JP2004071877A - Semiconductor storage device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体記憶装置及びその製造方法に関するものであり、特に、電荷蓄積層が空間的に分離している多値フラッシュメモリの一対の電荷保持部を精度良く形成するための構成に特徴のある半導体記憶装置及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電源を切っても情報を記憶することのできる不揮発性メモリとして、フラッシュメモリや強誘電体メモリが知られており、この内、フラッシュメモリは、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(IGFET)のゲート絶縁膜中に埋め込んだフローティングゲートを有し、フローティングゲートに記憶情報を表わす電荷を蓄積することによって情報を記憶するものであり、情報の書き込み、消去には絶縁膜を通過するトンネル電流を流している。
【0003】
近年、この様なフラッシュメモリの一種として、MONOS(Metal/Oxide/Nitride/Oxide/Semiconductor)構造のメモリセルにおける電荷蓄積層にソース側とドレイン側に空間的に分離した一対の電荷保持部を設けた多値フラッシュメモリがプレス発表されて、注目を集めている。
【0004】
ここで、図6を参照して、従来の多値フラッシュメモリの原理を説明する。
図6(a)参照
図6(a)は、従来の多値フラッシュメモリを構成する1メモリセルの概略的要部断面図であり、p型シリコン基板31上にトンネル酸化膜32、電荷蓄積層となるSiN膜33、障壁酸化膜34、及び、多結晶シリコンからなるコントロールゲート電極35を順次成膜し、ゲート構造にパターニングしたのち、n型不純物をイオン注入してn+ 型ドレイン領域36及びn型ソース領域37を設けたものである。
【0005】
この多値フラッシュメモリにおいては、書き込み時にpn接合が逆バイアスになるn+ 型ドレイン領域36或いはn+ 型ソース領域37から電子が電荷蓄積層となるSiN膜33に局所的に注入され、注入された領域において電子がSiN膜33中のトラップにトラップされてドレイン側電荷保持部38或いはソース側電荷保持部39となる。
この保持された電子により、セルトランジスタの閾値電圧がシフトすることで読み出し時のセルトランジスタの電流値が変動し、“1 ”または“0 ”の情報とする。
【0006】
このような素子構造では,一般に、セルトランジスタのソース側に注入され保持された電子がセルトランジスタの閾値電圧シフトに大きく寄与するため、ゲート両端の電子の保持状態をソースとドレインを入れ替えて読み出しを2回行うことで、“00”,“01”,“10”,“11”という1メモリセルにおいて2ビットの情報を得ることが可能となる。
【0007】
図6(b)参照
図6(b)は、ドレイン側電荷保持部38或いはソース側電荷保持部39のいずれにも電荷が保持されていない場合、即ち、“00”状態のId −Vg 特性図であり、ソースとドレインを入れ替えて読み出しを2回行っても特性は同じになる。
【0008】
図6(c)参照
図6(c)は、ドレイン側電荷保持部38のみに電荷が保持されている場合、即ち、“01”状態のId −Vg 特性図であり、ソースとドレインを入れ替えて読出を2回行った場合、S→Dの場合には、蓄積された電荷の影響は殆ど受けない。
【0009】
一方、ソースとドレインを入れ換えてD→Sとした場合には、ドレイン側電荷保持部38の電荷が動作的にはソース側の電荷となるので、しきい値電圧Vg は破線で示すように、電荷が保持されていない場合のしきい値電圧Vg1からシフトすることになる。
【0010】
なお、図示は省略するものの、ソース側電荷保持部39のみに電荷が保持されている場合、即ち、“10”状態の場合には、S→DとD→Sとの特性が、図6(c)の場合と逆になる。
また、ドレイン側電荷保持部38或いはソース側電荷保持部39の双方に電荷が保持されている場合、いずれの場合も図6(c)において破線で示すId −Vg 特性を示すことになる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の従来構造の多値メモリセルでは、電荷を保持するSiN膜がゲート全域に存在するため、電荷が再分布することが懸念される。
即ち、書き込み時にゲートの一方の端のSiN膜中に注入された電子が再分布すると、しきい値電圧Vg のシフト量が変動するとともに、ゲートの反対側の情報を書き換えてしまう可能性があるので、読み出しエラーが増大するという問題がある。
【0012】
これは、ゲートの中心部に存在する電荷が最も閾値電圧の変動に寄与するからであり、今後、さらにゲート長が微細化された場合には,再分布に起因する読み出しエラー頻度が増大する。
【0013】
この様な問題を解決するためには、原理的には、電荷を保持する膜を限定されたゲート領域に形成すれば良く、通常は、ゲート領域の両端に形成することになる。
【0014】
しかし、製造工程的には、電荷を保持する膜のパターニングとコントロールゲートのパターニングを高精度に合わせなくてはならず、技術的に困難であるという問題がある。
【0015】
したがって、本発明は、保持した電荷の再分布を防止するために、ゲート両端に分離して形成した電荷保持部をコントロールゲートに対して自己整合的に構成することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
図1は本発明の原理的構成の説明図であり、ここで、図1を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図における符号7,8は、夫々酸化膜、及び、保護膜である。
図1参照
上記の目的を達成するために、本発明は、少なくともチャネル領域上に、少なくともトンネル絶縁膜3、分離酸化膜4によって分離された一対の電荷蓄積膜10、障壁絶縁膜5、及び、制御ゲート電極6を順次積層したゲートを備えた半導体記憶装置において、前記一対の電荷蓄積膜10を前記ゲートの側壁を覆うサイドウォール9と同じ材料で構成したことを特徴とする。
【0017】
この様にサイドウォール9を利用することによって、逆導電型ソース・ドレイン領域2の夫々の側に対称的な一対の電荷蓄積膜10を形成することができる。
なお、図におけるチャネル領域は、一導電型半導体基板1の表面となる。
【0018】
この場合の電荷蓄積膜10は、トラップ準位の形成が可能な窒化シリコン、酸化アルミニウム、或いは、酸化タンタルのいずれかを用いれば良い。
【0019】
また、サイドウォール9及びサイドウォール9の側壁部の酸化を利用することによって、フローティングゲート構造の半導体記憶装置、特に、多値フラッシュメモリにおいても、逆導電型ソース・ドレイン領域2の夫々の側に対称的な一対の電荷蓄積膜10を形成することができる。
【0020】
また、上記の半導体記憶装置を形成する場合には、少なくともチャネル領域上に、少なくともトンネル絶縁膜3、非単結晶半導体膜、障壁絶縁膜5、及び、制御ゲート電極6を順次積層して積層膜を形成したのち、前記積層膜をパターニングしてゲートを形成し、次いで、前記ゲートを構成する非単結晶半導体膜をサイドエッチングしたのち、前記サイドエッチングした非単結晶半導体膜を完全に酸化して分離酸化膜4とし、次いで、全面に電荷蓄積用材料を堆積させたのち、異方性エッチングを施すことによって前記分離酸化膜4によって分離された電荷蓄積膜10とサイドウォール9とを同時に一体に形成すれば良い。
なお、非単結晶半導体とは、多結晶半導体、アモルファス半導体、或いは、微結晶半導体を意味する。
【0021】
また、上記のフローティングゲート型の半導体記憶装置を形成する場合には、少なくともチャネル領域上に、少なくともトンネル絶縁膜3、非単結晶半導体膜、障壁絶縁膜5、及び、制御ゲート電極6を順次積層して積層膜を形成したのち、前記積層膜をパターニングしてゲートを形成し、次いで、前記ゲートを構成する非単結晶半導体膜をサイドエッチングしたのち、前記サイドエッチングした非単結晶半導体膜を完全に酸化して分離酸化膜4とし、次いで、全面に電荷蓄積用材料を堆積させたのち、異方性エッチングを施すことによって前記分離酸化膜4によって分離された電荷蓄積膜10とサイドウォール9とを同時に一体に形成し、次いで、酸化雰囲気中で酸化することによって、サイドウォール9を酸化物サイドウォール9に変換すれば良い。
【0022】
なお、この場合の分離酸化膜4の形成工程は、非単結晶半導体膜を、燐ドープ非単結晶半導体膜とし、この非単結晶半導体膜の酸化工程をドライ酸化工程によって行っても良く、酸化の制御性を高めることができる。
【0023】
或いは、分離酸化膜4の形成工程は、非単結晶半導体膜を、アンドープ非単結晶半導体膜とし、この非単結晶半導体膜の酸化工程をウェット酸化工程によって行っても良く、短時間で非単結晶半導体膜の全体を確実に酸化することができる。
【0024】
また、電荷蓄積用材料の堆積に際しては、原料物質の回り込みが良好な減圧化学気相成長法を用いることが望ましい。
【0025】
【発明の実施の形態】
ここで、図2及び図3を参照して、本発明の第1の実施の形態の多値フラッシュメモリの製造工程を説明する。
図2(a)参照
まず、従来のフローティングゲート型のフラッシュメモリと同様の工程で、p型シリコン基板11上に厚さが、例えば、10nmのトンネル酸化膜12を形成したのち、厚さが、例えば、50nmのアンドープの多結晶シリコン膜13、シリコン酸化膜/シリコン窒化膜/シリコン酸化膜構成で厚さが、例えば、10nmのONO膜14、厚さが、例えば、100nmのドープト多結晶シリコン膜、及び、厚さが、例えば、100nmのSiN膜16を順次堆積させたのち、反応性イオンエッチング(RIE)を施し、SiN膜16乃至ONO膜14をエッチング除去することによって、幅(ゲート長)が、例えば、0.2μmのゲート構造の上部を形成する。
【0026】
なお、ドープト多結晶シリコン膜は、アモルファスシリコン膜を堆積させたのち、Pをイオン注入し、活性化アニール工程においてドープト多結晶シリコン膜としても良いものであり、このドープト多結晶シリコン膜はゲート構造の形成工程においてパターニングされてコントロールゲート電極15となる。
【0027】
図2(b)参照
引き続いて、RIEを行い多結晶シリコン膜13の露出部をエッチングするとともに、過剰エッチングすることによって、食い込み幅が、例えば、0.05μmのサイドエッチング部17を形成する。
なお、コントロールゲート電極15の側壁には、先のエッチング工程における反応生成物が付着しているので、このエッチング工程においてあまりサイドエッチングされることはない。
【0028】
図2(c)参照
次いで、ゲート構造をマスクとしてAsイオン18をイオン注入することによって、n+ 型ドレイン領域19及びn+ 型ソース領域20を形成する。
【0029】
図3(d)参照
次いで、ウェット酸化雰囲気中で酸化処理することによって、サイドエッチングされた多結晶シリコン膜13を完全に酸化して、後述する電荷保持部を分離する分離酸化膜となる酸化膜21を形成する。
なお、この酸化工程において、コントロールゲート電極15の露出側面にも酸化膜22が形成される。
【0030】
図3(e)参照
次いで、回り込み堆積が良好に行える減圧化学気相成長法(LPCVD法)によって全面に、厚さが、例えば、100nmのSiN膜23を堆積させる。
【0031】
図3(f)参照
次いで、異方性エッチングを施すことによってSiN膜23をエッチングすることによってサイドウォール24を形成する。
このエッチング工程において、ゲート構造の下部において酸化膜21によって分離されたSiN膜23が一対の電荷保持部25となる。
【0032】
以降は、再び、従来のフラッシュメモリと同様に、層間絶縁膜の形成工程、ビアホールの形成工程、ビアの充填工程、配線層形成工程を必要回数繰り返すことによって、多値フラッシュメモリの基本構成が完成する。
【0033】
この様に、本発明の第1の実施の形態においては、過剰エッチングと酸化によって分離酸化膜を形成するとともに、異方性エッチングを利用したサイドウォールの形成工程において一対の電荷保持部25を形成しているので、一対の電荷保持部25を位置合わせを要することなくコントロールゲート15に対して自己整合的に形成することができる。
【0034】
したがって、電荷の再分布が生ずることのない電荷蓄積層を精度良く形成することができ、それによって、多値フラッシュメモリにおける読み出しエラーの発生を抑制することができる。
なお、この第1の実施の形態の多値フラッシュメモリの書込動作、読出動作、及び、消去動作は従来の多値フラッシュメモリと同様である。
【0035】
次に、図4及び図5を参照して、本発明の第2の実施の形態の多値フラッシュメモリの製造工程を説明する。
図4(a)参照
まず、上記の第1の実施の形態と全く同様に、p型シリコン基板11上に、トンネル酸化膜12、アンドープの多結晶シリコン膜13、ONO膜14、ドープト多結晶シリコン膜、及び、SiN膜16を順次堆積させたのち、反応性イオンエッチング(RIE)を施し、SiN膜16乃至多結晶シリコン膜13をエッチング除去することによって、ゲート構造を形成するともに、サイドエッチング部17を形成する。
【0036】
図4(b)参照
次いで、ゲート構造をマスクとしてAsイオン18をイオン注入することによって、n+ 型ドレイン領域19及びn+ 型ソース領域20を形成する。
【0037】
図4(c)参照
次いで、ウェット酸化雰囲気中で酸化処理することによって、サイドエッチングされた多結晶シリコン膜13を完全に酸化して、後述する電荷保持部を分離する分離酸化膜となる酸化膜21を形成する。
なお、この酸化工程において、コントロールゲート電極15の露出側面にも酸化膜22が形成される。
【0038】
図5(d)参照
次いで、回り込み堆積が良好に行える減圧化学気相成長法(LPCVD法)によって全面に、厚さが、例えば、100nmのアンドープの多結晶シリコン層26を堆積させる。
【0039】
図5(e)参照
次いで、異方性エッチングを施すことによって多結晶シリコン層26をエッチングすることによって多結晶シリコンサイドウォール27を形成する。
【0040】
図5(f)参照
次いで、ドライ酸化性雰囲気中において酸化処理を行うことによって、多結晶シリコンサイドウォール27を酸化して酸化物サイドウォール28に変換する。この酸化工程において、ゲート構造の下部において酸化されず残った一対の多結晶シリコン層が電荷保持多結晶シリコン層29となる。
【0041】
以降は、再び、従来のフラッシュメモリと同様に、層間絶縁膜の形成工程、ビアホールの形成工程、ビアの充填工程、配線層形成工程を必要回数繰り返すことによって、多値フラッシュメモリの基本構成が完成する。
【0042】
この様に、本発明の第2の実施の形態においては、過剰エッチングと酸化によって分離酸化膜を形成するとともに、異方性エッチングを利用したサイドウォールの形成工程及び酸化工程において一対の電荷保持多結晶シリコン層29を形成しているので、位置合わせを要することなく、フローティングゲート構造の一対の電荷保持部をコントロールゲート15に対して自己整合的に形成することができる。
【0043】
したがって、電荷の再分布が生ずることのないフローティングゲート構造の電荷蓄積層を精度良く形成することができ、それによって、多値フラッシュメモリにおける読み出しエラーの発生を抑制することができる。
なお、この第2の実施の形態の多値フラッシュメモリの書込動作、読出動作、及び、消去動作も従来の多値フラッシュメモリと同様である。
【0044】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は各実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の各実施の形態においては、分離酸化膜となる酸化膜21を酸化速度の早いウェット酸化によって行っているが、ドライ酸化によって行っても良いものであり、その場合には、多結晶シリコン層13を酸化速度の早いPドープ多結晶シリコン層で構成しても良いものである。
【0045】
また、上記の第1の実施の形態においては、電荷蓄積層をSiN膜によって形成しているが、SiN膜に限られるものではなく、SiN膜と同様に、トラップ準位の形成が可能なAl2 O3 膜或いはTa2 O5 膜を用いても良いものである。
【0046】
また、上記の第2の実施の形態においては、酸化物サイドウォールを形成する際に、酸化制御性に優れるドライ酸化を用いているが、ウェット酸化法によって酸化処理しても良いものである。
【0047】
また、上記の各実施の形態においては、注入された電子がコントロールゲート電極側に流れるのを防止する障壁絶縁膜としてONO膜を用いているが、ONO膜に限られるものではなく、単層のSiO2 膜等の他の構成の絶縁膜を用いても良いものである。
【0048】
また、上記の各実施の形態においては、コントロールゲート電極を多結晶シリコンによって形成しているが、多結晶シリコンに限られるものではなく、タングステンシリサイド等のシリサイド構造、或いは、ポリサイド構造等としても良いものである。
【0049】
また、上記の各実施の形態においては、チャネル領域をp型シリコン基板の表面としているが、n型シリコン基板の形成されたp型ウエル領域の表面としても良いものである。
【0050】
また、上記の各実施の形態においては、説明を簡単にするために単一構造のソース・ドレイン領域としているが、浅いエクステンション領域と深いn+ 型領域の多重構造で構成しても良いことは言うまでもない。
【0051】
ここで、再び、図1を参照して、改めて本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図1参照
(付記1) 少なくともチャネル領域上に、少なくともトンネル絶縁膜3、分離酸化膜4によって分離された一対の電荷蓄積膜10、障壁絶縁膜5、及び、制御ゲート電極6を順次積層したゲートを備えた半導体記憶装置において、前記一対の電荷蓄積膜10を前記ゲートの側壁を覆うサイドウォール9と同じ材料で構成したことを特徴とする半導体記憶装置。
(付記2) 上記電荷蓄積膜10が、窒化シリコン、酸化アルミニウム、或いは、酸化タンタルのいずれかからなることを特徴とする付記1記載の半導体記憶装置。
(付記3) 少なくともチャネル領域上に、少なくともトンネル絶縁膜3、分離酸化膜4によって分離された一対の電荷蓄積膜10、障壁絶縁膜5、及び、制御ゲート電極6を順次積層したゲートを備えた半導体記憶装置において、前記ゲートの側壁を覆うサイドウォール9を前記電荷蓄積膜10を酸化した酸化物によって構成したことを特徴とする半導体記憶装置。
(付記4) 少なくともチャネル領域上に、少なくともトンネル絶縁膜3、非単結晶半導体膜、障壁絶縁膜5、及び、制御ゲート電極6を順次積層して積層膜を形成する工程、前記積層膜をパターニングしてゲートを形成する工程、前記ゲートを構成する非単結晶半導体膜をサイドエッチングする工程、前記サイドエッチングした非単結晶半導体膜を完全に酸化して分離酸化膜4とする工程、全面に電荷蓄積用材料を堆積させたのち、異方性エッチングを施すことによって前記分離酸化膜4によって分離された電荷蓄積膜10とサイドウォール9とを同時に一体に形成する工程とを有することを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
(付記5) 少なくともチャネル領域上に、少なくともトンネル絶縁膜3、非単結晶半導体膜、障壁絶縁膜5、及び、制御ゲート電極6を順次積層して積層膜を形成する工程、前記積層膜をパターニングしてゲートを形成する工程、前記ゲートを構成する非単結晶半導体膜をサイドエッチングする工程、前記サイドエッチングした非単結晶半導体膜を完全に酸化して分離酸化膜4とする工程、全面に電荷蓄積用材料を堆積させたのち、異方性エッチングを施すことによって前記分離酸化膜4によって分離された電荷蓄積膜10とサイドウォール9とを同時に一体に形成する工程、酸化雰囲気中で酸化することによって、サイドウォール9を酸化物サイドウォール9に変換する工程とを有することを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
(付記6) 上記非単結晶半導体膜を、燐ドープ非単結晶半導体膜で構成し、上記非単結晶半導体膜の酸化工程をドライ酸化工程によって行うことを特徴とする付記4または5に記載の半導体記憶装置の製造方法。
(付記7) 上記非単結晶半導体膜を、アンドープ非単結晶半導体膜で構成し、上記非単結晶半導体膜の酸化工程をウェット酸化工程によって行うことを特徴とする付記4または5に記載の半導体記憶装置の製造方法。
(付記8) 上記電荷蓄積用材料を、減圧化学気相成長法によって堆積させることを特徴とする付記4乃至7のいずれか1に記載の半導体記憶装置の製造方法。
【0052】
【発明の効果】
本発明によれば、過剰エッチングとサイドウォールの形成工程を利用することにより、ゲート両端に分離して形成した電荷保持部を位置合わせを要することなくコントロールゲートに対して自己整合的に形成することができ、それによって、電荷保持部に保持した電荷の再分布を防止することができるので、信頼性の高い多値フラッシュメモリ等の半導体記憶装置の実用化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理的構成の説明図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態の多値フラッシュメモリの途中までの製造工程の説明図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態の多値フラッシュメモリの図2以降の製造工程の説明図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態の多値フラッシュメモリの途中までの製造工程の説明図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態の多値フラッシュメモリの図4以降の製造工程の説明図である。
【図6】従来の多値フラッシュメモリの原理説明図である。
【符号の説明】
1 一導電型半導体基板
2 逆導電型ソース・ドレイン領域
3 トンネル絶縁膜
4 分離酸化膜
5 障壁絶縁膜
6 制御ゲート電極
7 酸化膜
8 保護膜
9 サイドウォール
10 電荷蓄積膜
11 p型シリコン基板
12 トンネル酸化膜
13 多結晶シリコン層
14 ONO膜
15 コントロールゲート電極
16 SiN膜
17 サイドエッチング部
18 Asイオン
19 n+ 型ドレイン領域
20 n+ 型ソース領域
21 酸化膜
22 酸化膜
23 SiN膜
24 サイドウォール
25 電荷保持部
26 多結晶シリコン層
27 多結晶シリコンサイドウォール
28 酸化物サイドウォール
29 電荷保持多結晶シリコン層
31 p型シリコン基板
32 トンネル酸化膜
33 SiN膜
34 障壁酸化膜
35 コントロールゲート電極
36 n+ 型ドレイン領域
37 n+ 型ソース領域
38 ドレイン側電荷保持部
39 ソース側電荷保持部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, and is particularly characterized by a structure for accurately forming a pair of charge holding portions of a multi-level flash memory in which charge storage layers are spatially separated. The present invention relates to a semiconductor memory device and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Flash memories and ferroelectric memories are known as nonvolatile memories that can store information even when the power is turned off. Among them, the flash memory is a gate insulating film of an insulated gate field effect transistor (IGFET). It has a floating gate embedded therein and stores information by storing charges representing stored information in the floating gate. For writing and erasing information, a tunnel current passing through an insulating film flows.
[0003]
In recent years, as one type of such a flash memory, a pair of charge holding portions which are spatially separated on a source side and a drain side are provided in a charge storage layer in a memory cell having a MONOS (Metal / Oxide / Nitride / Oxide / Semiconductor) structure. Multi-level flash memory has been attracting attention with the press announcement.
[0004]
Here, the principle of the conventional multi-level flash memory will be described with reference to FIG.
FIG. 6A is a schematic cross-sectional view of a principal part of one memory cell constituting a conventional multilevel flash memory. A
[0005]
In this multi-valued flash memory, electrons are locally injected into the
Due to the held electrons, the threshold voltage of the cell transistor shifts, so that the current value of the cell transistor at the time of reading changes, and the information becomes "1" or "0".
[0006]
In such an element structure, generally, electrons injected and held on the source side of the cell transistor greatly contribute to the threshold voltage shift of the cell transistor. Therefore, the state of holding electrons at both ends of the gate is read out by exchanging the source and the drain. By performing the operation twice, it is possible to obtain 2-bit information in one memory cell of “00”, “01”, “10”, and “11”.
[0007]
FIG 6 (b) see FIG. 6 (b), if the charge on either of the drain side
[0008]
FIG 6 (c) refer to FIG. 6 (c), when the drain side
[0009]
On the other hand, when the source and the drain are exchanged and D → S, the charge of the drain-side
[0010]
Although illustration is omitted, when electric charges are held only in the source-side
Also, if the charge on both the drain side
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional multi-valued memory cell, the charge is redistributed because the SiN film holding the charge exists in the entire gate.
That is, when the electrons injected into the SiN film at one end of the gate at the time of writing is re-distributed, with a varying amount of shift of the threshold voltage V g, the possibility of rewriting the opposite side of the information of the gate Therefore, there is a problem that read errors increase.
[0012]
This is because the charge existing at the center of the gate contributes most to the change in the threshold voltage. If the gate length is further reduced in the future, the frequency of read errors due to redistribution will increase.
[0013]
In order to solve such a problem, in principle, a film for retaining electric charges may be formed in a limited gate region. Usually, the film is formed at both ends of the gate region.
[0014]
However, in the manufacturing process, there is a problem that the patterning of the film for retaining electric charges and the patterning of the control gate must be adjusted with high precision, which is technically difficult.
[0015]
Therefore, an object of the present invention is to form a charge holding portion formed separately at both ends of a gate in a self-aligned manner with respect to a control gate in order to prevent redistribution of held charge.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
FIG. 1 is an explanatory diagram of the basic configuration of the present invention. Here, means for solving the problem in the present invention will be described with reference to FIG.
Referring to FIG. 1, in order to achieve the above object, the present invention provides at least a pair of
[0017]
By utilizing the sidewalls 9 in this manner, a pair of symmetric
Note that the channel region in the figure is the surface of the one conductivity type semiconductor substrate 1.
[0018]
In this case, the
[0019]
Further, by utilizing the oxidation of the side wall 9 and the side wall of the side wall 9, even in a semiconductor memory device having a floating gate structure, in particular, in a multi-level flash memory, each side of the opposite conductivity type source /
[0020]
When the above-described semiconductor memory device is formed, at least a tunnel insulating film 3, a non-single-crystal semiconductor film, a barrier insulating film 5, and a
Note that a non-single-crystal semiconductor means a polycrystalline semiconductor, an amorphous semiconductor, or a microcrystalline semiconductor.
[0021]
When the above-mentioned floating gate type semiconductor memory device is formed, at least a tunnel insulating film 3, a non-single-crystal semiconductor film, a barrier insulating film 5, and a
[0022]
Note that, in the step of forming the
[0023]
Alternatively, in the step of forming the
[0024]
In depositing the charge storage material, it is preferable to use a reduced pressure chemical vapor deposition method in which the raw material is easily wrapped around.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Here, the manufacturing process of the multilevel flash memory according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
Referring to FIG. 2A, first, a
[0026]
The doped polycrystalline silicon film may be formed by depositing an amorphous silicon film, then implanting P ions, and forming a doped polycrystalline silicon film in the activation annealing step. The doped polycrystalline silicon film has a gate structure. Is patterned to form the
[0027]
2B, the exposed portion of the
Since the reaction product from the previous etching step adheres to the side wall of the
[0028]
Next, as shown in FIG. 2C, n + -
[0029]
Referring to FIG. 3 (d), the side-etched
In this oxidation step, an
[0030]
Next, as shown in FIG. 3E, an
[0031]
Next, referring to FIG. 3F, the
In this etching step, the
[0032]
Thereafter, the basic configuration of the multi-level flash memory is completed by repeating the steps of forming the interlayer insulating film, forming the via hole, filling the via, and forming the wiring layer as many times as required in the conventional flash memory. I do.
[0033]
As described above, in the first embodiment of the present invention, the isolation oxide film is formed by excessive etching and oxidation, and the pair of
[0034]
Therefore, it is possible to accurately form a charge storage layer in which charge redistribution does not occur, thereby suppressing occurrence of a read error in a multi-level flash memory.
The writing operation, reading operation, and erasing operation of the multi-level flash memory according to the first embodiment are the same as those of the conventional multi-level flash memory.
[0035]
Next, with reference to FIGS. 4 and 5, a description will be given of a manufacturing process of the multilevel flash memory according to the second embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 4A, first, a
[0036]
Referring to FIG. 4B, n + -
[0037]
Referring to FIG. 4 (c), the side-etched
In this oxidation step, an
[0038]
Referring to FIG. 5D, an undoped
[0039]
Referring to FIG. 5E, the
[0040]
Referring to FIG. 5F, the
[0041]
Thereafter, the basic configuration of the multi-level flash memory is completed by repeating the steps of forming the interlayer insulating film, forming the via hole, filling the via, and forming the wiring layer as many times as required in the conventional flash memory. I do.
[0042]
As described above, in the second embodiment of the present invention, the isolation oxide film is formed by over-etching and oxidation, and a pair of charge holding layers is formed in the side wall forming step and the oxidizing step using anisotropic etching. Since the
[0043]
Therefore, it is possible to accurately form a charge accumulation layer having a floating gate structure in which charge redistribution does not occur, thereby suppressing occurrence of a read error in a multi-level flash memory.
The writing operation, reading operation, and erasing operation of the multi-level flash memory according to the second embodiment are the same as those of the conventional multi-level flash memory.
[0044]
The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the configurations described in the embodiments, and various modifications are possible.
For example, in each of the above-described embodiments, the
[0045]
In the first embodiment, the charge storage layer is formed by the SiN film. However, the charge storage layer is not limited to the SiN film. A 2 O 3 film or a Ta 2 O 5 film may be used.
[0046]
Further, in the above-described second embodiment, when the oxide sidewall is formed, dry oxidation having excellent oxidation controllability is used, but the oxidation treatment may be performed by a wet oxidation method.
[0047]
Further, in each of the above embodiments, the ONO film is used as the barrier insulating film for preventing the injected electrons from flowing to the control gate electrode side. However, the ONO film is not limited to the ONO film, and is not limited to the ONO film. An insulating film having another configuration such as a SiO 2 film may be used.
[0048]
In each of the above embodiments, the control gate electrode is formed of polycrystalline silicon. However, the present invention is not limited to polycrystalline silicon, and may have a silicide structure such as tungsten silicide or a polycide structure. Things.
[0049]
In each of the above embodiments, the channel region is the surface of the p-type silicon substrate, but may be the surface of the p-type well region where the n-type silicon substrate is formed.
[0050]
Further, in each of the above embodiments, the source / drain region has a single structure for simplicity of description. However, it is possible that the source / drain region has a multiplex structure of a shallow extension region and a deep n + -type region. Needless to say.
[0051]
Here, the detailed features of the present invention will be described again with reference to FIG. 1 again.
Again referring to FIG. 1 (Supplementary Note 1) At least a pair of a
(Supplementary Note 2) The semiconductor memory device according to Supplementary Note 1, wherein the
(Supplementary Note 3) At least on the channel region, a gate is provided in which at least a tunnel insulating film 3, a pair of
(Supplementary Note 4) A step of sequentially stacking at least a tunnel insulating film 3, a non-single-crystal semiconductor film, a barrier insulating film 5, and a
(Supplementary Note 5) A step of sequentially laminating at least a tunnel insulating film 3, a non-single-crystal semiconductor film, a barrier insulating film 5, and a
(Supplementary Note 6) The
(Supplementary Note 7) The semiconductor according to
(Supplementary Note 8) The method for manufacturing a semiconductor memory device according to any one of
[0052]
【The invention's effect】
According to the present invention, by using an over-etching process and a sidewall forming process, a charge holding portion formed separately at both ends of a gate can be formed in a self-aligned manner with respect to a control gate without requiring alignment. This makes it possible to prevent redistribution of the charges held in the charge holding portion, which greatly contributes to the practical use of highly reliable semiconductor memory devices such as multi-valued flash memories.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the multilevel flash memory according to the first embodiment of the present invention up to a certain point;
FIG. 3 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the multilevel flash memory according to the first embodiment of the present invention after FIG. 2;
FIG. 4 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a multilevel flash memory according to a second embodiment of the present invention up to a certain point;
FIG. 5 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the multilevel flash memory according to the second embodiment of the present invention after FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram illustrating the principle of a conventional multilevel flash memory.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 One conductivity
Claims (5)
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