JP2005311251A - Semiconductor memory device, method for manufacturing the same, and portable electronic device equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法、それを備えてなる携帯電子機器に関し、特に基板上に島状半導体を有する3次元構造のメモリセルを有する半導体記憶装置とその製造方法に関する。 The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device and a method for manufacturing the same, and a portable electronic device including the same, and more particularly to a semiconductor memory device having a three-dimensional structure memory cell having an island-shaped semiconductor on a substrate and a method for manufacturing the same.
ゲート部に電荷蓄積層と制御ゲートを持ち、チャネルホットエレクトロン等を利用して電荷蓄積層への電荷の注入を行い、Fowler−Nordheim電流(以下、FN電流と略す)等を利用して電荷蓄積層からの電荷の放出を行うMOSトランジスタ構造のメモリセルを有する半導体記憶装置(あるいはEEPROM)が知られている。このメモリセルは、電荷蓄積層の電荷蓄積状態によってしきい値電圧が相違することを利用して、“0”または“1”の単位データを記憶する。例えば、電荷蓄積層として浮遊ゲートを用いたnチャネルのメモリセルの場合、浮遊ゲートにホットエレクトロンを注入することによってメモリセルのしきい値電圧を正方向に移動させる。ホットエレクトロン注入のために、ソース拡散層とドレイン拡散層の間に電界をかけてチャネルホットエレクトロンを発生させ、更にゲートに正電圧を印加して発生したホットエレクトロンを浮遊ゲートに注入する。逆に、浮遊ゲートに注入された電子を放出させるには、制御ゲートを接地してソース、ドレイン拡散層又は基板のいずれかに正の高電圧を印加する。このとき浮遊ゲートからトンネル電流によって基板側の電子が放出される。この電子放出により、メモリセルのしきい値電圧は負方向に移動する。 The gate has a charge storage layer and a control gate, injects charges into the charge storage layer using channel hot electrons, etc., and stores charge using a Fowler-Nordheim current (hereinafter abbreviated as FN current). 2. Description of the Related Art A semiconductor memory device (or EEPROM) having a memory cell having a MOS transistor structure for discharging charges from a layer is known. This memory cell stores unit data of “0” or “1” by utilizing the fact that the threshold voltage differs depending on the charge storage state of the charge storage layer. For example, in the case of an n-channel memory cell using a floating gate as a charge storage layer, the threshold voltage of the memory cell is moved in the positive direction by injecting hot electrons into the floating gate. In order to inject hot electrons, channel hot electrons are generated by applying an electric field between the source diffusion layer and the drain diffusion layer, and hot electrons generated by applying a positive voltage to the gate are injected into the floating gate. Conversely, in order to release the electrons injected into the floating gate, the control gate is grounded and a positive high voltage is applied to any of the source, drain diffusion layer, and substrate. At this time, electrons on the substrate side are emitted from the floating gate by a tunnel current. Due to this electron emission, the threshold voltage of the memory cell moves in the negative direction.
電子の注入と放出、換言すれば書込みと消去を効率良く行う為に、浮遊ゲートと制御ゲートとの間の容量結合の関係が重要である。浮遊ゲートと制御ゲート間の容量が大きいほど、制御ゲートの電位を効果的に浮遊ゲートに伝達することができ、これによって、書込み、消去が容易になる。近年の半導体技術の進歩、特に微細加工技術の進歩により、EEPROMのメモリセルの小型化と大容量化が急速に進んでいる。小型化によってメモリセル面積が小さくても、浮遊ゲートと制御ゲート間の容量を大きく確保できる手段が望まれている。浮遊ゲートと制御ゲート間の容量を大きくする為には、これらの間のゲート絶縁膜を薄くするか、その誘電率を大きくするか、又は浮遊ゲートと制御ゲートの対向面積を大きくすればよい。しかし、ゲート絶縁膜を薄くすることは、信頼性上限界がある。 ゲート絶縁膜の誘電率を大きくする手段として、例えば、シリコン酸化膜に代わってシリコン窒素膜等を用いることが考えられる。しかし、主として信頼性上問題のために、これも実用的でない。十分な容量を確保する為の残された手段は、浮遊ゲートと制御ゲートのオーバラップ面積を一定値以上確保することである。しかし、これは、メモリセルの面積を小さくしてEEPROMの大容量化を図る上で障害となる。 In order to efficiently perform electron injection and emission, in other words, writing and erasing, a capacitive coupling relationship between the floating gate and the control gate is important. The larger the capacitance between the floating gate and the control gate, the more effectively the potential of the control gate can be transmitted to the floating gate, which facilitates writing and erasing. Due to advances in semiconductor technology in recent years, particularly advances in microfabrication technology, the size and capacity of EEPROM memory cells are rapidly increasing. Even if the memory cell area is small due to downsizing, a means that can ensure a large capacitance between the floating gate and the control gate is desired. In order to increase the capacitance between the floating gate and the control gate, the gate insulating film between them can be thinned, the dielectric constant can be increased, or the opposing area of the floating gate and the control gate can be increased. However, thinning the gate insulating film has a limit in reliability. As a means for increasing the dielectric constant of the gate insulating film, for example, a silicon nitrogen film or the like may be used instead of the silicon oxide film. However, this is also impractical, mainly due to reliability issues. The remaining means for securing a sufficient capacity is to secure an overlap area between the floating gate and the control gate above a certain value. However, this is an obstacle to reducing the memory cell area and increasing the capacity of the EEPROM.
上記の課題を克服するための、異なる手段の一つとして、半導体基板の表面に島状半導体層を形成し、その側壁に、島状半導体層を取り囲むように形成された電荷蓄積層及び制御ゲートを有するメモリセルからなるEEPROMが提案されている(例えば、特許文献1および非特許文献1参照)。図45は、この構造のEEPROMに含まれるメモリセルの概略構造を示す断面構造図である。図45に示すEEPROMは、小さな基板占有面積で電荷蓄積層と制御ゲートの間の容量を十分大きく確保することができる。また各メモリセルのビット線に繋がるドレイン拡散層19は、それぞれ島状半導体層の上面に形成され、溝によって電気的に完全に絶縁されている。さらに素子分離領域が小さくでき、メモリセルサイズが小さくなる。したがって、優れた書込み,消去効率を持つメモリセルを集積した大容量化EEPROMを得ることができる。
As one of the different means for overcoming the above-mentioned problems, an island-like semiconductor layer is formed on the surface of a semiconductor substrate, and a charge storage layer and a control gate are formed on the side wall so as to surround the island-like semiconductor layer. There has been proposed an EEPROM composed of memory cells having (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). FIG. 45 is a cross-sectional structure diagram showing a schematic structure of a memory cell included in the EEPROM having this structure. The EEPROM shown in FIG. 45 can secure a sufficiently large capacitance between the charge storage layer and the control gate with a small substrate occupation area. The
上記構造のメモリセルへの書込み及び消去は、例えば次のような電圧を各部に印加することによって実現される。まず、書込みは、ドレイン電位Vdを6V、制御ゲート電位Vcgを12V、ソース電位Vsを0Vとする。これらの電圧により、ドレイン拡散層19の近傍のチャネル領域で発生したチャネルホットエレクトロンは、トンネル酸化膜14を介して浮遊ゲート15へ注入される。また、消去は、VdをFloating、Vcgを−12V、Vsを6Vとする。これらの電圧により、FN電流によって、浮遊ゲート15からソース拡散層18へ電子が引き抜かれる。
Writing and erasing into the memory cell having the above-described structure can be realized by applying the following voltage to each part, for example. First, in writing, the drain potential Vd is 6V, the control gate potential Vcg is 12V, and the source potential Vs is 0V. With these voltages, channel hot electrons generated in the channel region near the
さらに、島状半導体層の側壁を利用したメモリセルからなるEEPROMでは、平面型のメモリセルからなるEEPROMと比べて、以下の優れた点を有する。第一に、島状半導体層11を高くすることで、ゲート長を長くすることが可能となる。このため、メモリセルの占有面積を大きくすることなく、いわゆる短チャネル効果の抑制が可能となる。第二に、島状半導体層11の周囲を取り囲む領域がチャネル領域となるので、小さい占有面積内に大きなゲート幅を確保することが可能となる。
上記のように、島状半導体層の側壁を利用したメモリセルからなるEEPROMでは、平面型のメモリセルからなるEEPROMに比べて、優れた書込み、消去効率を持ち、より小さな面積のメモリセルを形成することができる。 As described above, an EEPROM composed of memory cells using the side walls of the island-shaped semiconductor layer has superior write / erase efficiency and forms a smaller area memory cell than an EEPROM composed of planar memory cells. can do.
しかし、書込みにチャネルホットエレクトロンを用いたEEPROMでは、チャネルホットエレクトロンの浮遊ゲートへの注入効率が悪いと、電荷蓄積層と制御ゲートの間の容量が大きくとも、書込み速度が非常に遅くなってしまう。チャネルホットエレクトロンの進行方向ベクトルは、ソース拡散層とドレイン拡散層間にかけられた電圧による電界の方向、即ち、ソース拡散層からドレイン拡散層に向いた直線方向である。従来の構造のメモリセルでは、チャネルホットエレクトロンを注入したい浮遊ゲートが、浮遊ゲートと平行な方向であり、チャネルホットエレクトロンの進行方向に存在しない。この為、チャネルホットエレクトロンの浮遊ゲートへの注入効率が悪く、書込み速度が遅い。 However, in an EEPROM using channel hot electrons for writing, if the injection efficiency of channel hot electrons into the floating gate is poor, the writing speed becomes very slow even if the capacitance between the charge storage layer and the control gate is large. . The channel hot electron traveling direction vector is a direction of an electric field due to a voltage applied between the source diffusion layer and the drain diffusion layer, that is, a linear direction from the source diffusion layer to the drain diffusion layer. In a memory cell having a conventional structure, the floating gate into which channel hot electrons are to be injected is in a direction parallel to the floating gate, and does not exist in the channel hot electron traveling direction. For this reason, the injection efficiency of channel hot electrons into the floating gate is poor, and the writing speed is slow.
本発明は上記実情を鑑みて為されたものであり、書込みが速く、メモリセルの占有面積が小さいEEPROMとその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an EEPROM in which writing is fast and the area occupied by the memory cell is small, and a manufacturing method thereof.
本発明は、半導体基板上に傾斜部もしくは少なくとも1つの段差部を有する島状半導体層が形成され、島状半導体層は、その上部に形成されたドレイン拡散層と、その底部の少なくとも一部に形成されたソース拡散層と、ドレイン拡散層とソース拡散層に挟まれた側壁のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成された電荷蓄積層と、電荷蓄積層上に形成された制御ゲートとを有し、電荷蓄積層へ電子を注入する際にソース拡散層からドレイン拡散層への電界によってチャネル領域を移動する電子の壁面への衝突によって前記電子の電荷蓄積層への注入を容易にすべく段差部の段もしくは傾斜部の傾斜が構成されていることを特徴とする半導体記憶装置を提供する。 In the present invention, an island-shaped semiconductor layer having an inclined portion or at least one step portion is formed on a semiconductor substrate, and the island-shaped semiconductor layer is formed on at least a part of a drain diffusion layer formed on the top and a bottom portion thereof. A source diffusion layer formed; a charge storage layer formed on a channel region of a sidewall sandwiched between the drain diffusion layer and the source diffusion layer through a gate insulating film; a control gate formed on the charge storage layer; When electrons are injected into the charge storage layer, the electrons can easily be injected into the charge storage layer by colliding with the wall of the electrons moving in the channel region by the electric field from the source diffusion layer to the drain diffusion layer. Accordingly, there is provided a semiconductor memory device characterized in that the stepped portion or the inclined portion is inclined.
また、本発明は、半導体基板上に形成された島状半導体層と、島状半導体層の最上部に形成されたドレイン拡散層と、島状半導体層の底部の少なくとも一部に形成されたソース拡散層と、島状半導体層を囲む側壁上の少なくとも一部の領域であってドレイン拡散層とソース拡散層に挟まれた領域であるチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成された電荷蓄積層と、電荷蓄積層上に形成された制御ゲートと、ドレイン拡散層と逆導電型であってドレイン拡散層に接するチャネル領域に配置される拡散層とを備える半導体記憶装置を提供する。 The present invention also provides an island-shaped semiconductor layer formed on a semiconductor substrate, a drain diffusion layer formed on the top of the island-shaped semiconductor layer, and a source formed on at least a part of the bottom of the island-shaped semiconductor layer. Charge accumulation formed via a gate insulating film on a diffusion layer and a channel region which is at least a part of the sidewall surrounding the island-shaped semiconductor layer and sandwiched between the drain diffusion layer and the source diffusion layer There is provided a semiconductor memory device including a layer, a control gate formed on the charge storage layer, and a diffusion layer disposed in a channel region having a conductivity type opposite to that of the drain diffusion layer and in contact with the drain diffusion layer.
本発明の半導体記憶装置は、電荷蓄積層へ電子を注入する際にソース拡散層からドレイン拡散層への電界によってチャネル領域を移動する電子の壁面への衝突によって前記電子の電荷蓄積層への注入を容易にすべく段差部の段もしくは傾斜部の傾斜が構成されているので、書込み時にチャネル領域のドレイン近傍で発生するチャネルホットエレクトロンが浮遊ゲートに効率的に注入される。従って、書込みの高速化、低電圧化が可能になる。 In the semiconductor memory device of the present invention, when electrons are injected into the charge storage layer, the electrons are injected into the charge storage layer by collision of the electrons moving in the channel region with the electric field from the source diffusion layer to the drain diffusion layer on the wall surface. Therefore, channel hot electrons generated near the drain of the channel region at the time of writing are efficiently injected into the floating gate. Therefore, it is possible to increase the writing speed and voltage.
また、本発明の半導体記憶装置は、ドレイン拡散層と逆導電型であってドレイン拡散層に接するチャネル領域に配置される拡散層を備えるので、他のチャネル領域よりも不純物濃度が高い前記拡散層でのチャネルホットエレクトロンの発生効率が増加し、浮遊ゲートへのチャネルホットエレクトロンの注入効率が向上する。従って、書込みの高速化、低電圧化が可能になる。 In addition, since the semiconductor memory device of the present invention includes the diffusion layer that is opposite in conductivity type to the drain diffusion layer and is disposed in the channel region in contact with the drain diffusion layer, the diffusion layer having a higher impurity concentration than the other channel regions The generation efficiency of channel hot electrons in the substrate increases, and the efficiency of channel hot electron injection into the floating gate improves. Therefore, it is possible to increase the writing speed and voltage.
この発明の半導体記憶装置は、半導体基板上に傾斜部もしくは少なくとも1つの段差部を有する島状半導体層が形成され、島状半導体層は、その上部に形成されたドレイン拡散層と、その底部の少なくとも一部に形成されたソース拡散層と、ドレイン拡散層とソース拡散層に挟まれた側壁のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成された電荷蓄積層と、電荷蓄積層上に形成された制御ゲートとを有し、電荷蓄積層へ電子を注入する際にソース拡散層からドレイン拡散層への電界によってチャネル領域を移動する電子の壁面への衝突によって前記電子の電荷蓄積層への注入を容易にすべく段差部の段もしくは傾斜部の傾斜が構成される。 In the semiconductor memory device of the present invention, an island-like semiconductor layer having an inclined portion or at least one step portion is formed on a semiconductor substrate, and the island-like semiconductor layer includes a drain diffusion layer formed on the upper portion thereof and a bottom portion thereof. A source diffusion layer formed at least in part, a charge storage layer formed via a gate insulating film on a channel region on a sidewall sandwiched between the drain diffusion layer and the source diffusion layer, and formed on the charge storage layer A control gate, and when the electrons are injected into the charge storage layer, the electrons are injected into the charge storage layer by collision with the wall of the electrons moving in the channel region by the electric field from the source diffusion layer to the drain diffusion layer. The step of the stepped portion or the inclination of the inclined portion is configured to facilitate the above.
ここで、島状半導体層の底部の少なくとも一部に形成されるソース拡散層は、島状半導体層の底部全体に形成されて基板と島状半導体層を電気的に分離するような構造であってもよいが、例えば島状半導体層の側壁が半導体基板と接する付近だけに形成され、島状半導体層内部の底面には形成されないような構造であってもよい。また、段差部とは、島状半導体層の基板に並行する断面の周囲長が、所定距離だけ基板表面から離れた面を境界として急峻に異なるように島状半導体層が形成される部分をいう。また、傾斜部とは、基板表面からのある距離の範囲内で島状半導体層の断面の周囲長が徐々に変化するように島状半導体層が形成される部分をいう。 Here, the source diffusion layer formed on at least a part of the bottom of the island-shaped semiconductor layer is formed over the entire bottom of the island-shaped semiconductor layer so as to electrically separate the substrate and the island-shaped semiconductor layer. However, for example, a structure in which the sidewall of the island-shaped semiconductor layer is formed only in the vicinity of the semiconductor substrate and not formed on the bottom surface inside the island-shaped semiconductor layer may be employed. The stepped portion is a portion where the island-shaped semiconductor layer is formed such that the peripheral length of the cross-section parallel to the substrate of the island-shaped semiconductor layer is abruptly different from the surface separated from the substrate surface by a predetermined distance. . The inclined portion refers to a portion where the island-shaped semiconductor layer is formed so that the peripheral length of the cross section of the island-shaped semiconductor layer gradually changes within a certain distance from the substrate surface.
段差部もしくは傾斜部の直径が底部から上部方向へ小さくなるように段差部もしくは傾斜部が構成されていてもよい。
あるいは、この発明の半導体記憶装置は、半導体基板上に形成された島状半導体層と、島状半導体層の最上部に形成されたドレイン拡散層と、島状半導体層の底部の少なくとも一部に形成されたソース拡散層と、島状半導体層を囲む側壁上の少なくとも一部の領域であってドレイン拡散層とソース拡散層に挟まれた領域であるチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成された電荷蓄積層と、電荷蓄積層上に形成された制御ゲートと、ドレイン拡散層と逆導電型であってドレイン拡散層に接するチャネル領域に配置される拡散層とを備える。
The stepped portion or the inclined portion may be configured so that the diameter of the stepped portion or the inclined portion decreases from the bottom portion to the upper direction.
Alternatively, the semiconductor memory device of the present invention includes an island-shaped semiconductor layer formed on a semiconductor substrate, a drain diffusion layer formed on the top of the island-shaped semiconductor layer, and at least a part of the bottom of the island-shaped semiconductor layer. Formed via the gate insulating film on the formed source diffusion layer and the channel region which is at least part of the region surrounding the island-shaped semiconductor layer and sandwiched between the drain diffusion layer and the source diffusion layer A charge storage layer, a control gate formed on the charge storage layer, and a diffusion layer disposed in a channel region having a conductivity type opposite to that of the drain diffusion layer and in contact with the drain diffusion layer.
ソース拡散層が島状半導体層の底部全域に形成され、これによって半導体基板と島状半導体層が電気的に分離されるように構成されていてもよい。こうすれば、島状半導体が基板から電気的に分離されるので、基板を流れる電流によって電位効果が生じ、この影響でメモリセルの閾値が変動するバックバイアス効果が抑制される。 The source diffusion layer may be formed over the entire bottom portion of the island-shaped semiconductor layer, whereby the semiconductor substrate and the island-shaped semiconductor layer may be electrically separated. In this way, since the island-shaped semiconductor is electrically separated from the substrate, a potential effect is generated by the current flowing through the substrate, and the back bias effect in which the threshold value of the memory cell fluctuates due to this effect is suppressed.
電荷蓄積層は、多結晶シリコンを用いた浮遊ゲートからなっていてもよく、あるいは窒化膜−酸化膜−窒化膜もしくはナノクリスタルシリコンからなっていてもよい。
また、制御ゲートが金属からなっていてもよい。制御ゲートに金属をもちいるようにすれば、メモリセルアレイを形成する際のワード線の抵抗を低減することができ、これによって配線遅延の抑制が可能となる。また、様々な仕事関数を有する金属を用いることで、しきい値電圧を制御することが可能となる。
The charge storage layer may be made of a floating gate using polycrystalline silicon, or may be made of a nitride film-oxide film-nitride film or nanocrystal silicon.
Further, the control gate may be made of metal. If metal is used for the control gate, the resistance of the word line when the memory cell array is formed can be reduced, and thereby wiring delay can be suppressed. Further, the threshold voltage can be controlled by using metals having various work functions.
さらに、チャネル領域に形成される段差部もしくは傾斜部が、当該段差部もしくは傾斜部からドレイン拡散層側への距離の方が当該段差部もしくは傾斜部からソース拡散層側への距離よりも小さい位置に配置されていてもよい。このようにすれば、チャネル領域の電界によって加速されて発生するチャネルホットエレクトロンのより多くが段差部もしくは傾斜部のドレイン拡散層側で発生して段差部もしくは傾斜部へ導かれるので浮遊ゲートへの注入効率をより向上させることができる。
ドレイン拡散層と逆導電型であってドレイン拡散層に接するチャネル領域に配置される前記拡散層は、前記島状半導体層の高さの半分の長さより短くてもよい。チャネル領域の電界によってドレイン拡散層側へ加速されて発生するチャネルホットエレクトロンの多くは、チャネル領域中のドレイン拡散層側で発生するので、前記のような構造にすればチャネル領域のソース拡散層側はチャネルが形成されやすい低濃度拡散層に、ドレイン拡散層はホットエレクトロンの発生率の高い高濃度拡散層に形成することができ、読み出し特性への影響を抑制しつつ書込みの高速化あるいは低電圧化を実現することができる。
また、この発明の携帯電子機器は、前記の半導体記憶装置を備える。
Further, the stepped portion or inclined portion formed in the channel region is located at a position where the distance from the stepped portion or inclined portion to the drain diffusion layer side is smaller than the distance from the stepped portion or inclined portion to the source diffusion layer side. May be arranged. In this way, more of the channel hot electrons generated by acceleration by the electric field in the channel region are generated on the drain diffusion layer side of the stepped portion or the inclined portion and are guided to the stepped portion or the inclined portion. The injection efficiency can be further improved.
The diffusion layer having a conductivity type opposite to that of the drain diffusion layer and disposed in the channel region in contact with the drain diffusion layer may be shorter than half the height of the island-shaped semiconductor layer. Most of the channel hot electrons generated by acceleration to the drain diffusion layer side by the electric field of the channel region are generated on the drain diffusion layer side in the channel region. Therefore, with the above structure, the channel region has the source diffusion layer side. Can be formed in a low-concentration diffusion layer where a channel is likely to be formed, and the drain diffusion layer can be formed in a high-concentration diffusion layer with a high generation rate of hot electrons. Can be realized.
The portable electronic device of the present invention includes the semiconductor memory device.
また別の観点から、この発明は、基板上に形成され、その側壁に段差部を有する島状半導体層を備える半導体記憶装置の製造方法であって、島状半導体層の側壁にサイドウォールを形成するサイドウォール形成工程と、前記サイドウォールをマスクとして前記基板表面をさらに掘り下げ、すでに形成された側壁との段差部を有する新たな側壁を島状半導体層に形成する掘り下げ工程とを少なくとも含む製造方法を提供する。 From another point of view, the present invention is a method of manufacturing a semiconductor memory device including an island-shaped semiconductor layer formed on a substrate and having a stepped portion on a side wall thereof, wherein the side wall is formed on the side wall of the island-shaped semiconductor layer. Manufacturing method including at least a sidewall forming step, and a further dug down step in which the substrate surface is further dug using the side wall as a mask, and a new side wall having a step portion with the already formed side wall is formed on the island-like semiconductor layer. I will provide a.
この発明による半導体記憶装置の製造方法は、サイドウォールをマスクとして前記基板表面をさらに掘り下げ、すでに形成された側壁との段差部を有する新たな側壁を島状半導体層に形成する掘り下げ工程を含むので、ソース拡散層からドレイン拡散層へ向かう方向の側壁に少なくとも一つの段差部を有する半導体記憶装置を製造することができ、書込み時にチャネル領域のドレイン近傍で発生するチャネルホットエレクトロンが浮遊ゲートに効率的に注入される半導体記憶装置が得られる。従って、この発明の製造方法によって製造された半導体記憶装置は書込みの速度が速く、書込み時の駆動電圧の低電圧化が可能になる。 Since the method of manufacturing the semiconductor memory device according to the present invention includes a dug-down process in which the substrate surface is further dug using the side wall as a mask, and a new side wall having a step portion with the already formed side wall is formed in the island-like semiconductor layer. A semiconductor memory device having at least one step on the side wall in the direction from the source diffusion layer to the drain diffusion layer can be manufactured, and channel hot electrons generated near the drain of the channel region at the time of writing are efficiently generated in the floating gate. A semiconductor memory device to be injected into the semiconductor device is obtained. Therefore, the semiconductor memory device manufactured by the manufacturing method of the present invention has a high writing speed, and the driving voltage at the time of writing can be lowered.
さらに、この発明の製造方法は、基板表面を所定の深さだけ選択的に掘り下げて島状半導体層の最上段の側壁を形成する工程と、前記工程の後、島状半導体層の側壁が1以上の段差を形成するように、1回もしくは複数回反復して順次実施される前記サイドウォール形成工程及び掘り下げ工程と、島状半導体層の側壁にゲート絶縁膜を形成する工程と、ゲート絶縁膜上に電荷蓄積層を形成する工程と、電荷蓄積層上に層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜上に制御ゲートを形成する工程と、島状半導体層の最上部と掘り下げられた基板表面とに不純物を拡散してドレイン拡散層とソース拡散層とをそれぞれ形成する工程とを備える。これによって、前記のように速度が速く、書込み時の駆動電圧の低電圧化が可能な半導体記憶装置を製造することができる。 Furthermore, in the manufacturing method of the present invention, the substrate surface is selectively dug down to a predetermined depth to form the uppermost side wall of the island-shaped semiconductor layer, and after the step, the side wall of the island-shaped semiconductor layer is 1 A step of forming the gate insulating film on the side wall of the island-like semiconductor layer; A step of forming a charge storage layer thereon, a step of forming an interlayer insulating film on the charge storage layer, a step of forming a control gate on the interlayer insulating film, and an uppermost portion of the island-like semiconductor layer and the substrate dug down And a step of diffusing impurities on the surface to form a drain diffusion layer and a source diffusion layer, respectively. As a result, it is possible to manufacture a semiconductor memory device that has a high speed as described above and can reduce the drive voltage at the time of writing.
あるいは、この発明は、基板上に形成された島状半導体層の最上部に配置されるドレイン拡散層に隣接し、かつドレイン拡散層と逆導電型の拡散層を備える半導体記憶装置の製造方法であって、島状半導体層の側壁の周囲に膜を堆積させる工程と、島状半導体層の最上部に形成されたドレイン拡散層と前記ドレイン拡散層に隣接する側壁とが露出するように堆積させた膜を除去する工程と、ドレイン拡散層と前記ドレイン拡散層に隣接する側壁に不純物を注入してドレイン拡散層と逆導電型の拡散層をドレイン拡散層に隣接して形成する工程とからなる逆導電型拡散層形成工程を少なくとも含む製造方法を提供する。 Alternatively, the present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor memory device including a diffusion layer adjacent to a drain diffusion layer disposed on the uppermost part of an island-shaped semiconductor layer formed on a substrate and having a diffusion layer having a conductivity type opposite to that of the drain diffusion layer. Depositing a film around the sidewall of the island-shaped semiconductor layer, and depositing so that the drain diffusion layer formed on the top of the island-shaped semiconductor layer and the sidewall adjacent to the drain diffusion layer are exposed. And a step of injecting impurities into the side wall adjacent to the drain diffusion layer and the drain diffusion layer to form a diffusion layer having a conductivity type opposite to that of the drain diffusion layer adjacent to the drain diffusion layer. Provided is a manufacturing method including at least a reverse conductivity type diffusion layer forming step.
この発明による半導体記憶装置の製造方法は、前記逆導電型拡散層形成工程を含むので、ドレイン拡散層に隣接し、かつドレイン拡散層と逆導電型の拡散層ソース拡散層を備える半導体記憶装置を製造することができ、他のチャネル領域よりも不純物濃度が高い前記拡散層でのチャネルホットエレクトロンの発生効率が高く、前記チャネルホットエレクトロンの浮遊ゲートへの注入効率の高い半導体記憶装置が得られる。従って、この発明の製造方法によって製造された半導体記憶装置は書込みの速度が速く、書込み時の駆動電圧の低電圧化が可能になる。
以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
Since the semiconductor memory device manufacturing method according to the present invention includes the reverse conductivity type diffusion layer forming step, the semiconductor memory device including the source diffusion layer adjacent to the drain diffusion layer and having the opposite conductivity type to the drain diffusion layer is provided. A semiconductor memory device that can be manufactured, has high channel hot electron generation efficiency in the diffusion layer having a higher impurity concentration than other channel regions, and has high injection efficiency of the channel hot electrons into the floating gate. Therefore, the semiconductor memory device manufactured by the manufacturing method of the present invention has a high writing speed, and the driving voltage at the time of writing can be lowered.
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、この発明の半導体記憶装置に係るメモリセルの一実施例を示す模式的な断面図である。なお、本実施例ではp型基板を用いたn型のメモリセルについて示す。
この実施例では、p型シリコン基板100上に島状半導体層110が形成され、該島状半導体層110の側面の少なくとも一部が活性領域面であって、前記活性領域面の少なくとも一部に、例えば熱酸化により形成されたトンネル酸化膜200が形成されている。更に、前記ゲート酸化膜200の少なくとも一部を覆うように、例えば多結晶シリコンにて形成された浮遊ゲート300が配置されている。そして、更に前記浮遊ゲート300の少なくとも一部を覆うように形成された層間絶縁膜450を介して、例えば多結晶シリコンからなる制御ゲート400が配置されている。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing one embodiment of a memory cell according to the semiconductor memory device of the present invention. In this embodiment, an n-type memory cell using a p-type substrate is shown.
In this embodiment, an island-shaped
前記島状半導体層110の側面の活性領域面は、少なくともその一部に段差部を有し、前記島状半導体層110の上面にはn型拡散層からなるソース拡散層500、下面にはn型拡散層からなるドレイン拡散層600が設けられ、3次元構造のメモリセルが構成されている。
The active region surface on the side surface of the island-shaped
上記の構造では、書込み時にチャネル領域のドレイン近傍で発生するチャネルホットエレクトロンの電界による進行方向に浮遊ゲートが存在する。従って、チャネルホットエレクトロンが浮遊ゲートに注入される効率は、島状半導体層110に段差部を形成しない従来の構造に比べて高くなる。高い書込み効率は、書込みの高速化、低電圧化に貢献する。
例えば、メモリセルの各部に電圧を印加して、ドレイン電位Vdを6V、制御ゲート電位Vcgを12V、ソース電位Vsを0Vとする。これにより島状半導体層110のチャネル領域のドレイン近傍で発生したチャネルホットエレクトロンは、ソース拡散層500からドレイン拡散層600の方向への進行方向ベクトルを有する。そして、チャネルホットエレクトロンは、その進行方向に形成された浮遊ゲートに向かって注入される。
In the above structure, there is a floating gate in the traveling direction due to the electric field of channel hot electrons generated near the drain of the channel region at the time of writing. Therefore, the efficiency with which channel hot electrons are injected into the floating gate is higher than that in the conventional structure in which the stepped portion is not formed in the island-shaped
For example, a voltage is applied to each part of the memory cell so that the drain potential Vd is 6 V, the control gate potential Vcg is 12 V, and the source potential Vs is 0 V. Thereby, channel hot electrons generated near the drain of the channel region of the island-shaped
なお、島状半導体層110に形成される段差部は、図1に示すように必ずしも半導体基板100表面に水平である必要はなく、例えば図2及び図3に示すように、半導体基板100表面に水平な面からある一定の角度を有していてもよい。このような構造であっても、本発明の目的である、チャネルホットエレクトロンの浮遊ゲートへの注入効率向上が期待される。また、島状半導体層110に形成するのは必ずしも段差部である必要は無く、図4に示すように島状半導体層の頂部が小さくなるように傾斜を有した構造であってもよい。この様な構造であっても、チャネルホットエレクトロンの浮遊ゲートへの注入効率の向上が期待される。
Note that the stepped portion formed in the island-shaped
なお、この発明は、本実施例のような多結晶シリコンからなる浮遊ゲートを用いたフラッシュメモリに限定されない。例えば、図5に示すように、電荷蓄積層として、酸化膜−窒化膜−酸化膜からなる、いわゆるMONOS型メモリであってもよい。あるいは、図6に示すように、少なくとも一つ以上のナノクリスタルシリコンを含む絶縁膜を電荷蓄積層として用いたメモリセルにも適用できる。なお、電荷蓄積層にナノクリスタルを含む絶縁膜を用いた構造の場合、所望のメモリセルの機能が得られれば、前記絶縁膜中の前記ナノクリスタルシリコンの分布は限定しないが、前記ナノクリスタルシリコンは前記絶縁膜中にほぼ一様に分布していることが望ましい。 The present invention is not limited to a flash memory using a floating gate made of polycrystalline silicon as in this embodiment. For example, as shown in FIG. 5, the charge storage layer may be a so-called MONOS type memory composed of an oxide film-nitride film-oxide film. Alternatively, as shown in FIG. 6, the present invention can also be applied to a memory cell using an insulating film containing at least one nanocrystal silicon as a charge storage layer. In the case of a structure using an insulating film containing nanocrystals as a charge storage layer, the distribution of the nanocrystalline silicon in the insulating film is not limited as long as a desired memory cell function can be obtained. It is desirable that the is distributed almost uniformly in the insulating film.
図7は、制御ゲートが金属420で形成された場合のメモリセルの一例を示す断面図である。ここで、制御ゲート400の材料として、例えばアルミニウム、タングステン或は銅等の元素を含む金属を用いることができる。制御ゲートに金属を用いることにより、メモリセルアレイを形成する際のワード線の抵抗が低減され、これによって配線遅延の抑制が可能となる。また、様々な仕事関数を有する金属を用いることで、しきい値電圧の制御が可能となる。
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating an example of a memory cell in the case where the control gate is formed of the
また、本実施例では、半導体基板に島状半導体層110を形成しているが、島状半導体層110の形成は、n型半導体基板内に形成されたp型不純物拡散層若しくはp型シリコン基板内に形成されたn型不純物拡散層内にさらに形成されたp型不純物拡散層上であっても構わない。また各不純物拡散層の導電型が、すべて前記と逆導電型でも構わない。
In this embodiment, the island-shaped
また、本実施例において示したメモリセルにおいて、例えばしきい値分布を三種類以上に設定することによりメモリセルに記憶するデータの多値化を行ってもよい。
なお、図1〜図7に示すように、島状半導体層に形成される段差部は、前記島状半導体層の上部に形成される方が好ましい。浮遊ゲートに注入されるホットエレクトロンの多くはチャネル領域のドレイン拡散層近傍で発生する為である。
In the memory cell shown in this embodiment, the data stored in the memory cell may be multivalued by setting, for example, three or more threshold distributions.
As shown in FIGS. 1 to 7, the stepped portion formed in the island-shaped semiconductor layer is preferably formed in the upper portion of the island-shaped semiconductor layer. This is because most of the hot electrons injected into the floating gate are generated near the drain diffusion layer in the channel region.
また、本実施例で示した半導体記憶装置において、電荷蓄積層は島状半導体層のチャネル領域全面を覆わなくてもよい。例えば、図8に示すように、前記島状半導体層に形成する段差部の周辺の一部のみに形成されていてもよい。尚、半導体基板100と島状半導体層110とは、電気的に分離されていることが更に好ましい。電気的に分離されることにより、半導体層が電気的にフローティングになり、基板バイアス効果を抑制することが可能となる。
In the semiconductor memory device shown in this embodiment, the charge storage layer may not cover the entire channel region of the island-shaped semiconductor layer. For example, as shown in FIG. 8, it may be formed only in a part of the periphery of the stepped portion formed in the island-shaped semiconductor layer. Note that the
図9は、この発明の半導体記憶装置に係るメモリセルの異なる実施例を示す模式的な断面図である。なお、本実施例ではp型基板を用いたn型のメモリセルについて示す。
この実施例では、p型シリコン基板100上に島状半導体層110が形成され、前記島状半導体層110の側面の少なくとも一部が活性領域面であって、前記活性領域面の少なくとも一部に、例えば熱酸化により形成されたトンネル酸化膜200が形成されている。 更に、前記ゲート酸化膜200の少なくとも一部を覆うように、例えば多結晶シリコンにて形成された浮遊ゲート300が配置されている。そして、更に前記浮遊ゲート300の少なくとも一部を覆うように形成された層間絶縁膜450を介して、例えば多結晶シリコンからなる制御ゲート400が配置されている。
FIG. 9 is a schematic sectional view showing different embodiments of the memory cell according to the semiconductor memory device of the present invention. In this embodiment, an n-type memory cell using a p-type substrate is shown.
In this embodiment, an island-shaped
更に、前記島状半導体層110の上面にはn型拡散層からなるソース拡散層500、下面にはn型拡散層からなるドレイン拡散層600が設けられている。そして更に、チャネル領域のドレイン拡散層600近傍にドレイン拡散層とは逆導電型、つまりp型の拡散層610が形成され、これらによって3次元構造のメモリセルが構成されている。
上記のように拡散層610を配置した構造にすることによって、チャネル領域のドレイン近傍での電界が増大し、チャネル領域のドレイン近傍で発生するチャネルホットエレクトロンの発生効率が増加する。
Further, a
With the structure in which the
例えば、メモリセルの各部に電圧を印加して、ドレイン電位Vdを6V、制御ゲート電位Vcgを12V、ソース電位Vsを0Vとする。このとき、島状半導体層110のチャネル領域のドレイン近傍にp型拡散層が配置されており、他のチャネル領域よりも不純物濃度が高いのでチャネルホットエレクトロンの発生効率が増加し、浮遊ゲートへのチャネルホットエレクトロンの注入効率が向上する。
For example, a voltage is applied to each part of the memory cell so that the drain potential Vd is 6 V, the control gate potential Vcg is 12 V, and the source potential Vs is 0 V. At this time, a p-type diffusion layer is disposed in the vicinity of the drain of the channel region of the island-shaped
なお、図9において、拡散層610は、島状半導体層110の外周部のみに形成されているが、必ずしも島状半導体層110の外周部のみに形成する必要はない。例えば、図10に示す構造も可能である。
なお、本実施例は、多結晶シリコンからなる浮遊ゲートを用いたフラッシュメモリについて説明しているが、この発明はこれに限定されず、例えば、図11に示すように、電荷蓄積層が酸化膜−窒化膜−酸化膜からなる、いわゆるMONOS型メモリや、図12に示すように、少なくとも一つ以上のナノクリスタルシリコンを含む絶縁膜からなるメモリセルにも適用できる。なお、電荷蓄積層にナノクリスタルを含む絶縁膜を用いた構造の場合、所望のメモリセルの機能が得られれば、前記絶縁膜中の前記ナノクリスタルシリコンの分布は限定しないが、前記ナノクリスタルシリコンは前記絶縁膜中にほぼ一様に分布していることが望ましい。
In FIG. 9, the
Although the present embodiment describes a flash memory using a floating gate made of polycrystalline silicon, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 11, the charge storage layer is an oxide film. The present invention can also be applied to a so-called MONOS type memory composed of a nitride film-oxide film and a memory cell composed of an insulating film containing at least one nanocrystal silicon as shown in FIG. In the case of a structure using an insulating film containing nanocrystals in the charge storage layer, the distribution of the nanocrystalline silicon in the insulating film is not limited as long as a desired memory cell function can be obtained. It is desirable that the is distributed almost uniformly in the insulating film.
また、図13は、制御ゲートを金属420で形成したメモリセルの一例である。ここで、制御ゲート400の材料として、例えばアルミニウム、タングステン或は銅等の元素を含む金属を用いることができる。制御ゲートに金属を用いることにより、メモリセルアレイを形成する際のワード線の抵抗が低減され、これによって配線遅延の抑制が可能となる。また、様々な仕事関数を有する金属を用いることで、しきい値電圧の制御が可能となる。
FIG. 13 shows an example of a memory cell in which the control gate is formed of the
また、本実施例では、半導体基板に島状半導体層110を形成しているが、島状半導体層110の形成は、n型半導体基板内に形成されたp型不純物拡散層若しくはp型シリコン基板内に形成されたn型不純物拡散層内にさらに形成されたp型不純物拡散層上であっても構わない。また各不純物拡散層の導電型が、すべて前記と逆導電型でも構わない。
また、本実施例において示したメモリセルにおいて、例えばしきい値分布を三種類以上に設定することにより、メモリセルに記憶するデータの多値化を行ってもよい。
In this embodiment, the island-shaped
In the memory cell shown in this embodiment, the data stored in the memory cell may be multivalued by setting, for example, three or more threshold distributions.
なお、図9〜図13に示すように、島状半導体層110のドレイン近傍に配置される、ドレイン拡散層とは逆導電型の拡散層は、前記島状半導体層の上部に形成される方好ましい。浮遊ゲートに注入されるホットエレクトロンの多くはチャネル領域のドレイン拡散層近傍で発生する為である。
また、本実施例で示した半導体記憶装置において、電荷蓄積層は島状半導体層のチャネル領域全面を覆わなくてもよく、例えば図14に示したように、前記島状半導体層に形成されるドレイン近傍のドレイン拡散層とは逆導電型の拡散層の周辺の一部のみに形成されていてもよい。
As shown in FIGS. 9 to 13, the diffusion layer having a conductivity type opposite to the drain diffusion layer, which is disposed near the drain of the island-shaped
In the semiconductor memory device shown in this embodiment, the charge storage layer does not have to cover the entire channel region of the island-shaped semiconductor layer, and is formed on the island-shaped semiconductor layer, for example, as shown in FIG. The drain diffusion layer in the vicinity of the drain may be formed only in a part of the periphery of the diffusion layer of the reverse conductivity type.
尚、この実施例においても、実施例1と同様、半導体基板と半導体層とは、電気的に分離されている方が更に好ましい。電気的に分離されることにより、半導体層がフローティングになり基板バイアス効果を抑制することが可能となる。 In this embodiment, as in the first embodiment, it is more preferable that the semiconductor substrate and the semiconductor layer are electrically separated. By being electrically separated, the semiconductor layer becomes floating and the substrate bias effect can be suppressed.
本実施例では、実施例1で説明した3次元構造のメモリセルの製造方法を示す。この実施例のメモリセルは、半導体基板上に島状半導体層が形成され、該島状半導体層の側面の少なくとも一部が活性領域面であって、前記活性領域面の少なくとも一部に段差部を有し、更に前記活性領域面の少なくとも一部に、例えば熱酸化により形成されたトンネル酸化膜が形成されている。更に前記ゲート酸化膜の少なくとも一部を覆うように、例えば多結晶シリコンにて形成された浮遊ゲートが配置されている。そして更に、前記浮遊ゲートの少なくとも一部を覆うように形成された層間絶縁膜を介して、例えば多結晶シリコンからなる制御ゲートが配置されている。前記島状半導体層の上面及び下面にはn型拡散層からなるソース、ドレイン領域が設けられている。なお、図15〜30は、本実施例における3次元構造のメモリセルの製造方法を示す概略工程断面図である。 In this embodiment, a method for manufacturing the memory cell having the three-dimensional structure described in Embodiment 1 will be described. In the memory cell of this embodiment, an island-shaped semiconductor layer is formed on a semiconductor substrate, and at least a part of the side surface of the island-shaped semiconductor layer is an active region surface, and a step portion is formed on at least a part of the active region surface. Furthermore, a tunnel oxide film formed by, for example, thermal oxidation is formed on at least a part of the active region surface. Further, a floating gate made of, for example, polycrystalline silicon is disposed so as to cover at least a part of the gate oxide film. Further, a control gate made of, for example, polycrystalline silicon is disposed through an interlayer insulating film formed so as to cover at least a part of the floating gate. Source and drain regions made of an n-type diffusion layer are provided on the upper and lower surfaces of the island-like semiconductor layer. 15 to 30 are schematic process cross-sectional views showing a method for manufacturing a memory cell having a three-dimensional structure in this embodiment.
まず、例えばp型シリコン基板からなる半導体基板100の表面に例えばシリコン酸化膜からなりマスク層となる第1の絶縁膜701を200〜2000nmの厚さに堆積する。そして、公知のフォトリソグラフィ技術によりパターンニングされたレジストR1をマスクとして用い、第1の絶縁膜701を反応性イオンエッチングによりエッチングする(図15)。
First, a first
ここで、第1の絶縁膜701の材料は、p型シリコン基板100の反応性エッチング時にエッチングされないか若しくはエッチング速度がシリコンより遅い材料であればよく、前記のシリコン酸化膜に限定されない。第1の絶縁膜701は、例えば、シリコン窒化膜、導電膜、あるいは二種以上の材料からなる積層膜でも構わない。
そして、第1の絶縁膜701をマスクに用いて、半導体基板100を反応性イオンエッチングにより1〜5000nmの深さだけエッチングして表面を掘り下げる。その後、半導体基板100の露出部を熱酸化して、例えばシリコン酸化膜からなる第2の絶縁膜702を5nm〜100nmの厚さに形成する(図16)。なお、第2の絶縁膜702の形成方法は、前述の方法に限定されず、例えばCVDによる堆積によって形成してもよい。この工程によって、半導体基板100の水平方向の表面及び島状に加工された部分の側壁に第2の絶縁膜702が形成される。
Here, the material of the first insulating
Then, using the first insulating
次に、第1の絶縁膜701及び第2の絶縁膜702の上に、例えばシリコン窒化膜からなる第3の絶縁膜801を1〜1000nmの厚さに堆積する。その後、異方性エッチングにより第3の絶縁膜801をエッチングする。これによって、島状に加工された半導体基板100の側壁部に形成された第2の絶縁膜702及び第1の絶縁膜701の側壁上に第3の絶縁膜801をサイドウォール状に配置する(図17)。
Next, a third
続いて、第3の絶縁膜801をマスクにして、反応性イオンエッチングにより第2の絶縁膜702をエッチングによって除去する。そして、第3の絶縁膜801が配置されていない部分に露出したシリコン基板100を、50〜5000nmの深さだけエッチングしてさらに掘り下げ、p型シリコン基板100を段差部を有する島状に加工する(図18)。
その後、シリコン基板100の露出部を例えば熱酸化することで、例えばシリコン酸化膜からなる第4の絶縁膜703を3nm〜100nmの厚さに形成する(図19)。なお第4の絶縁膜703の形成方法は、前記の方法に限らず、例えば堆積によって形成しても構わない。また、膜の材料もシリコン酸化膜に限らず、例えばシリコン窒化膜でも構わない。更に、第4の絶縁膜703を形成しなくても構わない。
Subsequently, using the third
Thereafter, for example, the exposed portion of the
続いて、例えば等方性エッチングにより半導体基板上に形成された第1の絶縁膜701、第2の絶縁膜702、第3の絶縁膜801及び第4の絶縁膜703を除去し(図20)、島状半導体層110を形成する。そして、島状半導体層110の表面を酸化し、例えばシリコン酸化膜からなる第5の絶縁膜710を10nm〜100nmの厚さに形成する(図21)。この時、島状半導体層110の径が最小加工寸法で形成されていた場合、第5の絶縁膜710を形成した後にエッチング除去することにより島状半導体層110の径の大きさを小さくすることができる。つまり、最小加工寸法以下に形成される。なお、第5の絶縁膜710の形成は行わなくても構わない。
Subsequently, the first insulating
次に、第5の絶縁膜710を、例えば等方性エッチングにより除去した後、例えば熱酸化によって、例えばシリコン酸化膜からなる第6の絶縁膜711を3〜100nmの厚さに形成する。なお、第6の絶縁膜711の形成方法は、前述の熱酸化に限定されず、例えばCVDによるシリコン酸化膜の堆積であっても構わない。
続いて、例えばシリコン膣化膜からなる第7の絶縁膜810を、例えば5〜1000nmの厚さに堆積し(図22)、その後、例えば反応性イオンエッチングにより、第7の絶縁膜810及び第6の絶縁膜711を異方性エッチングする。こうして、第7の絶縁膜810及び第6の絶縁膜711を島状半導体層110の側壁にサイドウォール状に加工する(図23)。
Next, after removing the fifth insulating
Subsequently, a seventh
その後、段差部を有する島状半導体層110の上部及び底部に不純物導入を行ってn型不純物拡散層を形成し、ソース拡散層500及びドレイン拡散層600を配置する。前記のn型不純物拡散層の形成は、例えば、イオン注入法により0〜7°程度傾斜した方向から5〜100keVの注入エネルギーで、砒素あるいは燐を1×1013〜1×1017/cm2程度のドーズ量だけ導入することによって形成することができる。
Thereafter, impurities are introduced into the top and bottom of the island-
続いて、例えば熱酸化により素子分離膜250を形成した後、例えば等方性エッチングにより第6の絶縁膜711及び第7の絶縁膜810を選択除去する(図24)。そして、必要に応じて斜めイオン注入を利用して島状半導体層110の側壁にチャネルイオン注入を行う。例えば、5〜45°程度傾斜した方向から5〜100keVの注入エネルギーで、硼素を1×1011〜1×1013/cm2程度のドーズ量だけ注入する。チャネルイオン注入の際には、島状半導体層110に対して多方向から注入することが好ましい。それによって、島状半導体層110側壁の表面不純物濃度がより均一化されるからである。あるいは、前記のチャネルイオン注入方法に代えて、CVD法により硼素を含む酸化膜を堆積し、堆積させた酸化膜からの硼素拡散を利用してもよい。なお、島状半導体層110の表面からの不純物導入を行う工程の順序は、前記の順序に限定されず、島状半導体層110を形成する前に導入を完了しておいても構わない。また、島状半導体層110の表面から不純物を導入する方法は、前記の方法に限定されず、不純物濃度分布が同等であれば手段は限定されない。
Subsequently, after the
続いて、例えば熱酸化法を用いて島状半導体層110の周囲に、例えばシリコン酸化膜からなる第8の絶縁膜200を形成する(図25)。第8の絶縁膜200は、例えば厚さが10nm程度のトンネル酸化膜である。第8の絶縁膜200は、熱酸化膜に限らず、例えば、CVD酸化膜、若しくはオキシナイトライド膜でも構わない。
Subsequently, an eighth
続いて、例えば多結晶シリコン膜からなる第1の導電膜300を20nm〜200nm程度の厚さに堆積した(図26)後、例えばイオン注入法により、第1の導電膜300へ不純物の導入を行う。例えば、砒素若しくは燐を5〜100keVの注入エネルギー、1×1012〜1×1017/cm2のドーズ量で注入する。次に、例えば反応性イオンエッチングにより、第1の導電膜300が島状半導体層110の側壁部のみに配置されるようにエッチングする(図27)。このようにして形成した第1導電膜300は、電荷蓄積層となる。なお、第1の導電膜300の膜厚は、第3の絶縁膜801の膜厚よりも厚いほうが望ましい。また、第1の導電膜300へ不純物を導入する工程の順序は、前述のように多結晶シリコン膜を堆積させた直後に限らず、例えば、反応性イオンエッチングにより第1の導電膜300を異方性エッチングした後でも構わない。また、第1の導電膜300への不純物の導入方法は、前述のイオン注入法に限らず、所望の不純物濃度分布が得られれば特に限定されない。例えばCVD法により砒素若しくは燐を含む酸化膜を堆積し、その酸化膜からの砒素若しくは燐の拡散を利用してもよい。あるいは、第1の導電膜を堆積する際に、in−situでの砒素若しくは燐のドープを行っても構わない。所望の不純物濃度分布が得られれば、その方法は特に限定されない。
Subsequently, after depositing a first
次に、第1の導電膜300の表面に、層間絶縁膜450を形成する。この層間絶縁膜450は、例えば、いわゆるONO膜が好ましい。具体的には、熱酸化法により第1の導電膜300の表面に5〜10nmの厚さのシリコン酸化膜を形成し、さらにCVD法により5〜10nmの厚さのシリコン窒化膜を堆積し、さらにその上に5〜10nmの厚さのシリコン酸化膜を堆積する。続いて、例えば多結晶シリコン膜からなる第2の導電膜400を15nm〜150nmの厚さに堆積する(図28)。このようにして形成した第2の導電膜400は、制御ゲートとなる。続いて、例えばイオン注入法により、第2の導電膜コン400へ不純物の導入を行う。例えば、砒素若しくは燐を5〜100keVの注入エネルギーで、1×1012〜1×1017/cm2のドーズ量だけ注入する。
Next, an
次に、例えばシリコン酸化膜からなる第9の絶縁膜712を堆積する。そして、公知のフォトリソグラフィ技術によりワード線となる部分のみをパターニングしたレジストR2をマスクとして用い、例えば反応性イオンエッチングにより、例えばシリコン酸化膜からなる第9の絶縁膜712をエッチングする(図29)。なお、第9の絶縁膜712のエッチングは、反応性イオンエッチングに限らず、例えば等方性エッチングでも構わない。所望の形状が得られる限り、エッチングの方法は特に限定されない。また、第9の絶縁膜712の材料は、シリコン酸化膜に限定されず、例えばシリコン窒化膜、導電膜、あるいは二種以上の材料からなる積層膜でも構わない。第2の導電膜400のエッチング時にエッチングされないか若しくはエッチング速度が多結晶シリコンのものより遅い材料であればよい。
Next, a ninth
続いて、第9の絶縁膜712をハードマスクとして、例えば反応性イオンエッチングにより、第2の導電膜400をエッチングする。なお、第2の導電膜400をエッチングする際のエッチング方法は、前述の反応性イオンエッチングに限定されず、例えばCDE(Chemical Dry Etching)を用いてもよい。所望の形状が得られる限り、その方法は特に限定されない。また、本実施例では第9の絶縁膜712をハードマスクとして、第2の導電膜400のエッチングを行ったが、第9の絶縁膜712を堆積せず、レジストR2をマスクとして第2の導電膜400のエッチングを行っても構わない。
Subsequently, the second
続いて、第2の導電膜400のエッチングの際にハードマスクとして用いた第9の絶縁膜712を、例えば等方性エッチングにより除去する(図30)。なお、第2の導電膜400へ不純物を導入する工程の順序は、前述のように第2の導電膜400を堆積させた直後に限られず、例えば、第2の導電膜400をエッチングした後に第9の絶縁膜712をエッチングした後でも構わない。所望の不純物濃度分布が得られれば、前記工程の順序は特に限定されない。また、第2の導電膜400へ不純物を導入する方法は、前述のイオン注入法に限らず、例えばCVD法により砒素若しくは燐を含む酸化膜を堆積し、その酸化膜からの砒素若しくは燐の拡散を利用してもよい。あるいは、第2の導電膜400を堆積する際に、in−situでの砒素若しくは燐のドープを行っても構わない。所望の不純物濃度分布が得られるならば、不純物導入の方法は、特に限定されない。
Subsequently, the ninth insulating
その後、層間絶縁膜910(例えば、図1に記載)を堆積し、例えば等方性エッチングによりエッチバック後、公知の技術を用いて、コンタクト、及びメタル配線の形成を行う。これにより、第1の導電膜(浮遊ゲートあるいは電荷蓄積層として機能する)に蓄積される電荷状態によってメモリ機能を有する半導体記憶装置が実現する。 After that, an interlayer insulating film 910 (for example, shown in FIG. 1) is deposited, and after etching back by, for example, isotropic etching, contacts and metal wiring are formed using a known technique. Thus, a semiconductor memory device having a memory function is realized by the charge state accumulated in the first conductive film (functioning as a floating gate or a charge accumulation layer).
なお、本実施例では、島状半導体層110を階段状に形成する為に、第3の絶縁膜801をサイドウォール状に形成し、該サイドウォールを半導体基板100の反応性イオンエッチングにおけるマスクとして用いて段差部の形成を実現したが、前述の方法以外でも段差部を形成することができる。例えば、島状半導体層100の先端部のみを露出させるように絶縁膜若しくは導電膜を埋め込み、該露出部に対して、例えば熱酸化若しくは等方性エッチングを行うことによって島状半導体層110の先端部を細らせて島状半導体層110の段差部を形成しても構わない。
In this embodiment, in order to form the island-shaped
この実施例では、半導体基板の表面に、少なくともその一部に段差部を有する島状半導体層を形成し、島状半導体層の側面に浮遊ゲートと制御ゲートが配置され、前記島状半導体層の上面及び下面にそれぞれソースおよびドレイン領域が設けられた3次元構造のメモリセルの製造方法を述べた。 In this embodiment, an island-shaped semiconductor layer having a stepped portion at least in part is formed on the surface of the semiconductor substrate, and a floating gate and a control gate are disposed on the side surface of the island-shaped semiconductor layer. A method of manufacturing a memory cell having a three-dimensional structure in which source and drain regions are provided on the upper and lower surfaces, respectively, has been described.
この実施例では、実施例2で説明した三次元構造のメモリセルの製造方法を示す。この実施例のメモリセルは、半導体基板上に島状半導体層が形成され、前記島状半導体層の側面の少なくとも一部が活性領域面であって、前記活性領域面の少なくとも一部に、例えば熱酸化により形成されたトンネル酸化膜が形成され、更に前記ゲート酸化膜の少なくとも一部を覆うように、例えば多結晶シリコンにて形成され浮遊ゲートが配置されている。そして更に、前記浮遊ゲートの少なくとも一部を覆うように形成された層間絶縁膜を介して、例えば多結晶シリコンからなる制御ゲートが配置され、更に、前記島状半導体層の上面及び下面にはn型拡散層からなるソース、ドレイン領域が設けられ、更にチャネル領域のドレイン拡散層近傍にドレイン拡散層とは逆導電型の拡散層が形成された3次元構造のメモリセルが構成されている。 In this embodiment, a method for manufacturing the memory cell having the three-dimensional structure described in the second embodiment will be described. In the memory cell of this embodiment, an island-shaped semiconductor layer is formed on a semiconductor substrate, and at least a part of the side surface of the island-shaped semiconductor layer is an active region surface, and at least a part of the active region surface is, for example, A tunnel oxide film formed by thermal oxidation is formed, and a floating gate is formed, for example, of polycrystalline silicon so as to cover at least a part of the gate oxide film. Further, a control gate made of, for example, polycrystalline silicon is disposed through an interlayer insulating film formed so as to cover at least a part of the floating gate, and n is formed on the upper and lower surfaces of the island-shaped semiconductor layer. A memory cell having a three-dimensional structure in which a source / drain region composed of a type diffusion layer is provided and a diffusion layer having a conductivity type opposite to the drain diffusion layer is formed in the vicinity of the drain diffusion layer in the channel region.
なお、以下に示す図31〜43は、本実施例における前記と異なる3次元構造のメモリセルの製造方法を示す概略工程断面図である。
まず、例えばp型シリコン基板からなる半導体基板100の表面に例えばシリコン酸化膜からなりマスク層となる第1の絶縁膜751を200〜2000nmの厚さに堆積する。そして、公知のフォトリソグラフィ技術によりパターンニングされたレジストR1をマスクとして用い、第1の絶縁膜751を反応性イオンエッチングによりエッチングする(図31)。
31 to 43 shown below are schematic process cross-sectional views showing a method of manufacturing a memory cell having a three-dimensional structure different from the above in this embodiment.
First, a first insulating film 751 made of, for example, a silicon oxide film and serving as a mask layer is deposited to a thickness of 200 to 2000 nm on the surface of the
ここで、第1の絶縁膜751の材料は、p型シリコン基板100の反応性エッチング時にエッチングされないか若しくはエッチング速度がシリコンより遅い材料であればよく、前記のシリコン酸化膜に限定されない。例えば、シリコン窒化膜、導電膜、あるいは二種以上の材料からなる積層膜でも構わない。
そして、第1の絶縁膜751をマスクに用いて、半導体基板100を反応性イオンエッチングにより5〜5000nmの深さだけエッチングして表面を掘り下げる。
Here, the material of the first insulating film 751 may be any material that is not etched during the reactive etching of the p-
Then, using the first insulating film 751 as a mask, the
続いて、例えば等方性エッチングにより第1の絶縁膜751を除去する。そして、島状半導体層110の表面を酸化し、例えばシリコン酸化膜からなる第2の絶縁膜752を10nm〜100nmの厚さに形成する(図32)。この時、島状半導体層110の径が最小加工寸法で形成されていた場合、第2の絶縁膜752の形成により島状半導体層110の径の大きさを小さくことができる。つまり、最小加工寸法以下に形成される。なお、第2の絶縁膜752の形成は、行わなくてもよい。
Subsequently, the first insulating film 751 is removed by, for example, isotropic etching. Then, the surface of the island-shaped
次に、第2の絶縁膜752を、例えば等方性エッチングにより除去した後、例えば熱酸化によって、例えばシリコン酸化膜からなる第3の絶縁膜753を3〜100nmの厚さに形成する。なお、第3の絶縁膜753の形成方法は、前述の熱酸化に限定されず、例えばCVDによるシリコン酸化膜の堆積であっても構わない。
Next, after removing the second
続いて、例えばシリコン窒化膜からなる第4の絶縁膜851を、例えば5〜1000nmの厚さに堆積し(図33)、その後、例えば反応性イオンエッチングにより、第3の絶縁膜753及び第4の絶縁膜851を異方性エッチングする。こうして、第3の絶縁膜753及び第4の絶縁膜851を島状半導体層110の側壁にサイドウォール状に加工する(図34)。
Subsequently, a fourth
その後、島状半導体層110の上部及び底部に対し不純物導入を行ってn型不純物拡散層を形成し、ソース拡散層500及びドレイン拡散層600を配置する。前記のn型不純物拡散層の形成は、例えば、イオン注入法により0〜7°程度傾斜した方向から5〜100keVの注入エネルギーで、砒素あるいは燐を1×1013〜1×1017/cm2程度のドーズ量だけ導入することによって形成することができる。
Thereafter, impurities are introduced into the top and bottom of the island-
続いて、例えば熱酸化により素子分離膜250を形成した後、例えば等方性エッチングにより第3の絶縁膜753及び第4の絶縁膜851を選択除去する(図35)。そして、必要に応じて斜めイオン注入を利用して島状半導体層110の側壁にチャネルイオン注入を行う。例えば、5〜45°程度傾斜した方向から5〜100keVの注入エネルギーで、硼素を1×1011〜1×1013/cm2程度のドーズ量だけ注入する。チャネルイオン注入の際には、島状半導体層110に対して多方向から注入することが好ましい。それによって、島状半導体層110側壁の表面不純物濃度がより均一化されるからである。あるいは、前記のチャネルイオン注入方法に代えて、CVD法により硼素を含む酸化膜を堆積し、堆積させた酸化膜からの硼素拡散を利用してもよい。なお、島状半導体層110の表面からの不純物導入を行う工程の順序は、前記の順序に限定されず、島状半導体層110を形成する前に導入を完了しておいても構わない。また、島状半導体層110の表面から不純物を導入する方法は、前記の方法に限定されず、不純物濃度分布が同等であれば手段は限定されない。
Subsequently, after the
次に、例えばシリコン酸化膜からなる第5の絶縁膜754を例えば10〜2000nmの厚さに堆積し、その後、例えば等方性エッチングを行って、島状半導体層110の先端部を露出させる(図36)。なお、島状半導体層の先端部を露出させる手段は、前述のものに限らず、例えばレジストエッチバック法を用いても構わない。また、第5の絶縁膜754は、シリコン酸化膜に限定されず、ドレイン近傍に逆導電型の拡散層を形成する為のイオン注入時のマスクとなり、且つ選択的に除去可能な材料であればよい。例えばシリコン窒化膜、導電膜あるいは二種以上の材料からなる積層膜でも構わない。
Next, for example, a fifth
次に、第5の絶縁膜754をハードマスクとし、例えば斜めイオン注入法を用いて島状半導体層110のドレイン近傍にp型拡散層を形成する(図37)。斜めイオン注入は、例えば3〜60°程度傾斜した方向から注入を行う。この際の条件は、例えば5keV〜1MeVの注入エネルギー、硼素1×1011〜1×1015/cm2程度のドーズ量である。
なお、イオン注入の際には、島状半導体層110の多方向から注入を行うことが好ましい。島状半導体層110側壁の不純物濃度を均一化できるためである。あるいは、イオン注入に代えて、CVD法により硼素を含む酸化膜を堆積し、その酸化膜からの硼素拡散を利用してもよい。なお、島状半導体層110の表面からの不純物を導入する工程の順序は、前述のものに限定されず、島状半導体層110を形成する前に導入を完了しておいても構わない。また、不純物導入の手段は前述のものに限定されず、島状半導体層110の不純物濃度分布が同等であればよい。
Next, using the fifth insulating
Note that the ion implantation is preferably performed from multiple directions of the island-shaped
続いて、島状半導体層110の周囲に例えばシリコン酸化膜からなりその厚さが10nm程度の第6の絶縁膜200を、例えば熱酸化法を用いて形成する(図38)。この第6の絶縁膜はトンネル酸化膜となる。ここで、第7の絶縁膜の形成方法は、熱酸化膜に限らず、CVD酸化膜、若しくはオキシナイトライド膜でも構わない。
Subsequently, a sixth
続いて例えば多結晶シリコン膜からなる第1の導電膜300を、20nm〜200nm程度の厚さに堆積した(図39)後、例えばイオン注入法により、第1の導電膜300へ不純物の導入を行う。例えば、砒素若しくは燐を5〜100keVの注入エネルギー、1×1012〜1×1017/cm2のドーズ量で注入する。次に、例えば反応性イオンエッチングにより、第1の導電膜300が島状半導体層110の側壁部のみに配置されるようにエッチングする(図40)。このようにして形成した第1導電膜300は、電荷蓄積層となる。なお、第1の導電膜300へ不純物を導入する工程の順序は、多結晶シリコン膜を堆積させた直後に限らず、例えば、反応性イオンエッチングにより、多結晶シリコン300を異方性エッチングした後でも構わない。また、第1の導電膜300への不純物の導入方法は、前述のイオン注入法に限らず、所望の不純物濃度分布が得られれば、特に限定されない。例えばCVD法により砒素若しくは燐を含む酸化膜を堆積し、その酸化膜からの砒素若しくは燐の拡散を利用してもよい。あるいは、第1の導電膜を堆積する際に、in−situでの砒素若しくは燐のドープを行っても構わない。所望の不純物濃度分布が得られれば、その方法は特に限定されない。
Subsequently, after depositing a first
次に、第1の導電膜300の表面に、層間絶縁膜450を形成する。この層間絶縁膜450は、例えば、いわゆるONO膜が好ましい。具体的には熱酸化法により第1の導電膜300の表面に5〜10nmの厚さのシリコン酸化膜を形成し、さらにCVD法により5〜10nmの厚さのシリコン窒化膜を堆積し、さらに5〜10nmの厚さのシリコン酸化膜を堆積する。続いて、例えば多結晶シリコン膜からなる第2の導電膜400を15nm〜150nmの厚さに堆積する(図41)。続いて、例えばイオン注入法により、多結晶シリコン400へ不純物の導入を行う。例えば、砒素若しくは燐を5〜100keVの注入エネルギーで、1×1012〜1×1017/cm2のドーズ量だけ注入する。このようにして形成した第2の導電膜400は、制御ゲートとなる。ここで、多結晶シリコン400への不純物の導入は、イオン注入法に限らず、例えばCVD法により砒素若しくは燐を含む酸化膜を堆積し、その酸化膜からの砒素若しくは燐の拡散を利用してもよいし、多結晶シリコン膜を堆積する際に、in−situでの砒素若しくは燐のドープを行っても構わない。所望の不純物濃度分布が得られれば、不純物の導入方法は特に限定されない。
Next, an
次に、例えばシリコン酸化膜からなる第7の絶縁膜755を堆積する。そして、公知のフォトリソグラフィ技術によりワード線となる部分のみをパターニングしたレジストR2をマスクとして用い、例えば反応性イオンエッチングにより、例えばシリコン酸化膜からなる第7の絶縁膜755をエッチングする(図42)。なお、第7の絶縁膜となるシリコン酸化膜755をエッチングするエッチング方法は、反応性イオンエッチングに限らず、例えば等方性エッチングを用いてもよい。所望の形状が得られる限り、その方法は特に限定されない。また、第7の絶縁膜755は、第2の導電膜400のエッチング時にエッチングされないか若しくはエッチング速度が第2の導電膜400より遅い材料であれば特に限定されない。例えば、シリコン窒化膜、導電膜あるいは二種以上の材料からなる積層膜であっても構わない。
Next, a seventh
続いて、第2の導電膜400のエッチングのハードマスクとして用いた第7の絶縁膜755を例えば等方性エッチングにより除去する(図43)。なお、第2の導電膜400への不純物の導入は、前述のように第2の導電膜400を堆積させた直後に限らず、例えば、第7の絶縁膜755をエッチングした後でも構わない。所望の不純物濃度分布が得られれば、工程の順序は特に限定されない。
Subsequently, the seventh insulating
その後、層間絶縁膜910(例えば、図9に記載)を堆積し、例えば等方性エッチングによりエッチバック後、公知の技術を用いて、コンタクト、及びメタル配線の形成を行う。これにより、第1の導電膜(浮遊ゲートとする電荷蓄積層として機能する)に蓄積される電荷状態によってメモリ機能を有する半導体記憶装置が実現する。 Thereafter, an interlayer insulating film 910 (for example, described in FIG. 9) is deposited, and after etching back by, for example, isotropic etching, contacts and metal wiring are formed using a known technique. Thus, a semiconductor memory device having a memory function is realized by the charge state stored in the first conductive film (functioning as a charge storage layer serving as a floating gate).
この実施例では以上のように、半導体基板に島状半導体層を形成し、島状半導体層の側面に浮遊ゲートと制御ゲートが配置され、前記島状半導体層の上面及び下面にそれぞれソースおよびドレイン領域が設けられ、更にチャネル領域のドレイン近傍にドレインとは逆導電型の拡散層が設けられた3次元構造のメモリセルの製造方法を述べた。 In this embodiment, as described above, the island-shaped semiconductor layer is formed on the semiconductor substrate, the floating gate and the control gate are disposed on the side surface of the island-shaped semiconductor layer, and the source and drain are respectively formed on the upper surface and the lower surface of the island-shaped semiconductor layer. A method of manufacturing a memory cell having a three-dimensional structure in which a region is provided and a diffusion layer having a conductivity type opposite to that of the drain is provided near the drain of the channel region has been described.
この発明の携帯電子機器の実施形態を図44を用いて説明する。上記実施形態記載の半導体記憶装置又は半導体装置を、電池駆動の携帯電子機器、特に携帯情報端末に用いることができる。携帯電子機器としては、携帯情報端末、携帯電話、ゲーム機器などが挙げられる。
図44は、携帯電話の例を示している。携帯電話には、この発明の半導体装置が組み込まれている。
An embodiment of the portable electronic device of the present invention will be described with reference to FIG. The semiconductor memory device or the semiconductor device described in the above embodiment can be used for a battery-driven portable electronic device, particularly a portable information terminal. Examples of portable electronic devices include portable information terminals, mobile phones, and game devices.
FIG. 44 shows an example of a mobile phone. The mobile phone incorporates the semiconductor device of the present invention.
この発明の半導体装置を携帯電子機器に用いることにより、回路が小型化でき、しかも書込み速度の速い機器が得られる。
図44に示すように、携帯電話1000内には、制御回路部1001、マン・マシン・インターフェース部1008、RF(無線周波数)回路部1010、及び、アンテナ部1011が内蔵されている。制御回路部1001内には、データメモリ部1004、演算部1002、制御部1003、ROM1005及びRAM1006がある。上記各部は、配線1007(データバス、電源線等を含む)で接続されている。
By using the semiconductor device of the present invention for a portable electronic device, a circuit can be reduced in size and a device having a high writing speed can be obtained.
As shown in FIG. 44, a
この発明の半導体装置は、例えばメモリ以外の各種の回路、例えば前述の演算部1002、制御部1003も同一の半導体装置内に実装することができる。また、半導体表面に平面的に素子を配置するものに比べてチップ面積の利用効率がよいので、メモリを大容量化することができる。もしくは、同じメモリ容量であれば、チップ占有面積が少なく、半導体装置の小型化が可能になる。しかも、メモリへの書込みが高速に行われる。この半導体装置を携帯電話1000のデータメモリ部1004等に用いれば、携帯電話1000を小型化することがでる。
In the semiconductor device of the present invention, for example, various circuits other than the memory, for example, the
この実施の形態では、制御回路部1001内のデータメモリ部1004、演算部1002、制御部1003、ROM1005及びRAM1006この発明の半導体装置を用い、ワンチップで構成している。したがって、データメモリ部1004、ROM1005、RAM1006を含む制御回路部1001を1つのチップ上に形成することによるコスト削減効果を得ることも期待できる。
In this embodiment, a
10 p型半導体基板
11 島状半導体層
13 メタル配線
14 トンネル酸化膜
15 浮遊ゲート
16 層間絶縁膜
17 制御ゲート
18 ソース拡散層
19 ドレイン拡散層
20 層間絶縁膜
100 p型半導体基板
110 島状半導体層
200 トンネル酸化膜
210 シリコン酸化膜
220 シリコン窒化膜
230 シリコン酸化膜
250 素子分離膜
300 浮遊ゲート(多結晶シリコン)、電荷蓄積層
310 ナノクリスタルシリコンを含む絶縁膜からなる電荷蓄積層
400 制御ゲート(多結晶シリコン)
420 金属ゲート
450 層間絶縁膜
500 ソース拡散層
600 ドレイン拡散層
610 ドレイン拡散層とは逆導電型の拡散層
701、702、703、710、711、712、752、753、754、755 絶縁膜(シリコン酸化膜)
801、810、851 絶縁膜(シリコン窒化膜)
900 メタル配線
910 層間絶縁膜
1000 携帯電話
1001 制御回路部
1002 演算部
1003 制御部
1004 データメモリ部
1005 ROM
1006 RAM
1007 配線
1008 マン・マシン・インターフェース部
1010 RF(無線周波数)回路部
1011 アンテナ部
10 p-
420
801, 810, 851 Insulating film (silicon nitride film)
900
1006 RAM
1007
Claims (15)
島状半導体層は、その上部に形成されたドレイン拡散層と、
その底部の少なくとも一部に形成されたソース拡散層と、
ドレイン拡散層とソース拡散層に挟まれた側壁のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成された電荷蓄積層と、
電荷蓄積層上に形成された制御ゲートとを有し、
電荷蓄積層へ電子を注入する際にソース拡散層からドレイン拡散層への電界によってチャネル領域を移動する電子の壁面への衝突によって前記電子の電荷蓄積層への注入を容易にすべく段差部の段もしくは傾斜部の傾斜が構成されていることを特徴とする半導体記憶装置。 An island-like semiconductor layer having an inclined portion or at least one step portion is formed on the semiconductor substrate,
The island-shaped semiconductor layer includes a drain diffusion layer formed thereon,
A source diffusion layer formed on at least a part of the bottom;
A charge storage layer formed on the channel region of the side wall sandwiched between the drain diffusion layer and the source diffusion layer via a gate insulating film;
A control gate formed on the charge storage layer,
When electrons are injected into the charge storage layer, a step portion is formed to facilitate injection of the electrons into the charge storage layer by collision of the electrons moving in the channel region with the electric field from the source diffusion layer to the drain diffusion layer to the wall surface. A semiconductor memory device comprising a step or an inclined portion of an inclined portion.
島状半導体層の最上部に形成されたドレイン拡散層と、
島状半導体層の底部の少なくとも一部に形成されたソース拡散層と、
島状半導体層を囲む側壁上の少なくとも一部の領域であってドレイン拡散層とソース拡散層に挟まれた領域であるチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成された電荷蓄積層と、
電荷蓄積層上に形成された制御ゲートと、
ドレイン拡散層と逆導電型であってドレイン拡散層に接するチャネル領域に配置される拡散層とを備えることを特徴とする半導体記憶装置。 An island-like semiconductor layer formed on a semiconductor substrate;
A drain diffusion layer formed on the top of the island-like semiconductor layer;
A source diffusion layer formed on at least a part of the bottom of the island-shaped semiconductor layer;
A charge storage layer formed through a gate insulating film on a channel region that is at least a partial region on the side wall surrounding the island-shaped semiconductor layer and sandwiched between the drain diffusion layer and the source diffusion layer;
A control gate formed on the charge storage layer;
A semiconductor memory device comprising: a diffusion layer having a conductivity type opposite to that of the drain diffusion layer and disposed in a channel region in contact with the drain diffusion layer.
島状半導体層の側壁にサイドウォールを形成するサイドウォール形成工程と、
前記サイドウォールをマスクとして前記基板表面をさらに掘り下げ、すでに形成された側壁との段差部を有する新たな側壁を島状半導体層に形成する掘り下げ工程とを少なくとも含む製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor memory device comprising an island-like semiconductor layer formed on a substrate and having a stepped portion on a side wall thereof,
A sidewall forming step of forming a sidewall on the sidewall of the island-shaped semiconductor layer;
A manufacturing method including at least a dug-down process in which the substrate surface is further dug using the side wall as a mask, and a new side wall having a step with the already formed side wall is formed in the island-like semiconductor layer.
前記工程の後、島状半導体層の側壁が1以上の段差を形成するように、1回もしくは複数回反復して順次実施される前記サイドウォール形成工程及び掘り下げ工程と、
島状半導体層の側壁にゲート絶縁膜を形成する工程と、
ゲート絶縁膜上に電荷蓄積層を形成する工程と、
電荷蓄積層上に層間絶縁膜を形成する工程と、
層間絶縁膜上に制御ゲートを形成する工程と、
島状半導体層の最上部と掘り下げられた基板表面とに不純物を拡散してドレイン拡散層とソース拡散層とをそれぞれ形成する工程とを備える請求項12記載の製造方法。 Selectively digging the substrate surface by a predetermined depth to form the uppermost sidewall of the island-shaped semiconductor layer; and
After the step, the sidewall forming step and the dug-down step sequentially performed one or more times so that the side wall of the island-shaped semiconductor layer forms one or more steps.
Forming a gate insulating film on the sidewall of the island-shaped semiconductor layer;
Forming a charge storage layer on the gate insulating film;
Forming an interlayer insulating film on the charge storage layer;
Forming a control gate on the interlayer insulating film;
The manufacturing method according to claim 12, further comprising a step of diffusing impurities in the uppermost part of the island-like semiconductor layer and the substrate surface dug down to form a drain diffusion layer and a source diffusion layer.
島状半導体層の側壁の周囲に膜を堆積させる工程と、
島状半導体層の最上部に形成されたドレイン拡散層と前記ドレイン拡散層に隣接する側壁とが露出するように堆積させた膜を除去する工程と、
ドレイン拡散層と前記ドレイン拡散層に隣接する側壁に不純物を注入してドレイン拡散層と逆導電型の拡散層をドレイン拡散層に隣接して形成する工程とからなる逆導電型拡散層形成工程を少なくとも含む製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor memory device comprising a diffusion layer adjacent to a drain diffusion layer disposed on the top of an island-shaped semiconductor layer formed on a substrate and having a conductivity type opposite to that of the drain diffusion layer,
Depositing a film around the sidewall of the island-like semiconductor layer;
Removing the deposited film so that the drain diffusion layer formed on the uppermost part of the island-like semiconductor layer and the side wall adjacent to the drain diffusion layer are exposed;
A reverse conductivity type diffusion layer forming step comprising: forming a drain diffusion layer and a step of forming an opposite conductivity type diffusion layer adjacent to the drain diffusion layer by injecting impurities into the side wall adjacent to the drain diffusion layer; A manufacturing method including at least.
島状半導体層の最上部と掘り下げられた基板表面とに不純物を拡散してドレイン拡散層とソース拡散層とをそれぞれ形成する工程と、
ドレイン拡散層に隣接し、かつドレイン拡散層と逆導電型の拡散層を形成する前記逆導電型拡散層形成工程と、
島状半導体層の側壁にゲート絶縁膜を形成する工程と、
ゲート絶縁膜上に電荷蓄積層を形成する工程と、
電荷蓄積層上に層間絶縁膜を形成する工程と、
層間絶縁膜上に制御ゲートを形成する工程と
を備えることを特徴とする請求項14記載の製造方法。 A step of selectively dug down the substrate surface by a predetermined depth to form an island-shaped semiconductor layer;
A step of diffusing impurities into the top of the island-like semiconductor layer and the substrate surface dug down to form a drain diffusion layer and a source diffusion layer, respectively;
The reverse conductivity type diffusion layer forming step of forming a diffusion layer adjacent to the drain diffusion layer and having a conductivity type opposite to that of the drain diffusion layer;
Forming a gate insulating film on the sidewall of the island-shaped semiconductor layer;
Forming a charge storage layer on the gate insulating film;
Forming an interlayer insulating film on the charge storage layer;
The method according to claim 14, further comprising: forming a control gate on the interlayer insulating film.
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