JPH09219460A - Nonvolatile semiconductor memory device and manufacture thereof - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory device and manufacture thereof

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JPH09219460A
JPH09219460A JP8046610A JP4661096A JPH09219460A JP H09219460 A JPH09219460 A JP H09219460A JP 8046610 A JP8046610 A JP 8046610A JP 4661096 A JP4661096 A JP 4661096A JP H09219460 A JPH09219460 A JP H09219460A
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JP
Japan
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film
polycrystalline silicon
floating gate
gate
insulating film
Prior art date
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Pending
Application number
JP8046610A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naohiro Ueda
尚宏 上田
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH09219460A publication Critical patent/JPH09219460A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B69/00Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices

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  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To execute electrical isolations in the word line direction of a floating gate arrangement without making grooves form in an element isolation oxide film by a method wherein after oxygen-containing ions are implanted in a polycrystalline silicon film for floating gate use, a heat treatment is performed on the silicon film and only regions implanted the oxygen-containing ions out of the silicon film are partially converted into an insulative silicon dioxide film. SOLUTION: A resist film is formed on a polycrystalline silicon film 8 formed on the whole surface of a semiconductor substrate 2 and oxygen-containing ionic species are implanted in the film 8 using a resist pattern 30, which has rectangular open holes 32 on element isolation insulating films 4 for forming regions where isolations in the word line direction of a floating gate arrangement are executed, as a mask. After the pattern 30 is removed, a heat treatment is performed on the film 8 and only regions implanted the oxygen ions out of the film 8 are selectively made to convert into an insulative silicon dioxide film. By these mnsulative silicon dioxide films, the isolations in the word line direction of the floating gate arrangement can be executed without forming unintended grooves in an element isolation oxide film.

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
トとコントロールゲートからなるスタックゲートを備え
た不揮発性半導体メモリ装置とその製造方法に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device having a stack gate composed of a floating gate and a control gate, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】図1に一般的に行なわれているスタック
ゲートの形成方法を含む製造工程を示す。(A)〜
(C)はその右側に記載した(a)〜(c)のX−X’
線位置での断面図である。 (A)シリコン基板2に素子分離領域としてのフィール
ド酸化膜4を形成し、ゲート絶縁膜6を形成した後、フ
ローティングゲートとなる第1の多結晶シリコン層8を
形成する。多結晶シリコン層8上にレジスト層を形成
し、写真製版によりフローティングゲートをワードライ
ン方向に分離するためのスリット10を形成するための
溝をもつレジストパターンを形成し、それをマスクにし
て多結晶シリコン層8をエッチングすることによりスリ
ット10を形成する。
2. Description of the Related Art FIG. 1 shows a manufacturing process including a commonly used method for forming a stack gate. (A) ~
(C) is XX ′ of (a) to (c) described on the right side thereof.
It is sectional drawing in a line position. (A) A field oxide film 4 as an element isolation region is formed on a silicon substrate 2, a gate insulating film 6 is formed, and then a first polycrystalline silicon layer 8 to be a floating gate is formed. A resist layer is formed on the polycrystalline silicon layer 8, and a resist pattern having a groove for forming a slit 10 for separating the floating gate in the word line direction is formed by photolithography. The slit 10 is formed by etching the silicon layer 8.

【0003】(B)多結晶シリコン層8の表面に絶縁膜
12を形成し、更にその上に第2の多結晶シリコン層1
4を形成する。そして写真製版とエッチングによりシリ
コン層14,絶縁膜12及び多結晶シリコン層8をパタ
ーン化してコントロールゲート14、絶縁膜12及びフ
ローティングゲート8を完成する。
(B) The insulating film 12 is formed on the surface of the polycrystalline silicon layer 8, and the second polycrystalline silicon layer 1 is further formed thereon.
4 is formed. Then, the silicon layer 14, the insulating film 12 and the polycrystalline silicon layer 8 are patterned by photolithography and etching to complete the control gate 14, the insulating film 12 and the floating gate 8.

【0004】(C)その後、層間絶縁膜16を形成し、
ドレイン領域上にコンタクトホール18を開けた後、ア
ルミニウム膜を形成し、写真製版とエッチングによるパ
ターン化によりアルミニウム配線20を形成し、コンタ
クトホール18を介してアルミニウム配線20とドレイ
ン領域とを接続する。アルミニウム配線20はビットラ
インとなり、コントロールゲート14はワードラインと
なる。
(C) After that, an interlayer insulating film 16 is formed,
After forming the contact hole 18 on the drain region, an aluminum film is formed, an aluminum wiring 20 is formed by patterning by photolithography and etching, and the aluminum wiring 20 and the drain region are connected through the contact hole 18. The aluminum wiring 20 becomes a bit line and the control gate 14 becomes a word line.

【0005】図1に示されたスタックゲートの形成方法
は基本的なものであり、例えば特開平2−31466号
公報や特開平3−34470号公報に記載されているス
タックゲート形成方法もこれと同じである。
The stack gate forming method shown in FIG. 1 is a basic method, and the stack gate forming method described in, for example, JP-A-2-31466 and JP-A-3-34470 is also used. Is the same.

【0006】図1の方法では以下のような欠点がある。
このことをビットライン方向の分離を行なった図1
(B)のパターン化の段階について説明する。図2はビ
ットライン方向の分離を行なう目的のレジストパターン
15を用いて第2の多結晶シリコン膜14を異方性エッ
チングした状態である。下地の第1の多結晶シリコン膜
8には既にワードライン方向に分離するためのパターン
化が施されており、その分離用の溝10が形成されてい
るため、その溝10部分には第2の多結晶シリコン膜1
4がサイドウォール14aの形で残存する。
The method of FIG. 1 has the following drawbacks.
This is separated in the bit line direction in FIG.
The patterning step (B) will be described. FIG. 2 shows a state in which the second polycrystalline silicon film 14 is anisotropically etched using the resist pattern 15 for the purpose of separating in the bit line direction. Since the underlying first polycrystalline silicon film 8 is already patterned for separation in the word line direction and the groove 10 for separation is formed, the second polycrystalline silicon film 8 is formed in the groove 10 portion. Polycrystalline silicon film 1
4 remains in the form of sidewalls 14a.

【0007】次に、続いて絶縁膜12を異方性エッチン
グした所を図3に示す。絶縁膜12のエッチングでは多
結晶シリコン膜はエッチングされないため、多結晶シリ
コン膜で形成されたサイドウォール14aはそのままの
形で残存する。また、第1の多結晶シリコン膜8の側面
部では絶縁膜12がサイドウォール14aとの間に挾ま
れる形で存在するため、この部分のエッチングが進行し
にくい。そのため、絶縁膜12がフェンス12aの形で
残存する。
Next, FIG. 3 shows that the insulating film 12 is subsequently anisotropically etched. Since the polycrystalline silicon film is not etched by the etching of the insulating film 12, the sidewall 14a formed of the polycrystalline silicon film remains as it is. Further, since the insulating film 12 exists between the side walls of the first polycrystalline silicon film 8 and the side walls 14a, the etching of this part is difficult to proceed. Therefore, the insulating film 12 remains in the form of the fence 12a.

【0008】さらに絶縁膜12の直下であって、かつ第
1の多結晶シリコン膜8が存在しない部分では以下に示
す不具合が起こる。まず、素子分離用の厚い絶縁膜4上
であって絶縁膜12の直下に第1の多結晶シリコン膜8
が存在しない部分(図1(b)の領域22)では、絶縁
膜12の異方性エッチングに引き続き、素子分離用の厚
い絶縁膜4が連続して異方性エッチングされることにな
る。その結果、素子分離用の厚い絶縁膜4には意図しな
い溝10aが形成されてしまう(図3(B)参照)。ま
た、ゲート絶縁膜6上であって絶縁膜12の直下に第1
の多結晶シリコン膜8が存在しない部分(図1の領域2
4)では、同じ理由でゲート絶縁膜6が連続して異方性
エッチングされ、半導体基板2が露出する(図3(B)
参照)。
Further, in the portion directly below the insulating film 12 and where the first polycrystalline silicon film 8 does not exist, the following problems occur. First, the first polycrystalline silicon film 8 is formed on the thick insulating film 4 for element isolation and directly below the insulating film 12.
In the portion where there is no (region 22 in FIG. 1B), the thick insulating film 4 for element isolation is continuously anisotropically etched following the anisotropic etching of the insulating film 12. As a result, the unintended groove 10a is formed in the thick insulating film 4 for element isolation (see FIG. 3B). The first insulating film 12 is formed on the gate insulating film 6 and directly below the insulating film 12.
Of the polycrystalline silicon film 8 of FIG.
In 4), the gate insulating film 6 is continuously anisotropically etched for the same reason, and the semiconductor substrate 2 is exposed (FIG. 3B).
reference).

【0009】さらに、第1の多結晶シリコン膜8を異方
性エッチングしたところを図4に示す。このエッチング
では多結晶シリコンのサイドウォール14aは除去され
るが、図3で形成された絶縁膜のフェンス12aは除去
できないため、そのままの形で残存する。また、図3に
おいて半導体基板2が露出した部分10bでは、このと
きの異方性エッチングで半導体基板がエッチングされて
しまうため、意図しない溝10cが形成されてしまう
(図4(C)参照)。ここで、図3の段階で形成された
溝10aは素子分離用の厚い絶縁膜4が掘れたものであ
り、図4の段階で形成された溝10cは半導体基板2が
掘れたものである。図1(B)はその後、レジストパタ
ーン15を除去した状態である。
Further, FIG. 4 shows that the first polycrystalline silicon film 8 is anisotropically etched. Although the sidewalls 14a of polycrystalline silicon are removed by this etching, the fences 12a of the insulating film formed in FIG. 3 cannot be removed, and thus remain as they are. Further, in the portion 10b where the semiconductor substrate 2 is exposed in FIG. 3, the semiconductor substrate is etched by the anisotropic etching at this time, so that an unintended groove 10c is formed (see FIG. 4C). Here, the trench 10a formed in the stage of FIG. 3 is a trench in which the thick insulating film 4 for element isolation is dug, and the trench 10c formed in the stage of FIG. 4 is a trench in which the semiconductor substrate 2 is dug. FIG. 1B shows a state in which the resist pattern 15 has been removed thereafter.

【0010】ここで、図1の従来技術の欠点をまとめる
と以下の3点となる。 欠点1:素子分離用の厚い絶縁膜4に意図しない溝10
aが形成されてしまう。 欠点2:半導体基板2に意図しない溝10cが形成され
てしまう。 欠点3:それらの溝10a,10cの内壁面に意図しな
いフェンス12aが残存してしまう。
The drawbacks of the prior art shown in FIG. 1 can be summarized into the following three points. Disadvantage 1: Unintended groove 10 in thick insulating film 4 for element isolation
a is formed. Disadvantage 2: Unintended groove 10c is formed in the semiconductor substrate 2. Disadvantage 3: Unintended fence 12a remains on the inner wall surfaces of the grooves 10a and 10c.

【0011】これらの欠点により、後工程において以下
に示す不具合が発生する。 不具合1:欠点1の溝10aのため、後工程でのソース
・ドレイン注入が素子分離用の絶縁膜を突き抜けて半導
体基板2に注入されてしまう。 不具合2:溝10a,10cのため平坦化が不完全にな
る。 不具合3:半導体基板2で溝10cが形成された領域は
共通ソースラインとなるため、この溝10cの段差のた
めに拡散層の抵抗値が高くなる。
Due to these drawbacks, the following problems occur in the subsequent steps. Inconvenience 1: Due to the groove 10a of the defect 1, the source / drain implantation in the later step penetrates the insulating film for element isolation and is implanted into the semiconductor substrate 2. Defect 2: Incomplete planarization due to the grooves 10a and 10c. Problem 3: In the semiconductor substrate 2, the region in which the groove 10c is formed serves as a common source line, so that the resistance value of the diffusion layer increases due to the step of the groove 10c.

【0012】不具合4:このスタックゲートをもったメ
モリ素子を周辺回路のMOSトランジスタと同一基板上
に形成する場合に3層多結晶シリコンプロセスを採用す
れば、3層目の多結晶シリコン膜が溝10a,10c中
にサイドウォールの形で残存するため、それを除去する
処理が必要となる。そしてその除去が不完全だとリーク
の原因になる。 不具合5:フェンス12aが剥離し、異物となる。
Problem 4: When a memory element having this stack gate is formed on the same substrate as the MOS transistor of the peripheral circuit on the same substrate, if the three-layer polycrystalline silicon process is adopted, the third-layer polycrystalline silicon film will have a groove. Since they remain in the form of sidewalls in 10a and 10c, it is necessary to remove them. And if the removal is not complete, it causes a leak. Problem 5: The fence 12a peels off and becomes a foreign substance.

【0013】そのため、これらの不具合を回避する技術
がいくつか提案されている。第1の提案は、図5(A)
のように、第1の多結晶シリコン膜8の溝を絶縁膜28
で埋め込む方法である(特開昭62−128567号公
報、特開平2−65175号公報参照)。第2の提案
は、図5(B)のように、第1の多結晶シリコン膜8の
溝を第2の多結晶シリコン膜14で埋め込む方法である
(特開昭63−186478号公報、特開平4−586
5号公報参照)。
Therefore, some techniques for avoiding these problems have been proposed. The first suggestion is FIG. 5 (A).
As described above, the groove of the first polycrystalline silicon film 8 is formed in the insulating film 28.
(See Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-128567 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-65175). A second proposal is a method of filling the groove of the first polycrystalline silicon film 8 with the second polycrystalline silicon film 14 as shown in FIG. 5 (B) (Japanese Patent Laid-Open No. 186478/1988). Kaihei 4-586
No. 5).

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】これらの提案はいずれ
も素子分離用の厚い絶縁膜及び半導体基板が意図しない
エッチングにさらされるのを防ぎ、膜減りすることを防
止しているが、以下に示すような新たな欠点を抱えてい
る。第1の提案では、第1の多結晶シリコン膜8の溝を
絶縁膜28で埋め込むことが極めて困難である。例え
ば、埋込みを絶縁膜28の堆積後、全面エッチングする
方法を用いると、図5(C)に示すように第1の多結晶
シリコン膜8上の凹部にも絶縁膜28が埋め込まれてし
まう。そのため、この後工程である絶縁膜12の形成を
行なうことができなくなり、メモリの形成が不可能にな
ってしまう。
All of these proposals prevent the thick insulating film for element isolation and the semiconductor substrate from being exposed to unintentional etching and prevent film loss. It has such new drawbacks. According to the first proposal, it is extremely difficult to fill the groove of the first polycrystalline silicon film 8 with the insulating film 28. For example, if the method of etching the entire surface after depositing the insulating film 28 is used as a filling, the insulating film 28 is also embedded in the concave portion on the first polycrystalline silicon film 8 as shown in FIG. 5C. Therefore, it becomes impossible to form the insulating film 12 in the subsequent step, and it becomes impossible to form the memory.

【0015】第2の提案では、第1の多結晶シリコン膜
8の溝を第2の多結晶シリコン膜14で埋め込むために
は、第2の多結晶シリコン膜14の膜厚を必要以上に厚
くしなければならず、結果的にスタックゲートの高さが
大きくなってしまう。このことは後工程での平坦化を阻
害し、金属配線断線などの不具合を招く。本発明はこれ
らの問題点を解決するメモリ装置の構造とその製造方法
を提供することを目的とするものである。
In the second proposal, in order to fill the groove of the first polycrystalline silicon film 8 with the second polycrystalline silicon film 14, the thickness of the second polycrystalline silicon film 14 is made thicker than necessary. Must be done, resulting in a large stack gate height. This hinders the flattening in the subsequent process and leads to problems such as metal wiring disconnection. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a structure of a memory device and a method of manufacturing the same that solve these problems.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】スタックゲート型不揮発
性半導体メモリ装置では、素子分離酸化膜上でのフロー
ティングゲート配列のワードライン方向の電気的分離
は、シリコン酸化物にてなされ、そのシリコン酸化物と
フローティングゲート多結晶シリコンとの境界の酸素濃
度が連続的に変化している。
In a stack gate type non-volatile semiconductor memory device, electrical isolation in the word line direction of a floating gate array on an element isolation oxide film is performed by silicon oxide. And the oxygen concentration at the boundary between the floating gate and the polycrystalline silicon changes continuously.

【0017】本発明の製造方法は、以下の工程(A)か
ら(F)を含んで半導体基板上にスタックゲートを形成
する方法である。 (A)半導体基板上に選択的に素子分離酸化膜を形成
し、前記基板の活性領域上にゲート酸化膜を形成した
後、前記基板表面全面にフローティングゲート用の第1
の多結晶シリコン膜を形成する工程、(B)ワードライ
ン方向のフローティングゲート配列の隣接するフローテ
ィングゲート間を素子分離酸化膜上で互いに電気的に分
離を行なうために、分離領域に開孔をもつレジストパタ
ーンを形成する工程、(C)そのレジストパターンをマ
スクとして前記開孔部の多結晶シリコン膜に酸素を含む
イオン種をイオン注入する工程、(D)そのレジストパ
ターンを除去した後、熱処理を施すことにより多結晶シ
リコン膜の前記イオン注入領域を選択的に絶縁膜に変換
する工程、(E)全面に、フローティングゲートとコン
トロールゲートとの間に層間絶縁膜となる絶縁膜を形成
する工程、(F)全面に、コントロールゲート用の第2
の多結晶シリコン膜を形成し、写真製版とエッチングに
より第2の多結晶シリコン膜、前記絶縁膜及び第1の多
結晶シリコン膜をパターン化してスタックゲートを形成
する工程。工程(C)のイオン注入工程で注入される、
酸素を含むイオン種は、酸素イオン、NOイオン、NO
2イオン又はN2Oイオンであることが好ましい。
The manufacturing method of the present invention is a method of forming a stack gate on a semiconductor substrate including the following steps (A) to (F). (A) A device isolation oxide film is selectively formed on a semiconductor substrate, a gate oxide film is formed on an active region of the substrate, and then a first floating gate is formed on the entire surface of the substrate.
Forming a polycrystalline silicon film, (B) has an opening in the isolation region for electrically isolating adjacent floating gates of the floating gate array in the word line direction on the element isolation oxide film. A step of forming a resist pattern, (C) a step of ion-implanting an ion species containing oxygen into the polycrystalline silicon film in the opening using the resist pattern as a mask, and (D) a heat treatment after removing the resist pattern. A step of selectively converting the ion-implanted region of the polycrystal silicon film into an insulating film by applying, (E) forming an insulating film to be an interlayer insulating film between the floating gate and the control gate, (F) Second control gate on the entire surface
And forming a stack gate by patterning the second polycrystalline silicon film, the insulating film, and the first polycrystalline silicon film by photolithography and etching. Implanted in the ion implantation step of step (C),
Ionic species containing oxygen include oxygen ions, NO ions, NO
It is preferably 2 ions or N 2 O ions.

【0018】[0018]

【実施例】次に、本発明の実施例を製造方法とともに示
す。図6に示されるように、素子分離用の厚い絶縁膜
(フィールド酸化膜)4の形成された半導体基板(シリ
コン基板)2上にゲート絶縁膜6を形成した後、半導体
基板2の表面全面に第1の多結晶シリコン膜8を形成す
る。
EXAMPLE Next, an example of the present invention will be described together with a manufacturing method. As shown in FIG. 6, after forming a gate insulating film 6 on a semiconductor substrate (silicon substrate) 2 on which a thick insulating film (field oxide film) 4 for element isolation is formed, the entire surface of the semiconductor substrate 2 is covered. The first polycrystalline silicon film 8 is formed.

【0019】多結晶シリコン膜8上にレジスト層を形成
し、図6(A)に示されるように、ワードライン方向の
分離を行なう領域を形成するための、素子分離用絶縁膜
4上に矩形状の開孔32をもつレジストパターン30を
写真製版により形成する。その後、レジストパターン3
0をマスクとして多結晶シリコン膜8に酸素を含むイオ
ン種を注入する。酸素を含むイオン種は、例えば酸素イ
オンの他、NOイオン、NO2イオン、N2Oイオンのよ
うな分子イオンである。ここでは、例えば酸素イオンを
エネルギー30KeV、ドーズ量5×1015/cm2
条件で注入すると、第1の多結晶シリコン膜8のうちで
レジストパターン30の開孔した領域34にだけ選択的
に酸素イオンが注入される。
A resist layer is formed on the polycrystalline silicon film 8 and, as shown in FIG. 6A, a rectangle is formed on the element isolation insulating film 4 for forming a region for performing isolation in the word line direction. A resist pattern 30 having a shaped opening 32 is formed by photolithography. After that, resist pattern 3
Ion species containing oxygen are implanted into the polycrystalline silicon film 8 using 0 as a mask. The ionic species containing oxygen are, for example, oxygen ions as well as molecular ions such as NO ions, NO 2 ions, and N 2 O ions. Here, for example, when oxygen ions are implanted under the conditions of energy of 30 KeV and dose amount of 5 × 10 15 / cm 2 , only the opened region 34 of the resist pattern 30 in the first polycrystalline silicon film 8 is selectively selected. Oxygen ions are implanted.

【0020】レジストパターン30を除去した後、例え
ば1000℃で1時間熱処理を施すことで、多結晶シリ
コン膜8のうち酸素イオンが注入された領域のみを選択
的に絶縁性の二酸化シリコン36に変換させる。この絶
縁性の二酸化シリコン36がフローティングゲートのワ
ードライン方向の分離を行なうことになる。
After removing the resist pattern 30, a heat treatment is performed at 1000 ° C. for 1 hour, for example, so that only the region of the polycrystalline silicon film 8 into which oxygen ions are implanted is selectively converted into insulating silicon dioxide 36. Let This insulating silicon dioxide 36 separates the floating gate in the word line direction.

【0021】その後、図7に示されるように、従来技術
と同様に、フローティングゲートとコントロールゲート
との間の層間絶縁膜12、コントロールゲート用の第2
の多結晶シリコン膜14を形成する。第2の多結晶シリ
コン膜14上にレジスト層を形成し、写真製版によりビ
ットライン方向の分離となるパターン化を行なって領域
36aと直交するようにレジストパターン15を形成す
る。そして、レジストパターン15をマスクとして異方
性エッチングにより多結晶シリコン膜14、層間絶縁膜
12及び多結晶シリコン膜8にパターン化を施すと、本
発明のスタックゲートが得られる。
Thereafter, as shown in FIG. 7, as in the prior art, the interlayer insulating film 12 between the floating gate and the control gate, and the second gate for the control gate.
Then, the polycrystalline silicon film 14 is formed. A resist layer is formed on the second polycrystalline silicon film 14 and is patterned by photolithography so as to be separated in the bit line direction to form a resist pattern 15 so as to be orthogonal to the region 36a. Then, the polycrystalline silicon film 14, the interlayer insulating film 12 and the polycrystalline silicon film 8 are patterned by anisotropic etching using the resist pattern 15 as a mask to obtain the stack gate of the present invention.

【0022】本発明では従来技術で指摘した欠点1,
2,3のいずれもが発生しない。このことをビットライ
ン方向の分離を行なうレジストパターン15を配置した
図7を出発点に説明する。本発明では図7のように第1
の多結晶シリコン膜8は領域36aのみが選択的に絶縁
性の二酸化シリコンに変換されている。まず、レジスト
パターン15を用いて第2の多結晶シリコン膜14を異
方性エッチングした状態を図8に示す。本発明では下地
の第1の多結晶シリコン膜8の分離をエッチングによる
溝ではなく、多結晶シリコンを部分的に絶縁性の二酸化
シリコン36に変換することで実現しているため、もと
もと溝は存在しない。そのため、図2のように第2の多
結晶シリコン膜14がサイドウォール14aの形で残存
することも起こらない。
In the present invention, the drawback 1 pointed out in the prior art
Neither 2 nor 3 occurs. This will be described with reference to FIG. 7 in which a resist pattern 15 for separating in the bit line direction is arranged as a starting point. In the present invention, as shown in FIG.
Only the region 36a of the polycrystalline silicon film 8 is selectively converted into insulating silicon dioxide. First, FIG. 8 shows a state in which the second polycrystalline silicon film 14 is anisotropically etched using the resist pattern 15. In the present invention, the separation of the underlying first polycrystalline silicon film 8 is realized by partially converting the polycrystalline silicon into the insulating silicon dioxide 36 instead of the groove by etching, so that the groove originally exists. do not do. Therefore, the second polycrystalline silicon film 14 does not remain in the form of the sidewall 14a as shown in FIG.

【0023】次に、続いて絶縁膜12を異方性エッチン
グした状態を図9に示す。図8の状態からのエッチング
であるので、図9が得られることは容易に理解できる。
本発明では絶縁膜12の直下であって、かつ第1の多結
晶シリコン膜8が存在しない部分には二酸化シリコン3
6に変換させた領域36aが存在するため、層間絶縁膜
12の異方性エッチングが進行したとしても二酸化シリ
コン36が除去されるだけですむ。その結果、図3のよ
うに素子分離用の厚い絶縁膜4に意図しない溝10aが
形成されることは起こらない(従来技術で指摘した欠点
1の回避)。
Next, FIG. 9 shows a state in which the insulating film 12 is subsequently anisotropically etched. Since the etching is performed from the state shown in FIG. 8, it can be easily understood that FIG. 9 is obtained.
In the present invention, silicon dioxide 3 is formed in a portion immediately below the insulating film 12 and where the first polycrystalline silicon film 8 does not exist.
Since the region 36a converted into 6 exists, even if the anisotropic etching of the interlayer insulating film 12 progresses, the silicon dioxide 36 only needs to be removed. As a result, the unintended groove 10a is not formed in the thick insulating film 4 for element isolation as shown in FIG. 3 (avoidment of the defect 1 pointed out in the prior art).

【0024】また、二酸化シリコン36以外の部分で
は、層間絶縁膜12の直下には必ず第1の多結晶シリコ
ン膜8が存在するため、図3のように半導体基板2が露
出することも起こらない。さらに、第1の多結晶シリコ
ン膜8を異方性エッチングした状態を図10に示す。図
9の状態からのエッチングであるので、図10が得られ
ることが容易に理解できる。本発明では、従来技術の図
3のように半導体基板2が露出していないので、このと
きの異方性エッチングで半導体基板2がエッチングされ
ることは起こらない。よって、半導体基板2に意図しな
い溝10cが形成されることも起こらない(従来技術で
指摘した欠点2の回避)。
Further, in the portion other than the silicon dioxide 36, the first polycrystalline silicon film 8 is always present immediately below the interlayer insulating film 12, so that the semiconductor substrate 2 is not exposed as shown in FIG. . Further, FIG. 10 shows a state in which the first polycrystalline silicon film 8 is anisotropically etched. Since the etching is performed from the state of FIG. 9, it can be easily understood that FIG. 10 is obtained. In the present invention, the semiconductor substrate 2 is not exposed unlike the prior art FIG. 3, so that the semiconductor substrate 2 is not etched by the anisotropic etching at this time. Therefore, the unintended groove 10c is not formed in the semiconductor substrate 2 (the defect 2 pointed out in the prior art is avoided).

【0025】さらに、当然のことであるが、本発明では
従来技術の図4のようなフェンス12aは本質的に形成
されない(従来技術で指摘した欠点3の回避)。以上の
ように、本発明では従来技術で指摘した欠点1,2,3
のいずれもが発生しない。そのため、従来技術で指摘し
た不具合をいずれも回避することができる。
Furthermore, as a matter of course, in the present invention, the fence 12a of the prior art shown in FIG. 4 is not essentially formed (avoidance of the defect 3 pointed out in the prior art). As described above, in the present invention, the drawbacks 1, 2, 3 pointed out in the prior art
None of these occur. Therefore, any of the problems pointed out in the prior art can be avoided.

【0026】図11は、その後レジストパターン15を
除去した状態を示したものであり、これでスタックゲー
トが完成する。素子分離用酸化膜4上でのフローティン
グゲート配列のワードライン方向の電気的分離は、フロ
ーティングゲート用の多結晶シリコンを酸素を含むイオ
ンを注入し熱処理することにより、部分的に絶縁性の二
酸化シリコン36に変換することで実現しているため、
その二酸化シリコン36の領域とフローティングゲート
の多結晶シリコン8との境界の酸素濃度が連続的に変化
している。
FIG. 11 shows a state in which the resist pattern 15 is removed thereafter, and the stack gate is completed by this. The electrical isolation in the word line direction of the floating gate array on the element isolation oxide film 4 is performed by implanting ions containing oxygen into the polycrystalline silicon for the floating gate and then heat treating the polycrystalline silicon for the floating gate. Since it is realized by converting to 36,
The oxygen concentration at the boundary between the region of the silicon dioxide 36 and the polycrystalline silicon 8 of the floating gate continuously changes.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明では、素子分離用酸化膜上でのフ
ローティングゲート配列のワードライン方向の電気的分
離は、フローティングゲート用の多結晶シリコンを酸素
を含むイオンを注入し熱処理することにより部分的に絶
縁性の二酸化シリコンに変換することで実現しているた
め、素子分離用酸化膜に意図しない溝が形成されること
がなく、また半導体基板に意図しない溝が形成されるこ
ともない。また、フローティングゲート配列のワードラ
イン方向の分離用の溝も存在しないことから、その溝の
両側に意図しないフェンスが残存することもない。これ
らの結果として、信頼性の高い不揮発性半導体メモリ装
置が得られる。本発明の製造方法では、フローティング
ゲート配列のワードライン方向の電気的分離はイオン注
入と熱処理だけで実現されるので、製造が容易で低コス
トに実現することができる。
According to the present invention, the electrical isolation in the word line direction of the floating gate array on the oxide film for element isolation is achieved by implanting ions containing oxygen into the polycrystalline silicon for the floating gate and subjecting it to heat treatment. Since it is realized by converting it into insulating silicon dioxide, an unintended groove is not formed in the element isolation oxide film, and an unintended groove is not formed in the semiconductor substrate. Further, since there is no groove for separating the floating gate array in the word line direction, unintended fences do not remain on both sides of the groove. As a result of these, a highly reliable nonvolatile semiconductor memory device is obtained. In the manufacturing method of the present invention, electrical isolation in the word line direction of the floating gate array is realized only by ion implantation and heat treatment, so that the manufacturing is easy and can be realized at low cost.

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

【図1】従来のスタックゲート製造方法を示す図であ
り、(A)〜(C)はその断面図、(a)〜(c)はそ
の平面図であり、断面図は平面図のX−X’線位置での
断面図を示している。
1A to 1C are views showing a conventional stack gate manufacturing method, in which (A) to (C) are cross-sectional views thereof, (a) to (c) are plan views thereof, and the cross-sectional views are X- of the plan view. The cross-sectional view at the X ′ line position is shown.

【図2】従来の方法において、ビットライン方向の分離
を行なう目的のレジストパターンを用いて第2の多結晶
シリコン膜を異方性エッチングした状態を示す図であ
り、(A)は平面図、(B)は(A)のA−A’線位置
での断面図、(C)は(A)のB−B’線位置での断面
図、(D)は(A)のC−C’線位置での断面図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a state in which a second polycrystalline silicon film is anisotropically etched using a resist pattern for the purpose of separating in the bit line direction in a conventional method, (A) is a plan view, (B) is a sectional view taken along the line AA 'of (A), (C) is a sectional view taken along the line BB' of (A), and (D) is taken along the line CC 'of (A). It is sectional drawing in a line position.

【図3】従来の方法において、続いてフローティングゲ
ートとコントロールゲートとの間の層間絶縁膜を異方性
エッチングした状態を示す図であり、(A)は図2
(A)に示されたA−A’線位置での断面図、(B)は
同B−B’線位置での断面図、(C)は同C−C’線位
置での断面図である。
FIG. 3 is a diagram showing a state in which an interlayer insulating film between a floating gate and a control gate is subsequently anisotropically etched by a conventional method, and FIG.
(A) is a sectional view taken along the line AA ', (B) is a sectional view taken along the line BB', and (C) is a sectional view taken along the line CC '. is there.

【図4】従来の方法において、さらに第1の多結晶シリ
コン膜を異方性エッチングした状態を示す図であり、
(A)は図2(A)に示されたA−A’線位置での断面
図、(B)は同B−B’線位置での断面図、(C)は同
C−C’線位置での断面図である。
FIG. 4 is a diagram showing a state in which the first polycrystalline silicon film is further anisotropically etched by a conventional method,
2A is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 2A, FIG. 2B is a sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 2, and FIG. It is sectional drawing in a position.

【図5】(A)と(B)はそれぞれ従来の方法の問題を
解決する提案を示す断面図、(C)は(A)の問題を示
す断面図である。
5A and 5B are cross-sectional views showing a proposal for solving the problem of the conventional method, and FIG. 5C is a cross-sectional view showing the problem of (A).

【図6】一実施例において、フローティングゲート配列
のワードライン方向の電気的分離領域を形成する工程を
示す図であり、(A)は平面図、(B)はそのH−H’
線位置での断面図である。
6A and 6B are diagrams showing a process of forming an electrical isolation region of a floating gate array in a word line direction in one embodiment, FIG. 6A being a plan view and FIG. 6B being its HH ′.
It is sectional drawing in a line position.

【図7】一実施例において、第2の多結晶シリコン膜上
にビットライン方向の分離を行なうためのレジストパタ
ーンを形成した状態を示す図であり、(A)は平面図、
(B)は(A)のI−I’線位置での断面図、(C)は
(A)のJ−J’線位置での断面図、(D)は(A)の
K−K’線位置での断面図、である。
FIG. 7 is a diagram showing a state in which a resist pattern for performing isolation in the bit line direction is formed on a second polycrystalline silicon film in one example, (A) is a plan view,
(B) is a cross-sectional view taken along the line II 'of (A), (C) is a cross-sectional view taken along the line JJ' of (A), and (D) is KK 'of (A). It is sectional drawing in a line position.

【図8】同実施例において、第2の多結晶シリコン膜を
エッチングした状態を示す図であり、(A)は図7
(A)に示されたI−I’線位置での断面図、(B)は
同J−J’線位置での断面図、(C)は同K−K’線位
置での断面図である。
FIG. 8 is a diagram showing a state in which the second polycrystalline silicon film is etched in the same Example, FIG.
(A) is a cross-sectional view taken along the line II ', (B) is a cross-sectional view taken along the line JJ', and (C) is a cross-sectional view taken along the line KK '. is there.

【図9】同実施例において、フローティングゲートとコ
ントロールゲートとの間の層間絶縁膜をエッチングした
状態を示す図であり、(A)は図7(A)に示されたI
−I’線位置での断面図、(B)は同J−J’線位置で
の断面図、(C)は同K−K’線位置での断面図であ
る。
FIG. 9 is a diagram showing a state in which an interlayer insulating film between a floating gate and a control gate is etched in the same Example, FIG. 9 (A) showing I shown in FIG. 7 (A).
FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line I-I ', FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line JJ', and FIG. 7C is a cross-sectional view taken along the line KK '.

【図10】同実施例において、第2の多結晶シリコン膜
をエッチングした状態を示す図であり、(A)は図7
(A)に示されたI−I’線位置での断面図、(B)は
同J−J’線位置での断面図、(C)は同K−K’線位
置での断面図である。
FIG. 10 is a view showing a state in which the second polycrystalline silicon film is etched in the same Example, FIG.
(A) is a cross-sectional view taken along the line II ', (B) is a cross-sectional view taken along the line JJ', and (C) is a cross-sectional view taken along the line KK '. is there.

【図11】同実施例において、スタックゲートが完成し
た状態を示す図であり、(A)は平面図、(B)は
(A)のL−L’線位置での断面図、(C)は(A)の
M−M’線位置での断面図、(D)は(A)のN−N’
線位置での断面図、(E)は(A)のO−O’線位置で
の断面図、(F)は(A)のP−P’線位置での断面図
である。
FIG. 11 is a diagram showing a state in which the stack gate is completed in the example, (A) is a plan view, (B) is a sectional view taken along line LL ′ of (A), and (C). Is a cross-sectional view taken along line MM 'in (A), and (D) is NN' in (A).
6A is a cross-sectional view taken along the line, FIG. 6E is a cross-sectional view taken along the line OO ′ in FIG. 6A, and FIG. 6F is a cross-sectional view taken along the line PP ′ in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 半導体基板 4 素子分離用の厚い絶縁膜 6 ゲート絶縁膜 8 第1の多結晶シリコン膜 30 レジストパターン 32 開孔 36 二酸化シリコン 2 Semiconductor Substrate 4 Thick Insulation Film for Device Isolation 6 Gate Insulation Film 8 First Polycrystalline Silicon Film 30 Resist Pattern 32 Opening 36 Silicon Dioxide

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に選択的に素子分離酸化膜
が形成され、前記基板の活性領域上にはゲート酸化膜を
介して多結晶シリコンにてなるフローティングゲートが
形成され、フローティングゲートは活性領域から素子分
離酸化膜上に延在しているとともに、ワードライン方向
のフローティングゲート配列は素子分離酸化膜上で互い
に電気的に分離されており、ワードライン方向のフロー
ティングゲート配列上にはワードラインとなる連続した
帯状のコントロールゲートがフローティングゲートとの
間に絶縁膜を介して形成されているスタックゲート型不
揮発性半導体メモリ装置において、 素子分離酸化膜上でのフローティングゲート配列のワー
ドライン方向の電気的分離は、シリコン酸化物にてなさ
れ、そのシリコン酸化物とフローティングゲート多結晶
シリコンとの境界の酸素濃度が連続的に変化しているこ
とを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。
1. An element isolation oxide film is selectively formed on a semiconductor substrate, and a floating gate made of polycrystalline silicon is formed on an active region of the substrate via a gate oxide film, and the floating gate is active. The floating gate array extending in the word line direction is electrically isolated from each other on the element isolation oxide film while extending from the region to the element isolation oxide film. In a stacked gate type non-volatile semiconductor memory device in which a continuous strip-shaped control gate that becomes a floating gate is formed with an insulating film interposed between the floating gate array and the floating gate Separation is done in silicon oxide and the silicon oxide and the floaty The nonvolatile semiconductor memory device having an oxygen concentration of the boundary between Gugeto polycrystalline silicon is characterized in that continuously changes.
【請求項2】 以下の工程(A)から(F)を含んで半
導体基板上にスタックゲートを形成することを特徴とす
る不揮発性半導体メモリ装置の製造方法。 (A)半導体基板上に選択的に素子分離酸化膜を形成
し、前記基板の活性領域上にゲート酸化膜を形成した
後、前記基板表面全面にフローティングゲート用の第1
の多結晶シリコン膜を形成する工程、 (B)ワードライン方向のフローティングゲート配列の
隣接するフローティングゲート間を素子分離酸化膜上で
互いに電気的に分離を行なうために、分離領域に開孔を
もつレジストパターンを形成する工程、 (C)そのレジストパターンをマスクとして前記開孔部
の多結晶シリコン膜に酸素を含むイオン種をイオン注入
する工程、 (D)そのレジストパターンを除去した後、熱処理を施
すことにより多結晶シリコン膜の前記イオン注入領域を
選択的に絶縁膜に変換する工程、 (E)全面に、フローティングゲートとコントロールゲ
ートとの間に層間絶縁膜となる絶縁膜を形成する工程、 (F)全面に、コントロールゲート用の第2の多結晶シ
リコン膜を形成し、写真製版とエッチングにより第2の
多結晶シリコン膜、前記絶縁膜及び第1の多結晶シリコ
ン膜をパターン化してスタックゲートを形成する工程。
2. A method for manufacturing a non-volatile semiconductor memory device, comprising forming a stack gate on a semiconductor substrate including the following steps (A) to (F). (A) A device isolation oxide film is selectively formed on a semiconductor substrate, a gate oxide film is formed on an active region of the substrate, and then a first floating gate is formed on the entire surface of the substrate.
Forming a polycrystalline silicon film, and (B) forming an opening in the isolation region for electrically isolating adjacent floating gates of the floating gate array in the word line direction on the element isolation oxide film. A step of forming a resist pattern, (C) a step of ion-implanting an ion species containing oxygen into the polycrystalline silicon film in the opening using the resist pattern as a mask, (D) a heat treatment after removing the resist pattern A step of selectively converting the ion-implanted region of the polycrystalline silicon film into an insulating film by performing (E) a step of forming an insulating film to be an interlayer insulating film between the floating gate and the control gate on the entire surface; (F) A second polycrystalline silicon film for the control gate is formed on the entire surface, and the second polycrystalline silicon film is formed by photolithography and etching. Crystal silicon film to form a stacked gate by patterning the insulating film and the first polycrystalline silicon film.
【請求項3】 工程(C)のイオン注入工程で注入され
る、酸素を含むイオン種は、酸素イオン、NOイオン、
NO2イオン又はN2Oイオンである請求項2に記載の不
揮発性半導体メモリ装置の製造方法。
3. The ion species containing oxygen, which is implanted in the ion implantation step of step (C), is oxygen ion, NO ion,
The method for manufacturing a non-volatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein the method is NO 2 ions or N 2 O ions.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008120384A1 (en) * 2007-03-29 2008-10-09 Fujitsu Microelectronics Limited Semiconductor device, and its manufacturing method
JP2011527833A (en) * 2008-07-09 2011-11-04 サンディスク コーポレイション Dielectric layer on floating gate to reduce leakage current

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