JP2006093215A - Nonvolatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フィン(Fin)構造を利用したNAND型不揮発性半導体記憶装置及びその自己整合的な製造方法に関する。 The present invention relates to a NAND nonvolatile semiconductor memory device using a fin structure and a self-aligned manufacturing method thereof.
近年、デジタルカメラを初めとする記録媒体や携帯電話を初めとする携帯オーディオ機器市場の急激な拡大に伴い、NAND型フラッシュメモリの需要は急速に拡大しつつある。現在、これら機器の小型化、軽量化、高機能化の要求がますます厳しくなってきており、それに伴いNAND型フラッシュメモリの微細化、高集積化、低電源電圧化、信頼性の向上が益々要求されるようになってきている。 In recent years, with the rapid expansion of the market for digital audio cameras and other portable audio devices such as mobile phones, the demand for NAND flash memories is rapidly expanding. Currently, the demands for smaller, lighter, and higher functionality of these devices are becoming stricter, and along with this, the miniaturization, higher integration, lower power supply voltage, and higher reliability of NAND flash memory are increasing. It is becoming required.
しかし、従来の平面型の構造(図1)での微細化については、その限界が認識されてきている。そのため、新規材料や新構造の導入が検討されている。そのうち、有力な新構造の一つとして考えられているのが、フィン構造を利用した構造である。図2はこの構造によって構成されるメモリ領域のレイアウトを模式的に示す平面図、図3は図2のA−A断面(チャネルに垂直な断面)で切り取った断面図、図4は図2のB−B断面(チャネル方向の断面)で切り取った断面図である。図1に示した従来構造では、トンネル絶縁膜4直下の拡散層領域5、6に挟まれた領域のみがチャネルの電気伝導に関与しているが、図2、3、4に示したフィン構造を利用したNAND構造の場合は、図5におけるシリコン層領域8のうち、トンネル絶縁膜9で覆われた領域がすべてチャネルの電気伝導に寄与するので、電流駆動力が増大し、フローティングゲート10へのFN(Fowler-Nordheim)電流書き込み効率が向上する。このような理由から、フィン構造を利用したNAND Flashメモリー(以下フィン型NAND Flashメモリーと呼ぶ)は、更なる微細化・高集積化の要求に答えうる構造として、もっとも有力な構造のひとつと考えられている。
However, the limits of miniaturization in the conventional planar structure (FIG. 1) have been recognized. For this reason, introduction of new materials and new structures is being studied. One of the most promising new structures is a structure using a fin structure. 2 is a plan view schematically showing a layout of a memory region constituted by this structure, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA (cross-section perpendicular to the channel) in FIG. 2, and FIG. It is sectional drawing cut off by the BB cross section (cross section of a channel direction). In the conventional structure shown in FIG. 1, only the region sandwiched between the
しかし、図3に示した従来のフィン型NAND Flashメモリーは、以下に例示する様にその製造が難しいという問題がある。この構造において、NAND構造特有の動作を実現するためには、フローティングゲート10を、図3に示したように、他の素子領域から分離して形成する必要がある。そのための製造方法として、以下に説明する二つの方法が考えられる。一つは、図5に示したように、マスクを追加する方法である。まず、SOI基板のSOI層をリソグラフィ技術の利用により図5(a)に示すような構造に加工し、シリコン領域8を形成する。次いで、シリコン領域8の表面を酸化するか、絶縁膜(CVD等による)を堆積することにより、トンネル絶縁膜9を形成する。次いで、ポリシリコンを堆積し、上部をCMP等により平坦化して、図5(c)に示すような構造を形成する。次いで、レジストを堆積し、リソグラフィを利用することにより図5 (d)に示すようなレジスト領域16を形成し、これをマスクにしてポリシリコン領域15をエッチングすることにより、図5(e)に示す構造を得る。次いで、図5(e)のポリシリコン領域17表面を酸化あるいは絶縁膜を堆積することにより、絶縁膜11を形成し、この絶縁膜11を覆うようにポリシリコン12を堆積することによって、図5(f)に示す構造を得る。
However, the conventional fin-type NAND flash memory shown in FIG. 3 has a problem that it is difficult to manufacture as exemplified below. In this structure, in order to realize the operation peculiar to the NAND structure, it is necessary to form the
しかし、図5に示した製造方法では、マスクを使用するので、コストの増大が深刻である。コスト低減のため、マスクの使用を極力避けることが至上命題となっている現状においては、マスクの数が増大する製造方法は生産におけるコスト効率を低下させる。また、マスク合わせの精度向上には限界がある為、合わせの設計上も不利である。 However, since the manufacturing method shown in FIG. 5 uses a mask, the increase in cost is serious. In the current situation where it is the most prominent task to avoid the use of masks as much as possible for cost reduction, a manufacturing method with an increased number of masks reduces cost efficiency in production. In addition, there is a limit to improving the accuracy of mask alignment, which is disadvantageous in the design of alignment.
一方、マスクを使用せずに、自己整合的にフィン型NAND Flashメモリーを製造する方法としては、図6に示す方法が考えられる。この製造方法では、まず、図6(b)に示す構造を形成した後、ポリシリコン18を堆積する。すると、図6(a)に示すように、凸状のシリコン領域8の存在により、ポリシリコン18上面には凹凸が存在する。次いで、図6(b)に示すように、窒化膜などの絶縁膜をポリシリコン領域18上に堆積し、エッチバックすると、ポリシリコン領域18上の凹凸を利用して側壁絶縁膜19を形成することができる。この側壁絶縁膜19をマスクにしてポリシリコン領域18をエッチングすることにより、図6(c)に示す構造を得る。次いで、ポリシリコン層20を酸化するか、あるいは絶縁膜を堆積し、次いでポリシリコン層21を堆積することにより、図6(d)に示す構造を得る。
On the other hand, as a method for manufacturing a fin-type NAND flash memory in a self-aligning manner without using a mask, a method shown in FIG. 6 can be considered. In this manufacturing method, first, after the structure shown in FIG. 6B is formed,
この製造方法によれば、マスクを使用せずに、自己整合的にフィン型NAND Flashメモリーを製造することができる。しかし、ポリシリコン18上面の凹凸の大きさの制御が難しいため、図6(b)に示した、マスクとして使用する側壁絶縁膜19を制御性よく形成することが困難である。このことは、フローティングゲートとして使用するポリシリコン層20のサイズのばらつきをもたらし、結果としてデバイス特性のばらつきをもたらしてしまうという問題がある。
According to this manufacturing method, a fin-type NAND flash memory can be manufactured in a self-aligning manner without using a mask. However, since it is difficult to control the size of the unevenness on the upper surface of the
以上説明したように、フィン型NAND Flashメモリーを著しいコストの増大を招くことなく自己整合的に製造することは難しい。 As described above, it is difficult to manufacture the fin-type NAND flash memory in a self-aligned manner without causing a significant increase in cost.
上記のマスクを使用した製造方法の工程例としては、絶縁膜を堆積し、リソグラフィを利用することにより前記絶縁膜を加工し、加工された絶縁膜をマスクにして溝を形成する方法(特許文献1参照)がある。
本発明は、上記問題点を解決するために成されたもので、本発明の目的とするところは、フィン型NAND Flashメモリーを自己整合的に製造できる構造及びその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a structure capable of manufacturing a fin-type NAND flash memory in a self-aligned manner and a manufacturing method thereof. .
上記目的を達成するために、請求項1の発明である不揮発性半導体記憶装置は、第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成され第2の絶縁膜で覆われた複数のフィン層を有する第一導電型半導体基板と、前記フィン層のチャネルに垂直な両側面に、上面が前記フィン層の上面高さよりも低く形成され、第3の絶縁膜で覆われたフローティングゲートと、前記第2の絶縁膜と前期第3の絶縁膜上に形成されたコントロールゲートと、前記フィン層の前記第2の絶縁膜に接した上面領域であって前記フローティングゲート上面より高い領域に形成された第一導電型の不純物拡散層と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a nonvolatile semiconductor memory device according to a first aspect of the present invention includes a first insulating film and a plurality of insulating films formed on the first insulating film and covered with the second insulating film. A first conductive type semiconductor substrate having a fin layer, and a floating gate having an upper surface formed lower than an upper surface height of the fin layer on both side surfaces perpendicular to the channel of the fin layer and covered with a third insulating film; A control gate formed on the second insulating film and the third insulating film in the previous period, and an upper surface region of the fin layer in contact with the second insulating film and higher than the upper surface of the floating gate. And an impurity diffusion layer of the first conductivity type.
また、請求項2の発明である不揮発性半導体記憶装置は、第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成され第2の絶縁膜で覆われた複数のフィン層を有する第一導電型半導体基板と、前記フィン層のチャネルに垂直な両側面に、上面が前記フィン層の上面高さよりも高く形成され、第3の絶縁膜で覆われたフローティングゲートと、前記第2の絶縁膜と前記第3の絶縁膜上に形成されたコントロールゲートとを備え、前記フィン層の両側面のフローティングゲート間の前記フィン層上の前記第2の絶縁膜の厚さは、前記フローティングゲートと前記フィン層間の前記第2の絶縁膜の厚さよりも厚く形成されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a non-volatile semiconductor memory device including a first insulating film and a plurality of fin layers formed on the first insulating film and covered with the second insulating film. A conductive semiconductor substrate, a floating gate having an upper surface formed higher than the upper surface height of the fin layer on both side surfaces perpendicular to the channel of the fin layer, and covered with a third insulating film; and the second insulation And a control gate formed on the third insulating film, and the thickness of the second insulating film on the fin layer between the floating gates on both sides of the fin layer is the same as that of the floating gate. It is characterized by being formed thicker than the thickness of the second insulating film between the fin layers.
また、請求項3の発明である不揮発性半導体記憶装置は、複数の絶縁膜領域からなる第1の絶縁膜と、前記複数の絶縁膜領域間に形成され第2の絶縁膜で覆われた複数のフィン層を有する第一導電型半導体基板と、前記フィン層のチャネルに垂直な両側面に、上面が前記フィン層の上面高さよりも低く形成され、第3の絶縁膜で覆われたフローティングゲートと、前記第2の絶縁膜と前期第3の絶縁膜上に形成されたコントロールゲートと、前記フィン層の前記第2の絶縁膜に接した上面領域であって前記フローティングゲート上面より高い領域に形成された第一導電型の不純物拡散層と、を備えることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a non-volatile semiconductor memory device comprising: a first insulating film comprising a plurality of insulating film regions; and a plurality of insulating films formed between the plurality of insulating film regions and covered with a second insulating film. A first conductivity type semiconductor substrate having a fin layer, and a floating gate having a top surface formed lower than a top surface height of the fin layer on both side surfaces perpendicular to the channel of the fin layer and covered with a third insulating film And a control gate formed on the second insulating film and the third insulating film in the previous period, and an upper surface region of the fin layer in contact with the second insulating film and higher than the upper surface of the floating gate. And an impurity diffusion layer of the first conductivity type formed.
また、請求項4の発明である不揮発性半導体記憶装置は、複数の絶縁膜領域からなる第1の絶縁膜と、前記複数の絶縁膜領域間に形成され第2の絶縁膜で覆われた複数のフィン層を有する第一導電型半導体基板と、前記フィン層のチャネルに垂直な両側面に、上面が前記フィン層の上面高さよりも高く形成され、第3の絶縁膜で覆われたフローティングゲートと、前記第2の絶縁膜と前記第3の絶縁膜上に形成されたコントロールゲートとを備え、前記フィン層の両側面のフローティングゲート間の前記フィン層上の前記第2の絶縁膜の厚さは、前記フローティングゲートと前記フィン層間の前記第2の絶縁膜の厚さよりも厚く形成されていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a non-volatile semiconductor memory device comprising: a first insulating film comprising a plurality of insulating film regions; and a plurality of insulating films formed between the plurality of insulating film regions and covered with a second insulating film. A first conductivity type semiconductor substrate having a fin layer, and a floating gate whose upper surface is formed higher than the upper surface height of the fin layer on both side surfaces perpendicular to the channel of the fin layer and covered with a third insulating film And a control gate formed on the second insulating film and the third insulating film, and the thickness of the second insulating film on the fin layer between the floating gates on both sides of the fin layer This is characterized in that it is formed thicker than the thickness of the second insulating film between the floating gate and the fin layer.
また、請求項5の発明である不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、第一の絶縁膜上に形成された第一導電型半導体基板に複数のフィン層を形成する工程と、前記フィン層の前記第一の絶縁膜領域と対向する上面領域に第一導電型の不純物拡散層を形成する工程と、前記フィン層を第二の絶縁膜で被覆する工程と、絶縁膜で覆われた前記フィン層を覆うように半導体層を堆積する工程と、前記半導体層をエッチバックして所望の高さに形成する工程と、前記絶縁膜で覆われたフィン層及び前記半導体層上に前記第二の絶縁膜と選択比が異なる第三の絶縁膜を堆積する工程と、前記第二の絶縁膜をエッチングすることにより前記フィン層のチャネルに垂直な側面に側壁絶縁膜を形成する工程と、前記側壁絶縁膜をマスクとして前記半導体層をエッチングすることによりチャネルに垂直な側面に前記第一の絶縁膜を介してフローティングゲートを形成する工程と、前記フローティングゲートを第四の絶縁膜で被覆する工程と、前記第四の絶縁膜を介して前記フローティングゲート及び前記第一の導電型の不純物拡散層領域を被覆するようにコントロールゲートを形成する工程とを含むことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising: forming a plurality of fin layers on a first conductivity type semiconductor substrate formed on a first insulating film; Forming an impurity diffusion layer of a first conductivity type in an upper surface region facing the first insulating film region; covering the fin layer with a second insulating film; and the fin covered with an insulating film A step of depositing a semiconductor layer so as to cover the layer, a step of etching back the semiconductor layer to form a desired height, a fin layer covered with the insulating film, and the second layer on the semiconductor layer Depositing a third insulating film having a selectivity different from that of the insulating film; etching the second insulating film to form a sidewall insulating film on a side surface perpendicular to the channel of the fin layer; and The semiconductor layer is etched using the insulating film as a mask. Forming a floating gate on the side surface perpendicular to the channel through the first insulating film by coating, covering the floating gate with a fourth insulating film, and via the fourth insulating film Forming a control gate so as to cover the floating gate and the impurity diffusion layer region of the first conductivity type.
また、請求項6の発明である不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、第一の絶縁膜上に形成された第一導電型半導体基板に複数のフィン層を形成する工程と、前記フィン層のチャネルに垂直な側面に第二の絶縁膜を形成する工程と、前記フィン層の上面に接して前記第一の絶縁膜に対向する位置に前記第二の絶縁膜の厚さよりも厚い第三の絶縁膜を形成する工程と、前記第二及び第三の絶縁膜で覆われた前記フィン層を覆うように半導体層を堆積する工程と、前記半導体層をエッチバックして所望の高さに形成する工程と、前記第二及び第三の絶縁膜で覆われたフィン層及び前記半導体層上に前記第二及び第三の絶縁膜と選択比が異なる第四の絶縁膜を堆積する工程と、前記第四の絶縁膜をエッチバックすることにより前記フィン層のチャネルに垂直な側面に側壁絶縁膜を形成する工程と、前記側壁絶縁膜をマスクとして前記半導体層をエッチングすることによりチャネルに垂直な側面に前記第二及び第三の絶縁膜を介して前記フィン層よりも上面の高さが高く設定されたフローティングゲートを形成する工程と、前記フローティングゲートを第五の絶縁膜で被覆する工程と、前記第五の絶縁膜を介して前記フローティングゲート及び前記第三の絶縁膜を被覆するようにコントロールゲートを形成する工程とを含むことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising: forming a plurality of fin layers on a first conductivity type semiconductor substrate formed on a first insulating film; Forming a second insulating film on a side surface perpendicular to the channel; and a third thickness thicker than the thickness of the second insulating film at a position facing the top surface of the fin layer and facing the first insulating film Forming an insulating film; depositing a semiconductor layer to cover the fin layer covered with the second and third insulating films; and etching back the semiconductor layer to form a desired height. And depositing a fourth insulating film having a selectivity different from that of the second and third insulating films on the fin layer covered with the second and third insulating films and the semiconductor layer; The fin layer channel is etched back by etching the fourth insulating film. Forming a side wall insulating film on a side surface perpendicular to the surface, and etching the semiconductor layer using the side wall insulating film as a mask to form the fin layer on the side surface perpendicular to the channel via the second and third insulating films. Forming a floating gate having a higher upper surface than the step of covering the floating gate with a fifth insulating film, and the floating gate and the third through the fifth insulating film. And a step of forming a control gate so as to cover the insulating film.
また、請求項7の発明である不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、第一導電型半導体基板に溝を形成することにより複数のフィン層を形成する工程と、前記溝に第一の絶縁膜層を前記フィン層の上面高さよりも低く形成され形成する工程と、前記フィン層の上面領域に第一導電型の不純物拡散層を形成する工程と、前記フィン層を第二の絶縁膜で被覆する工程と、絶縁膜で覆われた前記フィン層を覆うように半導体層を堆積する工程と、前記半導体層をエッチングして所望の高さに形成する工程と、前記絶縁膜で覆われたフィン層及び前記半導体層上に前記第二の絶縁膜と選択比が異なる第三の絶縁膜を堆積する工程と、前記第二の絶縁膜をエッチングすることにより前記フィン層のチャネルに垂直な側面に側壁絶縁膜を形成する工程と、前記側壁絶縁膜をマスクとして前記半導体層をエッチングすることによりチャネルに垂直な側面に前記第一の絶縁膜を介してフローティングゲートを形成する工程と、前記フローティングゲートを第四の絶縁膜で被覆する工程と、前記第四の絶縁膜を介して前記フローティングゲート及び前記第一の導電型の不純物拡散層領域を被覆するようにコントロールゲートを形成する工程とを含むことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a non-volatile semiconductor memory device manufacturing method comprising: forming a plurality of fin layers by forming grooves in a first conductivity type semiconductor substrate; and forming a first insulating film in the grooves Forming a layer lower than the height of the upper surface of the fin layer, forming a first conductivity type impurity diffusion layer in the upper surface region of the fin layer, and covering the fin layer with a second insulating film A step of depositing a semiconductor layer so as to cover the fin layer covered with the insulating film, a step of etching the semiconductor layer to form a desired height, and a fin covered with the insulating film Depositing a third insulating film having a selectivity different from that of the second insulating film on the semiconductor layer and the semiconductor layer; and etching the second insulating film to form a side surface perpendicular to the channel of the fin layer. Forming a sidewall insulating film; Etching the semiconductor layer using the sidewall insulating film as a mask to form a floating gate on the side surface perpendicular to the channel via the first insulating film; and covering the floating gate with a fourth insulating film And a step of forming a control gate so as to cover the floating gate and the impurity diffusion layer region of the first conductivity type via the fourth insulating film. Device manufacturing method.
また、請求項8の発明である不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、第一導電型半導体基板に溝を形成することにより複数のフィン層を形成する工程と、前記溝に前記フィン層の上面高さよりも低く形成された第一の絶縁膜層を形成する工程と、前記フィン層のチャネルに垂直な側面に第二の絶縁膜を形成する工程と、前記フィン層の上面に前記第二の絶縁膜の厚さよりも厚い第三の絶縁膜を形成する工程と、前記第一、第二及び第三の絶縁膜で覆われた前記フィン層を覆うように半導体層を堆積する工程と、前記半導体層をエッチバックして所望の高さに形成する工程と、前記第二及び第三の絶縁膜で覆われたフィン層及び前記半導体層上に前記第二及び第三の絶縁膜と選択比が異なる第四の絶縁膜を堆積する工程と、前記第四の絶縁膜をエッチングすることにより前記フィン層のチャネルに垂直な側面に側壁絶縁膜を形成する工程と、前記側壁絶縁膜をマスクとして前記半導体層をエッチングすることによりチャネルに垂直な側面に前記第二及び第三の絶縁膜を介して前記フィン層よりも上面の高さが高く設定されたフローティングゲートを形成する工程と、前記フローティングゲートを第五の絶縁膜で被覆する工程と、前記第五の絶縁膜を介して前記フローティングゲート及び前記第三の絶縁膜を被覆するようにコントロールゲートを形成する工程とを含むことを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, the step of forming a plurality of fin layers by forming grooves in a first conductivity type semiconductor substrate, and the upper surface of the fin layer in the grooves. Forming a first insulating film layer formed lower than the height, forming a second insulating film on a side surface perpendicular to the channel of the fin layer, and forming the second insulating film on an upper surface of the fin layer. Forming a third insulating film thicker than the thickness of the insulating film; depositing a semiconductor layer so as to cover the fin layer covered with the first, second and third insulating films; Etching back the semiconductor layer to a desired height, the fin layer covered with the second and third insulating films, and the second and third insulating films on the semiconductor layer and the selection ratio Depositing a fourth insulating film having a different thickness and the fourth insulating film Forming a sidewall insulating film on the side surface perpendicular to the channel of the fin layer by etching, and etching the semiconductor layer using the sidewall insulating film as a mask to form the second and third surfaces on the side surface perpendicular to the channel. A step of forming a floating gate having an upper surface set higher than the fin layer via the insulating film, a step of covering the floating gate with a fifth insulating film, and the fifth insulating film And forming a control gate so as to cover the floating gate and the third insulating film.
本発明のフィン構造を利用した不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、マスクを用いることのない、自己整合的な製造方法であるため、コストの増大をもたらすことなく、良好な形状のフローティングゲートの形成が可能となり、その結果、フィン構造の特性を利用した高性能の不揮発性半導体記憶装置を提供できる。 Since the manufacturing method of the nonvolatile semiconductor memory device using the fin structure of the present invention is a self-aligned manufacturing method that does not use a mask, the floating gate having a good shape can be manufactured without increasing the cost. As a result, a high-performance nonvolatile semiconductor memory device utilizing the characteristics of the fin structure can be provided.
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第一の実施形態)
図7は、本発明の第一の実施形態に関わる不揮発性半導体記憶装置の素子構造を示すチャネルに垂直な方向の断面図である。この素子構造を形成するための製造方法を、図8を用いて説明する。
(First embodiment)
FIG. 7 is a cross-sectional view in the direction perpendicular to the channel showing the element structure of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention. A manufacturing method for forming this element structure will be described with reference to FIG.
まず、図5(a)(b)に示す製造工程を経て、図8(a)に示す構造を得る。次いで、イオン注入により、図8(b)に示すように、p型拡散領域22を形成することで8,22からなるフィンを形成する。次いで、図8(c)に示すように、ポリシリコン層23を堆積する。次いで、図8(d)に示すように、ポリシリコン層23をエッチバックすることにより、ポリシリコン層24を形成する。次いで、図8(e)に示すように、側壁絶縁膜25を例えばCVD後にエッチバックすることで形成する。この側壁絶縁膜は、ゲート絶縁膜9と選択比がとれる絶縁膜であればよく、例えば、ゲート絶縁膜9として熱酸化膜を用いた場合には、窒化膜を用いればよい。次いで、この側壁絶縁膜25をマスクにしてポリシリコン層24をエッチングすることにより、フローティングゲート26を形成する(図8(f))。次いで、絶縁膜を堆積あるいは酸化することにより、絶縁膜領域27、28を形成する(図8(g))。最後に、ポリシリコン層29を堆積して、コントロールゲート29を形成することにより、図8(h)に示す構造を得る。
First, through the manufacturing steps shown in FIGS. 5A and 5B, the structure shown in FIG. 8A is obtained. Next, as shown in FIG. 8B, a p-
図3と図7を比較して、顕著な違いは、図7では、p型拡散層領域22が存在し、この領域がフローティングゲートに覆われておらず、コントロールゲート29に覆われていることである。すなわち、この領域は通常のMOS構造となっている。フィン型NAND Flashメモリーを自己整合的に形成するためには、図8(h)に示したように、コントロールゲート29、ゲート絶縁膜9、凸状のシリコン領域22からなるMOS構造が必然的に形成されてしまう。コントロールゲートには高い電圧が印加されるため、このままでは凸状のシリコン領域22にリーク電流が流れてしまい、フラッシュメモリーとして動作しなくなる。これを防ぐため、本発明の第一の実施形態では、図7、8に示すように、イオン注入を行って、p型拡散層を領域22に形成することによりしきい値を大きくしてリーク電流を防止しているわけである。
3 and FIG. 7, the remarkable difference is that in FIG. 7, the p-type
(第二の実施形態)
図9は、本発明の第一の実施形態に関わる不揮発性半導体記憶装置の素子構造を示す断面図である。この素子構造を形成するための製造方法を、図10を用いて説明する。
(Second embodiment)
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the element structure of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention. A manufacturing method for forming this element structure will be described with reference to FIG.
まず、図10(a)に示すように、埋め込み酸化膜13上のシリコン基板39上に、絶縁膜層30を堆積する。次いで、リソグラフィ工程およびエッチング工程を経て、さらに絶縁膜を形成することで図10(b)に示す構造(フィンであるシリコン層8に対して、上に絶縁膜31、側壁にトンネル絶縁膜9を有する構造)を形成する。次いで、ポリシリコン層33を堆積し(図10(c))、このポリシリコン層33をエッチバックした後、側壁絶縁膜34を形成する(図10 (d))。この場合、ポリシリコン層35の高さhを、絶縁膜層30の堆積量とポリシリコン層33のエッチバック量を調節することにより、シリコン領域8の高さlよりも高くなるように形成する。次いで、側壁絶縁膜34をマスクにしてポリシリコン層35をエッチングすることによりフローティングゲート領域36を形成した後、酸化あるいは堆積により、絶縁膜領域37を形成する。次いで、ポリシリコン層を堆積することにより、コントロールゲート領域38を形成する。このようにして、図9、図10(f)に示す構造を得る。
First, as shown in FIG. 10A, an insulating
この構造の特徴は、フローティングゲート36の高さhが、シリコン領域8の高さlよりも高い位置に設定されていることである。このような構造を有する理由を図11を用いて説明する。図11では、フローティングゲート36の高さhが、シリコン領域8の高さlよりも低い位置に設定されている。この場合、図11の点線で囲まれた領域は、コントロールゲート38、ゲート絶縁膜9、シリコン領域8からなるMOS構造から構成される。コントロールゲート38には高電圧が印加されるので、図11の点線で囲まれた領域中のシリコン層領域にはリーク電流が流れてしまう。この問題を避けるため、図9、図10(f)に示した構造では、フローティングゲート36の高さhが、シリコン領域8の高さlよりも高い位置に設定されている。
A feature of this structure is that the height h of the floating
(第三の実施形態)
図12は、本発明の第三の実施形態に関わる不揮発性半導体記憶装置の素子構造を示す断面図である。本発明の第一の実施形態との違いは、SOI基板ではなく、シリコン基板50を利用していることである。この素子構造を形成するための製造方法を、図13を用いて説明する。
(Third embodiment)
FIG. 12 is a cross-sectional view showing an element structure of a nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment of the present invention is that a
まず、図13(a)に示すように、シリコン基板39上にレジストを堆積し、リソグラフィを利用してパターニングした後シリコン層をエッチングすることにより、図13(b)に示すような凸状のシリコン領域41を形成する。次いで、絶縁膜層42を堆積し、この絶縁膜層を選択エッチングすることにより、図13 (c)に示す構造を得る。次いで、イオン注入により、図13(d)に示すように、シリコン領域41上部にp型拡散層領域43を形成する。次いで、図13(e)に示すように、絶縁膜44を形成した後、ポリシリコン層を堆積してエッチバックを行うことにより、図13(f)に示すようにポリシリコン層45を形成する。次いで、絶縁膜44と選択比の異なる絶縁膜を堆積して、選択エッチングを行うことにより、側壁絶縁膜46を形成する。この側壁絶縁膜46をマスクにして、ポリシリコン層45をエッチングすることにより、図13(h)のフローティングゲート47を形成し、次いで、図13(h)に示すように絶縁膜48を形成する。次いで、ポリシリコン層を堆積することにより、図13(i)に示すコントロールゲート49を形成する。図13(i)に示す製造工程の後、図13(j)に示すように、ソース・ドレイン領域形成のためのイオン注入が行われる。このとき、絶縁膜領域42の存在により、各トランジスタのソース・ドレイン領域が短絡されることが防止されるので、絶縁膜領域42の存在は必須である。このようにして、図12に示す構造が形成される。
First, as shown in FIG. 13 (a), a resist is deposited on the
第三の実施形態において期待されるデバイス動作上の効果は、第一の実施形態と同じであるが、第一の実施形態においては価格の高いSOI基板を用いているのに対し、第三の実施形態においては従来のシリコン基板を利用しているので、第一の実施形態におけるデバイス構造よりもコストの点で有利であることが特徴である。 The device operation effect expected in the third embodiment is the same as that of the first embodiment, but the first embodiment uses an expensive SOI substrate, whereas the third embodiment uses the third embodiment. Since the embodiment uses a conventional silicon substrate, it is characterized in that it is more advantageous in terms of cost than the device structure in the first embodiment.
(第四の実施形態)
図14は、本発明の第三の実施形態に関わる不揮発性半導体記憶装置の素子構造を示す断面図である。本発明の第二の実施形態との違いは、SOI基板ではなく、シリコン基板50を利用していることである。この素子構造を形成するための製造方法を、図15を用いて説明する。
(Fourth embodiment)
FIG. 14 is a sectional view showing an element structure of a nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention. The difference from the second embodiment of the present invention is that a
まず、図15(a)に示すように、シリコン基板39上に、絶縁膜層51を堆積する。次いで、絶縁膜層51上にレジストを堆積し、リソグラフィを利用してパターニングした後シリコン層をエッチングすることにより、図15(b)に示すような凸状のシリコン領域41及び絶縁膜層52を形成する。次いで、絶縁膜53を形成した後、絶縁膜53と選択比が異なる絶縁膜層を堆積して、この絶縁膜層を選択エッチングすることにより、絶縁膜領域42を形成する(図15(c))。次いで、ポリシリコン層を堆積してこのポリシリコン層をエッチバックすることにより、図15(d)に示す構造を得る。次いで、図15(e)に示すように、絶縁膜52と選択比が異なる絶縁膜を堆積して、選択エッチングすることにより、側壁絶縁膜46を形成する。この側壁絶縁膜46をマスクにして、ポリシリコン領域54をエッチングすることにより、図15(f)に示すように、フローティングゲート55を形成する。次いで、絶縁膜56を酸化あるいは堆積により形成し(図15(g))、最後にポリシリコン層57を堆積することにより、図14に示す構造を得る。
First, as shown in FIG. 15A, an insulating
第四の実施形態において期待されるデバイス動作上の効果は、第二の実施形態と同じであるが、第二の実施形態においては価格の高いSOI基板を用いているのに対し、第四の実施形態においては従来のシリコン基板を利用しているので、第二の実施形態におけるデバイス構造よりもコストの点で有利であることが特徴である。 The device operation effect expected in the fourth embodiment is the same as that of the second embodiment, but the second embodiment uses an expensive SOI substrate, while the fourth embodiment Since a conventional silicon substrate is used in the embodiment, it is advantageous in terms of cost over the device structure in the second embodiment.
(第五の実施形態)
本実施形態は実際のチップへの適用例を示すもので、図16は、本発明の第一及び第四の実施形態の不揮発性半導体記憶装置を組み込んだ、携帯電話のメディアチップを表すブロック図である。図16中のメモリー部に本発明の不揮発性半導体記憶装置が組み込まれている。図16はメモリー・ロジック混載回路の典型的な例である。本発明のフィン構造を利用したNANDフラッシュメモリーをメモリー部に組み込む場合、ロジック部や周辺回路を構成するトランジスタもフィン構造を利用するということが考えられる。しかし、回路を構成するすべてのトランジスタにフィン構造を利用したとしても、必ずしも全体のパフォーマンスが向上するとは限らない。従って、図16のメモリー部に本発明の不揮発性半導体記憶装置を組み込む場合、それ以外の部分については従来のシリコン基板上のMOSトランジスタを利用するという方法が現実的である。
(Fifth embodiment)
This embodiment shows an example of application to an actual chip, and FIG. 16 is a block diagram showing a media chip of a cellular phone incorporating the nonvolatile semiconductor memory device of the first and fourth embodiments of the present invention. It is. The nonvolatile semiconductor memory device of the present invention is incorporated in the memory portion in FIG. FIG. 16 shows a typical example of a memory / logic mixed circuit. When the NAND flash memory using the fin structure of the present invention is incorporated in the memory portion, it is conceivable that the transistors constituting the logic portion and the peripheral circuit also use the fin structure. However, even if the fin structure is used for all transistors constituting the circuit, the overall performance is not necessarily improved. Therefore, when the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention is incorporated in the memory portion of FIG. 16, a method of using a conventional MOS transistor on a silicon substrate is practical for the other portions.
1、12、21、29、38、49、57:コントロールゲート
2、11、27、28、30、31、37、42、48、52、56:絶縁膜
3、10、17、20、26、36、47、55:フローティングゲート
4、9、32、44、53:トンネル絶縁膜
5:ソース領域
6:ドレイン領域
7、39:シリコン基板
8、41、50:シリコン層
9:ドレイン領域
13:埋め込み酸化膜
14:拡散層領域
15、18、33、35、45、54:ポリシリコン層
16、40:レジスト
19、25、34、46:側壁絶縁膜
22、43:p型高濃度拡散層領域
23、24:ポリシリコン層
1, 12, 21, 29, 38, 49, 57: Control gate
2, 11, 27, 28, 30, 31, 37, 42, 48, 52, 56: Insulating film
3, 10, 17, 20, 26, 36, 47, 55: Floating gate
4, 9, 32, 44, 53: Tunnel insulating film
5: Source area
6: Drain region
7, 39: Silicon substrate
8, 41, 50: Silicon layer
9: Drain region
13: buried oxide film
14: Diffusion layer region
15, 18, 33, 35, 45, 54: Polysilicon layer
16, 40: resist
19, 25, 34, 46: Side wall insulating film
22, 43: p-type high-concentration diffusion layer region
23, 24: Polysilicon layer
Claims (8)
第2の絶縁膜で覆われた複数のフィン層を有する第一導電型半導体基板と、前記フィン層のチャネルに垂直な両側面に、上面が前記フィン層の上面高さよりも低く形成され、第3の絶縁膜で覆われたフローティングゲートと、前記第2の絶縁膜と前期第3の絶縁膜上に形成されたコントロールゲートと、前記フィン層の前記第2の絶縁膜に接した上面領域であって前記フローティングゲート上面より高い領域に形成された第一導電型の不純物拡散層と、を備えることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A first conductive semiconductor substrate having a first insulating film composed of a plurality of insulating film regions, a plurality of fin layers formed between the plurality of insulating film regions and covered with a second insulating film; and the fin layer A floating gate having an upper surface lower than the upper surface height of the fin layer and covered with a third insulating film on both side surfaces perpendicular to the channel; and on the second insulating film and the third insulating film in the previous period And a first conductivity type impurity diffusion layer formed in an upper surface region of the fin layer in contact with the second insulating film and higher than the upper surface of the floating gate. A non-volatile semiconductor memory device.
第2の絶縁膜で覆われた複数のフィン層を有する第一導電型半導体基板と、前記フィン層のチャネルに垂直な両側面に、上面が前記フィン層の上面高さよりも高く形成され、第3の絶縁膜で覆われたフローティングゲートと、前記第2の絶縁膜と前記第3の絶縁膜上に形成されたコントロールゲートとを備え、前記フィン層の両側面のフローティングゲート間の前記フィン層上の前記第2の絶縁膜の厚さは、前記フローティングゲートと前記フィン層間の前記第2の絶縁膜の厚さよりも厚く形成されていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A first conductive semiconductor substrate having a first insulating film composed of a plurality of insulating film regions, a plurality of fin layers formed between the plurality of insulating film regions and covered with a second insulating film; and the fin layer On both side surfaces perpendicular to the channel, the upper surface is formed higher than the upper surface height of the fin layer, and is covered with a third insulating film; on the second insulating film and the third insulating film; And a thickness of the second insulating film on the fin layer between the floating gates on both sides of the fin layer is set so that the second insulation between the floating gate and the fin layer A non-volatile semiconductor memory device, wherein the non-volatile semiconductor memory device is formed thicker than a film thickness.
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