JP2007067038A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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Hiroyuki Takashino
裕行 高篠
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device in which leak of charge from a floating gate electrode is suppressed and has high writing efficiency, and to provide the manufacturing method of the semiconductor device. <P>SOLUTION: The semiconductor device 100 is provided with a plurality of assist gate electrodes AG which are formed on a main surface of a semiconductor substrate 110 through a gate insulating film 120 and form inversion layers in the semiconductor substrate 110, a plurality of floating gate electrodes FG formed in parts positioned between a plurality of assist gate electrodes AG on the main surface of the semiconductor substrate 110 through the gate insulating film 120, a control gate electrode CG formed on the floating gate electrodes FG from the assist gate electrodes AG, and n+impurity regions ND formed in parts between a plurality of the floating gate electrodes FG in the semiconductor substrate 110. The gate insulating film 120 has the gate insulating films 121 and 122 different in barrier height. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、電荷蓄積用のフローティングゲート電極を有する半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a semiconductor device having a charge storage floating gate electrode and a manufacturing method thereof.

不揮発性メモリセルを有する半導体装置が従来から知られている。
たとえば、特開2005−85903号公報(特許文献1)においては、フローティングゲート電極およびコントロールゲート電極とともに、半導体基板に反転層を形成するためのアシストゲート電極を有する不揮発性メモリセルを有する半導体装置が開示されている。ここで、フローティングゲート電極は、電荷蓄積用の電極である。また、非特許文献1,2においても、上記と同様の構造を有する半導体装置が開示されている。
特開2005−85903号公報 特開2004−158810号公報 Y.Sasago et.al.,“90-nm-node multi-level AG-AND type flash memory with cell size of true 2F2/bit and programming throughput of 10 MB/s”,IEDM Dig.Tech.Papers ,2003,p.823-826 H.Kurata et.al.,“Self-Boosted Charge Injection for 90-nm-Node 4-Gb Multilevel AG-AND Flash Memories Programmable at 16 MB/s”,2004 Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers ,2004,p.72-73
2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor device having a nonvolatile memory cell is known.
For example, in Japanese Patent Laying-Open No. 2005-85903 (Patent Document 1), a semiconductor device having a nonvolatile memory cell having an assist gate electrode for forming an inversion layer on a semiconductor substrate together with a floating gate electrode and a control gate electrode. It is disclosed. Here, the floating gate electrode is a charge storage electrode. Non-Patent Documents 1 and 2 also disclose semiconductor devices having the same structure as described above.
JP 2005-85903 A JP 2004-158810 A Y. Sasago et.al., “90-nm-node multi-level AG-AND type flash memory with cell size of true 2F2 / bit and programming throughput of 10 MB / s”, IEDM Dig.Tech.Papers, 2003, p.823-826 H. Kurata et.al., “Self-Boosted Charge Injection for 90-nm-Node 4-Gb Multilevel AG-AND Flash Memories Programmable at 16 MB / s”, 2004 Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers, 2004, p. .72-73

上記のような不揮発性メモリセルにおいて、データ書込み速度を向上させることは重要である。これに対し、特開2004−158810号公報(特許文献2)においては、フローティングゲート電極下に位置するトンネル絶縁膜として、シリコン酸化膜よりもバリアハイトの低いゲート絶縁膜を用いることにより書込み効率を向上させることが開示されている。しかしながら、トンネル絶縁膜のバリアハイトを低減することで、フローティングゲート電極からの電荷の漏れが生じやすくなるという問題がある。   In the nonvolatile memory cell as described above, it is important to improve the data writing speed. On the other hand, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-158810 (Patent Document 2), the use of a gate insulating film having a barrier height lower than that of a silicon oxide film as a tunnel insulating film located under the floating gate electrode improves writing efficiency. Is disclosed. However, by reducing the barrier height of the tunnel insulating film, there is a problem that charge leakage from the floating gate electrode is likely to occur.

また、上記とは異なる観点では、アシストゲート電極を微細化することに伴なって、アシストゲート電極下に形成される反転層の幅が縮小され、結果として、配線としての反転層の抵抗が増大するという問題がある。   Further, from a viewpoint different from the above, with the miniaturization of the assist gate electrode, the width of the inversion layer formed under the assist gate electrode is reduced, and as a result, the resistance of the inversion layer as a wiring increases. There is a problem of doing.

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の1つの目的は、フローティングゲート電極からの電荷の漏れが抑制され、かつ、書込み効率が高い半導体装置およびその製造方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、アシストゲート電極下に形成される反転層の抵抗が抑制された半導体装置およびその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems. That is, an object of the present invention is to provide a semiconductor device in which charge leakage from a floating gate electrode is suppressed and writing efficiency is high, and a method for manufacturing the same. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device in which resistance of an inversion layer formed under an assist gate electrode is suppressed, and a method for manufacturing the same.

本発明に係る半導体装置は、1つの局面では、半導体基板と、半導体基板の主表面上にゲート絶縁膜を介して複数形成され、半導体基板に反転層を形成することが可能なアシストゲート電極と、半導体基板の主表面上における複数の前記アシストゲート電極間に位置する部分にゲート絶縁膜を介して複数形成された、電荷蓄積用のフローティングゲート電極と、アシストゲート電極上からフローティングゲート電極上に絶縁膜を介して設けられたコントロールゲート電極と、半導体基板における複数のフローティングゲート電極間に位置する部分に形成された不純物領域とを備え、フローティングゲート電極下に位置するゲート絶縁膜は、互いにバリアハイトが異なる第1と第2部分を有する。   In one aspect, a semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate, an assist gate electrode formed on a main surface of the semiconductor substrate via a gate insulating film, and capable of forming an inversion layer on the semiconductor substrate. A plurality of floating gate electrodes for charge storage formed on the main surface of the semiconductor substrate between the plurality of assist gate electrodes via a gate insulating film, and from the assist gate electrode to the floating gate electrode A control gate electrode provided via an insulating film and an impurity region formed in a portion located between a plurality of floating gate electrodes in a semiconductor substrate. The gate insulating films located under the floating gate electrode Have different first and second parts.

本発明に係る半導体装置は、他の局面では、主表面に溝部が形成された半導体基板と、半導体基板の主表面上における溝部の両側にゲート絶縁膜を介して形成された電荷蓄積用の第1ゲート電極と、溝部内から半導体基板の主表面上にゲート絶縁膜を介して形成された第2ゲート電極と、第1ゲート電極上から第2ゲート電極上に絶縁膜を介して設けられる第3ゲート電極とを備える。   In another aspect, the semiconductor device according to the present invention includes, in another aspect, a semiconductor substrate having a groove formed on the main surface, and a charge storage first electrode formed on both sides of the groove on the main surface of the semiconductor substrate via a gate insulating film. A first gate electrode; a second gate electrode formed on the main surface of the semiconductor substrate from within the trench portion via a gate insulating film; and a second gate electrode provided on the second gate electrode from the first gate electrode via the insulating film. 3 gate electrodes.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、1つの局面では、半導体基板の主表面上に第1ゲート絶縁膜を介して第1導電膜を形成する工程と、第1導電膜をパターニングする工程と、パターニングされた第1導電膜の側壁上に第1絶縁膜を形成する工程と、第1絶縁膜をマスクとして第1ゲート絶縁膜をパターニングする工程と、第1絶縁膜の幅を減じて、パターニングされた第1ゲート絶縁膜を露出させる工程と、半導体基板の主表面における第1ゲート絶縁膜が除去された部分に、該第1ゲート絶縁膜よりも高いバリアハイトを有する第2ゲート絶縁膜を形成する工程と、第1と第2ゲート絶縁膜上から第1絶縁膜の側壁上に第2導電膜を形成する工程と、半導体基板における第2導電膜に隣接する部分に不純物領域を形成する工程と、第2導電膜上に第2絶縁膜を形成する工程と、第2絶縁膜上に第3導電膜を形成する工程と、第3導電膜をパターニングする工程とを備える。   In one aspect, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a first conductive film on a main surface of a semiconductor substrate via a first gate insulating film, and a step of patterning the first conductive film. Reducing the width of the first insulating film, forming the first insulating film on the patterned sidewall of the first conductive film, patterning the first gate insulating film using the first insulating film as a mask, A step of exposing the patterned first gate insulating film; and a second gate insulating film having a barrier height higher than that of the first gate insulating film at a portion where the first gate insulating film is removed from the main surface of the semiconductor substrate. Forming a second conductive film on the sidewall of the first insulating film from the first and second gate insulating films, and forming an impurity region in a portion of the semiconductor substrate adjacent to the second conductive film. Process and And forming a second insulating film over the conductive film, forming a third conductive film on the second insulating film, and a step of patterning the third conductive film.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、他の局面では、半導体基板の主表面に溝部を形成する工程と、溝部内から半導体基板の主表面上にゲート絶縁膜を介して第1導電膜を形成する工程と、第1導電膜をパターニングする工程と、第1導電膜の側壁上に第1絶縁膜を形成する工程と、半導体基板の主表面上から第1絶縁膜の側壁上に第2導電膜を形成する工程と、第2導電膜上に第2絶縁膜を形成する工程と、第2絶縁膜上に第3導電膜を形成する工程と、第3導電膜をパターニングする工程とを備える。   In another aspect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a step of forming a groove portion on the main surface of the semiconductor substrate, and the first conductive film is formed on the main surface of the semiconductor substrate from the inside of the groove portion via a gate insulating film. Forming the first conductive film, forming the first insulating film on the sidewall of the first conductive film, and forming the second insulating film on the sidewall of the first insulating film from the main surface of the semiconductor substrate. Forming a conductive film; forming a second insulating film on the second conductive film; forming a third conductive film on the second insulating film; and patterning the third conductive film. Prepare.

本発明によれば、1つの局面では、半導体装置において、フローティングゲート電極からの電荷の漏れを抑制しながら書込み効率を向上させることができる。また、他の局面では、アシストゲート電極下に形成される反転層の抵抗を抑制することができる。   According to the present invention, in one aspect, in a semiconductor device, write efficiency can be improved while suppressing leakage of electric charges from a floating gate electrode. In another aspect, the resistance of the inversion layer formed under the assist gate electrode can be suppressed.

以下に、本発明に基づく半導体装置およびその製造方法の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。   Embodiments of a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described below. Note that the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may not be repeated.

(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係る半導体置の上面図である。図1を参照して、本実施の形態に係る半導体装置100は、AG(Assist Gate)−AND型のフラッシュメモリ(不揮発性半導体記憶装置)であって、メモリセルアレイ部を有するメモリセル領域(図1に示される領域)と、メモリセル領域の周辺に配置された周辺回路部とを備える。メモリセルアレイ部は、電荷蓄積用の孤立パターンであるフローティングゲート電極FG(第1ゲート電極)と、半導体基板上にビット線としての反転層を形成するためのアシストゲート電極AG(第2ゲート電極)と、ワード線としてのコントロールゲート電極CG(第3ゲート電極)とを有する。アシストゲート電極AGの両側には、ビット線としてのn+不純物領域NDが形成されている。すなわち、半導体装置100においては、アシストゲート電極AGによって形成される反転層と、n+不純物領域NDとがビット線として利用される。コントロールゲート電極CGは、フローティングゲート電極FG上からアシストゲート電極AG上に形成されている。そして、アシストゲート電極AGと、コントロールゲート電極CGとは、互いに交差(ほぼ直交)するように形成されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a top view of the semiconductor device according to the first embodiment. Referring to FIG. 1, a semiconductor device 100 according to the present embodiment is an AG (Assist Gate) -AND type flash memory (nonvolatile semiconductor memory device), and has a memory cell region (FIG. 1) and a peripheral circuit portion arranged around the memory cell region. The memory cell array portion includes a floating gate electrode FG (first gate electrode) which is an isolated pattern for charge accumulation, and an assist gate electrode AG (second gate electrode) for forming an inversion layer as a bit line on the semiconductor substrate. And a control gate electrode CG (third gate electrode) as a word line. On both sides of the assist gate electrode AG, n + impurity regions ND as bit lines are formed. That is, in the semiconductor device 100, the inversion layer formed by the assist gate electrode AG and the n + impurity region ND are used as bit lines. The control gate electrode CG is formed on the assist gate electrode AG from the floating gate electrode FG. The assist gate electrode AG and the control gate electrode CG are formed so as to intersect (substantially orthogonal) each other.

アシストゲート電極AGと、コントロールゲート電極CGとは、それぞれコンタクト部(図示せず)を介して上層配線(図示せず)と接続されている。アシストゲート電極AGに電圧が印加されると、半導体基板上におけるアシストゲート電極AGの直下にソース/ドレインとしての反転層(図示せず)が形成される。   The assist gate electrode AG and the control gate electrode CG are each connected to an upper layer wiring (not shown) via a contact portion (not shown). When a voltage is applied to the assist gate electrode AG, an inversion layer (not shown) as a source / drain is formed immediately below the assist gate electrode AG on the semiconductor substrate.

図2,図3は、それぞれ、図1におけるII−II断面図,III−III断面図である。図2を参照して、たとえばシリコンからなる半導体基板110上に、ゲート絶縁膜120を介してアシストゲート電極AGおよびフローティングゲート電極FGが形成されている。ゲート絶縁膜120は、ゲート絶縁膜121,122を含む。半導体基板110におけるフローティングゲート電極FGに隣接する部分には、n+不純物領域ND(不純物拡散層)が形成されている。アシストゲート電極AG上、および、フローティングゲート電極FGとアシストゲート電極AGとの間には、たとえばSiO2膜などからなる絶縁膜130が形成されている。そして、フローティングゲート電極FG上からアシストゲート電極AG上に、酸化膜−窒化膜−酸化膜の積層構造を有するONO(Oxide−Nitride−Oxide)膜である絶縁膜140が形成されている。絶縁膜140上に、ポリシリコン膜およびシリサイド膜を含み、矢印DR1方向(図1参照)に延在するコントロールゲート電極CGが形成され、コントロールゲート電極CG上に、絶縁膜160が形成されている。図3を参照して、アシストゲート電極AGの延在方向(矢印DR2方向)に並ぶ複数のコントロールゲート電極CGの間には絶縁膜170が形成されている。そして、絶縁膜160,170を覆うように層間絶縁膜および上層配線(ともに図示せず)が形成されている。 2 and 3 are a sectional view taken along line II-II and a sectional view taken along line III-III in FIG. 1, respectively. Referring to FIG. 2, assist gate electrode AG and floating gate electrode FG are formed on a semiconductor substrate 110 made of, for example, silicon via a gate insulating film 120. The gate insulating film 120 includes gate insulating films 121 and 122. An n + impurity region ND (impurity diffusion layer) is formed in a portion adjacent to the floating gate electrode FG in the semiconductor substrate 110. An insulating film 130 made of, for example, a SiO 2 film is formed on the assist gate electrode AG and between the floating gate electrode FG and the assist gate electrode AG. An insulating film 140 that is an ONO (Oxide-Nitride-Oxide) film having a stacked structure of an oxide film-nitride film-oxide film is formed over the floating gate electrode FG and the assist gate electrode AG. A control gate electrode CG including a polysilicon film and a silicide film and extending in the arrow DR1 direction (see FIG. 1) is formed on the insulating film 140, and an insulating film 160 is formed on the control gate electrode CG. . Referring to FIG. 3, an insulating film 170 is formed between a plurality of control gate electrodes CG arranged in the extending direction of assist gate electrode AG (the direction of arrow DR2). An interlayer insulating film and an upper wiring (both not shown) are formed so as to cover the insulating films 160 and 170.

ところで、後述するデータ書込み動作において、フローティングゲート電極FGへのホットエレクトロン注入効率を向上させたいという要請がある。これに対し、本実施の形態においては、トンネル絶縁膜となるゲート絶縁膜121として、バリアハイトの低い絶縁膜を用いている。   Incidentally, there is a demand for improving the efficiency of hot electron injection into the floating gate electrode FG in a data write operation described later. On the other hand, in this embodiment, an insulating film having a low barrier height is used as the gate insulating film 121 to be a tunnel insulating film.

一方で、フローティングゲート電極FGに蓄積された電荷の漏れを抑制したいという要請がある。これに対し、本実施の形態においては、フローティングゲート電極FGとn+不純物領域NDとの間に位置するゲート絶縁膜122として、バリアハイトの高い絶縁膜を用いている。   On the other hand, there is a demand for suppressing leakage of charges accumulated in the floating gate electrode FG. In contrast, in the present embodiment, an insulating film having a high barrier height is used as the gate insulating film 122 located between the floating gate electrode FG and the n + impurity region ND.

このように半導体装置100においては、フローティングゲート電極FG下に位置するゲート絶縁膜121,122のバリアハイトは互いに異なり、ゲート絶縁膜122のバリアハイトは、ゲート絶縁膜121のバリアハイトよりも高い。さらに、n+不純物領域ND上の絶縁膜150のバリアハイトは、ゲート絶縁膜122のバリアハイトと同程度であり、ゲート絶縁膜121のバリアハイトよりも高い。   As described above, in the semiconductor device 100, the barrier heights of the gate insulating films 121 and 122 located under the floating gate electrode FG are different from each other, and the barrier height of the gate insulating film 122 is higher than the barrier height of the gate insulating film 121. Further, the barrier height of the insulating film 150 on the n + impurity region ND is approximately the same as the barrier height of the gate insulating film 122 and is higher than the barrier height of the gate insulating film 121.

より具体的には、ゲート絶縁膜122および絶縁膜150は、たとえばSiO2膜により構成され、ゲート絶縁膜121は、SiO2膜よりも低いバリアハイトを有する絶縁膜により構成される。SiO2膜よりも低いバリアハイトを有する絶縁膜としては、たとえば、Al23、SiN、HfO2、ZrO2、La23、Pr23、SrTiO2、BaSrTiO3、TiO2、AlN、Ta25、TaN、HfAlO、ZrAlOなどが挙げられる。たとえば、SiO2膜に代えて同じ厚みのAl23膜を用いた場合、バリアハイトは3.5(eV)から2.8(eV)に低減される。 More specifically, the gate insulating film 122 and the insulating film 150 are made of, for example, a SiO 2 film, and the gate insulating film 121 is made of an insulating film having a barrier height lower than that of the SiO 2 film. Examples of the insulating film having a barrier height lower than that of the SiO 2 film include Al 2 O 3 , SiN, HfO 2 , ZrO 2 , La 2 O 3 , Pr 2 O 3 , SrTiO 2 , BaSrTiO 3 , TiO 2 , AlN, Ta 2 O 5 , TaN, HfAlO, ZrAlO and the like can be mentioned. For example, when an Al 2 O 3 film having the same thickness is used instead of the SiO 2 film, the barrier height is reduced from 3.5 (eV) to 2.8 (eV).

上記のように、ゲート絶縁膜122および絶縁膜150のバリアハイトを相対的に高くすることで、フローティングゲート電極FGとビット線であるn+不純物領域NDとの間の絶縁性を高く保つことができるので、フローティングゲート電極FGからの電荷の漏れを抑制することができる。一方で、トンネル絶縁膜となるゲート絶縁膜121のバリアハイトを低くすることで、フローティングゲート電極FGへの書込み効率を向上させることができる。   As described above, by relatively increasing the barrier height of the gate insulating film 122 and the insulating film 150, the insulating property between the floating gate electrode FG and the n + impurity region ND that is the bit line can be kept high. , Leakage of electric charges from the floating gate electrode FG can be suppressed. On the other hand, the write efficiency to the floating gate electrode FG can be improved by lowering the barrier height of the gate insulating film 121 that becomes the tunnel insulating film.

次に、フラッシュメモリである半導体装置100の書込み、読み出しおよび消去の動作について、図1〜図3を参照しながら説明する。   Next, writing, reading and erasing operations of the semiconductor device 100 which is a flash memory will be described with reference to FIGS.

データ書込みは、ソースサイドホットエレクトロン注入方式により行なわれる。これにより、高速に、かつ、低電流で効率的なデータ書込みが実現される。個々のメモリセルには、多値のデータを記憶することが可能である。この多値記憶は、コントロールゲート電極に印加される書込み電圧を一定にしながら、個々のメモリセルごとに書込み時間を変化させ、それぞれ異なる閾値レベルを有するメモリセルを形成することで実現される。たとえば、“00”/“01”/“10”/“11”などのような4つ以上の値が記憶可能である。したがって、1つのメモリセルで2つ以上のメモリセル分の働きを実現することができる。この結果、フラッシュメモリの小型化が実現される。   Data writing is performed by a source side hot electron injection method. Thereby, efficient data writing is realized at high speed with low current. Each memory cell can store multi-value data. This multi-value storage is realized by changing the write time for each individual memory cell while keeping the write voltage applied to the control gate electrode constant, thereby forming memory cells having different threshold levels. For example, four or more values such as “00” / “01” / “10” / “11” can be stored. Therefore, the function of two or more memory cells can be realized with one memory cell. As a result, the flash memory can be downsized.

データ書込み時には、選択メモリセルが接続されているコントロールゲート電極CGに、たとえば16V程度の電圧が印加される。そして、それ以外のコントロールゲートCGに、たとえば、−2V程度の電圧が印加される。また、選択メモリセルにおけるドレインとなるn+不純物領域NDに、たとえば4.5V程度の電圧が印加される。ここで、選択メモリセルにおけるソースとなるn+不純物領域ND(たとえば、ドレインとなるn+不純物領域NDに隣接するn+不純物領域ND)に、たとえば0V程度の電圧が印加される一方で、非選択メモリセルにおけるソースとなるn+不純物領域NDに、たとえば2V程度の電圧が印加される。これにより、選択メモリセルにおいては、ドレインからソースに向かって書込み用の電流が流れ、ソース側のn+不純物領域NDに蓄積された電荷がゲート絶縁膜121を介してフローティングゲート電極FGに注入される(図2中の矢印)。一方で、非選択メモリセルにおいては、ドレインからソースに向かう電流は流れず、フローティングゲート電極FGへの電荷の注入は行なわれない。したがって、所定のメモリセルに選択的にデータの書込みが行なわれる。   At the time of data writing, a voltage of about 16 V, for example, is applied to the control gate electrode CG to which the selected memory cell is connected. Then, for example, a voltage of about −2 V is applied to the other control gates CG. Further, a voltage of, for example, about 4.5 V is applied to n + impurity region ND serving as the drain in the selected memory cell. Here, a voltage of about 0 V, for example, is applied to an n + impurity region ND that becomes a source in the selected memory cell (for example, an n + impurity region ND adjacent to the n + impurity region ND that becomes a drain), while an unselected memory cell For example, a voltage of about 2 V is applied to the n + impurity region ND serving as the source in FIG. Thereby, in the selected memory cell, a write current flows from the drain to the source, and the charge accumulated in the n + impurity region ND on the source side is injected into the floating gate electrode FG through the gate insulating film 121. (Arrows in FIG. 2). On the other hand, in the non-selected memory cell, no current flows from the drain to the source, and no charge is injected into the floating gate electrode FG. Therefore, data is selectively written into a predetermined memory cell.

ここで、選択メモリセルにおけるソース/ドレインとなるn+不純物領域NDの間に形成されたアシストゲート電極AGには、たとえば0V〜1V程度の電圧が印加される。これにより、アシストゲートAG下に位置する半導体基板110の主表面上に反転層(図示せず)が形成される。この反転層は、データの書込み動作の際に、ホットエレクトロンを効率的に生成し、選択メモリセルにおけるフローティングゲート電極FGに低いチャネル電流で高速にデータを書き込むことを補助するものである。これにより、データ書込み動作に際して、アシストゲート電極AG下と、フローティングゲート電極FG下との間で大きなポテンシャルドロップが生じ、効率的にホットエレクトロンを生成することができる。そして、低いチャネル電流で高速書込みを行なうことができる。   Here, a voltage of about 0 V to 1 V, for example, is applied to the assist gate electrode AG formed between the n + impurity regions ND serving as the source / drain in the selected memory cell. Thereby, an inversion layer (not shown) is formed on the main surface of the semiconductor substrate 110 located under the assist gate AG. The inversion layer efficiently generates hot electrons during a data write operation, and assists in writing data at a high speed with a low channel current to the floating gate electrode FG in the selected memory cell. As a result, during the data write operation, a large potential drop occurs between the assist gate electrode AG and the floating gate electrode FG, and hot electrons can be efficiently generated. Then, high-speed writing can be performed with a low channel current.

データ読み出し動作においては、選択メモリセルが接続されるコントロールゲート電極CGに、たとえば2V〜5V程度の電圧が印加され、それ以外のコントロールゲート電極CGに、たとえば−2V程度の電圧が印加される。また、選択メモリセルにおけるドレイン形成用のアシストゲート電極AGに、たとえば4.5V程度の電圧が印加される。これにより、選択メモリセルにおけるドレインとなる反転層が形成される。一方、非選択メモリセルにおけるドレイン形成用のアシストゲート電極AGに、たとえば−2V程度の電圧が印加される。これにより、非選択メモリセルにおいては、ドレインとなる反転層が形成されない。この結果、選択メモリセルと非選択メモリセルとのアイソレーションが実現される。さらに、選択メモリセルにおけるソースとなるn+不純物拡散層NDに、たとえば0V程度の電圧がされ、選択メモリセルにおけるドレインとなる反転層に、たとえば1V程度の電圧が印加される。ここで、選択メモリセルにおけるフローティングゲート電極FG内に蓄積された電荷量によって閾値電圧が変化するため、n+不純物領域NDと反転層との間を流れる電流の状況から該メモリセルのデータを判別することができる。   In the data read operation, a voltage of about 2V to 5V, for example, is applied to the control gate electrode CG to which the selected memory cell is connected, and a voltage of about −2V, for example, is applied to the other control gate electrodes CG. In addition, a voltage of, for example, about 4.5 V is applied to the assist gate electrode AG for forming the drain in the selected memory cell. Thereby, an inversion layer serving as a drain in the selected memory cell is formed. On the other hand, a voltage of about −2 V, for example, is applied to the assist gate electrode AG for forming the drain in the non-selected memory cell. Thereby, in the non-selected memory cell, the inversion layer serving as the drain is not formed. As a result, isolation between the selected memory cell and the non-selected memory cell is realized. Further, a voltage of, for example, about 0V is applied to the n + impurity diffusion layer ND serving as the source in the selected memory cell, and a voltage of, for example, about 1V is applied to the inversion layer serving as the drain in the selected memory cell. Here, since the threshold voltage changes depending on the amount of charge accumulated in the floating gate electrode FG in the selected memory cell, the data of the memory cell is discriminated from the state of the current flowing between the n + impurity region ND and the inversion layer. be able to.

なお、半導体装置100においては、読み出し動作時にソースとなるビット線として、n+不純物領域NDが用いられる。一般に、不純物拡散層の抵抗(たとえば、700kΩ以上800kΩ以下程度)は反転層の抵抗(たとえば、3〜4MΩ程度)よりも低いため、上記のようにすることで、読み出し動作時に、ソース配線の抵抗を低減することができる。この結果、選択メモリセルの位置によって閾値電圧が変動することが抑制される。そして、読み出し動作の信頼性が向上する。   In the semiconductor device 100, an n + impurity region ND is used as a bit line that becomes a source during a read operation. Generally, the resistance of the impurity diffusion layer (for example, about 700 kΩ or more and about 800 kΩ or less) is lower than the resistance of the inversion layer (for example, about 3 to 4 MΩ). Can be reduced. As a result, the threshold voltage is suppressed from changing depending on the position of the selected memory cell. And the reliability of the read operation is improved.

データ消去動作においては、選択対象のワード線に負電圧(たとえば−16V程度)が印加される一方で、半導体基板110に正の電圧が印加される。なお、アシストゲート電極AGには0V程度の電圧が印加され、反転層は形成されない。これにより、フローティングゲート電極FGから半導体基板110に電荷が放出される。該放出は、F−N(Fowlor Nordheim)トンネル放出により行なわれる。以上の動作により、複数のメモリセルのデータが一括で消去される。   In the data erasing operation, a negative voltage (for example, about −16 V) is applied to the selected word line, while a positive voltage is applied to the semiconductor substrate 110. Note that a voltage of about 0 V is applied to the assist gate electrode AG, and no inversion layer is formed. As a result, charges are discharged from the floating gate electrode FG to the semiconductor substrate 110. The emission is performed by FN (Fowler Nordheim) tunnel emission. With the above operation, data in a plurality of memory cells are erased collectively.

次に、上記フラッシュメモリの製造方法について説明する。図4〜図11は、それぞれ、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法における第1〜第8工程を示した断面図である。   Next, a method for manufacturing the flash memory will be described. 4 to 11 are cross-sectional views showing first to eighth steps in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, respectively.

図4を参照して、半導体基板110上に、たとえばAl23膜からなるゲート絶縁膜121(第1ゲート絶縁膜)が形成される。ゲート絶縁膜121は、データ書込み時/消去時に電荷を通過させるトンネル絶縁膜となる。そして、ゲート絶縁膜121上に、50〜70nm程度の厚さになるように、多結晶シリコンなどからなる導電膜AG0(第1導電膜)がCVD法などを用いて形成される。そして、図5に示すように、導電膜AG0がパターニングされて、アシストゲート電極AGが形成される。 Referring to FIG. 4, gate insulating film 121 (first gate insulating film) made of, for example, an Al 2 O 3 film is formed on semiconductor substrate 110. The gate insulating film 121 becomes a tunnel insulating film that allows charges to pass during data writing / erasing. Then, a conductive film AG0 (first conductive film) made of polycrystalline silicon or the like is formed on the gate insulating film 121 using a CVD method or the like so as to have a thickness of about 50 to 70 nm. Then, as shown in FIG. 5, the conductive film AG0 is patterned to form the assist gate electrode AG.

図6を参照して、アシストゲート電極AGの上面および側壁を覆うように、たとえばSiO2膜からなる絶縁膜130(第1絶縁膜)が形成される。絶縁膜130は、たとえばCVD法によりSiO2膜を成膜した後、該SiO2膜をパターニングすることにより形成される。次に、図7に示すように、絶縁膜130をマスクとして、ゲート絶縁膜121がパターニングされる。図7において、絶縁膜130およびゲート絶縁膜121は、幅B0を有している。 Referring to FIG. 6, an insulating film 130 (first insulating film) made of, for example, a SiO 2 film is formed so as to cover the upper surface and side walls of assist gate electrode AG. The insulating film 130 is formed by, for example, forming a SiO 2 film by the CVD method and then patterning the SiO 2 film. Next, as shown in FIG. 7, the gate insulating film 121 is patterned using the insulating film 130 as a mask. In FIG. 7, the insulating film 130 and the gate insulating film 121 have a width B0.

図8を参照して、たとえば絶縁膜130にウエットエッチングを施すことにより、該絶縁膜130の側壁をたとえば20nm〜30nm程度後退させ、その幅をB0からBに減じる。これにより、パターニングされたゲート絶縁膜121が露出する。   Referring to FIG. 8, for example, wet etching is performed on insulating film 130 so that the side wall of insulating film 130 is retreated, for example, by about 20 nm to 30 nm, and its width is reduced from B0 to B. As a result, the patterned gate insulating film 121 is exposed.

図9を参照して、ゲート絶縁膜121が除去されて半導体基板110が露出した部分に、たとえばSiO2膜からなるゲート絶縁膜122(第2ゲート絶縁膜)が形成される。その後、ゲート絶縁膜121,122上から絶縁膜130上に、20〜40nm程度の厚みを有し、多結晶シリコンなどからなる導電膜FG0(第2導電膜)がCVD法などを用いて形成される。この導電膜FG0は、フローティングゲート電極FG用の導電膜である。その後、図10に示すように、導電膜FG0がエッチバックされる。この際、絶縁膜130の側壁上に導電膜FG0が残存する。なお、導電膜FG0の側壁上に、後述する不純物注入時のオフセットスペーサとしての絶縁膜が形成されてもよい。 Referring to FIG. 9, a gate insulating film 122 (second gate insulating film) made of, for example, a SiO 2 film is formed at a portion where the semiconductor substrate 110 is exposed by removing the gate insulating film 121. Thereafter, a conductive film FG0 (second conductive film) having a thickness of about 20 to 40 nm and made of polycrystalline silicon or the like is formed on the insulating film 130 from the gate insulating films 121 and 122 by using a CVD method or the like. The The conductive film FG0 is a conductive film for the floating gate electrode FG. Thereafter, as shown in FIG. 10, the conductive film FG0 is etched back. At this time, the conductive film FG0 remains on the sidewall of the insulating film 130. Note that an insulating film as an offset spacer at the time of impurity implantation described later may be formed on the sidewall of the conductive film FG0.

図11を参照して、半導体基板110上に残存した複数の導電膜FG0の間から、たとえばリン(P)などのn型不純物が半導体基板110にイオン注入される。これにより、ビット線としてのn+不純物領域NDが形成される。該イオン注入は、たとえば、10KeV,1×1014/cm-2の条件下で行なわれる。 Referring to FIG. 11, n-type impurities such as phosphorus (P) are ion-implanted into semiconductor substrate 110 from between a plurality of conductive films FG 0 remaining on semiconductor substrate 110. Thereby, an n + impurity region ND as a bit line is formed. The ion implantation is performed, for example, under conditions of 10 KeV and 1 × 10 14 / cm −2 .

再び、図2,図3を参照して、n+不純物領域ND上に、たとえばSiO2膜からなる絶縁膜150(第3絶縁膜)が形成される。そして、絶縁膜130,150および導電膜FG0を覆うように、絶縁膜140(第2絶縁膜)が形成される。絶縁膜140は、たとえばその厚みがそれぞれ5nm,8nm,5nm程度である酸化膜−窒化膜−酸化膜の積層構造(ONO膜構造)を有する。 Referring to FIGS. 2 and 3 again, an insulating film 150 (third insulating film) made of, for example, a SiO 2 film is formed on n + impurity region ND. Then, an insulating film 140 (second insulating film) is formed so as to cover the insulating films 130 and 150 and the conductive film FG0. The insulating film 140 has an oxide film-nitride film-oxide film stacked structure (ONO film structure) having thicknesses of about 5 nm, 8 nm, and 5 nm, respectively.

絶縁膜140上に導電膜CG0(第3導電膜)が形成される。導電膜CG0は、コントロールゲート電極CG用の導電膜である。さらに、導電膜CG0上に、たとえばSiO2膜などからなる絶縁膜160が形成される。絶縁膜160が形成された後、導電膜CG0がパターニングされることにより、コントロールゲート電極CGが形成される。 A conductive film CG0 (third conductive film) is formed on the insulating film 140. The conductive film CG0 is a conductive film for the control gate electrode CG. Further, an insulating film 160 made of, for example, a SiO 2 film is formed on the conductive film CG0. After the insulating film 160 is formed, the conductive film CG0 is patterned to form the control gate electrode CG.

そして、コントロールゲート電極CGをマスクとして絶縁膜140および導電膜FG0がパターニングされ、孤立パターンであるフローティングゲート電極FGが形成される。その後、パターニングされたコントロールゲート電極CG間に絶縁膜170が埋め込まれる。   Then, the insulating film 140 and the conductive film FG0 are patterned using the control gate electrode CG as a mask to form a floating gate electrode FG that is an isolated pattern. Thereafter, an insulating film 170 is embedded between the patterned control gate electrodes CG.

上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る半導体装置100は、図2に示すように、半導体基板110と、半導体基板110の主表面上にゲート絶縁膜120を介して複数形成され、半導体基板110に反転層を形成することが可能なアシストゲート電極AGと、半導体基板110の主表面上における複数のアシストゲート電極AG間に位置する部分にゲート絶縁膜120を介して複数形成された、電荷蓄積用のフローティングゲート電極FGと、アシストゲート電極AG上からフローティングゲート電極FG上に絶縁膜140を介して設けられるコントロールゲート電極CGと、半導体基板110における複数のフローティングゲート電極FG間に位置する部分に形成されたn+不純物領域NDと、n+不純物領域ND上に形成された「他の絶縁膜」としての絶縁膜150とを備え、フローティングゲート電極FG下に位置するゲート絶縁膜120は、互いにバリアハイトが異なる「第1と第2部分」としてのゲート絶縁膜121,122を有している。より具体的には、ゲート絶縁膜122はゲート絶縁膜121に対してn+不純物領域ND側に位置し、ゲート絶縁膜122のバリアハイトはゲート絶縁膜121のバリアハイトよりも高い。   The above contents are summarized as follows. That is, the semiconductor device 100 according to the present embodiment includes a semiconductor substrate 110 and a plurality of semiconductor devices 110 formed on the main surface of the semiconductor substrate 110 via the gate insulating film 120 as shown in FIG. And a plurality of assist gate electrodes AG that can be formed on the main surface of the semiconductor substrate 110, and a plurality of floating gates that are formed between the plurality of assist gate electrodes AG via the gate insulating film 120. The gate electrode FG, the control gate electrode CG provided on the floating gate electrode FG from the assist gate electrode AG to the floating gate electrode FG via the insulating film 140, and the portion located between the plurality of floating gate electrodes FG in the semiconductor substrate 110 are formed. n + impurity region ND and “other insulating film” formed on n + impurity region ND , And an insulating film 150 and the gate insulating film 120 located under the floating gate electrode FG, and a gate insulating film 121 and 122 serving as the barrier height is different, "the first and second portions" together. More specifically, the gate insulating film 122 is positioned on the n + impurity region ND side with respect to the gate insulating film 121, and the barrier height of the gate insulating film 122 is higher than the barrier height of the gate insulating film 121.

上記構成によれば、フローティングゲート電極FGからの電荷の漏れを抑制しながら、該フローティングゲート電極FGへの書込み効率を向上させることができる。   According to the above configuration, it is possible to improve the writing efficiency to the floating gate electrode FG while suppressing the leakage of charges from the floating gate electrode FG.

また、半導体装置100において、n+不純物領域ND上に形成された絶縁膜150のバリアハイトを、ゲート絶縁膜121のバリアハイトよりも高くすることにより、フローティングゲート電極FGからの電荷の漏れを抑制する効果を高めるとともに、データ書込み時に、電荷が絶縁膜150を通過して、意図しないフローティングゲート電極FGにデータ書込みが行なわれることを抑制することができる。   In the semiconductor device 100, the barrier height of the insulating film 150 formed on the n + impurity region ND is set higher than the barrier height of the gate insulating film 121, thereby suppressing the leakage of charges from the floating gate electrode FG. At the same time, it is possible to prevent data from being written to the unintended floating gate electrode FG due to charges passing through the insulating film 150 during data writing.

たとえば、ゲート絶縁膜121としてAl23膜を用い、ゲート絶縁膜122としてSiO2膜を用いた場合は、データ書込み時にn+不純物領域NDに印加する電圧を、4.5V程度から3.3V程度に下げることも可能である。これにより、n+不純物領域NDから半導体基板110への接合リークを低減することができる。 For example, when an Al 2 O 3 film is used as the gate insulating film 121 and an SiO 2 film is used as the gate insulating film 122, the voltage applied to the n + impurity region ND at the time of data writing is changed from about 4.5V to 3.3V. It is also possible to lower it to the extent. Thereby, junction leakage from the n + impurity region ND to the semiconductor substrate 110 can be reduced.

また、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板110の主表面上に「第1ゲート絶縁膜」としてのゲート絶縁膜121を介して「第1導電膜」としての導電膜AG0を形成する工程(図4)と、導電膜AG0をパターニングする工程(図5)と、パターニングされた導電膜AG0の側壁上に「第1絶縁膜」としての絶縁膜130を形成する工程(図6)と、絶縁膜130をマスクとしてゲート絶縁膜121をパターニングする工程(図7)と、絶縁膜130の幅を減じてパターニングされたゲート絶縁膜121を露出させる工程と、半導体基板110の主表面におけるゲート絶縁膜121が除去された部分に、ゲート絶縁膜121よりも高いバリアハイトを有する「第2ゲート絶縁膜」としてのゲート絶縁膜122を形成する工程(以上、図8)と、ゲート絶縁膜121,122上から絶縁膜130の側壁上に「第2導電膜」としての導電膜FG0を形成する工程(図9,図10)と、半導体基板110における導電膜FG0に隣接する部分にn+不純物領域NDを形成する工程(図11)と、n+不純物領域ND上に「第3絶縁膜」としての絶縁膜150を形成する工程と、導電膜FG0上に「第2絶縁膜」としての絶縁膜140を形成する工程と、絶縁膜140上に「第3導電膜」としての導電膜CG0を形成する工程と、導電膜CG0をパターニングする工程(以上、図2,図3)とを備える。   Further, in the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, the conductive film AG0 as the “first conductive film” is formed on the main surface of the semiconductor substrate 110 via the gate insulating film 121 as the “first gate insulating film”. 4 (FIG. 4), patterning the conductive film AG0 (FIG. 5), and forming an insulating film 130 as a “first insulating film” on the sidewall of the patterned conductive film AG0 (FIG. 5). 6), a step of patterning the gate insulating film 121 using the insulating film 130 as a mask (FIG. 7), a step of exposing the patterned gate insulating film 121 by reducing the width of the insulating film 130, and the main of the semiconductor substrate 110 A gate insulating film 122 as a “second gate insulating film” having a barrier height higher than that of the gate insulating film 121 is formed on the surface where the gate insulating film 121 is removed. A step (FIG. 8, FIG. 8), a step (FIGS. 9 and 10) of forming a conductive film FG0 as a “second conductive film” on the side wall of the insulating film 130 from the gate insulating films 121 and 122; 110, an n + impurity region ND is formed in a portion adjacent to the conductive film FG0 (FIG. 11), an insulating film 150 as a “third insulating film” is formed on the n + impurity region ND, and the conductive film FG0. A step of forming an insulating film 140 as a “second insulating film”, a step of forming a conductive film CG0 as a “third conductive film” on the insulating film 140, and a step of patterning the conductive film CG0 (above) 2 and 3).

(実施の形態2)
図12は、実施の形態2に係る半導体置の上面図である。図12を参照して、本実施の形態に係る半導体装置200は、実施の形態1に係る半導体装置の変形例であって、フローティングゲート電極FGの両側にアシストゲート電極AGが形成される点を特徴とする。そして、半導体装置200においては、アシストゲート電極AGによって形成される反転層がビット線として利用される。
(Embodiment 2)
FIG. 12 is a top view of the semiconductor device according to the second embodiment. Referring to FIG. 12, a semiconductor device 200 according to the present embodiment is a modification of the semiconductor device according to the first embodiment, in that assist gate electrodes AG are formed on both sides of floating gate electrode FG. Features. In the semiconductor device 200, the inversion layer formed by the assist gate electrode AG is used as a bit line.

図13,図14は、それぞれ、図12におけるXIII−XIII断面図,XIV−XIV断面図である。図13を参照して、たとえばシリコンからなる半導体基板210上に、ゲート絶縁膜220を介してアシストゲート電極AGおよびフローティングゲート電極FGが形成されている。ゲート絶縁膜220は、ゲート絶縁膜221,222を含む。アシストゲート電極AGの側壁上には、絶縁膜230が形成されている。そして、フローティングゲート電極FG上からアシストゲート電極AG上に、酸化膜−窒化膜−酸化膜の積層構造を有するONO(Oxide−Nitride−Oxide)膜である絶縁膜240が形成されている。絶縁膜240上に、ポリシリコン膜およびシリサイド膜を含み、矢印DR1方向(図12参照)に延在するコントロールゲート電極CGが形成され、コントロールゲート電極CG上に、絶縁膜260が形成されている。図14を参照して、アシストゲート電極AGの延在方向(矢印DR2方向)に並ぶ複数のコントロールゲート電極CGの間には絶縁膜270が形成されている。そして、絶縁膜260,270を覆うように層間絶縁膜および上層配線(ともに図示せず)が設けられる。   13 and 14 are a sectional view taken along line XIII-XIII and a sectional view taken along line XIV-XIV in FIG. 12, respectively. Referring to FIG. 13, an assist gate electrode AG and a floating gate electrode FG are formed on a semiconductor substrate 210 made of silicon, for example, via a gate insulating film 220. The gate insulating film 220 includes gate insulating films 221 and 222. An insulating film 230 is formed on the side wall of the assist gate electrode AG. An insulating film 240 that is an ONO (Oxide-Nitride-Oxide) film having a stacked structure of an oxide film, a nitride film, and an oxide film is formed over the assist gate electrode AG from the floating gate electrode FG. A control gate electrode CG including a polysilicon film and a silicide film and extending in the direction of arrow DR1 (see FIG. 12) is formed on the insulating film 240, and an insulating film 260 is formed on the control gate electrode CG. . Referring to FIG. 14, an insulating film 270 is formed between a plurality of control gate electrodes CG arranged in the extending direction of assist gate electrode AG (the direction of arrow DR2). Then, an interlayer insulating film and an upper layer wiring (both not shown) are provided so as to cover the insulating films 260 and 270.

ところで、アシストゲート電極AG下に形成される反転層の抵抗を低減したいという要請がある。図29,図30は、反転層抵抗の増大を説明する図である。図29,図30に示す例では、半導体基板10上に、ゲート絶縁膜20を介してアシストゲート電極AGが形成されている。一般に、アシストゲート電極AGの幅方向端部において、反転層ILが形成されない領域が存在する。したがって、図29に示すように、アシストゲート電極AGのゲート長がAgWである場合、反転層ILの幅は、AgW−2Rとなる。反転層ILが形成されない領域の幅(R)は、アシストゲート電極AGのゲート長によらずほぼ一定である。したがって、図30に示すように、スケーリングにより、アシストゲート電極AGのゲート長をAgW/Sとした場合、反転層ILの幅は、AgW/S−2Rとなる。このように、半導体装置のスケーリングを行なうと、スケーリング比(S)以上に反転層ILの抵抗が増大するという問題が生じる。これに対し、本実施の形態においては、図13に示すように、半導体基板210に溝部211を形成し、該溝部211内にアシストゲート電極AGを形成することで、アシストゲート電極AGのゲート長が増大することを抑制しながら、反転層ILの実効的な幅を拡大して、該反転層ILの抵抗を低減している。したがって、半導体装置のスケーリングと反転層抵抗の増大の抑制とを両立させることができる。   There is a demand for reducing the resistance of the inversion layer formed under the assist gate electrode AG. 29 and 30 are diagrams for explaining an increase in inversion layer resistance. In the example shown in FIGS. 29 and 30, the assist gate electrode AG is formed on the semiconductor substrate 10 via the gate insulating film 20. In general, there is a region where the inversion layer IL is not formed at the end in the width direction of the assist gate electrode AG. Therefore, as shown in FIG. 29, when the gate length of the assist gate electrode AG is AgW, the width of the inversion layer IL is AgW-2R. The width (R) of the region where the inversion layer IL is not formed is substantially constant regardless of the gate length of the assist gate electrode AG. Therefore, as shown in FIG. 30, when the gate length of the assist gate electrode AG is set to AgW / S by scaling, the width of the inversion layer IL is AgW / S-2R. As described above, when the semiconductor device is scaled, there arises a problem that the resistance of the inversion layer IL increases more than the scaling ratio (S). On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 13, the groove 211 is formed in the semiconductor substrate 210, and the assist gate electrode AG is formed in the groove 211, thereby the gate length of the assist gate electrode AG. While suppressing an increase in the thickness of the inversion layer IL, the effective width of the inversion layer IL is expanded to reduce the resistance of the inversion layer IL. Therefore, it is possible to achieve both scaling of the semiconductor device and suppression of increase in inversion layer resistance.

アシストゲート電極AGは、溝部211内から半導体基板210の主表面上に形成されている。すなわち、半導体基板210の主表面よりも上方に位置するアシストゲート電極AGの幅は、溝部211の幅よりも広い。このようにすることで、単に溝部211内にアシストゲート電極AGを形成する場合と比較して、半導体基板210の主表面近傍(図13中のA部)にまで反転層ILが形成されやすくなる。   Assist gate electrode AG is formed on the main surface of semiconductor substrate 210 from within trench 211. That is, the width of assist gate electrode AG located above the main surface of semiconductor substrate 210 is wider than the width of trench 211. This makes it easier to form the inversion layer IL up to the vicinity of the main surface of the semiconductor substrate 210 (A portion in FIG. 13) as compared with the case where the assist gate electrode AG is simply formed in the trench 211. .

なお、上記のようなアシストゲート電極AGは、図13,図14に示すように、1つおきに形成されることが好ましい。このようにすることで、溝部211を形成したことによるパンチスルーの発生を抑制することができる。   Note that it is preferable that every other assist gate electrode AG as described above is formed as shown in FIGS. By doing in this way, generation | occurrence | production of the punch through by having formed the groove part 211 can be suppressed.

次に、フラッシュメモリである半導体装置200の書込み、読み出しおよび消去の動作について、図12〜図14を参照しながら説明する。   Next, writing, reading, and erasing operations of the semiconductor device 200 that is a flash memory will be described with reference to FIGS.

データ書込み動作においては、選択メモリセルが接続されるコントロールゲート電極CGに、たとえば15V程度の電圧が印加され、それ以外のコントロールゲート電極CGに、たとえば−2V程度の電圧が印加される。また、選択メモリセルにおけるソース形成用のアシストゲート電極AGに、たとえば5V程度の電圧が印加され、ドレイン形成用のアシストゲート電極AG(たとえば、ソース形成用のアシストゲート電極AGに隣接するアシストゲート電極AG)に、たとえば8V程度の電圧が印加される。これにより、これらのアシストゲート電極AGに対向する半導体基板210の主表面上にソース/ドレインとなる反転層ILが形成される。一方で、上記以外のアシストゲート電極AGには、たとえば−2V程度の電圧が印加されており、これらのアシストゲート電極AGに対向する半導体基板210の主表面上には反転層が形成されていない。これにより、選択メモリセルと非選択メモリセルとの間のアイソレーションが行なわれる。さらに、選択メモリセルにおけるドレインとなる反転層に接続されるビット線に、たとえば4.5V程度の電圧が印加される。ここで、選択メモリセルにおけるソースとなる反転層に接続されたビット線に、たとえば0V程度の電圧が印加される一方で、非選択メモリセルにおけるソースとなる反転層に接続されるビット線に、たとえば2V程度の電圧が印加される。これにより、選択メモリセルにおいてはドレインからソースに向かって書込み用の電流が流れ、ソース側の反転層に蓄積された電荷がゲート絶縁膜222を介してフローティングゲート電極FGに注入される。一方で、非選択メモリセルにおいては、ドレインからソースに向かう電流は流れず、フローティングゲート電極FGへの電荷の注入は行なわれない。以上の動作により、所定のメモリセルに選択的にデータの書込みが行なわれる。なお、フローティングゲート電極FGは、実施の形態1と同様に、多値のデータを記憶することができる。   In the data write operation, a voltage of about 15 V, for example, is applied to the control gate electrode CG to which the selected memory cell is connected, and a voltage of, for example, about −2 V is applied to the other control gate electrodes CG. Further, a voltage of about 5 V, for example, is applied to the assist gate electrode AG for forming the source in the selected memory cell, and the assist gate electrode AG for forming the drain (for example, the assist gate electrode adjacent to the assist gate electrode AG for forming the source) For example, a voltage of about 8V is applied to AG). As a result, an inversion layer IL serving as a source / drain is formed on the main surface of the semiconductor substrate 210 facing these assist gate electrodes AG. On the other hand, a voltage of about −2 V, for example, is applied to assist gate electrodes AG other than those described above, and no inversion layer is formed on the main surface of semiconductor substrate 210 facing these assist gate electrodes AG. . Thereby, isolation between the selected memory cell and the non-selected memory cell is performed. Further, a voltage of, for example, about 4.5 V is applied to the bit line connected to the inversion layer serving as the drain in the selected memory cell. Here, for example, a voltage of about 0 V is applied to the bit line connected to the inversion layer serving as the source in the selected memory cell, while the bit line connected to the inversion layer serving as the source in the non-selected memory cell is applied to For example, a voltage of about 2V is applied. As a result, a write current flows from the drain to the source in the selected memory cell, and charges accumulated in the inversion layer on the source side are injected into the floating gate electrode FG via the gate insulating film 222. On the other hand, in the non-selected memory cell, no current flows from the drain to the source, and no charge is injected into the floating gate electrode FG. Through the above operation, data is selectively written into a predetermined memory cell. Note that the floating gate electrode FG can store multivalued data as in the first embodiment.

データ読み出し動作においては、上記書込み動作と逆の動作が行なわれる。ここでは、選択メモリセルが接続されるコントロールゲート電極CGに、たとえば2〜5V程度の電圧が印加され、それ以外のコントロールゲート電極CGに、たとえば−2V程度の電圧が印加される。また、選択メモリセルにおけるソース/ドレイン形成用のアシストゲート電極AGに、たとえば4V程度の電圧が印加される。これにより、選択メモリセルにおけるソース/ドレインが形成される。一方、非選択メモリセルにおけるソース/ドレイン形成用のアシストゲート電極AGに、たとえば−2V程度の電圧が印加される。これにより、非選択メモリセルにおいては、ソース/ドレインとなる反転層が形成されない。この結果、選択メモリセルと非選択メモリセルとのアイソレーションが実現される。ここで、選択メモリセルにおいてドレインとなる反転層が接続されるビット線に、たとえば1V程度の電圧が印加される。一方、他のビット線に、たとえば0V程度の電圧が印加される。さらに、選択メモリセルにおいてソースとなる反転層に接続されるビット線に、たとえば0V程度の電圧が印加される。ここで、フローティングゲート電極FGの蓄積電荷の状態によって選択メモリセルの閾値電圧が変化する。したがって、選択メモリセルのソース−ドレイン間に流れる電流の状況から該メモリセルのデータを判別することができる。以上の動作により、多値記憶のメモリセルに対して読み出し動作を行なうことができる。   In the data read operation, an operation opposite to the write operation is performed. Here, a voltage of about 2 to 5 V, for example, is applied to the control gate electrode CG to which the selected memory cell is connected, and a voltage of about −2 V, for example, is applied to the other control gate electrode CG. A voltage of about 4 V, for example, is applied to the assist gate electrode AG for source / drain formation in the selected memory cell. Thereby, the source / drain in the selected memory cell is formed. On the other hand, a voltage of about −2 V, for example, is applied to the assist gate electrode AG for forming the source / drain in the unselected memory cell. As a result, in the non-selected memory cell, the inversion layer serving as the source / drain is not formed. As a result, isolation between the selected memory cell and the non-selected memory cell is realized. Here, a voltage of about 1 V, for example, is applied to the bit line to which the inversion layer serving as the drain in the selected memory cell is connected. On the other hand, a voltage of about 0 V, for example, is applied to the other bit lines. Further, a voltage of about 0 V, for example, is applied to the bit line connected to the inversion layer serving as the source in the selected memory cell. Here, the threshold voltage of the selected memory cell changes depending on the state of the accumulated charge in the floating gate electrode FG. Therefore, the data of the memory cell can be determined from the state of current flowing between the source and drain of the selected memory cell. With the above operation, a read operation can be performed on a multi-value storage memory cell.

データ消去動作においては、選択対象のワード線に負電圧(たとえば−16V程度)が印加される一方で、半導体基板210に正の電圧が印加される。なお、アシストゲート電極AGには0V程度の電圧が印加され、反転層は形成されない。これにより、フローティングゲート電極FGから半導体基板210に電荷が放出される。該放出は、F−N(Fowlor Nordheim)トンネル放出により行なわれる。以上の動作により、複数のメモリセルのデータが一括で消去される。   In the data erasing operation, a negative voltage (for example, about −16 V) is applied to the selected word line, while a positive voltage is applied to the semiconductor substrate 210. Note that a voltage of about 0 V is applied to the assist gate electrode AG, and no inversion layer is formed. As a result, charges are released from the floating gate electrode FG to the semiconductor substrate 210. The emission is performed by FN (Fowler Nordheim) tunnel emission. With the above operation, data in a plurality of memory cells are erased collectively.

次に、上記フラッシュメモリの製造方法について説明する。図15〜図27は、それぞれ、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法における第1〜第13工程を示した断面図である。   Next, a method for manufacturing the flash memory will be described. 15 to 27 are cross-sectional views showing first to thirteenth steps in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, respectively.

図15を参照して、半導体基板210上に、たとえば窒化シリコン膜からなる絶縁膜215が形成され、絶縁膜215上にレジストマスクRMが形成される。そして、レジストマスクRMをマスクとして、絶縁膜215および半導体基板210がエッチングされる。これにより、図16に示すように、半導体基板210に溝部211が形成され、絶縁膜215に開口部216が形成される。   Referring to FIG. 15, an insulating film 215 made of, for example, a silicon nitride film is formed on a semiconductor substrate 210, and a resist mask RM is formed on the insulating film 215. Then, the insulating film 215 and the semiconductor substrate 210 are etched using the resist mask RM as a mask. As a result, as shown in FIG. 16, a groove 211 is formed in the semiconductor substrate 210, and an opening 216 is formed in the insulating film 215.

図17を参照して、たとえば絶縁膜215にウエットエッチングを施すことにより、該絶縁膜215の側壁をたとえば5nm程度後退させる。次に、図18に示すように、開口部216内に位置する半導体基板210に、たとえば二酸化シリコン換算膜厚で5nm程度の厚さになるように、ゲート絶縁膜211が形成される。ゲート絶縁膜211は、たとえばISSG(In−Situ Steam Generation)酸化法などの熱酸化法により形成される。そして、溝部211内のゲート絶縁膜211上から絶縁膜215上に、多結晶シリコンなどからなる導電膜AG0(第1導電膜)がCVD(Chemical Vapor Deposition)法などを用いて形成される。この導電膜AG0は、アシストゲート電極AG用の導電膜である。次に、導電膜AG0をエッチングした絶縁膜215を露出させ、続いて、絶縁膜215をエッチングにより除去する。これにより、図19に示すように、導電膜AG0がパターニングされてアシストゲート電極AGが形成される。   Referring to FIG. 17, for example, wet etching is performed on insulating film 215 to retract the side wall of insulating film 215 by, for example, about 5 nm. Next, as shown in FIG. 18, a gate insulating film 211 is formed on the semiconductor substrate 210 located in the opening 216 so as to have a thickness of, for example, about 5 nm in terms of a silicon dioxide equivalent film thickness. The gate insulating film 211 is formed by a thermal oxidation method such as an ISSG (In-Situ Steam Generation) oxidation method. Then, a conductive film AG0 (first conductive film) made of polycrystalline silicon or the like is formed over the gate insulating film 211 and the insulating film 215 in the trench 211 using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like. The conductive film AG0 is a conductive film for the assist gate electrode AG. Next, the insulating film 215 obtained by etching the conductive film AG0 is exposed, and then the insulating film 215 is removed by etching. As a result, as shown in FIG. 19, the conductive film AG0 is patterned to form the assist gate electrode AG.

図20を参照して、絶縁膜215が除去されて半導体基板210が露出した部分に、たとえば、厚みが10nm程度のSiO2膜からなるゲート絶縁膜222が形成される。ゲート絶縁膜222は、データ書込み時/消去時に電荷を通過させるトンネル絶縁膜となる。 Referring to FIG. 20, a gate insulating film 222 made of, for example, a SiO 2 film having a thickness of about 10 nm is formed at a portion where the insulating film 215 is removed and the semiconductor substrate 210 is exposed. The gate insulating film 222 becomes a tunnel insulating film that allows charges to pass during data writing / erasing.

図21を参照して、アシストゲート電極AGの上面および側壁を覆うように、たとえばSiO2膜からなる絶縁膜230(第1絶縁膜)が形成される。 Referring to FIG. 21, an insulating film 230 (first insulating film) made of, for example, a SiO 2 film is formed so as to cover the upper surface and side walls of assist gate electrode AG.

図22を参照して、ゲート絶縁膜222上から絶縁膜230上に、多結晶シリコンなどからなる導電膜FG0(第2導電膜)がCVD法などを用いて形成される。この導電膜FG0は、フローティングゲート電極FG用の導電膜である。その後、図23に示すように、導電膜FG0がエッチバックされる。   Referring to FIG. 22, conductive film FG0 (second conductive film) made of polycrystalline silicon or the like is formed from gate insulating film 222 to insulating film 230 by using a CVD method or the like. The conductive film FG0 is a conductive film for the floating gate electrode FG. Thereafter, as shown in FIG. 23, the conductive film FG0 is etched back.

図24を参照して、絶縁膜230から導電膜FG0を覆うように、絶縁膜240(第2絶縁膜)が形成される。絶縁膜240は、たとえばその厚みがそれぞれ5nm,8nm,5nm程度である酸化膜−窒化膜−酸化膜の積層構造(ONO膜構造)を有する。そして、複数の導電膜FG0の間に位置する領域に、絶縁膜240が無くゲート絶縁膜222が露出する部分を形成する。   Referring to FIG. 24, an insulating film 240 (second insulating film) is formed so as to cover conductive film FG0 from insulating film 230. The insulating film 240 has an oxide film-nitride film-oxide film stacked structure (ONO film structure) having thicknesses of about 5 nm, 8 nm, and 5 nm, respectively. Then, a portion where the insulating film 240 is absent and the gate insulating film 222 is exposed is formed in a region located between the plurality of conductive films FG0.

図25を参照して、ゲート絶縁膜222が露出する部分に、たとえば多結晶シリコンからなるアシストゲート電極AG、および、たとえば窒化シリコン膜からなる絶縁膜250を形成する。   Referring to FIG. 25, an assist gate electrode AG made of, for example, polycrystalline silicon and an insulating film 250 made of, for example, a silicon nitride film are formed in the portion where gate insulating film 222 is exposed.

再び、図13を参照して、絶縁膜240上にポリシリコン膜およびシリサイド膜を含む導電膜CG0(第3導電膜)が形成される。導電膜CG0は、コントロールゲート電極CG用の導電膜である。さらに、導電膜CG0上に、たとえばSiO2膜などからなる絶縁膜260が形成される。絶縁膜260が形成された後、導電膜CG0がパターニングされることにより、コントロールゲート電極CGが形成される。図26,図27を参照して、パターニングされたコントロールゲート電極CGをマスクとして、絶縁膜240および導電膜FG0がパターニングされ、孤立パターンであるフローティングゲート電極FGが形成される。その後、パターニングされたコントロールゲート電極CG間に絶縁膜270が埋め込まれる。 Referring to FIG. 13 again, conductive film CG0 (third conductive film) including a polysilicon film and a silicide film is formed on insulating film 240. The conductive film CG0 is a conductive film for the control gate electrode CG. Furthermore, an insulating film 260 made of, for example, a SiO 2 film is formed on the conductive film CG0. After the insulating film 260 is formed, the conductive film CG0 is patterned to form the control gate electrode CG. 26 and 27, insulating film 240 and conductive film FG0 are patterned using patterned control gate electrode CG as a mask to form floating gate electrode FG that is an isolated pattern. Thereafter, an insulating film 270 is embedded between the patterned control gate electrodes CG.

上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る半導体装置200は、図13に示すように、主表面に溝部211が形成された半導体基板210と、半導体基板210の主表面上における溝部211の両側にゲート絶縁膜222を介して形成された電荷蓄積用の「第1ゲート電極」としてのフローティングゲート電極FGと、溝部211内から半導体基板210の主表面上にゲート絶縁膜221を介して形成された「第2ゲート電極」としてのアシストゲート電極AGと、フローティングゲート電極FG上からアシストゲート電極AG上に絶縁膜240を介して設けられる「第3ゲート電極」としてのコントロールゲート電極CGとを備える。   The above contents are summarized as follows. That is, as shown in FIG. 13, the semiconductor device 200 according to the present embodiment includes a semiconductor substrate 210 having a groove 211 formed on the main surface and gate insulating films on both sides of the groove 211 on the main surface of the semiconductor substrate 210. A floating gate electrode FG as a “first gate electrode” for charge storage formed through 222 and a “second gate” formed on the main surface of the semiconductor substrate 210 from within the trench 211 through a gate insulating film 221. An assist gate electrode AG as a “gate electrode” and a control gate electrode CG as a “third gate electrode” provided from the floating gate electrode FG to the assist gate electrode AG via an insulating film 240 are provided.

上記構成によれば、アシストゲート電極AG下に形成される反転層ILの抵抗を抑制することができる。   According to the above configuration, the resistance of the inversion layer IL formed under the assist gate electrode AG can be suppressed.

また、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板210の主表面に溝部211を形成する工程(図15,図16)と、溝部211内から半導体基板210の主表面上にゲート絶縁膜221を介して「第1導電膜」としての導電膜AG0を形成する工程(図17,図18)と、導電膜AG0をパターニングする工程(図19)と、導電膜AG0の側壁上に「第1絶縁膜」としての絶縁膜230を形成する工程(図20,図21)と、半導体基板210の主表面上から絶縁膜230の側壁上に「第2導電膜」としての導電膜FG0を形成する工程(図22,図23)と、導電膜FG0上に「第2絶縁膜」としての絶縁膜240を形成する工程(図24)と、絶縁膜240上に「第3導電膜」としての導電膜CG0を形成する工程と、導電膜CG0をパターニングする工程(以上、図13,図14)とを備える。   Further, in the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, the step of forming the groove 211 on the main surface of the semiconductor substrate 210 (FIGS. 15 and 16) and the gate on the main surface of the semiconductor substrate 210 from the groove 211 are performed. A step of forming a conductive film AG0 as a “first conductive film” through the insulating film 221 (FIGS. 17 and 18), a step of patterning the conductive film AG0 (FIG. 19), and a sidewall of the conductive film AG0 Step of forming insulating film 230 as “first insulating film” (FIGS. 20 and 21) and conductive film FG0 as “second conductive film” from the main surface of semiconductor substrate 210 to the sidewall of insulating film 230 22 (FIGS. 22 and 23), an insulating film 240 as a “second insulating film” on the conductive film FG0 (FIG. 24), and a “third conductive film” on the insulating film 240. Forming a conductive film CG0 as Patterning the conductive film CG0 (or, 13, 14) and a.

(実施の形態3)
図28は、実施の形態3に係る半導体装置の断面図である。図28を参照して、本実施の形態に係る半導体装置300は、実施の形態1,2に係る半導体装置100,200の特徴部分を組合わせたものである。すなわち、半導体装置300は、主表面に溝部311が形成された半導体基板310と、半導体基板310の主表面上にゲート絶縁膜320を介して複数形成され、半導体基板310に反転層を形成することが可能なアシストゲート電極AGと、半導体基板310の主表面上における複数のアシストゲート電極AG間に位置する部分にゲート絶縁膜320を介して複数形成された、電荷蓄積用のフローティングゲート電極FGと、半導体基板310における複数のフローティングゲート電極FG間に位置する部分に形成されたn+不純物領域NDと、n+不純物領域ND上に形成された絶縁膜350と、アシストゲート電極AG上からフローティングゲート電極FG上に絶縁膜340を介して設けられるコントロールゲート電極CGとを備え、フローティングゲート電極FG下に位置するゲート絶縁膜320は、互いにバリアハイトが異なる第1と第2部分321,322を有している。より具体的には、ゲート絶縁膜320の第2部分322は第1部分321に対してn+不純物領域ND側に位置し、第2部分322のバリアハイトは第1部分321のバリアハイトよりも高い。
(Embodiment 3)
FIG. 28 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the third embodiment. Referring to FIG. 28, semiconductor device 300 according to the present embodiment is a combination of characteristic portions of semiconductor devices 100 and 200 according to the first and second embodiments. That is, the semiconductor device 300 includes a semiconductor substrate 310 having a groove 311 formed on the main surface, a plurality of semiconductor devices 310 formed on the main surface of the semiconductor substrate 310 via the gate insulating film 320, and an inversion layer formed on the semiconductor substrate 310. An assist gate electrode AG that can be formed, and a plurality of charge storage floating gate electrodes FG that are formed on the main surface of the semiconductor substrate 310 between the plurality of assist gate electrodes AG via the gate insulating film 320. The n + impurity region ND formed in a portion located between the plurality of floating gate electrodes FG in the semiconductor substrate 310, the insulating film 350 formed on the n + impurity region ND, and the floating gate electrode FG from above the assist gate electrode AG. And a control gate electrode CG provided via an insulating film 340 The gate insulating film 320 located under the floating gate electrode FG has first and second portions 321 and 322 which barrier height are different from each other. More specifically, the second portion 322 of the gate insulating film 320 is positioned on the n + impurity region ND side with respect to the first portion 321, and the barrier height of the second portion 322 is higher than the barrier height of the first portion 321.

上記構成によれば、実施の形態1,2に係る半導体装置100,200の双方の効果を得ることができる。すなわち、本実施の形態によれば、半導体装置300において、フローティングゲート電極FGからの電荷の漏れを抑制しながら該フローティングゲート電極FGへの書込み効率を向上させ、かつ、アシストゲート電極AG下に形成される反転層ILの抵抗を抑制することができる。   According to the above configuration, the effects of both of the semiconductor devices 100 and 200 according to the first and second embodiments can be obtained. That is, according to the present embodiment, in the semiconductor device 300, the write efficiency to the floating gate electrode FG is improved while suppressing the leakage of charges from the floating gate electrode FG, and the semiconductor device 300 is formed under the assist gate electrode AG. The resistance of the inversion layer IL to be applied can be suppressed.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の実施の形態1に係る半導体装置の上面図である。1 is a top view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 図1におけるII−II断面図である。It is II-II sectional drawing in FIG. 図1におけるIII−III断面図である。It is III-III sectional drawing in FIG. 本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法における第1工程を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the 1st process in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法における第2工程を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the 2nd process in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法における第3工程を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the 3rd process in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法における第4工程を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the 4th process in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法における第5工程を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the 5th process in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法における第6工程を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the 6th process in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法における第7工程を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the 7th process in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法における第8工程を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the 8th process in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の上面図である。It is a top view of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 図12におけるXIII−XIII断面図である。It is XIII-XIII sectional drawing in FIG. 図12におけるXIV−XIV断面図である。It is XIV-XIV sectional drawing in FIG. 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法における第1工程を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the 1st process in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法における第2工程を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the 2nd process in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法における第3工程を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the 3rd process in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法における第4工程を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the 4th process in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法における第5工程を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the 5th process in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法における第6工程を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the 6th process in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法における第7工程を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the 7th process in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法における第8工程を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the 8th process in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法における第9工程を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the 9th process in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法における第10工程を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the 10th process in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法における第11工程を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the 11th process in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法における第12工程を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the 12th process in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法における第13工程を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the 13th process in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which concerns on Embodiment 3 of this invention. 反転層抵抗の増大を説明する図(その1)である。It is FIG. (1) explaining increase of inversion layer resistance. 反転層抵抗の増大を説明する図(その2)である。FIG. 6 is a diagram (part 2) for explaining an increase in inversion layer resistance;

符号の説明Explanation of symbols

100,200,300 半導体装置、110,210,310 半導体基板、120,121,122,220,221,222,320,321,322 ゲート絶縁膜、130,140,150,160,170,215,230,240,250,260,270,330,340,350,360 絶縁膜、211,311 溝部、216 開口部、AG アシストゲート電極、CG コントロールゲート電極、FG フローティングゲート電極、AG0,CG0,FG0 導電膜、IL 反転層、DN n+不純物領域。   100, 200, 300 Semiconductor device, 110, 210, 310 Semiconductor substrate, 120, 121, 122, 220, 221, 222, 320, 321, 322 Gate insulating film, 130, 140, 150, 160, 170, 215, 230 , 240, 250, 260, 270, 330, 340, 350, 360 Insulating film, 211, 311 Groove part, 216 opening part, AG assist gate electrode, CG control gate electrode, FG floating gate electrode, AG0, CG0, FG0 conductive film , IL inversion layer, DN n + impurity region.

Claims (9)

半導体基板と、
前記半導体基板の主表面上にゲート絶縁膜を介して複数形成され、前記半導体基板に反転層を形成することが可能なアシストゲート電極と、
前記半導体基板の主表面上における複数の前記アシストゲート電極間に位置する部分にゲート絶縁膜を介して複数形成された、電荷蓄積用のフローティングゲート電極と、
前記アシストゲート電極上から前記フローティングゲート電極上に絶縁膜を介して設けられたコントロールゲート電極と、
前記半導体基板における複数の前記フローティングゲート電極間に位置する部分に形成された不純物領域とを備え、
前記フローティングゲート電極下に位置する前記ゲート絶縁膜は、互いにバリアハイトが異なる第1と第2部分を有する、半導体装置。
A semiconductor substrate;
A plurality of assist gate electrodes formed on the main surface of the semiconductor substrate via a gate insulating film and capable of forming an inversion layer on the semiconductor substrate;
A plurality of floating gate electrodes for charge accumulation formed on the main surface of the semiconductor substrate via a gate insulating film in a portion located between the plurality of assist gate electrodes;
A control gate electrode provided on the floating gate electrode via an insulating film from the assist gate electrode;
An impurity region formed in a portion located between the plurality of floating gate electrodes in the semiconductor substrate,
The semiconductor device, wherein the gate insulating film located under the floating gate electrode includes first and second portions having different barrier heights.
前記ゲート絶縁膜の前記第2部分は前記第1部分に対して前記不純物領域側に位置し、
前記第2部分のバリアハイトは前記第1部分のバリアハイトよりも高い、請求項1に記載の半導体装置。
The second portion of the gate insulating film is located on the impurity region side with respect to the first portion;
The semiconductor device according to claim 1, wherein a barrier height of the second portion is higher than a barrier height of the first portion.
前記不純物領域上に形成された他の絶縁膜をさらに備え、
前記他の絶縁膜のバリアハイトは、前記第1部分のバリアハイトよりも高い、請求項1または請求項2に記載の半導体装置。
Further comprising another insulating film formed on the impurity region,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a barrier height of the other insulating film is higher than a barrier height of the first portion.
前記半導体基板の主表面に溝部が形成され、
前記溝部内から前記半導体基板の主表面上に前記アシストゲート電極が形成された、請求項1から請求項3のいずれかに記載の半導体装置。
Grooves are formed on the main surface of the semiconductor substrate,
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the assist gate electrode is formed on the main surface of the semiconductor substrate from within the groove. 5.
主表面に溝部が形成された半導体基板と、
前記半導体基板の主表面上における前記溝部の両側にゲート絶縁膜を介して形成された電荷蓄積用の第1ゲート電極と、
前記溝部内から前記半導体基板の主表面上にゲート絶縁膜を介して形成された第2ゲート電極と、
前記第1ゲート電極上から前記第2ゲート電極上に絶縁膜を介して設けられる第3ゲート電極とを備えた、半導体装置。
A semiconductor substrate having a groove formed on the main surface;
A charge storage first gate electrode formed on both sides of the groove on the main surface of the semiconductor substrate via a gate insulating film;
A second gate electrode formed on the main surface of the semiconductor substrate through the gate insulating film from within the trench,
A semiconductor device comprising: a third gate electrode provided on the second gate electrode through an insulating film from the first gate electrode.
半導体基板の主表面上に第1ゲート絶縁膜を介して第1導電膜を形成する工程と、
前記第1導電膜をパターニングする工程と、
パターニングされた前記第1導電膜の側壁上に第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜をマスクとして前記第1ゲート絶縁膜をパターニングする工程と、
前記第1絶縁膜の幅を減じて、パターニングされた前記第1ゲート絶縁膜を露出させる工程と、
前記半導体基板の主表面における前記第1ゲート絶縁膜が除去された部分に、該第1ゲート絶縁膜よりも高いバリアハイトを有する第2ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第1と第2ゲート絶縁膜上から前記第1絶縁膜の側壁上に第2導電膜を形成する工程と、
前記半導体基板における前記第2導電膜に隣接する部分に不純物領域を形成する工程と、
前記第2導電膜上に第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第2絶縁膜上に第3導電膜を形成する工程と、
前記第3導電膜をパターニングする工程とを備えた、半導体装置の製造方法。
Forming a first conductive film on a main surface of a semiconductor substrate via a first gate insulating film;
Patterning the first conductive film;
Forming a first insulating film on a sidewall of the patterned first conductive film;
Patterning the first gate insulating film using the first insulating film as a mask;
Reducing the width of the first insulating film to expose the patterned first gate insulating film;
Forming a second gate insulating film having a barrier height higher than that of the first gate insulating film on a portion of the main surface of the semiconductor substrate where the first gate insulating film is removed;
Forming a second conductive film on the sidewalls of the first insulating film from the first and second gate insulating films;
Forming an impurity region in a portion of the semiconductor substrate adjacent to the second conductive film;
Forming a second insulating film on the second conductive film;
Forming a third conductive film on the second insulating film;
And a step of patterning the third conductive film.
前記不純物領域上に第3絶縁膜を形成する工程をさらに備え、
前記第3絶縁膜のバリアハイトは、前記第1ゲート絶縁膜のバリアハイトよりも高い、請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
A step of forming a third insulating film on the impurity region;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein a barrier height of the third insulating film is higher than a barrier height of the first gate insulating film.
前記半導体基板の主表面に溝部を形成する工程をさらに備え、
前記溝部内から前記半導体基板の主表面上に前記第1導電膜を形成する、請求項6または請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
Further comprising forming a groove in the main surface of the semiconductor substrate;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the first conductive film is formed on the main surface of the semiconductor substrate from within the groove.
半導体基板の主表面に溝部を形成する工程と、
前記溝部内から前記半導体基板の主表面上にゲート絶縁膜を介して第1導電膜を形成する工程と、
前記第1導電膜をパターニングする工程と、
前記第1導電膜の側壁上に第1絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体基板の主表面上から前記第1絶縁膜の側壁上に第2導電膜を形成する工程と、
前記第2導電膜上に第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第2絶縁膜上に第3導電膜を形成する工程と、
前記第3導電膜をパターニングする工程とを備えた半導体装置の製造方法。
Forming a groove in the main surface of the semiconductor substrate;
Forming a first conductive film on the main surface of the semiconductor substrate from within the trench via a gate insulating film;
Patterning the first conductive film;
Forming a first insulating film on a sidewall of the first conductive film;
Forming a second conductive film from a main surface of the semiconductor substrate on a sidewall of the first insulating film;
Forming a second insulating film on the second conductive film;
Forming a third conductive film on the second insulating film;
And a step of patterning the third conductive film.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102547163A (en) * 2010-10-19 2012-07-04 索尼公司 Imaging apparatus and imaging method

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