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JP2001298099A - Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same

Info

Publication number
JP2001298099A
JP2001298099A JP2000113386A JP2000113386A JP2001298099A JP 2001298099 A JP2001298099 A JP 2001298099A JP 2000113386 A JP2000113386 A JP 2000113386A JP 2000113386 A JP2000113386 A JP 2000113386A JP 2001298099 A JP2001298099 A JP 2001298099A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate electrode
film
floating gate
insulating film
memory device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000113386A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Doi
博之 土井
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2000113386A priority Critical patent/JP2001298099A/en
Publication of JP2001298099A publication Critical patent/JP2001298099A/en
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  • Non-Volatile Memory (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 周辺回路のMISトランジスタの微細化・高
性能化に適応しうる不揮発性半導体記憶装置及びその製
造方法を提供する。 【解決手段】 Si基板上11に、ゲート絶縁膜12を
挟んで浮遊ゲート電極13を形成する。不純物イオンの
注入,活性化処理を行って、Si基11内の浮遊ゲート
電極13の両側に位置する領域にソース・ドレイン拡散
層18,19を形成する。その後、浮遊ゲート電極13
の側面上にサイドウォールスペーサ20を形成した後、
浮遊ゲート電極13,サイドウォールスペーサ20(又
は層間絶縁膜)を覆う,電極間絶縁膜14aとなる部分
を含むアルミナ膜14を形成し、その上にメタル膜を含
む制御ゲート電極15を形成する。高温プロセスである
不純物の活性化処理を行なってから、電極間絶縁膜14
a,制御ゲート電極15を形成するので、金属酸化膜や
メタル膜の利用が可能になる。
[PROBLEMS] To provide a nonvolatile semiconductor memory device adaptable to miniaturization and high performance of a MIS transistor of a peripheral circuit and a method of manufacturing the same. SOLUTION: A floating gate electrode 13 is formed on a Si substrate 11 with a gate insulating film 12 interposed therebetween. Impurity ion implantation and activation are performed to form source / drain diffusion layers 18 and 19 in regions located on both sides of the floating gate electrode 13 in the Si base 11. After that, the floating gate electrode 13
After forming the sidewall spacer 20 on the side surface of
An alumina film 14 covering the floating gate electrode 13 and the sidewall spacer 20 (or an interlayer insulating film) and including a portion to be an inter-electrode insulating film 14a is formed, and a control gate electrode 15 including a metal film is formed thereon. After the impurity activation process, which is a high-temperature process, is performed, the inter-electrode insulating film 14 is removed.
a. Since the control gate electrode 15 is formed, a metal oxide film or a metal film can be used.

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、フローティングゲ
ート構造を有するメモリセルトランジスタを搭載した不
揮発性半導体記憶装置およびその製造方法に係り、特
に、周辺回路部のMISトランジスタの微細化や高性能
化に対応するためのものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device having a memory cell transistor having a floating gate structure and a method of manufacturing the same, and more particularly to miniaturization and high performance of a MIS transistor in a peripheral circuit portion. Regarding things to respond.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、フローティングゲート構造を有す
るメモリセルトランジスタ(不揮発性メモリ素子)を配
置したメモリ部(不揮発性半導体記憶装置)と、メモリ
部の情報の書き込み,読み出し,消去などを行なうため
のMISトランジスタなどを配置した周辺回路部とを備
えたメモリ・CMOS混載型不揮発性半導体記憶装置に
おいては、周辺回路部に配置されるMISトランジスタ
の微細化・高性能化と、メモリ部に配置されるメモリセ
ルトランジスタの信頼性確保および高性能化を両立する
ことができる製造方法が求められている。
2. Description of the Related Art In recent years, a memory section (non-volatile semiconductor memory device) in which a memory cell transistor (non-volatile memory element) having a floating gate structure is arranged, and a memory section for writing, reading and erasing information in the memory section. In a memory / CMOS hybrid non-volatile semiconductor memory device including a peripheral circuit section in which a MIS transistor and the like are arranged, miniaturization and high performance of the MIS transistor arranged in the peripheral circuit section and arrangement in the memory section are provided. There is a need for a manufacturing method that can ensure both reliability and high performance of memory cell transistors.

【0003】図4(a)〜(c)は、従来の不揮発性半
導体記憶装置のメモリセルトランジスタの製造工程を示
す断面図である。
FIGS. 4A to 4C are cross-sectional views showing steps of manufacturing a memory cell transistor of a conventional nonvolatile semiconductor memory device.

【0004】まず、図4(a)に示す工程で、P型シリ
コンからなるSi基板111上に、パイロ酸化によって
形成された膜厚が9nmのゲート絶縁膜112の上に、
リンドープされた第1のポリシリコン膜からなる浮遊ゲ
ート電極113と、ONO膜からなる電極間絶縁膜11
4と、リンドープされた第2のポリシリコン膜からなる
制御ゲート電極115とを順次形成する。
First, in a step shown in FIG. 4A, a 9-nm thick gate insulating film 112 formed by pyro-oxidation on a Si substrate 111 made of P-type silicon is formed.
A floating gate electrode 113 made of a phosphorus-doped first polysilicon film and an interelectrode insulating film 11 made of an ONO film
4 and a control gate electrode 115 made of a phosphorus-doped second polysilicon film are sequentially formed.

【0005】なお、図4(a)においては、周辺回路部
のMISトランジスタの状態を図示していないが、一般
的には、メモリセルトランジスタの制御ゲート電極11
5と周辺回路のMISトランジスタのゲート電極とを共
通のポリシリコン膜からパターニングする方法が採られ
ることが多い。その場合、ゲート絶縁膜の上に、第1の
ポリシリコン膜,ON膜を順次堆積した後、メモリ部の
ゲート絶縁膜,第1のポリシリコン膜,ON膜を残し、
周辺回路部のゲート絶縁膜,第1のポリシリコン膜,O
N膜を除去してから、熱酸化を行なって、周辺回路部に
ゲート絶縁膜を形成する一方、メモリ部のON膜をON
O膜に変化させる。その後、基板上に、第2のポリシリ
コン膜を堆積してから、メモリ部では、第2のポリシリ
コン膜,ONO膜,第1のポリシリコン膜及びゲート絶
縁膜をパターニングして、図4(a)の構造にする。一
方、周辺回路部では、第2のポリシリコン膜とゲート絶
縁膜とをパターニングしてゲート電極を形成することに
なる。
Although the state of the MIS transistor in the peripheral circuit portion is not shown in FIG. 4A, generally, the control gate electrode 11 of the memory cell transistor is not shown.
5 and the gate electrode of the MIS transistor of the peripheral circuit are often patterned from a common polysilicon film. In this case, after a first polysilicon film and an ON film are sequentially deposited on the gate insulating film, the gate insulating film, the first polysilicon film, and the ON film of the memory section are left.
Gate insulating film of peripheral circuit portion, first polysilicon film, O
After removing the N film, thermal oxidation is performed to form a gate insulating film in the peripheral circuit portion, while turning on the ON film in the memory portion.
Change to O film. Then, after depositing a second polysilicon film on the substrate, in the memory section, the second polysilicon film, the ONO film, the first polysilicon film, and the gate insulating film are patterned, and FIG. The structure of a) is adopted. On the other hand, in the peripheral circuit portion, a gate electrode is formed by patterning the second polysilicon film and the gate insulating film.

【0006】次に、図4(b)に示す工程で、850
℃,30分の条件で熱酸化を行なう。この処理によっ
て、基板上には、Si基板111の露出している表面
と、浮遊ゲート電極113及び制御ゲート電極115の
側面と、制御ゲート電極115の上面とを連続的に覆う
シリコン酸化膜116が形成される。これは、浮遊ゲー
ト電極113の側面を酸化膜で覆うことにより、浮遊ゲ
ート電極113の端部を注入イオンが突き抜けるのを防
止するためである。
Next, in the step shown in FIG.
Thermal oxidation is performed at 30 ° C. for 30 minutes. By this processing, a silicon oxide film 116 continuously covering the exposed surface of the Si substrate 111, the side surfaces of the floating gate electrode 113 and the control gate electrode 115, and the upper surface of the control gate electrode 115 is formed on the substrate. It is formed. This is because the side surface of the floating gate electrode 113 is covered with an oxide film to prevent implanted ions from penetrating the end of the floating gate electrode 113.

【0007】次に、図4(c)に示す工程で、Si基板
111内の浮遊ゲート電極113の両側に位置する領域
に、リンイオン(P+ )を加速エネルギー40keV,
ドーズ量2×1015cm-2の条件で注入し、ソース領域
118およびドレイン領域119を形成する。
Next, in the step shown in FIG. 4 (c), phosphorus ions (P +) are accelerated to a region located on both sides of the floating gate electrode 113 in the Si substrate 111 at an acceleration energy of 40 keV and an energy of 40 keV.
The source region 118 and the drain region 119 are formed under the condition of a dose amount of 2 × 10 15 cm −2 .

【0008】その後、高温の熱処理や例えば850℃,
30分の条件での酸化処理を行なう。これは、ソース・
ドレイン領域118,119に注入した不純物の活性化
を行ない、所望の拡散深さや耐圧特性を得るとともに、
イオン注入などによるゲート絶縁膜112のダメージを
回復させて信頼性を向上するためである。
Thereafter, a high-temperature heat treatment or, for example, 850 ° C.
An oxidation treatment is performed for 30 minutes. This is the source
The impurities implanted into the drain regions 118 and 119 are activated to obtain desired diffusion depth and breakdown voltage characteristics.
This is to improve reliability by recovering damage to the gate insulating film 112 due to ion implantation or the like.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、メモ
リセルアレイ(メモリ部)への信号の処理を行なうため
の周辺回路部のMISトランジスタのゲート電極は、一
般的なCMOSデバイス内のMISトランジスタと同様
に、ポリシリコン膜及びメタル膜を積層してなるポリメ
タル構造にして高性能化を図りたいという要請が高くな
ってきている。したがって、メモリセルトランジスタの
制御ゲート電極もポリメタル構造にする必要性が生じて
いる。また、MISトランジスタのゲート絶縁膜をシリ
コン酸化膜から誘電率の高いTa25 膜などの金属酸
化膜にすることで、トランジスタの微細化を図ろうとす
る試みがなされており、メモリセルトランジスタの電極
間絶縁膜もこれに応じた構造を採用していく必要があ
る。
In recent years, the gate electrode of the MIS transistor in the peripheral circuit section for processing signals to the memory cell array (memory section) is similar to the MIS transistor in a general CMOS device. In addition, there is an increasing demand to improve the performance by forming a polymetal structure in which a polysilicon film and a metal film are laminated. Therefore, there is a need for the control gate electrode of the memory cell transistor to have a polymetal structure. Attempts have been made to reduce the size of the transistor by changing the gate insulating film of the MIS transistor from a silicon oxide film to a metal oxide film such as a Ta 2 O 5 film having a high dielectric constant. It is necessary to adopt a structure corresponding to this for the inter-electrode insulating film.

【0010】しかしながら、上記従来の不揮発性半導体
記憶装置のメモリセルトランジスタの制御ゲート電極や
電極間絶縁膜を周辺回路部のMISトランジスタの構造
に適合させようとすると、以下のような不具合が生じる
おそれがある。
However, if the control gate electrode and the inter-electrode insulating film of the memory cell transistor of the above-mentioned conventional nonvolatile semiconductor memory device are adapted to the structure of the MIS transistor in the peripheral circuit portion, the following problems may occur. There is.

【0011】まず、図4(b)に示す工程、熱酸化を行
う際には、ポリメタル構造の制御ゲート電極において
は、熱酸化処理を施すとメタル膜の組成の変化を生じる
おそれがある。さらに、高誘電率の金属酸化膜をゲート
絶縁膜に用いている場合には、金属酸化膜の特性の劣化
をきたすおそれがある。このような不具合は、周辺回路
部のMISトランジスタにおいても生じるおそれがあ
る。すなわち、周辺回路部のMISトランジスタの微細
化・高性能化と、メモリセルトランジスタの高信頼性化
・高性能化とを併せて実現することは困難であった。
First, in the process shown in FIG. 4B, when performing thermal oxidation, in the control gate electrode having a polymetal structure, if the thermal oxidation treatment is performed, the composition of the metal film may be changed. Further, when a metal oxide film having a high dielectric constant is used for the gate insulating film, the characteristics of the metal oxide film may be deteriorated. Such a problem may occur in the MIS transistor in the peripheral circuit section. That is, it has been difficult to realize both the miniaturization and high performance of the MIS transistor in the peripheral circuit portion and the high reliability and high performance of the memory cell transistor.

【0012】本発明の第1の目的は、ポリメタル又は単
層のメタル構造の制御ゲート電極や、金属酸化膜の電極
間絶縁膜を形成する工程以降の工程の低温化を図ること
により、高性能化されたメモリセルトランジスタを搭載
した不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法を提供す
ることにある。
A first object of the present invention is to reduce the temperature after the step of forming a control gate electrode having a polymetal or single-layer metal structure or a step of forming an inter-electrode insulating film of a metal oxide film, thereby achieving high performance. It is an object of the present invention to provide a nonvolatile semiconductor memory device equipped with a simplified memory cell transistor and a method of manufacturing the same.

【0013】また、本発明の第2の目的は、周辺回路部
などのMISトランジスタの微細化・高性能化に適応し
うる不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法を提供す
ることにある。
A second object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device which can be adapted to miniaturization and high performance of a MIS transistor such as a peripheral circuit portion, 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
記憶装置の製造方法は、基板の半導体領域上にゲート絶
縁膜を介して浮遊ゲート電極を形成する工程(a)と、
上記半導体領域のうち上記浮遊ゲート電極の両側に位置
する領域に不純物イオンを注入して、ソース・ドレイン
注入層を形成する工程(b)と、上記工程(b)の後
で、上記ソース・ドレイン注入層に導入された不純物の
活性化のための熱処理を行なって、ソース・ドレイン拡
散層を形成する工程(c)と、上記工程(c)の後で、
少なくとも上記浮遊ゲート電極の上面を覆う電極間絶縁
膜を形成する工程(d)と、上記電極間絶縁膜を挟んで
上記浮遊ゲート電極に対向する制御ゲート電極を形成す
る工程(e)とを含んでいる。
According to the method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, a step (a) of forming a floating gate electrode on a semiconductor region of a substrate via a gate insulating film;
(B) implanting impurity ions into regions of the semiconductor region located on both sides of the floating gate electrode to form a source / drain implantation layer; and after the step (b), the source / drain (C) forming a source / drain diffusion layer by performing a heat treatment for activating the impurity introduced into the implantation layer; and (c) after the step (c),
A step (d) of forming an inter-electrode insulating film covering at least an upper surface of the floating gate electrode; and a step (e) of forming a control gate electrode facing the floating gate electrode with the inter-electrode insulating film interposed therebetween. In.

【0015】この方法により、ソース・ドレイン拡散層
に導入された不純物の活性化処理を行なってから、電極
間絶縁膜や制御ゲート電極を形成する工程が行なわれる
ので、電極間絶縁膜や制御ゲート電極を形成した後に、
金属の特性の変化を招くような高温処理を行なうことが
ない。したがって、電極間絶縁膜としてアルミナ膜など
の金属酸化膜を用いたり、制御ゲート電極としてポリメ
タル膜や単層のメタル膜を用いた高性能のメモリセルト
ランジスタを配置した不揮発性半導体記憶装置を形成す
ることが可能になる。また、共通の基板上にCMOSデ
バイスを配置したい場合には、周辺回路部などに、微細
化・高性能化されたMISトランジスタを設けたメモリ
・CMOS混載型半導体装置のプロセスに適合したメモ
リトランジスタの製造工程を実現することができる。
According to this method, the step of activating the impurities introduced into the source / drain diffusion layers and then forming the inter-electrode insulating film and the control gate electrode is performed. After forming the electrodes,
There is no need to perform high-temperature treatment that causes a change in metal properties. Therefore, a non-volatile semiconductor memory device in which a high performance memory cell transistor using a metal oxide film such as an alumina film as an inter-electrode insulating film or a polymetal film or a single-layer metal film as a control gate electrode is formed. It becomes possible. Further, when a CMOS device is to be arranged on a common substrate, a memory transistor having a MIS transistor with a finer and higher performance provided in a peripheral circuit portion or the like is suitable for a memory transistor suitable for a process of a hybrid CMOS device. The manufacturing process can be realized.

【0016】上記工程(c)では、上記熱処理を酸化性
雰囲気中で行なうことにより、不純物のイオン注入など
によってゲート絶縁膜に生じたダメージを回復させるこ
とができる。
In the step (c), by performing the heat treatment in an oxidizing atmosphere, it is possible to recover damage caused on the gate insulating film due to ion implantation of impurities or the like.

【0017】上記工程(a)の後上記工程(b)の前
に、基板上に、上記浮遊ゲート電極を覆うように保護用
絶縁膜を形成する工程をさらに含むことにより、工程
(b)仁おいて、浮遊ゲート電極の端部を不純物イオン
が突き抜けてゲート絶縁膜にダメージを与えるのを抑制
することができる。
After the step (a) and before the step (b), a step of forming a protective insulating film on the substrate so as to cover the floating gate electrode is further included. In addition, it is possible to prevent the impurity ions from penetrating the end of the floating gate electrode and damaging the gate insulating film.

【0018】上記工程(b)の後上記工程(d)の前
に、基板上に絶縁膜を堆積した後異方性エッチングを行
なうことにより、上記浮遊ゲート電極の側面上にサイド
ウォールスペーサを形成する工程をさらに含むことによ
り、その後に形成される制御ゲート電極がSi基板に跨
ることに起因する不具合を回避することができる。
After step (b) and before step (d), an insulating film is deposited on the substrate and then anisotropically etched to form sidewall spacers on the side surfaces of the floating gate electrode. By further including the step of performing, it is possible to avoid problems caused by the control gate electrode formed thereafter straddling the Si substrate.

【0019】上記工程(b)の後上記工程(d)の前
に、基板上に絶縁膜を堆積した後、平坦化処理を行なう
ことにより、上記浮遊ゲート電極の周囲を埋める層間絶
縁膜を形成する工程をさらに含むことによっても、その
後に形成される制御ゲート電極がSi基板に跨ることに
起因する不具合を回避することができる。
After the step (b) and before the step (d), an insulating film is deposited on the substrate and then subjected to a planarization process to form an interlayer insulating film filling the periphery of the floating gate electrode. By further including the step of performing, it is possible to avoid a problem caused by the control gate electrode formed thereafter straddling the Si substrate.

【0020】上記工程(d)では、上記電極間絶縁膜と
して金属酸化膜を形成することにより、一般に、シリコ
ン酸化膜よりも比誘電率の高い金属酸化膜を用いた微細
化に適したゲート絶縁膜を形成することができる。
In the step (d), by forming a metal oxide film as the inter-electrode insulating film, generally, a gate insulating film suitable for miniaturization using a metal oxide film having a higher dielectric constant than a silicon oxide film. A film can be formed.

【0021】上記工程(e)では、上記制御ゲート電極
を少なくとも1つの金属膜を含む導体膜から形成するこ
とにより、低抵抗性の制御ゲート電極を用いた電気的特
性の優れたメモリセルトランジスタを形成することがで
きる。
In the step (e), the control gate electrode is formed from a conductor film including at least one metal film, so that a memory cell transistor having excellent electrical characteristics using the low-resistance control gate electrode can be obtained. Can be formed.

【0022】本発明の第1の不揮発性半導体記憶装置
は、半導体領域を有する基板と、上記半導体領域上にゲ
ート絶縁膜を介して設けられた浮遊ゲート電極と、上記
半導体領域のうち上記浮遊ゲート電極の両側に位置する
領域に設けられたソース・ドレイン拡散層と、上記浮遊
ゲート電極の側面上に設けられたサイドウォールスペー
サと、上記浮遊ゲート電極の上面全体と上記サイドウォ
ールの少なくとも一部とに跨って設けられ、上記浮遊ゲ
ート電極に容量結合する制御ゲート電極と、上記浮遊ゲ
ート電極と上記制御ゲート電極との間に介在する電極間
絶縁膜とを備えている。
According to a first nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, there is provided a substrate having a semiconductor region, a floating gate electrode provided on the semiconductor region via a gate insulating film, and the floating gate of the semiconductor region. Source / drain diffusion layers provided in regions located on both sides of the electrode, sidewall spacers provided on side surfaces of the floating gate electrode, and the entire upper surface of the floating gate electrode and at least a part of the sidewall; And a control gate electrode capacitively coupled to the floating gate electrode, and an inter-electrode insulating film interposed between the floating gate electrode and the control gate electrode.

【0023】これにより、上述のように、金属酸化物か
ら構成される電極間絶縁膜膜や、ポリメタル膜,単層の
メタル膜から形成される制御ゲート電極を有する高性能
のメモリセルトランジスタを配置した不揮発性半導体記
憶装置が容易に得られる。
Thus, as described above, a high-performance memory cell transistor having an inter-electrode insulating film made of a metal oxide, a polymetal film, and a control gate electrode made of a single-layer metal film is arranged. A nonvolatile semiconductor memory device as described above can be easily obtained.

【0024】本発明の第1の不揮発性半導体記憶装置
は、半導体領域を有する基板と、上記半導体領域上にゲ
ート絶縁膜を介して設けられた浮遊ゲート電極と、上記
半導体領域のうち上記浮遊ゲート電極の両側に位置する
領域に設けられたソース・ドレイン拡散層と、上記浮遊
ゲート電極の周囲を埋める層間絶縁膜と、上記浮遊ゲー
ト電極の上面全体と上記層間絶縁膜の少なくとも一部と
に跨って設けられ、上記浮遊ゲート電極に容量結合する
制御ゲート電極と、上記浮遊ゲート電極と上記制御ゲー
ト電極との間に介在する電極間絶縁膜とを備えている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a nonvolatile semiconductor memory device comprising: a substrate having a semiconductor region; a floating gate electrode provided on the semiconductor region via a gate insulating film; A source / drain diffusion layer provided in a region located on both sides of the electrode; an interlayer insulating film burying the periphery of the floating gate electrode; and an entire upper surface of the floating gate electrode and at least a part of the interlayer insulating film. A control gate electrode capacitively coupled to the floating gate electrode, and an inter-electrode insulating film interposed between the floating gate electrode and the control gate electrode.

【0025】上記第1又は第2の不揮発性半導体記憶装
置により、上述のように、金属酸化物から構成される電
極間絶縁膜膜や、ポリメタル膜,単層のメタル膜から形
成される制御ゲート電極を有する高性能のメモリセルト
ランジスタを配置した不揮発性半導体記憶装置が容易に
得られる。また、共通の基板上にメモリ部とCMOSデ
バイスとを配置したい場合には、微細化・高性能化され
たMISトランジスタを周辺回路部に配置したメモリ・
CMOS混載型半導体装置に適したメモリセルトランジ
スタが得られることになる。
With the first or second nonvolatile semiconductor memory device, as described above, an inter-electrode insulating film made of a metal oxide, a polymetal film, and a control gate formed of a single-layered metal film. A nonvolatile semiconductor memory device in which high-performance memory cell transistors having electrodes are arranged can be easily obtained. In addition, when it is desired to dispose the memory unit and the CMOS device on a common substrate, a memory and a MIS transistor, which have been miniaturized and improved in performance, are arranged in a peripheral circuit unit.
A memory cell transistor suitable for a CMOS embedded semiconductor device can be obtained.

【0026】上記電極間絶縁膜は、金属酸化物により構
成されていることが好ましく、Al 23 膜,Ta2
5 膜,CeO2 膜,ZrO2 膜,MgO膜及び強誘電体
膜のうちの少なくともいずれか1つを含むことがより好
ましい。
The inter-electrode insulating film is made of a metal oxide.
Preferably, Al Two OThree Membrane, TaTwo O
Five Membrane, CeOTwo Membrane, ZrOTwo Film, MgO film and ferroelectric
More preferably, it comprises at least one of the membranes
Good.

【0027】上記制御ゲート電極は、少なくとも1つの
金属膜を含む導体膜から形成されていることが好まし
い。
Preferably, the control gate electrode is formed of a conductor film including at least one metal film.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態)図1(a)〜
(e)は、本発明の第1の実施形態における不揮発性半
導体記憶装置のメモリセルトランジスタの製造工程を示
す断面図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) FIGS.
(E) is a cross-sectional view showing a step of manufacturing the memory cell transistor of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.

【0029】まず、図1(a)に示す工程で、P型シリ
コンからなるSi基板11上に、パイロ酸化によって膜
厚が9nmのシリコン酸化膜12xを形成した後、リン
ドープされた厚みが約150nmの第1のポリシリコン
膜を形成し、この第1のポリシリコン膜をパターニング
して、ゲート長が約0.4μmの浮遊ゲート電極13を
形成する。このとき、シリコン酸化膜12xも同時にパ
ターニングしてもよい。
First, in the step shown in FIG. 1A, a 9 nm-thick silicon oxide film 12x is formed on a Si substrate 11 made of P-type silicon by pyro-oxidation, and then a phosphorus-doped thickness of about 150 nm is formed. Is formed, and the first polysilicon film is patterned to form a floating gate electrode 13 having a gate length of about 0.4 μm. At this time, the silicon oxide film 12x may be patterned at the same time.

【0030】次に、図1(b)に示す工程で、浮遊ゲー
ト電極13をマスクとして、Si基板11内にリンイオ
ン(P+ )を加速エネルギー20keV,ドーズ量2×
10 15cm-2の条件で注入し、Si基板11内の浮遊ゲ
ート電極13の両側に位置する領域に、N型のソース注
入層18xとドレイン注入層19xとを形成する。
Next, in the step shown in FIG.
Using the gate electrode 13 as a mask, phosphorus ions
(P +) at an acceleration energy of 20 keV and a dose of 2 ×
10 Fifteencm-2And the floating gate in the Si substrate 11 is implanted.
In the regions located on both sides of the gate electrode 13, an N-type source
An entry layer 18x and a drain injection layer 19x are formed.

【0031】次に、図1(c)に示す工程で、窒素雰囲
気中で850℃,60分の条件でアニールを行うことに
より、Si基板11に形成されたN型のソース注入層1
8xとドレイン注入層19xとのリンの活性化・拡散を
行なって、N型のソース拡散層18とドレイン拡散層1
9とを形成する。その後、基板上に、厚み約150nm
のCVDシリコン酸化膜を堆積した後、異方性ドライエ
ッチングを行なうことにより、浮遊ゲート電極13の側
面上にCVDシリコン酸化膜を残してサイドウォールス
ペーサ20を形成する。このとき、シリコン酸化膜12
xもパターニングされて、ゲート絶縁膜12(トンネル
酸化膜)が形成される。
Next, in the step shown in FIG. 1C, annealing is carried out at 850 ° C. for 60 minutes in a nitrogen atmosphere, so that the N-type source implantation layer 1 formed on the Si substrate 11 is formed.
By activating and diffusing phosphorus between 8x and the drain injection layer 19x, the N-type source diffusion layer 18 and the drain diffusion layer 1x are diffused.
9 are formed. Then, a thickness of about 150 nm is formed on the substrate.
After depositing the CVD silicon oxide film, a sidewall spacer 20 is formed by performing anisotropic dry etching while leaving the CVD silicon oxide film on the side surface of the floating gate electrode 13. At this time, the silicon oxide film 12
x is also patterned to form a gate insulating film 12 (tunnel oxide film).

【0032】次に、図1(d)に示す工程で、基板上
に、厚みが約70nmの金属酸化膜であるアルミナ(A
23 )膜14を堆積する。このとき、周辺回路部の
MISトランジスタを共通のSi基板11上に形成する
場合には、周辺回路部においても、基板上にMISトラ
ンジスタのゲート絶縁膜となるアルミナ膜14が形成さ
れる。
Next, in a step shown in FIG. 1D, an alumina (A) which is a metal oxide film having a thickness of about 70 nm is formed on the substrate.
l 2 O 3 ) A film 14 is deposited. At this time, when the MIS transistor of the peripheral circuit portion is formed on the common Si substrate 11, the alumina film 14 serving as the gate insulating film of the MIS transistor is formed on the substrate also in the peripheral circuit portion.

【0033】次に、図1(e)に示す工程で、基板上
に、リンドープされた第2のポリシリコン膜およびタン
グステン膜の積層膜(ポリメタル膜)を堆積した後、こ
の積層膜をパターニングすることにより、浮遊ゲート電
極13の上にアルミナ膜14を挟んで制御ゲート電極1
5を形成する。そして、アルミナ膜14のうち浮遊ゲー
ト電極13と制御ゲート電極15とによって挟まれる部
分が電極間絶縁膜14aとして機能し、アルミナ膜14
の他の部分が保護膜14bとして機能する。このとき、
周辺回路部のMISトランジスタを共通のSi基板11
上に形成する場合には、周辺回路部においてもポリメタ
ル膜である積層膜がパターニングされて、ゲート電極が
形成され、アルミナ膜のうちゲート電極とSi基板11
とによって挟まれる部分がゲート絶縁膜(トンネル酸化
膜)として機能する。
Next, in the step shown in FIG. 1E, a laminated film (polymetal film) of a phosphorus-doped second polysilicon film and a tungsten film is deposited on the substrate, and then the laminated film is patterned. Thereby, the control gate electrode 1 is sandwiched between the floating gate electrode 13 and the alumina film 14.
5 is formed. A portion of the alumina film 14 sandwiched between the floating gate electrode 13 and the control gate electrode 15 functions as an inter-electrode insulating film 14a.
The other part functions as the protective film 14b. At this time,
The MIS transistor in the peripheral circuit portion is shared with a common Si substrate 11.
When it is formed on the upper surface, the laminated film, which is a polymetal film, is also patterned in the peripheral circuit portion to form a gate electrode.
The portion sandwiched by the functions as a gate insulating film (tunnel oxide film).

【0034】本実施形態の製造方法によれば、図1
(b)に示す工程で、Si基板11内に注入された不純
物の活性化を行っているので、メモリ部に関する限り、
その後、高温の熱処理を行なう必要がなく、アルミナ膜
やポリメタル膜の劣化を抑制することができる。つま
り、金属酸化膜であるアルミナ膜14や制御ゲート電極
を構成するポリメタル膜の積層を行なった後には、高温
の熱処理を行なう必要がないからである。なお、ポリシ
リコン膜を堆積する際の温度は500℃程度であり、タ
ングステン膜を堆積する際の温度は400℃程度である
ので、この程度の温度によっては、金属酸化膜の特性の
劣化は生じない。
According to the manufacturing method of this embodiment, FIG.
In the step shown in (b), the impurities implanted in the Si substrate 11 are activated.
Thereafter, there is no need to perform a high-temperature heat treatment, and the deterioration of the alumina film or the polymetal film can be suppressed. That is, it is not necessary to perform a high-temperature heat treatment after the lamination of the alumina film 14 as the metal oxide film and the polymetal film constituting the control gate electrode. The temperature for depositing the polysilicon film is about 500 ° C., and the temperature for depositing the tungsten film is about 400 ° C. Therefore, depending on this temperature, the characteristics of the metal oxide film may deteriorate. Absent.

【0035】なお、共通のSi基板11上に周辺回路部
のMISトランジスタを形成する場合には、図1(e)
に示す工程の後に、周辺回路部のMISトランジスタの
ソース・ドレイン拡散層を形成するために、注入された
不純物を活性化する工程が行なわれるが、そのときには
メモリ部を層間絶縁膜によって覆っておけば、メタル
膜,金属酸化膜の特性の劣化を回避することができるの
で、不具合は生じない。
When the MIS transistor of the peripheral circuit portion is formed on the common Si substrate 11, FIG.
After the step shown in (1), a step of activating the implanted impurities is performed in order to form the source / drain diffusion layers of the MIS transistor in the peripheral circuit section. At this time, the memory section is covered with an interlayer insulating film. Thus, it is possible to avoid deterioration of the characteristics of the metal film and the metal oxide film, so that no problem occurs.

【0036】その結果、メモリセルトランジスタの電極
間絶縁膜14aとして、シリコン酸化膜やシリコン窒化
膜と比べて比誘電率が高いアルミナ膜等の金属酸化膜を
用いることができるため、浮遊ゲート電極13と制御ゲ
ート電極15との間の容量結合比が向上し、メモリセル
の占有面積を縮小することができる。また、制御ゲート
電極15を構成する材料としてポリメタル膜等の低抵抗
の導体膜を用いることができるため、制御ゲート電極1
5が大幅に低抵抗化され、動作速度などのデバイス特性
を向上することができる。さらに、共通のSi基板11
上に周辺回路部などのMISトランジスタを形成する場
合には、制御ゲート電極15と共通の積層膜(ポリメタ
ル膜)によって構成されるゲート電極を有する周辺回路
部のMISトランジスタにおいても、高誘電率のゲート
絶縁膜と低抵抗のゲート電極を備えていることで、MI
Sトランジスタの高性能化や微細化を実現することがで
きる。
As a result, a metal oxide film such as an alumina film having a higher dielectric constant than a silicon oxide film or a silicon nitride film can be used as the inter-electrode insulating film 14a of the memory cell transistor. The capacitance coupling ratio between the memory cell and the control gate electrode 15 is improved, and the area occupied by the memory cell can be reduced. Further, since a low-resistance conductive film such as a polymetal film can be used as a material for forming the control gate electrode 15, the control gate electrode 1
5 is significantly reduced in resistance, and device characteristics such as operation speed can be improved. Further, the common Si substrate 11
When an MIS transistor such as a peripheral circuit portion is formed thereon, the MIS transistor of the peripheral circuit portion having a gate electrode formed of a common laminated film (polymetal film) with the control gate electrode 15 also has a high dielectric constant. By providing a gate insulating film and a low-resistance gate electrode, MI
High performance and miniaturization of the S transistor can be realized.

【0037】また、制御ゲート電極15を形成する前
に、浮遊ゲート電極13の側面上にサイドウォールスペ
ーサ20を形成することにより、制御ゲート電極15が
浮遊ゲート電極13の上面を覆い、かつSi基板11に
跨らないようにパターニングすることが容易となる。制
御ゲート電極15がSi基板11に跨ると制御ゲート電
極15からSi基板11に高電界が印加されるので、メ
モリセルトランジスタの動作に悪影響を及ぼすおそれが
あるが、サイドウォールスペーサ20が存在することに
よって、この不具合を確実に回避することができる。た
だし、制御ゲート電極15がSi基板11に跨っていて
も、制御ゲート電極15への電圧の印加方法によっては
不具合は生じない。
Further, by forming a sidewall spacer 20 on the side surface of the floating gate electrode 13 before forming the control gate electrode 15, the control gate electrode 15 covers the upper surface of the floating gate electrode 13, and It becomes easy to perform patterning so as not to straddle 11. When the control gate electrode 15 straddles the Si substrate 11, a high electric field is applied from the control gate electrode 15 to the Si substrate 11, which may adversely affect the operation of the memory cell transistor. Thereby, this inconvenience can be reliably avoided. However, even if the control gate electrode 15 straddles the Si substrate 11, no problem occurs depending on the method of applying the voltage to the control gate electrode 15.

【0038】なお、本実施形態においては、電極間絶縁
膜14aとしてアルミナ膜を用いた場合について説明し
たが、電極間絶縁膜14aを他の絶縁性材料によって構
成することも可能である。例えば、Ta25 膜,Ce
2 膜,ZrO2 膜,MgO膜などの金属酸化膜(高誘
電率膜)を用いることができる。また、強誘電体膜を用
いることも可能である。
In this embodiment, the case where the alumina film is used as the inter-electrode insulating film 14a has been described, but the inter-electrode insulating film 14a can be made of another insulating material. For example, Ta 2 O 5 film, Ce
A metal oxide film (high dielectric constant film) such as an O 2 film, a ZrO 2 film, and an MgO film can be used. It is also possible to use a ferroelectric film.

【0039】また、本実施形態においては、制御ゲート
電極15をポリシリコン膜とメタル膜との積層膜(ポリ
メタル膜)によって構成したが、制御ゲート電極15を
単層のメタル膜によって構成してもよい。また、ポリメ
タル中のメタル膜、あるいは単層のメタル膜としては、
タングステン膜,コバルト膜,アルミニウム膜,チタン
膜,タンタル膜,銅膜などがあり、いずれを用いてもよ
い。
Further, in the present embodiment, the control gate electrode 15 is constituted by a laminated film (polymetal film) of a polysilicon film and a metal film. However, the control gate electrode 15 may be constituted by a single-layer metal film. Good. As a metal film in polymetal or a single-layer metal film,
There are a tungsten film, a cobalt film, an aluminum film, a titanium film, a tantalum film, a copper film, and the like, and any of them may be used.

【0040】(第2の実施形態)図2(a)〜(g)
は、本発明の第2の実施形態における不揮発性半導体記
憶装置のメモリセルトランジスタの製造工程を示す断面
図である。
(Second Embodiment) FIGS. 2A to 2G
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the memory cell transistor of the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention.

【0041】まず、図2(a)に示す工程で、P型シリ
コンからなるSi基板上11に、パイロ酸化によって膜
厚が9nmのシリコン酸化膜12xを形成した後、リン
ドープされた厚みが約150nmの第1のポリシリコン
膜を形成し、この第1のポリシリコン膜をパターニング
して、ゲート長が約0.4μmの浮遊ゲート電極13を
形成する。
First, in the step shown in FIG. 2A, a 9 nm-thick silicon oxide film 12x is formed on a Si substrate 11 made of P-type silicon by pyro-oxidation, and then a phosphorus-doped thickness of about 150 nm is formed. Is formed, and the first polysilicon film is patterned to form a floating gate electrode 13 having a gate length of about 0.4 μm.

【0042】次に、図2(b)に示す工程で、基板上
に、CVDシリコン酸化膜21xを堆積し、このCVD
シリコン酸化膜21xによって浮遊ゲート電極13の側
面及び上面を覆う。
Next, in the step shown in FIG. 2B, a CVD silicon oxide film 21x is deposited on the substrate,
The side and top surfaces of the floating gate electrode 13 are covered with the silicon oxide film 21x.

【0043】次に、図2(c)に示す工程で、浮遊ゲー
ト電極13をマスクとして、Si基板11内にリンイオ
ン(P+ )を加速エネルギー40keV,ドーズ量2×
10 15cm-2の条件で注入し、Si基板11内の浮遊ゲ
ート電極13の両側に位置する領域に、N型のソース注
入層18xとドレイン注入層19xとを形成する。この
とき、CVDシリコン酸化膜21xは、注入保護膜とし
て機能する。つまり、浮遊ゲート電極13の下端部のエ
ッジ付近で、注入イオンが浮遊ゲート電極13を突き抜
けてゲート絶縁膜(トンネル膜)にダメージを与えるの
を抑制するためである。また、浮遊ゲート電極13を構
成するポリシリコン膜はチャネリングを生じることがあ
り、浮遊ゲート電極13全体を注入イオンが突き抜けて
ゲート絶縁膜(トンネル膜)にダメージを与えることが
あるが、注入保護膜であるCVDシリコン酸化膜21x
によってこれを抑制することもできる。
Next, in the step shown in FIG.
Using the gate electrode 13 as a mask, phosphorus ions
(P +) with an acceleration energy of 40 keV and a dose of 2 ×
10 Fifteencm-2And the floating gate in the Si substrate 11 is implanted.
In the regions located on both sides of the gate electrode 13, an N-type source
An entry layer 18x and a drain injection layer 19x are formed. this
At this time, the CVD silicon oxide film 21x is used as an injection protection film.
Function. That is, the edge of the lower end of the floating gate electrode 13
Near the gate, the implanted ions penetrate the floating gate electrode 13.
Damage the gate insulating film (tunnel film)
It is for suppressing. Further, the floating gate electrode 13 is formed.
The formed polysilicon film may cause channeling.
And the implanted ions penetrate the entire floating gate electrode 13.
Damage to the gate insulating film (tunnel film)
There is a CVD silicon oxide film 21x which is an injection protection film.
Can suppress this.

【0044】次に、図2(d)に示す工程で、酸素雰囲
気中,850℃、45分の熱処理により、Si基板11
に形成された注入されたソース注入層18xとドレイン
注入層19xのリンの活性化・拡散を行なってソース拡
散層18およびドレイン拡散層19を形成するととも
に、シリコン酸化膜12xのうち浮遊ゲート電極13直
下方の部分(ゲート絶縁膜となる部分)へのイオン注入
によるダメージを回復させて絶縁膜としての信頼性を向
上させる。このとき、浮遊ゲート電極13の上面及び側
面付近の領域を酸化するとともにSi基板11の浮遊ゲ
ート電極13の側方に位置する部分の表面のシリコン酸
化膜12xの厚みを増大させてなるシリコン酸化膜16
xを形成する。また、この処理によって、浮遊ゲート電
極13の下端部のエッジ下方にゲートバーズビークが形
成されるとともに、シリコン酸化膜12xのうち浮遊ゲ
ート電極13によって覆われて厚みの変化しない部分が
ゲート絶縁膜12(トンネル酸化膜)となっている。な
お、酸素雰囲気中での熱処理の代わりに窒素雰囲気中で
850℃,60分の条件でアニールすることによって、
Si基板11に形成されたソース注入層18x及びドレ
イン注入層19xのリンの活性化・拡散を行なってもよ
い。
Next, in the step shown in FIG. 2D, the Si substrate 11 is subjected to a heat treatment at 850 ° C. for 45 minutes in an oxygen atmosphere.
The source and drain implanted layers 18x and 19x are activated and diffused to form the source and drain diffusion layers 18 and 19, and the floating gate electrode 13 of the silicon oxide film 12x is formed. Damage due to ion implantation into a portion immediately below (a portion serving as a gate insulating film) is recovered, and reliability as an insulating film is improved. At this time, a silicon oxide film formed by oxidizing the region near the upper surface and the side surface of the floating gate electrode 13 and increasing the thickness of the silicon oxide film 12x on the surface of the Si substrate 11 on the side of the floating gate electrode 13 16
forming x. By this process, a gate bird's beak is formed below the edge of the lower end of the floating gate electrode 13, and a portion of the silicon oxide film 12x, which is covered by the floating gate electrode 13 and whose thickness does not change, is not changed. (Tunnel oxide film). By annealing at 850 ° C. for 60 minutes in a nitrogen atmosphere instead of heat treatment in an oxygen atmosphere,
The activation and diffusion of phosphorus in the source injection layer 18x and the drain injection layer 19x formed on the Si substrate 11 may be performed.

【0045】次に、図2(e)に示す工程で、基板上
に、厚み約150nmのCVDシリコン酸化膜を堆積し
た後、異方性ドライエッチングを行なうことにより、浮
遊ゲート電極13の側面上にCVDシリコン酸化膜21
xを残してサイドウォールスペーサ20を形成する。こ
のとき、CVDシリコン酸化膜21x及びシリコン酸化
膜16xのうち、浮遊ゲート電極13上の部分と、残存
するサイドウォールスペーサ20となるCVDシリコン
酸化膜によって覆われていない部分も除去されて、サイ
ドウォールスペーサ20の下地となるL字状サイドウォ
ール21と被覆酸化膜16とが形成される。また、シリ
コン酸化膜12xもパターニングされて、ゲート絶縁膜
12が形成される。
Next, in the step shown in FIG. 2E, a CVD silicon oxide film having a thickness of about 150 nm is deposited on the substrate, and then anisotropic dry etching is performed to form a film on the side surface of the floating gate electrode 13. CVD silicon oxide film 21
The sidewall spacers 20 are formed leaving x. At this time, of the CVD silicon oxide film 21x and the silicon oxide film 16x, the portion on the floating gate electrode 13 and the portion not covered with the remaining CVD silicon oxide film serving as the sidewall spacer 20 are also removed. An L-shaped side wall 21 serving as a base of the spacer 20 and the covering oxide film 16 are formed. The silicon oxide film 12x is also patterned to form the gate insulating film 12.

【0046】次に、図2(f)に示す工程で、基板上
に、厚みが約70nmの金属酸化膜であるアルミナ(A
23 )膜14を堆積する。このとき、周辺回路部の
MISトランジスタを共通のSi基板11上に形成する
場合には、基板上にMISトランジスタのゲート絶縁膜
となるアルミナ膜14が形成される。
Next, in a step shown in FIG. 2F, alumina (A) which is a metal oxide film having a thickness of about 70 nm is formed on the substrate.
l 2 O 3 ) A film 14 is deposited. At this time, when the MIS transistor of the peripheral circuit portion is formed on the common Si substrate 11, an alumina film 14 serving as a gate insulating film of the MIS transistor is formed on the substrate.

【0047】次に、図2(g)に示す工程で、基板上
に、リンドープされた第2のポリシリコン膜およびタン
グステン膜の積層膜(ポリメタル膜)を堆積した後、こ
の積層膜をパターニングすることにより、浮遊ゲート電
極13の上にアルミナ膜14を挟んで制御ゲート電極1
5を形成する。そして、アルミナ膜14のうち浮遊ゲー
ト電極13と制御ゲート電極15とによって挟まれる部
分が電極間絶縁膜14aとして機能し、アルミナ膜14
の他の部分が保護膜14bとして機能する。このとき、
周辺回路部のMISトランジスタを共通のSi基板11
上に形成する場合には、周辺回路部においてもポリメタ
ル膜である積層膜がパターニングされて、ゲート電極が
形成され、アルミナ膜のうちゲート電極とSi基板11
とによって挟まれる部分がゲート絶縁膜として機能す
る。
Next, in the step shown in FIG. 2 (g), a laminated film (polymetal film) of a phosphorus-doped second polysilicon film and a tungsten film is deposited on the substrate, and then the laminated film is patterned. Thereby, the control gate electrode 1 is sandwiched between the floating gate electrode 13 and the alumina film 14.
5 is formed. A portion of the alumina film 14 sandwiched between the floating gate electrode 13 and the control gate electrode 15 functions as an inter-electrode insulating film 14a.
The other part functions as the protective film 14b. At this time,
The MIS transistor in the peripheral circuit portion is shared with a common Si substrate 11.
When it is formed on the upper surface, the laminated film, which is a polymetal film, is also patterned in the peripheral circuit portion to form a gate electrode.
The portion sandwiched between the above functions as a gate insulating film.

【0048】本実施形態の製造方法によれば、図2
(d)に示す工程で、Si基板11内に注入された不純
物の活性化を行っているので、第1の実施形態と同様
に、メモリ部に関する限り、その後、高温の熱処理を行
なう必要がないので、金属酸化膜であるアルミナ膜14
やポリメタル膜の劣化を抑制することができる。
According to the manufacturing method of this embodiment, FIG.
Since the impurity implanted in the Si substrate 11 is activated in the step shown in FIG. 2D, it is not necessary to perform a high-temperature heat treatment thereafter as far as the memory section is concerned, as in the first embodiment. Therefore, the alumina film 14 which is a metal oxide film
And the deterioration of the polymetal film can be suppressed.

【0049】その結果、メモリセルトランジスタの電極
間絶縁膜14aとして、シリコン酸化膜やシリコン窒化
膜と比べて比誘電率が高いアルミナ等の金属酸化膜を用
いることができるため、第1の実施形態と同様に、メモ
リセルの占有面積の縮小と動作速度などのデバイス特性
の向上とを図ることができるとともに、共通のSi基板
11上に周辺回路部のMISトランジスタを形成する場
合には、MISトランジスタの高性能化や微細化を実現
することができる。また、本実施形態においても、制御
ゲート電極15を形成する前に、浮遊ゲート電極13の
側面上にサイドウォールスペーサ20を形成しているの
で、第1の実施形態と同様に、制御ゲート電極15から
Si基板11に高電界が印加されるのを確実に回避する
ことができる。ただし、制御ゲート電極15がSi基板
11に跨っていても、制御ゲート電極15への電圧の印
加方法によっては不具合は生じない。
As a result, a metal oxide film such as alumina having a higher dielectric constant than a silicon oxide film or a silicon nitride film can be used as the inter-electrode insulating film 14a of the memory cell transistor. In the same manner as described above, the area occupied by the memory cells can be reduced and the device characteristics such as the operation speed can be improved. In addition, when the MIS transistor of the peripheral circuit portion is formed on the common Si substrate 11, the MIS transistor It is possible to realize high performance and miniaturization. Also, in the present embodiment, the sidewall spacers 20 are formed on the side surfaces of the floating gate electrode 13 before the control gate electrode 15 is formed, so that the control gate electrode 15 is formed similarly to the first embodiment. Therefore, the application of a high electric field to the Si substrate 11 can be reliably avoided. However, even if the control gate electrode 15 straddles the Si substrate 11, no problem occurs depending on the method of applying the voltage to the control gate electrode 15.

【0050】特に、本実施形態においては、図2(c)
に示す工程で、注入保護膜としてのCVDシリコン酸化
膜21xを形成した状態でイオン注入を行なっているの
で、浮遊ゲート電極13の端部におけるイオンの突き抜
けや、浮遊ゲート電極13全体に対するチャネリングに
よるイオンの突き抜けによるゲート絶縁膜12の絶縁特
性の悪化を抑制することができる利点がある。また、図
2(d)に示す工程で、熱処理を行なっているので、ゲ
ート絶縁膜12のダメージの回復を図ることができる。
さらに、この熱処理を酸化雰囲気で行なうことにより、
浮遊ゲート電極13の下端部のエッジ下方にゲートバー
ズビークが形成されるので、浮遊ゲート電極13とソー
ス・ドレイン拡散層18,19との間の耐圧性を確保す
ることができる利点もある。
In particular, in this embodiment, FIG.
In the process shown in FIG. 2, since the ion implantation is performed in a state where the CVD silicon oxide film 21x as the implantation protection film is formed, the penetration of the ions at the end of the floating gate electrode 13 and the ion by the channeling to the entire floating gate electrode 13 are performed. There is an advantage that it is possible to suppress the deterioration of the insulating characteristics of the gate insulating film 12 due to the penetration. Further, since the heat treatment is performed in the step shown in FIG. 2D, the damage of the gate insulating film 12 can be recovered.
Furthermore, by performing this heat treatment in an oxidizing atmosphere,
Since the gate bird's beak is formed below the edge at the lower end of the floating gate electrode 13, there is also an advantage that the breakdown voltage between the floating gate electrode 13 and the source / drain diffusion layers 18 and 19 can be secured.

【0051】なお、共通のSi基板11上に周辺回路部
のMISトランジスタを形成する場合には、図2(g)
に示す工程の後に、周辺回路のMISトランジスタのソ
ース・ドレイン拡散層を形成するために、注入された不
純物を活性化する工程が行なわれるが、そのときにはメ
モリ部を層間絶縁膜によって覆っておけば、メタル膜,
金属酸化膜の特性の劣化を回避することができるので、
不具合は生じない。
In the case where the MIS transistor of the peripheral circuit portion is formed on the common Si substrate 11, FIG.
After the step shown in (1), a step of activating the implanted impurities is performed in order to form the source / drain diffusion layers of the MIS transistor of the peripheral circuit. At this time, if the memory section is covered with an interlayer insulating film, , Metal film,
Since the deterioration of the characteristics of the metal oxide film can be avoided,
No failure occurs.

【0052】また、本実施形態においても、電極間絶縁
膜14aとして、第1の実施形態と同様に、アルミナ膜
の代わりに、Ta25 膜,CeO2 膜,ZrO2 膜,
MgO膜などの高誘電率膜や、強誘電体膜を用いること
も可能である。
Also, in this embodiment, as in the first embodiment, a Ta 2 O 5 film, a CeO 2 film, a ZrO 2 film,
It is also possible to use a high dielectric constant film such as an MgO film or a ferroelectric film.

【0053】また、本実施形態においても、第1の実施
形態と同様に、制御ゲート電極15を、単層のメタル膜
によって構成してもよい。
Also, in the present embodiment, similarly to the first embodiment, the control gate electrode 15 may be formed of a single-layer metal film.

【0054】(第3の実施形態)図3(a)〜(i)
は、本発明の第3の実施形態における不揮発性半導体記
憶装置のメモリセルトランジスタの製造工程を示す断面
図である。
(Third Embodiment) FIGS. 3A to 3I
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the memory cell transistor of the nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention.

【0055】まず、図3(a)に示す工程で、P型シリ
コンからなるSi基板上11に、パイロ酸化によって膜
厚が9nmのシリコン酸化膜12xを形成した後、リン
ドープされた厚さ約200nmの第1のポリシリコン膜
を形成し、この第1のポリシリコン膜をパターニングし
て、ゲート長が約0.4μmの浮遊ゲート電極13を形
成する。
First, in the step shown in FIG. 3A, a 9 nm-thick silicon oxide film 12x is formed on a Si substrate 11 made of P-type silicon by pyro-oxidation, and then a phosphorus-doped thickness of about 200 nm is formed. Is formed, and the first polysilicon film is patterned to form a floating gate electrode 13 having a gate length of about 0.4 μm.

【0056】次に、図3(b)に示す工程で、基板上
に、CVDシリコン酸化膜21xを堆積し、このCVD
シリコン酸化膜21xによって浮遊ゲート電極13の側
面及び上面を覆う。
Next, in the step shown in FIG. 3B, a CVD silicon oxide film 21x is deposited on the substrate,
The side and top surfaces of the floating gate electrode 13 are covered with the silicon oxide film 21x.

【0057】次に、図3(c)に示す工程で、浮遊ゲー
ト電極13をマスクとして、Si基板11内にリンイオ
ン(P+ )を加速エネルギー40keV,ドーズ量2×
10 15cm-2の条件で注入し、Si基板11内の浮遊ゲ
ート電極13の両側に位置する領域に、N型のソース注
入層18xとドレイン注入層19xとを形成する。この
とき、CVDシリコン酸化膜21xは、注入保護膜とし
て機能する。つまり、浮遊ゲート電極13の下端部のエ
ッジ付近で、注入イオンが浮遊ゲート電極13を突き抜
けてゲート絶縁膜(トンネル酸化膜)にダメージを与え
るのを抑制するためである。また、浮遊ゲート電極13
を構成するポリシリコン膜はチャネリングを生じること
があり、浮遊ゲート電極13全体を注入イオンが突き抜
けてゲート絶縁膜(トンネル酸化膜)にダメージを与え
ることがあるが、注入保護膜であるCVDシリコン酸化
膜21xによってこれを抑制することもできる。
Next, in the step shown in FIG.
Using the gate electrode 13 as a mask, phosphorus ions
(P +) with an acceleration energy of 40 keV and a dose of 2 ×
10 Fifteencm-2And the floating gate in the Si substrate 11 is implanted.
In the regions located on both sides of the gate electrode 13, an N-type source
An entry layer 18x and a drain injection layer 19x are formed. this
At this time, the CVD silicon oxide film 21x is used as an injection protection film.
Function. That is, the edge of the lower end of the floating gate electrode 13
Near the gate, the implanted ions penetrate the floating gate electrode 13.
Damage the gate insulating film (tunnel oxide film)
This is to suppress the occurrence of the problem. In addition, the floating gate electrode 13
Polysilicon film may cause channeling
Implanted ions penetrate the entire floating gate electrode 13
Damage the gate insulating film (tunnel oxide film)
In some cases, CVD silicon oxide
This can be suppressed by the film 21x.

【0058】次に、図3(d)に示す工程で、酸素雰囲
気中,850℃、45分の熱処理により、Si基板11
に形成されたソース注入層18x及びドレイン注入層1
9xのリンの活性化・拡散を行なってソース拡散層18
およびドレイン拡散層19を形成するとともに、シリコ
ン酸化膜12xのうち浮遊ゲート電極13直下方の部分
(ゲート絶縁膜となる部分)へのイオン注入によるダメ
ージを回復させて絶縁膜としての信頼性を向上させる。
このとき、浮遊ゲート電極13の上面及び側面付近の領
域を酸化するとともにSi基板11の浮遊ゲート電極1
3の側方に位置する部分の表面のシリコン酸化膜12x
の厚みを増大させてなるシリコン酸化膜16xを形成す
る。また、この処理によって、浮遊ゲート電極13の下
端部のエッジ下方にゲートバーズビークが形成される。
ただし、シリコン酸化膜12xのうち浮遊ゲート電極1
3によって覆われて厚みの変化しない部分がゲート絶縁
膜12(トンネル酸化膜)となっている。なお、酸素雰
囲気中での熱処理の代わりに窒素雰囲気中で850℃,
60分の条件でアニールすることによって、Si基板1
1に形成されたソース注入層18x及びドレイン注入層
19xのリンの活性化・拡散を行なってもよい。
Next, in the step shown in FIG. 3D, the Si substrate 11 is subjected to a heat treatment at 850 ° C. for 45 minutes in an oxygen atmosphere.
Source injection layer 18x and drain injection layer 1 formed in
Activate and diffuse 9x phosphorus to form source diffusion layer 18
And a drain diffusion layer 19, and recovers damage due to ion implantation into a portion of the silicon oxide film 12x just below the floating gate electrode 13 (a portion serving as a gate insulating film) to improve the reliability as an insulating film. Let it.
At this time, the region near the upper surface and the side surface of the floating gate electrode 13 is oxidized and the floating gate electrode 1 on the Si substrate 11 is oxidized.
The silicon oxide film 12x on the surface of the portion located on the side of 3
Is formed to increase the thickness of the silicon oxide film 16x. In addition, a gate bird's beak is formed below the lower edge of the floating gate electrode 13 by this process.
However, the floating gate electrode 1 of the silicon oxide film 12x
The portion which is covered by 3 and whose thickness does not change is a gate insulating film 12 (tunnel oxide film). In addition, instead of the heat treatment in an oxygen atmosphere, 850 ° C.
Annealing for 60 minutes allows the Si substrate 1
The activation and diffusion of phosphorus in the source injection layer 18x and the drain injection layer 19x formed in Step 1 may be performed.

【0059】次に、図3(e)に示す工程で、基板上
に、厚み約200nmのシリコン酸化膜を堆積した後、
図3(f)に示す工程で、浮遊ゲート電極13の厚みが
150nmになるまでCMP(化学的機械的研磨)を行
なって、基板の上面を平坦化する。これにより、浮遊ゲ
ート電極の周囲には層間絶縁膜22が形成される。な
お、CMPの代わりに、フォトレジスト膜を用いたエッ
チバック法により、平坦化処理を行なってもよい。
Next, in the step shown in FIG. 3E, after depositing a silicon oxide film having a thickness of about 200 nm on the substrate,
In the step shown in FIG. 3F, the upper surface of the substrate is flattened by performing CMP (chemical mechanical polishing) until the thickness of the floating gate electrode 13 becomes 150 nm. Thus, an interlayer insulating film 22 is formed around the floating gate electrode. Note that, instead of the CMP, the planarization may be performed by an etch-back method using a photoresist film.

【0060】次に、図3(g)に示す工程で、基板上
に、厚みが約70nmの金属酸化膜であるアルミナ(A
23 )膜14を堆積する。このとき、周辺回路部の
MISトランジスタを共通のSi基板11上に形成する
場合には、基板上にMISトランジスタのゲート絶縁膜
となるアルミナ膜14が形成される。
Next, in a step shown in FIG. 3G, an alumina (A) which is a metal oxide film having a thickness of about 70 nm is formed on the substrate.
l 2 O 3 ) A film 14 is deposited. At this time, when the MIS transistor of the peripheral circuit portion is formed on the common Si substrate 11, an alumina film 14 serving as a gate insulating film of the MIS transistor is formed on the substrate.

【0061】次に、図3(h)に示す工程で、基板上
に、リンドープされた第2のポリシリコン膜およびタン
グステン膜の積層膜であるポリメタル膜15xを堆積し
た後、図3(i)に示す工程で、この積層膜をパターニ
ングすることにより、浮遊ゲート電極13の上にアルミ
ナ膜14を挟んで制御ゲート電極15を形成する。そし
て、アルミナ膜14のうち浮遊ゲート電極13と制御ゲ
ート電極15とによって挟まれる部分が電極間絶縁膜1
4aとして機能し、アルミナ膜14の他の部分が保護膜
14bとして機能する。このとき、周辺回路部のMIS
トランジスタを共通のSi基板11上に形成する場合に
は、周辺回路部においてもポリメタル膜である積層膜が
パターニングされて、ゲート電極が形成され、アルミナ
膜のうちゲート電極とSi基板11とによって挟まれる
部分がゲート絶縁膜として機能する。
Next, in a step shown in FIG. 3H, a polymetal film 15x, which is a laminated film of a phosphorus-doped second polysilicon film and a tungsten film, is deposited on the substrate. By patterning the laminated film in the step shown in FIG. 1, a control gate electrode 15 is formed on the floating gate electrode 13 with the alumina film 14 interposed therebetween. The portion of the alumina film 14 sandwiched between the floating gate electrode 13 and the control gate electrode 15 is the inter-electrode insulating film 1.
4a, and the other part of the alumina film 14 functions as a protective film 14b. At this time, the MIS of the peripheral circuit section
When the transistor is formed on the common Si substrate 11, the gate electrode is formed by patterning the laminated film which is a polymetal film also in the peripheral circuit portion, and is sandwiched between the gate electrode and the Si substrate 11 in the alumina film. The portion to be functioned as a gate insulating film.

【0062】本実施形態の製造方法によれば、図3
(d)に示す工程で、Si基板11内に注入された不純
物の活性化を行っているので、メモリ部に関する限り、
その後、高温の熱処理を行なう必要がない。つまり、金
属酸化膜であるアルミナ膜14やポリメタル膜の積層を
行なった後には、高温の熱処理を行なう必要がない。例
えば、ポリシリコン膜を堆積する際の温度は500℃程
度であり、タングステン膜を堆積する際の温度は400
℃程度であって、この程度の温度によっては、メタル
膜,金属酸化膜の特性の劣化は生じないからである。
According to the manufacturing method of this embodiment, FIG.
In the step shown in (d), the impurities implanted in the Si substrate 11 are activated.
Thereafter, there is no need to perform a high-temperature heat treatment. That is, it is not necessary to perform a high-temperature heat treatment after laminating the alumina film 14 or the polymetal film which is a metal oxide film. For example, the temperature for depositing a polysilicon film is about 500 ° C., and the temperature for depositing a tungsten film is 400 ° C.
This is because the temperature is on the order of degrees Celsius, and the characteristics of the metal film and the metal oxide film do not deteriorate at such a temperature.

【0063】その結果、メモリセルトランジスタの電極
間絶縁膜14aとして、シリコン酸化膜やシリコン窒化
膜と比べて比誘電率が高いアルミナ等の金属酸化膜を用
いることができるため、第1の実施形態と同様に、メモ
リセルの占有面積の縮小と動作速度などのデバイス特性
の向上とを図ることができるとともに、共通のSi基板
11上に周辺回路部のMISトランジスタを形成する場
合には、MISトランジスタの高性能化や微細化を実現
することができる。
As a result, a metal oxide film such as alumina having a higher dielectric constant than a silicon oxide film or a silicon nitride film can be used as the inter-electrode insulating film 14a of the memory cell transistor. In the same manner as described above, the area occupied by the memory cells can be reduced and the device characteristics such as the operation speed can be improved. In addition, when the MIS transistor of the peripheral circuit portion is formed on the common Si substrate 11, the MIS transistor It is possible to realize high performance and miniaturization.

【0064】そして、制御ゲート電極15を形成する前
に、浮遊ゲート電極13の周囲を層間絶縁膜22で埋め
ておくことにより、制御ゲート電極15が浮遊ゲート電
極13の上面を覆いかつSi基板11に跨らないように
パターニングされるので、上述のような制御ゲート電極
15からSi基板11に高電界が作用するのを確実に回
避することができる。
Before the control gate electrode 15 is formed, the periphery of the floating gate electrode 13 is filled with an interlayer insulating film 22 so that the control gate electrode 15 covers the upper surface of the floating gate electrode 13 and the Si substrate 11 Therefore, it is possible to reliably prevent a high electric field from acting on the Si substrate 11 from the control gate electrode 15 as described above.

【0065】また、本実施形態においては、図3(c)
に示す工程で、注入保護膜としてのCVDシリコン酸化
膜21xを形成した状態でイオン注入を行なっているの
で、第2の実施形態と同様に、浮遊ゲート電極13の端
部におけるイオンの突き抜けや、浮遊ゲート電極13全
体に対するチャネリングによるイオンの突き抜けによる
ゲート絶縁膜12の絶縁特性の悪化を抑制することがで
きる利点がある。また、図3(d)に示す工程で、熱処
理を行なっているので、ゲート絶縁膜12のダメージの
回復を図ることができる。さらに、この熱処理を酸化雰
囲気で行なうことにより、浮遊ゲート電極13の下端部
のエッジ下方にゲートバーズビークが形成されるので、
浮遊ゲート電極13とソース・ドレイン拡散層18,1
9との間の耐圧性を確保することができる利点もある。
In the present embodiment, FIG.
In the step shown in (1), the ion implantation is performed in a state where the CVD silicon oxide film 21x as the implantation protection film is formed, so that the penetration of ions at the end of the floating gate electrode 13 and the There is an advantage that deterioration of the insulating characteristics of the gate insulating film 12 due to penetration of ions by channeling to the entire floating gate electrode 13 can be suppressed. Further, since the heat treatment is performed in the step shown in FIG. 3D, the damage of the gate insulating film 12 can be recovered. Furthermore, by performing this heat treatment in an oxidizing atmosphere, a gate bird's beak is formed below the lower edge of the floating gate electrode 13, so that
Floating gate electrode 13 and source / drain diffusion layers 18, 1
There is also an advantage that the pressure resistance between the first and second embodiments can be ensured.

【0066】なお、共通のSi基板11上に周辺回路部
のMISトランジスタを形成する場合には、図3(i)
に示す工程の後に、周辺回路のMISトランジスタのソ
ース・ドレイン拡散層を形成するために、注入された不
純物を活性化する工程が行なわれるが、そのときにはメ
モリ部が層間絶縁膜によって覆われているので、メタル
膜,金属酸化膜の特性の劣化を回避することができる。
In the case where the MIS transistor of the peripheral circuit portion is formed on the common Si substrate 11, FIG.
After the step shown in (1), a step of activating the implanted impurities is performed in order to form the source / drain diffusion layers of the MIS transistor of the peripheral circuit. At this time, the memory portion is covered with an interlayer insulating film. Therefore, deterioration of the characteristics of the metal film and the metal oxide film can be avoided.

【0067】また、本実施形態においても、電極間絶縁
膜14aとして、第1の実施形態と同様に、アルミナ膜
の代わりに、Ta25 膜,CeO2 膜,ZrO2 膜,
MgO膜などの高誘電率膜や、強誘電体膜を用いること
も可能である。
Also in this embodiment, as in the first embodiment, a Ta 2 O 5 film, a CeO 2 film, a ZrO 2 film,
It is also possible to use a high dielectric constant film such as an MgO film or a ferroelectric film.

【0068】また、本実施形態においても、第1の実施
形態と同様に、制御ゲート電極15を単層のメタル膜に
よって構成してもよい。
Also, in the present embodiment, the control gate electrode 15 may be formed of a single-layer metal film, as in the first embodiment.

【0069】[0069]

【発明の効果】本発明の不揮発性半導体記憶装置又はそ
の製造方法によると、フローティングゲート構造を有す
るメモリセルトランジスタのソース・ドレイン拡散層の
活性化の後に、電極間絶縁膜,制御ゲート電極を設ける
ようにしたので、高性能のメモリセルトランジスタを配
置した不揮発性半導体記憶装置を容易に得ることができ
る。また、高性能のメモリセルトランジスタを有するメ
モリ部と、微細化・高性能化されたMISトランジスタ
を有する周辺回路部などのCMOSデバイスとを、共通
の基板上に搭載したメモリ・CMOS混載型半導体装置
を実現することができる。
According to the nonvolatile semiconductor memory device or the method of manufacturing the same of the present invention, an inter-electrode insulating film and a control gate electrode are provided after activation of a source / drain diffusion layer of a memory cell transistor having a floating gate structure. As a result, a nonvolatile semiconductor memory device in which high-performance memory cell transistors are arranged can be easily obtained. A memory / CMOS hybrid semiconductor device in which a memory unit having a high-performance memory cell transistor and a CMOS device such as a peripheral circuit unit having a miniaturized and high-performance MIS transistor are mounted on a common substrate Can be realized.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態における不揮発性半
導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view illustrating a manufacturing process of a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施の形態における不揮発性半
導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view illustrating a manufacturing process of a nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施の形態における不揮発性半
導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view illustrating a manufacturing process of a nonvolatile semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention.

【図4】従来の不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示
す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a manufacturing process of a conventional nonvolatile semiconductor memory device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 Si基板 12 ゲート絶縁膜 12x シリコン酸化膜 13 浮遊ゲート電極 14 アルミナ膜 14a 電極間絶縁膜 14b 保護膜 15 制御ゲート電極 15x ポリメタル膜 16 被覆酸化膜 16x シリコン酸化膜 18 ソース拡散層 18x ソース注入層 19 ドレイン拡散層 19x ドレイン注入層 20 サイドウォールスペーサ 21 L字状サイドウォール 21x CVDシリコン酸化膜 REFERENCE SIGNS LIST 11 Si substrate 12 gate insulating film 12 x silicon oxide film 13 floating gate electrode 14 alumina film 14 a interelectrode insulating film 14 b protective film 15 control gate electrode 15 x polymetal film 16 covering oxide film 16 x silicon oxide film 18 source diffusion layer 18 x source injection layer 19 Drain diffusion layer 19x Drain injection layer 20 Side wall spacer 21 L-shaped side wall 21x CVD silicon oxide film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F001 AA01 AA06 AA60 AB02 AB04 AF07 AG12 AG30 AG40 5F083 EP02 EP22 GA02 GA09 JA02 JA06 JA35 JA36 JA39 PR09 PR22 PR33 PR36 PR43 PR44 PR53 PR54 5F101 BA01 BA33 BB02 BB08 BF03 BH09 BH16 BH21  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference)

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板の半導体領域上にゲート絶縁膜を介
して浮遊ゲート電極を形成する工程(a)と、 上記半導体領域のうち上記浮遊ゲート電極の両側に位置
する領域に不純物イオンを注入して、ソース・ドレイン
注入層を形成する工程(b)と、 上記工程(b)の後で、上記ソース・ドレイン注入層に
導入された不純物の活性化のための熱処理を行なって、
ソース・ドレイン拡散層を形成する工程(c)と、 上記工程(c)の後で、少なくとも上記浮遊ゲート電極
の上面を覆う電極間絶縁膜を形成する工程(d)と、 上記電極間絶縁膜を挟んで上記浮遊ゲート電極に対向す
る制御ゲート電極を形成する工程(e)とを含む不揮発
性半導体記憶装置の製造方法。
A step of forming a floating gate electrode on a semiconductor region of a substrate via a gate insulating film; and (a) implanting impurity ions into regions of the semiconductor region located on both sides of the floating gate electrode. (B) forming a source / drain injection layer, and after the step (b), performing a heat treatment for activating the impurities introduced into the source / drain injection layer,
A step (c) of forming a source / drain diffusion layer; a step (d) of forming an interelectrode insulating film covering at least an upper surface of the floating gate electrode after the step (c); (E) forming a control gate electrode facing the floating gate electrode with the interposition therebetween.
【請求項2】 請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置
の製造方法において、 上記工程(c)では、上記熱処理を酸化性雰囲気中で行
なうことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方
法。
2. The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein in the step (c), the heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere.
【請求項3】 請求項1又は2記載の不揮発性半導体記
憶装置の製造方法において、 上記工程(a)の後上記工程(b)の前に、基板上に、
上記浮遊ゲート電極を覆うように保護用絶縁膜を形成す
る工程をさらに含むことを特徴とする不揮発性半導体記
憶装置の製造方法。
3. The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein after the step (a) and before the step (b),
A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, further comprising a step of forming a protective insulating film so as to cover the floating gate electrode.
【請求項4】 請求項1〜3のうちいずれか1つに記載
の不揮発性半導体記憶装置の製造方法において、 上記工程(b)の後上記工程(d)の前に、基板上に絶
縁膜を堆積した後、異方性エッチングを行なうことによ
り、上記浮遊ゲート電極の側面上にサイドウォールスペ
ーサを形成する工程をさらに含むことを特徴とする不揮
発性半導体記憶装置の製造方法。
4. The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein an insulating film is formed on the substrate after the step (b) and before the step (d). Forming a sidewall spacer on a side surface of the floating gate electrode by performing anisotropic etching after depositing the non-volatile semiconductor memory device.
【請求項5】 請求項1〜3のうちいずれか1つに記載
の不揮発性半導体記憶装置の製造方法において、 上記工程(b)の後上記工程(d)の前に、基板上に絶
縁膜を堆積した後、平坦化処理を行なうことにより、上
記浮遊ゲート電極の周囲を埋める層間絶縁膜を形成する
工程をさらに含むことを特徴とする不揮発性半導体記憶
装置の製造方法。
5. The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein an insulating film is formed on the substrate after the step (b) and before the step (d). A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, further comprising a step of forming an interlayer insulating film filling the periphery of the floating gate electrode by performing a flattening process after depositing the semiconductor device.
【請求項6】 請求項1〜5のうちいずれか1つに記載
の不揮発性半導体記憶装置の製造方法において、 上記工程(d)では、上記電極間絶縁膜として金属酸化
膜を形成することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置
の製造方法。
6. The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein in the step (d), a metal oxide film is formed as the inter-electrode insulating film. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, characterized by:
【請求項7】 請求項1〜6のうちいずれか1つに記載
の不揮発性半導体記憶装置の製造方法において、 上記工程(e)では、上記制御ゲート電極を少なくとも
1つの金属膜を含む導体膜から形成することを特徴とす
る不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
7. The method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein in the step (e), the control gate electrode is formed of a conductive film including at least one metal film. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising:
【請求項8】 半導体領域を有する基板と、 上記半導体領域上にゲート絶縁膜を介して設けられた浮
遊ゲート電極と、 上記半導体領域のうち上記浮遊ゲート電極の両側に位置
する領域に設けられたソース・ドレイン拡散層と、 上記浮遊ゲート電極の側面上に設けられたサイドウォー
ルスペーサと、 上記浮遊ゲート電極の上面全体と上記サイドウォールス
ペーサの少なくとも一部とに跨って設けられ、上記浮遊
ゲート電極に容量結合する制御ゲート電極と、上記浮遊
ゲート電極と上記制御ゲート電極との間に介在する電極
間絶縁膜とを備えている不揮発性半導体記憶装置。
8. A substrate having a semiconductor region, a floating gate electrode provided on the semiconductor region via a gate insulating film, and provided in regions of the semiconductor region located on both sides of the floating gate electrode. A source / drain diffusion layer, a sidewall spacer provided on a side surface of the floating gate electrode, and a straddle provided over the entire upper surface of the floating gate electrode and at least a part of the sidewall spacer; A non-volatile semiconductor memory device comprising: a control gate electrode capacitively coupled to the semiconductor device; and an inter-electrode insulating film interposed between the floating gate electrode and the control gate electrode.
【請求項9】 半導体領域を有する基板と、 上記半導体領域上にゲート絶縁膜を介して設けられた浮
遊ゲート電極と、 上記半導体領域のうち上記浮遊ゲート電極の両側に位置
する領域に設けられたソース・ドレイン拡散層と、 上記浮遊ゲート電極の周囲を埋める層間絶縁膜と、 上記浮遊ゲート電極の上面全体と上記層間絶縁膜の少な
くとも一部とに跨って設けられ、上記浮遊ゲート電極に
容量結合する制御ゲート電極と、 上記浮遊ゲート電極と上記制御ゲート電極との間に介在
する電極間絶縁膜とを備えている不揮発性半導体記憶装
置。
9. A substrate having a semiconductor region, a floating gate electrode provided on the semiconductor region via a gate insulating film, and a floating gate electrode provided in a region of the semiconductor region located on both sides of the floating gate electrode. A source / drain diffusion layer, an interlayer insulating film that fills the periphery of the floating gate electrode, and is provided across the entire upper surface of the floating gate electrode and at least a part of the interlayer insulating film, and is capacitively coupled to the floating gate electrode. A non-volatile semiconductor memory device comprising: a control gate electrode to be formed; and an inter-electrode insulating film interposed between the floating gate electrode and the control gate electrode.
【請求項10】 請求項8又は9記載の不揮発性半導体
記憶装置において、 上記電極間絶縁膜は、金属酸化物により構成されている
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
10. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 8, wherein said inter-electrode insulating film is made of a metal oxide.
【請求項11】 請求項10記載の不揮発性半導体記憶
装置において、 上記電極間絶縁膜は、Al23 膜,Ta25 膜,C
eO2 膜,ZrO2 膜,MgO膜及び強誘電体膜のうち
の少なくともいずれか1つを含むことを特徴とする不揮
発性半導体記憶装置。
11. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 10, wherein said inter-electrode insulating film is formed of an Al 2 O 3 film, a Ta 2 O 5 film,
A nonvolatile semiconductor memory device comprising at least one of an eO 2 film, a ZrO 2 film, a MgO film, and a ferroelectric film.
【請求項12】 請求項8〜11のうちいずれか1つに
記載の不揮発性半導体記憶装置において、 上記制御ゲート電極は、少なくとも1つの金属膜を含む
導体膜から形成されていることを特徴とする不揮発性半
導体記憶装置。
12. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 8, wherein said control gate electrode is formed of a conductor film including at least one metal film. Nonvolatile semiconductor memory device.
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