JP2006032895A - 半導体装置のトランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体素子のトランジスタは、半導体基板上にトンネル酸化膜、フローティングゲート、誘電体膜及びコントロールゲートが順次積層されたスタック型ゲートと、前記トンネル酸化膜を境界として前記フローティングゲートの下方の前記半導体基板上に形成され、前記フローティングゲートの一部の底面及び側面の境界に沿って形成されたゲート酸化膜と、前記半導体基板上に形成されたゲート酸化膜と前記フローティングゲートの一部の底面及び側面との境界に沿って形成されたゲート酸化膜の間の隙間に埋め込まれたフローティング窒化膜とを含んでなり、前記フローティング窒化膜は熱電荷のトラップセンタとして作用する構成としたことを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
図1(b)は本発明の第1実施例に係る半導体装置のトランジスタを説明するために示す断面図である。
図1(c)は本発明の第2実施例に係る半導体装置のトランジスタを説明するために示す断面図である。
図2〜図4は本発明の好適な第1実施例に係る半導体装置のトランジスタ製造方法を説明するために示した断面図である。
図5及び図6は本発明の好適な第2実施例に係る半導体装置のトランジスタ製造方法を説明するために示した断面図である。本発明の第2実施例に係る半導体装置のトランジスタ製造方法は、第1実施例において図2(a)〜図3(a)を参照して説明した工程までは第1実施例と同一なので、ここではその説明を略する。
102、202…トンネル酸化膜
104、204…フローティングゲート
112、212…誘電体膜
114、214…コントロールゲート
116、216…キャッピング膜
120、220…第1スペーサ
116、216…キャッピング膜
120、220…第1スペーサ
122、222…熱酸化膜
124、224…ソース/ドレイン電極
126、226…ゲート酸化膜
128、228…フローティング窒化膜
130、230…第2スペーサ
Claims (20)
- 半導体基板上にトンネル酸化膜、フローティングゲート、誘電体膜及びコントロールゲートが順次積層されたスタック型ゲートと、
前記トンネル酸化膜を境界として前記フローティングゲートの下方の前記半導体基板上に形成され、前記フローティングゲートの一部の底面及び側面の境界に沿って形成されたゲート酸化膜と、
前記半導体基板上に形成されたゲート酸化膜と前記フローティングゲートの一部の底面及び側面との境界に沿って形成されたゲート酸化膜の間の隙間に埋め込まれたフローティング窒化膜と、
を有し、
前記フローティング窒化膜が熱電荷のトラップセンタとして作用して1ビットの電荷を蓄えることが可能な半導体装置のトランジスタ。 - 前記フローティングゲートの一部、前記誘電体膜、前記コントロールゲートの側壁に形成された第1スペーサをさらに含むことを特徴とする請求項1記載の半導体装置のトランジスタ。
- 前記第1スペーサ、前記フローティングゲートの一部の底面及び側面に形成された前記ゲート酸化膜、及び前記フローティング窒化膜の側面に形成された第2スペーサをさらに含むことを特徴とする請求項1記載の半導体装置のトランジスタ。
- 半導体基板上にトンネル酸化膜、フローティングゲート、誘電体膜及びコントロールゲートが順次積層されたスタック型ゲートと、
前記フローティングゲートの一部、前記誘電体膜、前記コントロールゲートの側壁に形成された第1スペーサと、
前記フローティングゲートの一部の底面及び側面と前記半導体基板上に形成されたゲート酸化膜と、
前記フローティングゲートの一部の底面と側面に形成されたゲート酸化膜と、前記半導体基板上に形成された前記ゲート酸化膜との間に隙間が設けられており、前記隙間に埋め込まれたフローティング窒化膜と、
前記第1スペーサ、前記フローティングゲートの一部の底面及び側面に形成された前記ゲート酸化膜、及び前記フローティング窒化膜の側壁に形成された第2スペーサと、
を有することを特徴とする半導体装置のトランジスタ。 - 半導体基板上にトンネル酸化膜、フローティングゲート、誘電体膜及びコントロールゲートが順次積層されたスタック型ゲートと、
前記フローティングゲートの一部、前記誘電体膜、前記コントロールゲートの側壁に形成された第1スペーサと、
前記フローティングゲートの第1側の下部の前記半導体基板上に形成された熱酸化膜と、
前記フローティングゲートの第1側の一部の底面及び側面と前記熱酸化膜上に形成され、前記フローティングゲートの第2側の一部の底面及び側面と前記フローティングゲートの第2側の下部の前記半導体基板上に形成されたゲート酸化膜と、
前記フローティングゲートの第2側の一部の底面及び側面に形成されたゲート酸化膜と、前記フローティングゲートの第2側の下部の前記半導体基板上に形成された前記ゲート酸化膜との間に隙間が設けられており、前記隙間に埋め込まれたフローティング窒化膜と、
前記フローティングゲートの第1側において前記第1スペーサと熱酸化膜上に形成され、前記フローティングゲートの第2側において前記第1スペーサ、前記フローティングゲートの一部の底面及び側面に形成された前記ゲート酸化膜、及び前記フローティング窒化膜の側壁に形成された第2スペーサと、
を有することを特徴とする半導体装置のトランジスタ。 - 前記フローティングゲートの第2側において、前記フローティングゲートの第1側面が前記第1スペーサと接するように備えられ、第2側面は前記ゲート酸化膜と接するように備えられ、最下部面は前記トンネル酸化膜と接する平面から構成され、前記最下部面と前記第2側面間の面は所定の勾配を持つように傾いて前記ゲート酸化膜と接するように備えられたことを特徴とする請求項5記載の半導体装置のトランジスタ。
- 前記第1スペーサは、最下部面が、前記フローティングゲートの最上部面よりも下方に位置し、前記フローティングゲートの最下部面よりは上部に位置するように備えられたことを特徴とする請求項1、4または5のいずれか1項に記載の半導体装置のトランジスタ。
- 前記フローティングゲートは、両側の第1側面は前記第1スペーサと接するように備えられ、第2側面は前記ゲート酸化膜と接するように備えられ、両側の第2側面間の幅は前記第1側面間の幅よりも小さく、最下部面は前記トンネル酸化膜と接する平面から構成され、前記最下部面と前記第2側面間の面は所定の勾配を持つように傾いて備えられたことを特徴とする請求項1または請求項4記載の半導体装置のトランジスタ。
- 前記第1スペーサの最下部面は、前記フローティングゲートの最上部面よりも下方に位置し、前記フローティングゲートの最下部面よりは上方に位置するように備えられ、前記フローティングゲートの第1側面と、前記第2側面間の面と、前記第1スペーサの最下部面とは面一となるように備えられたことを特徴とする請求項8記載の半導体装置のトランジスタ。
- 前記ゲート酸化膜は、前記第1スペーサの最下部面、前記第1側面と第2側面間の面、第2側面、前記フローティングゲートの最下部面と前記第2側面間の面、及び前記トンネル酸化膜と接するように備えられたことを特徴とする請求項8記載の半導体装置のトランジスタ。
- 前記フローティング窒化膜は、横になった直角三角形状を有することを特徴とする請求項1、4または5のいずれか1項に記載の半導体装置のトランジスタ。
- 前記コントロールゲート上に形成されたキャッピング膜をさらに含むことを特徴とする請求項1、4または5のいずれか1項に記載の半導体装置のトランジスタ。
- 前記フローティングゲートの側面の下方の前記半導体基板に形成されたソース/ドレイン電極をさらに含むことを特徴とする請求項1、4または5のいずれか1項に記載の半導体装置のトランジスタ。
- 半導体基板上にトンネル酸化膜を形成する段階と、
前記トンネル酸化膜上にフローティングゲート、誘電体膜、コントロールゲート及びキャッピング膜を積層した後パターニングしてスタック型ゲートを形成する際に、前記フローティングゲートは所定の厚さが残るように一部分のみをパターニングする段階と、
前記キャッピング膜、前記コントロールゲート、前記誘電体膜及び前記フローティングゲートの側壁に第1スペーサを形成する段階と、
前記キャッピング膜及び前記第1スペーサをエッチングマスクとして、残っている前記フローティングゲートをエッチングする段階と、
前記トンネル酸化膜の上部と前記フローティングゲートの側面に酸化膜を成長させ、前記フローティングゲートの底面に所定の深さ浸透して成長した熱酸化膜を形成する段階と、
前記熱酸化膜及び前記熱酸化膜の下方の前記トンネル酸化膜を除去する段階と、
露出した前記フローティングゲートの側面及び底面と前記半導体基板上にゲート酸化膜を成長させながら、前記フローティングゲートの側面及び底面に形成される前記ゲート酸化膜と、前記半導体基板上に形成される前記ゲート酸化膜との間に所定の形状の隙間が設けられるようにする段階と、
前記ゲート酸化膜が成長した半導体基板上に窒化膜を蒸着した後エッチングして、前記隙間を埋め込むフローティング窒化膜を形成する段階と、
前記第1スペーサ、ゲート酸化膜及び前記フローティング窒化膜の側壁に第2スペーサを形成する段階と、
を含むことを特徴とする半導体装置のトランジスタ製造方法。 - 半導体基板上にトンネル酸化膜を形成する段階と、
前記トンネル酸化膜上にフローティングゲート、誘電体膜、コントロールゲート及びキャッピング膜を積層した後パターニングしてスタック型ゲートを形成する際に、前記フローティングゲートは所定の厚さが残るように一部分のみをパターニングする段階と、
前記キャッピング膜、前記コントロールゲート、前記誘電体膜及び前記フローティングゲートの側壁に第1スペーサを形成する段階と、
前記キャッピング膜及び前記第1スペーサをエッチングマスクとして、残っている前記フローティングゲートをエッチングする段階と、
前記トンネル酸化膜の上部と前記フローティングゲートの側面に酸化膜を成長させ、前記フローティングゲートの底面に所定の深さ浸透して成長した熱酸化膜を形成する段階と、
前記スタック型ゲートの第1側を遮蔽し、前記スタック型ゲートの第2側に形成された前記熱酸化膜、及び前記熱酸化膜の下方の前記トンネル酸化膜を除去する段階と、
前記スタック型ゲートの第1側に露出した熱酸化膜の上部と前記フローティングゲートの側面及び底面にゲート酸化膜を成長させ、前記スタック型ゲートの第2側で露出した前記フローティングゲートの側面及び底面と前記半導体基板上にゲート酸化膜を成長させながら、前記フローティングゲートの側面及び底面に形成される前記ゲート酸化膜と、前記半導体基板上に形成される前記ゲート酸化膜との間に所定の形状の隙間が設けられるようにする段階と、
前記ゲート酸化膜が成長した半導体基板上に窒化膜を蒸着した後エッチングして、前記隙間を埋め込むフローティング窒化膜を形成する段階と、
前記第1スペーサ、ゲート酸化膜及び前記フローティング窒化膜の側壁に第2スペーサを形成する段階と、
を含むことを特徴とする半導体装置のトランジスタ製造方法。 - 前記熱酸化膜を形成する段階後に、不純物をイオン注入してソース/ドレイン電極を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項14または請求項15記載の半導体装置のトランジスタ製造方法。
- 前記第2スペーサを形成する段階後に、不純物をイオン注入してソース/ドレイン電極を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項14または請求項15記載の半導体装置のトランジスタ製造方法。
- 前記熱酸化膜及び前記熱酸化膜の下方の前記トンネル酸化膜は、フッ酸(HF)溶液を用いてウェットエッチングで除去することを特徴とする請求項14または請求項15記載の半導体装置のトランジスタ製造方法。
- 前記窒化膜は、リン酸(H3PO4)溶液を用いてウェットエッチングし、前記隙間を埋め込むフローティング窒化膜を形成することを特徴とする請求項14または請求項15記載の半導体装置のトランジスタ製造方法。
- 前記フローティングゲートは、ポリシリコン膜で形成することを特徴とする請求項14または請求項15記載の半導体装置のトランジスタ製造方法。
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