JP2004006433A - Semiconductor memory device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、NANDセルアレイを用いた半導体記憶装置とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
不揮発性半導体メモリとして、電気的にデータの書き換えを可能としたEEPROMが知られている。EEPROMのメモリセルには通常、電荷蓄積層としての浮遊ゲートと制御ゲートを積層した積層ゲート構造のMOSトランジスタが用いられる。
【0003】
EEPROMのなかで大容量化に最も適したものとして、NAND型EEPROMがある。NAND型EEPROMでは、複数のメモリセルが隣接するもの同士でソース、ドレイン拡散層を共有する形で直列接続されたNANDセルユニットが構成され、複数のNANDセルユニットが配列されてNANDセルアレイが構成される。各NANDセルユニットの両端部はそれぞれ選択ゲートトランジスタを介してビット線及び共通ソース線に接続される。
【0004】
浮遊ゲートは各メモリセル毎に分離されるが、制御ゲートは一方向に並ぶメモリセルに共通のワード線(制御ゲート線)として連続的にパターン形成される。選択ゲートトランジスタのゲート電極も同様に、選択ゲート線としてワード線と並行して配設される。NANDセルユニットのドレイン側選択ゲートトランジスタの拡散層には、ワード線と交差して配設されるビット線が接続される。NANDセルユニットのソース側選択ゲートトランジスタの拡散層には、共通ソース線が接続される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
NAND型EEPROMにおいて、NANDセルアレイのゲート部と周辺回路のトランジスタのゲート電極を共通プロセスで形成することは、既に提案されている。また、NANDセルユニットの各メモリセルのゲート部間を絶縁膜で埋め込みNANDセルユニットの領域をシリコン窒化膜等の保護膜で覆われた状態とする技術も提案されている。
【0006】
しかし従来技術では、NAND型EEPROMの大容量化と高機能化に伴い、周辺回路トランジスタのサイズ/スペースが小さくなると幾つかの問題が生じる。具体的に図17を用いて説明する。図17は、NANDセルユニットの領域(セレアレイ領域)と周辺回路領域について、共通プロセスで素子の主要部が形成された状態を示している。NANDセルユニットのメモリセルのゲート部は、シリコン基板1上にトンネル絶縁膜を介して形成された浮遊ゲート2と、この上にゲート間絶縁膜を介して形成された制御ゲート4の積層構造を有する。このゲート部は、シリコン窒化膜4で覆われた状態でパターン形成される。周辺回路のゲート電極5は、NANDセルユニットの浮遊ゲート2と制御ゲート3を構成する二層多結晶シリコン膜の積層構造を有し、やはりシリコン窒化膜4で覆われた状態にパターニングされる。
【0007】
NANDセルユニット側では、ゲート部をパターニングした後、イオン注入を行ってソース、ドレイン拡散層6が形成される。その後NANDセルユニットのゲート部間は、第1のシリコン酸化膜7aと第2のシリコン酸化膜7bを堆積して、ほぼ平坦に埋め込まれる。周辺回路ではセルアレイ側と同時に第1及び第2のシリコン酸化膜7a,7bが堆積され、その後にイオン注入を行うことによって、ソース及びドレイン拡散層8が形成される。
【0008】
ところが、周辺回路のゲート電極側面に二層のシリコン酸化膜7a,7bが形成された状態では、図17に示したように、イオン注入により形成されるソース、ドレイン拡散層8がゲート電極5と重ならないオフセット・ゲートになる可能性がある。また、ゲート電極間隔が小さくなると、そのゲート電極間に拡散層を形成すること自体が難しくなり、同時に配線コンタクトをとることも難しくなる。
【0009】
オフセット・ゲートにならないようにするためには、例えばセルアレイ側のソース、ドレイン拡散層6と同様に、シリコン酸化膜7a,7bを堆積する前にイオン注入を行って、低濃度のソース、ドレイン拡散層を形成することが考えられる。しかしその場合にも、高濃度のソース、ドレイン拡散層を形成し、配線コンタクトを形成することが難しいことは変わらない。
【0010】
また、周辺回路のトランジスタは、ソース、ドレイン拡散層形成の工程と前後して、しきい値制御のため、斜めイオン注入を利用したチャネルイオン注入を必要とする場合がある。ゲート電極間隔が狭くなり且つ、図17に示すように二層のシリコン酸化膜7a,7bがゲート電極側面に形成された状態では、その様なチャネルイオン注入も困難になる。
【0011】
この発明は、上記事情を考慮してなされたもので、周辺回路トランジスタの高密度化を可能とする半導体記憶装置とその製造方法を提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
この発明は、半導体基板に、隣接するメモリセルがソース、ドレイン拡散層を共有し各メモリセルが電荷蓄積層を有するゲート部を備えたNANDセルアレイと周辺回路トランジスタが形成された半導体記憶装置において、前記NANDセルアレイのゲート部間は第1及び第2の絶縁膜により埋め込まれており、前記周辺回路トランジスタのゲート電極側面は前記第2の絶縁膜により覆われていることを特徴とする。
【0013】
この発明によると、NANDセルユニットとほぼ共通のプロセスで形成される周辺回路トランジスタを、その性能を損なうことなく、微小間隔で形成することが可能になる。
【0014】
この発明においてより具体的には、NANDセルアレイのゲート部及び周辺回路のゲート電極は、第3の絶縁膜で覆われた状態でパターニングされる。そして、NANDセルアレイの配線コンタクト部は第1及び第2の絶縁膜が選択的に除去されており且つ、配線コンタクト部の側面及び周辺回路トランジスタの第2の絶縁膜で覆われたゲート電極側面が第4の絶縁膜で覆われているものとする。
また、第4の絶縁膜は、好ましくは、NANDセルアレイのゲート部の間を覆って残されるようにする。
【0015】
この発明による半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板に素子分離絶縁膜を形成する工程と、前記半導体基板に、隣接するメモリセルがソース、ドレイン拡散層を共有するNANDセルユニットの電荷蓄積層を有するゲート部及び周辺回路のゲート電極を形成する工程と、前記NANDセルユニットが配列されたセルアレイの領域及び周辺回路の領域を覆うように第1の絶縁膜を堆積する工程と、前記第1の絶縁膜のうち、前記周辺回路の領域を覆う部分を除去する工程と、前記セルアレイ及び周辺回路の領域を覆って前記NANDセルユニットの各ゲート部間を埋め込むように第2の絶縁膜を堆積する工程と、前記周辺回路のソース及びドレイン拡散層を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
【0016】
この発明の製造方法において、より具体的には、NANDセルユニットのゲート部及び周辺回路のゲート電極は、第3の絶縁膜で覆われた状態でパターニングされる。そして、第2の絶縁膜を堆積した後、NANDセルユニットの配線コンタクト部の第1及び第2の絶縁膜を除去する工程と、セルアレイ及び周辺回路の領域を覆う第4の絶縁膜を堆積する工程とを有する。周辺回路のソース及びドレイン拡散層を形成する工程は、第2の絶縁膜を堆積した後、または第4の絶縁膜を堆積した後にイオン注入により行えばよい。
【0017】
第4の絶縁膜は、配線コンタクト部の側面及び周辺回路の領域の第2の絶縁膜で覆われたゲート電極の側面に残して除去するようにしてもよい。更に、第2の絶縁膜を堆積した後、第1及び第2の絶縁膜を、第3の絶縁膜が露出するまでエッチングする工程と、NANDセルユニットの配線コンタクト部の第1及び第2の絶縁膜を除去する工程と、セルアレイ及び周辺回路の領域を覆う第4の絶縁膜を堆積する工程とを備えることもできる。この場合も、周辺回路のソース及びドレイン拡散層を形成する工程は、第2の絶縁膜を堆積した後、または第4の絶縁膜を堆積した後にイオン注入により行えばよい。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態を説明する。
[実施の形態1]
図1A,図1B〜図8は、一実施の形態によるNAND型EEPROMの製造工程を示す断面図である。図1A及び図2〜図8では、NANDセルアレイは、ビット線に沿った断面を示しており、図1Bは、図1Aに対応する工程のワード線に沿った断面を示している。
【0019】
図1A及び図1Bは、シリコン基板10に、NANDセルユニットのゲート部(メモリセルのゲート部CGと、ビット線側及びソース側の選択ゲートトランジスタのゲート部SG)を形成し、周辺回路領域のゲート電極17を形成した状態を示している。NANDセルユニットは、例えば16個或いは32個といった多数のメモリセルとその両端部に選択ゲートトランジスタを有するが、図1Aではそのビット線コンタクト部の近傍のみを示している。
【0020】
ここまでの工程を具体的に説明する。シリコン基板10には、必要なウェル(NANDセルアレイ領域にはp型ウェル、周辺回路領域では、pチャネル,nチャネル領域にそれぞれ必要なウェル)を形成するが、これは省略してある。そしてシリコン基板10の各素子領域に必要なゲート絶縁膜11(メモリセルのトンネル絶縁膜11a、選択ゲートトランジスタに必要なゲート絶縁膜11bおよび周辺回路トランジスタに必要なゲート絶縁膜11c)を形成する。
【0021】
その後、浮遊ゲート12として用いられる第1層多結晶シリコン膜を堆積し、この上に図示しないシリコン窒化膜等のマスク膜を形成し、これらをエッチングして、素子分離溝18を形成する。これにより、第1層多結晶シリコン膜は、素子形成領域のみに残るように、素子分離領域と自己整合されてパターン形成される。素子分離溝18にはその後、素子分離絶縁膜としてシリコン酸化膜19を埋め込む。シリコン酸化膜19の埋め込み深さは、その上面が浮遊ゲート12となる多結晶シリコン膜の膜厚の途中に位置するようにする。
【0022】
更に第1層多結晶シリコン膜上のマスクを除去した後、ゲート間絶縁膜となるシリコン酸化膜(O)/シリコン窒化膜(N)/シリコン酸化膜(O)の積層絶縁膜13を堆積する。この積層絶縁膜13の不要部分、即ちセルアレイの選択ゲートトランジスタ領域及び周辺回路トランジスタ領域の部分をエッチングにより除去した後、制御ゲート14となる第2層結晶シリコン膜とシリコン窒化膜15を順次堆積する。なお積層絶縁膜13の除去は、周辺回路領域についてはトランジスタ領域に限らず全面的に行ってもよい。次にこれらのシリコン窒化膜15と二層の多結晶シリコン膜をRIEにより順次エッチングして、NANDセルユニットの浮遊ゲート12と制御ゲート14を形成し、同時に選択ゲートトランジスタのゲート電極17a及び周辺回路トランジスタのゲート電極17bを形成する。選択ゲートトランジスタのゲート電極17a及び周辺回路のゲート電極17bは、二層多結晶シリコン膜の積層構造として形成される。
【0023】
選択ゲートトランジスタのゲート電極17a及びメモリセルの制御ゲート14は、図1Bに示すように連続的にパターン形成されて、それぞれ選択ゲート線及びワード線となる。NANDセルアレイのゲート部SG,CG及び周辺回路のゲート電極17bは、以上のようにシリコン窒化膜15で覆われた状態にパターニングされる。その後、NANDセルアレイ領域にはイオン注入を行って、ソース及びドレイン拡散層16を形成する。
【0024】
この後、図2に示すように、NANDセルアレイ及び周辺回路の領域を覆う第1のシリコン酸化膜(第1の絶縁膜)21aを堆積する。そして、図3に示すように、第1の多結晶シリコン膜21aのうち、周辺回路領域の部分をエッチング除去する。続いて、図4に示すように、ビット線コンタクト部及び共通ソース線コンタクト部を除き、NANDセルアレイのゲート部SG,CG間を平坦に埋め込むように、基板全面を覆う第2のシリコン酸化膜(第2の絶縁膜)21bを堆積する。このとき周辺回路領域では、第2のシリコン酸化膜21bは、ゲート電極17bの側面を覆うがゲート電極間ギャップは確保される。
【0025】
この後、周辺回路領域では、イオン注入を行ってソース、ドレイン拡散層22を形成する。図では、nチャネルMOSトランジスタ領域のみ示しているが、pチャネル領域にはp型のソース、ドレイン拡散層を形成する。更に、この拡散層22の形成と前後して、各トランジスタのしきし値調整のため、斜めイオン注入によるチャネルイオン注入を行う。
【0026】
従来のように、周辺回路のゲート電極17bの側面を二層のシリコン酸化膜21a,21bで覆った場合と異なり、この実施の形態では一層のシリコン酸化膜21bで覆われているのみであり、オフセットのないソース、ドレイン拡散層22が形成される。またゲート電極17bの間のイオン注入スペースは十分に確保されているから、しきい値制御のための斜めイオン注入も容易である。
【0027】
以上により素子形成工程が終わった後、図5に示すように、セルアレイ領域のビット線コンタクト部及び、図では示していないソース線コンタクト部のシリコン酸化膜21a,21bを選択エッチングする。続いて、図6に示すように、これらのコンタクト部に露出したゲート側壁を保護すべく、シリコン窒化膜23を堆積する。シリコン窒化膜23は、周辺回路のシリコン酸化膜21bで覆われたゲート電極17bの側面も形成される。
【0028】
このシリコン窒化膜23により、NANDセルアレイ及び周辺回路のメタル配線コンタクトの工程で配線とゲートの短絡を確実に防止することが可能になる。また、NANDセルアレイのコンタクト部では、2層のシリコン酸化膜21a,21bを除去してシリコン窒化膜23を形成しているから、コンタクト径を大きく確保できる。
【0029】
次に、BPSG等の層間絶縁膜24を堆積し、図7に示すように、CMP処理により、或いは熱処理による流動化により平坦化を行う。図7では、CMPの研磨をシリコン窒化膜15が露出するまで行うことによって得られる状態を示している。
【0030】
この後は通常の工程に従って、メタル配線を形成する。即ち、図8に示すように、層間絶縁膜25を堆積し、この上にセルアレイ領域及び周辺回路領域のメタル配線27a,27bを形成する。図の例では、配線コンタクト部の層間絶縁膜25には拡散層に接続されるコンタクトプラグ26a,26bが埋め込まれ、メタル配線27a,27bはダマシーン法で層間絶縁膜25に埋め込まれて、コンタクトプラグ26a,26bを介して拡散層に接続される場合を示している。
【0031】
この実施の形態によると、NANDセルアレイのゲート部間を第1及び第2のシリコン酸化膜で平坦に埋め込む工程で、周辺回路領域では、第1のシリコン酸化膜を除去している。従って、図4に示したように、周辺回路のソース、ドレイン拡散層形成工程では、ゲート電極17bの側壁絶縁膜がそれほど厚く形成されないため、ゲート電極ピッチが狭くなっても、オフセットのないソース、ドレイン拡散層22を形成することが可能になる。またソース、ドレイン拡散層22に対するコンタクトも確実にとることができる。
【0032】
なお、周辺回路のソース、ドレイン拡散層22を形成するイオン注入工程は、図6に示したように、ゲート電極17bの側壁にシリコン窒化膜23を形成した後に行うこともできる。この場合、シリコン窒化膜23とシリコン酸化膜21bの厚みによっては、ゲート・オフセットになる可能性があるが、これを避けるためには例えば、NANDセルアレイへのソース、ドレイン拡散層形成工程と前後して、図1Aの段階で周辺回路についても低濃度のソース、ドレイン拡散層を形成すればよい。そして、図6の段階でのイオン注入を高濃度にすれば、周辺回路トランジスタは、LDD構造となる。
【0033】
[実施の形態2]
実施の形態1では、図6の工程で形成したシリコン窒化膜23が、配線コンタクト部の底部にそのまま残される。従って、コンタクト孔形成時に、シリコン酸化膜エッチングとシリコン窒化膜エッチングを行わなければならない。特に周辺回路領域では、コンタクト部の底部にシリコン酸化膜21bとシリコン窒化膜23の積層膜があるから、その後層間絶縁膜を形成した後のコンタクト孔形成には、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜を順次エッチングする必要がある。従って、コンタクトが微細寸法で深くなると、エッチング残り等により低抵抗の配線コンタクトがとれなくなる可能性がある。また、図6の状態で周辺回路の拡散層形成を行う場合には、シリコン酸化膜21bとシリコン窒化膜23の積層膜を通してイオン注入しなければならず、イオン注入条件が厳しくなる。
【0034】
これらの難点を解消するためには、図6で形成したシリコン窒化膜23を、各ゲート部側壁のみに残して除去するようにすればよい。そのような実施の形態の製造工程を、図9〜図11に示す。図1A,1B〜図6までは先の実施の形態と同様である。この後、シリコン窒化膜23をRIEによりエッチングして、図9に示すように、セルアレイのコンタクト部及び周辺回路領域のゲート電極側壁のみに残す。
【0035】
以下、先の実施の形態と同様にして、図10に示すように層間絶縁膜24を堆積して平坦化する。更に、図11に示すように、層間絶縁膜25を堆積し、メタル配線27a,27bを形成する。
この実施の形態によれば、セルアレイの配線コンタクト部及び周辺回路領域の拡散層上部にシリコン窒化膜がない状態となり、コンタクト形成が容易になる。また、図9の状態でイオン注入を行えば、周辺回路の拡散層形成も容易になる。
【0036】
[実施の形態3]
次に、NANDセルアレイの領域がシリコン窒化膜で完全に覆われるようにした実施の形態を説明する。実施の形態1で説明した図1A,図1B〜図4の同じ工程とする。即ち、実施の形態1と同様に、NANDセルアレイ領域は二層のシリコン酸化膜で覆い、周辺回路領域は二層のシリコン酸化膜のうち第2のシリコン酸化膜のみで覆った状態を得る。この後、シリコン酸化膜をRIEによりエッチングして、図12に示すように、シリコン窒化膜15を露出させる。このとき、NANDセルアレイのゲート部の間には、二層のシリコン酸化膜21a,21bの窪みが形成される。図では、V字状の窪みが形成される様子を示しているが、エッチング条件によっては、U字状の窪みとなる。NANDセルアレイのコンタクト部及び周辺回路のゲート電極では、側壁のみにシリコン酸化膜が形成された状態となる。
【0037】
以下、先の実施の形態1と同様の工程を経る。即ち、図13に示すように、セルアレイ領域のビット線コンタクト部及び、図では示していないソース線コンタクト部のシリコン酸化膜21a,21bを選択エッチングする。続いて、図14に示すように、これらのコンタクト部に露出したゲート側壁を保護すべく、シリコン窒化膜23を堆積する。次に、BPSG等の層間絶縁膜24を堆積し、図15に示すように、CMP処理により、或いは熱処理による流動化により平坦化を行う。図15では、CMPの研磨をシリコン窒化膜15が露出するまで行うことによって得られる状態を示している。
【0038】
この状態では、NANDセルアレイの酸化膜エッチングにより形成された窪みにシリコン窒化膜23が埋め込まれているために、NANDセルアレイ全体がシリコン窒化膜15,23により完全に覆われる。
【0039】
この後は通常の工程に従って、メタル配線を形成する。即ち、図16に示すように、層間絶縁膜25を堆積し、この上にセルアレイ領域及び周辺回路領域のメタル配線27a,27bを形成する。図の例では、配線コンタクト部の層間絶縁膜25には拡散層に接続されるコンタクトプラグ26a,26bが埋め込まれ、メタル配線27a,27bはダマシーン法で層間絶縁膜25に埋め込まれて、コンタクトプラグ26a,26bを介して拡散層に接続される場合を示している。
【0040】
以上のようにこの実施の形態によると、先の実施の形態の効果に加えて、NANDセルアレイ領域がシリコン窒化膜で完全に覆われるために、上部からのメモリセル領域への水素等の不純物拡散が抑えられ、メモリセル特性の劣化が抑えられるという効果が得られる。
【0041】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、NANDセルユニットとほぼ共通のプロセスで形成される周辺回路トランジスタを、その性能を損なうことなく、微小間隔で形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1A】この発明の実施の形態によるNANDセル及び周辺回路トランジスタのゲート電極形成までの工程を説明するためのビット線に沿った断面図である。
【図1B】図1A対応のワード線に沿った断面図である。
【図2】同実施の形態の第1層シリコン酸化膜堆積の工程を示す断面図である。
【図3】同実施の形態の周辺回路領域で第1層シリコン酸化膜を除去する工程の断面図である。
【図4】同実施の形態の第2層シリコン酸化膜堆積と周辺回路の拡散層形成の工程を示す断面図である。
【図5】同実施の形態のビット線コンタクト部のシリコン酸化膜エッチングの工程を示す断面図である。
【図6】同実施の形態のシリコン窒化膜堆積の工程を示す断面図である。
【図7】同実施の形態の平坦化工程を示す断面図である。
【図8】同実施の形態のメタル配線形成工程を示す断面図である。
【図9】他の実施の形態による図6対応工程後のシリコン窒化膜エッチング工程を示す断面図である。
【図10】同実施の形態の平坦化工程(図7対応)を示す断面図である。
【図11】同実施の形態のメタル配線形成工程(図9対応)を示す断面図である。
【図12】他の実施の形態による図4対応工程後のシリコン酸化膜エッチング工程を示す断面図である。
【図13】同実施の形態のビット線コンタクト部のシリコン酸化膜エッチングの工程(図5対応)を示す断面図である。
【図14】同実施の形態のシリコン窒化膜堆積の工程(図6対応)を示す断面図である。
【図15】同実施の形態の平坦化工程(図7対応)を示す断面図である。
【図16】同実施の形態のメタル配線形成工程(図8対応)を示す断面図である。
【図17】従来のNAND型EEPROMの問題を説明するための断面図である。
【符号の説明】
10…シリコン基板、11a,11b,11c…ゲート絶縁膜、12…浮遊ゲート、13…ゲート間絶縁膜、14…制御ゲート、15…シリコン窒化膜、16…ソース、ドレイン拡散層、17a,17b…ゲート電極、18…素子分離溝、19…素子分離絶縁膜、21a,21b…シリコン酸化膜、23…シリコン窒化膜、24,25…層間絶縁膜、26a,26b…コンタクトプラグ、27a,27b…メタル配線。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor memory device using a NAND cell array and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
As a nonvolatile semiconductor memory, an EEPROM capable of electrically rewriting data is known. Normally, a MOS transistor having a stacked gate structure in which a floating gate as a charge storage layer and a control gate are stacked is used for the memory cell of the EEPROM.
[0003]
Among the EEPROMs, a NAND type EEPROM is most suitable for increasing the capacity. In the NAND type EEPROM, a plurality of adjacent memory cells form a NAND cell unit connected in series so as to share a source / drain diffusion layer, and a plurality of NAND cell units are arranged to form a NAND cell array. You. Both ends of each NAND cell unit are connected to a bit line and a common source line via a select gate transistor.
[0004]
Although the floating gate is separated for each memory cell, the control gate is continuously patterned as a word line (control gate line) common to the memory cells arranged in one direction. Similarly, the gate electrode of the select gate transistor is arranged in parallel with the word line as a select gate line. A bit line provided to cross the word line is connected to the diffusion layer of the drain-side select gate transistor of the NAND cell unit. A common source line is connected to the diffusion layer of the source-side select gate transistor of the NAND cell unit.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In a NAND type EEPROM, it has already been proposed to form a gate portion of a NAND cell array and a gate electrode of a transistor of a peripheral circuit by a common process. In addition, a technique has been proposed in which a region between the NAND cell units is covered with a protective film such as a silicon nitride film by burying an insulating film between gate portions of the respective memory cells of the NAND cell unit.
[0006]
However, in the prior art, several problems arise when the size / space of the peripheral circuit transistor is reduced with the increase in capacity and function of the NAND type EEPROM. This will be specifically described with reference to FIG. FIG. 17 shows a state in which a main part of an element is formed by a common process in the area of the NAND cell unit (sele array area) and the peripheral circuit area. The gate portion of the memory cell of the NAND cell unit has a stacked structure of a
[0007]
On the NAND cell unit side, after patterning the gate portion, ion implantation is performed to form source /
[0008]
However, when two layers of
[0009]
In order to prevent the gate from becoming an offset gate, for example, as in the case of the source /
[0010]
In some cases, a transistor of a peripheral circuit requires channel ion implantation using oblique ion implantation for threshold control before and after the step of forming a source / drain diffusion layer. In the state where the distance between the gate electrodes is reduced and two
[0011]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a semiconductor memory device capable of increasing the density of peripheral circuit transistors and a method of manufacturing the same.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a semiconductor memory device in which a NAND cell array and a peripheral circuit transistor are formed on a semiconductor substrate, in which adjacent memory cells share a source / drain diffusion layer and each memory cell includes a gate portion having a charge storage layer. A gate portion of the NAND cell array is buried with first and second insulating films, and a side surface of a gate electrode of the peripheral circuit transistor is covered with the second insulating film.
[0013]
According to the present invention, it becomes possible to form peripheral circuit transistors formed by a process substantially similar to that of the NAND cell unit at minute intervals without impairing the performance thereof.
[0014]
More specifically, in the present invention, the gate portion of the NAND cell array and the gate electrode of the peripheral circuit are patterned while being covered with the third insulating film. In the wiring contact portion of the NAND cell array, the first and second insulating films are selectively removed, and the side surface of the wiring contact portion and the side surface of the gate electrode covered with the second insulating film of the peripheral circuit transistor are removed. It is assumed that it is covered with a fourth insulating film.
Preferably, the fourth insulating film is left so as to cover between the gate portions of the NAND cell array.
[0015]
A method of manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention includes a step of forming an element isolation insulating film on a semiconductor substrate, and a step of forming, on the semiconductor substrate, a charge storage layer of a NAND cell unit in which adjacent memory cells share source and drain diffusion layers. Forming a gate portion and a gate electrode of a peripheral circuit, a step of depositing a first insulating film so as to cover a region of a cell array in which the NAND cell units are arranged and a region of a peripheral circuit; Removing a portion of the insulating film covering the region of the peripheral circuit, and depositing a second insulating film so as to cover the cell array and the region of the peripheral circuit and to bury between the gate portions of the NAND cell unit. Forming a source and drain diffusion layer of the peripheral circuit;
It is characterized by having.
[0016]
In the manufacturing method of the present invention, more specifically, the gate portion of the NAND cell unit and the gate electrode of the peripheral circuit are patterned in a state where the gate portion is covered with the third insulating film. Then, after depositing the second insulating film, a step of removing the first and second insulating films in the wiring contact portion of the NAND cell unit, and depositing a fourth insulating film covering a region of the cell array and the peripheral circuit. And a process. The step of forming the source and drain diffusion layers of the peripheral circuit may be performed by ion implantation after depositing the second insulating film or after depositing the fourth insulating film.
[0017]
The fourth insulating film may be removed leaving the side surface of the wiring contact portion and the side surface of the gate electrode covered with the second insulating film in the region of the peripheral circuit. Further, after depositing the second insulating film, etching the first and second insulating films until the third insulating film is exposed, and forming the first and second insulating contacts on the wiring contact portion of the NAND cell unit. The method may also include a step of removing the insulating film and a step of depositing a fourth insulating film covering a region of the cell array and the peripheral circuit. Also in this case, the step of forming the source and drain diffusion layers of the peripheral circuit may be performed by ion implantation after depositing the second insulating film or after depositing the fourth insulating film.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Embodiment 1]
1A and 1B to 8 are cross-sectional views showing a manufacturing process of a NAND type EEPROM according to one embodiment. 1A and FIGS. 2 to 8, the NAND cell array shows a cross section along a bit line, and FIG. 1B shows a cross section along a word line in a process corresponding to FIG. 1A.
[0019]
FIGS. 1A and 1B show that a gate portion of a NAND cell unit (a gate portion CG of a memory cell and a gate portion SG of a select gate transistor on a bit line side and a source side) are formed on a
[0020]
The steps so far will be specifically described. Necessary wells (p-type wells in the NAND cell array region and wells required in the p-channel and n-channel regions in the peripheral circuit region) are formed in the
[0021]
Thereafter, a first-layer polycrystalline silicon film used as the floating
[0022]
Further, after removing the mask on the first-layer polycrystalline silicon film, a laminated insulating
[0023]
The
[0024]
Thereafter, as shown in FIG. 2, a first silicon oxide film (first insulating film) 21a covering the NAND cell array and the peripheral circuit region is deposited. Then, as shown in FIG. 3, the peripheral circuit region of the first
[0025]
Thereafter, in the peripheral circuit region, ion implantation is performed to form source / drain diffusion layers 22. Although only the n-channel MOS transistor region is shown in the figure, p-type source and drain diffusion layers are formed in the p-channel region. Further, before and after the formation of the
[0026]
Unlike the conventional case where the side surface of the
[0027]
After the device forming process is completed as described above, as shown in FIG. 5, the bit line contact portions in the cell array region and the
[0028]
With the
[0029]
Next, an
[0030]
Thereafter, a metal wiring is formed according to a normal process. That is, as shown in FIG. 8, an
[0031]
According to this embodiment, the first silicon oxide film is removed in the peripheral circuit region in the step of burying the space between the gate portions of the NAND cell array with the first and second silicon oxide films. Therefore, as shown in FIG. 4, in the source / drain diffusion layer forming step of the peripheral circuit, the side wall insulating film of the
[0032]
Note that the ion implantation step of forming the source / drain diffusion layers 22 of the peripheral circuit can also be performed after forming the
[0033]
[Embodiment 2]
In the first embodiment, the
[0034]
In order to solve these difficulties, the
[0035]
Thereafter, as in the previous embodiment, an
According to this embodiment, there is no silicon nitride film above the wiring contact portion of the cell array and the diffusion layer in the peripheral circuit region, and contact formation is facilitated. Further, if the ion implantation is performed in the state of FIG. 9, the diffusion layer of the peripheral circuit can be easily formed.
[0036]
[Embodiment 3]
Next, an embodiment in which a region of the NAND cell array is completely covered with a silicon nitride film will be described. 1A and 1B to 4 described in the first embodiment. That is, similarly to the first embodiment, a state is obtained in which the NAND cell array region is covered with the two-layer silicon oxide film and the peripheral circuit region is covered with only the second silicon oxide film of the two-layer silicon oxide film. Thereafter, the silicon oxide film is etched by RIE to expose the
[0037]
Hereinafter, the same steps as those of the first embodiment are performed. That is, as shown in FIG. 13, the bit line contact portions in the cell array region and the
[0038]
In this state, since the
[0039]
Thereafter, a metal wiring is formed according to a normal process. That is, as shown in FIG. 16, an
[0040]
As described above, according to this embodiment, in addition to the effect of the above-described embodiment, since the NAND cell array region is completely covered with the silicon nitride film, impurity diffusion such as hydrogen from the upper portion to the memory cell region is performed. And the effect of suppressing the deterioration of the memory cell characteristics can be obtained.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it becomes possible to form peripheral circuit transistors formed by a process substantially similar to that of the NAND cell unit at minute intervals without impairing the performance thereof.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a cross-sectional view along a bit line for describing a process up to formation of a gate electrode of a NAND cell and a peripheral circuit transistor according to the embodiment of the present invention;
FIG. 1B is a cross-sectional view along a word line corresponding to FIG. 1A.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a step of depositing a first-layer silicon oxide film of the embodiment.
FIG. 3 is a sectional view of a step of removing a first-layer silicon oxide film in a peripheral circuit region according to the embodiment;
FIG. 4 is a sectional view showing a step of depositing a second-layer silicon oxide film and forming a diffusion layer of a peripheral circuit according to the embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a step of etching a silicon oxide film of the bit line contact portion according to the embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a step of depositing a silicon nitride film of the embodiment.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a planarization step of the embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a metal wiring forming step of the embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a silicon nitride film etching step after a step corresponding to FIG. 6 according to another embodiment;
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a planarization step (corresponding to FIG. 7) of the embodiment.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a metal wiring forming step (corresponding to FIG. 9) of the embodiment.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a silicon oxide film etching step after a step corresponding to FIG. 4 according to another embodiment;
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a step (corresponding to FIG. 5) of etching the silicon oxide film of the bit line contact portion according to the embodiment.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a step (corresponding to FIG. 6) of depositing a silicon nitride film of the embodiment.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a planarization step (corresponding to FIG. 7) of the embodiment.
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a metal wiring forming step (corresponding to FIG. 8) of the embodiment.
FIG. 17 is a cross-sectional view for explaining a problem of a conventional NAND type EEPROM.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10: silicon substrate, 11a, 11b, 11c: gate insulating film, 12: floating gate, 13: inter-gate insulating film, 14: control gate, 15: silicon nitride film, 16: source and drain diffusion layers, 17a, 17b ... Gate electrode, 18: isolation trench, 19: isolation insulating film, 21a, 21b: silicon oxide film, 23: silicon nitride film, 24, 25: interlayer insulating film, 26a, 26b: contact plug, 27a, 27b: metal wiring.
Claims (11)
前記NANDセルアレイのゲート部間は第1及び第2の絶縁膜により埋め込まれており、
前記周辺回路トランジスタのゲート電極側面は前記第2の絶縁膜により覆われている
ことを特徴とする半導体記憶装置。In a semiconductor memory device, a NAND cell array and a peripheral circuit transistor are formed on a semiconductor substrate, in which adjacent memory cells share a source / drain diffusion layer and each memory cell has a gate portion having a charge storage layer.
A space between the gates of the NAND cell array is buried with first and second insulating films,
A semiconductor memory device, wherein a side surface of a gate electrode of the peripheral circuit transistor is covered with the second insulating film.
前記NANDセルアレイの配線コンタクト部は前記第1及び第2の絶縁膜が選択的に除去されており且つ、
前記配線コンタクト部の側面及び前記周辺回路トランジスタの前記第2の絶縁膜で覆われたゲート電極側面が第4の絶縁膜で覆われている
ことを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。A gate portion of the NAND cell array and a gate electrode of a peripheral circuit are buttered while being covered with a third insulating film;
The first and second insulating films are selectively removed from a wiring contact portion of the NAND cell array; and
2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein a side surface of the wiring contact portion and a side surface of the gate electrode of the peripheral circuit transistor covered with the second insulating film are covered with a fourth insulating film.
ことを特徴とする請求項2記載の半導体記憶装置。3. The semiconductor memory device according to claim 2, wherein said fourth insulating film is left so as to cover between gate portions of said NAND cell array.
ことを特徴とする請求項2又は3記載の半導体記憶装置。4. The semiconductor memory device according to claim 2, wherein said first and second insulating films are silicon oxide films, and said third and fourth insulating films are silicon nitride films.
ことを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。The gate portion of the NAND cell array has a floating gate as a charge storage layer made of a first-layer polycrystalline silicon film, and a control made up of a second-layer polycrystalline silicon film laminated on the floating gate via an inter-gate insulating film. 2. The semiconductor memory device according to claim 1, further comprising a gate, wherein a gate electrode of said peripheral circuit is formed by a stacked film of said first and second polycrystalline silicon films.
前記半導体基板に、隣接するメモリセルがソース、ドレイン拡散層を共有するNANDセルユニットの電荷蓄積層を有するゲート部及び周辺回路のゲート電極を形成する工程と、
前記NANDセルユニットが配列されたセルアレイの領域及び周辺回路の領域を覆うように第1の絶縁膜を堆積する工程と、
前記第1の絶縁膜のうち、前記周辺回路の領域を覆う部分を除去する工程と、
前記セルアレイ及び周辺回路の領域を覆って前記NANDセルユニットの各ゲート部間を埋め込むように第2の絶縁膜を堆積する工程と、
前記周辺回路のソース及びドレイン拡散層を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。Forming an element isolation insulating film on the semiconductor substrate;
Forming, on the semiconductor substrate, a gate portion having a charge storage layer of a NAND cell unit in which adjacent memory cells share a source and a drain diffusion layer and a gate electrode of a peripheral circuit;
Depositing a first insulating film so as to cover a cell array region where the NAND cell units are arranged and a peripheral circuit region;
Removing a portion of the first insulating film that covers a region of the peripheral circuit;
Depositing a second insulating film so as to cover the area of the cell array and the peripheral circuit and to bury the space between the gate portions of the NAND cell unit;
Forming source and drain diffusion layers of the peripheral circuit;
A method for manufacturing a semiconductor memory device, comprising:
前記第2の絶縁膜を堆積した後、前記NANDセルユニットの配線コンタクト部の第1及び第2の絶縁膜を除去する工程と、前記セルアレイ及び周辺回路の領域を覆う第4の絶縁膜を堆積する工程とを有し、
前記周辺回路のソース及びドレイン拡散層を形成する工程は、前記第2の絶縁膜を堆積した後、または前記第4の絶縁膜を堆積した後にイオン注入により行うことを特徴とする請求項6記載の半導体記憶装置の製造方法。The gate portion of the NAND cell unit and the gate electrode of the peripheral circuit are patterned while being covered with a third insulating film,
Removing the first and second insulating films of the wiring contact portion of the NAND cell unit after depositing the second insulating film, and depositing a fourth insulating film covering the cell array and a peripheral circuit region And a step of
7. The method according to claim 6, wherein the step of forming the source and drain diffusion layers of the peripheral circuit is performed by ion implantation after depositing the second insulating film or after depositing the fourth insulating film. Manufacturing method of a semiconductor memory device of the present invention.
ことを特徴とする請求項7記載の半導体記憶装置の製造方法。A step of removing the fourth insulating film while leaving the side surface of the gate contact covered with the second insulating film in a side surface of the wiring contact portion and a region of the peripheral circuit. 8. The method for manufacturing a semiconductor memory device according to item 7.
前記第2の絶縁膜を堆積した後、前記第1及び第2の絶縁膜を、前記第3の絶縁膜が露出するまでエッチングする工程と、前記NANDセルユニットの配線コンタクト部の第1及び第2の絶縁膜を除去する工程と、前記セルアレイ及び周辺回路の領域を覆う第4の絶縁膜を堆積する工程とを有し、
前記周辺回路のソース及びドレイン拡散層を形成する工程は、前記第2の絶縁膜を堆積した後、または前記第4の絶縁膜を堆積した後にイオン注入により行うことを特徴とする請求項6記載の半導体記憶装置の製造方法。The gate portion of the NAND cell unit and the gate electrode of the peripheral circuit are patterned while being covered with a third insulating film,
Etching the first and second insulating films until the third insulating film is exposed after depositing the second insulating film; and forming first and second wiring contact portions of the NAND cell unit. Removing the second insulating film, and depositing a fourth insulating film covering the cell array and the peripheral circuit region,
7. The method according to claim 6, wherein the step of forming the source and drain diffusion layers of the peripheral circuit is performed by ion implantation after depositing the second insulating film or after depositing the fourth insulating film. Manufacturing method of a semiconductor memory device of the present invention.
ことを特徴とする請求項7乃至9のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。10. The semiconductor device according to claim 7, wherein the first and second insulating films are silicon oxide films, and the third and fourth insulating films are silicon nitride films. Production method.
前記素子分離絶縁膜の形成工程は、前記第1層多結晶シリコン膜を堆積した後、前記第1層多結晶シリコン膜から前記半導体基板の所定深さまでエッチングして素子分離溝を形成する工程と、形成された前記素子分離溝に素子分離絶縁膜を埋め込む工程とを有し、
前記NANDセルユニットのゲート部及び周辺回路のゲート電極を形成する工程は、前記浮遊ゲート上にゲート間絶縁膜を形成して、前記第2層多結晶シリコン膜を堆積し、これらの第1及び第2の多結晶シリコン膜をエッチングして、前記メモリセルの浮遊ゲートと制御ゲートの積層構造及び前記周辺回路のゲート電極を形成するものである
ことを特徴とする請求項6記載の半導体記憶装置の製造方法。The gate portion of the NAND cell unit includes a floating gate as a charge storage layer made of a first-layer polycrystalline silicon film, and a second-layer polycrystalline silicon film laminated on the floating gate with an inter-gate insulating film interposed therebetween. A gate electrode of the peripheral circuit is formed by a laminated film of the first and second polycrystalline silicon films,
Forming the element isolation insulating film, after depositing the first layer polycrystalline silicon film, etching the first layer polycrystalline silicon film to a predetermined depth of the semiconductor substrate to form an element isolation groove; Embedding an element isolation insulating film in the formed element isolation groove,
The step of forming a gate portion of the NAND cell unit and a gate electrode of a peripheral circuit includes forming an inter-gate insulating film on the floating gate, depositing the second-layer polycrystalline silicon film, 7. The semiconductor memory device according to claim 6, wherein the second polycrystalline silicon film is etched to form a stacked structure of a floating gate and a control gate of the memory cell and a gate electrode of the peripheral circuit. Manufacturing method.
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