JP2005086122A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ゲートバーズビークの形成を抑えた良好な半導体装置の製造方法を提供することにある。
【解決手段】 ゲート酸化膜上21にフローティングゲート電極22を積層し、該フローティングゲート電極上にゲート間絶縁膜23を介してコントロールゲート電極24を積層したゲート電極層20と、該ゲート電極層の両側面を挟む一対のサイドウォール14と、該サイドウォールの底面に電荷漏出防止膜13とを備えた半導体装置10の製造方法において、
半導体基板11の上面の所定位置に前記ゲート電極層を形成すること、
前記ゲート電極層と共に、該ゲート電極層を形成した前記半導体基板の上面に、熱酸化処理を施して電荷漏出防止膜を形成すること、
前記電荷漏出防止膜の上面に前記サイドウォールを形成すること、
前記サイドウォールの形成後、前記電荷漏出防止膜の厚さ寸法を前記ゲート酸化膜の厚さ寸法より厚く形成すべく、再熱酸化処理を施すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【選択図】 図1
【解決手段】 ゲート酸化膜上21にフローティングゲート電極22を積層し、該フローティングゲート電極上にゲート間絶縁膜23を介してコントロールゲート電極24を積層したゲート電極層20と、該ゲート電極層の両側面を挟む一対のサイドウォール14と、該サイドウォールの底面に電荷漏出防止膜13とを備えた半導体装置10の製造方法において、
半導体基板11の上面の所定位置に前記ゲート電極層を形成すること、
前記ゲート電極層と共に、該ゲート電極層を形成した前記半導体基板の上面に、熱酸化処理を施して電荷漏出防止膜を形成すること、
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【選択図】 図1
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関するものであり、特に不揮発性メモリの製造方法に関する。
不揮発性メモリと称される半導体装置の製造方法が特許文献1乃至特許文献3に記載されている。これらの特許文献に示されている半導体装置の製造方法は、ゲート酸化膜上にフローティングゲート電極およびコントロールゲート電極から成る積層型のゲート電極層を半導体基板上に形成し、その後、前記ゲート電極層の周囲に電荷漏出防止膜を前記ゲート酸化膜の厚さ寸法より厚く形成することを開示している。電荷漏出防止膜をゲート酸化膜の厚さ寸法より厚く形成することにより、フローティングゲート電極の底面とゲート酸化膜の境、つまりフローティングゲート電極の底面側のエッジが電荷漏出防止膜で囲われることから、フローティングゲート電極に保持されている電荷が該フローティングゲート電極の底面側のエッジから抜け出すことを防ぐことができ、電荷保持特性の良好な半導体装置を得ることができる。
特開平11−126833号公報
特開2000−49340号公報
特開2003−31707号公報
ところで、電荷漏出防止膜は、ゲート酸化膜の厚さ寸法よりも、厚く形成する必要があることから、鳥の嘴状にゲート電極層の外だけ電荷漏出防止膜が極端に厚く形成され易く、いわゆるゲートバーズビークが形成され易い。これにより、ソース・ドレインのための不純物領域とフローティングゲート電極との間で電荷の移動が行なわれるとき、必要以上に厚く形成された電荷漏出防止膜により、電荷移動を良好に行うことができず、これが問題となっていた。
従って、本発明の目的は、ゲートバーズビークの形成を抑えた良好な半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明は、以上の点を解決するために、次の構成を採用する。
〈構成1〉
ゲート酸化膜上にフローティングゲート電極を積層し、該フローティングゲート電極上にゲート間絶縁膜を介してコントロールゲート電極を積層したゲート電極層と、該ゲート電極層の両側面を挟む一対のサイドウォールと、該サイドウォールの底面に電荷漏出防止膜とを備えた半導体装置の製造方法において、半導体基板の上面の所定位置に前記ゲート電極層を形成すること、前記ゲート電極層と共に、該ゲート電極層を形成した前記半導体基板の上面に、熱酸化処理を施して電荷漏出防止膜を形成すること、前記電荷漏出防止膜の上面に酸化膜でサイドウォールを形成すること、前記サイドウォールの形成後、前記電荷漏出防止膜の厚さ寸法を前記ゲート酸化膜の厚さ寸法より厚く形成すべく、再熱酸化処理を施すことを特徴とする。
〈構成1〉
ゲート酸化膜上にフローティングゲート電極を積層し、該フローティングゲート電極上にゲート間絶縁膜を介してコントロールゲート電極を積層したゲート電極層と、該ゲート電極層の両側面を挟む一対のサイドウォールと、該サイドウォールの底面に電荷漏出防止膜とを備えた半導体装置の製造方法において、半導体基板の上面の所定位置に前記ゲート電極層を形成すること、前記ゲート電極層と共に、該ゲート電極層を形成した前記半導体基板の上面に、熱酸化処理を施して電荷漏出防止膜を形成すること、前記電荷漏出防止膜の上面に酸化膜でサイドウォールを形成すること、前記サイドウォールの形成後、前記電荷漏出防止膜の厚さ寸法を前記ゲート酸化膜の厚さ寸法より厚く形成すべく、再熱酸化処理を施すことを特徴とする。
〈構成2〉
ゲート酸化膜上にフローティングゲート電極を積層し、該フローティングゲート電極上にゲート間絶縁膜を介してコントロールゲート電極を積層したゲート電極層と、該ゲート電極層の両側面を挟む一対のサイドウォールと、該サイドウォールの底面に電荷漏出防止膜とを備えた半導体装置の製造方法において、半導体基板の上面の所定位置に前記ゲート電極層を形成すること、前記ゲート電極層と共に、該ゲート電極層を形成した前記半導体基板の上面に、熱酸化処理を施して電荷漏出防止膜を形成すること、前記電荷漏出防止膜の上面に窒化膜でサイドウォールを形成すること、前記サイドウォールの形成後、前記電荷漏出防止膜の厚さ寸法を前記ゲート酸化膜の厚さ寸法より厚く形成すべく、再熱酸化処理を施すことを特徴とする。
ゲート酸化膜上にフローティングゲート電極を積層し、該フローティングゲート電極上にゲート間絶縁膜を介してコントロールゲート電極を積層したゲート電極層と、該ゲート電極層の両側面を挟む一対のサイドウォールと、該サイドウォールの底面に電荷漏出防止膜とを備えた半導体装置の製造方法において、半導体基板の上面の所定位置に前記ゲート電極層を形成すること、前記ゲート電極層と共に、該ゲート電極層を形成した前記半導体基板の上面に、熱酸化処理を施して電荷漏出防止膜を形成すること、前記電荷漏出防止膜の上面に窒化膜でサイドウォールを形成すること、前記サイドウォールの形成後、前記電荷漏出防止膜の厚さ寸法を前記ゲート酸化膜の厚さ寸法より厚く形成すべく、再熱酸化処理を施すことを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法によれば、半導体基板の上面にゲート電極層を形成し、該ゲート電極層と共に前記半導体基板の上面を覆う電荷漏出防止膜を形成した後、該漏電防止膜を介してサイドウォールを形成した後に熱酸化処理を施すことにより、サイドウォールが熱酸化の遮蔽物となり、サイドウォール底面の半導体基板の熱酸化を抑制することから、ゲートバーズビークの発生を抑えた電荷漏出防止膜を形成することができる。これにより、ゲートバーズビークによる電荷の移動障害を抑えた良好な半導体装置を得ることができる。
更に、本発明の半導体装置の製造方法によれば、特別な装置を用いることなく実施できることから、設備投資を抑えることができ、良好な半導体装置を低コストで製造することができる。
更に、本発明の半導体装置の製造方法によれば、特別な装置を用いることなく実施できることから、設備投資を抑えることができ、良好な半導体装置を低コストで製造することができる。
以下、本発明の実施形態を図を用いて詳細に説明する。
本発明の製造方法で形成される半導体装置は例えば不揮発性メモリであり、その不揮発性メモリにおける一つのメモリセルの構造が図1に示されている。また、該図において本発明の特徴を示すサイドウォール底面の電荷漏出防止膜の拡大図が図2に示されている。
本発明の製造方法で形成される半導体装置10は、図1に示されているように、半導体基板としてのシリコン基板11の上面に素子分離領域12が形成されており、該素子分離領域12で区分けされたシリコン基板11の活性領域の所定の位置にゲート電極層20と、該ゲート電極層20を覆う電荷漏出防止膜13と、該電荷漏出防止膜13で覆われたゲート電極層20を両側から挟む一対のサイドウォール14とが形成されている。図1には示されていないが、図2の拡大図で示すように、ゲート電極層20が形成された活性領域には、該ゲート電極層20を両側から挟む位置にソース・ドレインのための一対の不純物領域15が、ホットキャリアを抑制するためのLDD(Lightly Doped Drain)構造で形成されている。すなわち、ソース・ドレインのための不純物領域15から、ソース・ドレイン間のチャンネル領域に向かって伸張する伸張不純物領域16が形成されている。
ゲート電極層20は、複数種類の層を積層した多層構造であり、シリコン基板上面の活性領域の所定の位置に形成されており、ゲート酸化膜21と、電荷を保持するためのフローティングゲート電極22と、該フローティングゲート電極22の電荷を遮断するためのゲート間絶縁膜23と、フローティングゲート電極22と不純物領域15および伸張不純物領域16との間の電荷の移動を制御するためのコントロールゲート電極24と、パターニング用の酸化膜ハードマスク25とを順に積層した構造である。
ここで、前記した積層構造のゲート電極層20を覆う電荷漏出防止膜13を図2の拡大図を用いて説明する。電荷漏出防止膜13は、その形成位置に応じて厚さ寸法が異なっており、ゲート電極層の上端や側面(図2における位置a)が最も薄く、次いで伸張不純物領域16の上面、すなわちサイドウォール14の底面下と伸張不純物領域16の上面との間(図2における位置b)、そして不純物領域15の上面(図2における位置c)の順に厚さ寸法が厚く形成されている。
このように形成位置で厚さ寸法が異なる電荷漏出防止膜13は、先ず均一的な厚さ寸法で生成された後、該電荷漏出防止膜13上面の所定の位置、すなわち電荷漏出防止膜13で覆われたゲート電極層20を挟む両側の位置にサイドウォール14が形成され、その後熱酸化処理が施される。これにより、熱酸化処理に先立ち形成したサイドウォール14により、該サイドウォール14で覆われた電荷漏出防止膜13、すなわちゲート電極層の側面に位置する電荷漏出防止膜(位置a)や、サイドウォール底面に位置する電荷漏出防止膜(位置b)において、熱酸化処理の影響が遮断されることから、サイドウォール14で遮蔽される位置の電荷漏出防止膜の成長が鈍化する。
すなわち、熱酸化処理の影響を受け難い、サイドウォールの側面(位置a)の電荷漏出防止膜13、次いでサイドウォールの底面(位置b)の電荷漏出防止膜13の順に酸化物が形成され難いことから、この順に厚さ寸法が薄い電荷漏出防止膜13が形成される。
一方、サイドウォール14で遮蔽されない位置cの電荷漏出防止膜13は、熱酸化処理の影響を直接的に受けることから、位置aの電荷漏出防止膜13や位置bの電荷漏出防止膜13と比較して、厚さ寸法が厚く形成される。
一方、サイドウォール14で遮蔽されない位置cの電荷漏出防止膜13は、熱酸化処理の影響を直接的に受けることから、位置aの電荷漏出防止膜13や位置bの電荷漏出防止膜13と比較して、厚さ寸法が厚く形成される。
ここで、図2の拡大図を用いて電荷漏出防止膜の形状を詳細に説明する。
フローティングゲート電極22の底面の角は、熱酸化処理でフローティングゲート電極22に含まれるシリコンが酸化して面取りされた形状に形成される。この面取りされた部位は、酸化シリコンであり、組成が同じ電荷漏出防止膜13の一部として該電荷漏出防止膜13に包含されている。また、図1では、ゲート酸化膜21と電荷漏出防止膜13とを区切る線を示したが、電荷漏出防止膜13はゲート酸化膜21と同じ組成の酸化シリコンであることから、図2の拡大図では、ゲート酸化膜21と電荷漏出防止膜12との区切り線を省いている。
フローティングゲート電極22の底面の角は、熱酸化処理でフローティングゲート電極22に含まれるシリコンが酸化して面取りされた形状に形成される。この面取りされた部位は、酸化シリコンであり、組成が同じ電荷漏出防止膜13の一部として該電荷漏出防止膜13に包含されている。また、図1では、ゲート酸化膜21と電荷漏出防止膜13とを区切る線を示したが、電荷漏出防止膜13はゲート酸化膜21と同じ組成の酸化シリコンであることから、図2の拡大図では、ゲート酸化膜21と電荷漏出防止膜12との区切り線を省いている。
図2に示す電荷漏出防止膜13の位置dにおいて、その厚さ寸法は、不純物伸張領域16の先端付近からソース・ドレイン間のチャネル領域に向かって次第に低減し、電荷漏出防止膜13の位置eにおいても、その厚さ寸法はチャネル領域に向かって次第に低減することから、ゲートバーズビークの形成は抑制されている。
ここで、ゲートバーズビークが形成されている従来の電荷漏出防止膜を図8を用いて説明する。ゲートバーズビークとは、ゲート電極層の外側からチャネル領域に向かって次第に電荷漏出止膜の厚さ寸法が低減する形状のことであり、この形状が鳥の嘴に似ていることから、ゲートバーズビークと称されている。このようなゲートバーズビークは、電荷漏出防止膜の厚さ寸法が所望の厚さ寸法より厚く形成されている。従って厚く形成された電荷漏出防止膜により、図8に示すように、ソース・ドレインのための不純物領域とフローティングゲート電極との間の電荷移動に障害が生じていた。しかし、本発明の製造方法では、前記したように、サイドウォール14が熱酸化処理の遮蔽物となり、ゲートバーズビークの成長を抑えることから、従来のような電荷の移動に障害をきたす厚さ寸法の電荷漏出防止膜は形成されない。
半導体装置の製造工程を図3、図4、図5、図6および図7の順に示し、これらの図に沿って、本発明の製造方法の説明を行う。
先ず、シリコン基板11の表面上の所定の位置に、活性領域を定めるための素子分離領域12を形成する。この素子分離領域12は、従来から知られたLOCOS(Local Oxidation of Silicon)法やSTI(Shallow Trench Isolation)法などで形成される。その後、ゲート酸化膜21のための層を、例えば50Å〜100Åの厚さ寸法で形成する。ゲート酸化膜のための層を形成した後、該層上にフローティングゲート電極22のためのポリシリコン層を例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて形成する。
先ず、シリコン基板11の表面上の所定の位置に、活性領域を定めるための素子分離領域12を形成する。この素子分離領域12は、従来から知られたLOCOS(Local Oxidation of Silicon)法やSTI(Shallow Trench Isolation)法などで形成される。その後、ゲート酸化膜21のための層を、例えば50Å〜100Åの厚さ寸法で形成する。ゲート酸化膜のための層を形成した後、該層上にフローティングゲート電極22のためのポリシリコン層を例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて形成する。
ポリシリコン層を形成した後、ゲート間絶縁膜23のための例えば酸化層を形成し、該酸化層の上面にコントロールゲート電極24のための例えばポリシリコン層を形成する。これらの積層を終えた後、パターンニングを施すべく、酸化膜ハードマスク25のための例えば二酸化シリコン層を所定のパターンで形成する。その後、エッチング処理を施すことにより、図3に示す積層構造のゲート電極層20が形成される。
ゲート電極層20を活性領域の所定の位置に形成した後、該ゲート電極層20を覆う酸化膜を例えば0〜100Åの厚さ寸法で形成すべく、熱酸化処理を施す。この熱酸化処理により、図4に示すように、電荷漏出防止膜13が形成される。
その後、電荷漏出防止膜13で覆われたゲート電極層20を両側から挟むサイドウォール15を形成すべく、該サイドウォール14のための酸化層を約300Å〜1000Åの厚さ寸法で形成し、この形成した酸化層に対しエッチバック処理を施して、図5に示すように、所望の形状のサイドウォール14を形成する。このサイドウォール14は、約300Å〜1000Åの幅寸法を有している。
サイドウォール14を形成した後、熱酸化処理を施して、先に生成した電荷漏電防止膜を更に成長させる。これにより、結果的に位置bにおいて約100Å〜200Åの厚さ寸法を有する電荷漏出防止膜が形成される。具体的には、図2に示す電荷漏出防止膜13において、位置cにおける厚さ寸法は、サイドウォール14の横幅寸法の約1/2に形成されている。
熱酸化処理を終えた電荷漏出防止膜13は、図6に示すように、ゲート酸化膜21よりも厚い厚さ寸法を有する。
熱酸化処理を終えた電荷漏出防止膜13は、図6に示すように、ゲート酸化膜21よりも厚い厚さ寸法を有する。
これにより、フローティングゲート電極22の底面のエッジが電荷漏出防止膜で囲われることから、コントロールゲート電極24に電圧を印加して、フローティングゲート電極22の電荷の保持状態を読み出すとき、フローティングゲート電極の底面のエッジからの電荷抜けを防ぐことができ、電荷保持特性の良好な半導体装置を得ることができる。
また、サイドウォール14が熱酸化処理の遮蔽物となることから、ゲートバーズビークの成長を抑えることができ、良好な電荷移動特性を有する半導体装置を得ることができる。
この熱酸化処理は、ゲート酸化膜21の厚さ寸法とサイドウォール14の幅寸法と、同一のシリコン基板11に形成する隣接する半導体装置の構成に基づいて、その処理時間が決定される。
この熱酸化処理は、ゲート酸化膜21の厚さ寸法とサイドウォール14の幅寸法と、同一のシリコン基板11に形成する隣接する半導体装置の構成に基づいて、その処理時間が決定される。
熱酸化処理を施した後、イオンインプランテーションを施して、ソース・ゲートのための不純物領域を形成する(図示せず)。
イオンインプランテーションを施した後、層間絶縁膜17を形成する。層間絶縁膜17は、前記した素子分離領域や電荷漏出防止膜13およびサイドウォール14などを均一的に覆う酸化膜である。
イオンインプランテーションを施した後、層間絶縁膜17を形成する。層間絶縁膜17は、前記した素子分離領域や電荷漏出防止膜13およびサイドウォール14などを均一的に覆う酸化膜である。
層間絶縁膜15の形成後、図7に示すように、ソース・ドレインと電気的にコンタクトを得るためのコンタクト孔18を形成し、形成したコンタクト孔18にアルミ合金やタングステン合金などを埋め込み、メタル配線19を形成する。このとき、コントロールゲート電極24にも、電気的なコンタクトを得るためのメタル配線が形成される(図示せず)。
前記したように、本発明の半導体装置10の製造方法によれば、電荷漏出防止膜13上の所定の位置にサイドウォール14を形成した後、熱酸化処理を施すことにより、熱酸化処理の影響がサイドウォール14で遮断される、すなわち熱酸化処理による雰囲気がサイドウォール14で遮断されることから、雰囲気が遮断された箇所の電荷漏出防止膜の成長、つまりゲートバーズビークの形成を抑えることができ、良好な電荷移動特性を有する半導体装置を形成することができる。
また、本発明の製造方法によれば、前記した半導体装置10を特別な製造装置を用いることなく製造できることから、設備投資を抑えることができ、低コストで良好な半導体装置を製造することができる。
また、本発明の製造方法によれば、前記した半導体装置10を特別な製造装置を用いることなく製造できることから、設備投資を抑えることができ、低コストで良好な半導体装置を製造することができる。
前記した具体例では、堆積させた酸化膜に対しエッチバック処理を施して、サイドウォール14を形成したが、酸化膜に代えて窒化膜でサイドウォールを形成してもよい。窒化膜でサイドウォールを形成することにより、サイドウォール底面のエッジからの熱酸化処理による雰囲気の回り込みを抑えることができる。これにより、熱酸化処理を施す時間の管理制御を行ない易くなり、ゲートバーズビークの形成を抑えた半導体装置を容易に形成することができる。
また、サイドウォール以外の各構成の組成内容も、適宜変更してもよい。
また、サイドウォール以外の各構成の組成内容も、適宜変更してもよい。
10 半導体装置
11 シリコン基板
12 素子分離領域
13 電荷漏出防止膜
14 サイドウォール
15 不純物領域
16 伸張不純物領域
17 層間絶縁膜
18 コンタクト孔
19 メタル金属
20 ゲート電極層
21 ゲート酸化膜
22 フローティングゲート電極
23 ゲート間絶縁膜
24 コントロールゲート電極
25 酸化膜ハードマスク
11 シリコン基板
12 素子分離領域
13 電荷漏出防止膜
14 サイドウォール
15 不純物領域
16 伸張不純物領域
17 層間絶縁膜
18 コンタクト孔
19 メタル金属
20 ゲート電極層
21 ゲート酸化膜
22 フローティングゲート電極
23 ゲート間絶縁膜
24 コントロールゲート電極
25 酸化膜ハードマスク
Claims (2)
- ゲート酸化膜上にフローティングゲート電極を積層し、該フローティングゲート電極上にゲート間絶縁膜を介してコントロールゲート電極を積層したゲート電極層と、該ゲート電極層の両側面を挟む一対のサイドウォールと、該サイドウォールの底面に電荷漏出防止膜とを備えた半導体装置の製造方法において、
半導体基板の上面の所定位置に前記ゲート電極層を形成すること、
前記ゲート電極層と共に、該ゲート電極層を形成した前記半導体基板の上面に、熱酸化処理を施して電荷漏出防止膜を形成すること、
前記電荷漏出防止膜の上面に酸化膜で前記サイドウォールを形成すること、
前記サイドウォールの形成後、前記電荷漏出防止膜の厚さ寸法を前記ゲート酸化膜の厚さ寸法より厚く形成すべく、再熱酸化処理を施すことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - ゲート酸化膜上にフローティングゲート電極を積層し、該フローティングゲート電極上にゲート間絶縁膜を介してコントロールゲート電極を積層したゲート電極層と、該ゲート電極層の両側面を挟む一対のサイドウォールと、該サイドウォールの底面に電荷漏出防止膜とを備えた半導体装置の製造方法において、
半導体基板の上面の所定位置に前記ゲート電極層を形成すること、
前記ゲート電極層と共に、該ゲート電極層を形成した前記半導体基板の上面に、熱酸化処理を施して電荷漏出防止膜を形成すること、
前記電荷漏出防止膜の上面に窒化膜でサイドウォールを形成すること、
前記サイドウォールの形成後、前記電荷漏出防止膜の厚さ寸法を前記ゲート酸化膜の厚さ寸法より厚く形成すべく、再熱酸化処理を施すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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- 2003-09-11 JP JP2003319205A patent/JP2005086122A/ja active Pending
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- 2004-05-27 US US10/854,432 patent/US20050059211A1/en not_active Abandoned
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US10123866B2 (en) | 2010-03-11 | 2018-11-13 | Rotation Medical, Inc. | Tendon repair implant and method of arthroscopic implantation |
US10864072B2 (en) | 2010-03-11 | 2020-12-15 | Rotation Medical, Inc. | Tendon repair implant and method of arthroscopic implantation |
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