JP2000311992A - 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法 - Google Patents
不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法Info
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Abstract
タとが同一基板上に設けられてなるEEPROMにおい
て、それぞれのゲート長が異なっても、後酸化量やアニ
ールの条件を最適化できるようにすることを最も主要な
特徴とする。 【解決手段】たとえば、周辺トランジスタCTのゲート
電極部41よりもゲート長が短い、セルトランジスタS
T側を第1の絶縁膜37によって覆った状態で、酸化雰
囲気中にてアニールする。この場合、周辺トランジスタ
CTのソース・ドレイン拡散層42,43はゲート電極
部41とオーバラップするほどに十分に成長する。一
方、セルトランジスタST側では酸化の進行が抑えら
れ、後酸化によるバーズビーク量の増加や、不純物の過
度の拡散によるショートチャネル効果を抑制することが
可能な構成となっている。
Description
記憶装置およびその製造方法に関するもので、特に、電
荷蓄積層としての浮遊ゲート上に制御ゲートが積層され
た、いわゆるスタックトゲート構造のメモリセル(セル
トランジスタ)を有する半導体メモリに用いられるもの
である。
ランジスタや周辺トランジスタが同一基板上に配設され
てなる構成とされている。その一例として、たとえば、
データの書き込み・消去が電気的に行われるEEPRO
M(Electrically Erasable and Programmable Read On
ly Memory )が良く知られている。図10は、EEPR
OMの1つである、従来の、NAND型EEPROMに
おけるセルトランジスタ(含む、選択ゲートトランジス
タ)および周辺トランジスタの構成を概略的に示すもの
である。以下に、NAND型EEPROMにおけるセル
トランジスタおよび周辺トランジスタの構成について、
その形成プロセスにしたがって説明する。すなわち、図
11は、上記した従来のNAND型EEPROMにおけ
る、セルトランジスタおよび周辺トランジスタの形成プ
ロセスを示すもので、まず、たとえば同図(a)に示す
ように、シリコン基板101の表面にウェル領域および
素子分離領域(いずれも図示していない)を形成した後
に、上記ウェル領域上にゲート絶縁膜またはトンネル酸
化膜となる熱酸化膜102を形成する。そして、メモリ
セル領域においては、上記熱酸化膜(トンネル酸化膜)
102上にスタックトゲート構造のゲート電極部103
を、また、その周辺回路領域においては、上記熱酸化膜
(ゲート絶縁膜)102上に単一層からなるゲート電極
部104を、それぞれ形成する。上記メモリセル領域に
おけるゲート電極部103は、たとえば、電荷蓄積層と
しての浮遊ゲート電極103a上に、ゲート間絶縁膜と
なるONO膜(酸化膜/窒化膜/酸化膜)103bを介
して、制御ゲート電極103cが積層されてなる、周知
の構成となっている。次いで、たとえば同図(b)に示
すように、ゲート電極部103,104の加工ダメージ
を回復するための後酸化膜105を形成する。次いで、
たとえば同図(c)に示すように、それぞれのトランジ
スタに対し、ソース・ドレイン拡散層を形成するための
不純物106を打ち込む。次いで、たとえば同図(d)
に示すように、その不純物106をアニールによって活
性化させて、チャネル領域側に追い込むことにより、ソ
ース・ドレイン拡散層106’を形成する。続いて、層
間絶縁膜107を埋め込んだ後、上記ゲート電極部10
4につながるコンタクト108や配線109、および、
ソース・ドレイン拡散層106’につながるコンタクト
110やビット線111などの形成が行われて、図10
に示した構成の、セルトランジスタおよび周辺トランジ
スタが形成される。しかしながら、上記した従来のセル
トランジスタおよび周辺トランジスタの場合、不純物1
06を打ち込んだ後のアニールの条件によって、各ソー
ス・ドレイン拡散層106’の、ゲート電極部103,
104とのオーバラップ長が左右される。たとえば、ア
ニールが足らずに、ソース・ドレイン拡散層106’が
ゲート電極部103,104とオーバラップせず、オフ
セットになると、その部分が寄生抵抗となって、十分な
ドレイン電流が得られなくなる。逆に、アニールが過ぎ
て、ソース・ドレイン拡散層106’がチャネル領域内
の深くにまで侵入すると、ショートチャネル効果が顕著
になり、ソース・ドレイン間耐圧の低下を招くなど、デ
バイス特性を劣化させる。一般に、メモリセルは、周辺
トランジスタと比較してゲート長が短い。そのため、シ
ョートチャネル効果が効きやすい。つまり、周辺トラン
ジスタにとって十分なだけのアニールをすると、セルト
ランジスタや選択ゲートトランジスタはパンチスルーを
起こす恐れがある。NAND型のEEPROMの場合、
そもそも、メモリセルのソース・ドレイン拡散層10
6’は、直列に配列されたセルの相互を電気的に接続で
きれば良いので、ゲート電極部103としっかりオーバ
ラップさせる必要はない。すなわち、セルトランジスタ
および選択ゲートトランジスタの特性からは、むしろ、
不純物106を打ち込んだ後のアニールは控えめにする
べきだといえる。また、ゲート加工後の後酸化量につい
ても、本来、加工ダメージを十分に回復できるだけの後
酸化は必要だが、後酸化はバーズビーク量を増加させ
る。ゲート長が短いメモリセルの場合、後酸化によるバ
ーズビーク量の増加(たとえば、図10のA部参照)
は、カップリング比を低下させるなど、書き込み・消去
特性を劣化させるために好ましいものではない。一方、
周辺トランジスタの場合は、ゲート長が比較的長いた
め、十分に後酸化することが許される(たとえば、図1
0のB部参照)。このように、NAND型のEEPRO
Mには、ゲート長の異なるトランジスタが存在するが、
トランジスタのゲート長に応じて後酸化量や不純物拡散
の最適なアニール条件が異なるため、これがプロセスマ
ージンを減少させる一つの大きな要因となっていた。
においては、トランジスタのゲート長に応じて後酸化量
や不純物拡散の最適なアニール条件が異なるため、これ
がプロセスマージンを減少させているという問題があっ
た。そこで、この発明は、後酸化量や不純物拡散のため
のアニール条件を、トランジスタのゲート長に応じて制
御でき、装置の高性能化を図ることが可能な不揮発性半
導体記憶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。また、この発明の目的は、後酸化量や不純
物拡散のためのアニール条件を、トランジスタのゲート
長に応じて最適化する場合にも、シリコン窒化膜中の水
素濃度を低減でき、トンネル酸化膜中での電子トラップ
量を減少させることが可能な不揮発性半導体記憶装置お
よびその製造方法を提供することにある。
めに、この発明の不揮発性半導体記憶装置にあっては、
半導体基板上にメモリセル部とその周辺回路部とが設け
られてなるものにおいて、前記周辺回路部を構成する、
第1のゲート長からなる第1のゲート電極部を有する第
1のトランジスタと、前記メモリセル部を構成する、前
記第1のゲート電極部よりも長さの短い、第2のゲート
長からなる第2のゲート電極部を有する第2のトランジ
スタと、この第2のトランジスタだけを覆うようにし
て、前記メモリセル部にのみ選択的に設けられた第1の
絶縁膜とから構成されている。また、この発明の不揮発
性半導体記憶装置の製造方法にあっては、半導体基板上
にメモリセル部とその周辺回路部とが設けられてなる場
合において、前記半導体基板の、前記周辺回路部に対応
する領域には、第1のゲート長からなる第1のゲート電
極部を、また、前記メモリセル部に対応する領域には、
この第1のゲート電極部よりも長さの短い、第2のゲー
ト長からなる第2のゲート電極部を、それぞれ形成する
工程と、前記第1,第2のゲート電極部をそれぞれマス
クにして、前記半導体基板の表面に不純物を打ち込む工
程と、前記第2のゲート電極部を覆うようにして、該第
2のゲート電極部を有する第2のトランジスタが形成さ
れる前記メモリセル部にのみ選択的に第1の絶縁膜を形
成する工程と、酸化雰囲気中でアニール処理を行って、
前記不純物を活性化させることにより、前記第1のゲー
ト電極部を有する第1のトランジスタの拡散層、およ
び、前記第2のゲート電極部を有する第2のトランジス
タの拡散層をそれぞれ形成する工程とを備えてなる。こ
の発明の不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法に
よれば、周辺トランジスタの領域のみ選択的に酸化でき
るようになる。これにより、トランジスタのゲート長が
異なる場合にも、それぞれのトランジスタに対する、後
酸化量や不純物拡散のためのアニール条件を同時に満た
すことが可能となるものである。また、この発明の不揮
発性半導体記憶装置にあっては、半導体基板上に、少な
くとも積層ゲート構造部を有するメモリセルが設けられ
てなるものにおいて、前記メモリセルを、表面が酸化さ
れているシリコン窒化膜によって被覆した構成とされて
いる。さらに、この発明の不揮発性半導体記憶装置の製
造方法にあっては、半導体基板上に、少なくとも積層ゲ
ート構造部を有するメモリセルが設けられてなる場合に
おいて、前記メモリセルをシリコン窒化膜によって被覆
する工程と、前記シリコン窒化膜の表面を強制的に酸化
させる工程とを備えてなる。この発明の不揮発性半導体
記憶装置およびその製造方法によれば、シリコン窒化膜
中の水素によるトンネル酸化膜への影響を減少できるよ
うになる。これにより、トンネル酸化膜の信頼性が劣化
するのを防ぐことが可能となるものである。
いて図面を参照して説明する。 (第一の実施形態)図1は、本発明の第一の実施形態に
かかる不揮発性半導体記憶装置の概略構成を、NAND
型EEPROMを例に示すものである。すなわち、NA
ND型EEPROMは、たとえば、同一のシリコン基板
11上に、メモリセル領域(セルアレイ)12と、コア
回路部を含む周辺回路領域13とを有して構成されてい
る。上記メモリセル領域12には、たとえば図2に示す
ように、上記シリコン基板11の表面に、それぞれ、ア
イランド状のウェル領域12aおよびストライプ状の素
子分離領域12bが形成されている。ウェル領域12a
はカラム方向に設けられ、各ウェル領域12aの間に、
それぞれ、素子分離領域12bが設けられている。ま
た、上記ウェル領域12aの一部にはソース拡散層21
aが、上記ウェル領域12aの別の一部にはドレイン拡
散層21bが形成されている。そして、ソース拡散層2
1aとドレイン拡散層21bの間には、たとえば、18
個のトランジスタ(第2のトランジスタ)が直列に接続
されて設けられている。この場合、18個のトランジス
タのうち、上記ソース拡散層21aにつながる選択ゲー
トトランジスタSGSおよび上記ドレイン拡散層21b
につながる選択ゲートトランジスタSGDを除く、残り
の16個のトランジスタ(WL0〜WL15)STによ
って、セルユニットとしてのNAND型メモリセルが構
成されている。各セルトランジスタSTは、たとえば図
1に示すように、熱酸化膜(トンネル酸化膜)31、浮
遊ゲート電極(電荷蓄積層)32、ゲート間絶縁膜(O
NO膜など)33、制御ゲート電極(WL0〜WL1
5)34、および、ソース・ドレイン拡散層21から構
成されている。この場合、浮遊ゲート電極32上に、ゲ
ート間絶縁膜33を介して、制御ゲート電極34が積層
されて、後述する周辺トランジスタのゲート電極部(第
1のゲート電極部)のゲート長よりも短い、第2のゲー
ト長からなるスタックトゲート構造のゲート電極部(第
2のゲート電極部)35が形成されている。ドレイン拡
散層21bに接続された選択ゲートトランジスタSGD
は、上記したセルトランジスタSTのソース・ドレイン
拡散層21の一方がドレイン拡散層21bとなっている
以外は、各セルトランジスタSTと同様の構成となって
いる(ソース拡散層21aに接続された選択ゲートトラ
ンジスタSGSの場合は、ソース・ドレイン拡散層21
の一方がソース拡散層21aとなっている)。なお、ソ
ース・ドレイン拡散層21は、各セルトランジスタST
のゲート電極部35間に対応する、上記ウェル領域12
aの表面部にそれぞれ形成されている。上記各ゲート電
極部35の周囲は、後酸化膜36を介して、シリコン窒
化(SiN)膜などからなる第1の絶縁膜37によって
覆われている。すなわち、この第1の絶縁膜37は、上
記トランジスタST,SGS,SGDのすべてを覆うよ
うに、上記メモリセル領域12上にのみ選択的に設けら
れている。そして、その第1の絶縁膜37上に層間絶縁
膜38が埋め込まれるとともに、この層間絶縁膜38に
対して、上記第1の絶縁膜37および上記熱酸化膜31
を貫通し、上記ドレイン拡散層21b(または、ソース
拡散層21a)につながるコンタクト39が形成されて
いる。さらに、上記層間絶縁膜38上に、上記コンタク
ト39を介して、上記ドレイン拡散層21bにつながる
ビット線(BL1,BL2,〜)40が、カラム方向に
沿って形成されて、たとえば図3に示すような構成のメ
モリセル・アレイが実現されている。一方、上記周辺回
路領域13における周辺トランジスタCTは、たとえば
図1に示すように、熱酸化膜(ゲート絶縁膜)31、単
一層からなるゲート電極部(第1のゲート長を有する第
1のゲート電極部)41、および、ソース・ドレイン拡
散層42,43から構成されている。また、上記ゲート
電極部41の周囲は、後酸化膜36のみによって覆われ
ている。そして、その後酸化膜36上に上記層間絶縁膜
38が埋め込まれるとともに、この層間絶縁膜38に対
して、上記後酸化膜36を貫通し、上記ゲート電極部4
1につながるコンタクト44が形成されている。さら
に、上記層間絶縁膜38上に、上記コンタクト44を介
して、上記ゲート電極部41につながる配線45が形成
されている。図4は、上記した構成のNAND型EEP
ROMにおける、セルトランジスタ(含む、選択ゲート
トランジスタSGS,SGD)STおよび周辺トランジ
スタCTの形成プロセスについて、概略的に示すもので
ある。まず、たとえば同図(a)に示すように、シリコ
ン基板11の表面にウェル領域および素子分離領域(い
ずれも図示していない)を形成した後に、上記ウェル領
域上にゲート絶縁膜またはトンネル酸化膜となる熱酸化
膜31を形成する。そして、メモリセル領域12におい
ては、上記熱酸化膜(トンネル酸化膜)31上にスタッ
クトゲート構造のゲート電極部(電荷蓄積層としての浮
遊ゲート電極32、ゲート間絶縁膜となるONO膜(酸
化膜/窒化膜/酸化膜)33、制御ゲート電極(ワード
線WL0〜WL15)34)35を、また、その周辺回
路領域13においては、上記熱酸化膜(ゲート絶縁膜)
31上に単一層からなるゲート電極部41を、それぞれ
素子分離領域に直交する方向にストライプ状に形成す
る。続いて、ゲート電極部35,41の加工ダメージを
回復するための後酸化膜36を形成する。続いて、それ
ぞれのトランジスタST,SGS,SGD,CTに対
し、ソース・ドレイン拡散層21(ソース拡散層21a
およびドレイン拡散層21b),42,43を形成する
ための不純物21’を打ち込む。次いで、たとえば同図
(b)に示すように、シリコン窒化膜からなる第1の絶
縁膜37を全面に堆積する。なお、この第1の絶縁膜3
7としては、シリコン窒化膜に限らず、後の酸化雰囲気
でのアニール時に酸化剤(酸化種)を通さないような膜
であれば良い。次いで、たとえば同図(c)に示すよう
に、リソグラフィーによってパターニングしたレジスト
をマスク(図示していない)として、周辺回路領域13
上に堆積した第1の絶縁膜37のみを、CDE(Chemic
al Dry Etching)などの方法で剥離する。次いで、たと
えば同図(d)に示すように、導入した不純物21’
を、酸化雰囲気中でのアニールによって活性化させて、
各チャネル領域側に追い込むことにより、ソース・ドレ
イン拡散層21(ソース拡散層21aおよびドレイン拡
散層21b),42,43を、それぞれ形成する。この
ように、メモリセル領域12のみに第1の絶縁膜37を
つけた状態において、酸化雰囲気中でアニールする。こ
のとき、周辺回路領域13上には第1の絶縁膜37がな
いので、メモリセル領域12よりも、酸化剤がシリコン
基板11に多く到達する。そのため、周辺回路領域13
での不純物21’の拡散が加速され、ソース・ドレイン
拡散層42,43が十分にゲート電極部41とオーバラ
ップする。一方、メモリセル領域12は、第1の絶縁膜
37で覆われているので、酸化雰囲気中でアニールして
も、酸化剤はシリコン基板11にはほとんど到達しな
い。このため、不純物21’は、周辺トランジスタCT
ほどは拡散せず、ショートチャネル効果を抑制できる。
特に、制御ゲート電極34にタングステンシリサイド
(WSi)を用いた場合、酸化雰囲気中にてアニールす
ることによる、WSiの異常酸化が懸念される。これ
は、セルトランジスタSTなどの、ゲート長の短いとこ
ろで起こりやすい。しかし、第1の絶縁膜37でメモリ
セル領域12を覆うことによって、酸化剤がゲート電極
部35に到達するのを防止できるようになる結果、WS
iからなる制御ゲート電極34の異常酸化を阻止するこ
とが可能となる。また、トンネル酸化膜31に対するバ
ーズビーク量およびゲート電極部35の側壁における後
酸化量は、第1の絶縁膜37を残存させることによっ
て、第1の絶縁膜37を剥離した場合に比べて減少でき
るようになる(カップリング比の低下の抑制)。つま
り、第1の絶縁膜37の形成/非形成に応じて、後酸化
を多くしてゲート電極部41の加工ダメージを回復した
い周辺トランジスタCTと、後酸化しすぎるのが好まし
くないメモリセル(セルトランジスタSTおよび選択ゲ
ートトランジスタSGS,SGD)とで、後酸化量を変
えることが可能となる。以降、層間絶縁膜38を埋め込
んだ後、上記ゲート電極部41につながるコンタクト4
4や配線45の形成、および、ドレイン拡散層21b
(または、ソース拡散層21a)につながるコンタクト
39やビット線40などの形成が行われて、図1に示し
た構成のNAND型EEPROMが完成される。上記し
たように、周辺トランジスタの領域のみ選択的に酸化で
きるようにしている。すなわち、メモリセルの領域のみ
を第1の絶縁膜によって覆った状態で、酸化雰囲気中で
のアニールを行うようにしている。これにより、トラン
ジスタのゲート長が異なる場合にも、それぞれのトラン
ジスタに対する、後酸化量や不純物拡散のためのアニー
ル条件を同時に満たすことが可能となる。したがって、
トランジスタのゲート長に応じて、後酸化量や不純物拡
散の最適なアニール条件が異なることによるプロセスマ
ージンの減少を抑制でき、装置の高性能化を図る上で非
常に有用である。なお、上記した本発明の第1の実施形
態においては、周辺トランジスタのゲート構造部が単一
層からなる場合を例に説明したが、これに限らず、たと
えばメモリセル領域内の各トランジスタと同様に、ゲー
ト間絶縁膜(インターポリ)を介した2層構造とするこ
とも可能である。この場合、第一層目のゲート電極を引
き出して、ゲートコンタクトをとるようにすれば良い。
このような構成によれば、周辺トランジスタのゲート電
極部にもゲート間絶縁膜が配置されることにより、ゲー
ト間絶縁膜に対するバーズビーク量を、第1の絶縁膜を
残した領域と剥離した領域とで変化させることができる
ようになる。また、選択ゲートトランジスタについて
も、そのゲート電極部の構成を、セルトランジスタのゲ
ート電極部と同一の構成とする場合に限らず、たとえ
ば、ゲート間絶縁膜を有さない構成としても良い。ま
た、第1の絶縁膜を剥離する場合、すべての周辺トラン
ジスタについて剥離する必要はなく、たとえば、ゲート
電極部に対して、ソース・ドレイン拡散層を十分にオー
バラップさせたいトランジスタ、または、後酸化を多く
したいトランジスタについてのみ、第1の絶縁膜を剥離
するようにしても良い。また、第1の絶縁膜として用い
られるシリコン窒化膜は、一般に、水素を多く含むこと
やメカニカルな膜ストレスが大きいために、メモリセル
のトンネル酸化膜の信頼性を劣化させることが懸念され
る。この場合、シリコン窒化膜の堆積後に酸化雰囲気中
でアニールすることにより、シリコン窒化膜中の水素を
引き抜き、膜質を改善することができる。したがって、
メモリセルのトンネル酸化膜の信頼性が劣化するのを抑
制する効果が十分に期待できる。しかしながら、酸化雰
囲気中でのアニールを行った後においては、シリコン窒
化膜は必要ない。そこで、アニール後にすべてのシリコ
ン窒化膜を剥離するようにすることも可能である。ここ
で、第1の絶縁膜は、拡散層のオーバラップ量に選択性
を持たせるという役目の他に、拡散層コンタクトのジャ
ンクション・リークを防ぐという効果(いわゆる、エッ
チングストッパとしての機能)も期待できる。たとえば
図5に示すように、コンタクト39の形成位置がマスク
の合わせずれなどの理由により、素子分離領域12b上
にかかるような場合、コンタクト開孔時のRIE(Reac
tive Ion Etching)に選択性を持たせておくことによっ
て、一旦、エッチングを第1の絶縁膜37で止めること
ができる(同図(a)参照)。こうして、第1の絶縁膜
37に達するコンタクト孔(第1のコンタクト孔)39
aを開孔した後、エッチングの条件を切り換えて第1の
絶縁膜37をエッチングして、ドレイン拡散層21b
(または、ソース拡散層21a)とのコンタクトをとる
ためのコンタクト孔(第2のコンタクト孔)39bを開
孔する(同図(b)参照)。こうすることによって、素
子分離領域12bが大きくエッチングされるのを防止で
きる。このように、第1の絶縁膜37は、拡散層コンタ
クトのジャンクション・リークを防ぐという効果も期待
できるため、酸化雰囲気中でのアニールを行った後にシ
リコン窒化膜を剥離する場合にも、少なくとも拡散層コ
ンタクトの形成部のシリコン窒化膜は残して剥離するの
が良い。また、上述した本発明の第1の実施形態におい
ては、後酸化膜36上に、第1の絶縁膜37を形成する
ようにしたが、これに限らず、たとえば図6に示すよう
に、後酸化膜36と第1の絶縁膜37との間にTEOS
(Tetra Ethoxy Silane)膜などの、酸化剤を通す第2
の絶縁膜51を形成するようにしても良い。この場合、
第2の絶縁膜51は、たとえば、第1の絶縁膜37を剥
離する際のストッパとして機能するため、プロセスマー
ジンを広げることが可能となる。また、NAND型EE
PROMに限らず、たとえば図7に示すような構成のメ
モリセル・アレイを有するAND型のEEPROMや、
NOR型のEEPROMなどにも適用できる。 (第二の実施形態)図8は、本発明の第二の実施形態に
かかる不揮発性半導体記憶装置の、セルトランジスタ
(含む、選択ゲートトランジスタ)および周辺トランジ
スタの形成プロセスを概略的に示すものである。なお、
ここでは、NAND型EEPROMを例に説明する。ま
ず、たとえば同図(a)に示すように、シリコン基板1
1の表面にウェル領域および素子分離領域(いずれも図
示していない)を形成した後に、上記ウェル領域上にゲ
ート絶縁膜またはトンネル酸化膜となる熱酸化膜31を
形成する。そして、メモリセル領域12においては、上
記熱酸化膜(トンネル酸化膜)31上にスタックトゲー
ト構造のゲート電極部(電荷蓄積層としての浮遊ゲート
電極32、ゲート間絶縁膜となるONO膜(酸化膜/窒
化膜/酸化膜)33、制御ゲート電極(ワード線WL0
〜WL15)34)35を、また、その周辺回路領域1
3においては、上記熱酸化膜(ゲート絶縁膜)31上に
単一層からなるゲート電極部41を、それぞれ素子分離
領域に直交する方向にストライプ状に形成する。続い
て、ゲート電極部35,41の加工ダメージを回復する
ための後酸化膜36を形成する。続いて、それぞれのト
ランジスタに対し、ソース・ドレイン拡散層21(ソー
ス拡散層21aおよびドレイン拡散層21b),42,
43を形成するための不純物21’を打ち込む。次い
で、たとえば同図(b)に示すように、シリコン窒化膜
からなる第1の絶縁膜37を、少なくともメモリセル領
域12上に堆積する。続いて、酸化雰囲気中でのアニー
ルによって、導入した不純物21’を活性化させる。そ
の際、たとえば同図(c)に示すように、第1の絶縁膜
37の表面を酸化させて表面酸化膜37’を形成する。
この表面酸化膜37’は、上記第1の絶縁膜37の表面
での酸化量が、たとえば、10オングストローム以上〜
100オングストローム以下となるように形成される。
なお、表面酸化膜37’が形成された上記第1の絶縁膜
37は、その表面側から徐々に水素濃度が高くなるよう
な濃度勾配をもつ。こうして、シリコン窒化膜中の水素
によるトンネル酸化膜への影響を減少させた状態で、不
純物21’を各チャネル領域側に追い込むことにより、
たとえば同図(d)に示すように、ソース・ドレイン拡
散層21(ソース拡散層21aおよびドレイン拡散層2
1b),42,43を、それぞれ形成する。以降、層間
絶縁膜38を埋め込んだ後、上記ゲート電極部41につ
ながるコンタクト44や配線45の形成、および、ドレ
イン拡散層21b(または、ソース拡散層21a)につ
ながるコンタクト39やビット線40などの形成が同様
に行われて、NAND型EEPROM(図示していな
い)が完成される。このように、第1の絶縁膜37の表
面に強制的に表面酸化膜37’を形成させることによ
り、たとえば図9に示すように、シリコン窒化膜中の水
素濃度を低減でき、熱酸化膜(トンネル酸化膜)31に
おける電子トラップ量dVgを減少させることが可能と
なる。すなわち、層間絶縁膜38を堆積する前に、第1
の絶縁膜37の表面を酸化させるようにした場合、シリ
コン窒化膜中の水素濃度を低減でき、熱酸化膜31中の
水素濃度を下げることが可能となる。その結果、熱酸化
膜31における電子トラップ量dVgを減少させること
が可能となって、トンネル酸化膜の信頼性が劣化するの
を防止できるものである。因みに、本図9に示す、トン
ネル酸化膜中の水素濃度(本発明)は、表面酸化膜3
7’を形成しなかった場合(従来)を“1”とした際
の、相対値である。また、電子トラップ量dVgは、た
とえば、ゲートに負電圧を印加し、トンネル酸化膜に
0.1A/cm2 程度の直流の定電流を20秒間ほど流
したときの、その20秒間におけるゲート電圧の最小値
と最大値との差である。この場合、トンネル酸化膜中で
の電子トラップの発生量が多いほど、dVgの値は大き
くなる。このような構成によれば、上述したように、第
1の絶縁膜を残したままでも、メモリセルのトンネル酸
化膜の信頼性が劣化するのを抑制できる。なお、上述し
た本発明の第二の実施形態においては、第1の絶縁膜を
形成する前に不純物を導入するようにしたが、これに限
らず、たとえば第1の絶縁膜を形成した後に不純物を導
入するようにすることも可能である。また、NAND型
のEEPROMに限らず、AND型やNOR型のEEP
ROMにも同様に適用できる。その他、この発明の要旨
を変えない範囲において、種々変形実施可能なことは勿
論である。
ば、後酸化量や不純物拡散のためのアニール条件を、ト
ランジスタのゲート長に応じて制御でき、装置の高性能
化を図ることが可能な不揮発性半導体記憶装置およびそ
の製造方法を提供できる。また、この発明によれば、後
酸化量や不純物拡散のためのアニール条件を、トランジ
スタのゲート長に応じて最適化する場合にも、シリコン
窒化膜中の水素濃度を低減でき、トンネル酸化膜中での
電子トラップ量を減少させることが可能な不揮発性半導
体記憶装置およびその製造方法を提供できる。
導体記憶装置の構成を、NAND型EEPROMを例に
示す概略断面図。
ルアレイの構成例を示す概略平面図。
ルアレイを概略的に示す回路構成図。
トランジスタの形成プロセスを説明するために示す工程
断面図。
散層コンタクトの形成プロセスを説明するために示す工
程断面図。
リセルの、他の構成例を示す概略断面図。
概略的に示す回路構成図。
導体記憶装置の概略を、NAND型EEPROMを例に
示す工程断面図。
を、従来技術と比較して示す概略図。
AND型EEPROMの構成を示す概略断面図。
ける、各トランジスタの形成プロセスを説明するために
示す工程断面図。
ランジスタ) 36…後酸化膜 37…第1の絶縁膜 37’…表面酸化膜 38…層間絶縁膜 39…コンタクト(拡散層コンタクト) 39a…コンタクト孔(第1のコンタクト孔) 39b…コンタクト孔(第2のコンタクト孔) 40…ビット線 41…ゲート電極部(周辺トランジスタ) 42,43…ソース・ドレイン拡散層(周辺トランジス
タ) 44…コンタクト(ゲートコンタクト) 45…配線 51…第2の絶縁膜 ST…セルトランジスタ CT…周辺トランジスタ SGS…選択ゲートトランジスタ(ソース側) SGD…選択ゲートトランジスタ(ドレイン側) WL0〜WL15(WLn)…ワード線 BL1,BL2,〜…ビット線
Claims (15)
- 【請求項1】 半導体基板上にメモリセル部とその周辺
回路部とが設けられてなる不揮発性半導体記憶装置にお
いて、 前記周辺回路部を構成する、第1のゲート長からなる第
1のゲート電極部を有する第1のトランジスタと、 前記メモリセル部を構成する、前記第1のゲート電極部
よりも長さの短い、第2のゲート長からなる第2のゲー
ト電極部を有する第2のトランジスタと、 この第2のトランジスタだけを覆うようにして、前記メ
モリセル部にのみ選択的に設けられた第1の絶縁膜とを
具備したことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項2】 前記第2のゲート電極部は、前記半導体
基板上にゲート絶縁膜を介して設けられ、かつ、浮遊ゲ
ート、ゲート間絶縁膜、および、制御ゲートが積層され
た積層ゲート構造を有してなることを特徴とする請求項
1に記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項3】 前記第1の絶縁膜と前記第2のトランジ
スタとの間には、さらに、前記第1の絶縁膜とは異なる
第2の絶縁膜が設けられてなることを特徴とする請求項
1に記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項4】 前記第1の絶縁膜は、コンタクト孔を開
孔する際のエッチングストッパとなることを特徴とする
請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項5】 前記第1,第2のゲート電極部の表面
は、それぞれ、後酸化膜によって覆われていることを特
徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項6】 半導体基板上にメモリセル部とその周辺
回路部とが設けられてなる不揮発性半導体記憶装置の製
造方法において、 前記半導体基板の、前記周辺回路部に対応する領域に
は、第1のゲート長からなる第1のゲート電極部を、ま
た、前記メモリセル部に対応する領域には、この第1の
ゲート電極部よりも長さの短い、第2のゲート長からな
る第2のゲート電極部を、それぞれ形成する工程と、 前記第1,第2のゲート電極部をそれぞれマスクにし
て、前記半導体基板の表面に不純物を打ち込む工程と、 前記第2のゲート電極部を覆うようにして、該第2のゲ
ート電極部を有する第2のトランジスタが形成される前
記メモリセル部にのみ選択的に第1の絶縁膜を形成する
工程と、 酸化雰囲気中でアニール処理を行って、前記不純物を活
性化させることにより、前記第1のゲート電極部を有す
る第1のトランジスタの拡散層、および、前記第2のゲ
ート電極部を有する第2のトランジスタの拡散層をそれ
ぞれ形成する工程とを備えてなることを特徴とする不揮
発性半導体記憶装置の製造方法。 - 【請求項7】 前記第2のゲート電極部は、前記半導体
基板上にゲート絶縁膜を介して設けられ、かつ、浮遊ゲ
ート、ゲート間絶縁膜、および、制御ゲートが積層され
た積層ゲート構造を有して形成されることを特徴とする
請求項6に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 - 【請求項8】 前記第1の絶縁膜と前記第2のトランジ
スタとの間に、さらに、前記第1の絶縁膜とは異なる第
2の絶縁膜を形成する工程を有してなることを特徴とす
る請求項6に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方
法。 - 【請求項9】 全面に層間絶縁膜を堆積する工程と、 この層間絶縁膜をエッチングして、前記第1の絶縁膜に
達する第1のコンタクト孔を開孔する工程と、 前記第1のコンタクト孔の底部に露出する前記第1の絶
縁膜をエッチングして、前記第2のトランジスタの拡散
層につながる第2のコンタクト孔を開孔する工程とをさ
らに有してなることを特徴とする請求項6に記載の不揮
発性半導体記憶装置の製造方法。 - 【請求項10】 前記第1,第2のゲート電極部の表面
を、それぞれ、後酸化膜によって被覆する工程をさらに
有してなることを特徴とする請求項6に記載の不揮発性
半導体記憶装置の製造方法。 - 【請求項11】 半導体基板上に、少なくとも積層ゲー
ト構造部を有するメモリセルが設けられてなる不揮発性
半導体記憶装置において、 前記メモリセルを、表面が酸化されているシリコン窒化
膜によって被覆したことを特徴とする不揮発性半導体記
憶装置。 - 【請求項12】 前記シリコン窒化膜は、表面の酸化量
が10オングストローム以上で、かつ、100オングス
トローム以下であることを特徴とする請求項11に記載
の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項13】 前記シリコン窒化膜は、その膜中の水
素濃度が3×1021atom/cm3 以下であることを
特徴とする請求項11に記載の不揮発性半導体記憶装
置。 - 【請求項14】 半導体基板上に、少なくとも積層ゲー
ト構造部を有するメモリセルが設けられてなる不揮発性
半導体記憶装置の製造方法において、 前記メモリセルをシリコン窒化膜によって被覆する工程
と、 前記シリコン窒化膜の表面を強制的に酸化させる工程と
を備えてなることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置
の製造方法。 - 【請求項15】 前記シリコン窒化膜の表面を強制的に
酸化させる工程は、少なくとも前記シリコン窒化膜上に
層間絶縁膜を堆積する前に行うことを特徴とする請求項
14に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
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