JP2001094075A - 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
膜形成後に形成される周辺回路トランジスタのゲート電
極部の素子分離エッジ部でゲート電極が落ち込む問題を
回避し、周辺回路トランジスタのゲート電圧が低い領域
のリーク電流および消費電流を抑制し、消費電力を少な
くする。 【解決手段】メモリセルトランジスタが複数個形成さ
れ、メモリセルトランジスタの素子領域が埋め込み素子
分離領域107 により絶縁分離されたセルアレイ領域と、
メモリセルアレイの周辺回路トランジスタが複数個形成
され、周辺回路トランジスタの素子領域が埋め込み素子
分離領域により絶縁分離された周辺トランジスタ領域と
を具備し、周辺回路トランジスタのゲート電極111 の素
子分離端部は、ゲート電極中央部と水平に位置してい
る。
Description
憶装置およびその製造方法に係り、特に埋め込み素子分
離領域により絶縁分離された素子領域に形成されたゲー
ト電極の端部の形状およびその制御方法に関するもの
で、例えばNOR型フラッシュEEPROMなどの一括
消去型の不揮発性半導体メモリ、メモリ混載ロジック集
積回路などに適用されるものである。
れた素子領域を有する半導体記憶装置、例えばフラッシ
ュEEPROMにおいては、セルアレイ領域と周辺トラ
ンジスタ領域とは、それぞれの領域のMOSトランジス
タの性能を最適化するために、それぞれの領域で膜厚の
異なるゲート酸化膜を用いている。
縁分離された素子領域を有する半導体記憶装置の製造に
際して、異なる膜厚のゲート酸化膜を付け分ける場合
(例えば2つの膜厚のゲート酸化膜を付け分ける場
合)、一般的には、基板上を全面的に酸化して第1の膜
厚のゲート酸化膜を一旦形成し、次に、第2の膜厚のゲ
ート酸化膜を形成したい領域の第1のゲート酸化膜を剥
離し、かつ第1のゲート酸化膜を形成する領域は酸化種
が供給されないようにした後、第2の膜厚のゲート酸化
膜を形成する。
成する方法を素子分離形成工程との関係で考えた場合、
多種考えられるが、例えばフラッシュEEPROMにお
いては、一部のゲート酸化膜は素子分離形成工程の前に
形成し、残りのゲート酸化膜を素子分離形成工程の後に
形成する方法が用いられている。
る、制御ゲートと浮遊ゲートの2層ゲート構造(スタッ
クト・ゲート)を有する不揮発性半導体記憶装置では、
素子分離を浅い溝型素子分離(Shallow Trench Isolati
on、略してSTI)で行う場合に、素子領域(Active a
rea )のSTIに接するエッジで、浮遊ゲートが分離領
域に落ち込むと、このエッジでの電界集中によるメモリ
セル特性、特に書込みや消去に用いるトンネル電流量の
ばらつきが発生する。
ために、メモリセルのトンネル酸化膜、浮遊ゲート用の
第1の多結晶シリコン膜を形成した後に、STI領域を
形成して浮遊ゲートと素子領域とをそれぞれの端部の位
置が一致するように自己整合的に形成する方法が用いら
れる。
分な容量カップリングを確保するために、浮遊ゲート用
の第1の多結晶シリコン膜の上に第2の多結晶シリコン
膜を直接接続するように形成し、さらにこの第2の多結
晶シリコン膜をSTI素子分離領域上に張り出させる方
法が用いられる。
よる「 A Novel High-Density 5F2NAND STI Cell Techn
ology Suitable for 256Mbit and 1Gbit Flash Memorie
s」international ELECTRON DEVICES meeting 1997, WA
SHINGTON, DC DECEMBER 7-10, 1997, IEDM Technical D
igest Paper pp271-274に開示されている。
メモリの製造工程について、図10乃至図15を参照し
ながら説明する。
部とを有するフラッシュメモリの場合であり、図10か
ら図13はメモリセル部の製造工程を示し、図14及び
図15は周辺回路部の製造工程を示している。
ートとを有するスタックト・ゲート型のセルトランジス
タのアレイを有する。上記スタックト・ゲート型のセル
トランジスタは、浮遊ゲートが2層の多結晶シリコン膜
からなり、1層目の多結晶シリコン膜に対して自己整合
的に素子分離用のトレンチが形成され、1層目の多結晶
シリコン膜の上部に2層目の多結晶シリコン膜が形成さ
れる。
31上に膜厚が10nmのトンネル酸化膜(メモリセル
用のトンネル酸化膜)32を形成し、その上に浮遊ゲー
トの一部となる第1の多結晶シリコン膜33を形成す
る。次に、図11に示すように、第1の多結晶シリコン
膜33、トンネル酸化膜32及びシリコン基板31を選
択的に順次エッチングして、シリコン基板31に溝部3
4を形成する。この溝部34は素子分離を行うための浅
いトレンチ分離部(STI)となる。また、この溝部3
4により、シリコン基板31は複数の素子領域に分離さ
れる。
を素子分離用の絶縁膜35で埋め込む。さらに、浮遊ゲ
ートの一部となる第2の多結晶シリコン膜36を形成す
る。続いて、図13に示すように、ゲート間絶縁膜37
を介して制御ゲート38を形成する。
すように、第1及び第2の多結晶シリコン膜33、36
を形成した段階で、フォトリソグラフィ工程によりメモ
リセル部をカバーして保護する。そして、図15に示す
ように、周辺回路部における第2の多結晶シリコン膜3
6及び第1の多結晶シリコン膜33を除去し、さらにト
ンネル酸化膜32を剥離した後、再度、ゲート酸化、ゲ
ート電極用の多結晶シリコン膜の堆積を行ってゲート酸
化膜37及びゲート電極38を形成する。
ッジでSTI領域に落ち込むように形成されると、MO
Sトランジスタに寄生トランジスタが発生する。
のエッジ部Aを抽出し、拡大して示す断面図である。
I領域に落ち込むと、素子領域の上部側面には、図中の
丸印で囲んだ領域Bに寄生トランジスタが発生する。そ
して、この寄生トランジスタが動作すると、サブスレシ
ョールド特性にキンク(kink: ねじれ)が発生し、これ
によってスタンドバイ電流の増加を招く。特に、素子領
域エッジの角部が丸まっていないと、電界集中効果も大
きくなり、キンク特性が強調される。
うに、STIの形成時に、STI領域を絶縁膜35で埋
め込む前に、素子領域エッジ部Aの角部を丸め、かつト
ンネル酸化膜32にバーズビーク(birds beak)が生じ
るようないわゆる丸め酸化工程を行うことが有効であ
る。この丸め酸化工程における酸化膜厚を最適化する
と、例えば図18に示すように、ゲート電極38のST
I領域への落ち込みの度合いが抑制される。
化工程について、本願出願人は、特願平11-73074号「半
導体装置およびその製造方法」により具体例を提案し
た。これにより、STI素子分離構造を採用したフラッ
シュEEPROMにおける周辺回路トランジスタのゲー
ト電圧が低い領域のリーク電流および消費電流を抑制で
き、サブスレショールド電流特性がゲート電圧に対して
連続的になり、ゲート電圧が低い領域での動作が安定に
なり、製品の収率を向上させることが可能になった。
方法においても、周辺トランジスタ領域のトンネル酸化
膜32の剥離工程で素子分離用の絶縁膜35がエッチン
グされた部分にゲート電極38が少し落ち込んだ形状と
なるこのように周辺トランジスタ領域のMOSトランジ
スタのゲート電極部の素子分離エッジ部でゲート電極が
少し落ち込むと、トランジスタのチャネルの素子分離エ
ッジ部で、電界が集中し、閾値電圧が低下し、サブスレ
ショールド特性にキンクを生じ、消費電流の増加といっ
た問題が生じる。
トランジスタの浮遊ゲートが2層の多結晶シリコン膜か
らなり、1層目の多結晶シリコン膜に対して自己整合的
に素子分離用のトレンチが形成され、1層目の多結晶シ
リコン膜の上部に2層目の多結晶シリコン膜が形成され
るメモリセルトランジスタのアレイを有する不揮発性半
導体記憶装置の製造に際して、前記したような丸め酸化
工程を行うと、メモリセル部に問題が生じる場合があ
る。
1の多結晶シリコン膜33が酸化されることによってそ
の形状が丸まってしまい、さらに上部には酸化膜39が
形成される。この様子を図19及び図19中の丸印で囲
んだ領域Cを拡大した図20に示す。
って第1の多結晶シリコン膜33の丸められた部分の上
部に酸化膜39が形成された場合、第2の多結晶シリコ
ン膜36を形成する前に、第1の多結晶シリコン膜33
の上部及び側面の酸化膜を一定量除去してから第2の多
結晶シリコン膜36を形成する必要がある。そうしない
と、後の工程でメモリセルのスタックト・ゲートの垂直
エッチングを行う際に、第1の多結晶シリコン膜33の
丸められた部分の上部に存在する酸化膜39がマスクと
なって第1の多結晶シリコン膜33がフィラメント状
(直線状)に残ってしまい、隣接メモリセル間で浮遊ゲ
ートが短絡してしまうという問題を引き起こす。
した第1の多結晶シリコン膜33の側面の部分は、垂直
エッチングを行った際にエッチング残りが発生する箇所
を示しており、このエッチング残りの発生箇所が、図中
の奥行き方向で隣接する複数のメモリセル間で連続する
ことにより、先の浮遊ゲートの短絡が発生する。
を解決すべくなされたもので、埋め込み素子分離膜形成
後に形成した周辺回路トランジスタのゲート電極部の素
子分離端部における素子分離溝への落ち込みを最低限に
抑え、消費電流の増加を抑制した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する。
記憶装置は、メモリセルトランジスタが複数個形成さ
れ、前記メモリセルトランジスタの素子領域が埋め込み
素子分離領域により絶縁分離されたセルアレイ領域と、
メモリセルアレイの周辺回路トランジスタが複数個形成
され、前記周辺回路トランジスタの素子領域が埋め込み
素子分離領域により絶縁分離された周辺トランジスタ領
域とを具備し、前記周辺回路トランジスタのゲート電極
の素子分離端部は、ゲート電極中央部と水平に位置して
いることを特徴とする。
製造方法は、シリコン半導体基板上に第1のゲート絶縁
膜を形成する工程と、前記第1のゲート絶縁膜上に第1
のポリシリコン膜を形成する工程と、前記第1のポリシ
リコン膜上に第1のシリコン窒化膜及び第1のシリコン
酸化膜が積層された第1の積層膜を形成する工程と、前
記第1の積層膜、第1のポリシリコン膜、第1のゲート
絶縁膜及びシリコン半導体基板を選択的に順次除去する
ことにより、シリコン半導体基板に素子分離用溝を形成
し、シリコン半導体基板に複数の素子領域を形成する工
程と、全面に第1のフォトレジストを塗布し、前記シリ
コン半導体基板のセルアレイ領域上を第1のフォトレジ
ストで覆ったまま、前記シリコン半導体基板の周辺トラ
ンジスタ領域上の第1のフォトレジストを開口する第1
のフォトリソグラフィ工程と、等方性エッチングにより
前記周辺回路トランジスタ領域のみ処理し、前記第1の
ポリシリコン膜の側面を前記シリコン半導体基板の素子
分離用溝の側面よりも所定量だけ内側に後退させる第1
の後退処理工程と、前記第1のフォトレジストを剥離す
る工程と、等方性エッチングにより全面を処理し、前記
第1のシリコン窒化膜の側面を前記シリコン半導体基板
の素子分離用溝の側面よりも所定量だけ内側に後退させ
る第2の後退処理工程と、酸化を行うことにより、前記
素子領域の角部を丸めるとともに前記シリコン半導体基
板の素子分離用溝の側面及び第1のポリシリコン膜の側
面を酸化する酸化工程と、前記素子分離用溝の内部に素
子分離用絶縁膜を埋め込む工程と、全面に第2のフォト
レジストを塗布し、前記周辺回路トランジスタ領域を第
2のフォトレジストで覆ったまま、前記セルアレイ領域
上の第2のフォトレジストを開口する第2のフォトリソ
グラフィ工程と、等方性エッチングにより前記セルアレ
イ領域のみ処理する工程と、前記第1のポリシリコン膜
上に連なる第2のポリシリコン膜を形成する工程と、前
記第2のフォトレジストを剥離する工程と、前記第2の
ポリシリコン膜上に第2のシリコン酸化膜と第2のシリ
コン窒化膜と第3のシリコン酸化膜が積層された第2の
積層膜を形成する工程と、全面に第3のフォトレジスト
を塗布し、前記セルアレイ領域上を第3のフォトレジス
トで覆ったまま、前記周辺回路トランジスタ領域上の第
3のフォトレジストを開口する第3のフォトリソグラフ
ィ工程と、異方性エッチングにより前記周辺回路トラン
ジスタ領域の前記第2の積層膜を選択的に除去する工程
と、等方性エッチングにより前記周辺回路トランジスタ
領域の前記第2のポリシリコン膜および前記第2のポリ
シリコン膜に連なる第1のポリシリコン膜を選択的に除
去する工程と、等方性エッチングにより前記周辺回路ト
ランジスタ領域の前記第1のゲート絶縁膜を選択的に除
去するゲート絶縁膜除去工程と、前記第3のフォトレジ
ストを剥離する工程と、前記周辺回路トランジスタ領域
に第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、前記セルアレ
イ領域の第2の積層膜上及び前記周辺回路トランジスタ
領域の第2のゲート絶縁膜上に第3のポリシリコン膜を
形成する工程とを具備することを特徴とする。
施の形態を詳細に説明する。
不揮発性半導体記憶装置の第1の実施の形態に係るNO
R型フラッシュEEPROMの製造工程の一部を示して
いる。
メモリセルトランジスタのゲート絶縁膜(トンネル酸化
膜)、ゲート電極を形成した後に埋め込み素子分離領域
を形成したセルアレイ領域と、埋め込み素子分離領域を
形成した後に、周辺回路トランジスタのゲート絶縁膜、
ゲート電極を形成した周辺トランジスタ領域とを具備す
る。
リコン基板)101 に対して、そのセルアレイ領域及び周
辺トランジスタ領域に形成しようとするトランジスタの
閾値がそれぞれ所望の値になるように不純物を導入す
る。次に、メモリセルトランジスタのゲート絶縁膜(シ
リコン酸化膜)102 を形成した後、不純物としてリンが
導入されたポリシリコン103 をCVD(Chemical Vapor
Deposition) 法により形成する。次に、第1のシリコン
窒化膜104 及び第1のシリコン酸化膜105 をそれぞれC
VD法により形成し、第1のシリコン窒化膜104 及び第
1のシリコン酸化膜105 が積層された積層膜(第1の積
層膜)する。
前記第1の積層膜105 、104 に素子領域パターンを転写
する。即ち、フォトレジスト(図示せず)を塗布し、素
子領域パターンをフォトレジストに転写し、素子領域上
はフォトレジストでマスクし、素子分離領域上はフォト
レジストを開口する。
るRIE(Reactive Ion Etching)により異方性エッチ
ングを行うことにより、前記シリコン酸化膜105 及びシ
リコン窒化膜104 に素子領域パターンを転写する。その
後、前記フォトレジストを剥離する。
ンが転写されたシリコン酸化膜105をマスクとするRI
Eにより異方性エッチングを行い、素子分離領域となる
部分のポリシリコン103 、ゲート絶縁膜102 、半導体基
板101 を除去して浅いシリコン基板の溝を形成する。
フィ技術を用いて、セルアレイ領域パターンをフォトレ
ジスト112 に転写し、セルアレイ領域上はフォトレジス
トで覆い、周辺トランジスタ領域上はフォトレジストを
開口する。
にO3 を入れた処理液を用いる処理(以後、HF/O3 処理
という)を行うことにより、O3 によりシリコン酸化膜
102、105 を酸化しつつ、希HF液によりシリコン酸化
膜102 、105 をエッチングしてその角部を丸める。
ッチングレートに差があり、前記ポリシリコン膜103 が
シリコン基板101 よりも多くエッチングされ、ポリシリ
コン膜103 の端部が素子領域端101 より内側になり、後
退処理(いわゆるプルバック処理)が行われる。
のシリコン基板101 の素子領域端からポリシリコン膜10
3 の端部までの距離が、さらに後述するように実施され
る周辺トランジスタ領域でのゲート絶縁膜ウエットエッ
チング工程における酸化膜のエッチング量以上になるよ
うにHF/O3 処理を行う。
記第1のポリシリコン膜103 の側面を後退させる処理
は、後で実施される前記酸化工程で前記第1のポリシリ
コン膜103 の側面に形成される酸化膜と第1のポリシリ
コン膜103 との界面および前記シリコン基板101 の素子
分離用溝の側面に形成される酸化膜とシリコン基板101
の素子分離用溝の側面との界面の位置の差が、さらに後
で実施される前記ゲート絶縁膜除去工程における前記酸
化膜のエッチング量以上になるように行う。
る。
ングによりシリコン窒化膜104 をエッチングするが、こ
の際、熱リン酸処理を用いると、シリコン窒化膜104 の
エッチング速度が速くて制御が難しいので、希HF液に
グリセロール(Glycerol)を入れた処理液を用いたウエ
ットエッチング(以後、HF/Glycerol 処理という)を行
う。この際、シリコン窒化膜104 のエッチング量は、前
記HF/O3 処理によってエッチングされた第1のポリシリ
コン膜103 に後で実施される酸化工程で形成される端部
の位置より内側にシリコン窒化膜104 の端部が位置する
程度にする。これにより、シリコン窒化膜104 はシリコ
ン基板101 の素子領域端から後退する。
ン基板101 の素子領域端から後退させない場合は、後で
実施される工程で素子分離用の絶縁膜を形成する際に、
シリコン窒化膜104 が第1のポリシリコン膜103 に対し
てひさし状になり、素子分離絶縁膜の被覆性からシリコ
ン窒化膜104 のひさしの下の第1のポリシリコン膜103
の側面に素子分離絶縁膜が十分に形成されないといった
問題が生じる。
素濃度が10% の雰囲気で酸化を行うことにより、図5に
示すように、前記シリコン基板101 の溝の表面を酸化し
て第2のシリコン酸化膜106 を形成する。この時、周辺
トランジスタ領域においては、シリコン基板101 の素子
領域端部とその上の第1のポリシリコン膜103 との間の
部分は、酸化剤が供給されて酸化が進行するので、いわ
ゆるバーズビーク(birds beak)が形成されると共に素子
領域端部が丸みを持つ形状となる。
形成された第2のシリコン酸化膜106 は、シリコン基板
101 の素子領域端よりも内側にあり、その素子領域端か
らの距離は前記HF/O3 処理によって最適化されている。
縁膜(酸化膜)107 、例えばLP-TEOS(Low Pressure Tet
ra-Ethyl-Oxide- Silicon または Low Pressure Tetrae
thylorthosilicate)をCVD法より形成する。
cal Polish;CMP) により前記絶縁膜107 を研磨して
平坦化を行い、素子領域上にあるシリコン窒化膜104 間
で前記絶縁膜107 の研磨が終了するように研磨を行う。
次に、熱リン酸により前記シリコン窒化膜104 を剥離す
ることによって素子分離領域を形成する。
周辺トランジスタ領域パターンをフォトレジストに転写
し、周辺トランジスタ領域上はフォトレジストで覆い、
セルアレイ領域上はフォトレジストを開口する。
等を用いたウエットエッチング)を行い、セルアレイ領
域の第1のポリシリコン膜103 上にあるひさし状の素子
分離用の絶縁膜107 を除去した後、前記フォトレジスト
を剥離する。
107 を除去することなく、次の工程で後述するような第
2のポリシリコン膜108 を積み増した場合には、最終的
にセルアレイ領域のゲートを形成する際にひさし状の絶
縁膜107 がマスク材として残り、ひさし状の絶縁膜107
の下の第1のポリシリコン膜103 が残り、結果として浮
遊ゲートのメモリセル間での短絡するという問題が生じ
ることは前述した。
遊ゲートとの間との十分な容量カップリングを確保する
ために、浮遊ゲート用の第1のポリシリコン膜103 の上
面に第2の不純物としてリンが導入された第2のポリシ
リコン膜108 を直接接続するように形成するとともに、
この第2のポリシリコン膜108 を素子分離領域上に張り
出させる。
をセルトランジスタ毎に分離するため、フォトリソグラ
フィ技術を用いて素子分離絶縁膜上のフォトレジストに
スリット領域パターンを転写し、このパターンをマスク
としてRIEによる異方性エッチングを行う。これによ
り、素子分離絶縁膜上でセルアレイ領域のポリシリコン
膜108 にスリットを形成してセルトランジスタ毎に分離
した後、前記フォトレジストを剥離する。
シリコン酸化膜が積層された積層膜(第2の積層膜)か
らなるONO膜109 を基板面上に形成する。
フィ技術を用いて、セルアレイ領域上はフォトレジスト
113 で覆い、周辺トランジスタ領域上はフォトレジスト
を開口する。そして、RIEにより異方性エッチングを
行うことにより周辺トランジスタ領域のONO膜109 を
剥離し、さらに、化学ドライエッチング(Chemical Dry
Etching;CDE)を行うことにより周辺トランジスタ
領域のポリシリコン膜108,103 を剥離する。
ングを行うことにより周辺トランジスタ領域のゲート絶
縁膜102 を剥離する。この際、素子分離用の絶縁膜(酸
化膜)106,107 も一部エッチングされるが、このウエッ
トエッチング工程による酸化膜106,107 のエッチング量
程度を見込んで、前述したように予め絶縁膜106,107が
素子領域端から内側に存在するように形成している。し
たがって、絶縁膜106,107 は、素子領域端まで後退する
だけであり、シリコン基板端で落ち込むといった問題を
回避できる。
後に、図8に示すように、周辺回路トランジスタのゲー
ト酸化膜110 を形成する。この場合、前記したように周
辺トランジスタ領域のゲート絶縁膜102 をエッチングす
る際に絶縁膜106,107 がシリコン基板端で落ち込むとい
った問題を回避しているので、ゲート酸化膜110 が素子
分離端部で落ち込むことはない。
ジスト113 を剥離した後、周辺トランジスタ領域のトラ
ンジスタのゲート電極およびセルアレイ領域の制御ゲー
トを形成するために、不純物としてリンが導入された第
3のポリシリコン膜111 を全面に形成する。
セルアレイ領域のゲートパターンをフォトレジストに転
写し、RIEによる異方性エッチングを行うことによ
り、前記ポリシリコン膜111 、ONO膜109 、ポリシリ
コン膜108,103 にゲートパターンを転写する。これによ
り、セルトランジスタの制御ゲート用のポリシリコン膜
111 と、浮遊ゲート用のポリシリコン膜108,103 が二層
に積層されたゲート電極が形成されることになる。
新たにフォトリソグラフィ技術を用いて、周辺トランジ
スタ領域のゲートパターンをフォトレジストに転写し、
RIEによる異方性エッチングを行うことにより、前記
ポリシリコン膜111 に周辺回路トランジスタのゲートパ
ターンを転写する。これにより、図9に示すように、周
辺回路トランジスタのゲート電極111 が形成されること
になる。
タ領域のゲート絶縁膜102 をエッチングする際に絶縁膜
106,107 がシリコン基板端で落ち込むといった問題を回
避しているので、周辺回路トランジスタのゲート電極11
1 の素子分離端部が落ち込むことはなく、周辺回路トラ
ンジスタのゲート電極111 の素子分離端部はゲート電極
中央部と水平に位置している。この後、前記フォトレジ
スト113 を剥離する。
タ領域のトランジスタのソース・ドレイン(図示せず)
の拡散層となる不純物をシリコン基板101 選択的に導入
し、さらに、層間絶縁膜(図示せず)としてボロン・リ
ン・シリケートガラス(Boron doped Phospho-Silicate
Glass;BPSG)膜またはリン・シリケートガラス
(Phospho-Silicate Glass;PSG)膜を被覆する。そ
して、フォトリソグラフィ技術を用いて、電極取り出し
用のコンタクトホールのパターンをフォトレジストに転
写し、RIEによる異方性エッチングを行うことによ
り、前記層間絶縁膜にコンタクトホール(図示せず)を
開口する。この後、前記フォトレジストを剥離する。
ルミ)配線膜(図示せず)を全面に堆積させた後、フォ
トリソグラフィ技術を用いて配線パターンをフォトレジ
ストに転写し、RIEによる異方性エッチングを行って
Al配線を形成した後、前記フォトレジストを剥離す
る。
ず)として、PSG膜を堆積し、さらにプラズマCVD
(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ;PE
−CVD)によりシリコン窒化膜を堆積する。そして、
フォトリソグラフィ技術を用いて、ボンディング用パッ
ドのパターンをフォトレジストに転写し、ボンディング
用パッド(図示せず)上の前記保護膜をエッチングによ
り除去した後、前記フォトレジストを剥離し、ウエハと
して完成する。
ジスタ工程で形成されたゲート絶縁膜(トンネル酸化
膜)102 を周辺トランジスタ領域のゲート酸化膜110 の
形成前にウエットエッチングする際、素子分離用の絶縁
膜(酸化膜)106,107 も一部がウエットエッチングされ
る。しかし、この絶縁膜(酸化膜)106,107 は、そのウ
エットエッチング量程度に見合うだけ素子領域端から内
側に入り込むように予め形成されているので、素子領域
端まで後退するだけであり、シリコン基板端の一部が落
ち込むといった問題を回避できる。
周辺回路トランジスタのゲート電極は、素子分離端部で
落ち込むことが防止され、周辺回路トランジスタのチャ
ネルの素子分離端部で電界が集中して閾値電圧が低下す
るという問題を回避でき、ひいては、周辺回路トランジ
スタのリーク電流が抑制され、周辺回路トランジスタの
サブスレショールド電流特性が改善されるので、製品の
消費電力を下げ、収率を上げることが可能となる。
トランジスタの浮遊ゲートを第1の多結晶シリコン膜10
3 及びその上の第2の多結晶シリコン膜108 で形成する
際に、第1の多結晶シリコン膜103 の酸化工程が加わっ
たとしても、異方性エッチングによるスタックト・ゲー
トの加工時に、第1の多結晶シリコン膜103 のエッチン
グ残りの発生を防止でき、メモリセル間での浮遊ゲート
の短絡を防止することが可能になった。
の加工時に第1の多結晶シリコン膜103 のエッチング残
りを防止する点について、本願出願人は、特願平11-121
688号「不揮発性半導体記憶装置の製造方法」により具
体例を提案している。
は、前記実施例のフラッシュEEPROMに限らず、メ
モリセルトランジスタが複数個形成され、前記メモリセ
ルトランジスタの素子領域が埋め込み素子分離領域によ
り絶縁分離されたセルアレイ領域と、メモリセルアレイ
の周辺回路トランジスタが複数個形成され、前記周辺回
路トランジスタの素子領域が埋め込み素子分離領域によ
り絶縁分離された周辺トランジスタ領域とを具備する不
揮発性半導体記憶装置に適用可能である。
路トランジスタのゲート電極の素子分離端部がゲート電
極中央部と水平に位置していることを特徴とするもので
ある。また、メモリセルトランジスタのゲート電極部の
素子分離端部もそのゲート電極中央部と水平に位置して
いる。
製造方法は、前記実施例のフラッシュEEPROMに限
らず、ゲート絶縁膜の一部を素子分離形成工程の前に形
成し、ゲート絶縁膜の残りを素子分離形成工程の後に形
成する不揮発性半導体記憶装置の製造に際して適用可能
である。
記憶装置およびその製造方法によれば、素子分離膜形成
後に形成される周辺回路トランジスタのゲート電極部の
素子分離エッジ部でゲート電極が落ち込む問題を回避す
ることにより、周辺回路トランジスタのゲート電圧が低
い領域のリーク電流および消費電流を抑制でき、サブス
レショールド電流特性がゲート電圧に対して連続的にな
り、ゲート電圧が低い領域でのトランジスタの動作が安
定になり、製品の収率を向上させることが可能になる。
EPROMの製造方法におけるメモリセル部の製造工程
を示す断面図。
図。
図。
図。
図。
図。
図。
図。
スタのゲート電極を示す断面図。
EEPROMのメモリセル部の製造工程の一部を示す断
面図。
断面図。
断面図。
断面図。
程を示す断面図。
面図。
て示す断面図。
程を示す断面図。
を示す断面図。
面図。
図。
ンジスタのゲート電極。
Claims (9)
- 【請求項1】 メモリセルトランジスタが複数個形成さ
れ、前記メモリセルトランジスタの素子領域が埋め込み
素子分離領域により絶縁分離されたセルアレイ領域と、 メモリセルアレイの周辺回路トランジスタが複数個形成
され、前記周辺回路トランジスタの素子領域が埋め込み
素子分離領域により絶縁分離された周辺トランジスタ領
域とを具備し、 前記周辺回路トランジスタのゲート電極の素子分離端部
は、ゲート電極中央部と水平に位置していることを特徴
とする不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項2】 シリコン半導体基板上に第1のゲート絶
縁膜を形成する工程と、 前記第1のゲート絶縁膜上に第1のポリシリコン膜を形
成する工程と、 前記第1のポリシリコン膜上に第1のシリコン窒化膜及
び第1のシリコン酸化膜が積層された第1の積層膜を形
成する工程と、 前記第1の積層膜、第1のポリシリコン膜、第1のゲー
ト絶縁膜及びシリコン半導体基板を選択的に順次除去す
ることにより、シリコン半導体基板に素子分離用溝を形
成し、シリコン半導体基板に複数の素子領域を形成する
工程と、 全面に第1のフォトレジストを塗布し、前記シリコン半
導体基板のセルアレイ領域上を第1のフォトレジストで
覆ったまま、前記シリコン半導体基板の周辺トランジス
タ領域上の第1のフォトレジストを開口する第1のフォ
トリソグラフィ工程と、 等方性エッチングにより前記周辺回路トランジスタ領域
のみ処理し、前記第1のポリシリコン膜の側面を前記シ
リコン半導体基板の素子分離用溝の側面よりも所定量だ
け内側に後退させる第1の後退処理工程と、 前記第1のフォトレジストを剥離する工程と、 等方性エッチングにより全面を処理し、前記第1のシリ
コン窒化膜の側面を前記シリコン半導体基板の素子分離
用溝の側面よりも所定量だけ内側に後退させる第2の後
退処理工程と、 酸化を行うことにより、前記素子領域の角部を丸めると
ともに前記シリコン半導体基板の素子分離用溝の側面及
び第1のポリシリコン膜の側面を酸化する酸化工程と、 前記素子分離用溝の内部に素子分離用絶縁膜を埋め込む
工程と、 全面に第2のフォトレジストを塗布し、前記周辺回路ト
ランジスタ領域を第2のフォトレジストで覆ったまま、
前記セルアレイ領域上の第2のフォトレジストを開口す
る第2のフォトリソグラフィ工程と、 等方性エッチングにより前記セルアレイ領域のみ処理す
る工程と、 前記第2のフォトレジストを剥離する工程と、 前記第1のポリシリコン膜上に連なる第2のポリシリコ
ン膜を形成する工程と、 前記第2のポリシリコン膜上に第2のシリコン酸化膜と
第2のシリコン窒化膜と第3のシリコン酸化膜が積層さ
れた第2の積層膜を形成する工程と、 全面に第3のフォトレジストを塗布し、前記セルアレイ
領域上を第3のフォトレジストで覆ったまま、前記周辺
回路トランジスタ領域上の第3のフォトレジストを開口
する第3のフォトリソグラフィ工程と、 異方性エッチングにより前記周辺回路トランジスタ領域
の前記第2の積層膜を選択的に除去する工程と、 等方性エッチングにより前記周辺回路トランジスタ領域
の前記第2のポリシリコン膜および前記第2のポリシリ
コン膜に連なる第1のポリシリコン膜を選択的に除去す
る工程と、 等方性エッチングにより前記周辺回路トランジスタ領域
の前記第1のゲート絶縁膜を選択的に除去するゲート絶
縁膜除去工程と、 前記第3のフォトレジストを剥離する工程と、 前記周辺回路トランジスタ領域に第2のゲート絶縁膜を
形成する工程と、 前記セルアレイ領域の第2の積層膜上及び前記周辺回路
トランジスタ領域の第2のゲート絶縁膜上に第3のポリ
シリコン膜を形成する工程とを具備することを特徴とす
る不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 - 【請求項3】 前記第1の後退処理工程は、ウエットエ
ッチングにより行うことを特徴とする請求項2記載の不
揮発性半導体記憶装置の製造方法。 - 【請求項4】 前記第2の後退処理工程は、ウエットエ
ッチングにより行うことを特徴とする請求項2または3
記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 - 【請求項5】 前記第1の後退処理工程において前記第
1のポリシリコン膜の側面を後退させる処理は、 後で実施される前記酸化工程で前記第1のポリシリコン
膜の側面に形成される酸化膜と第1のポリシリコン膜と
の界面および前記シリコン半導体基板の素子分離用溝の
側面に形成される酸化膜とシリコン半導体基板の素子分
離用溝の側面の界面の位置の差が、さらに後で実施され
る前記ゲート絶縁膜除去工程における前記酸化膜のエッ
チング量以上になるように行うことを特徴とする請求項
2記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 - 【請求項6】 前記第2の後退処理工程において前記第
1のシリコン窒化膜の側面を後退させる位置は、 後で実施される前記酸化工程で前記第1のポリシリコン
膜の側面に形成される酸化膜の位置と同等またはそれよ
り内側であることを特徴とする請求項2記載の不揮発性
半導体記憶装置の製造方法。 - 【請求項7】 前記等方性エッチングにより前記セルア
レイ領域のみ処理する工程は、ウエットエッチングによ
り行うことを特徴とする請求項2記載の不揮発性半導体
記憶装置の製造方法。 - 【請求項8】 前記等方性エッチングにより前記セルア
レイ領域のみ処理する工程は、前記セルアレイ領域内の
前記第1のポリシリコン膜上に形成されている素子分離
用絶縁膜を除去するまでエッチングすることを特徴とす
る請求項2記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 - 【請求項9】 前記第1の後退処理工程は、O3 を溶か
したHF溶液により行うことを特徴とする請求項2記載
の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
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