JP2007067038A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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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。
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.
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
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
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
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
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
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、Al2O3、SiN、HfO2、ZrO2、La2O3、Pr2O3、SrTiO2、BaSrTiO3、TiO2、AlN、Ta2O5、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Al2O3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
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
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
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
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
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
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
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Al2O3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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
たとえば、ゲート絶縁膜121としてAl2O3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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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,
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
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.
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)
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.
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.
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.
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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JP2005248955A JP2007067038A (en) | 2005-08-30 | 2005-08-30 | Semiconductor device and its manufacturing method |
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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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2005
- 2005-08-30 JP JP2005248955A patent/JP2007067038A/en not_active Withdrawn
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