JP2003332469A - 不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法 - Google Patents
不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法Info
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Abstract
ことにより情報を記憶する不揮発性半導体記憶装置にお
いて、実効的なチャネル長が短くてもソース−ドレイン
間の耐圧を確保しうる不揮発性半導体記憶装置及びその
製造方法を提供する。 【解決手段】 表面に溝16が形成された半導体基板1
0と、溝16が形成された領域以外の半導体基板10の
表面部分に形成された不純物拡散領域24と、溝16の
底部の半導体基板10内に形成され、溝16よりも幅が
狭い不純物拡散領域26と、少なくとも溝16の内面に
沿って形成された絶縁層よりなる電荷蓄積層28と、不
純物拡散領域24と不純物拡散領域26との間の電荷蓄
積層28上に形成された導電層36とを有する。
Description
憶装置に係り、特に、絶縁層よりなる電荷蓄積層に電荷
を蓄積することにより情報を記憶する不揮発性半導体記
憶装置及びその製造方法に関する。
としては、フローティングゲートに電荷を蓄積すること
により情報を記憶する、EEPROMやフラッシュEE
PROMなどの半導体記憶装置が一般に知られている。
これら半導体記憶装置では、ワード線として機能するコ
ントロールゲートの他に、情報を記憶するフローティン
グゲートを必要とするため、メモリセルトランジスタを
構成するためには2層の導電層が必要とされる。
易な不揮発性半導体記憶装置として、絶縁膜を電荷蓄積
層に用いて単層ゲートによりメモリセルトランジスタを
構成する不揮発性半導体記憶装置が提案されている。
性半導体記憶装置について図62乃至図65を用いて説
明する。図62は従来の不揮発性半導体記憶装置を示す
概略断面図、図63は従来の不揮発性半導体記憶装置に
おける情報の書き込み方法を示す図、図64は従来の不
揮発性半導体記憶装置における情報の読み出し方法を示
す図、図65は従来の不揮発性半導体記憶装置における
情報の消去方法を示す図である。
層102及び104が形成されている。ビット線拡散層
102,104が形成されたシリコン基板100上に
は、ONO膜よりなる電荷蓄積層106が形成されてい
る。電荷蓄積層106上には、ワード線108が形成さ
れている。
置において、情報の書き込みは、電荷蓄積層106への
電荷の注入により行う。例えばチャネルホットエレクト
ロン注入やアバランシュホットエレクトロン注入により
電子を電荷蓄積層28中に注入すると、この電子は電荷
蓄積層106のシリコン窒化膜中或いはシリコン窒化膜
とシリコン酸化膜との界面にトラップされる(図6
3)。電荷蓄積層106に電荷がトラップされた状態
を、例えば情報が書き込まれた状態と定義することがで
きる。なお、ホットエレクトロン注入を用いた書き込み
では、一方のビット線拡散層104に例えば+5Vの電
圧を、ワード線108に例えば+10Vの電圧を、それ
ぞれ印加し、他方のビット線拡散層102及びシリコン
基板100の電圧を例えば0Vとする。
ト線拡散層102,104に所定の電圧を印加した際
に、ビット線拡散層102,104間に電流が流れるか
否かにより、書き込まれている情報を判断する。電荷蓄
積層106に電荷がトラップされていない場合、通常の
MOSトランジスタと同様に、ワード線108及びビッ
ト線拡散層102,104の一方に電圧を印加すること
により、ビット線拡散層102,104間のシリコン基
板100表面側にチャネルが形成され、電流が流れる
(データ”1”)(図64(a))。しかしながら、電
荷蓄積層106に電荷がトラップされていると、電荷の
トラップ領域近傍でチャネルが切断され、ビット線拡散
層102,104間に電流が流れなくなる(データ”
0”)(図64(b))。したがって、ビット線拡散層
102,104間に電流が流れるか否かを検査すること
により、書き込まれている情報を読み出すことができ
る。
るホール注入により、電荷蓄積層106にホールを注入
することにより行う。具体的には、ビット線拡散層10
2,104とワード線108との間に所定の電圧を印加
し、ビット線拡散層102,104から電荷蓄積層10
6にホールを注入することにより、電荷蓄積層106に
トラップされていた電子による負電荷をホールによる正
電荷によって打ち消す(図65)。例えば、ビット線拡
散層104に+7Vの電圧を、ワード線108に−7V
の電圧を、それぞれ印加することにより、ホールがビッ
ト線拡散層104から電荷蓄積層106に注入され、記
憶されている情報が消去することができる。
ルホットキャリア注入により情報の書き込みを行う上記
従来の不揮発性半導体記憶装置では、スケーリングが進
みビット線拡散層102−ビット線拡散層104間の間
隔が狭くなると、パンチスルーにより十分な耐圧を確保
することができなかった。このため、図62に示す構造
では、ビット線拡散層102とビット線拡散層104と
の間隔は0.1〜0.07μmが限界であるといわれて
おり、素子の更なる微細化を図ることが困難であった。
は、図66に示すように、シリコン基板100にトレン
チ110を設け、トレンチ110間のシリコン基板10
0の表面側に一方のビット線拡散層102を、トレンチ
110の底部に他方のビット線拡散層104を、それぞ
れ形成した不揮発性半導体記憶装置が開示されている。
この不揮発性半導体記憶装置ではトレンチ110の側壁
部分にチャネルを形成するため、平面的にチャネルを形
成する図62に示す不揮発性半導体記憶装置と比較して
高集積化が容易である。しかしながら、トレンチ110
を深くしてチャネル長を確保する場合、アスペクト比の
高いトレンチ110を形成する必要性が生じる。また、
アスペクト比の大きいトレンチ110では、トレンチ1
10内へのワード線108の埋め込みやパターニングが
困難である。このため、製造が困難になることが想定さ
れる。
層に電荷を蓄積することにより情報を記憶する不揮発性
半導体記憶装置において、実効的なチャネル長が短くて
もビット線拡散層(ソース−ドレイン)間の耐圧を確保
しうる不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法を提供
することにある。
形成された第1導電型の半導体基板と、前記溝が形成さ
れた領域以外の前記半導体基板の表面部分に形成された
第2導電型の第1の不純物拡散領域と、前記溝の底部の
前記半導体基板内に形成され、前記溝よりも幅が狭い前
記第2導電型の第2の不純物拡散領域と、少なくとも前
記溝の内面に沿って形成された絶縁層よりなる電荷蓄積
層と、前記第1の不純物拡散領域と前記第2の不純物拡
散領域との間の前記電荷蓄積層上に形成された導電層と
を有することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置によ
って達成される。
板に溝を形成する工程と、前記溝が形成された前記半導
体基板に第2導電型の不純物を導入し、前記溝が形成さ
れた領域以外の前記半導体基板の表面部分に第2導電型
の第1の不純物拡散領域を、前記溝の底部の前記半導体
基板内に前記溝よりも幅が狭い前記第2導電型の第2の
不純物拡散領域をそれぞれ独立して形成する工程と、少
なくとも前記溝の内面に沿うように絶縁層よりなる電荷
蓄積層を形成する工程と、前記第1の不純物拡散領域と
前記第2の不純物拡散領域との間の前記電荷蓄積層上に
導電層を形成する工程とを有することを特徴とする不揮
発性半導体記憶装置の製造方法によっても達成される。
施形態による不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法
について図1乃至図23を用いて説明する。
憶装置の構造を示す平面図、図2は本実施形態による不
揮発性半導体記憶装置の構造を示す概略断面図、図3は
本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の構造を示す
回路図、図4及び図5は本実施形態による不揮発性半導
体記憶装置について書き込み時の電界強度分布をTCA
Dによりシミュレートした結果を示す図、図6及び図7
は本実施形態による不揮発性半導体記憶装置について書
き込み時に衝突イオン化により発生したキャリアの分布
をTCADによりシミュレートした結果を示す図、図
8,図10,図12,図14,図16,図19及び図2
2は本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方
法を示す平面図、図9,図11,図13,図15,図1
7,図18,図20,図21及び図23は本実施形態に
よる不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す工程断面
図である。
体記憶装置の構造について図1乃至3を用いて説明す
る。なお、図2(a)は図1のA−A′線断面に沿った
概略断面図を、図2(b)は図1のB−B′線断面に沿
った概略断面図を、それぞれ示している。
6が形成されている。トレンチ16は、図1に示すよう
に、一方向に延在するストライプ状に形成されている。
隣接するトレンチ16間の領域のシリコン基板10表面
には、ビット線拡散層24が形成されている。トレンチ
16の底には、角部から所定距離だけオフセットして設
けられたビット線拡散層26が形成されている。すなわ
ち、ビット線拡散層26の幅は、オフセット分だけトレ
ンチ16の幅よりも狭くなっている。
0の表面には、ONO膜よりなる電荷蓄積層28が形成
されている。電荷蓄積層28上には、トレンチ16の延
在方向と交差する方向に延在するワード線36が形成さ
れている。
4とビット線拡散層26との間には、図2(b)に示す
ように、この領域にチャネルが形成されるのを防止する
ためのチャネルカット拡散層40が形成されている。ま
た、ワード線36間の領域のトレンチ16の側壁部分に
は、側壁絶縁膜42が形成されている。
ト線拡散層24、26のいずれか一方をソース拡散層、
他方をドレイン拡散層とし、ワード線36をゲート電極
とする複数のメモリセルトランジスタが形成されてい
る。
置の回路図を描くと図3に示すようになる。すなわち、
複数のビット線BL及びワード線WLが互いに交差する
ように配され、ワード線WLにゲート電極Gが、ソース
電極S及びドレイン電極Dがビット線BLにそれぞれ接
続された複数のメモリセルトランジスタMCを有するN
OR型のメモリセルアレイが構成されている。
憶装置の動作について図1乃至図7を用いて説明する。
荷の注入により行う。例えばチャネルホットエレクトロ
ン注入やアバランシュホットエレクトロン注入により電
子を電荷蓄積層28中に注入すると、この電子は電荷蓄
積層28のシリコン窒化膜中或いはシリコン窒化膜とシ
リコン酸化膜との界面にトラップされる。電荷蓄積層2
8に電荷がトラップされた状態を、例えば情報が書き込
まれた状態と定義することができる。なお、ホットエレ
クトロン注入を用いた書き込みでは、一方のビット線拡
散層に例えば+5Vの電圧を、ワード線に例えば+10
Vの電圧を、それぞれ印加し、他方のビット線拡散層及
び基板(ウェル)の電圧を例えば0Vとする。
性半導体記憶装置について、書き込み状態における電界
強度分布をTCADによりシミュレートした結果を示し
ている。図4は基板表面側のビット線拡散層に電圧を印
加した場合、図5はトレンチ底側のビット線拡散層に電
圧を印加した場合である。各図において、(a)はメモ
リセル領域にウェルを形成しない場合を、(b)はメモ
リセル領域にウェルを形成した場合を、それぞれ示して
いる。
面側及びトレンチ底側に設け、トレンチ底側のビット線
拡散層をトレンチの角部からオフセットさせることによ
り、ビット線拡散層間の電界分布にワード線からの電界
を強く影響させることができる(図中、丸印を付した領
域)。すなわち、トレンチの角部において電界強度が高
くなり、ドレイン(基板表面側のビット線拡散層)から
の空乏層の延びを抑制することができる。この結果、ビ
ット線拡散層間のパンチスルーを抑制することができ
る。ビット線拡散層間のパンチスルーを抑制するうえ
で、トレンチ底側のビット線拡散層をトレンチの角部か
らオフセットさせることは極めて効果的である。
較すると、濃度差が大きい分ウェルを形成する場合の方
が電界強度が強くなるが、電界分布にはいずれも同様の
傾向が見られる。
性半導体記憶装置について、書き込み状態における衝突
イオン化により発生したキャリアの分布をTCADによ
りシミュレートした結果を示している。図6は基板表面
側のビット線拡散層に電圧を印加した場合、図7はトレ
ンチ底側のビット線拡散層に電圧を印加した場合であ
る。各図において、(a)はメモリセル領域にウェルを
形成しない場合を、(b)はメモリセル領域にウェルを
形成した場合を、それぞれ示している。
した場合、図6に示すように、衝突イオン化は、基板表
面側のビット線拡散層近傍のチャネル領域端部において
多く発生する(図中、丸印を付した領域)。すなわち、
この領域において書き込み効率が最も高くなる。ウェル
を形成する場合としない場合とを比較すると、ウェルを
形成した場合の方が衝突イオン化の発生率の高い領域が
狭くなっており、ウェルを形成した場合の方が分布を狭
くできるものと考えられる。
圧を印加した場合、図7に示すように、衝突イオン化
は、トレンチ底側のビット線拡散層近傍のチャネル領域
端部において多く発生する。すなわち、この領域におい
て書き込み効率が最も高くなる。ウェルを形成する場合
としない場合とを比較すると、ウェルを形成した場合の
方が衝突イオン化の発生率の高い領域が狭くなってお
り、ウェルを形成した場合の方が分布を狭くできるもの
と考えられる。
導体記憶装置によれば、ビット線拡散層間のパンチスル
ーを効果的に防止することができ、書き込みを効率よく
行うことができる。また、基板表面側のビット線拡散層
に電圧を印加した場合とトレンチ底側のビット線拡散層
に電圧を印加した場合とで、電荷蓄積層の異なる領域に
電荷を注入することができ、1つのトランジスタで構成
される1つのメモリセル毎に2ビットの情報を記憶する
ことができる。
線拡散層24,26に所定の電圧を印加した際に、ビッ
ト線拡散層24,26間に電流が流れるか否かにより、
書き込まれている情報を判断する。
ない場合、通常のMOSトランジスタと同様に、ワード
線36及びビット線拡散層24,26の一方に電圧を印
加することにより、ビット線拡散層24,26間のシリ
コン基板10表面側にチャネルが形成され、電流が流れ
る(データ”1”)。しかしながら、電荷蓄積層28に
電荷がトラップされていると、電荷のトラップ領域近傍
でチャネルが切断され、ビット線拡散層24,26間に
電流が流れなくなる(データ”0”)。したがって、ビ
ット線拡散層24,26間に電流が流れるか否かを検査
することにより、書き込まれている情報を読み出すこと
ができる。
るホール注入により、電荷蓄積層にホールを注入するこ
とにより行う。具体的には、電荷が蓄積されている側の
ビット線拡散層とワード線との間に所定の電圧を印加
し、ビット線拡散層から電荷蓄積層にホールを注入する
ことにより、電荷蓄積層にトラップされていた電子によ
る負電荷をホールによる正電荷によって打ち消す。例え
ば、ビット線拡散層に+7Vの電圧を、ワード線に−7
Vの電圧を、それぞれ印加することにより、ホールがビ
ット線拡散層から電荷蓄積層に注入され、記憶されてい
る情報が消去される。
電圧を印加することにより、ビット線拡散層24側の電
荷蓄積層に蓄えられていた情報及びビット線拡散層26
側の電荷蓄積層に蓄えられていた情報を一括消去するよ
うにしてもよい。また、消去には、アバランシュホット
ホール注入やFNトンネリングによる消去法を用いるこ
ともできる。
憶装置の製造方法について図8乃至図23を用いて説明
する。
ば900〜950℃の熱酸化により、膜厚10〜20n
mのシリコン酸化膜12を形成する。
VD法により、例えば膜厚100〜150nmのシリコ
ン窒化膜14を堆積する。
エッチングにより、シリコン窒化膜14、シリコン酸化
膜12及びシリコン基板10をエッチングし、シリコン
窒化膜14及びシリコン酸化膜12をパターニングする
とともに、シリコン基板10内に深さが例えば50〜3
00nm程度のトレンチ16を形成する(図9(a),
(b))。トレンチ16は、図8に示すように、紙面縦
方向に伸びるストライプ状に形成する。
は、例えばHBr/Cl2/CF4/O2の混合ガスを用
い、エッチングの完了前にHBrとCl2の流量を下げ
てO2流量を上げるようにすることが望ましい。このよ
うにすることで、トレンチ16底の角部に丸みを付ける
ことができ、角部における電界集中を緩和することがで
きる。
離のためのトレンチ(図示せず)と同時に形成するよう
にしてもよい。周辺回路のトレンチとトレンチ16との
深さを変えるときには、例えばアスペクトの差を利用す
ることができる。リソグラフィー及び異方性エッチング
を繰り返し行い、トレンチ16と、周辺回路のトレンチ
とを別々に形成するようにしてもよい。但し、トレンチ
16を先に形成する場合には素子分離用のトレンチを埋
め込むための絶縁膜がトレンチ16内にも堆積されるた
め、この絶縁膜を除去する必要がある。
成し、その中にトレンチ16等を形成するようにしても
よい。Pウェルを形成することにより、トレンチ底部の
N+拡散層とのジャンクションプロファイルを適正化す
ることができる。Pウェルは、例えば、加速エネルギー
70〜150keV、ドーズ量1×1013〜3×10 13
cm-2としてボロンイオンをイオン注入することにより
形成することができる。
により、トレンチ16内に、例えば膜厚5〜20nmの
シリコン酸化膜18を形成する。
ウェットエッチングにより、シリコン窒化膜14を除去
する。
えば膜厚50〜150nmのシリコン窒化膜を堆積し、
異方性エッチングによりこのシリコン窒化膜をエッチバ
ックし、トレンチ16の側壁部分にシリコン窒化膜より
なる側壁絶縁膜20を形成する(図10、図11
(a),(b))。
化膜12を除去した後に、シリコン酸化膜18を形成す
るようにしてもよい。このようにすることで、トレンチ
16底部のシリコン酸化膜の厚さと、シリコン基板10
の表面上のシリコン酸化膜の厚さとを等しくすることが
できる。
モリセル領域を露出するフォトレジスト膜22を形成す
る。
して、例えば砒素イオン(As+)を、加速エネルギー
を30〜80keV、基板法線方向に対する傾斜角(チ
ルト角)を0度、ドーズ量を1×1015〜3×1015c
m-2としてイオン注入し、隣接するトレンチ16間の領
域のシリコン基板10の表面にビット線拡散層24を、
トレンチ16の底部に角部から側壁絶縁膜20の厚さ分
だけオフセットされたビット線拡散層26を、それぞれ
形成する(図12、図13(a),(b))。
ウェットエッチングにより、シリコン窒化膜よりなる側
壁絶縁膜20を除去する。
トエッチングにより、シリコン酸化膜18を除去する。
化法或いは700〜800℃のCVD法により、膜厚3
〜10nmのシリコン酸化膜を、例えば600〜800
℃のCVD法により、膜厚8〜16nmのシリコン窒化
膜を、例えば900〜1100℃のウェット酸化法によ
り、シリコン窒化膜上に膜厚4〜10nmのシリコン酸
化膜を、順次形成する。こうして、ONO(SiO−S
iN−SiO)膜構造の電荷蓄積層28を形成する(図
14、図15(a),(b))。
し、最上層のシリコン酸化膜をCVD法により形成する
ようにしてもよい。
モリセル領域を覆うフォトレジスト膜(図示せず)を形
成した後、このフォトレジスト膜をマスクとして電荷蓄
積層28をエッチングする。これにより、周辺回路領域
の電荷蓄積層28を除去する。
化により、膜厚5〜15nmのシリコン酸化膜を形成す
る。こうして、周辺回路トランジスタのゲート絶縁膜3
0を形成する(図18(c)参照)。
例えばリンが2×1020〜3×10 21cm-3の濃度でド
ープされた、例えば膜厚100〜20nmのアモルファ
スシリコン膜32と、例えば膜厚100〜180nmの
タングステンシリサイド膜34とを堆積する。
エッチングにより、タングステンシリサイド膜34及び
アモルファスシリコン膜32をパターニングし、アモル
ファスシリコン膜32とタングステンシリサイド膜34
との積層膜よりなるワード線36及び周辺回路トランジ
スタのゲート電極38を形成する(図16、図17
(c)、図18(a)〜(c))。
ツイスト角をビット線拡散層24,26の延在する方向
に対して135℃及び315℃又は45度及び225度
の2方向とし、加速エネルギーを20〜40keV、チ
ルト角を15〜30度、ドーズ量を1方向につき5×1
012〜1×1013cm-2としてイオン注入を行う。
とによりボロンイオンはトレンチ16の両側壁部分にイ
オン注入され、ワード線36間の領域のビット線拡散層
24とビット線拡散層26との間には、この領域にチャ
ネルが形成されるのを防止するためのチャネルカット拡
散層40が形成される(図16、図17(a),
(b))。
うフォトレジスト膜を形成した後、ゲート電極38をマ
スクとして例えば砒素イオンをイオン注入し、ゲート電
極38の両側のシリコン基板10内に、LDD構造の低
濃度不純物領域或いはエクステンションS/D構造のエ
クステンション領域となる不純物拡散領域44を形成す
る。
えば膜厚50〜150nmのシリコン窒化膜を堆積し、
異方性エッチングによりこのシリコン窒化膜をエッチバ
ックし、トレンチ16、ワード線36及びゲート電極3
8の側壁部分にシリコン窒化膜よりなる側壁絶縁膜42
を形成する(図19、図20(a),(b)、図21
(a),(b))。
スト膜を形成した後、ゲート電極38及び側壁絶縁膜4
2をマスクとして例えば砒素イオンをイオン注入し、ゲ
ート電極38の両側のシリコン基板10内に、不純物拡
散領域46を形成する。こうして、不純物拡散領域4
4,46よりなるソース/ドレイン拡散層48を形成す
る(図21(c))。
例えば膜厚500〜1000nmのシリコン酸化膜を堆
積し、その表面を例えばCMP法により研磨し、シリコ
ン酸化膜よりなる層間絶縁膜50を形成する。
ングにより、層間絶縁膜50に、ビット線拡散層24に
達するコンタクトホール52と、ビット線拡散層26に
達するコンタクトホール54と、ソース/ドレイン拡散
層48に達するコンタクトホール56とを形成する。こ
の際、側壁絶縁膜42に自己整合してコンタクトホール
54,56を開口することができる。
により、膜厚10nmのチタン膜と、膜厚20nmの窒
化チタン膜と、膜厚300nmのタングステン膜とを順
次堆積し、CMP法或いはエッチバック法により層間絶
縁膜50の表面が露出するまでこれら膜を除去し、コン
タクトホール52,54,56内に選択的に残存させ
る。こうして、コンタクトホール52内に埋め込まれた
プラグ58と、コンタクトホール54内に埋め込まれた
プラグ60と、コンタクトホール56内に埋め込まれた
プラグ62とを形成する。
体記憶装置を製造することができる。
チ底側のビット線拡散層をトレンチの角部からオフセッ
トして形成するので、ビット線拡散層間のパンチスルー
を効果的に防止することができ、書き込みを効率よく行
うことができる。
よる不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法について
図24乃至図27を用いて説明する。なお、図1乃至図
23に示す第1実施形態による不揮発性半導体記憶装置
及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付
し説明を省略し或いは簡略にする。
記憶装置の構造を示す概略断面図、図25乃至図27は
本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方法を
示す工程断面図である。
体記憶装置の構造について図24を用いて説明する。な
お、図24(a)は図1のA−A′線断面に相当する領
域の概略断面図を、図24(b)は図1のB−B′線断
面に相当する領域の断面図を、それぞれ示している。
は、図24に示すように、基本的な構成は図1乃至図3
に示す第1実施形態による不揮発性半導体記憶装置と同
様である。本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の
主たる特徴は、ビット線拡散層24,26を囲うように
設けられたP型の不純物拡散層64を更に有することに
特徴がある。このようにしてビット線拡散層24とビッ
ト線拡散層26との間にP型の不純物拡散層64を設け
ることにより、ビット線拡散層24−ビット線拡散層2
6間での空乏層の延びを更に抑制することができ、パン
チスルー耐性を更に高めることができる。
憶装置の製造方法について図25乃至図27を用いて説
明する。なお、図25乃至図27において、各図(a)
は図19のA−A′線断面に相当する領域の断面図を、
各図(b)は図19のB−B′線断面に相当する領域の
断面図を、図27(c)は図19のC−C′線断面に相
当する領域の断面図を、それぞれ表している。
に示す第1実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製
造方法と同様にして、シリコン基板10に、トレンチ1
6を形成する。
により、トレンチ16内に、例えば膜厚5〜20nmの
シリコン酸化膜18を形成する。
辺回路領域を覆いメモリセル領域を露出するフォトレジ
スト膜(図示せず)を形成する。
て、例えばボロンイオンを、加速エネルギーを20〜4
0keV、チルト角を0度、ドーズ量を1×1013〜5
×10 13cm-2としてイオン注入し、トレンチ16間の
領域のシリコン基板10の表面及びトレンチ16の底部
のシリコン基板に、不純物拡散層64を形成する(図2
5(a)、図25(b))。なお、このようにして形成
した不純物拡散層64は、その幅がトレンチ16の幅と
実質的にほぼ等しいと考えることができる。
1実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方法と
同様にして、トレンチ16の側壁部分にシリコン窒化膜
よりなる側壁絶縁膜20及びメモリセル領域を露出する
フォトレジスト膜22を形成した後、側壁絶縁膜20及
びフォトレジスト膜22をマスクとして砒素イオンをイ
オン注入し、隣接するトレンチ16間の領域のシリコン
基板10の表面にビット線拡散層24を、トレンチ16
の底部に角部から側壁絶縁膜20の厚さ分だけオフセッ
トされたビット線拡散層26を、それぞれ形成する(図
26(a),(b))。
1実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方法と
同様にして、電荷蓄積層28及びワード線36を形成し
た後、ビット線拡散層24,26の延在する方向に対し
て135℃及び315℃又は45度及び225度の2方
向のツイスト角でボロンイオンをイオン注入し、ワード
線36間の領域のビット線拡散層24とビット線拡散層
26との間にチャネルカット拡散層40を形成する(図
27(a)〜(c))。
1実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方法と
同様にして、側壁絶縁膜42、層間絶縁膜50、プラグ
58,62等を形成する。
体記憶装置を製造することができる。
チ底側のビット線拡散層をトレンチの角部からオフセッ
トして形成するので、ビット線拡散層間のパンチスルー
を効果的に防止することができ、書き込みを効率よく行
うことができる。また、ビット線拡散層を囲うようにビ
ット線拡散層と反対導電型の不純物拡散領域を設けるの
で、ビット線拡散層間の空乏層の延びが更に抑制され、
パンチスルー耐性を更に高めることができる。
よる不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法について
図28乃至図32を用いて説明する。なお、図1乃至図
27に示す第1及び第2実施形態による不揮発性半導体
記憶装置及びその製造方法と同様の構成要素には同一の
符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
記憶装置の構造を示す概略断面図、図29乃至図32は
本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方法を
示す工程断面図である。
体記憶装置の構造について図28を用いて説明する。な
お、図28(a)は図1のA−A′線断面に相当する領
域の断面図を、図28(b)は図1のB−B′線断面に
相当する領域の断面図を、それぞれ示している。
は、図28に示すように、基本的な構成は図1乃至図3
に示す第1実施形態による不揮発性半導体記憶装置と同
様である。本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の
主たる特徴は、トレンチ16の側壁部分が階段状に形成
されていることに主たる特徴がある。
置では、トレンチ16底側のビット線拡散層26をトレ
ンチ16の角部からオフセットさせることにより、ビッ
ト線拡散層26,28間のパンチスルーを抑制してい
る。これに対し、本実施形態による不揮発性半導体記憶
装置では、トレンチ16底側のビット線拡散層26をト
レンチ16の角部からオフセットして設ける代わりに、
トレンチ16の側壁部分を階段状に形成している。トレ
ンチ16の側壁部分を階段状に形成する場合において
も、トレンチ16の幅の広い領域から見れば、ビット線
拡散層26の端部はトレンチ16の角部からオフセット
されていると考えることができる。したがって、トレン
チ16の側壁部分を階段状に形成することによっても、
トレンチ底側のビット線拡散層をトレンチの角部からオ
フセットさせる場合と同様に、ビット線拡散層間のパン
チスルーを抑制するうえで極めて効果的である。
形成するとともに、トレンチ底側のビット線拡散層をト
レンチの角部からオフセットするようにしてもよい。
憶装置の製造方法について図29乃至図32を用いて説
明する。なお、図29乃至図32において、図29
(a)〜(d),図30(a),図31(a)及び図3
2(a)は図19のA−A′線断面に相当する領域の断
面図を、図30(b),図31(b)は図19のC−
C′線断面に相当する領域の断面図を、図32(b)は
図22のF−F′線断面に相当する領域の断面図を、そ
れぞれ表している。
ば900〜950℃の熱酸化により、膜厚10〜20n
mのシリコン酸化膜12を形成する。
VD法により、例えば膜厚30〜100nmのシリコン
窒化膜14を堆積する。
エッチングにより、シリコン窒化膜14、シリコン酸化
膜12及びシリコン基板10をエッチングし、シリコン
窒化膜14及びシリコン酸化膜12をパターニングする
とともに、シリコン基板10内に深さが25〜150n
mのトレンチ66を形成する(図29(a))。
えば膜厚50〜150nmのシリコン酸化膜を堆積し、
異方性エッチングによりこのシリコン酸化膜をエッチバ
ックし、トレンチ66の側壁部分にシリコン酸化膜より
なる側壁絶縁膜68を形成する。なお、側壁絶縁膜68
は、シリコン窒化膜により形成してもよい。
膜68をマスクとしてシリコン基板10を異方性エッチ
ングし、トレンチ66の底部に、深さが25〜150n
mのトレンチ16を形成する(図29(b))。この
際、トレンチ66の側壁部分には側壁絶縁膜68が形成
されているため、トレンチ16の幅はトレンチ66の幅
よりも側壁絶縁膜68の厚さ分だけ狭くなる。これによ
り、シリコン基板10に形成されるトレンチは側壁部分
が階段状となる。なお、便宜上、以下の説明では、側壁
部分が階段状に形成されたトレンチ(トレンチ66及び
トレンチ16)を、一括してトレンチ16と呼ぶことに
する。
により、トレンチ16内に、例えば膜厚5〜20nmの
シリコン酸化膜18を形成する。
ウェットエッチングにより、シリコン窒化膜14を除去
する。
モリセル領域を露出するフォトレジスト膜(図示せず)
を形成する。なお、このフォトレジスト膜は、図12及
び図13(b)のフォトレジスト膜22に相当する。
て、例えば砒素イオンを、加速エネルギーを30〜80
keV、チルト角を0度、ドーズ量を1×1015〜3×
1015cm-2としてイオン注入し、隣接するトレンチ1
6間の領域のシリコン基板10の表面にビット線拡散層
24を、トレンチ16の底部にビット線拡散層26を、
それぞれ形成する(図29(c))。なお、このように
して形成したビット線拡散層26は、その幅がトレンチ
16の底部の幅と実質的にほぼ等しいと考えることがで
きる。
トエッチングにより、シリコン酸化膜12,18、側壁
絶縁膜68を除去する。
る不揮発性半導体記憶装置の製造方法と同様にして、O
NO膜よりなる電荷蓄積層28を形成する(図29
(d))。
1実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方法と
同様にして、ワード線36を形成した後、ビット線拡散
層24,26の延在する方向に対して135℃及び31
5℃又は45度及び225度の2方向のツイスト角でボ
ロンイオンをイオン注入し、ワード線36間の領域のビ
ット線拡散層24とビット線拡散層26との間にチャネ
ルカット拡散層40を形成する(図30(a),
(b))。
1実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方法と
同様にして、トレンチ16の側壁部分に、シリコン窒化
膜よりなる側壁絶縁膜42を形成する(図31(a),
(b))。
1実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方法と
同様にして、層間絶縁膜50、プラグ58,62等を形
成する(図32(a),(b))。
体記憶装置を製造することができる。
チの側壁部分を階段状に形成し、トレンチ底側のビット
線拡散層をトレンチの角部からオフセットして形成する
ので、ビット線拡散層間のパンチスルーを効果的に防止
することができ、書き込みを効率よく行うことができ
る。また、ビット線拡散層を囲うようにビット線拡散層
と反対導電型の不純物拡散領域を設けるので、ビット線
拡散層間の空乏層の延びが更に抑制され、パンチスルー
耐性を更に高めることができる。
よる不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法について
図33乃至図38を用いて説明する。なお、図1乃至図
32に示す第1乃至第3実施形態による不揮発性半導体
記憶装置及びその製造方法と同様の構成要素には同一の
符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
記憶装置の構造を示す概略断面図、図34乃至図38は
本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方法を
示す工程断面図である。
体記憶装置の構造について図33を用いて説明する。な
お、図33(a)は図1のA−A′線断面に相当する領
域の断面図を、図33(b)は図1のB−B′線断面に
相当する領域の断面図を、それぞれ示している。
は、図33に示すように、基本的には図24に示す第2
実施形態による不揮発性半導体記憶装置の構造と同様で
ある。本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の主た
る特徴は、ワード線36が、電荷蓄積層28が形成され
たトレンチ16の側壁部分に形成されたアモルファスシ
リコン膜よりなる側壁導電膜70と、アモルファスシリ
コン膜32と、タングステンシリサイド膜34とにより
構成されていることに主たる特徴がある。このようにし
て不揮発性半導体記憶装置を構成することにより、ビッ
ト線拡散層26をトレンチ16の角部からオフセットさ
せる際に用いる側壁膜(側壁導電膜70)を除去する必
要がないので、製造工程を簡略にすることができる。
憶装置の製造方法について図34乃至図38を用いて説
明する。なお、図34乃至図38において、各図(a)
は図19のA−A′線断面に相当する領域の断面図を、
各図(b)は図19のB−B′線断面に相当する領域の
断面図を、図37(c)は図22のC−C′線断面に相
当する領域の断面図を、それぞれ表している。
に示す第1実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製
造方法と同様にして、シリコン基板10に、トレンチ1
6を形成する。
による不揮発性半導体記憶装置の製造方法と同様にし
て、シリコン酸化膜18と、不純物拡散層64とを形成
する(図34(a),(b))。
る不揮発性半導体記憶装置の製造方法と同様にして、O
NO膜よりなる電荷蓄積層28を形成する。なお、電荷
蓄積層28は、不純物拡散層64の形成前に形成しても
よい。
が2×1020〜3×1021cm-3の濃度でドープされた
膜厚50〜150nmのアモルファスシリコン膜を堆積
し、異方性エッチングによりこのアモルファスシリコン
膜をエッチバックし、電荷蓄積層28が形成されたトレ
ンチ16の側壁部分にアモルファスシリコン膜よりなる
側壁導電膜70を形成する(図35(a),(b))。
辺回路領域を覆いメモリセル領域を露出するフォトレジ
スト膜22を形成する。
して、例えば砒素イオンを、加速エネルギーを30〜8
0keV、チルト角を0度、ドーズ量を1×1015〜3
×1015cm-2としてイオン注入し、隣接するトレンチ
16間の領域のシリコン基板10の表面にビット線拡散
層24を、トレンチ16の底部に角部から側壁導電膜7
0の厚さ分だけオフセットされたビット線拡散層26
を、それぞれ形成する(図36(a),(b))。
1実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方法と
同様にして、ワード線36及びチャネルカット拡散層4
0を形成する。この際、アモルファスシリコン膜よりな
る側壁導電膜70は、アモルファスシリコン膜32及び
タングステンシリサイド膜34とともにワード線36の
一部を構成する(図37(a),(b))。
1実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方法と
同様にして、トレンチ16の側壁部分に、シリコン窒化
膜よりなる側壁絶縁膜42を形成する(図37(a),
(b))。
1実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方法と
同様にして、層間絶縁膜50、プラグ58,62等を形
成する。
体記憶装置を製造することができる。
チ底側のビット線拡散層をトレンチの角部からオフセッ
トして形成するので、ビット線拡散層間のパンチスルー
を効果的に防止することができ、書き込みを効率よく行
うことができる。また、ビット線拡散層を囲うようにビ
ット線拡散層と反対導電型の不純物拡散領域を設けるの
で、ビット線拡散層間の空乏層の延びが更に抑制され、
パンチスルー耐性を更に高めることができる。また、ビ
ット線拡散層を形成する際に用いる側壁膜をワード線の
一部に利用するので、製造工程を簡略にすることができ
る。
よる不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法について
図39乃至図57を用いて説明する。なお、図1乃至図
38に示す第1乃至第4実施形態による不揮発性半導体
記憶装置及びその製造方法と同様の構成要素には同一の
符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
記憶装置の構造を示す概略断面図、図40,42,4
4,46,48,50,53,56は本実施形態による
不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す平面図、図4
1,43,45,47,49,51,52,54,5
5,57は本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の
製造方法を示す工程断面図である。
体記憶装置の構造について図39を用いて説明する。な
お、図39(a)は図1のA−A′線断面に相当する領
域の断面図を、図39(b)は図1のB−B′線断面に
相当する領域の断面図を、それぞれ示している。
は、図39に示すように、基本的には図24に示す第2
実施形態による不揮発性半導体記憶装置の構造と同様で
ある。本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の主た
る特徴は、製造工程にサリサイドプロセスを用いたこと
にあり、ビット線拡散層24,26上に選択的にコバル
トシリサイド層72が形成されている点にある。また、
ワード線36は、アモルファスシリコン膜32とコバル
トシリサイド層72との積層膜よりなるポリサイド構造
を有している。サリサイドプロセスを適用することによ
り、ビット線拡散層24,26の抵抗が大幅に低減さ
れ、高速動作に貢献する。
憶装置の製造方法について図40乃至図57を用いて説
明する。
TI法により、トレンチ74に埋め込まれた素子分離膜
76を形成する(図40、図41)。例えば、900〜
950℃の熱酸化により膜厚10〜20nmのシリコン
酸化膜(図示せず)を形成し、CVD法により膜厚10
0〜150nmのシリコン窒化膜(図示せず)を形成す
る。次いで、フォトリソグラフィー及び異方性エッチン
グにより、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜及びシリコ
ン基板10をエッチングし、シリコン窒化膜及びシリコ
ン酸化膜をパターニングするとともに、シリコン基板1
0内に深さが例えば200〜400nm程度のトレンチ
74を形成する。次いで、例えばCVD法により膜厚5
00nmのシリコン酸化膜を堆積した後、シリコン窒化
膜の表面が露出するまでCMP法によりこのシリコン酸
化膜を平坦に除去し、トレンチ74内に埋め込まれた素
子分離膜76を形成する。
は、図40に示すように、少なくともメモリセル領域の
上端部及び下端部に帯状に形成する。これは、ビット線
拡散層24上にコバルトシリサイド層72を形成した際
に隣接するビット線拡散層24がコバルトシリサイド層
72によって短絡されることを防止するためである。素
子分離膜76は、周辺回路領域の素子分離膜(図示せ
ず)と同時に形成するようにしてもよい。
コン基板10上に、例えば900〜950℃の熱酸化に
より、膜厚10〜20nmのシリコン酸化膜12を形成
する。
VD法により、例えば膜厚100〜150nmのシリコ
ン窒化膜14を堆積する。
エッチングにより、シリコン窒化膜14及びシリコン酸
化膜12をパターニングする。この際、シリコン窒化膜
14及びシリコン酸化膜12は、図42に示すように、
上端部及び下端部が素子分離膜76上に位置するストラ
イプ状の開口部を有するようにパターニングする。
膜76をマスクとしてシリコン基板10を異方性エッチ
ングし、シリコン基板10内に深さが例えば50〜30
0nm程度のトレンチ16を形成する(図42、図43
(a),(b)) 次いで、例えば図25に示す第2実施形態による不揮発
性半導体記憶装置の製造方法と同様にして、トレンチ1
6間の領域のシリコン基板10の表面及びトレンチ16
の底部のシリコン基板10に、不純物拡散層64を形成
する。
1実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方法と
同様にして、シリコン基板10表面に形成されたシリコ
ン酸化膜18と、トレンチ16の側壁部分に形成された
シリコン窒化膜よりなる側壁絶縁膜20を形成する(図
44、図45(a),(b))。
モリセル領域を露出するフォトレジスト膜(図示せず)
を形成する。
て、例えば砒素イオンを、加速エネルギーを30〜80
keV、チルト角を0度、ドーズ量を1×1015〜3×
1015cm-2としてイオン注入し、隣接するトレンチ1
6間の領域のシリコン基板10の表面にビット線拡散層
24を、トレンチ16の底部に角部から側壁絶縁膜20
の厚さ分だけオフセットされたビット線拡散層26を、
それぞれ形成する(図46、図47(a),(b))。
1実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方法と
同様にして、側壁絶縁膜20及びシリコン酸化膜18を
除去した後、ONO膜よりなる電荷蓄積層28を形成す
る(図48、図49(a),(b))。
例えばリンが2×1020〜3×10 21cm-3の濃度でド
ープされた、例えば膜厚100〜20nmのアモルファ
スシリコン膜32と、例えば膜厚20〜30nmのシリ
コン酸化膜78とを堆積する。
エッチングにより、シリコン酸化膜78及びアモルファ
スシリコン膜32をパターニングし、アモルファスシリ
コン膜32よりなり上面がシリコン酸化膜78で覆われ
たワード線36及び周辺回路トランジスタのゲート電極
38を形成する(図50、図51(c)、図52(a)
〜(c))。
す第1実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方
法と同様にして、ビット線拡散層24,26の延在する
方向に対して135℃及び315℃又は45度及び22
5度の2方向のツイスト角でボロンイオンをイオン注入
し、ワード線36間の領域のビット線拡散層24とビッ
ト線拡散層26との間にチャネルカット拡散層40を形
成する(図51(a),(b))。
えば膜厚50〜150nmのシリコン窒化膜を堆積し、
異方性エッチングによりこのシリコン窒化膜をエッチバ
ックし、トレンチ16、ワード線36及びゲート電極3
8の側壁部分にシリコン窒化膜よりなる側壁絶縁膜42
を形成する。
ットエッチングにより、ワード線36上及びゲート電極
38上に形成されたシリコン酸化膜78、ビット線拡散
層24,26上、ソース/ドレイン拡散層48上に形成
されたシリコン酸化膜(図示せず)を除去する。
ト線拡散層24,26上、ワード線36上、ゲート電極
38上、ソース/ドレイン拡散層48上に、選択的にコ
バルトシリサイド膜72を形成する(図53〜図5
5)。例えば、まず、スパッタ法により、膜厚5〜10
nmのコバルト(Co)膜と、膜厚20〜50nmの窒
化チタン(TiN)膜とを堆積する。次いで、例えば4
50〜550℃の短時間アニール(RTA)を行い、下
地にシリコンが露出した領域でこのシリコンとコバルト
膜とを反応させ、この領域にコバルトシリサイド膜72
を形成する。次いで、窒化チタン膜及び未反応で残存す
るコバルト膜を除去する。こうして、ビット線拡散層2
4,26上、ワード線36上、ゲート電極38上、ソー
ス/ドレイン拡散層48上に、コバルトシリサイド膜7
2を選択的に残存させる。
38は、アモルファスシリコン膜32とコバルトシリサ
イド膜72との積層膜よりなるポリサイドゲート構造と
なる(図54(c)、図55(a)〜(c))。
1実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方法と
同様にして、層間絶縁膜50、プラグ58,62,64
等を形成する(図56,図57(a)〜(c))。
体記憶装置を製造することができる。
チ底側のビット線拡散層をトレンチの角部からオフセッ
トして形成するので、ビット線拡散層間のパンチスルー
を効果的に防止することができ、書き込みを効率よく行
うことができる。また、ビット線拡散層を囲うようにビ
ット線拡散層と反対導電型の不純物拡散領域を設けるの
で、ビット線拡散層間の空乏層の延びが更に抑制され、
パンチスルー耐性を更に高めることができる。また、サ
リサイドプロセスを用いてビット線拡散層上に選択的に
シリサイド層を形成するので、ビット線拡散層抵抗を大
幅に低減することができる。
よる不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法について
図58乃至図60を用いて説明する。なお、図1乃至図
57に示す第1乃至第5実施形態による不揮発性半導体
記憶装置及びその製造方法と同様の構成要素には同一の
符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
記憶装置の構造を示す概略断面図、図59及び図60は
本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方法を
示す工程断面図である。
体記憶装置の構造について図58を用いて説明する。な
お、図58(a)は図1のA−A′線断面に相当する領
域の断面図を、図58(b)は図1のB−B′線断面に
相当する領域の断面図を、それぞれ示している。
は、図58に示すように、基本的には図24に示す第2
実施形態による不揮発性半導体記憶装置の構造と同様で
ある。本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の主た
る特徴は、ビット線拡散層24,26上に自己整合的に
チタンシリサイド膜80が形成されていることにある。
このようにして不揮発性半導体記憶装置を構成すること
により、第5実施形態の場合と同様に、ビット線拡散層
24,26の抵抗が大幅に低減され、高速動作に貢献す
る。
憶装置の製造方法について図59及び図60を用いて説
明する。なお、各図(a)は図50のA−A′線断面に
相当する領域の断面図、各図(b)は図50のC−C′
線断面に相当する領域の断面図、各図(c)は周辺回路
用トランジスタの断面図を、それぞれ表している。
実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方法と同
様にして、シリコン基板10に、トレンチ16、ビット
線拡散層24,26、電荷蓄積層28、不純物拡散層6
4等を形成する。
1実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方法と
同様にして、ワード線36を形成した後、ビット線拡散
層24,26の延在する方向に対して135℃及び31
5℃又は45度及び225度の2方向のツイスト角でボ
ロンイオンをイオン注入し、ワード線36間の領域のビ
ット線拡散層24とビット線拡散層26との間にチャネ
ルカット拡散層40を形成する(図59(a),
(b))。
極38についても、ワード線36と同様に、アモルファ
スシリコン膜32とタングステンシリサイド膜34との
積層膜よりなるポリサイドゲート構造とする(図59
(c))。
えば膜厚50〜150nmのシリコン窒化膜を堆積し、
異方性エッチングによりこのシリコン窒化膜をエッチバ
ックし、トレンチ16、ワード線36及びゲート電極3
8の側壁部分にシリコン窒化膜よりなる側壁絶縁膜42
を形成する。
ットエッチングにより、ビット線拡散層24,26上、
ソース/ドレイン拡散層48上に形成されたシリコン酸
化膜(図示せず)を除去する。
ト線拡散層24,26上及びソース/ドレイン拡散層4
8上に、選択的にチタンシリサイド膜80を形成する
(図60(a)〜(c))。例えば、まず、スパッタ法
により、膜厚20〜50nmのチタン(Ti)膜を堆積
する。次いで、例えば650〜750℃の短時間アニー
ルを行い、下地にシリコンが露出した領域でこのシリコ
ンとチタン膜とを反応させ、この領域にチタンシリサイ
ド膜80を形成する。次いで、未反応で残存するチタン
膜を除去する。こうして、ビット線拡散層24,26上
及びソース/ドレイン拡散層48上に、チタンシリサイ
ド膜80を選択的に残存させる。
1実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方法と
同様にして、層間絶縁膜50、プラグ58,62,64
等を形成する。
体記憶装置を製造することができる。
チ底側のビット線拡散層をトレンチの角部からオフセッ
トして形成するので、ビット線拡散層間のパンチスルー
を効果的に防止することができ、書き込みを効率よく行
うことができる。また、ビット線拡散層を囲うようにビ
ット線拡散層と反対導電型の不純物拡散領域を設けるの
で、ビット線拡散層間の空乏層の延びが更に抑制され、
パンチスルー耐性を更に高めることができる。また、サ
リサイドプロセスを用いてビット線拡散層上に選択的に
シリサイド層を形成するので、ビット線拡散層抵抗を大
幅に低減することができる。
限らず種々の変形が可能である。
ルクのシリコン基板10を用いて不揮発性半導体記憶装
置を形成したが、SOI基板上に不揮発性半導体記憶装
置を形成するようにしてもよい。SOI基板を用いるこ
とにより寄生容量を大幅に低減することができ、高速動
作に貢献する。
による不揮発性半導体記憶装置において、SOI基板8
8の埋め込み絶縁層84の上面にビット線拡散層26の
下面が接するように不揮発性半導体記憶装置を構成す
る。これにより、ビット線拡散層26と基板領域(SO
I層86)との間の接合容量を大幅に低減することがで
きる。第1及び第3乃至第6実施形態による不揮発性半
導体記憶装置に関しても、同様にしてSOI基板を用い
ることができる。
形態では、ビット線拡散層26をトレンチ16の角部か
らオフセットを設けて形成するに際し、側壁絶縁膜20
を用いたが、上記第4実施形態のように、後にワード線
36の一部をなす側壁導電膜70を用いるようにしても
よい。
散層24,26上、ワード線36上、ゲート電極38上
及びソース/ドレイン拡散層48上に選択的にコバルト
シリサイド膜72を形成する方法を、上記第6実施形態
では、ビット線拡散層24,26上及びソース/ドレイ
ン拡散層48上に選択的にチタンシリサイド膜80を形
成する方法を、第2実施形態による不揮発性半導体記憶
装置に適用する場合をそれぞれ示したが、第1、第3、
第4実施形態による不揮発性半導体記憶装置についても
同様に適用することができる。
めると以下の通りとなる。
電型の半導体基板と、前記溝が形成された領域以外の前
記半導体基板の表面部分に形成された第2導電型の第1
の不純物拡散領域と、前記溝の底部の前記半導体基板内
に形成され、前記溝よりも幅が狭い前記第2導電型の第
2の不純物拡散領域と、少なくとも前記溝の内面に沿っ
て形成された絶縁層よりなる電荷蓄積層と、前記第1の
不純物拡散領域と前記第2の不純物拡散領域との間の前
記電荷蓄積層上に形成された導電層とを有することを特
徴とする不揮発性半導体記憶装置。
に並列して形成された第1導電型の半導体基板と、前記
溝が形成された領域以外の前記半導体基板の表面部分
に、前記第1の方向に延在するように形成された複数の
第2導電型の第1の不純物拡散領域と、前記溝の底部の
前記半導体基板内に前記第1の方向に延在するように形
成され、前記溝よりも幅が狭い複数の前記第2導電型の
第2の不純物拡散領域と、少なくとも前記溝の内面に沿
って形成された絶縁層よりなる電荷蓄積層と、前記電荷
蓄積層上に、前記第1の方向と交差する第2の方向に並
列して形成された複数の導電層とを有することを特徴と
する不揮発性半導体記憶装置。
体記憶装置において、前記複数の導電層間の領域の前記
溝の側壁部分に形成された前記第1導電型の第3の不純
物拡散領域を更に有することを特徴とする不揮発性半導
体記憶装置。
項に記載の不揮発性半導体記憶装置において、前記第1
の不純物領域下の前記半導体基板内に、前記第1の不純
物領域に接して設けられた前記第1導電型の第4の不純
物拡散領域と、前記溝の底部の前記半導体基板内に、前
記第2の不純物拡散領域を囲うように設けられ、前記溝
の幅と実質的にほぼ等しい幅を有する前記第1導電型の
第5の不純物拡散領域とを更に有することを特徴とする
不揮発性半導体記憶装置。
項に記載の不揮発性半導体記憶装置において、前記溝
は、内側面が階段状に形成され、前記表面側で第1の幅
を、前記底部側で前記第1の幅よりも狭い第2の幅を有
し、前記第2の不純物拡散領域は、前記第2の幅と実質
的にほぼ等しい幅を有することを特徴とする不揮発性半
導体記憶装置。
項に記載の不揮発性半導体記憶装置において、前記第1
の不純物拡散層上及び前記第2の不純物拡散層上に、選
択的に形成された金属シリサイド層を更に有することを
特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
体記憶装置において、前記導電層は、前記金属シリサイ
ド層と同一材料の金属シリサイド層を含むことを特徴と
する不揮発性半導体記憶装置。
体記憶装置において、前記導電層は、前記金属シリサイ
ド層と異なる材料の金属シリサイド層を含むことを特徴
とする不揮発性半導体記憶装置。
項に記載の不揮発性半導体記憶装置において、前記半導
体基板は、基板と、前記基板上に形成された埋め込み絶
縁層と、前記埋め込み絶縁層上に形成された半導体層を
有するSOI基板であり、前記第2の不純物拡散領域
は、底面部が前記埋め込み絶縁層に接していることを特
徴とする不揮発性半導体記憶装置。
溝を形成する工程と、前記溝が形成された前記半導体基
板に第2導電型の不純物を導入し、前記溝が形成された
領域以外の前記半導体基板の表面部分に第2導電型の第
1の不純物拡散領域を、前記溝の底部の前記半導体基板
内に前記溝よりも幅が狭い前記第2導電型の第2の不純
物拡散領域をそれぞれ独立して形成する工程と、少なく
とも前記溝の内面に沿うように絶縁層よりなる電荷蓄積
層を形成する工程と、前記第1の不純物拡散領域と前記
第2の不純物拡散領域との間の前記電荷蓄積層上に導電
層を形成する工程とを有することを特徴とする不揮発性
半導体記憶装置の製造方法。
半導体記憶装置の製造方法において、前記溝を形成する
工程では、第1の方向に並列して形成された複数の前記
溝を形成し、前記導電層を形成する工程では、前記第1
の方向と交差する第2の方向に並列して形成された複数
の前記導電層を形成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。
半導体記憶装置の製造方法において、前記導電層を形成
する工程の後に、前記半導体基板に前記第1導電型の不
純物を導入し、前記複数の導電層間の領域の前記溝の側
壁部分に前記第1導電型の第3の不純物拡散領域を形成
する工程を更に有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。
れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法に
おいて、前記半導体基板に前記第1導電型の不純物を導
入し、前記第1の不純物領域下の前記半導体基板内に、
前記第1の不純物領域に接して設けられた前記第1導電
型の第4の不純物拡散領域を、前記溝の底部の前記半導
体基板内に、前記第2の不純物拡散領域を囲うように設
けられ、前記溝の幅と実質的にほぼ等しい幅を有する前
記第1導電型の第5の不純物拡散領域を、それぞれ形成
する工程を更に有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。
れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法に
おいて、前記溝を形成する工程よりも後に、前記溝の側
壁部分を選択的に覆うように側壁膜を形成する工程を更
に有し、前記第1の不純物拡散領域及び前記第2の不純
物拡散領域を形成する工程では、前記側壁膜をマスクと
して前記不純物を導入することにより、前記溝よりも幅
が狭い前記第2の不純物拡散領域を形成することを特徴
とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
半導体記憶装置の製造方法において、前記側壁膜を形成
する工程と前記第1の不純物拡散領域及び前記第2の不
純物拡散領域を形成する工程との間に、前記側壁膜をマ
スクとして前記半導体基板を異方性エッチングすること
により前記溝を更に掘り下げ、内側面が階段状に形成さ
れ、前記表面側で第1の幅を、前記底部側で前記第1の
幅よりも狭い第2の幅を有する前記溝を形成する工程を
更に有し、前記第1の不純物拡散領域及び前記第2の不
純物拡散領域を形成する工程では、前記第2の幅と実質
的にほぼ等しい幅を有する前記第2の不純物拡散領域を
形成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。
半導体記憶装置の製造方法において、前記側壁膜を形成
する工程は、前記電荷蓄積層を形成する工程の後に行
い、前記側壁膜を形成する工程では、前記電荷蓄積層が
形成された前記溝の側壁部分に導電膜よりなる前記側壁
膜を形成し、前記導電層を形成する工程では、前記側壁
膜を一部に含む前記導電層を形成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。
れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法に
おいて、前記導電層を形成する工程の後に、前記第1の
不純物領域及び前記第2の不純物拡散領域上に金属シリ
サイド層を選択的に形成する工程を更に有することを特
徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
半導体記憶装置の製造方法において、前記金属シリサイ
ド層を形成する工程では、前記導電層上に前記金属シリ
サイド層を同時に形成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。
りなる電荷蓄積層に電荷を蓄積することにより情報を記
憶する不揮発性半導体記憶装置において、トレンチを形
成した半導体基板の表面側とトレンチの底部にビット線
拡散層を形成し、トレンチ底側のビット線拡散層をトレ
ンチの角部からオフセットして形成するので、ビット線
拡散層間のパンチスルーを効果的に防止することがで
き、書き込みを効率よく行うことができる。また、ビッ
ト線拡散層を囲うようにビット線拡散層と反対導電型の
不純物拡散領域を設けることにより、ビット線拡散層間
の空乏層の延びが更に抑制され、パンチスルー耐性を更
に高めることができる。
憶装置の構造を示す平面図である。
憶装置の構造を示す概略断面図である。
憶装置の構造を示す回路図である。
憶装置において書き込み時の電界強度分布をTCADに
よりシミュレートした結果を示す図(その1)である。
憶装置において書き込み時の電界強度分布をTCADに
よりシミュレートした結果を示す図(その2)である。
憶装置について書き込み時に衝突イオン化により発生し
たキャリアの分布をTCADによりシミュレートした結
果を示す図(その1)である。
憶装置について書き込み時に衝突イオン化により発生し
たキャリアの分布をTCADによりシミュレートした結
果を示す図(その2)である。
憶装置の製造方法を示す平面図(その1)である。
憶装置の製造方法を示す工程断面図(その1)である。
記憶装置の製造方法を示す平面図(その2)である。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その2)であ
る。
記憶装置の製造方法を示す平面図(その3)である。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その3)であ
る。
記憶装置の製造方法を示す平面図(その4)である。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その4)であ
る。
記憶装置の製造方法を示す平面図(その5)である。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その5)であ
る。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その6)であ
る。
記憶装置の製造方法を示す平面図(その6)である。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その7)であ
る。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その8)であ
る。
記憶装置の製造方法を示す平面図(その7)である。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その9)であ
る。
記憶装置の構造を示す概略断面図である。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その1)であ
る。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その2)であ
る。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その3)であ
る。
記憶装置の構造を示す概略断面図である。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その1)であ
る。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その2)であ
る。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その3)であ
る。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その4)であ
る。
記憶装置の構造を示す概略断面図である。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その1)であ
る。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その2)であ
る。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その3)であ
る。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その4)であ
る。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その5)であ
る。
記憶装置の構造を示す概略断面図である。
記憶装置の製造方法を示す平面図(その1)である。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その1)であ
る。
記憶装置の製造方法を示す平面図(その2)である。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その2)であ
る。
記憶装置の製造方法を示す平面図(その3)である。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その3)であ
る。
記憶装置の製造方法を示す平面図(その4)である。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その4)であ
る。
記憶装置の製造方法を示す平面図(その5)である。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その5)であ
る。
記憶装置の製造方法を示す平面図(その6)である。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その6)であ
る。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その7)であ
る。
記憶装置の製造方法を示す平面図(その7)である。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その8)であ
る。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その9)であ
る。
記憶装置の製造方法を示す平面図(その8)である。
記憶装置の製造方法を示す工程断面図(その10)であ
る。
記憶装置の構造を示す概略断面図である。
記憶装置の製造方法を示す概略断面図(その1)であ
る。
記憶装置の製造方法を示す概略断面図(その2)であ
る。
導体記憶装置の構造を示す概略断面図である。
概略断面図である。
報の書き込み方法を示す図である。
報の読み出し方法を示す図である。
報の消去方法を示す図である。
示す概略断面図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 表面に溝が形成された第1導電型の半導
体基板と、 前記溝が形成された領域以外の前記半導体基板の表面部
分に形成された第2導電型の第1の不純物拡散領域と、 前記溝の底部の前記半導体基板内に形成され、前記溝よ
りも幅が狭い前記第2導電型の第2の不純物拡散領域
と、 少なくとも前記溝の内面に沿って形成された絶縁層より
なる電荷蓄積層と、 前記第1の不純物拡散領域と前記第2の不純物拡散領域
との間の前記電荷蓄積層上に形成された導電層とを有す
ることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項2】 表面に複数の溝が第1の方向に並列して
形成された第1導電型の半導体基板と、 前記溝が形成された領域以外の前記半導体基板の表面部
分に、前記第1の方向に延在するように形成された複数
の第2導電型の第1の不純物拡散領域と、 前記溝の底部の前記半導体基板内に前記第1の方向に延
在するように形成され、前記溝よりも幅が狭い複数の前
記第2導電型の第2の不純物拡散領域と、 少なくとも前記溝の内面に沿って形成された絶縁層より
なる電荷蓄積層と、 前記電荷蓄積層上に、前記第1の方向と交差する第2の
方向に並列して形成された複数の導電層とを有すること
を特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項3】 請求項2記載の不揮発性半導体記憶装置
において、 前記複数の導電層間の領域の前記溝の側壁部分に形成さ
れた前記第1導電型の第3の不純物拡散領域を更に有す
ることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
不揮発性半導体記憶装置において、 前記第1の不純物領域下の前記半導体基板内に、前記第
1の不純物領域に接して設けられた前記第1導電型の第
4の不純物拡散領域と、 前記溝の底部の前記半導体基板内に、前記第2の不純物
拡散領域を囲うように設けられ、前記溝の幅と実質的に
ほぼ等しい幅を有する前記第1導電型の第5の不純物拡
散領域とを更に有することを特徴とする不揮発性半導体
記憶装置。 - 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の
不揮発性半導体記憶装置において、 前記溝は、内側面が階段状に形成され、前記表面側で第
1の幅を、前記底部側で前記第1の幅よりも狭い第2の
幅を有し、 前記第2の不純物拡散領域は、前記第2の幅と実質的に
ほぼ等しい幅を有することを特徴とする不揮発性半導体
記憶装置。 - 【請求項6】 第1導電型の半導体基板に溝を形成する
工程と、 前記溝が形成された前記半導体基板に第2導電型の不純
物を導入し、前記溝が形成された領域以外の前記半導体
基板の表面部分に第2導電型の第1の不純物拡散領域
を、前記溝の底部の前記半導体基板内に前記溝よりも幅
が狭い前記第2導電型の第2の不純物拡散領域をそれぞ
れ独立して形成する工程と、 少なくとも前記溝の内面に沿うように絶縁層よりなる電
荷蓄積層を形成する工程と、 前記第1の不純物拡散領域と前記第2の不純物拡散領域
との間の前記電荷蓄積層上に導電層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記憶装置の製造
方法。 - 【請求項7】 請求項6記載の不揮発性半導体記憶装置
の製造方法において、 前記溝を形成する工程では、第1の方向に並列して形成
された複数の前記溝を形成し、 前記導電層を形成する工程では、前記第1の方向と交差
する第2の方向に並列して形成された複数の前記導電層
を形成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8】 請求項6又は7記載の不揮発性半導体記
憶装置の製造方法において、 前記溝を形成する工程よりも後に、前記溝の側壁部分を
選択的に覆うように側壁膜を形成する工程を更に有し、 前記第1の不純物拡散領域及び前記第2の不純物拡散領
域を形成する工程では、前記側壁膜をマスクとして前記
不純物を導入することにより、前記溝よりも幅が狭い前
記第2の不純物拡散領域を形成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9】 請求項8記載の不揮発性半導体記憶装置
の製造方法において、 前記側壁膜を形成する工程と前記第1の不純物拡散領域
及び前記第2の不純物拡散領域を形成する工程との間
に、前記側壁膜をマスクとして前記半導体基板を異方性
エッチングすることにより前記溝を更に掘り下げ、内側
面が階段状に形成され、前記表面側で第1の幅を、前記
底部側で前記第1の幅よりも狭い第2の幅を有する前記
溝を形成する工程を更に有し、 前記第1の不純物拡散領域及び前記第2の不純物拡散領
域を形成する工程では、前記第2の幅と実質的にほぼ等
しい幅を有する前記第2の不純物拡散領域を形成するこ
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10】 請求項8記載の不揮発性半導体記憶装
置の製造方法において、 前記側壁膜を形成する工程は、前記電荷蓄積層を形成す
る工程の後に行い、 前記側壁膜を形成する工程では、前記電荷蓄積層が形成
された前記溝の側壁部分に導電膜よりなる前記側壁膜を
形成し、 前記導電層を形成する工程では、前記側壁膜を一部に含
む前記導電層を形成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。
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