
ある。
(Prior art) E2FROMs having various structures are known, one of which is to form an ultra-thin oxide film region of about 100 layers on a part of the gate oxide film, and to tunnel from this part. There is a type that injects and extracts electrons into and out of the floating gate.

従来のE2FROMのセル構造とその製造方法を第2図
および第3図に基づいて説明する。
The cell structure of a conventional E2FROM and its manufacturing method will be explained based on FIGS. 2 and 3.

第2図は従来のE2PROMセルの一例を示す平面図で
、第3図は第2図中にA−A’で示す部分の断面構造を
工程別に示した断面図である。まず第3図(a)に示す
ように(100)面を主面方位とする半導体基板1の表
面に第1の酸化膜2および窒化膜3を順次堆積し、レジ
ストを用いてパターニングすることにより所定の領域に
酸化膜2および窒化膜3が残存するような構造を得る。
FIG. 2 is a plan view showing an example of a conventional E2PROM cell, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing the cross-sectional structure of the portion indicated by AA' in FIG. 2, step by step. First, as shown in FIG. 3(a), a first oxide film 2 and a nitride film 3 are sequentially deposited on the surface of a semiconductor substrate 1 whose main surface orientation is the (100) plane, and patterned using a resist. A structure is obtained in which the oxide film 2 and the nitride film 3 remain in predetermined regions.

続いてパターニングに用いたレジストを剥離した後、こ
の窒化膜3をマスクとして選択酸化を行ないフィールド
酸化膜4を形成する。
Subsequently, after peeling off the resist used for patterning, selective oxidation is performed using this nitride film 3 as a mask to form a field oxide film 4.

次に第3図(b)に示すように、窒化膜3を剥離した後
トンネル酸化膜形成予定領域直下にn+領領域設けるた
め所定のパターニングを行ったレジスト5を形成し、こ
のレジスト5をマスクとして第1の酸化膜2およびフィ
ールド領域4の表面の酸化膜をエツチングする。
Next, as shown in FIG. 3(b), after the nitride film 3 is peeled off, a resist 5 is formed which has been patterned in a predetermined manner in order to provide an n+ region immediately below the region where the tunnel oxide film is to be formed, and this resist 5 is used as a mask. As a step, the first oxide film 2 and the oxide film on the surface of the field region 4 are etched.

ついでヒ素(As”)をイオン注入することによりトン
ネル酸化膜形成予定領域直下にn+領域6を形成する。
Next, by ion-implanting arsenic (As''), an n+ region 6 is formed directly under the region where the tunnel oxide film is to be formed.

この工程において酸化膜のエツチングの際に索子領域と
フィールド領域4との間の境界(図中にEとして示され
、以下の説明においてこれをロゴス(LOCOSエツジ
とよぶ)がフィールド酸化膜4側に後退する。
In this step, when etching the oxide film, the boundary between the strand region and the field region 4 (indicated as E in the figure, and referred to as the LOCOS edge in the following explanation) is placed on the side of the field oxide film 4. retreat to.

次に第3図(C)に示すように、レジスト5を剥離した
後n+領域6以外の素子領域」二に残っている酸化膜を
エツチングして除去する。この時前と同様にロゴスエッ
ジが後退する。ついでn 領域6の表面に第1ゲート酸
化膜7を形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, after the resist 5 is removed, the oxide film remaining in the device regions other than the n+ region 6 is removed by etching. At this time, Logos Edge retreats as before. Next, a first gate oxide film 7 is formed on the surface of the n-region 6.

この後トンネル酸化膜形成予定領域の第1ゲート酸化膜
7をエツチングするためのパターニングのためにレジス
ト8をパターン形成する。
Thereafter, a resist 8 is patterned for etching the first gate oxide film 7 in the area where the tunnel oxide film is to be formed.

ついで第3図(d)に示すように、パターニングされた
レジスト8をマスクとして第1ゲート酸化膜7をエツチ
ングし、レジスト8を剥離した後トンネル酸化膜9を形
成する。ついで基板表面全体に第1ゲートポリシリコン
10を堆積する。
Next, as shown in FIG. 3(d), the first gate oxide film 7 is etched using the patterned resist 8 as a mask, and after the resist 8 is peeled off, a tunnel oxide film 9 is formed. A first gate polysilicon 10 is then deposited over the entire surface of the substrate.

以下周知の技術を用いて第1ゲートポリシリコン10を
パターニングするとともに、層間絶縁膜11を第1ゲー
トポリシリコン10の表面に形成してさらにその表面に
第2ゲートポリシリコン12を堆積し、ついでこの第2
ゲートポリシリコン12をパターニングすることにより
第3図(e)に示すような構造を得る。
Thereafter, the first gate polysilicon 10 is patterned using a well-known technique, an interlayer insulating film 11 is formed on the surface of the first gate polysilicon 10, and a second gate polysilicon 12 is deposited on the surface. This second
By patterning the gate polysilicon 12, a structure as shown in FIG. 3(e) is obtained.

このように、第2図および第3図で説明した従来の技術
によるE2FROMはトンネル酸化膜領域がロゴスエッ
ジにかかっている。しかしこのような構造では第3図(
e)に示すように、ロゴスエッジのフィールド領域4方
向への後退により、(100)面方位とは異なる面方位
がトンネル酸化膜形成予定領域に表われる。(100)
面方位の以外の面方位ではシリコン未結合子が多いため
、シリコン表面に形成された酸化膜に準位が多く存在し
、iデ遊ゲートに蓄積された電子がその準位を介して基
板側へリークしてしまう。このためメモリセルのデータ
保持特性が悪いという問題がある。
As described above, in the E2FROM according to the prior art described in FIGS. 2 and 3, the tunnel oxide film region spans the logos edge. However, in such a structure, Figure 3 (
As shown in e), due to the retreat of the logos edge in the four directions of the field region, a plane orientation different from the (100) plane orientation appears in the region where the tunnel oxide film is to be formed. (100)
Since there are many unbonded silicon molecules in plane orientations other than the plane direction, there are many levels in the oxide film formed on the silicon surface, and the electrons accumulated in the i-deflection gate are transferred to the substrate side through these levels. It will leak. Therefore, there is a problem that the data retention characteristics of the memory cell are poor.

これを解決するため第4図に示すようにトンネル酸化膜
領域9がロゴスエッジにかからない構造を採用し、デー
タ保持特性の改善を図る工夫がなされている。
To solve this problem, as shown in FIG. 4, a structure is adopted in which the tunnel oxide film region 9 does not overlap the logos edge, thereby improving data retention characteristics.

しかしこのような構造を採用するとセルサイズが大きく
なってしまうという間通がある。
However, if such a structure is adopted, the cell size will become large.

(発明が解決しようとする問題点) このようにセルサイズを大きくすることなくトンネル酸
化膜領域を形成しようとするとトンネル酸化膜領域をロ
ゴスエツジにかかるような構造を採用せざるを得ないが
、従来の技術によればロゴスエツジの後退に起因するデ
ータ保持特性の劣化が問題となっている。そこで本発明
はトンネル酸化膜領域がロゴスエッジにかかるセル構造
を採用した場合であっても、ロゴスエツジの後退による
データ保持特性の劣化を生じることのない半導体装置の
製造方法を提供することをその目的とする。
(Problem to be Solved by the Invention) In order to form a tunnel oxide film region without increasing the cell size, it is necessary to adopt a structure in which the tunnel oxide film region overlaps the logo edge. According to this technique, deterioration of data retention characteristics due to regression of the logo edge has become a problem. Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that does not cause deterioration of data retention characteristics due to regression of the logo edge even when a cell structure in which the tunnel oxide film region extends over the logo edge is adopted. shall be.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(問題点を解決するための手段) 本発明によれば、(100)面を主面方位とする半導体
基板上にトンネル酸化膜領域が選択酸化法により形成さ
れたフィールド酸化膜に接するよう構成された。E2F
’ROMセルを有する半導体装置の製造方法において、
トンネル酸化膜形成予定領域1−の酸化膜を選択除去し
さらに下地の半導体基板を異性性エツチングにより露出
面がすべて(100)の一主面方位になるまで除去した
後、露出面りにトンネル酸化膜を形成することを特徴と
している。
(Means for Solving the Problems) According to the present invention, a tunnel oxide film region is formed on a semiconductor substrate having a (100) plane as a principal plane orientation so as to be in contact with a field oxide film formed by a selective oxidation method. Ta. E2F
'In a method for manufacturing a semiconductor device having a ROM cell,
After selectively removing the oxide film in region 1- where the tunnel oxide film is to be formed, and further removing the underlying semiconductor substrate by isomeric etching until all exposed surfaces have one principal plane orientation (100), tunnel oxide is applied to the exposed surfaces. It is characterized by forming a film.

(作 用) 本発明による製造方法では、第1ゲート酸化膜をエツチ
ングした後さらにその下地の半導体基板を異方性エツチ
ングにより所定の量だけ除去するためトンネル酸化膜形
成予定領域の周辺にロゴスエッジの後退による(100
)面以外の面方位が出現していた場合でも、これがすべ
て異方性エツチングにより除去されて(100)の面方
位しか残存しない状態となるため、トンネル酸化膜に存
在する準位が少なく、したがって浮遊ゲートに蓄積され
た電子が基板側へリークすることは無くなる。  (実
施例) 以下本発明の実施例を第1図に示す工程別素子断面図に
基づいて詳細に説明する。
(Function) In the manufacturing method according to the present invention, after etching the first gate oxide film, a predetermined amount of the underlying semiconductor substrate is removed by anisotropic etching, so that a logo edge is created around the area where the tunnel oxide film is to be formed. (100
) Even if plane orientations other than the (100) plane appear, they are all removed by anisotropic etching and only the (100) plane remains, so there are few levels existing in the tunnel oxide film, and therefore Electrons accumulated in the floating gate no longer leak to the substrate side. (Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail based on the step-by-step sectional views of elements shown in FIG.

なお第1図に示す各工程は第3図に示す各工程にほぼ対
応している。まず第1図(a)に示すようにP型(10
0)ilili方位を持つシリコン単結晶基板21の表
面に第1の酸化膜22を形成し、ついでこの表面に窒化
膜23を堆積する。そしてレジストを用いたパターニン
グを行なうことにより所定の領域に窒化膜23と第1の
酸化膜22を残存させた状態のパターンを得る。
Note that each step shown in FIG. 1 substantially corresponds to each step shown in FIG. 3. First, as shown in Figure 1(a), P type (10
0) A first oxide film 22 is formed on the surface of a silicon single crystal substrate 21 having an ili orientation, and then a nitride film 23 is deposited on this surface. Then, by performing patterning using a resist, a pattern is obtained in which the nitride film 23 and the first oxide film 22 remain in predetermined regions.

次いでこのパターニングに用いたレジストを剥離したの
ち、窒化膜23をマスクとして選択酸化を行うことによ
りフィールド領域24を形成する。
Next, after peeling off the resist used for this patterning, selective oxidation is performed using the nitride film 23 as a mask to form a field region 24.

次いで第1図(b)に示すように窒化膜23を剥離し、
さらに酸化を追加する。ついでトンネル酸化膜形成予定
領域直ドにn+領域26を形成するためのパターニング
をレジスト25を用いて行い、このパターニングされた
レジスト25をマスクとして酸化膜22およびフィール
ド領域24のエツチングする。次にAs  を100 
keVで5×101372だけ注入し、N“領域26を
形成する。
Next, as shown in FIG. 1(b), the nitride film 23 is peeled off,
Add more oxidation. Next, patterning is performed using a resist 25 to form an n+ region 26 directly in the area where the tunnel oxide film is to be formed, and the oxide film 22 and field region 24 are etched using the patterned resist 25 as a mask. Next, As is 100
A dose of 5×101372 is implanted at keV to form an N″ region 26.

ついで第1図(C)に示すように、レジスト25を剥離
してさらにn 領域以外の素子領域」二に残っている酸
化膜をN H、a F液等に浸すことによりエツチング
除去する。この後第1ゲート酸化膜27を約400への
厚さに形成する。ついでトンネル酸化膜形成予定領域上
の第1ゲート酸化膜27のエツチングのためのパターニ
ングをレジスト28を用いて行い、このレジスト28を
マスクとしてNH4F液に浸すことにより第1ゲート酸
化膜27をエツチング除去する。
Then, as shown in FIG. 1C, the resist 25 is peeled off, and the oxide film remaining on the device regions other than the n region is etched away by immersing it in N 2 H, a 2 F solution, or the like. Thereafter, a first gate oxide film 27 is formed to a thickness of approximately 400 nm. Next, patterning for etching of the first gate oxide film 27 on the area where the tunnel oxide film is to be formed is performed using a resist 28, and the first gate oxide film 27 is etched away by immersing it in an NH4F solution using the resist 28 as a mask. do.

ついで第1図(d)に示すように反応性イオンエツチン
グ(RI E)やその他の異方性エツチングを行うこと
により半導体基板21の露出面を所望の瓜だけエツチン
グし、(100)面方位のみを露出させるようにする。
Next, as shown in FIG. 1(d), reactive ion etching (RIE) or other anisotropic etching is performed to etch the exposed surface of the semiconductor substrate 21 by a desired amount, so that only the (100) plane orientation is etched. be exposed.

図中に点線で示した部分をエツチング除去することによ
りトンネル酸化膜形成予定領域の周辺部にロゴスエッジ
の後退により形成された(100)面方位以外の面は全
てエツチングされて消滅する。
By etching away the portion indicated by the dotted line in the figure, all planes other than the (100) plane, which were formed by the retreat of the logos edge around the area where the tunnel oxide film is to be formed, are etched and disappear.

ついでレジスト28を除去し、この露出面にトンネル酸
化膜29を約100人の厚さに形成する。
The resist 28 is then removed, and a tunnel oxide film 29 is formed on this exposed surface to a thickness of approximately 100 nm.

この厚さは薄いほど電子が入りやすいが保持特性が悪く
なるので適当に選ぶ必要がある。以降の工程は第1図(
e)に示すように、第1ゲートポリシリコン30の形成
とこの第1ゲートポリシリコン30へのリン拡散とパタ
ーニング、中間絶縁膜31の形成と第2ゲートポリシリ
コン32の形成とこれへのリン拡散およびパターニング
が続く。
This thickness needs to be selected appropriately because the thinner it is, the easier it is for electrons to enter, but the retention properties are worse. The subsequent steps are shown in Figure 1 (
As shown in e), the formation of the first gate polysilicon 30, the diffusion and patterning of phosphorus into the first gate polysilicon 30, the formation of the intermediate insulating film 31, the formation of the second gate polysilicon 32, and the formation of phosphorus thereto. Diffusion and patterning follow.

第5図はこのようにして形成されたセル構造を持つE2
FROMのしきい値電圧の経時変化を従来のセル構造を
用いた場合と比較して示した特性図である。図から明ら
かなように本発明を用いたセル構造を角°するE2PR
OMのデータ保持特性は従来の方法で製造されたものに
比べて改博されていることがわかる。
Figure 5 shows E2 with a cell structure formed in this way.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a change in the threshold voltage of FROM over time in comparison with a case using a conventional cell structure. As is clear from the figure, E2PR with angular cell structure using the present invention
It can be seen that the data retention properties of the OM are improved compared to those manufactured using conventional methods.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上実施例に基づいて詳細に説明したように本発明によ
る製造方法によれば、トンネル酸化膜形成予定領域がす
べて(100)面方位となるように所定の量だけシリコ
ン基板不純物拡散領域を除去してしまうため、トンネル
酸化膜領域がロゴスエツジにかかるような構造のE2P
ROMセルを有する記憶装置をデータ保持特性を劣化さ
せることなく製造することができる。
As described above in detail based on the embodiments, according to the manufacturing method of the present invention, a predetermined amount of the silicon substrate impurity diffusion region is removed so that the entire region where the tunnel oxide film is to be formed has a (100) plane orientation. Therefore, if the E2P structure is such that the tunnel oxide film region overlaps the logo edge,
A memory device having a ROM cell can be manufactured without deteriorating data retention characteristics.

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

第1図は本発明の製造工程を説明するための工程別素子
断面図、第2図および第4図はそれぞれ従来のE2FR
OMセルの一例を示す平面図、第3図は従来の製造方法
を説明するための工程別素子断面図、第5図は本発明と
従来の製造方法とで作製されたE2PROMのデータ保
持特性を示したものである。 1.21・・・半導体基板、4.24・・・フィールド
領域、6,26・・・n 領域、7,27・・・第1ゲ
ート酸化膜、9.29・・・トンネル酸化膜。 出願人代理人  佐  藤  −雄 昆2 に も4 ロ
FIG. 1 is a cross-sectional view of an element according to each step to explain the manufacturing process of the present invention, and FIGS. 2 and 4 are each a conventional E2FR
FIG. 3 is a plan view showing an example of an OM cell, FIG. 3 is a cross-sectional view of the element by process to explain the conventional manufacturing method, and FIG. 5 is a diagram showing the data retention characteristics of E2PROM manufactured by the present invention and the conventional manufacturing method. This is what is shown. 1.21... Semiconductor substrate, 4.24... Field region, 6, 26... N region, 7, 27... First gate oxide film, 9.29... Tunnel oxide film. Applicant's agent Sato-Yukon 2 and 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、(100)面を主面方位とする半導体基板上に、ト
ンネル酸化膜領域が選択酸化法により形成されたフィー
ルド酸化膜に接するよう構成された電気的に書込み可能
なROMセルを有する半導体装置の製造方法において、
前記トンネル酸化膜形成予定領域上の酸化膜を選択除去
し、さらに下地の半導体基板を異方性エッチングにより
露出面がすべて(100)の一主面方位になるまで除去
した後、前記露出面上にトンネル酸化膜を形成すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。 2、異方性エッチングが反応性イオンエッチングである
特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製造方法。
[Claims] 1. An electrically writable semiconductor substrate having a tunnel oxide film region in contact with a field oxide film formed by a selective oxidation method on a semiconductor substrate whose principal plane is oriented in the (100) plane. In a method for manufacturing a semiconductor device having a ROM cell,
After selectively removing the oxide film on the region where the tunnel oxide film is to be formed, and further removing the underlying semiconductor substrate by anisotropic etching until all exposed surfaces have one principal plane orientation (100), 1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a tunnel oxide film on a semiconductor device. 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the anisotropic etching is reactive ion etching.
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