JP2004273643A - 半導体記憶装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板上にトンネル絶縁膜13を形成する。トンネル絶縁膜13上にフローティングゲート電極15を形成する。フローティングゲート電極15の側壁に位置するダミー絶縁膜を形成する。ダミー絶縁膜をマスクとして、ソース・ドレイン拡散領域に必要な深さの第1トレンチを形成する。第1トレンチの側壁に沿って、ソース・ドレイン拡散領域18を形成する。第1トレンチの底面から、素子分離に必要な深さの第2のトレンチを形成してトレンチ型素子分離領域12を形成する。ダミー絶縁膜を除去してフローティングゲート電極15を覆う第2絶縁膜16を形成する。第2絶縁膜16上にコントロールゲート電極17を形成する。これにより半導体記憶装置が製造される。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、ダイレクトトンネル現象を利用してフローティングゲートにキャリアを注入する半導体記憶装置とその製造方法に関する
【従来の技術】
半導体記憶装置として、フラッシュメモリが知られている。フラッシュメモリは、1つのMISFETにより1つのメモリセルを構成するため、大容量化に適している。フラッシュメモリでは、コントロールゲートとドレインに電圧を印加してソースからドレインに電流を流し、チャネルホットエレクトロンをフローティングゲートに注入することによって電子注入を行う。あるいは、コントロールゲートに高電圧をかけてF−N(Fowler−Nordheim)トンネル電流によりフローティングゲートに電子を注入する。フローティングゲートに注入されたキャリアを保持するために、フローティングゲート電極とチャネル領域との間の絶縁膜の厚さは8〜10nm程度必要とされる。この厚さの絶縁膜を介してフローティングゲートにキャリアをトンネルさせるためには、10V〜20Vの高い電圧印加が必要である。また、F−Nトンネル電流を利用した場合は、注入効率はよいが、動作速度の高速化が図れないという問題がある。一方、チャネルホットエレクトロン利用した場合は、印加電圧は比較的低電圧化できるが、注入効率が悪いので消費電力が大きくなる。
【0002】
このため、低電圧高速化を図るべく、トンネル絶縁膜を薄くしてダイレクトトンネル現象によりフローティングゲートに対してキャリアの注入、引き抜きを行う方法が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。もっとも、従来のフラッシュメモリのままトンネル絶縁膜(酸化膜)を薄くするだけでは、ソース・ドレインとフローティングゲートとの間のリーク電流が大きくなり、データ保持ができなくなる。そこで、ソース・ドレイン領域とゲートとの間のリークを防止するために、フローティングゲートとソース・ドレイン拡散領域がオーバーラップしないように配置する。
【0003】
図1(a)に従来のDTM素子の構成例を示す。DTM素子は、LOCOS酸化膜などの素子分離領域102によって区画された活性領域に、シリコン基板101上に形成された厚さ2〜3nm程度のトンネル絶縁膜103と、トンネル絶縁膜103上に形成されたフローティングゲート105と、フローティングゲート105上に位置する誘電体膜106と、誘電体膜106上の上部コントロールゲート電極107を備える。フローティングゲート105と、誘電体膜106と、上部コントロール電極107の側壁を覆って、側部コントロールゲート電極108が形成され、フローティングゲート106は、コントロールゲートに取り囲まれる。側部コントロールゲートの側壁はサイドウォール109で覆われる。この構成では、フローティングゲート105とソース・ドレイン拡散領域110とはオーバーラップしない。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−16155号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来のDTM素子のセルサイズは、8F2(2F×4F)程度である。Fは、該当するデザインルールで基準となる設計寸法である。本発明は、DTM素子のセル面積をさらに低減して集積度を向上するために、4F2 (2F×2F)セル構造のダイレクトトンネル(DT)型メモリを提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、メモリ素子のゲート構造に隣接してトレンチ型素子分離領域を配置し、トレンチ型素子分離領域の上部側壁に沿ってソース・ドレイン拡散領域を配置する。トレンチ型素子分離領域で区画される半導体基板上に、トンネル絶縁膜を介してフローティングゲート電極が位置し、フローティングゲート電極を覆って第2絶縁膜が位置する。第2絶縁膜上にコントロールゲート電極が位置し、トレンチ上部側壁に沿ったソース・ドレイン拡散領域は、半導体基板上のフローティングゲートとオーバーラップしない。
【0007】
より具体的には、本発明の第1の側面では、4F2 セルサイズを実現する半導体記憶装置としてのダイレクトトンネル(DT)型メモリを提供する。このような半導体記憶装置は、揮発性、あるいは揮発性と不揮発性の中間の特性を有し、準不揮発性メモリと位置づけられる。
【0008】
半導体記憶装置は、半導体基板と、半導体基板に形成されたトレンチ型の素子分離領域と、素子分離領域に区画される領域において半導体基板上に位置するトンネル絶縁膜と、トンネル絶縁膜上に位置するフローティングゲート電極と、フローティングゲート電極を覆う第2絶縁膜と、第2絶縁膜上に形成されるコントロールゲート電極と、フローティングゲート電極とオーバーラップしないように前記トレンチ型素子分離領域の上部側壁に沿って延びるソース・ドレイン拡散領域とを備える。
【0009】
このような構成により、フローティングゲート電極とソース・ドレイン拡散領域との間のリークを防止しつつ、4F2 サイズのDTメモリセルを実現することができる。
【0010】
本発明の第2の側面では、4F2 サイズのDTメモリセルを有する半導体記憶装置の製造方法を提供する。半導体記憶装置の製造方法は、以下の工程を含む。
(a)半導体基板上に、トンネル絶縁膜を形成する工程、
(b)トンネル絶縁膜上にフローティングゲート電極を形成する工程、
(c)前記フローティングゲート電極の側壁に位置するダミー絶縁膜を形成する工程、
(d)ダミー絶縁膜をマスクとして、ソース・ドレイン拡散領域に必要な深さの第1トレンチを形成する工程、
(e)第1トレンチの側壁に沿ってソース・ドレイン拡散領域を形成する工程、
(f)前記第1トレンチの底面から、素子分離に必要な深さの第2トレンチを形成して第2トレンチに絶縁膜を埋め込み、トレンチ型素子分離領域を形成する工程、
(g)ダミー絶縁膜を除去して、前記フローティングゲート電極を覆う第2絶縁膜を形成する工程、および
(h)第2絶縁膜上にコントロールゲート電極を形成する工程。
【0011】
この方法によれば、ゲート構造に隣接して素子分離領域を形成し、素子分離領域の側壁に沿ってソース・ドレイン拡散領域を走らせるので、セルサイズを4F2 まで低減できる。また、浅い第1のトレンチを形成してソース・ドレイン拡散領域を形成してから、深い第2トレンチを形成して素子分離領域を形成するので、素子分離領域を形成するための絶縁膜のエッチングに関する困難な制御を伴うことがない。また、基板に直接形成するトレンチの深さは、厳密に制御できるので、ソース・ドレイン拡散領域を制御性よく形成することができる。
【0012】
すなわち、設計に応じて所望のソース・ドレインを形成するために、第1トレンチの形状および深さを任意の範囲で正確に制御することができる。同時に、素子分離領域の形成も制御性よく行うことができる。
【0013】
第1トレンチ側壁へのソース・ドレイン拡散工程は、第1トレンチへのイオン注入工程を含む。このときのイオン注入は、斜め注入でも、垂直イオン注入であってもよいが、垂直注入の場合は斜め方向への角度制御の必要がない。また、垂直注入ではイオン注入のパワーを上げることができる。基板材料をシリコンとすることで、いずれの注入方法によっても、不純物の水平方向への拡散を利用することができる。
【0014】
上述したように、シリコン基板へのトレンチ形成は正確に制御できるので、所望の範囲で第1トレンチおよび第2トレンチを形成することができる。たとえば、第1トレンチの深さを基板表面から0〜200nmの範囲、第2トレンチを基板表面から200〜400nmの範囲で、適切に設定することができる。
【0015】
第1トレンチの深さを0nmとする場合は、第1トレンチを形成することなく、基板にダミー絶縁膜の下方まで延びる不純物拡散領域を形成する。その後、素子分離用のトレンチを一度で形成するとともに、トレンチの上部側壁に沿って残る不純物拡散領域をソース・ドレイン拡散領域とすることができる。この場合の半導体記憶装置の製造方法は、
(a)半導体基板上に、トンネル絶縁膜を形成する工程と、
(b)トンネル絶縁膜上にフローティングゲート電極を形成する工程と、
(c)フローティングゲート電極の側壁に位置するダミー絶縁膜を形成する工程と、
(d)ダミー絶縁膜をマスクとしてイオン注入し、ダミー絶縁膜の下方まで拡がる不純物拡散領域を形成する工程と、
(e)ダミー絶縁膜をマスクとして、素子分離に必要な深さのトレンチを形成するとともに、前記トレンチの上部側壁に沿って残る前記不純物拡散領域をソース・ドレイン拡散領域とする工程と、
(f)トレンチを埋め込んで素子分離領域を形成する工程と、
(g)ダミー絶縁膜を除去して、フローティングゲート電極を覆う第2絶縁膜を形成する工程と、
(h)第2絶縁膜上に、コントロールゲート電極を形成する工程と
を含む。
【0016】
本発明のその他の特徴、効果については、添付図面を参照して以下で述べる詳細な説明によりいっそう明確になる。
【0017】
【発明の実施の形態】
図2は、本発明の実施形態に係るDT(Direct Tunneling)メモリ10の平面構成図である。素子分離領域としての埋め込み酸化膜12で区画される活性領域に、フローティングゲート15がマトリクス状に配置されている。埋め込み酸化膜12に沿って、フローティングゲート15とオーバーラップしないようにソース・ドレイン拡散領域18が延びる。このソース・ドレイン拡散領域18は、そのままビット線18として機能する。ビット線18と直交する方向に、フローティングゲート電極を覆うコントロールゲート電極17が延びる。コントロールゲート電極17は、そのままワード線17として機能する。
【0018】
このような平面構成において、ひとつのメモリセル20は、隣接する2本のビット線18に挟まれるフローティングゲート15と、フローティングゲート15を覆ってビット線に直交するワード線17を含み、メモリセル20のサイズは4F2 となっている。4F2 のセルサイズを実現するために、素子分離領域12をトレンチ型の素子分離とし、ビット線(ソース・ドレイン拡散領域)を、トレンチの上部側壁に沿って走らせる。
【0019】
図3は、図2のA−A’ラインに沿った断面図である。DTメモリセル20は、シリコン基板11に、トレンチ25内を酸化膜で埋め込んだトレンチ型素子分離領域12と、トレンチ型素子分離領域12で区画される活性領域のシリコン基板11上に位置する膜厚2nm程度のトンネル絶縁膜13と、トンネル絶縁膜13上に位置するフローティングゲート電極15を有する。さらに、フローティングゲート電極15の上面および側面を覆う厚さ8〜10nm程度の第2絶縁膜16と、第2絶縁膜16上に位置するコントロールゲート電極17と、素子分離領域12を構成するトレンチ25の上部側壁に沿って延びるソース・ドレイン拡散領域18を有する。ソース・ドレイン拡散領域18は、薄いトンネル絶縁膜13からの電荷のリークを防止するために、フローティングゲート13とオーバーラップしない位置に形成されている。
【0020】
この構成により、ソース・ドレイン18とフローティングゲート15間のリークを防止してデータ保持の信頼性を維持しつつ、2F×2FサイズのDTメモリセルが実現される。
【0021】
DTメモリセル20への書き込み動作は、選択されたワード線(コントロールゲート電極)に5V、選択されたビット線(ドレイン)18に1V程度の電圧を印加してチャネルを形成し、このチャネル中の電子を、トンネル絶縁膜13を介したダイレクトトンネリングによりフローティングゲート15に注入する。消去動作は、コントロール電極を−5Vにして、ソースに接続されたビット線18に0Vの消去電圧を印加して、フローティングゲート15から基板へ電荷を引き抜く。トンネル絶縁膜13の膜厚が薄いため、従来のフローティングゲート型フラッシュメモリに比べて、印加電圧が低く、かつ動作速度が速い。
【0022】
次に、このようなDTメモリの作製方法について述べる。
<第1実施形態>
図4〜図7は、本発明の第1実施形態に係るDTメモリの作製工程を示す。作製工程は、図2のA−A’ラインに沿った断面構成として図示するものとする。
【0023】
まず、図4(a)に示すように、シリコン基板11上に、熱酸化により厚さ2nm程度のトンネル絶縁膜13を形成する。トンネル絶縁膜(熱酸化膜)13上に、CVD法により膜厚150nmのポリシリコンを堆積し、さらにCVD方により酸化膜を120nmに堆積した後、リソグラフィとRIE法によるエッチングでフローティングゲートのパターンを形成する。このパターニングにより、トンネル絶縁膜13上にフローティングゲート15と、それを覆う酸化膜ハードマスク21が残る。フローティングゲートパターン形成後に、全面に薄く熱酸化膜24をつけた後、CVD法により窒化膜を全面に堆積する。窒化膜を全面RIE法によりエッチバックすることにより、ダミー窒化膜23が、フローティングゲート15と酸化膜ハードマスク21の側壁に残る。
【0024】
次に、図4(b)に示すように、酸化膜ハードマスク21およびダミー窒化膜23をマスクとして、セルフアラインでシリコン基板11をRIE法によりエッチングして、深さが200nm〜400nm、好ましくは300nm〜400nm程度のトレンチ(溝)25を形成する。
【0025】
次に、図5(c)に示すように、トレンチ25、酸化膜ハードマスク21、ダミー窒化膜23の全面を覆って、絶縁膜(たとえば酸化膜)27をCVD法により堆積する。
【0026】
次に、図5(d)に示すように、絶縁膜27をRIE法により全面エッチングすることにより、トレンチ25の内部にのみ絶縁膜を残し、トレンチ型(あるいは埋め込み型)の素子分離領域12を形成する。このとき、トレンチ25の上部側壁が50nm〜80nm程度露出するようにエッチングを制御して、側壁露出面26を設ける。第1実施形態では、絶縁膜27として酸化膜を使用するため、RIEによるエッチング時に、酸化膜ハードマスク21も一緒に除去される。
【0027】
次に、図6(e)に示すように、トレンチ25の側壁露出面26に対して、斜めイオン注入する。注入された不純物イオンは、その後の熱処理により拡散して、トレンチ25の上部側壁に沿ってソース・ドレイン拡散領域28を形成する。斜めイオン注入は、加速エネルギー20KeV、ドーズ量4×1015cm−2で行う。
【0028】
次に、図6(f)に示すように、ダミー窒化膜23を、熱リン酸によるウェットエッチングにより除去する。また、フローティングゲート電極15の側壁およびシリコン基板上に残る薄い酸化膜24も、フッ酸系のエッチャントにより、いったん除去する。
【0029】
次に、図6(g)に示すように、熱酸化によりゲート熱酸化膜16を8nm程度の膜厚で全面に形成する。このゲート酸化膜15は、第2の絶縁膜として、フローティングゲート15と、次工程で形成するコントロールゲート電極とを絶縁するための膜である。
【0030】
次に、図6(h)に示すように、CVD法により、全面にポリシリコンを50nmの厚さに堆積し、リソグラフィとエッチングによりポリシリコンをワード線の形状にパターニングしてコントロールゲート電極(またはワード線)17を形成する。
【0031】
このようなDTメモリの作製方法によれば、フローティングゲートを覆うハードマスクとダミー側壁窒化膜とをマスクとして、セルフアラインでトレンチ型の素子分離領域が形成され、トレンチの上部側壁に沿ってソース・ドレイン領域が形成される。トレンチ側壁に沿ったソース・ドレイン領域は、フローティングゲート電極とオーバーラップしない。したがって、トンネル絶縁膜からのリークを防止して電荷をフローティングゲートに保持しつつ、4F2 サイズのメモリセルが実現される。
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係るDTメモリの作製工程を説明する。
【0032】
第1実施形態では、4F2 セルを実現するために、トレンチ型素子分離領域の上部側壁に沿ってソース・ドレイン拡散領域を形成する方法として、いったんトレンチを埋め込んだ厚い絶縁膜をエッチバックして、斜めイオン注入を行った。しかし、トレンチを酸化膜で厚く埋め込んだ後に、酸化膜のエッチングをコントロールしてトレンチの側壁を所定の深さだけ一部露出させるのは、制御面で困難になる場合もある。
【0033】
そこで、第2実施形態では、4F2 セルサイズを維持したまま、より制御性のよいソース・ドレイン拡散領域の形成プロセスを提供する。
【0034】
この目的を達成するために、まず、基板にソース・ドレインの形成に必要な深さの第1トレンチを形成して、イオン注入および熱拡散により不純物拡散領域を形成する。その後、さらにトレンチを深くエッチングして第2トレンチを形成し、第2トレンチの左右の上部側壁に不純物拡散領域を分離してソース・ドレイン拡散領域とする。その後、第2トレンチに酸化膜を埋め込んで素子分離領域を作る。
【0035】
図8〜図11は、第2実施形態に係るDTメモリの作製工程を示す図である。第2実施形態においても、図2のA−A’ラインに沿った断面構成として作製工程を示す。第1実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【0036】
まず、図8(a)に示すように、シリコン基板11上に、厚さ2nm程度のトンネル絶縁膜13を介して、ポリシリコンのフローティングゲート15と、フローティングゲート15の上面を覆う酸化膜ハードマスク21と、熱酸化膜24を介してフローティングゲート15および酸化膜ハードマスク21の側壁を覆うダミー窒化膜23を形成する。ここまでは、第1実施形態の図4(a)に示す工程と同一であり、各構成要素の詳細な形成方法は省略する。ダミー窒化膜23の厚さは、4F2 サイズのメモリセルを実現するためのトレンチ型素子分離領域の位置を決定するものであり、このダミー窒化膜を異方性エッチングすることにより、フローティングゲート15の側壁に所定の厚さのダミー窒化膜が残る。
【0037】
次に、図8(b)に示すように、RIE法により、ソース・ドレインの形成に必要な量だけ、たとえばシリコン基板11の表面から0〜200nmの深さまでエッチングして第1トレンチ45を形成する。図8(b)においては、一例として80nmの深さとするが、第1トレンチの深さはトランジスタの特性とも関連し、かならずしもこの値に限定されない。シリコン基板へのトレンチ形成は厳密に制御できるので、0〜200nmの範囲で設計に応じ所望の深さに設定可能である。第1トレンチ45は、フローティングゲート15を覆う酸化膜ハードマスク21とダミー窒化膜23をマスクとして、RIE法によりセルフアラインで形成する。
【0038】
次に、図9(c)に示すように、第1トレンチ45にイオン注入を行う。第2実施形態では、たとえば垂直にイオン注入を行う。垂直注入の際には、イオン注入にパワーをかけることができる。もっとも、第1トレンチ45内に斜めイオン注入を行ってもよい。基板に形成してある第1トレンチの深さが正確に制御されているので、ななめ注入によりイオン打ち込みされる領域も正確に決定できるからである。後の熱工程により打ち込まれた不純物が水平方向に拡散し、第1トレンチ45の側壁から拡がる不純物拡散領域38が形成される。また、第1トレンチ45の底面からもイオンが拡散して不純物拡散領域38’が形成される。垂直イオン注入した場合の加速エネルギーは60KeV、ドーズ量は4×1015cm−2である。
【0039】
次に、図9(d)に示すように、酸化膜ハードマスク21とダミー窒化膜23をマスクとして、RIE法により、第1トレンチ45をさらに深くエッチングして、第2トレンチ55を形成する。第2トレンチ55は、第1トレンチ45の底面から深さ方向にさらに掘り下げ、最終的に第1トレンチを吸収した状態で、深さ約200nm〜400nm、より好ましくは深さ300nm〜400nmの溝が形成される。第2トレンチ55の形成により、先の工程で第1トレンチ45の底面から拡がっていた不純物拡散領域38’が除去され、第2トレンチ55の上部側壁から拡散する不純物拡散領域38が左右に分離される。この第2トレンチ側壁に沿って残る不純物拡散領域38が、DTメモリのソース・ドレイン拡散領域38となり、ビット線となる。先の工程で第1トレンチ底面に形成された不純物拡散領域は、第2トレンチ形成とともに除去されるので、イオン注入時のパワー制御は必ずしも厳密に行わなくてもよい。
【0040】
次に、図10(e)に示すように、第2トレンチ55の内部および基板全面を覆う絶縁膜49をCVD法により形成する。絶縁膜49は、たとえば酸化膜で形成する。
【0041】
次に、図10(f)に示すように、絶縁膜49をRIE法によりエッチバックして、第2トレンチ55の内部にのみ絶縁膜を残す。これにより、素子分離領域12が形成される。
【0042】
次に、図11(g)に示すように、ダミー窒化膜23を熱リン酸によるウェットエッチングで除去する。フローティングゲート15の側壁に残る薄い酸化膜24をいったんフッ酸系のエッチャントで除去したあと、再度、熱酸化により膜厚8nm程度のゲート絶縁膜(第2絶縁膜)16を全面に形成する。
【0043】
次に、図11(h)に示すように、CVD法により、全面にポリシリコンを50nmの厚さに堆積し、リソグラフィとエッチングによりポリシリコンをワード線の形状にパターニングしてコントロールゲート電極(またはワード線)17を形成する。
【0044】
第2実施形態の方法によれば、素子分離用のトレンチ埋め込み後に、厚い絶縁膜をエッチバックしてトレンチの側壁を一部露出させる必要がない。また、ソース・ドレイン拡散領域の形成に、必ずしも斜めイオン注入を採用する必要がなく、エッチバックの制御と、ソース・ドレイン形成のためのイオン注入の制御の双方が容易になる。
【0045】
さらに、シリコン基板への第1トレンチおよび第2トレンチの形成は正確に制御できるため、トレンチの上部側壁に沿ったソース・ドレイン領域も、簡単な工程で制御性よく形成することができる。結果として、4F2 サイズのメモリセルが簡単な工程で実現される。
【0046】
また、第1トレンチから横方向への熱拡散を利用してソース・ドレイン拡散領域を形成した後、第2トレンチの形成と同時に、第1トレンチ底面から広がる拡散領域を完全に除去するので、隣り合うメモリセルを確実に分離できる。
【0047】
以上、ダイレクトトンネル現象を利用したDTメモリについて、実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。第1トレンチの深さは80nmに限定されるものでなく、0nm〜200nmの範囲で適宜設定できる。第1トレンチの深さを0nmとする場合は、第1トレンチを形成せずに、基板表面にイオン注入を行うことになる。水平方向の不純物の広がりとその後の熱拡散により、ダミー窒化膜の下方まで延びる不純物拡散領域を形成する。その後、一回のエッチングで所望の深さの素子分離用のトレンチを形成して、トレンチの上部側壁に沿って残る不純物拡散領域をソース・ドレイン拡散領域とすることができる。
【0048】
第2トレンチの深さは、200nm〜400nmの範囲が望ましいが、これ以外の範囲でも、素子分離に必要な任意に深さに設定することができる。トレンチ型素子分離領域の深さを深くすることによって実効的な素子間距離が長くなるが、製造上、微細化との兼ね合いもあり、200nm〜400nm、より望ましくは300nm〜400nmとする。
【0049】
第2絶縁膜の厚さは、フローティングゲート電極とコントロールゲート電極との間のリーク電流を防止できる厚さである限り、実施形態で述べた膜厚に限定されない。第2絶縁膜として酸化膜を用いた場合は緻密性に優れるので、6〜10nmの範囲で適宜膜厚を設定できる。
【0050】
また、フローティングゲート電極の不純物濃度分布を変化させる構成としてもよい。すなわち、フローティングゲートのうち、トンネル絶縁膜近傍の不純物濃度を低くすることによって、フローティングゲートに保持された電荷が基板方向にトンネリングする量を低減し、リーク防止効果を高める構成としてもよい。
【0051】
また、実施形態では、ダミー側壁をシリコン窒化膜とし、トレンチ型絶縁膜をシリコン酸化膜としたが、逆に、ダミー側壁をシリコン酸化膜で形成し、トレンチの埋め込みをシリコン窒化膜で行ってもよい。
【0052】
最後に、以上の説明に関して、以下の付記を開示する。
(付記1) 半導体基板と、
半導体基板に形成されたトレンチ型の素子分離領域と
前記素子分離領域に区画される領域において、半導体基板上に位置するトンネル絶縁膜と、
トンネル絶縁膜上に位置するフローティングゲート電極と、
フローティングゲート電極を覆う第2絶縁膜と、
第2絶縁膜上に位置するコントロールゲート電極と、
フローティングゲート電極とオーバーラップしないように前記トレンチ型素子分離領域の上部側壁に沿って延びるソース・ドレイン拡散領域と
を備えることを特徴とする半導体記憶装置。
(付記2) 半導体基板上に、トンネル絶縁膜を形成する工程と、
トンネル絶縁膜上にフローティングゲート電極を形成する工程と、
フローティングゲート電極の側壁に位置するダミー絶縁膜を形成する工程と、
ダミー絶縁膜をマスクとしてイオン注入し、前記ダミー絶縁膜の下方まで拡がる不純物拡散領域を形成する工程と、
ダミー絶縁膜をマスクとして、素子分離に必要な深さのトレンチを形成するとともに、前記トレンチの上部側壁に沿って残る前記不純物拡散領域をソース・ドレイン拡散領域とする工程と、
前記トレンチを埋め込んで素子分離領域を形成する工程と、
ダミー絶縁膜を除去して、フローティングゲート電極を覆う第2絶縁膜を形成する工程と、
第2絶縁膜上に、コントロールゲート電極を形成する工程と
を含む半導体記憶装置の製造方法。
(付記3) 半導体基板上にトンネル絶縁膜を形成する工程と、
トンネル絶縁膜上にフローティングゲート電極を形成する工程と、
フローティングゲート電極の側壁に位置するダミー絶縁膜を形成する工程と、
ダミー絶縁膜をマスクとして、ソース・ドレイン拡散領域に必要な深さの第1トレンチを形成する工程と、
第1トレンチの側壁に沿って、ソース・ドレイン拡散領域を形成する工程と、
第1トレンチの底面から、素子分離に必要な深さの第2トレンチを形成して第2トレンチに絶縁膜を埋め込み、トレンチ型素子分離領域を形成する工程と、
ダミー絶縁膜を除去して、前記フローティングゲート電極を覆う第2絶縁膜を形成する工程と、
第2絶縁膜上にコントロールゲート電極を形成する工程と
を含む半導体記憶装置の製造方法。
(付記4) 前記第1トレンチを、半導体基板の表面から0nm〜200nmの深さに形成することを特徴とする付記3に記載の半導体記憶装置の製造方法。
(付記5) 前記第1トレンチ側壁へのソース・ドレイン拡散工程は、前記第1トレンチ内へのイオン注入工程を含むことを特徴とする付記3に記載の半導体記憶装置の製造方法。
(付記6) 第1トレンチ側壁へのソース・ドレイン拡散工程は、前記注入するイオンの水平方向への拡散を利用することを特徴とする付記4に記載の半導体記憶装置の製造方法。
(付記7) 第1トレンチへのイオン注入は、垂直注入であることを特徴とする付記5または6に記載の半導体記憶装置の製造方法。
(付記8) フローティングゲート電極の側壁に位置するダミー絶縁膜の厚さは、ソース・ドレイン拡散領域とフローティングゲート電極とをオーバーラップさせない厚さに設定されることを特徴とする付記2または3に記載の半導体記憶装置の製造方法。
【0053】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、4F2 セルサイズのDTメモリ素子が実現される。
【0054】
また、第2実施形態の製造方法によれば、トレンチの側壁を一部露出させるための酸化膜のエッチング制御の必要がない。ソース・ドレイン拡散領域の形成に必要な量だけ基板をエッチングして第1トレンチを形成すればよいので、ソース・ドレイン領域形成のための制御性が向上する。
【0055】
また、第1トレンチへのイオン注入の角度制御は特に必要なく、イオン注入後に第1トレンチをさらに掘り下げて素子分離領域を形成するので、ソース・ドレイン領域を確実に分離することができる。
【0056】
全体として、困難な制御を伴うことなく、効率よく4F2 セルサイズのDTメモリを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のダイレクトトンネリングメモリ(DTM)素子の構成例を示す図である。
【図2】本発明に係る、4F2 セルのDTメモリの平面構成図である。
【図3】本発明のDTメモリ素子の構成を示す図であり、図2のA−A’ラインに沿った断面図である。
【図4】本発明の第1実施形態に係るDTメモリの作製工程図(その1)である。
【図5】本発明の第1実施形態に係るDTメモリの作製工程図(その2)である。
【図6】本発明の第1実施形態に係るDTメモリの作製工程図(その3)である。
【図7】本発明の第1実施形態に係るDTメモリの作製工程図(その4)である。
【図8】本発明の第2実施形態に係るDTメモリの作製工程図(その1)である。
【図9】本発明の第2実施形態に係るDTメモリの作製工程図(その2)である。
【図10】本発明の第2実施形態に係るDTメモリの作製工程図(その3)である。
【図11】本発明の第2実施形態に係るDTメモリの作製工程図(その4)である。
【符号の説明】
10 ダイレクトトンネル(DT)メモリ(半導体記憶装置)
11 シリコン基板(半導体基板)
12 トレンチ型素子分離領域
13 トンネル絶縁膜
15 フローティングゲート電極
16 第2絶縁膜
17 コントロールゲート電極
18、28、38 ソース・ドレイン拡散領域
21 酸化膜ハードマスク(ダミー絶縁膜)
23 ダミー窒化膜(ダミー絶縁膜)
24 熱酸化膜
25 トレンチ
26 側壁露出面
45 第1トレンチ
55 第2トレンチ
Claims (5)
- 半導体基板と、
前記半導体基板に形成されたトレンチ型の素子分離領域と
前記素子分離領域に区画される領域において、前記半導体基板上に位置するトンネル絶縁膜と、
前記トンネル絶縁膜上に位置するフローティングゲート電極と、
前記フローティングゲート電極を覆う第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜上に位置するコントロールゲート電極と、
前記フローティングゲート電極とオーバーラップしないように前記トレンチ型素子分離領域の上部側壁に沿って延びるソース・ドレイン拡散領域と
を備えることを特徴とする半導体記憶装置。 - 半導体基板上に、トンネル絶縁膜を形成する工程と、
前記トンネル絶縁膜上にフローティングゲート電極を形成する工程と、
前記フローティングゲート電極の側壁に位置するダミー絶縁膜を形成する工程と、
前記ダミー絶縁膜をマスクとしてイオン注入し、前記ダミー絶縁膜の下方まで拡がる不純物拡散領域を形成する工程と、
前記ダミー絶縁膜をマスクとして、素子分離に必要な深さのトレンチを形成するとともに、前記トレンチの上部側壁に沿って残る前記不純物拡散領域をソース・ドレイン拡散領域とする工程と、
前記トレンチを埋め込んで素子分離領域を形成する工程と、
前記ダミー絶縁膜を除去して、前記フローティングゲート電極を覆う第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第2絶縁膜上に、コントロールゲート電極を形成する工程と
を含む半導体記憶装置の製造方法。 - 半導体基板上にトンネル絶縁膜を形成する工程と、
前記トンネル絶縁膜上にフローティングゲート電極を形成する工程と、
前記フローティングゲート電極の側壁に位置するダミー絶縁膜を形成する工程と、
前記ダミー絶縁膜をマスクとして、ソース・ドレイン拡散領域に必要な深さの第1トレンチを形成する工程と、
前記第1トレンチの側壁に沿って、ソース・ドレイン拡散領域を形成する工程と、
前記第1トレンチの底面から素子分離に必要な深さの第2トレンチを形成し、前記第2トレンチを絶縁膜で埋め込んでトレンチ型素子分離領域を形成する工程と、
前記ダミー絶縁膜を除去して、前記フローティングゲート電極を覆う第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第2絶縁膜上にコントロールゲート電極を形成する工程と
を含む半導体記憶装置の製造方法。 - 前記第1トレンチを、前記半導体基板の表面から0nm〜200nmの深さに形成することを特徴とする請求項3に記載の半導体記憶装置の製造方法。
- 前記第1トレンチ側壁へのソース・ドレイン拡散工程は、前記第1トレンチ内へのイオン注入工程を含むことを特徴とする請求項3に記載の半導体記憶装置の製造方法。
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