JP2007067362A - Method for manufacturing non-volatile semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非導電性電荷トラップ層を記憶素子に用いる不揮発性半導体記憶装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device using a non-conductive charge trap layer as a memory element.
近年、不揮発性半導体記憶装置の高集積化、低コスト化に伴って、非導電性電荷トラップ層(SiNなど)を記憶素子に用い、局所的に電荷トラップさせるMONOSメモリ技術が提案されている。 In recent years, with higher integration and lower cost of nonvolatile semiconductor memory devices, MONOS memory technology has been proposed in which a non-conductive charge trap layer (such as SiN) is used as a memory element to locally trap charges.
先行技術によるMONOSメモリは、ゲート領域の非導電性電荷トラップ層全体に電荷を蓄積していたため、1つのメモリセルに1ビット分のデータを記憶することしかできなかった。しかし、非導電性電荷トラップ層(SiNなど)に局所的に電荷をトラップさせる局所トラップ型MONOSメモリ技術を用いると、1つのメモリセルに2ビット分のデータを記憶することができるため、高集積化、低コスト化に有利である。つまり、局所トラップ型MONOSメモリは、トラップ膜(SiN)のソース側とドレイン側のそれぞれに、独立に電荷を蓄積することができる。このため、ソース側の電荷の有無で1ビット、ドレイン側の電荷の有無で1ビット、計2ビットを記憶可能である。 In the MONOS memory according to the prior art, since charges are accumulated in the entire non-conductive charge trap layer in the gate region, only one bit of data can be stored in one memory cell. However, if a local trap type MONOS memory technology that traps charges locally in a non-conductive charge trap layer (SiN or the like) is used, data of 2 bits can be stored in one memory cell. This is advantageous for reducing the cost and cost. That is, the local trap type MONOS memory can accumulate charges independently on the source side and the drain side of the trap film (SiN). For this reason, 1 bit can be stored depending on whether or not there is a charge on the source side, and 1 bit can be stored depending on whether or not there is a charge on the drain side.
局所トラップ型MONOSメモリの多くは、セルサイズを小さくするために埋め込みビット線構造を用いる場合が多く、さまざまな製造方法が提案されている。 Many local trap type MONOS memories often use a buried bit line structure in order to reduce the cell size, and various manufacturing methods have been proposed.
以下、図面を参照しながら、先行技術による埋め込みビット線構造の不揮発性半導体記憶装置の製造方法について説明する(例えば、特許文献1参照)。 Hereinafter, a method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device having a buried bit line structure according to the prior art will be described with reference to the drawings (for example, see Patent Document 1).
まず、図1、図2、図14〜図17を用いて、メモリセルアレイ構造を説明する。 First, the memory cell array structure will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 14 to 17.
図1は、メモリセルアレイの電気的接続構造を示す回路図である。図1に示すように、行方向にワード線(WL0〜WL3)が、列方向にビット線(BL0〜BL4)が、それぞれ配置されている。実際には、多数のワード線およびビット線から構成されているが、ここでは簡単のため、16セル分の回路図を示している。 FIG. 1 is a circuit diagram showing an electrical connection structure of a memory cell array. As shown in FIG. 1, word lines (WL0 to WL3) are arranged in the row direction, and bit lines (BL0 to BL4) are arranged in the column direction. Actually, it is composed of a large number of word lines and bit lines, but for simplicity, a circuit diagram for 16 cells is shown here.
ワード線は、行方向に配置されたメモリセルのゲート電極どうしを電気的に接続し、ビット線は、列方向に配置されたメモリセルのソース・ドレイン拡散層どうしを電気的に接続している。さらに、行方向に隣接するメモリセルのソース・ドレイン拡散層は、電気的に短絡していることが特徴である。これにより、稠密なメモリセル配置が可能となる。 The word line electrically connects the gate electrodes of the memory cells arranged in the row direction, and the bit line electrically connects the source / drain diffusion layers of the memory cells arranged in the column direction. . Further, the source / drain diffusion layers of memory cells adjacent in the row direction are electrically short-circuited. Thereby, dense memory cell arrangement is possible.
図2は、図1で説明したメモリセルアレイの平面図である。図2に示すように、行方向にワード線電極3が配置され、列方向にビット線拡散層1が配置されており、それぞれワード線およびビット線を構成している。隣接するビット線拡散層1の間には分離拡散層2が配置されており、隣接するビット線拡散層1を電気的に分離している。なお、断面図で説明するが、ビット線拡散層1と分離拡散層2はワード線電極3の下にも埋め込まれて列方向に延伸しており、いわゆる埋め込みビット線構造になっている。
FIG. 2 is a plan view of the memory cell array described in FIG. As shown in FIG. 2, a
なお、図2には、図14〜図17で説明する断面図の切り口を記号A、B、C、Dで示している。 In FIG. 2, cut sections of the cross-sectional views described in FIGS. 14 to 17 are indicated by symbols A, B, C, and D.
図14は、図2のA−A断面図である。図14に示すように、半導体基板上に形成されたP型ウェル4上にビット線拡散層1と分離拡散層2とが交互に形成され、その上部に電荷トラップ層5が形成され、電荷トラップ層5の上部に下部ゲート電極6と埋め込み絶縁膜7とが交互に形成され、その上部にワード線電極3が配置されている。なお、以降の製造方法で詳述するが、ビット線拡散層1は隣接する下部ゲート電極6同士の間に自己整合的に形成されている。また、電荷トラップ層5は、通常、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜の3層構造からなっている。
14 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. As shown in FIG. 14, bit
図15は、図2のB−B断面図である。図15に示すように、P型ウェル4上にビット線拡散層1と分離拡散層2とが交互に形成され、その上部に電荷トラップ層5が形成されている。実際には、その上部にメタル層間絶縁膜が形成されるが、ここでは図示を省略している。
15 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. As shown in FIG. 15, bit
図16は、図2のC−C断面図である。図16に示すように、P型ウェル4上に分離拡散層2が形成され、その上部に電荷トラップ層5が形成され、電荷トラップ層5の上部にスタックゲート状に形成された下部ゲート電極6とワード線電極3とが配置されている。実際には、このスタックゲートの間およびその上部にメタル層間絶縁膜が形成されるが、ここでは図示を省略している。
16 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. As shown in FIG. 16, the
図17は、図2のD−D断面図である。図17に示すように、P型ウェル4上にビット線拡散層1が形成され、その上部に電荷トラップ層5が形成され、電荷トラップ層5の上部に埋め込み絶縁膜7が形成され、その上にワード線電極3が配置されている。
17 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG. As shown in FIG. 17, the bit
次に、図18(a)、(b)〜図22(a)、(b)(図2のA−A断面図およびC−C断面図)を用いて、埋め込みビット線構造の半導体記憶装置の製造方法を説明する。 Next, referring to FIGS. 18A and 18B to FIGS. 22A and 22B (cross-sectional views taken along the lines AA and CC in FIG. 2), a semiconductor memory device having a buried bit line structure. The manufacturing method will be described.
まず、図18(a)、(b)に示すように、半導体基板上に、P型ウェル4、分離拡散層2、電荷トラップ層5、下部ゲート電極6、ビット線加工膜8を順次形成する。ここで、P型ウェル4はボロン注入により形成され、分離拡散層2は、P型ウェル4よりも浅いボロン注入により形成され、電荷トラップ層5は、下から約7nmのシリコン酸化膜、10nmのシリコン窒化膜、10nmのシリコン酸化膜から形成され、下部ゲート電極6は、約100nmのポリシリコン膜から形成され、ビット線加工膜8は、約10nmのシリコン酸化膜と約100nmのシリコン窒化膜から形成される。
First, as shown in FIGS. 18A and 18B, a P-
次に、図19(a)、(b)に示すように、A−A断面図において、ビット線形成マスクにより、ビット線加工膜8と下部ゲート電極6とを加工し、さらに、これらをマスクとして自己整合的にイオン注入法によりビット線拡散層1を形成する。ここで、ビット線加工膜8と下部ゲート電極6は、通常、最小加工ルールのピッチで加工される。また、ビット線拡散層1は、砒素注入により形成される。ここで、ビット線加工膜8は下部ゲート電極6を形成するためのハードマスクとして使用されている。
Next, as shown in FIGS. 19A and 19B, in the AA sectional view, the bit
次に、図20(a)、(b)に示すように、全面に埋め込み絶縁膜7を堆積し、CMP法により平坦化する。ここで、埋め込み絶縁膜7には、通常、シリコン酸化膜が用いられる。
Next, as shown in FIGS. 20A and 20B, a buried
次に、図21(a)、(b)に示すように、ビット線加工膜8を除去し、ワード線電極3を全面に堆積する。ここで、ワード線電極3は、約100nmのポリシリコン膜から形成される。
Next, as shown in FIGS. 21A and 21B, the bit line processed
次に、図22(a)、(b)に示すように、ワード線形成マスクを用いて、ワード線電極3と下部ゲート電極6とをスタックゲート状に加工する。ここでワード線形成マスクは、通常、最小加工ルールのピッチで加工される。
Next, as shown in FIGS. 22A and 22B, the
以上のように、先行技術では、2層のポリシリコン膜およびCMP法による埋め込み酸化膜を利用することにより、埋め込みビット線構造を実現している。
しかしながら、上記の先行技術では、下部ゲート電極6を形成しているため、加工する材料の高さが高くなり、加工精度を考慮すると微細化が困難である。さらに、製造プロセスが複雑であり、製造コストが高くなる。
However, in the above prior art, since the
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、不揮発性半導体記憶装置の微細化に対応でき、より簡便なプロセスで不揮発性半導体記憶装置を製造することができる不揮発性半導体記憶装置の製造方法を実現することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and can be applied to miniaturization of a nonvolatile semiconductor memory device, and a nonvolatile semiconductor memory device can be manufactured by a simpler process. The aim is to realize the method.
上記の目的を達成するため、本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、ビット線を形成する際に加工する材料を例えばシリコン窒化膜からなる単層膜のみとし、ワード線を形成する際に加工する材料を例えばポリシリコン膜からなる単層膜のみとする。 In order to achieve the above object, the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention uses a single-layer film made of, for example, a silicon nitride film as a material to be processed when forming a bit line, and forms a word line. The material to be processed is only a single layer film made of, for example, a polysilicon film.
具体的に、本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板上に電荷トラップ層を形成する第1の工程と、電荷トラップ層上にビット線加工膜を形成する第2の工程と、ビット線加工膜を選択的にエッチング除去してビット線形成用の開口部を形成する第3の工程と、開口部から半導体基板中にビット線形成用不純物を導入する第4の工程と、開口部に絶縁膜を埋め込んだ後、ビット線加工膜の上部を露出させる第5の工程と、ビット線加工膜を除去する第6の工程と、ビット線加工膜が除去された領域および絶縁膜上にゲート電極形成膜を形成する第7の工程と、前記ゲート電極形成膜を選択的にエッチング除去してワード線を形成する第8の工程とを含む。 Specifically, the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention includes a first step of forming a charge trap layer on a semiconductor substrate, and a second step of forming a bit line processed film on the charge trap layer. A third step of selectively etching away the bit line processed film to form an opening for forming the bit line; a fourth step of introducing impurities for forming the bit line into the semiconductor substrate from the opening; A fifth step of exposing the upper portion of the bit line processed film after embedding the insulating film in the opening, a sixth step of removing the bit line processed film, a region from which the bit line processed film is removed, and the insulating film; A seventh step of forming a gate electrode formation film thereon, and an eighth step of selectively removing the gate electrode formation film by etching to form a word line;
この方法によれば、ゲート電極の高さを低くでき、かつ、簡便な製造方法を実現できる。 According to this method, the height of the gate electrode can be reduced, and a simple manufacturing method can be realized.
上記の本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法においては、電荷トラップ層が、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜およびシリコン酸化膜の3層からなることが好ましい。 In the above-described method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the charge trap layer is preferably composed of three layers of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film.
この方法によれば、MONOS型メモリを形成できる。 According to this method, a MONOS type memory can be formed.
また、上記本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法においては、電荷トラップ層が、微小なシリコン粒を含むシリコン酸化膜からなる構成でもよい。 In the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the charge trap layer may be composed of a silicon oxide film containing minute silicon grains.
この方法によれば、ナノクリスタルメモリを形成できる。 According to this method, a nanocrystal memory can be formed.
また、上記本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法においては、ビット線加工膜が例えば単層のシリコン窒化膜からなる。 In the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the bit line processed film is made of, for example, a single layer silicon nitride film.
この方法によれば、半導体製造の一般的な材料で製造が可能である。 According to this method, it is possible to manufacture with a general material for semiconductor manufacturing.
また、上記本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法においては、ゲート電極形成膜が例えば単層のポリシリコン膜からなる。 In the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the gate electrode formation film is made of, for example, a single layer polysilicon film.
この方法によれば、半導体製造の一般的な材料で製造が可能である。 According to this method, it is possible to manufacture with a general material for semiconductor manufacturing.
また、上記本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法においては、第3の工程と第5の工程との間に、酸化工程があることが好ましい。 In the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, it is preferable that an oxidation step is provided between the third step and the fifth step.
この方法によれば、不純物注入時の保護酸化膜厚を確保できる。 According to this method, a protective oxide film thickness at the time of impurity implantation can be secured.
また、上記本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法においては、第6の工程と第7の工程との間に、酸化工程があることが好ましい。 In the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, it is preferable that an oxidation step is provided between the sixth step and the seventh step.
この方法によれば、電荷トラップ層の膜特性を向上できる。 According to this method, the film characteristics of the charge trap layer can be improved.
また、上記本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法においては、第6の工程と第7の工程との間に、半導体基板中に不純物を導入する工程があることが好ましい。 In the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, it is preferable that an impurity is introduced into the semiconductor substrate between the sixth step and the seventh step.
この方法によれば、不純物の拡散を抑えることができ、より微細なメモリを形成できる。 According to this method, diffusion of impurities can be suppressed and a finer memory can be formed.
この方法によれば、イオン注入後の熱処理を低減することができ、しきい値電圧制御用のイオン(不純物)の深さ方向分布を抑制することができ、ショートチャネル効果に強くなり、微細化に有利である。 According to this method, the heat treatment after ion implantation can be reduced, the distribution in the depth direction of ions (impurities) for controlling the threshold voltage can be suppressed, the short channel effect can be enhanced, and miniaturization can be achieved. Is advantageous.
また、上記本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法においては、第2の工程は、ビット線加工膜上にさらにハードマスク膜を形成する工程を含み、第3の工程は、ハードマスク膜およびビット線加工膜を選択的にエッチング除去してビット線形成用の開口部を形成することが好ましい。 In the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the second step includes a step of further forming a hard mask film on the bit line processed film, and the third step includes a hard mask film and It is preferable to selectively etch away the bit line processed film to form an opening for forming a bit line.
この方法によれば、注入したイオンが電荷トラップ層に突き抜けないために必要な膜厚を、ハードマスク膜とビット線加工膜により確保し、かつ、埋め込み絶縁膜の高さをビット線加工膜8の膜厚で制御するため、それぞれに最適な膜厚を設定できる。
According to this method, a film thickness necessary for preventing implanted ions from penetrating into the charge trap layer is ensured by the hard mask film and the bit line processed film, and the height of the buried insulating film is set by the bit line processed
また、上記本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法においては、例えばハードマスク膜がシリコン酸化膜からなる。 In the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, for example, the hard mask film is made of a silicon oxide film.
この方法によれば、半導体製造の一般的な材料で製造が可能である。 According to this method, it is possible to manufacture with a general material for semiconductor manufacturing.
本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法によれば、ビット線を形成する際に加工する材料を単層膜のみにできるため、ビット線加工時の材料の高さを低くできる。また、ワード線を形成する際に加工する材料を単層膜のみにできるため、ワード線加工時の材料の高さを低くでき、したがって精度よく加工を行うことが可能となる。 According to the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, since the material to be processed when forming the bit line can be only a single layer film, the height of the material at the time of bit line processing can be reduced. In addition, since the material to be processed when forming the word line can be only a single layer film, the height of the material at the time of word line processing can be reduced, and therefore processing can be performed with high accuracy.
さらに、単層のビット線加工膜で埋め込みビット線構造を形成できるため、製造プロセスが簡便になり、精度のよい加工が可能となり、しかも先行技術のような電気的接続の不安定性も生じない。 Furthermore, since a buried bit line structure can be formed with a single-layer bit line processed film, the manufacturing process is simplified, accurate processing is possible, and instability of electrical connection as in the prior art does not occur.
(第1の実施の形態)
以下、本発明の第1の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
(First embodiment)
A method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、図1〜図6を用いて、メモリセルアレイ構造を説明する。 First, the memory cell array structure will be described with reference to FIGS.
図1および図2は、先行技術と同じであるので、説明を省略する。 Since FIG. 1 and FIG. 2 are the same as the prior art, description thereof is omitted.
図3は、図2のA−A断面図である。図のように、P型ウェル4上にビット線拡散層1と分離拡散層2とが交互に形成され、その上部に電荷トラップ層5が形成され、電荷トラップ層5の上部に、埋め込み絶縁膜7がスリット状に形成され、その間と上部にワード線電極3が配置されている。なお、あとで製造方法を述べるが、ビット線拡散層1は、埋め込み絶縁膜7の直下に、自己整合的に形成されている。また、電荷トラップ層5は、通常、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜の3層構造からなっているが、微小なシリコン粒を含むシリコン酸化膜などでも良い。
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. As shown in the figure, bit
図4は、図2のB−B断面図である。図のように、P型ウェル4上にビット線拡散層1と分離拡散層2とが交互に形成され、その上部に電荷トラップ層5が形成されている。実際には、その上部にメタル層間絶縁膜が形成されるが、ここでは図示を省略している。
4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. As shown in the figure, bit
図5は、図2のC−C断面図である。図のように、P型ウェル4上に分離拡散層2が形成され、その上部に電荷トラップ層5が形成され、電荷トラップ層5の上部にワード線電極3が配置されている。実際には、このワード線電極3の間およびその上部にメタル層間絶縁膜が形成されるが、ここでは図示を省略している。
5 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. As shown in the figure, an
図6は、図2のD−D断面図である。図のように、P型ウェル4上にビット線拡散層1が形成され、その上部に電荷トラップ層5が形成され、電荷トラップ層5の上部に埋め込み絶縁膜7が形成され、その上にワード線電極3が配置されている。
6 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG. As shown in the figure, a bit
次に、図7(a)、(b)〜図12(a)、(b)(図2のA−A断面図およびC−C断面図)を用いて、埋め込みビット線構造の製造方法を説明する。 Next, with reference to FIGS. 7A and 7B to FIGS. 12A and 12B (cross-sectional views taken along the lines AA and CC in FIG. 2), a method for manufacturing a buried bit line structure will be described. explain.
まず、図7(a)、(b)に示すように、半導体基板上に、P型ウェル4、分離拡散層2、電荷トラップ層5、ビット線加工膜8を順次形成する。ここで、P型ウェル4はボロン注入により形成され、分離拡散層2は、P型ウェル4よりも浅いボロン注入により形成され、電荷トラップ層5は、下から約7nmのシリコン酸化膜、約10nmのシリコン窒化膜、約10nmのシリコン酸化膜から形成され、ビット線加工膜8は、約100nmのシリコン窒化膜から形成される。
First, as shown in FIGS. 7A and 7B, a P-
なお、分離拡散層2を形成するための注入は、メモリセルのしきい値電圧制御用注入も兼ねているが、メモリセルのしきい値電圧制御用注入は、本発明の第3の実施の形態で述べるように、別工程で注入することも可能である。さらに、分離拡散層2は、ワード線電極3を加工した後に、ワード線電極3の間にのみ注入しても良い。
The implantation for forming the
次に、図8(a)、(b)に示すように、A−A断面図において、ビット線形成マスクにより、ビット線加工膜8を加工し、この加工したビット線加工膜8をマスクとして自己整合的にイオン注入法によりビット線拡散層1を形成する。ここで、ビット線加工膜8は、通常、最小加工ルールのピッチで加工される。ビット線拡散層1は、砒素注入により形成される。ここで、先行技術と異なり、ビット線加工膜8の下層には下部ゲート電極6はなく、電荷トラップ層5が直接形成されているため、加工されたビット線加工膜8の高さは、先行技術に比べて低い。
Next, as shown in FIGS. 8A and 8B, in the AA sectional view, the bit
なお、ビット線加工膜8の膜厚は、注入したイオンが電荷トラップ層5に突き抜けないように設定することが重要である。
It is important that the thickness of the bit line processed
なお、ビット線加工膜8を加工する際に、電荷トラップ層5として形成したONO膜(シリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜)の全てを残しても良いし、逆に全てを除去しても良いし、また、それらの層のうちの一部を残しても良い。つまり、電荷トラップ層5は、隣接するメモリセル間に跨って存在しても良いし、ビット線拡散層が露出するまで除去してもかまわない。これは、ビット線拡散層上の(埋め込み)絶縁膜領域が電荷トラップ層とその上に形成される埋め込み絶縁膜との積層構造になるか、埋め込み絶縁膜の単層構造になるかの違いであり、隣接メモリセルを分ける絶縁膜としては同じであるからである。
When the bit line processed
次に、図9(a)、(b)に示すように、全面に埋め込み絶縁膜7を堆積し、CMP法により平坦化する。ここで、埋め込み絶縁膜7には、シリコン酸化膜が用いられる。
Next, as shown in FIGS. 9A and 9B, a buried insulating
次に、図10(a)、(b)に示すように、ビット線加工膜8を除去する。
Next, as shown in FIGS. 10A and 10B, the bit line processed
次に、図11(a)、(b)に示すように、ワード線電極3を全面に堆積する。ここで、ワード線電極3は、約100〜200nmのポリシリコン膜から形成される。
Next, as shown in FIGS. 11A and 11B, the
次に、図12に示すように、ワード線形成マスクを用いて、ワード線電極3を加工する。ここでワード線電極3は、通常、最小加工ルールのピッチで加工される。
Next, as shown in FIG. 12, the
以上のように、本実施の形態によれば、ビット線形成マスクで加工する膜が、約100nmの高さからなる単層のビット線加工膜8のみである。一方、先行技術では、下部ゲート電極6(約100〜200nmのポリシリコン膜)、ビット線加工膜8(約10nmのシリコン酸化膜と約100nmのシリコン窒化膜)の三層構造と複雑であり、かつ約200nmの高さを加工する必要があった。たとえば、最小加工寸法50nmとして、本実施の形態のアスペクト比(加工幅と高さの比)は2.0、先行技術のアスペクト比は4.0であり、本実施の形態のほうが精度良く加工できる。さらに、三層構造膜を加工する場合には、各層の境界でエッチング段差が生じやすく、また、場合によっては複数の加工装置を使用する必要もあり、プロセスの簡便性、安定性に課題が生じる。
As described above, according to the present embodiment, the film processed with the bit line formation mask is only the single-layer bit line processed
さらに、本実施の形態は埋め込み絶縁膜7を埋め込むビット線加工膜8のアスペクト比が低いため、埋め込みが容易である。これは、安定した埋め込み構造の実現、および安価な製造装置を使用できることを意味している。
Further, in the present embodiment, since the bit line processed
さらに、ビット線加工膜8を除去する際に、本実施の形態ではシリコン窒化膜の一層を除去すれば良いが、先行技術ではシリコン窒化膜を除去した後に、シリコン酸化膜を除去しなければならないため、工程が複雑である。これは、シリコン窒化膜をエッチング除去する際の下地選択比が、シリコン酸化膜ならば燐酸ボイル法などで大きくできるが、ポリシリコン膜では下地選択比が小さくなるためである。
Furthermore, when removing the bit line processed
さらに、ワード線電極3が単層のポリシリコン膜で形成されているため、先行技術のように下部ゲート電極6とワード線電極3の間の電気的接続の不安定性が生じない。
Furthermore, since the
さらに、ワード線電極3を加工する際に、約100〜200nm高さの単層ポリシリコン膜を加工すればよく、先行技術のような、約200nm高さの二層ポリシリコン膜を加工しなくてよい。このため、アスペクト比が小さく、二層ポリシリコン膜の境界部によるエッチング段差も生じないため、精度の良い加工が可能になる。
Furthermore, when the
以上説明したように、この実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の製造方法によると、半導体基板上に、P型ウェル4、分離拡散層2、電荷トラップ層5、ビット線加工膜8を順次形成し、ビット線形成マスクによりビット線加工膜8を加工し、これらをマスクとして自己整合的にイオン注入法によりビット線拡散層1を形成し、全面に埋め込み絶縁膜7を堆積し、CMP法により平坦化し、ビット線加工膜8を除去し、ワード線電極3を全面に堆積し、ワード線電極3を加工する。つまり、ビット線加工膜すなわちSiNダミーゲートを形成し、それを用いて埋め込み絶縁膜7を先に形成し、その後ビット線加工膜8を除去してからメモリセル毎に独立したゲート電極とワード線電極3とを同時形成された同一膜で形成している。
As described above, according to the method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment, the P-
これにより、ワード線を形成する際に加工する材料を単層のポリシリコン膜のみにできるため、ワード線加工時の材料の高さを低くできるとともに、単層のポリシリコンで埋め込みビット線構造を形成できるため、製造プロセスが簡便になる。 As a result, the material to be processed when forming the word line can be only a single-layer polysilicon film, so that the height of the material at the time of processing the word line can be reduced, and the buried bit line structure can be made of single-layer polysilicon. Since it can be formed, the manufacturing process is simplified.
なお、ここでは埋め込み絶縁膜7をビット線加工膜8の間に埋め込む方法としてCMP法を用いて説明したが、エッチバック法などの他の方法を用いても良い。
Although the CMP method has been described here as a method of embedding the buried insulating
(第2の実施の形態)
以下、本発明の第2の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
先行技術の図19は、ビット線形成マスクにより、ビット線加工膜8と下部ゲート電極6とを加工し、さらに、これらをマスクとして自己整合的にビット線拡散層1をイオン注入法により形成した工程である。通常、この後に酸化工程が入る。この酸化工程は、エッチングの残渣を酸化により除去する目的と、加工およびイオン注入による電荷トラップ層へのダメージを回復する目的のために実施される。
In FIG. 19 of the prior art, the bit
本実施の形態では、先行技術の図19に対応する図8、あるいは、先行技術にない工程である図10の工程で、酸化工程を入れる。先行技術では、図19の工程の酸化により下部ゲート電極6が酸化され、ゲート長が短くなるという課題があったが、本実施の形態の場合は、酸化工程時にゲート電極となるポリシリコン膜がないため、このような問題は生じない。
In the present embodiment, an oxidation step is inserted in the step of FIG. 8 corresponding to FIG. 19 of the prior art or the step of FIG. In the prior art, there has been a problem that the
さらに、図10の工程で酸化工程を入れることにより、メモリのゲート酸化膜となる領域を直接酸化できるため、信頼性の向上が期待できる。 Furthermore, by including an oxidation step in the step of FIG. 10, the region that becomes the gate oxide film of the memory can be directly oxidized, so that improvement in reliability can be expected.
(第3の実施の形態)
以下、本発明の第3の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施の形態では、図10の工程で、図13に示すようなイオン注入工程を入れる。先行技術では、製造工程の初期において下部ゲート電極6を成長するため、しきい値電圧を制御するイオン注入は、下部ゲート電極6の成長工程の前になされなければならない。しかしながら、この工程でしきい値電圧を制御するイオン注入を行なうと、その後に複数の熱処理工程を経るため、しきい値電圧制御用のイオン(不純物)の深さ方向分布が広がってしまい、ショートチャネル効果に対して弱くなり、微細化に課題を生じる。
In the present embodiment, an ion implantation process as shown in FIG. 13 is performed in the process of FIG. In the prior art, since the
一方、本実施の形態の場合、ワード線電極3の製造工程を最終段階で実施するため、しきい値電圧を制御するイオン注入を、図10の工程で実施することが可能である。このため、イオン注入後の熱処理を低減することができ、しきい値電圧制御用のイオン(不純物)の深さ方向分布を抑制することができ、ショートチャネル効果に強くなり、微細化に有利である。
On the other hand, in the case of the present embodiment, since the manufacturing process of the
(第4の実施の形態)
以下、本発明の第4の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
(Fourth embodiment)
A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
基本的な構造は、第1の実施の形態と同一であるため、図23(a)、(b)〜図27(a)、(b)(図2のA−A断面図およびC−C断面図)を用いて、第4の実施の形態の埋め込みビット線構造の製造方法を説明する。 Since the basic structure is the same as that of the first embodiment, FIGS. 23 (a) and (b) to FIGS. 27 (a) and 27 (b) (A-A cross-sectional view and CC of FIG. 2). The method for manufacturing the buried bit line structure according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG.
まず、図23(a)、(b)に示すように、半導体基板上に、P型ウェル4、分離拡散層2、電荷トラップ層5、ビット線加工膜8、ハードマスク膜9を順次形成する。ここで、ビット線加工膜8は約50〜100nmのシリコン窒化膜、ハードマスク膜9は約50〜150nmのシリコン酸化膜から形成されることが望ましい。
First, as shown in FIGS. 23A and 23B, a P-
ここでハードマスクとは、有機材料であるレジストマスクに対して、無機材料(場合によっては金属膜も含む)である例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の材料を他の部材をエッチングする際にマスクとして用いたときの呼称である。 Here, the hard mask refers to an inorganic material (including a metal film in some cases), such as a silicon oxide film or a silicon nitride film, when etching other members with respect to a resist mask that is an organic material. This is the name when used as a mask.
次に、図24(a)、(b)に示すように、A−A断面図において、ビット線形成マスクにより、ハードマスク膜9とビット線加工膜8を順次加工し、この加工したハードマスク膜9とビット線加工膜8をマスクとして自己整合的にイオン注入法によりビット線拡散層1を形成する。ここで、ハードマスク膜9とビット線加工膜8を合わせた膜厚で、注入したイオンが電荷トラップ層5に突き抜けないように設定することが重要である。
Next, as shown in FIGS. 24A and 24B, in the AA cross-sectional view, the
次に、図25(a)、(b)に示すように、全面に埋め込み絶縁膜7を堆積し、CMP法などにより平坦化する。ここで、埋め込み絶縁膜7には、シリコン酸化膜を用いることが望ましい。CMP法では、ビット線加工膜8上で研磨を止めることが可能なため、埋め込み絶縁膜7の残り膜厚は、ビット線加工膜8の膜厚で高精度に制御可能である。なお、ハードマスク膜9は、埋め込み絶縁膜7と同じ材料であるため、埋め込み絶縁膜7と共にCMP法で研磨除去される。
Next, as shown in FIGS. 25A and 25B, a buried insulating
次に、図26(a)、(b)に示すように、ビット線加工膜8を除去する。ここで、ビット線加工膜8がシリコン窒化膜で形成される場合は、リン酸ボイル法により、電荷トラップ層5を残したまま除去可能である。
Next, as shown in FIGS. 26A and 26B, the bit line processed
次に、図27(a)、(b)に示すように、ワード線電極3を全面に堆積する。ここで、ワード線電極3は、約100〜200nmのポリシリコン膜から形成される。
Next, as shown in FIGS. 27A and 27B, the
以上のように、本実施の形態によれば、注入したイオンが電荷トラップ層5に突き抜けないために必要な膜厚を、ハードマスク膜9とビット線加工膜8により確保し、かつ、埋め込み絶縁膜7の高さはビット線加工膜8の膜厚で制御するため、それぞれに最適な膜厚を設定できる。
As described above, according to the present embodiment, the
特に、埋め込み絶縁膜7の高さが高くなると、ワード線電極3の上面に凸凹が生じるなど、加工が困難になるため、30〜70nm程度に抑えることが望ましい。
In particular, if the height of the buried insulating
なお、上記各実施の形態では、ビット線加工膜8として、上記の実施の形態では、シリコン窒化膜を用いたが、これに限定されることはなく、シリコン酸化膜など、シリコン窒化膜とは異なる他の絶縁膜も適用可能である。ただし、ハードマスクを用いる場合、シリコン酸化膜をビット線加工膜として用いるのであればハードマスクとしてシリコン窒化膜を用いるなど、ビット線加工膜として用いる絶縁膜とは異なる材質の絶縁膜をハードマスクとして用いる必要がある。
In each of the above-described embodiments, the silicon nitride film is used as the bit line processed
また、上記各実施の形態では、ワード線電極3としては、ポリシリコン膜を用いたが、ポリシリコン膜と異なる他の導電膜の適用可能である。
In each of the above embodiments, a polysilicon film is used as the
以上説明したように、本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、不揮発性半導体記憶装置の微細化に対応でき、より簡便なプロセスを実現できるものであり、特に非導電性の電荷トラップ層を記憶素子に用いる不揮発性半導体記憶装置の製造方法等に有用である。 As described above, the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention can cope with the miniaturization of the nonvolatile semiconductor memory device and can realize a simpler process, particularly a non-conductive charge trap layer. This is useful in a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device using the above as a memory element.
1 ビット線拡散層
2 分離拡散層
3 ワード線電極
4 P型ウェル
5 電荷トラップ層
6 下部ゲート電極
7 埋め込み絶縁膜
8 ビット線加工膜
9 ハードマスク膜
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記電荷トラップ層上にビット線加工膜を形成する第2の工程と、
前記ビット線加工膜を選択的にエッチング除去してビット線形成用の開口部を形成する第3の工程と、
前記開口部から前記半導体基板中にビット線形成用不純物を導入する第4の工程と、
前記開口部に絶縁膜を埋め込んだ後、前記ビット線加工膜の上部を露出させる第5の工程と、
前記ビット線加工膜を除去する第6の工程と、
前記ビット線加工膜が除去された領域および前記絶縁膜上にゲート電極形成膜を形成する第7の工程と、
前記ゲート電極形成膜を選択的にエッチング除去してワード線を形成する第8の工程とを含む不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 A first step of forming a charge trap layer on a semiconductor substrate;
A second step of forming a bit line processed film on the charge trapping layer;
A third step of selectively etching away the bit line processed film to form an opening for forming a bit line;
A fourth step of introducing a bit line forming impurity into the semiconductor substrate from the opening;
A fifth step of exposing an upper portion of the bit line processed film after embedding an insulating film in the opening;
A sixth step of removing the bit line processed film;
A seventh step of forming a gate electrode formation film on the region from which the bit line processed film has been removed and the insulating film;
And an eighth step of selectively removing the gate electrode formation film by etching to form a word line.
前記第3の工程は、前記ハードマスク膜および前記ビット線加工膜を選択的にエッチング除去してビット線形成用の開口部を形成することを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 The second step includes a step of further forming a hard mask film on the bit line processed film,
2. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1, wherein in the third step, the hard mask film and the bit line processed film are selectively removed by etching to form an opening for bit line formation. 3. Device manufacturing method.
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