Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP3438434B2 - Nonvolatile semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP3438434B2 - Nonvolatile semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

Nonvolatile semiconductor device and method of manufacturing the same

Info

Publication number
JP3438434B2
JP3438434B2 JP25892495A JP25892495A JP3438434B2 JP 3438434 B2 JP3438434 B2 JP 3438434B2 JP 25892495 A JP25892495 A JP 25892495A JP 25892495 A JP25892495 A JP 25892495A JP 3438434 B2 JP3438434 B2 JP 3438434B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
gate electrode
insulating layer
semiconductor device
forming
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP25892495A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH08167665A (en
Inventor
久晴 清田
哲也 辰巳
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.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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 Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP25892495A priority Critical patent/JP3438434B2/en
Publication of JPH08167665A publication Critical patent/JPH08167665A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3438434B2 publication Critical patent/JP3438434B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

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

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、例えばEPROM
(Electrically Programmable ROM)、EEPROM
(Electrically Erasable ROM)などの2層ゲート構
造の不揮発性半導体装置およびその製造方法に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to, for example, an EPROM.
(Electrically Programmable ROM), EEPROM
The present invention relates to a nonvolatile semiconductor device having a two-layer gate structure such as (Electrically Erasable ROM) and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】EPROM、EEPROMなどの半導体
装置は、例えば図7に示すように基体50上に酸化シリ
コンからなる第1絶縁層51、ポリシリコンからなる第
1ゲート電極52、酸化シリコンからなる第2絶縁層5
3およびポリシリコンまたは金属材料からなる第2ゲー
ト電極54が順に積層された2層ゲート構造を有してい
る。通常、第1ゲート電極52はフローティングゲー
ト、第2ゲート電極54はコントロールゲートと呼ばれ
ている。このような2重ゲート構造は、従来において例
えば次のように形成されている。
2. Description of the Related Art A semiconductor device such as an EPROM or an EEPROM is, for example, as shown in FIG. 7, a first insulating layer 51 made of silicon oxide, a first gate electrode 52 made of polysilicon, and a first gate electrode made of silicon oxide on a substrate 50. 2 insulating layer 5
3 and a second gate electrode 54 made of polysilicon or a metal material are sequentially stacked to have a two-layer gate structure. Usually, the first gate electrode 52 is called a floating gate and the second gate electrode 54 is called a control gate. Conventionally, such a double gate structure is formed as follows, for example.

【0003】まず基体50上に酸化シリコン膜、ポリシ
リコン層を順に形成する。次いで、リソグラフィとエッ
チングとによってそれらをパターンニングし、第1絶縁
層51、第1ゲート電極52を形成する。続いて再酸化
を行って第1ゲート電極52表面に酸化シリコン膜を形
成し、さらにその酸化膜を覆う状態で基体50上にポリ
シリコン層を形成する。そして、リソグラフィとエッチ
ングとによりそれらをパターンニングすることによっ
て、第2絶縁層53、第2ゲート電極54を形成してい
る。上記2層ゲート構造の半導体装置では、第1ゲート
電極52における電荷の蓄積によって記憶動作を行って
いる。
First, a silicon oxide film and a polysilicon layer are sequentially formed on a substrate 50. Then, they are patterned by lithography and etching to form a first insulating layer 51 and a first gate electrode 52. Then, reoxidation is performed to form a silicon oxide film on the surface of the first gate electrode 52, and a polysilicon layer is formed on the base body 50 in a state of covering the oxide film. Then, the second insulating layer 53 and the second gate electrode 54 are formed by patterning them by lithography and etching. In the semiconductor device having the two-layer gate structure, the storage operation is performed by accumulating charges in the first gate electrode 52.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記した2重ゲート構
造の半導体装置では、容量を大きくするために第2絶縁
層を薄い酸化膜で形成している。ところが、電荷の蓄積
の際は例えば20V程度の高電圧を印加するので、第2
絶縁層の耐圧が劣化して例えばリーク電流が発生し易
い。
In the above-mentioned semiconductor device having the double gate structure, the second insulating layer is formed of a thin oxide film in order to increase the capacitance. However, since a high voltage of, for example, about 20 V is applied during the charge accumulation,
The withstand voltage of the insulating layer deteriorates, and a leak current is likely to occur.

【0005】また従来の製造プロセスは非常に煩雑であ
るため、ビットコストが高くつく。そのうえ、第2絶縁
層上に薄い自然酸化膜が形成されてしまうため、第2ゲ
ート電極の形成前に自然酸化膜を除去しなければ、信頼
性が低下する虞れがある。本発明は上記課題を解決する
ためになされたものであり、高耐圧の2重ゲート構造を
有し、しかもビットコストを削減できる不揮発性半導体
装置およびその製造方法を提供することを目的としてい
る。
Further, since the conventional manufacturing process is very complicated, the bit cost is high. Moreover, since a thin natural oxide film is formed on the second insulating layer, the reliability may be reduced unless the natural oxide film is removed before forming the second gate electrode. The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor device having a high breakdown voltage double gate structure and capable of reducing the bit cost, and a manufacturing method thereof.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の不揮発性半導体装置(以下、本発明装置と記
す)は、基体上に第1絶縁層と、ポリシリコンからなる
フローティングゲートの第1ゲート電極と、アモルファ
スシリコンからなる第2絶縁層と、金属系材料からなる
コントロールゲートの第2ゲート電極とが順に形成され
た2重ゲート構造を有する。上記第1ゲート電極の上面
は、粗面に形成されることが望ましい。例えば、少なく
とも第2絶縁層側が半球状のポリシリコンで形成された
第1ゲート電極を用いる。
A non-volatile semiconductor device of the present invention for solving the above-mentioned problems (hereinafter referred to as a device of the present invention) comprises a first insulating layer and polysilicon on a substrate.
The first gate electrode of the floating gate, the second insulating layer made of amorphous silicon, and the metallic material
It has a double gate structure in which the second gate electrode of the control gate is sequentially formed. The upper surface of the first gate electrode is preferably formed to be rough. For example, the first gate electrode formed of polysilicon having a hemispherical shape on at least the second insulating layer side is used.

【0007】また本発明の半導体装置の製造方法(以
下、本発明方法と記す)では、まず基体上に、第1絶縁
層と第1ゲート電極を形成するためのポリシリコンの層
第2絶縁層を形成するためのアモルファスシリコンの
層と第2ゲート電極を形成するための金属系材料からな
る層とを順に積層形成する。その後、それらの積層体を
パターンニングすることによってフローティングゲート
の第1ゲート電極とコントロールゲートの第2ゲート電
極とを備えた2層ゲート構造を形成する。上記ポリシリ
コンの層の形成では、ポリシリコン層の上面を粗面化し
ても良い。この場合、粗面化は、ポリシリコンの層を半
球状のポリシリコンで形成することによって行うか、ま
たはポリシリコン層上に半球状のポリシリコンの層を形
成することによって行う。
[0007] manufacturing method (hereinafter, referred to as the present method) of the semiconductor device of the present invention in, first on a substrate, layer and the second insulating polysilicon to form the first insulating layer and the first gate electrode A layer of amorphous silicon for forming a layer and a layer of a metal-based material for forming the second gate electrode are sequentially stacked. The floating gate is then patterned by patterning those stacks.
Second gate electrode of the control gate and the first gate electrode of
Form a two-layer gate structure with poles . In the formation of the polysilicon layer, the upper surface of the polysilicon layer may be roughened. In this case, the roughening is performed by forming a layer of polysilicon from hemispherical polysilicon or by forming a layer of hemispherical polysilicon on the polysilicon layer.

【0008】また、基体上に、絶縁層とポリシリコン層
とを順に積層形成した後、パターンニングして前記絶縁
層からなる第1絶縁層と前記ポリシリコン層からなりフ
ローティングゲートとなる第1ゲート電極とを形成し、
次いで第1絶縁層と第1ゲート電極とを覆うようにして
基体上にアモルファスシリコン層と金属系材料層とを順
に積層形成した後、パターンニングして前記アモルファ
スシリコン層からなる第2絶縁層と前記金属系材料層か
らなりコントロールゲートとなる第2ゲート電極を形成
することにより2層ゲート構造を形成してもよい。
Further, an insulating layer and a polysilicon layer are sequentially formed on the substrate and then patterned to form the insulating layer.
A first insulating layer made of a layer and a polysilicon layer made of polysilicon.
Forming a first gate electrode to be a loading gate ,
Then, after the amorphous silicon layer and the metal-based material layer was laminated in this order on the first insulating layer and on the substrate so as to cover the first gate electrode, said patterned amorpha
A second insulating layer composed of a silicon layer and the metal-based material layer
A two-layer gate structure may be formed by forming a second gate electrode which is to be a control gate .

【0009】本発明によれば、次のような作用が得られ
る。本発明装置によれば、第2絶縁層が酸化膜より絶縁
性の高いアモルファスシリコンからなるため、第2絶縁
層を薄膜化しなくても第2絶縁層の容量を増大すること
が可能になる。また第2ゲート電極が金属系材料で形成
されているので、下層のアモルファスシリコンとの低温
での反応が極力抑えられる。
According to the present invention, the following effects can be obtained. According to the device of the present invention, since the second insulating layer is made of amorphous silicon having a higher insulating property than the oxide film, it is possible to increase the capacitance of the second insulating layer without thinning the second insulating layer. Further, since the second gate electrode is made of a metal-based material, the reaction with the lower layer amorphous silicon at a low temperature can be suppressed as much as possible.

【0010】さらに第1ゲート電極の上面が粗面に形成
されていることで、従来に比べて第1ゲート電極の表面
積が大きく形成される。その結果、上層の第2絶縁層と
の接触面積が増加するため、第2絶縁層の容量が増大す
る。また少なくとも第2絶縁層側が半球状のポリシリコ
ンで形成されることで、第1ゲート電極の上面が粗面に
形成される。
Further, since the upper surface of the first gate electrode is formed to be rough, the surface area of the first gate electrode is formed larger than in the conventional case. As a result, the contact area with the upper second insulating layer increases, and the capacitance of the second insulating layer increases. Further, since at least the second insulating layer side is made of hemispherical polysilicon, the upper surface of the first gate electrode is roughened.

【0011】本発明方法によれば、基体表面に絶縁層、
ポリシリコン層、アモルファスシリコン層および金属系
材料層を連続して積層形成するため、アモルファスシリ
コン層表面に自然酸化膜が形成されることなく金属系材
料層が形成される。また上記各層を積層形成するととも
に、それら積層体を一括してパターンニングするので、
製造工程が簡便化されかつ工程数が少なくて済む。
According to the method of the present invention, an insulating layer is formed on the surface of the substrate,
Since the polysilicon layer, the amorphous silicon layer, and the metal-based material layer are continuously laminated, the metal-based material layer is formed without forming a natural oxide film on the surface of the amorphous silicon layer. Moreover, since the above layers are formed in a laminated manner and the laminated bodies are collectively patterned,
The manufacturing process is simplified and the number of steps is small.

【0012】さらにポリシリコン層の形成でポリシリコ
ン層の上面の粗面化を行うことで、ポリシリコン層との
接触面積が大きいアモルファスシリコン層が形成され
る。またポリシリコン層の形成に半球状のポリシリコン
を用いることで、ポリシリコン層の形成と同時にその上
面の粗面化が行われることになるため、新たな粗面化の
ための工程が不要になる。
By further roughening the upper surface of the polysilicon layer by forming the polysilicon layer, an amorphous silicon layer having a large contact area with the polysilicon layer is formed. Further, by using hemispherical polysilicon for forming the polysilicon layer, the upper surface of the polysilicon layer is roughened at the same time as the formation of the polysilicon layer, thus eliminating the need for a new roughening step. Become.

【0013】また第1絶縁層と第1ゲート電極とを形成
した後、第1ゲート電極上に第2絶縁層と第2ゲート電
極とを形成する場合でも、基体上にアモルファスシリコ
ン層と金属系材料層とを連続して積層形成するため、ア
モルファスシリコン層表面に自然酸化膜が形成されるこ
とが防止される。
Even when the second insulating layer and the second gate electrode are formed on the first gate electrode after forming the first insulating layer and the first gate electrode, the amorphous silicon layer and the metal-based material are formed on the substrate. Since the material layer and the material layer are continuously laminated, formation of a natural oxide film on the surface of the amorphous silicon layer is prevented.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明装置および本発明方
法の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明
装置の一実施形態を示す断面図である。この半導体装置
1は2重ゲート構造を有するものであり、例えばシリコ
ン(Si)からなる基体11上に酸化シリコン(SiO
2 )からなる第1絶縁層12が形成されている。第1絶
縁層12上には、ポリシリコン(Poly−Si)からなる
第1ゲート電極13が形成されており、その上層にはア
モルファスシリコン(a−Si)からなる第2絶縁層1
4と、金属系材料からなる第2ゲート電極15とが順に
形成されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of an apparatus and a method of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the device of the present invention. This semiconductor device 1 has a double gate structure, and for example, silicon oxide (SiO 2) is formed on a substrate 11 made of silicon (Si).
The first insulating layer 12 composed of 2 ) is formed. A first gate electrode 13 made of polysilicon (Poly-Si) is formed on the first insulating layer 12, and a second insulating layer 1 made of amorphous silicon (a-Si) is formed on the first gate electrode 13.
4 and a second gate electrode 15 made of a metal material are sequentially formed.

【0015】第1ゲート電極13は、少なくとも第2絶
縁層14側が半球状グレインPoly−Si(本明細書中で
は、単に半球状のPoly−Siと記す)で形成されてい
る。この実施形態では、第1ゲート電極13全部が半球
状のPoly−Siで形成されている。そして、半球状のPo
ly−Siによって第1ゲート電極13の上面は粗面にな
っている。
At least the second insulating layer 14 side of the first gate electrode 13 is made of hemispherical grain Poly-Si (herein, simply referred to as hemispherical Poly-Si). In this embodiment, the entire first gate electrode 13 is formed of hemispherical Poly-Si. And hemispherical Po
The upper surface of the first gate electrode 13 is rough due to ly-Si.

【0016】また第2ゲート電極15は、下層のa−S
iとの低温での反応が極力抑えられる例えばアルミニウ
ム−銅(Al−Cu)合金からなる金属系材料で形成さ
れている。
Further, the second gate electrode 15 is formed of the lower layer a-S.
It is formed of a metal-based material such as an aluminum-copper (Al-Cu) alloy that can suppress reaction with i at a low temperature as much as possible.

【0017】上記した実施形態では第2絶縁層14が、
酸化膜より絶縁性の高いa−Siからなるため、第2絶
縁層14を薄膜化しなくても第2絶縁層14の容量の増
大を図ることができる。つまり、電圧を印加した際の第
2絶縁層14における蓄積電荷量を増大させることがで
きる。よって、酸化膜に比べて第2絶縁層14を厚く形
成できるので、高電圧を印加した際の第2絶縁層14の
耐圧劣化を抑制することができる。
In the above embodiment, the second insulating layer 14 is
Since it is made of a-Si, which has higher insulation than the oxide film, the capacity of the second insulating layer 14 can be increased without thinning the second insulating layer 14. That is, the amount of accumulated charge in the second insulating layer 14 when a voltage is applied can be increased. Therefore, since the second insulating layer 14 can be formed thicker than the oxide film, it is possible to suppress breakdown voltage deterioration of the second insulating layer 14 when a high voltage is applied.

【0018】また、第1ゲート電極13の上面が半球状
のPoly−Siによって粗面になっているため、従来例に
比べて第1ゲート電極13の表面積が大きく形成され
る。その結果、上層の第2絶縁層14との接触面積が増
加するので、このことによっても第2絶縁層14の蓄積
電荷量の増大を図ることができる。
Further, since the upper surface of the first gate electrode 13 is roughened by the hemispherical Poly-Si, the surface area of the first gate electrode 13 is larger than that of the conventional example. As a result, the contact area with the upper second insulating layer 14 increases, which also makes it possible to increase the amount of charges accumulated in the second insulating layer 14.

【0019】したがって、高電圧を印加した際の第2絶
縁層14の耐圧劣化が少ない高信頼性の2重ゲート構造
を有する半導体装置1を実現できる。また書き込み、消
去時の電荷のやり取りの際には、第2ゲート電極15で
初期電荷を多く保持できるので、従来より低電圧でも容
量(C)−電圧(V)特性のヒステリシスを大きくでき
る。
Therefore, it is possible to realize the semiconductor device 1 having a highly reliable double gate structure in which the withstand voltage deterioration of the second insulating layer 14 is small when a high voltage is applied. In addition, since a large amount of initial charge can be held by the second gate electrode 15 when charges are exchanged during writing and erasing, the hysteresis of the capacitance (C) -voltage (V) characteristics can be increased even at a lower voltage than before.

【0020】図2は上記実施形態の半導体装置1のC−
V特性図であり、(a)は書き込み前、(b)は書き込
み後を示している。なお基体11は表面濃度が5.85
×1014cm-3のn型Si基板とし、第1絶縁層12の
膜厚は100nm程度としている。またリン(P)をド
ープした半球状のPoly−Siで第1ゲート電極13を形
成し、第2ゲート電極15はAl−Cu合金で500n
m程度の膜厚に形成している。また10Vの低い電圧を
パルス状に加えて書き込みを行った場合を示している。
FIG. 2 shows C- of the semiconductor device 1 of the above embodiment.
It is a V characteristic figure, (a) has shown before writing, (b) has shown after writing. The substrate 11 has a surface concentration of 5.85.
An n-type Si substrate of × 10 14 cm -3 is used , and the film thickness of the first insulating layer 12 is about 100 nm. The first gate electrode 13 is formed of hemispherical poly-Si doped with phosphorus (P), and the second gate electrode 15 is formed of an Al-Cu alloy with a thickness of 500 n.
It is formed to a film thickness of about m. In addition, a case where writing is performed by applying a low voltage of 10 V in a pulse shape is shown.

【0021】図から明らかなように、書き込み前は通常
のC−V特性が得られ、書き込み後は大きなヒステリシ
スを持たせることができる。よって上記実施形態の半導
体装置1では低電圧でも書き込み、消去を行えることか
ら、周辺の高耐圧トランジスタを低電圧化できるので、
半導体装置1の信頼性を向上させることができる。
As is apparent from the figure, a normal CV characteristic can be obtained before writing, and a large hysteresis can be provided after writing. Therefore, in the semiconductor device 1 of the above-described embodiment, since writing and erasing can be performed even at a low voltage, it is possible to lower the voltage of the high breakdown voltage transistors in the periphery,
The reliability of the semiconductor device 1 can be improved.

【0022】なお、上記実施形態では、第1ゲート電極
13を半球状のPoly−Siのみで形成した場合について
説明した。しかしながら、少なくとも第2絶縁層14側
が半球状のPoly−Siで形成されれば良く、第1ゲート
電極13を例えば図3に示すようにPoly−Si層13a
上に半球状のPoly−Si層13bを積層した構造にする
こともできる。
In the above embodiment, the case where the first gate electrode 13 is formed of only hemispherical Poly-Si has been described. However, it suffices that at least the second insulating layer 14 side is formed of hemispherical Poly-Si, and the first gate electrode 13 is formed, for example, as shown in FIG.
It is also possible to have a structure in which a hemispherical Poly-Si layer 13b is laminated on top.

【0023】この場合にも、第1ゲート電極13の上面
は粗面に形成されるので、上記実施形態と同様の効果を
得ることができる。また上記実施形態では第2絶縁層1
4をa−Siで形成した場合について説明したが、例え
ば酸素ドープPoly−Si(SIPOS)や酸素リッチPo
ly−Siで形成してもa−Siと同様に電荷蓄積量の増
大を図ることができる。
In this case as well, since the upper surface of the first gate electrode 13 is formed to be a rough surface, it is possible to obtain the same effect as in the above embodiment. In the above embodiment, the second insulating layer 1
4 has been described as being formed of a-Si, for example, oxygen-doped Poly-Si (SIPOS) or oxygen-rich Po.
Even if it is formed of ly-Si, it is possible to increase the amount of accumulated charge as in the case of a-Si.

【0024】さらに上記実施形態では、第2ゲート電極
15をAl−Cu合金で形成しているが、下層のa−S
iとの低温での反応が極力抑えられる金属系材料で形成
されれば上記例に限定されない。
In the above embodiment, the second gate electrode 15 is made of Al-Cu alloy.
The material is not limited to the above example as long as it is formed of a metal-based material that can suppress the reaction with i at a low temperature as much as possible.

【0025】そのような金属系材料としては、例えばア
ルミニウム(Al)や上記Al−CuのようなAl合
金、一般的なバリアメタルが挙げられる。一般的なバリ
アメタルは、例えばタングステン(W)、チタン(T
i)などの高融点金属、それらのシリサイド、窒化チタ
ン(TiN)などの高融点金属の窒化物、酸窒化チタン
(TiON)などの高融点金属の酸窒化物およびチタン
タングステン(TiW)などである。第2ゲート電極1
5は、これらAl、Al合金もしくはバリアメタル1種
で形成でき、またはバリアメタルを介してAl合金を積
層することによって形成できる。バリアメタルを用いる
場合は、バリアメタル1種またはバリアメタル同士を複
数種組合わせて用いることが可能である。
Examples of such metallic materials include aluminum (Al), Al alloys such as Al-Cu, and general barrier metals. Common barrier metals are, for example, tungsten (W), titanium (T
i) and other refractory metals, their silicides, refractory metal nitrides such as titanium nitride (TiN), refractory metal oxynitrides such as titanium oxynitride (TiON), and titanium tungsten (TiW). . Second gate electrode 1
5 can be formed of one kind of these Al, Al alloy, or barrier metal, or can be formed by stacking Al alloys via the barrier metal. When the barrier metal is used, it is possible to use one kind of barrier metal or a combination of plural kinds of barrier metals.

【0026】なお、Al−Cu合金の比抵抗が20μΩ
・cm程度であるのに対し、バリアメタルの例えばTi
Nの比抵抗はその4倍の80μΩ・cm程度である。し
かしながら第2ゲート電極15の配線抵抗値を、従来の
Poly−Siの800μΩ・cmと同程度の値にするので
あれば、バリアメタルだけで第2ゲート電極15を形成
すると1/10の薄膜化を達成することができる。換言
すれば、従来の第2ゲート電極の膜厚でよければ、10
倍程度の低抵抗化を実現できる。
The specific resistance of the Al-Cu alloy is 20 μΩ.
・ While about cm, barrier metal such as Ti
The specific resistance of N is four times that, about 80 μΩ · cm. However, the wiring resistance value of the second gate electrode 15 is
If the value is about the same as 800 μΩ · cm of Poly-Si, if the second gate electrode 15 is formed of only the barrier metal, the thickness can be reduced to 1/10. In other words, if the conventional film thickness of the second gate electrode is 10
Double resistance can be realized.

【0027】次に本発明方法の一実施形態を図4に示す
工程図を用いて説明する。ここでは、図3に示す半導体
装置1を製造する場合を例にとって述べる。まず図4
(a)に示すように、例えばLOCOS法によって、基
体11に素子形成予定領域11aを囲む状態で素子分離
領域11bを形成する。
Next, one embodiment of the method of the present invention will be described with reference to the process chart shown in FIG. Here, a case of manufacturing the semiconductor device 1 shown in FIG. 3 will be described as an example. Figure 4
As shown in (a), the element isolation region 11b is formed in the substrate 11 so as to surround the element formation planned region 11a by, for example, the LOCOS method.

【0028】次いで図4(b)に示すように、塩化水素
(HCl)ガス(O2 に対して2〜4%)と酸素
(O2 )ガスとを用いて850℃程度で熱酸化を行い、
基体11表面に10nm程度の膜厚の絶縁層12aを形
成する。この際のHClガスとO2ガスの流量比は、
0.45:15SLM程度に設定する。
Next, as shown in FIG. 4B, thermal oxidation is performed at about 850 ° C. using hydrogen chloride (HCl) gas (2-4% with respect to O 2 ) and oxygen (O 2 ) gas. ,
An insulating layer 12a having a film thickness of about 10 nm is formed on the surface of the base 11. The flow rate ratio of HCl gas and O 2 gas at this time is
Set to about 0.45: 15 SLM.

【0029】続いて、550℃程度で減圧の化学的気相
成長(以下、LPCVDと記す)を行い、絶縁層12a
上に200nm程度のPがドーピングされたPoly−Si
層13aを形成する。反応種には、シラン(SiH4
ガスとホスフィン(PH3 )ガスとを用い、SiH4
スとPH3 ガスとの流量比を500:1sccmに設定
する。
Subsequently, low pressure chemical vapor deposition (hereinafter referred to as LPCVD) is performed at about 550 ° C. to form the insulating layer 12a.
Poly-Si doped with P of about 200 nm on top
Form the layer 13a. The reactive species is silane (SiH 4 )
Gas and phosphine (PH 3 ) gas are used, and the flow ratio of SiH 4 gas and PH 3 gas is set to 500: 1 sccm.

【0030】次に、ジシラン(Si2 6 )ガスまたは
その他のポリシランガスを用いて650℃程度の温度で
10秒程度エピタキシャル成長を行う。そして、Poly−
Si層13a上に平均粒径が5〜250nm程度の半球
状のPoly−Si層13bを形成する。このとき、Si2
6 ガスの流量は6sccm程度に設定し、成長室内の
圧力を1mPa程度に設定する。
Next, disilane (Si 2 H 6 ) gas or other polysilane gas is used to perform epitaxial growth at a temperature of about 650 ° C. for about 10 seconds. And Poly-
A hemispherical Poly-Si layer 13b having an average particle size of about 5 to 250 nm is formed on the Si layer 13a. At this time, Si 2
The flow rate of H 6 gas is set to about 6 sccm, and the pressure in the growth chamber is set to about 1 mPa.

【0031】続いて形成温度を575℃程度以下(40
0℃程度まで)にし、形成雰囲気の圧力を13.3〜1
33Pa程度にし、反応種にSiH4 ガス、Si2 6
ガス、またはその他のポリシランガスを用いてLPCV
Dを行う。この実施形態では例えば形成温度が約510
℃、Si2 6 ガスの流量が500sccm程度、形成
雰囲気の圧力を200Paにした条件でLPCVDを行
う。そして、半球状のPoly−Si層13b上に200n
m程度の厚みのa−Si層14aを形成する。そして、
スパッタリング法によって、a−Si層14a上にAl
−Cu層15aを500nm程度の厚みに形成する。
Subsequently, the formation temperature is set to about 575 ° C. or lower (40
Up to about 0 ° C.) and the pressure of the forming atmosphere is 13.3 to 1
33 Pa, with SiH 4 gas and Si 2 H 6 as reaction species
Gas or other polysilane gas for LPCV
Do D. In this embodiment, for example, the forming temperature is about 510.
LPCVD is performed under the conditions that the temperature of the Si 2 H 6 gas is about 500 sccm and the pressure of the forming atmosphere is 200 Pa. Then, 200n is formed on the hemispherical Poly-Si layer 13b.
The a-Si layer 14a having a thickness of about m is formed. And
Al is formed on the a-Si layer 14a by the sputtering method.
-The Cu layer 15a is formed to a thickness of about 500 nm.

【0032】次いで図4(c)に示すように、Al−C
u層15a上にレジストを塗布した後、リソグラフィに
よってレジストパターン16を形成する。その後、レジ
ストパターン16をマスクにしてECRプラズマエッチ
ングを行い、絶縁層12a、Poly−Si層13a、半球
状のPoly−Si層13b、a−Si層14aおよびAl
−Cu層15aの積層体をパターンニングする。ECR
プラズマエッチングは、例えばCl2 ガスとO2 ガスと
の流量比を70:10sccm程度、マイクロ波電力を
850W程度にした条件で行う。そしてレジストパター
ン16を除去する。
Next, as shown in FIG. 4C, Al--C
After applying a resist on the u layer 15a, a resist pattern 16 is formed by lithography. After that, ECR plasma etching is performed using the resist pattern 16 as a mask, and the insulating layer 12a, the Poly-Si layer 13a, the hemispherical Poly-Si layer 13b, the a-Si layer 14a, and the Al are formed.
-Patterning the laminated body of the Cu layer 15a. ECR
The plasma etching is performed under the condition that the flow rate ratio of Cl 2 gas and O 2 gas is about 70:10 sccm and the microwave power is about 850 W, for example. Then, the resist pattern 16 is removed.

【0033】以上の工程によって、図4(d)に示すよ
うに、第1絶縁層12、第2ゲート電極13、第2絶縁
層14および第2ゲート電極15からなる2層ゲート構
造が形成される。
Through the above steps, as shown in FIG. 4D, a two-layer gate structure composed of the first insulating layer 12, the second gate electrode 13, the second insulating layer 14 and the second gate electrode 15 is formed. It

【0034】上記実施形態では、Poly−Si層13a上
に半球状のPoly−Si層13bを形成するので、これら
Poly−Si層13a、13bの積層工程で同時に第1ゲ
ート電極13の粗面化が行われることになる。よって、
新たな粗面化のための工程が不要となる。
In the above embodiment, the hemispherical Poly-Si layer 13b is formed on the Poly-Si layer 13a.
In the step of laminating the Poly-Si layers 13a and 13b, the first gate electrode 13 is simultaneously roughened. Therefore,
A new roughening step is unnecessary.

【0035】また、基体11表面に絶縁層12a、Poly
−Si層13a、半球状のPoly−Si層13b、a−S
i層14aおよびAl−Cu層15aを連続して積層形
成することから、a−Si層14a表面に自然酸化膜を
形成させることなくAl−Cu層15aを形成すること
ができるので、自然酸化膜の除去工程が不要になる。
Further, the insulating layer 12a, Poly
-Si layer 13a, hemispherical Poly-Si layer 13b, aS
Since the i layer 14a and the Al-Cu layer 15a are continuously formed in layers, the Al-Cu layer 15a can be formed without forming a natural oxide film on the surface of the a-Si layer 14a. Is not required.

【0036】また連続して積層形成するとともに、それ
ら積層体を一括してパターンニングするので、製造工程
を簡便化できかつ工程数を大幅に削減することができ
る。さらに第2絶縁層14を形成するa−Si層14a
は、従来の酸化膜の場合とは異なり、低温で形成するこ
とができる。したがって上記実施形態を用いれば、高耐
圧の第2絶縁層14を有する信頼性の高い2重ゲート構
造の半導体装置1を低ビットコストで、しかも低温プロ
セスで製造することができる。
Further, since the laminates are continuously formed and the laminates are collectively patterned, the manufacturing process can be simplified and the number of processes can be significantly reduced. Further, an a-Si layer 14a that forms the second insulating layer 14
Unlike the conventional oxide film, can be formed at a low temperature. Therefore, by using the embodiment described above, it is possible to manufacture the highly reliable semiconductor device 1 having the double gate structure having the second insulating layer 14 having a high breakdown voltage at a low bit cost and in a low temperature process.

【0037】次に、本発明方法の他の実施形態を、図3
に示す半導体装置1の製造に基づき図5および図6を用
いて説明する。なお、ここでは半導体装置1の基体11
にMOSトランジスタを形成する場合も合わせて説明す
る。この実施形態において上記実施形態と相違するの
は、レジストパターン16を用いたパターンニングを2
回に分けて行うことにより2重ゲート構造を形成する点
である。
Next, another embodiment of the method of the present invention will be described with reference to FIG.
It will be described with reference to FIGS. 5 and 6 based on the manufacture of the semiconductor device 1 shown in FIG. In addition, here, the base 11 of the semiconductor device 1 is used.
The case of forming a MOS transistor will also be described. This embodiment is different from the above embodiment in that the patterning using the resist pattern 16 is
This is a point that a double gate structure is formed by performing the process separately.

【0038】すなわち、まず図5(a)、(b)に示す
ように、半球状のPoly−Si層13bの形成まで上記実
施形態と同様の工程を経た後、図5(c)に示すように
半球状のPoly−Si層13b上にレジストを塗布し、次
いでリソグラフィによってレジストパターン16を形成
する。
That is, first, as shown in FIGS. 5A and 5B, the same steps as those in the above-described embodiment are performed until the formation of the hemispherical Poly-Si layer 13b, and then, as shown in FIG. 5C. A resist is applied on the hemispherical Poly-Si layer 13b, and then a resist pattern 16 is formed by lithography.

【0039】その後、レジストパターン16をマスクに
したECRプラズマエッチングによって、絶縁層12
a、PがドーピングされたPoly−Si層13a、半球状
のPoly−Si層13bパターンニングし、図5(d)に
示すように第1絶縁層12と第1ゲート電極13とを形
成する。ECRプラズマエッチングは、例えばCl2
スとO2 ガスとの流量比を70:10sccm程度、マ
イクロ波電力を850W程度にした条件で行う。そして
レジストパターン16を除去する。
After that, the insulating layer 12 is formed by ECR plasma etching using the resist pattern 16 as a mask.
The poly-Si layer 13a doped with a and P and the hemispherical poly-Si layer 13b are patterned to form a first insulating layer 12 and a first gate electrode 13 as shown in FIG. 5D. The ECR plasma etching is performed, for example, under the condition that the flow rate ratio between Cl 2 gas and O 2 gas is about 70:10 sccm and the microwave power is about 850 W. Then, the resist pattern 16 is removed.

【0040】次に図6(e)に示すように、基体11に
二フッ化ホウ素(BF2 )等をイオン注入して基体11
にLDD領域17を形成する。続いてCVD法によって
基体11全面にSiO2 膜を堆積した後、RIEによっ
てSiO2 膜をエッチバックし、第1絶縁層12および
第1ゲート電極13の側壁にLDDスペーサー18を形
成する。次いで基体11に、200nm深さ程度にBF
2 等をイオン注入してソース、ドレイン領域19を形成
し、さらにチャンネルイオン注入等を行い、その後例え
ば窒素雰囲気中で850℃、30分程度の活性化アニー
ルを行って、MOSトランジスタを形成する。
Next, as shown in FIG. 6E, the substrate 11 is ion-implanted with boron difluoride (BF 2 ).
The LDD region 17 is formed in the. Then, a SiO 2 film is deposited on the entire surface of the base 11 by the CVD method, and then the SiO 2 film is etched back by RIE to form LDD spacers 18 on the side walls of the first insulating layer 12 and the first gate electrode 13. Then, on the substrate 11, BF is formed to a depth of about 200 nm.
2 and the like are ion-implanted to form a source / drain region 19, channel ion implantation and the like are further performed, and then activation annealing is performed at 850 ° C. for about 30 minutes in a nitrogen atmosphere to form a MOS transistor.

【0041】こうしてMOSトランジスタを形成した後
は、図6(f)に示すように、前述した実施形態と同様
の方法により、基体11上に第1絶縁層12および第1
ゲート電極13を覆うようにしてa−Si層14aを形
成し、続いてこの上層に、例えばスパッタリング法によ
ってTiON層、Au−Cu層、TiON層をこの順に
積層形成して金属多層膜15bを形成する。次いで、図
6(g)に示すように、金属多層膜15b上にレジスト
を塗布した後、このレジスト膜を前述したレジストパタ
ーン16と同じ形状にパターンニングする。
After the MOS transistor is formed in this way, as shown in FIG. 6F, the first insulating layer 12 and the first insulating layer 12 and the first insulating layer 12 are formed on the substrate 11 by the same method as that of the above-described embodiment.
An a-Si layer 14a is formed so as to cover the gate electrode 13, and subsequently, a TiON layer, an Au-Cu layer, and a TiON layer are laminated in this order by, for example, a sputtering method to form a metal multilayer film 15b. To do. Next, as shown in FIG. 6G, after applying a resist on the metal multilayer film 15b, this resist film is patterned into the same shape as the resist pattern 16 described above.

【0042】そして、形成したレジストパターン16を
マスクにしたECRプラズマエッチングによって、a−
Si層14aおよび金属多層膜15bをパターンニング
し、図6(h)に示すように第2絶縁層14と第2ゲー
ト電極15とを形成する。上記エッチングは、先に行っ
た第1絶縁層12および第1ゲート電極13を形成する
ためのECRプラズマエッチングと同様の条件で行う。
以上の工程によって、第1絶縁層12、第2ゲート電極
13、第2絶縁層14および第2ゲート電極15からな
る2層ゲート構造を有し、かつ基体11にMOSトラン
ジスタが形成された半導体装置1が得られる。
Then, by ECR plasma etching using the formed resist pattern 16 as a mask, a-
The Si layer 14a and the metal multilayer film 15b are patterned to form the second insulating layer 14 and the second gate electrode 15 as shown in FIG. 6 (h). The above etching is performed under the same conditions as the ECR plasma etching for forming the first insulating layer 12 and the first gate electrode 13 performed previously.
Through the above steps, a semiconductor device having a two-layer gate structure composed of the first insulating layer 12, the second gate electrode 13, the second insulating layer 14, and the second gate electrode 15 and having a MOS transistor formed on the base 11. 1 is obtained.

【0043】上記実施形態においても、Poly−Si層1
3a、13bの積層工程で同時に第1ゲート電極13の
粗面化を行えるので、新たな粗面化のための工程が不要
であるとともに、a−Si層14aを低温で形成でき
る。またa−Si層14a表面に、自然酸化膜を形成さ
せることなく金属多層膜15bを形成できるので、自然
酸化膜の除去工程を削減することができる。さらに、高
温熱処理である活性化アニールを行った後、a−Si層
14a、金属多層膜15bを形成するので、a−Si層
14a、金属多層膜15bに高温熱処理による悪影響が
及ぶことがない。したがってこの実施形態によっても、
高耐圧の第2絶縁層14を有する信頼性の高い2重ゲー
ト構造の半導体装置1を低温プロセスで製造することが
できる。
Also in the above embodiment, the Poly-Si layer 1
Since the first gate electrode 13 can be roughened at the same time in the laminating step of 3a and 13b, a new roughening step is not necessary and the a-Si layer 14a can be formed at a low temperature. Further, since the metal multilayer film 15b can be formed on the surface of the a-Si layer 14a without forming a natural oxide film, the step of removing the natural oxide film can be omitted. Furthermore, since the a-Si layer 14a and the metal multilayer film 15b are formed after performing the activation annealing which is a high temperature heat treatment, the a-Si layer 14a and the metal multilayer film 15b are not adversely affected by the high temperature heat treatment. Therefore, according to this embodiment,
It is possible to manufacture the highly reliable semiconductor device 1 having the double gate structure having the high breakdown voltage second insulating layer 14 by a low temperature process.

【0044】なお、上記実施形態では、半球状のPoly−
Si層13bを形成した後、パターンニングを行った
が、PがドーピングされたPoly−Si層13aを形成し
た後、絶縁層12aとPoly−Si層13aとをパターン
ニングしてもよい。この場合には、絶縁層12aとPoly
−Si層13aとのパターンニング後、基体11にMO
Sトランジスタを形成し、続いて基体11全面に半球状
のPoly−Si層13b、a−Si層14aおよび金属多
層膜15bを連続して積層形成する。そして、これら積
層体をパターンニングして2重ゲート構造を形成する。
この方法も、a−Si層14a表面に自然酸化膜を形成
させることなく金属多層膜15bを形成することができ
るので有効である。
In the above embodiment, hemispherical Poly-
Although the patterning is performed after forming the Si layer 13b, the insulating layer 12a and the Poly-Si layer 13a may be patterned after forming the P-doped Poly-Si layer 13a. In this case, the insulating layer 12a and Poly
After patterning with the -Si layer 13a, MO is applied to the substrate 11.
An S transistor is formed, and subsequently, a hemispherical Poly-Si layer 13b, an a-Si layer 14a, and a metal multilayer film 15b are continuously laminated on the entire surface of the base 11. Then, these stacked bodies are patterned to form a double gate structure.
This method is also effective because the metal multilayer film 15b can be formed without forming a natural oxide film on the surface of the a-Si layer 14a.

【0045】また、上記した本発明方法のいずれの実施
形態においても、第1ゲート電極13が、Poly−Si層
13aと半球状のPoly−Si層13bとからなる場合に
ついて説明したが、例えば第1ゲート電極13が半球状
のPoly−Si13bのみからなる場合には、絶縁層12
aの形成後、半球状のPoly−Si13bの形成を行えば
よい。
In each of the embodiments of the method of the present invention described above, the case where the first gate electrode 13 is composed of the Poly-Si layer 13a and the hemispherical Poly-Si layer 13b has been described. When one gate electrode 13 is composed only of hemispherical Poly-Si 13b, the insulating layer 12
After forming a, hemispherical Poly-Si 13b may be formed.

【0046】また本発明方法の実施形態では、LPCV
D法によってa−Si層14aを形成したが、例えばプ
ラズマCVD法、ECRプラズマCVD法、Poly−Si
の成膜後にイオン注入する方法およびスパッタリング法
などによって形成することが可能である。
Also, in an embodiment of the method of the present invention, LPCV
Although the a-Si layer 14a is formed by the D method, for example, plasma CVD method, ECR plasma CVD method, Poly-Si
Can be formed by a method such as ion implantation after the film formation and a sputtering method.

【0047】さらに、半球状のPoly−Si層13bの形
成によって第1ゲート電極13の上面の粗面化を行って
いるが、その他の方法でも粗面化することができる。以
下に、上記a−Si層14aの他の方法による形成条件
例と、第1ゲート電極13の上面の粗面化の他の方法と
を説明する。
Further, although the upper surface of the first gate electrode 13 is roughened by forming the hemispherical Poly-Si layer 13b, it may be roughened by other methods. Hereinafter, an example of conditions for forming the a-Si layer 14a by another method and another method for roughening the upper surface of the first gate electrode 13 will be described.

【0048】まず、a−Si層14aの他の方法による
形成条件例について述べる。プラズマCVD法、ECR
プラズマCVD法では、例えば形成温度を200℃程度
以下にし、反応種にSiH4 ガス、Si2 6 ガス、ま
たはその他のポリシランガスを用いる。そして、形成雰
囲気の圧力を13.3〜133Pa程度にした条件でa
−Si層14aを形成することができる。
First, an example of conditions for forming the a-Si layer 14a by another method will be described. Plasma CVD method, ECR
In the plasma CVD method, for example, the formation temperature is set to about 200 ° C. or lower, and SiH 4 gas, Si 2 H 6 gas, or other polysilane gas is used as a reaction species. Then, under the condition that the pressure of the forming atmosphere is set to about 13.3 to 133 Pa, a
-Si layer 14a can be formed.

【0049】またPoly−Siの成膜後にイオン注入する
方法には、Si+ のイオン注入と、その他のイオン種を
注入する方法とがある。Si+ のイオン注入する方法
は、Si+ のイオン注入によってPoly−Siの結晶を破
壊し、a−Si化する方法である。この方法では、元の
Poly−Siとアモルファス化した層との間の中間領域
が、擬似的に粗面化した場合と同等になる。そのため、
上記のようにPoly−Si層13a上に半球状のPoly−S
i層13bを形成しなくても、Poly−Si層13aを所
定の厚みに形成した後にイオン注入を行えば、第1ゲー
ト電極13の上面の粗面化とa−Si層14aの形成と
が同時に行える。
As a method of implanting ions after forming the Poly-Si film, there are a method of implanting Si + ions and a method of implanting other ion species. The method of implanting Si + ions is a method of destroying the Poly-Si crystal by Si + ion implantation to form a-Si. In this way, the original
The intermediate region between the Poly-Si and the amorphized layer is equivalent to the case where the surface is pseudo roughened. for that reason,
As described above, the hemispherical Poly-S is formed on the Poly-Si layer 13a.
Even if the i layer 13b is not formed, if the Poly-Si layer 13a is formed to a predetermined thickness and then ion implantation is performed, the upper surface of the first gate electrode 13 is roughened and the a-Si layer 14a is formed. Can be done at the same time.

【0050】a−Si層14aの使用膜厚を50〜30
0nm程度にする場合のSi+ のイオン注入の条件は、
10〜170KeV程度、ドーズ量が0.6〜6×10
15cm-2程度、Rpが15〜250nm程度に設定され
る。例えば、a−Si層14aの使用膜厚が150nm
程度である場合、Si+ のイオン注入を2度行う。1度
目は75KeV程度、ドーズ量を3×1015cm-2
度、Rpを100nm程度にした条件で行い、2度目は
30KeV程度、ドーズ量を1×1015cm-2程度、R
pを50nm程度にした条件で行う。
The used film thickness of the a-Si layer 14a is 50 to 30.
The conditions for Si + ion implantation when the thickness is about 0 nm are as follows.
About 10 to 170 KeV, dose amount is 0.6 to 6 × 10
The Rp is set to about 15 cm −2 and the Rp is set to about 15 to 250 nm. For example, the used film thickness of the a-Si layer 14a is 150 nm.
If it is about the same, the ion implantation of Si + is performed twice. The first time is about 75 KeV, the dose is about 3 × 10 15 cm -2 , and the Rp is about 100 nm. The second time is about 30 KeV, the dose is about 1 × 10 15 cm -2 , R
It is performed under the condition that p is about 50 nm.

【0051】また例えばa−Si層14aの使用膜厚が
50nm程度である場合は、20KeV程度、ドーズ量
を1×1015cm-2程度、Rpを28nm程度にした条
件でSi+ のイオン注入を行う。なお、イオン注入する
Poly−Si層の形成は、例えばLPCVDで行う。この
場合、形成温度を575℃程度以上(650℃程度ま
で)にし、反応種にSiH 4 ガス、Si2 6 ガス、ま
たはその他のポリシランガスを用い、形成雰囲気の圧力
を13.3〜133Pa程度にした条件で行うことがで
きる。
Further, for example, the used film thickness of the a-Si layer 14a is
If it is about 50 nm, about 20 KeV, dose amount
1 x 1015cm-2And Rp of about 28 nm
In Si+Ion implantation is performed. In addition, ion implantation
The Poly-Si layer is formed by LPCVD, for example. this
In this case, the forming temperature should be about 575 ° C or higher (up to about 650 ° C).
And the reaction species is SiH. FourGas, Si2H6Gas
Or other polysilane gas is used, and the pressure of the forming atmosphere is
Can be carried out under the conditions of about 13.3 to 133 Pa.
Wear.

【0052】一方、Si+ 以外にPoly−Siに注入する
イオン種としては、例えば酸素イオン(O+ )や窒素イ
オン(N+ )、またはアルゴンイオン(Ar+ )やネオ
ンイオン(Ne+ )などの希ガスがある。a−Si層1
4aの使用膜厚を50〜300nm程度にする場合のO
+ またはN+ のイオン注入の条件は、例えば5〜110
KeV程度、ドーズ量が0.1〜6×1015cm-2
度、Rpが15〜250nm程度に設定される。
On the other hand, as ion species to be injected into Poly-Si other than Si + , for example, oxygen ion (O + ) or nitrogen ion (N + ) or argon ion (Ar + ) or neon ion (Ne + ) etc. There is noble gas. a-Si layer 1
O when the film thickness of 4a is about 50 to 300 nm
Conditions for ion implantation of + or N + are, for example, 5 to 110.
KeV is set, the dose is set to about 0.1 to 6 × 10 15 cm −2 , and Rp is set to about 15 to 250 nm.

【0053】またa−Si層14aの使用膜厚を50〜
300nm程度にする場合のAr+のイオン注入の条件
は、例えば10〜260KeV程度、ドーズ量が0.1
〜6×1015cm-2程度、Rpが15〜250nm程度
に設定される。さらにa−Si層14aの使用膜厚を5
0〜300nm程度にする場合のNe + のイオン注入の
条件は、例えば5〜90KeV程度、ドーズ量が0.1
〜6×1015cm-2程度、Rpが15〜250nm程度
に設定される。
The film thickness of the a-Si layer 14a is set to 50 to
Ar in the case of about 300 nm+Ion implantation conditions
Is, for example, about 10 to 260 KeV and the dose amount is 0.1.
~ 6 × 1015cm-2Degree, Rp is about 15 to 250 nm
Is set to. Further, the film thickness of the a-Si layer 14a is set to 5
Ne in the case of 0 to 300 nm +Of ion implantation
The conditions are, for example, about 5 to 90 KeV and the dose amount is 0.1.
~ 6 × 1015cm-2Degree, Rp is about 15 to 250 nm
Is set to.

【0054】スパッタリング法によってa−Si層14
aを形成するときの条件は、基体温度を25〜200℃
程度以下にし、スパッタリングターゲットにSi、スパ
ッタリングガスにArを用いる。そしてスパッタリング
圧力を13.3〜133Pa程度にした条件で行うこと
ができる。また通常のSiスパッタリングでPoly−Si
を形成した後、パッタリングガスにArを用いた逆スパ
ッタリングでそのPoly−Siを叩くことによってa−S
i化することができる。このときの基体温度、スパッタ
リング圧力は上記と同じ条件で行える。
The a-Si layer 14 is formed by the sputtering method.
The condition for forming a is that the substrate temperature is 25 to 200 ° C.
The sputtering target is Si, and the sputtering gas is Ar. And it can carry out on the conditions which set the sputtering pressure to about 13.3 to 133 Pa. In addition, poly-Si
And then poly-Si is hit by reverse sputtering using Ar as a sputtering gas.
i can be converted. At this time, the substrate temperature and the sputtering pressure can be the same as above.

【0055】次に、第1ゲート電極13の上面の他の方
法による粗面化について説明する。粗面化方法には、例
えば以下の4つの方法が挙げられる。第1の方法は、Po
ly−Si層を形成した後にその層の上面をクエン酸やリ
ン酸中で陽極酸化し(ポーラス酸化)、さらにフッ酸で
エッチオフして粗面化する方法である。
Next, the roughening of the upper surface of the first gate electrode 13 by another method will be described. Examples of the roughening method include the following four methods. The first method is Po
After forming the ly-Si layer, the upper surface of the ly-Si layer is anodized in citric acid or phosphoric acid (porous oxidation), and is further etched off with hydrofluoric acid to roughen the surface.

【0056】第2の方法は、Poly−Si層を形成した後
に基体を水や酸化剤中に浸漬し、高圧(1〜100気圧
程度)、高温(約25℃以上で約400℃程度以下)で
Poly−Si層の上面をポーラス酸化する。そして、フッ
酸でエッチオフして粗面化する方法である。第3の方法
は、上記a−Si層14aの形成方法で述べたイオン注
入法を用いてPoly−Siのa−Si化を行った後に、上
記第1の方法または第2の方法で粗面化する方法であ
る。
The second method is to immerse the substrate in water or an oxidant after forming the Poly-Si layer, and apply high pressure (about 1 to 100 atm) and high temperature (about 25 ° C. to about 400 ° C. or less). so
The upper surface of the Poly-Si layer is porous-oxidized. Then, the surface is roughened by etching off with hydrofluoric acid. The third method is to perform poly-Si a-Si conversion by using the ion implantation method described in the method for forming the a-Si layer 14a, and then to roughen the surface by the first method or the second method. It is a method of converting.

【0057】第4の方法は、第3の方法と同様にPoly−
Siをa−Si化した後、約575℃以上の温度で処理
して島状のPoly−Siにする。その後、水酸化カリウム
(KOH)やホットリン酸などを用いてエッチオフし、
粗面化する方法である。
The fourth method is similar to the third method in that Poly-
After converting Si into a-Si, it is processed at a temperature of about 575 ° C. or higher to form island-shaped Poly-Si. After that, etch off with potassium hydroxide (KOH) or hot phosphoric acid,
This is a roughening method.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上説明したように本発明装置では、第
2絶縁層が絶縁性の高いa−Siからなるので、第2絶
縁層における蓄積電荷量を増大させることができる。ま
た酸化膜に比べて第2絶縁層を厚く形成できるので、高
電圧を印加した際の第2絶縁層の耐圧劣化を抑制するこ
とができる。また第1ゲート電極の上面が例えば半球状
のPoly−Siによって粗面に形成されていることで、上
層の第2絶縁層との接触面積が増加するため、第2絶縁
層における蓄積電荷量の増大を図ることができる。
As described above, in the device of the present invention, since the second insulating layer is made of highly insulating a-Si, the amount of accumulated charge in the second insulating layer can be increased. Further, since the second insulating layer can be formed thicker than the oxide film, it is possible to suppress the breakdown voltage deterioration of the second insulating layer when a high voltage is applied. In addition, since the upper surface of the first gate electrode is formed to be a rough surface by, for example, hemispherical Poly-Si, the contact area with the upper second insulating layer increases, so that the amount of accumulated charge in the second insulating layer increases. It is possible to increase.

【0059】本発明方法によれば、基体表面に絶縁層、
Poly−Si層、a−Si層および金属系材料層を連続し
て積層形成するため、金属材料層形成前の自然酸化膜の
除去工程が不要になる。また上記各層を連続して積層形
成するとともに、それら積層体を一括してパターンニン
グするので、製造工程を簡便化できかつ工程数を削減す
ることができる。またPoly−Si層の形成に半球状のPo
ly−Siを用いることで、Poly−Si層の形成と同時に
その上面の粗面化を行えるので、製造工程が複雑になら
ない。さらに第1絶縁層と第1ゲート電極とをパターン
ニングした後、第1ゲート電極上に第2絶縁層と第2ゲ
ート電極とをパターンニングする場合でも、基体上にア
モルファスシリコン層と金属系材料層とを連続して積層
形成するため、金属材料層形成前の自然酸化膜の除去工
程を削減することができる。したがって本発明によれ
ば、高耐圧の第2絶縁層を有する信頼性の高い2重ゲー
ト構造の半導体装置を低ビットコストで製造することが
できる。
According to the method of the present invention, an insulating layer is formed on the surface of the substrate,
Since the Poly-Si layer, the a-Si layer and the metal-based material layer are continuously laminated, the step of removing the natural oxide film before forming the metal material layer becomes unnecessary. Moreover, since the above layers are continuously laminated and patterned, and the laminated bodies are collectively patterned, the manufacturing process can be simplified and the number of processes can be reduced. Hemispherical Po is used to form the Poly-Si layer.
By using ly-Si, the upper surface of the Poly-Si layer can be roughened simultaneously with the formation of the Poly-Si layer, so that the manufacturing process is not complicated. Further, even after patterning the first insulating layer and the first gate electrode and then patterning the second insulating layer and the second gate electrode on the first gate electrode, the amorphous silicon layer and the metal-based material are formed on the substrate. Since the layers and the layers are continuously formed, the step of removing the natural oxide film before forming the metal material layer can be omitted. Therefore, according to the present invention, it is possible to manufacture a highly reliable semiconductor device having a double gate structure having a second insulating layer having a high breakdown voltage at a low bit cost.

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

【図1】本発明装置の一実施形態を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the device of the present invention.

【図2】半導体装置のC−V特性図である。FIG. 2 is a CV characteristic diagram of a semiconductor device.

【図3】実施形態の変形例を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a modified example of the embodiment.

【図4】本発明方法の一実施形態を示す工程図である。FIG. 4 is a process drawing showing an embodiment of the method of the present invention.

【図5】本発明方法の他の実施形態を示す工程図(その
1)である。
FIG. 5 is a process drawing (No. 1) showing another embodiment of the method of the present invention.

【図6】本発明方法の他の実施形態を示す工程図(その
2)である。
FIG. 6 is a process diagram (2) showing another embodiment of the method of the present invention.

【図7】従来の半導体装置の一例を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体装置 11 基体 12 第1絶縁層 12a 絶縁層 13 第1ゲート電極 13a Poly−Si層 13b 半球状のPoly−Si層 14 第2ゲート電極 14a a−Si層 15 第2ゲート電極 15a Al−Cu層(金属系材料層) 15b 金属多層膜(金属系材料層) 1 Semiconductor device 11 Base 12 First insulating layer 12a insulating layer 13 First gate electrode 13a Poly-Si layer 13b Hemispherical Poly-Si layer 14 Second gate electrode 14a a-Si layer 15 Second gate electrode 15a Al-Cu layer (metal-based material layer) 15b Metal multilayer film (metal material layer)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−33973(JP,A) 特開 昭63−255972(JP,A) 特開 平5−110107(JP,A) 特開 平7−38103(JP,A) 特開 平7−45724(JP,A) 特開 昭64−11362(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8247 H01L 27/115 H01L 29/788 H01L 29/792 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-64-33973 (JP, A) JP-A-63-255972 (JP, A) JP-A-5-110107 (JP, A) JP-A-7- 38103 (JP, A) JP 7-45724 (JP, A) JP 64-11362 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/8247 H01L 27 / 115 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 2層ゲート構造の不揮発性半導体装置に
おいて、 基体上に形成した第1絶縁層と、 前記第1絶縁層上に形成したポリシリコンからなるフロ
ーティングゲートの第1ゲート電極と、 前記第1ゲート電極上に形成したアモルファスシリコン
からなる第2絶縁層と、 前記第2絶縁層上に形成した金属系材料からなるコント
ロールゲートの第2ゲート電極とを備え、 前記第1ゲート電極の上面は、粗面に形成されているこ
とを特徴とする不揮発性半導体装置。
1. A non-volatile semiconductor device having a two-layer gate structure
In this case, the first insulating layer formed on the substrate and the polysilicon layer formed on the first insulating layer are used.
Gate electrode of a gate and amorphous silicon formed on the first gate electrode
A second insulating layer formed of a metal-based material formed on the second insulating layer.
A non-volatile semiconductor device comprising: a second gate electrode of a roll gate, wherein an upper surface of the first gate electrode is formed as a rough surface.
【請求項2】 請求項1記載の不揮発性半導体装置にお
いて、 前記第1ゲート電極は、少なくとも前記第2絶縁層側が
半球状のポリシリコンで形成されていることを特徴とす
不揮発性半導体装置。
2. A non-volatile semiconductor device according to claim 1, wherein the first gate electrode, a non-volatile semiconductor device, characterized in that at least the second insulating layer side is formed by the hemispherical polysilicon.
【請求項3】 基体上に、第1絶縁層と第1ゲート電極
を形成するためのポリシリコン層と第2絶縁層を形成す
るためのアモルファスシリコン層と第2ゲート電極を形
成するための金属系材料層とを順に積層形成した後、そ
れらの積層体をパターンニングすることによって、フロ
ーティングゲートの第1ゲート電極とコントロールゲー
トの第2ゲート電極とを備えた2層ゲート構造を形成す
る不揮発性半導体装置の製造方法において、 前記ポリシリコン層の形成で、該ポリシリコン層の上面
を粗面化することを特徴とする不揮発性半導体装置の製
造方法。
3. A first insulating layer and a first gate electrode on a substrate.
Forming a polysilicon layer and a second insulating layer for forming
Form the amorphous silicon layer and the second gate electrode for
The metal-based material layer for forming
By patterning these laminates,
First gate electrode of control gate and control gate
Forming a two-layer gate structure with a second gate electrode
That in the manufacturing method of the nonvolatile semiconductor device, wherein the formation of the polysilicon layer, a method of manufacturing a nonvolatile semiconductor device characterized by roughening the upper surface of the polysilicon layer.
【請求項4】 請求項記載の不揮発性半導体装置の製
造方法において、 前記粗面化は、前記ポリシリコン層を半球状のポリシリ
コンで形成することによって行うか、または前記ポリシ
リコン層上に半球状のポリシリコン層を形成することに
よって行うことを特徴とする不揮発性半導体装置の製造
方法。
4. The method for manufacturing a non-volatile semiconductor device according to claim 3 , wherein the roughening is performed by forming the polysilicon layer with hemispherical polysilicon, or on the polysilicon layer. A method for manufacturing a non-volatile semiconductor device, which is performed by forming a hemispherical polysilicon layer.
【請求項5】 2層ゲート構造の不揮発性半導体装置を
製造する方法であって、 基体上に、絶縁層とポリシリコン層とを順に積層形成
し、その後、該絶縁層とポリシリコン層とをパターンニ
ングして前記絶縁層からなる第1絶縁層と前記ポリシリ
コン層からなりフローティングゲートとなる第1ゲート
電極とを形成する工程と、 前記第1絶縁層と前記第1ゲート電極とを覆う状態で前
記基体上にアモルファスシリコン層と金属系材料層とを
順に積層形成し、その後、該アモルファスシリコン層と
金属系材料層とをパターンニングして前記アモルファス
シリコン層からなる第2絶縁層と前記金属系材料層から
なりコントロールゲートとなる第2ゲート電極を形成す
る工程とを有することを特徴とする不揮発性半導体装置
の製造方法。
5. A method for manufacturing a non-volatile semiconductor device having a two-layer gate structure, comprising: forming an insulating layer and a polysilicon layer in this order on a substrate, and then forming the insulating layer and the polysilicon layer. Patterning to form a first insulating layer made of the insulating layer and a first gate electrode made of the polysilicon layer to be a floating gate; and a state of covering the first insulating layer and the first gate electrode. Then, an amorphous silicon layer and a metal-based material layer are sequentially formed on the substrate, and then the amorphous silicon layer and the metal-based material layer are patterned to form a second insulating layer composed of the amorphous silicon layer and the metal. From the system material layer
And a step of forming a second gate electrode to be a different control gate, the method for manufacturing a non-volatile semiconductor device.
JP25892495A 1994-10-11 1995-10-05 Nonvolatile semiconductor device and method of manufacturing the same Expired - Fee Related JP3438434B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25892495A JP3438434B2 (en) 1994-10-11 1995-10-05 Nonvolatile semiconductor device and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6-245155 1994-10-11
JP24515594 1994-10-11
JP25892495A JP3438434B2 (en) 1994-10-11 1995-10-05 Nonvolatile semiconductor device and method of manufacturing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH08167665A JPH08167665A (en) 1996-06-25
JP3438434B2 true JP3438434B2 (en) 2003-08-18

Family

ID=26537071

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP25892495A Expired - Fee Related JP3438434B2 (en) 1994-10-11 1995-10-05 Nonvolatile semiconductor device and method of manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3438434B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11150195A (en) 1997-11-19 1999-06-02 Nec Corp Semiconductor device and manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JPH08167665A (en) 1996-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5767004A (en) Method for forming a low impurity diffusion polysilicon layer
US5923999A (en) Method of controlling dopant diffusion and metal contamination in thin polycide gate conductor of mosfet device
US5652156A (en) Layered polysilicon deposition method
US6162741A (en) Semiconductor device and manufacturing method therefor
US5208472A (en) Double spacer salicide MOS device and method
US4808544A (en) LDD structure containing conductive layer between gate oxide and sidewall spacer
US7262101B2 (en) Method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device
JP2692590B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US6879043B2 (en) Electrode structure and method for fabricating the same
JP4191000B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US6514841B2 (en) Method for manufacturing gate structure for use in semiconductor device
US20020001935A1 (en) Method of forming gate electrode in semiconductor device
US6171981B1 (en) Electrode passivation layer of semiconductor device and method for forming the same
JP3426170B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3438434B2 (en) Nonvolatile semiconductor device and method of manufacturing the same
JP4347479B2 (en) Field effect transistor
JP3626009B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US20030197232A1 (en) Semiconductor device and method of producing the same
US7232751B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method therefor
KR100528446B1 (en) Fabricating method of bit line contact in semiconductor device
JP2008071775A (en) Semiconductor device
JPH07263674A (en) Field effect semiconductor device and method of manufacturing the same
JPH11102877A (en) Metal nitride conversion method and semiconductor device manufacturing method
JPH1146000A (en) Thin film transistor and method of manufacturing the same
JP3264922B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080613

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090613

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees