JP2663892B2 - Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same - Google Patents
Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は不揮発性半導体メモリ装
置及びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】不揮発性半導体メモリ装置の一つとして
浮遊ゲート電極と制御ゲート電極とを備えて電子的に電
荷の書込み、又は消去が可能なメモリ装置がある。2. Description of the Related Art As one of nonvolatile semiconductor memory devices, there is a memory device having a floating gate electrode and a control gate electrode and capable of electronically writing or erasing electric charges.
【0003】図4(a)〜(e)は従来の不揮発性半導
体メモリ装置の製造方法を説明するための工程順に示し
た半導体チップの断面図である。FIGS. 4A to 4E are sectional views of a semiconductor chip shown in the order of steps for explaining a method of manufacturing a conventional nonvolatile semiconductor memory device.
【0004】まず、図4(a)に示すように、p型シリ
コン基板1の表面を熱酸化して形成した第1ゲート絶縁
膜2,ポリシリコン膜からなる浮遊ゲート電極3,酸化
シリコン膜からなる第2ゲート絶縁膜4,ポリシリコン
膜からなる制御ゲート電極5を順次積層してパターニン
グした多層ゲート電極構造を形成する。First, as shown in FIG. 4A, a first gate insulating film 2 formed by thermally oxidizing the surface of a p-type silicon substrate 1, a floating gate electrode made of a polysilicon film, and a silicon oxide film. A second gate insulating film 4 and a control gate electrode 5 made of a polysilicon film are sequentially laminated to form a patterned gate electrode structure.
【0005】次に、図4(b)に示すように、この多層
ゲート電極構造を含む表面にフォトレジスト膜21を塗
布してパターニングし、多層ゲート電極構造のソース領
域形成側を開孔し、ドレイン領域形成側を被覆したフォ
トレジスト膜21をマスクとしてリンイオンをシリコン
基板に対して斜め上方からイオン注入し、ソース領域側
に高電界を印加して消去動作を容易にするためのn- 型
拡散層7を形成する(IEEE Technical
Digest of International E
lectron Device Meeting.19
87年、第25巻、第8号 560〜563頁参照)。[0005] Next, as shown in FIG. 4 (b), a photoresist film 21 is applied to the surface including the multilayer gate electrode structure and patterned, and a hole is formed on the source region forming side of the multilayer gate electrode structure. Using the photoresist film 21 covering the drain region forming side as a mask, phosphorus ions are ion-implanted from obliquely above the silicon substrate, and a high electric field is applied to the source region to perform an n − -type diffusion for facilitating the erase operation. Forming Layer 7 (IEEE Technical)
Digest of International E
Electron Device Meeting. 19
1987, Vol. 25, No. 8, pages 560-563).
【0006】次に、図4(c)に示すように、フォトレ
ジスト膜21を除去した後、多層ゲート電極構造を含む
表面にフォトレジスト膜23を塗布してパターニング
し、多層ゲート電極構造のドレイン領域形成側を開孔
し、ソース領域形成側を被覆したフォトレジスト膜23
をマスクとしてホウ素イオンをシリコン基板に対して斜
め上方からイオン注入し、ドレイン領域側のホットキャ
リア発生効率を上げて書込み動作を容易にするためのp
+ 型拡散層8を形成する。Next, as shown in FIG. 4C, after removing the photoresist film 21, a photoresist film 23 is applied to the surface including the multilayer gate electrode structure and patterned to form a drain of the multilayer gate electrode structure. A photoresist film 23 having an opening on the region forming side and covering the source region forming side
Is implanted obliquely from above into the silicon substrate with the mask as a mask to increase the hot carrier generation efficiency on the drain region side and facilitate the writing operation.
The + type diffusion layer 8 is formed.
【0007】次に、図4(d)に示すように、フォトレ
ジスト膜23を除去した後、多層ゲート電極構造を含む
表面にCVD法により酸化シリコン膜を堆積してエッチ
バックし多層ゲート電極構造の側面に側壁スペーサ9を
形成する。ここで、側壁スペーサ9を形成する酸化シリ
コン膜はHTO(High TemperatureO
xide)により800℃程度の温度により成膜される
が、CVD炉に半導体基板を挿入又は排出する際に大気
の巻込みによりシリコン膜の表面が熱酸化される。Next, as shown in FIG. 4D, after removing the photoresist film 23, a silicon oxide film is deposited on the surface including the multilayer gate electrode structure by the CVD method and etched back to form a multilayer gate electrode structure. Side wall spacers 9 are formed on the side surfaces of. Here, the silicon oxide film forming the side wall spacer 9 is HTO (High Temperature O).
xide), the film is formed at a temperature of about 800 ° C., but the surface of the silicon film is thermally oxidized by air entrainment when the semiconductor substrate is inserted into or discharged from the CVD furnace.
【0008】次に、図4(e)に示すように、多層ゲー
ト電極構造及び側壁スペーサをマスクとしてヒ素イオン
をシリコン基板に対して垂直方向からイオン注入して活
性化熱処理し、n+ 型のソース領域10及びドレイン領
域11を形成する。[0008] Next, as shown in FIG. 4 (e), arsenic ions are heat treated activated by ion implantation in a direction perpendicular to the silicon substrate a multilayer gate electrode structure and the sidewall spacer as a mask, n + -type A source region 10 and a drain region 11 are formed.
【0009】このように形成した不揮発性半導体メモリ
装置の書込み動作は、制御ゲート電極5とシリコン基板
1との間に正の高電圧を印加してチャネル領域に電子を
誘起すると同時にソース領域10と制御ゲート電極5と
の間に高電圧を印加することによりホットキャリアを発
生させて浮遊ゲート電極3に電子を注入することで得ら
れる。また、消去動作は、制御ゲート電極5を低電位し
てソース領域10を高電位にすることで第1ゲート絶縁
膜2に10〜12MV/cm程度の負の高電圧を印加
し、ファウラー・ノルドハイム(Fowler−Nor
dheim)形のトンネル電流を流すことにより浮遊ゲ
ート電極3からソース領域10に電子を放出することで
得られる。In the write operation of the nonvolatile semiconductor memory device formed as described above, a positive high voltage is applied between the control gate electrode 5 and the silicon substrate 1 to induce electrons in the channel region, and at the same time, the source region 10 Hot carriers are generated by applying a high voltage to the control gate electrode 5 to inject electrons into the floating gate electrode 3. The erasing operation is performed by applying a negative high voltage of about 10 to 12 MV / cm to the first gate insulating film 2 by lowering the potential of the control gate electrode 5 and setting the potential of the source region 10 to a high potential, thereby applying Fowler-Nordheim. (Fowler-Nor
This is obtained by emitting electrons from the floating gate electrode 3 to the source region 10 by flowing a tunnel current of a (dheim) type.
【0010】このように不揮発性半導体メモリ装置で
は、書込み動作と消去動作によって浮遊ゲート電極中の
電荷を制御し、しきい値電圧を変化させることにより記
憶状態を設定している。このような浮遊ゲート構造のト
ランジスタを有する不揮発性半導体メモリ装置では、浮
遊ゲート電極を被覆する絶縁膜の膜質及び膜厚構成が重
要であり、トンネル電流を流すことによって絶縁膜が容
易に破壊されないことが要求される。As described above, in the nonvolatile semiconductor memory device, the charge in the floating gate electrode is controlled by the writing operation and the erasing operation, and the storage state is set by changing the threshold voltage. In a nonvolatile semiconductor memory device having such a floating gate transistor, the quality and thickness of the insulating film covering the floating gate electrode are important, and the insulating film is not easily broken by passing a tunnel current. Is required.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】この従来の不揮発性半
導体メモリ装置では、消去動作及び書込み動作を容易に
するためにソース領域とドレイン領域に隣接する領域に
斜めイオン注入法によって各々n- 型拡散層及びp+ 型
拡散層を形成している。これらのn- 型拡散層やp+ 型
拡散層はソース領域とドレイン領域の内側に形成する必
要があるため、斜め注入法を用いているが、第1ゲート
絶縁膜及び第2ゲート絶縁膜の側面部は露出しているた
めイオン種が通過または注入され、絶縁膜中にSi−O
結合の解離等の欠陥が発生し、絶縁破壊寿命を早めると
いう問題がある。In this conventional non-volatile semiconductor memory device, in order to facilitate an erasing operation and a writing operation, n - type diffusion is performed by oblique ion implantation in regions adjacent to a source region and a drain region. And a p + -type diffusion layer. Since these n − -type diffusion layers and p + -type diffusion layers need to be formed inside the source region and the drain region, the oblique implantation method is used, but the first gate insulating film and the second gate insulating film Since the side portions are exposed, ion species are passed or implanted, and Si-O
There is a problem that defects such as bond dissociation occur and the dielectric breakdown life is shortened.
【0012】また、側壁スペーサを形成するための酸化
膜成長時やソース・ドレイン領域を形成するための不活
性ガス雰囲気中での熱処理時の酸化性雰囲気中での熱処
理が実効的に加わり、浮遊ゲート電極及び制御ゲート電
極の側面端部及びその近傍が酸化されて第1ゲート絶縁
膜と第2ゲート絶縁膜の端部の膜厚が局部的に増大しそ
のため、相対的にゲート電極中央部の電界による影響が
増大しその部分のゲート絶縁膜中の欠陥による不良確率
が高くなる。また、ゲート電極端部の酸化によるゲート
絶縁膜の体積膨張により、内部応力が発生し、Si−O
結合が歪み、絶縁破壊寿命を早める欠点があった。In addition, a heat treatment in an oxidizing atmosphere is effectively applied at the time of growing an oxide film for forming a sidewall spacer and at the time of a heat treatment in an inert gas atmosphere for forming a source / drain region. The side edges of the gate electrode and the control gate electrode and the vicinity thereof are oxidized, and the thickness of the edge portions of the first gate insulating film and the second gate insulating film locally increases. The influence of the electric field increases, and the probability of failure due to a defect in the gate insulating film in that portion increases. Further, internal stress is generated due to volume expansion of the gate insulating film due to oxidation of the end of the gate electrode, and Si—O
There was a disadvantage that the bond was distorted and the dielectric breakdown life was shortened.
【0013】本発明の目的は、ゲート絶縁膜の劣化を防
止し、信頼性を向上させた不揮発性半導体メモリ装置及
びその製造方法を提供することにある。An object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device in which deterioration of a gate insulating film is prevented and reliability is improved, and a method of manufacturing the same.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明の不揮発性半導体
メモリ装置は、半導体基板上に形成した酸化シリコン膜
からなる第1ゲート絶縁膜,ポリシリコン膜からなる浮
遊ゲート電極,第2ゲート絶縁膜,制御ゲート電極を順
次積層して形成した多層ゲート電極構造と、前記多層ゲ
ート電極構造を挟んで両側の前記半導体基板に形成した
ソース・ドレイン領域と、このソース領域に隣接して前
記ソース・ドレイン領域の間に形成されメモリ消去特性
を制御する第1の不純物拡散領域と、前記ドレイン領域
に隣接して前記ソース・ドレイン領域の間に形成されメ
モリ書込特性を制御する第2の不純物拡散領域とを有す
る不揮発性半導体メモリ装置において、前記浮遊ゲート
電極と前記第1、第2のゲート絶縁膜との界面のうち前
記ソース・ドレイン領域に面した側の端面近傍の一部
と、前記制御ゲート電極と前記第2ゲート絶縁膜との界
面のうち前記ソース・ドレイン領域に面した側の端面近
傍の一部とにそれぞれ窒化酸化シリコン層を備えたこと
を特徴とする。According to the present invention, there is provided a nonvolatile semiconductor memory device comprising a first gate insulating film made of a silicon oxide film, a floating gate electrode made of a polysilicon film, and a second gate insulating film formed on a semiconductor substrate. A gate electrode structure formed by sequentially laminating control gate electrodes, and the semiconductor substrate on both sides of the multilayer gate electrode structure.
A source / drain region and
Memory erase characteristics formed between the source and drain regions
A first impurity diffusion region controlling the drain region and the drain region
Formed between the source / drain regions adjacent to
In a nonvolatile semiconductor memory device having a second impurity diffusion region for controlling a memory write characteristic, a surface of the interface between the floating gate electrode and the first and second gate insulating films is formed on the source / drain region . Part near the end face
And near an end face of the interface between the control gate electrode and the second gate insulating film facing the source / drain region.
A silicon nitride oxide layer is provided on a part of the side .
【0015】本発明の不揮発性半導体メモリ装置の製造
方法は、半導体基板上に酸化シリコン膜からなる第1ゲ
ート絶縁膜,ポリシリコン膜からなる浮遊ゲート電極,
第2ゲート絶縁膜,ポリシリコン膜からなる制御ゲート
電極を順次積層してパターニングした多層ゲート電極構
造を形成する工程と、前記多層ゲート電極構造の表面を
熱窒化処理して前記浮遊ゲート電極及び制御ゲート電極
の拡散層形成領域に面した側の端面及びその近傍の前記
浮遊ゲート電極及び制御ゲート電極と前記第1及び第2
ゲート絶縁膜との各界面に窒化酸化シリコン膜を形成す
る工程と、前記半導体基板の斜め上方から不純物をイオ
ン注入して前記多層ゲート電極構造の下部を含む領域に
書込み及び消去動作を制御する第1、第2の不純物拡散
層を形成する工程、前記多層ゲート電極構造の側面に側
壁スペーサを形成する工程と、前記多層ゲート電極構造
と前記側壁スペーサとをマスクとしてイオン注入により
ソース・ドレイン領域を形成する工程とを含んで構成さ
れる。According to the method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, a first gate insulating film made of a silicon oxide film, a floating gate electrode made of a polysilicon film,
Forming a patterned multi-layer gate electrode structure by sequentially laminating a control gate electrode comprising a second gate insulating film and a polysilicon film; and thermally nitriding the surface of the multi-layer gate electrode structure to form the floating gate electrode and the control gate electrode. said end surface and its vicinity of the side facing the diffusion layer formation region of the gate electrode
A floating gate electrode, a control gate electrode, and the first and second gate electrodes;
Forming a silicon nitride oxide film at each interface with the gate insulating film; and ion-implanting impurities from obliquely above the semiconductor substrate to control writing and erasing operations in a region including a lower portion of the multilayer gate electrode structure . 1, forming a second impurity diffusion layer, the side on the side face of the multilayer gate electrode structure
Forming a wall spacer, and the multilayer gate electrode structure
And ion implantation using the sidewall spacers as a mask.
And forming a source / drain region .
【0016】[0016]
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。Next, the present invention will be described with reference to the drawings.
【0017】図1(a)〜(e)は本発明の第1の実施
例の製造方法を説明するための工程順に示した半導体チ
ップの断面図である。FIGS. 1A to 1E are sectional views of a semiconductor chip shown in the order of steps for explaining a manufacturing method according to a first embodiment of the present invention.
【0018】まず、図1(a)に示すように、p型シリ
コン基板1の一主面を選択酸化して形成したフィールド
酸化膜(図示せず)により区画された素子形成領域のp
型シリコン基板の表面を熱酸化して厚さ10nm程度の
酸化シリコン膜からなる第1ゲート絶縁膜2を形成す
る。次に、第1ゲート絶縁膜2の上にCVD法により厚
さ150nm程度の第1のポリシリコン膜を堆積してP
OCl3 ガス雰囲気中で熱処理し、n型不純物となるリ
ンをこの第1のポリシリコン膜に1×1020cm-2程度
拡散させた後パターニングし、浮遊ゲート電極3を形成
する。次に、浮遊ゲート電極3の表面を熱酸化して厚さ
10nm程度の酸化シリコン膜を形成し、この酸化シリ
コン膜の上にCVD法により窒化シリコン膜を10nm
の厚さに堆積してその表面を熱酸化し、厚さ3nm程度
の酸化シリコン膜を形成した酸化シリコン膜/窒化シリ
コン膜/酸化シリコン膜の3層構造からなる第2ゲート
絶縁膜4を形成する。次に、第2ゲート絶縁膜4の上に
CVD法により厚さ200nm程度の第2のポリシリコ
ン膜を堆積してPOCl3 ガス雰囲気中で熱処理し、n
型不純物であるリンをこの第2のポリシリコン膜に1×
1020cm-2程度拡散させる。次に、この第2のポリシ
リコン膜、第2ゲート絶縁膜4、浮遊ゲート電極3、第
1ゲート絶縁膜2を異方性ドライエッチング法により選
択的に順次エッチングして第1ゲート絶縁膜2、浮遊ゲ
ート電極3、第2ゲート絶縁膜4、制御ゲート電極5か
らなる多層ゲート電極構造を形成する。First, as shown in FIG. 1A, the p-type silicon substrate 1 is selectively oxidized on one main surface to form a p-type silicon substrate 1 in a device forming region partitioned by a field oxide film (not shown).
A first gate insulating film 2 made of a silicon oxide film having a thickness of about 10 nm is formed by thermally oxidizing the surface of the mold silicon substrate. Next, a first polysilicon film having a thickness of about 150 nm is deposited on the first gate insulating
Heat treatment is performed in an OCl 3 gas atmosphere, and phosphorus serving as an n-type impurity is diffused into the first polysilicon film by about 1 × 10 20 cm −2 and then patterned to form a floating gate electrode 3. Next, the surface of the floating gate electrode 3 is thermally oxidized to form a silicon oxide film having a thickness of about 10 nm, and a silicon nitride film having a thickness of 10 nm is formed on the silicon oxide film by a CVD method.
And a surface thereof is thermally oxidized to form a second gate insulating film 4 having a three-layer structure of a silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film having a silicon oxide film having a thickness of about 3 nm. I do. Next, a second polysilicon film having a thickness of about 200 nm is deposited on the second gate insulating film 4 by a CVD method, and heat-treated in a POCl 3 gas atmosphere,
Phosphor which is a mold impurity is added to this second polysilicon film by 1 ×
Diffuse by about 10 20 cm -2 . Next, the second polysilicon film, the second gate insulating film 4, the floating gate electrode 3, and the first gate insulating film 2 are selectively and sequentially etched by an anisotropic dry etching method to form the first gate insulating film 2 Then, a multilayer gate electrode structure including the floating gate electrode 3, the second gate insulating film 4, and the control gate electrode 5 is formed.
【0019】次に、図1(b)に示すように、NH3 ガ
ス雰囲気中での多層ゲート電極構造を含む表面をハロゲ
ンランプを光源とする温度900℃程度のランプアニー
ルによる約60秒間又はN2 Oガス雰囲気中での105
0〜1150℃の温度で約60秒間の熱窒化処理を行
い、多層ゲート電極構造の表面に数nmの窒化膜(図面
上では省略)を形成すると同時に浮遊ゲート電極3及び
制御ゲート電極5の端面及びその近傍に限定された領域
の第1及び第2ゲート絶縁膜2,4との界面に窒化酸化
シリコン膜6を形成する。Next, as shown in FIG. 1B, the surface including the multilayer gate electrode structure in an NH 3 gas atmosphere is subjected to lamp annealing at about 900 ° C. using a halogen lamp as a light source for about 60 seconds or N 2. 105 in 2 O gas atmosphere
A thermal nitridation process is performed at a temperature of 0 to 1150 ° C. for about 60 seconds to form a nitride film (not shown in the drawing) of several nm on the surface of the multilayer gate electrode structure, and at the same time, end surfaces of the floating gate electrode 3 and the control gate electrode 5. The silicon nitride oxide film 6 is formed on the interface between the first and second gate insulating films 2 and 4 in a region limited to the vicinity thereof.
【0020】次に、図1(c)に示すように、従来例と
同様の方法により、ドレイン領域側をマスクしてシリコ
ン基板に対して30°〜60°の角度で斜め上方よりリ
ンイオンを加速エネルギー100keV、ドーズ量1×
1014cm-2の条件でイオン注入し消去動作時の特性を
制御するためのn- 型拡散層(第1の不純物拡散層)7
をソース領域側に形成し、同様に、ソース領域側をマス
クしてシリコン基板に対して30°〜60°の角度で斜
め上方よりホウ素イオンを加速エネルギー60keV、
ドーズ量1×1014cm-2の条件でイオン注入し書込み
動作時の特性を制御するためのp+ 型拡散層(第2の不
純物拡散層)8をドレイン領域側に形成し、温度850
℃の不活性ガス雰囲気中で30分間の活性化を行う。Next, as shown in FIG. 1C, phosphorus ions are accelerated obliquely upward at an angle of 30 ° to 60 ° with respect to the silicon substrate by masking the drain region side in the same manner as in the conventional example. Energy 100keV, dose 1 ×
N − -type diffusion layer (first impurity diffusion layer) for controlling characteristics at the time of erase operation by ion implantation under the condition of 10 14 cm −2 7
Is formed on the source region side, and similarly, while masking the source region side, boron ions are accelerated obliquely from above at an angle of 30 ° to 60 ° with respect to the silicon substrate at an acceleration energy of 60 keV,
Ion implantation under the condition of a dose of 1 × 10 14 cm -2 and ap + -type diffusion layer (second non-
(Pure substance diffusion layer) 8 is formed on the drain region side, and the temperature is 850.
Activation is performed in an inert gas atmosphere at 30 ° C. for 30 minutes.
【0021】次に、図1(d)に示すように、多層ゲー
ト電極構造を含む表面にCVD法により酸化シリコン膜
を200nmの厚さに堆積して異方性ドライエッチング
によりエッチバックし、多層ゲート電極構造の側面に側
壁スペーサ9を形成する。次に、シリコン基板に対して
垂直の方向からヒ素イオンを加速エネルギー70ke
V、ドーズ量5×1015cm-2でイオン注入し、温度8
00〜900℃の不活性ガス雰囲気中で10〜60分間
の熱処理で活性化し、n+ 型のソース領域10及びドレ
イン領域11を形成する。Next, as shown in FIG. 1D, a silicon oxide film is deposited to a thickness of 200 nm on the surface including the multilayer gate electrode structure by the CVD method and etched back by anisotropic dry etching to form a multilayer. A side wall spacer 9 is formed on a side surface of the gate electrode structure. Next, arsenic ions are accelerated from the direction perpendicular to the silicon substrate at an energy of 70 ke.
V, ions were implanted at a dose of 5 × 10 15 cm -2 and a temperature of 8
Activation is performed by a heat treatment for 10 to 60 minutes in an inert gas atmosphere at 00 to 900 ° C. to form an n + -type source region 10 and a drain region 11.
【0022】次に、図1(e)に示すように、全面に層
間絶縁膜12を堆積してコンタクトホールを形成し、こ
のコンタクトホール内に露出させたソース領域10及び
ドレイン領域11のそれぞれに電気的に接続する電極1
3を形成する。Next, as shown in FIG. 1E, an interlayer insulating film 12 is deposited on the entire surface to form a contact hole, and the source region 10 and the drain region 11 exposed in the contact hole are respectively formed. Electrode 1 to be electrically connected
Form 3
【0023】図2は本発明と従来例の第1ゲート絶縁膜
が破壊される注入電荷量に対する累積不良率の関係を示
す図であり、横軸は個々のテストサンプルが絶縁破壊に
至るまでに注入された電荷量QBDを示し、縦軸は相対頻
度を示す。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the amount of injected charges at which the first gate insulating film of the present invention and the conventional example are destroyed and the cumulative failure rate. The horizontal axis represents the time required for each test sample to reach the dielectric breakdown. The amount of injected charge Q BD is shown, and the vertical axis shows the relative frequency.
【0024】図2に示すように、本発明では従来例に比
較して真性領域に達する前に破壊するランダム不良の発
生割合を著しく減少させることができる。これは動作時
に電子が流れる領域のゲート絶縁膜の誘電率を部分的に
高めて電界を強め、ゲート絶縁膜の非活性領域の電界を
低下させることによってゲート絶縁膜中に内在する欠陥
の影響を確率的に減少させる効果が得られたためであ
り、このことによって、書き込み動作及び消去動作を繰
り返えすことよって発生するゲート絶縁膜の破壊寿命を
長くすることが可能となった。As shown in FIG. 2, in the present invention, the rate of occurrence of random defects that break before reaching the intrinsic region can be significantly reduced as compared with the conventional example. This increases the electric field by partially increasing the dielectric constant of the gate insulating film in the region where electrons flow during operation, and reduces the electric field in the inactive region of the gate insulating film to reduce the effect of defects existing in the gate insulating film. This is because the effect of reducing the probability is obtained, which makes it possible to extend the life of the gate insulating film caused by repeating the writing operation and the erasing operation.
【0025】図3(a)〜(c)は本発明の第2の実施
例の製造方法を説明するための工程順に示した半導体チ
ップの断面図である。FIGS. 3A to 3C are sectional views of a semiconductor chip shown in the order of steps for explaining the manufacturing method according to the second embodiment of the present invention.
【0026】まず、図3(a)に示すように、第1の実
施例と同様の工程でp型シリコン基板1の上に第1ゲー
ト絶縁膜2,浮遊ゲート電極3,第2ゲート絶縁膜4,
制御ゲート電極5を選択的に順次積層して形成した多層
ゲート電極構造を設けた後、ドレイン領域側をマスクし
てソース領域側に斜めイオン注入し形成したn- 型拡散
層7とソース領域側をマスクしてドレイン領域側に斜め
イオン注入して形成したp+ 型拡散層8とを設ける。First, as shown in FIG. 3A, a first gate insulating film 2, a floating gate electrode 3, and a second gate insulating film are formed on a p-type silicon substrate 1 in the same steps as in the first embodiment. 4,
After providing a multilayer gate electrode structure formed by selectively laminating the control gate electrodes 5 sequentially, the n − -type diffusion layer 7 formed by oblique ion implantation into the source region side by masking the drain region side and the source region side And ap + -type diffusion layer 8 formed by oblique ion implantation on the drain region side is provided.
【0027】次に、図3(b)に示すように、NH3 ガ
ス又はN2 Oガス雰囲気中で熱処理し多層ゲート絶縁構
造の表面に窒化膜(図面上では省略)を形成すると同時
に浮遊ゲート電極3及び制御ゲート電極5の端面及びそ
の近傍に限定された領域の第1及び第2ゲート絶縁膜
2,4との界面に窒化酸化シリコン膜6を形成する。Next, as shown in FIG. 3B, heat treatment is performed in an NH 3 gas or N 2 O gas atmosphere to form a nitride film (omitted in the drawing) on the surface of the multilayer gate insulating structure, and at the same time, to form a floating gate. A silicon nitride oxide film 6 is formed on the end faces of the electrode 3 and the control gate electrode 5 and on the interface between the first and second gate insulating films 2 and 4 in a region limited to the vicinity thereof.
【0028】次に、図3(c)に示すように、第1の実
施例と同様に多層ゲート電極構造の側面に側壁スペーサ
9を形成してヒ素イオンをイオン注入し、n+ 型のソー
ス領域10及びドレイン領域11を形成する。Next, as shown in FIG. 3C, as in the first embodiment, a side wall spacer 9 is formed on the side surface of the multilayer gate electrode structure, and arsenic ions are ion-implanted to form an n + type source. A region 10 and a drain region 11 are formed.
【0029】この第2の実施例によれば、第1の実施例
と同様にゲート絶縁膜に内在する欠陥の影響を減少させ
る効果の他に斜めイオン注入によって発生する第1及び
第2ゲート絶縁膜の劣化を回復させることができるとい
う利点を有する。According to the second embodiment, similarly to the first embodiment, in addition to the effect of reducing the influence of defects existing in the gate insulating film, the first and second gate insulating films generated by oblique ion implantation are provided. There is an advantage that deterioration of the film can be recovered.
【0030】[0030]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、ソース・
ドレイン領域に面する側の浮遊ゲート電極及び制御ゲー
ト電極の両端面及びその近傍に限定された領域の第1及
び第2のゲート絶縁膜との界面に窒化酸化シリコン層を
形成して、電子が流れる領域の誘電率を部分的に高める
ことにより、ゲート絶縁膜の非活性領域の電界を低下さ
せ、ゲート絶縁膜中に内在する欠陥の影響を確率上減少
させることを可能とし、これにより書き込み動作及び消
去動作の繰り返しにより発生するゲート絶縁膜の破壊に
至るまでの寿命を長くすることができ、不揮発性半導体
メモリ装置の信頼制を向上させることができるという効
果を有する。As described above, according to the present invention, the source
A silicon nitride oxide layer is formed at the interface between the floating gate electrode and the control gate electrode on the side facing the drain region and the first and second gate insulating films in regions limited to the vicinity thereof and electrons are generated. By partially increasing the dielectric constant of the flowing region, the electric field in the inactive region of the gate insulating film can be reduced, and the effect of defects existing in the gate insulating film can be reduced with a high probability. In addition, the lifetime up to the destruction of the gate insulating film caused by the repetition of the erasing operation can be extended, and the reliability of the nonvolatile semiconductor memory device can be improved.
【図1】本発明の第1の実施例の製造方法を説明するた
めの工程順に示した半導体チップの断面図。FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor chip shown in the order of steps for describing a manufacturing method according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明と従来例の第1ゲート絶縁膜が破壊され
る注入電荷量に対する累積不良率の関係を示す図。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the amount of injected charge at which a first gate insulating film of the present invention and a conventional example are destroyed and the cumulative defect rate.
【図3】本発明の第2の実施例の製造方法を説明するた
めの工程順に示した半導体チップの断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of a semiconductor chip shown in a process order for describing a manufacturing method according to a second embodiment of the present invention.
【図4】従来の不揮発性半導体メモリ装置の製造方法を
説明するための工程順に示した半導体チップの断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view of a semiconductor chip shown in a process order for describing a method of manufacturing a conventional nonvolatile semiconductor memory device.
1 p型シリコン基板 2 第1ゲート絶縁膜 3 浮遊ゲート電極 4 第2ゲート絶縁膜 5 制御ゲート電極 6 窒化酸化シリコン膜 7 n- 型拡散層 8 p+ 型拡散層 9 側壁スペーサ 10 ソース領域 11 ドレイン領域 12 層間絶縁膜 13 電極 21,23 フォトレジスト膜 22 リンイオン 24 ホウ素イオンREFERENCE SIGNS LIST 1 p-type silicon substrate 2 first gate insulating film 3 floating gate electrode 4 second gate insulating film 5 control gate electrode 6 silicon nitride oxide film 7 n − type diffusion layer 8 p + type diffusion layer 9 sidewall spacer 10 source region 11 drain Region 12 Interlayer insulating film 13 Electrode 21, 23 Photoresist film 22 Phosphorus ion 24 Boron ion
Claims (3)
からなる第1ゲート絶縁膜,ポリシリコン膜からなる浮
遊ゲート電極,第2ゲート絶縁膜,制御ゲート電極を順
次積層して形成した多層ゲート電極構造と、前記多層ゲ
ート電極構造を挟んで両側の前記半導体基板に形成した
ソース・ドレイン領域と、このソース領域に隣接して前
記ソース・ドレイン領域の間に形成されメモリ消去特性
を制御する第1の不純物拡散領域と、前記ドレイン領域
に隣接して前記ソース・ドレイン領域の間に形成されメ
モリ書込特性を制御する第2の不純物拡散領域とを有す
る不揮発性半導体メモリ装置において、前記浮遊ゲート
電極と前記第1、第2のゲート絶縁膜との界面のうち前
記ソース・ドレイン領域に面した側の端面近傍の一部
と、前記制御ゲート電極と前記第2ゲート絶縁膜との界
面のうち前記ソース・ドレイン領域に面した側の端面近
傍の一部とにそれぞれ窒化酸化シリコン層を備えたこと
を特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。1. A multilayer gate electrode formed by sequentially stacking a first gate insulating film made of a silicon oxide film, a floating gate electrode made of a polysilicon film, a second gate insulating film, and a control gate electrode formed on a semiconductor substrate. Structure, and formed on the semiconductor substrate on both sides of the multilayer gate electrode structure
A source / drain region and
Memory erase characteristics formed between the source and drain regions
A first impurity diffusion region controlling the drain region and the drain region
Formed between the source / drain regions adjacent to
In a nonvolatile semiconductor memory device having a second impurity diffusion region for controlling a memory write characteristic, a surface of the interface between the floating gate electrode and the first and second gate insulating films is formed on the source / drain region . Part near the end face
And near an end face of the interface between the control gate electrode and the second gate insulating film facing the source / drain region.
A non-volatile semiconductor memory device comprising a silicon nitride oxide layer at a part of a side thereof.
第1ゲート絶縁膜,ポリシリコン膜からなる浮遊ゲート
電極,第2ゲート絶縁膜,ポリシリコン膜からなる制御
ゲート電極を順次積層してパターニングした多層ゲート
電極構造を形成する工程と、前記多層ゲート電極構造の
表面を熱窒化処理して前記浮遊ゲート電極及び制御ゲー
ト電極の拡散層形成領域に面した側の端面及びその近傍
の前記浮遊ゲート電極及び制御ゲート電極と前記第1及
び第2ゲート絶縁膜との各界面に窒化酸化シリコン膜を
形成する工程と、前記半導体基板の斜め上方から不純物
をイオン注入して前記多層ゲート電極構造の下部を含む
領域に書込み及び消去動作を制御する第1、第2の不純
物拡散層を形成する工程と、前記多層ゲート電極構造の
側面に側壁スペーサを形成する工程と、前記多層ゲート
電極構造と前記側壁スペーサとをマスクとしてイオン注
入によりソース・ドレイン領域を形成する工程とを含む
ことを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置の製造方
法。2. A semiconductor substrate comprising a first gate insulating film made of a silicon oxide film, a floating gate electrode made of a polysilicon film, a second gate insulating film, and a control gate electrode made of a polysilicon film, which are sequentially laminated and patterned. Forming a multi-layer gate electrode structure; and thermally nitriding the surface of the multi-layer gate electrode structure to form an end surface of the floating gate electrode and the control gate electrode on the side facing the diffusion layer formation region and the floating gate electrode in the vicinity thereof. Forming a silicon oxynitride film at each interface between the control gate electrode and the first and second gate insulating films; and ion-implanting impurities from obliquely above the semiconductor substrate to lower the multilayer gate electrode structure. First and second impurities controlling the writing and erasing operations on the region including
Forming an object diffusion layers, of the multilayer gate electrode structure
Forming side wall spacers on side surfaces;
Ion injection using the electrode structure and the sidewall spacers as a mask
Forming a source / drain region by inserting the semiconductor device into a non-volatile semiconductor memory device.
にNH3 ガス又はN2 Oガスを用いる請求項2記載の不
揮発性半導体メモリ装置の製造方法。3. The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2 , wherein NH 3 gas or N 2 O gas is used for thermal nitridation of the surface of the multilayer gate electrode structure.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6322673A JP2663892B2 (en) | 1994-12-26 | 1994-12-26 | Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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JP2663892B2 true JP2663892B2 (en) | 1997-10-15 |
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JP2570331B2 (en) * | 1987-11-20 | 1997-01-08 | 日本電装株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
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1994
- 1994-12-26 JP JP6322673A patent/JP2663892B2/en not_active Expired - Fee Related
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