JP2007081106A - Nonvolatile semiconductor memory device and its manufacturing method - Google Patents

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Nobuhito Ogata
信人 緒方
Shinichi Sato
眞一 里
Masahiro Saito
政弘 齋藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the surface area of a nonvolatile memory cell by suppressing characteristic variations caused by misalignment in the memory cell having a charge accumulator located at a side wall of a gate electrode. <P>SOLUTION: A memory cell comprises a gate insulating film 5 formed on a semiconductor substrate 2, a gate electrode 6 formed on the gate insulating film 5, charge accumulators 7 formed at both side walls of the gate electrodes 6 in a row direction, a channel region 3 positioned below the gate electrode 6 and the charge accumulator 7, and two diffusion layer regions 4 as diffusion layers buried in the both side surfaces of the semiconductor substrate 2 in a row direction of the channel regions 3. The gate electrodes 6 of two memory cells adjacent in the row direction form gate electrode wiring lines 6a which are passed above the two diffusion layer regions 4 and the two charge accumulators 7 interconnected each other, and extended in the row direction. The two diffusion layer regions 4 are positioned under the gate electrode wiring lines 6a, and the diffusion layer regions 4 of two memory cells adjacent in a column direction are interconnected to form buried diffusion wiring lines 4a extended in the columnar direction. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、不揮発性半導体記憶装置に関し、より具体的には、ゲート電極の側壁部に電荷を保持可能な電荷蓄積部を有するMOSFET構造の不揮発性メモリセルを備えた不揮発性半導体記憶装置、及び、その製造方法に関する。   The present invention relates to a non-volatile semiconductor memory device, and more specifically, a non-volatile semiconductor memory device including a non-volatile memory cell having a MOSFET structure having a charge storage portion capable of holding a charge on a side wall portion of a gate electrode, and , And its manufacturing method.

近年、フラッシュメモリに代表されるトランジスタの閾値電圧制御による不揮発性メモリセルを備えた不揮発性半導体記憶装置において、更なる大容量化が要求されている。かかる要求を実現する手段として、主に次の2つの方法が挙げられる。一つは、浮遊ゲート等の電荷蓄積層に蓄積される電荷量を制御し、トランジスタの閾値電圧の制御領域を4以上設けることにより、1つのトランジスタ当たり4値データを記憶させる方法である。他の一つは、1つのトランジスタに物理的に複数の電荷蓄積層を設けることにより、実質的に1つのトランジスタ当たりの記憶容量を増加させる方法である。後者については、現在主に2種類の構造が考案されている。一つは、例えば、下記の特許文献1で示されるような、ゲート絶縁膜にONO(シリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜)の3層構造を用い、このシリコン窒化膜中の両端に位置する第1及び第2の拡散領域付近に夫々局所的に電荷を蓄積させることにより、1トランジスタ当たり2ビットの記憶容量を実現するものである。他の一つは、下記の特許文献2及び特許文献3に示されるように、トランジスタのゲート電極の両側に位置する側壁部に夫々独立に電荷を蓄積することにより、1トランジスタ当たり2ビットの記憶容量を実現している。前者は、デバイス構造が単純である反面、2つの電荷蓄積領域が連続した同一膜内に存在するため、微細化の際に電荷蓄積領域の分離が困難となる問題がある。これに対し後者は、電荷蓄積領域がゲート電極の両側に予め分離されているので、微細化に有利である。   In recent years, a further increase in capacity has been demanded in a nonvolatile semiconductor memory device including a nonvolatile memory cell by threshold voltage control of a transistor typified by a flash memory. As means for realizing such a request, there are mainly the following two methods. One is a method of storing quaternary data per transistor by controlling the amount of charge stored in a charge storage layer such as a floating gate and providing four or more threshold voltage control regions of the transistor. The other is a method of substantially increasing the storage capacity per transistor by physically providing a plurality of charge storage layers in one transistor. For the latter, two types of structures are currently devised. One is, for example, a three-layer structure of ONO (silicon oxide film-silicon nitride film-silicon oxide film) as a gate insulating film as shown in Patent Document 1 below, and is formed at both ends of the silicon nitride film. A storage capacity of 2 bits per transistor is realized by locally accumulating electric charges in the vicinity of the first and second diffusion regions located. The other is that, as shown in Patent Document 2 and Patent Document 3 below, two bits are stored per transistor by accumulating charges independently on the side walls located on both sides of the gate electrode of the transistor. The capacity is realized. The former has a simple device structure, but two charge storage regions exist in the same continuous film, and therefore there is a problem that it becomes difficult to separate the charge storage regions during miniaturization. On the other hand, the latter is advantageous for miniaturization because the charge storage region is previously separated on both sides of the gate electrode.

特表2001−552290号公報JP-T-2001-552290 国際公開第03/044868号パンフレットInternational Publication No. 03/044868 Pamphlet 特開2003−332474号公報JP 2003-332474 A

図30に、特許文献2及び特許文献3に開示されている側壁電荷蓄積型不揮発性メモリセルの概略断面図を、図31に、該不揮発性メモリセルをアレイ状に配置した際の平面図を、夫々模式的に示す。図30に示すような素子構造を有するメモリセルを出来得る限り高密度でアレイ状に配置するには、図31に例示するように、縦方向に複数列が延伸するとともに、横方向に各列間を接続する接続部103aを一列置きに縦方向に互い違いに配置したパターンの拡散領域103上を、縦方向にずれて配置された接続部103aの間を通過するように、ゲート電極101と電荷蓄積部102となる側壁部分が、横方向に延伸する構造が一般的である。その際、図32(a)、(b)に示すように素子分離領域106と拡散領域103の境界において角部が丸みを帯びることにより、その直上を横切る電荷蓄積部102と拡散領域103の重なる面積が、僅かなアライメントずれにより変化することになる。このようなアライメントずれがゲート電極両側の電荷蓄積部下のチャネルの幅に差異を生じさせ、両ビット間の特性差となって現れることになる。   FIG. 30 is a schematic cross-sectional view of the sidewall charge storage type nonvolatile memory cell disclosed in Patent Document 2 and Patent Document 3, and FIG. 31 is a plan view when the nonvolatile memory cells are arranged in an array. , Respectively. In order to arrange memory cells having an element structure as shown in FIG. 30 in as high density as possible in an array, as shown in FIG. 31, a plurality of columns extend in the vertical direction and each column in the horizontal direction. The gate electrodes 101 and the electric charge are passed through the diffusion regions 103 having a pattern in which the connection portions 103a connecting each other are alternately arranged in the vertical direction so as to pass between the connection portions 103a arranged in the vertical direction. A structure in which a side wall portion serving as the storage portion 102 extends in the lateral direction is common. At this time, as shown in FIGS. 32A and 32B, the corners are rounded at the boundary between the element isolation region 106 and the diffusion region 103, so that the charge accumulation unit 102 and the diffusion region 103 that cross the region directly overlap each other. The area changes due to a slight misalignment. Such misalignment causes a difference in the width of the channel under the charge storage portion on both sides of the gate electrode, and appears as a characteristic difference between the two bits.

また、図31に示す平面構造では、1トランジスタ(即ち2ビット)当たりのメモリセル面積が、最小で10F(Fは不揮発性メモリセルの形成に使用する半導体製造プロセスの設計ルールで規定される最小加工寸法)であるが、大容量化には更なるメモリセル面積の縮小が要求される。 In addition, in the planar structure shown in FIG. 31, the memory cell area per transistor (ie, 2 bits) is at least 10F 2 (F is defined by the design rule of the semiconductor manufacturing process used for forming the nonvolatile memory cell). Although the minimum processing dimension is required, further reduction of the memory cell area is required to increase the capacity.

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ゲート電極の両側壁部の少なくとも何れか一方側に電荷蓄積部を配置してなるメモリセルを備えた不揮発性半導体記憶装置において、アライメントずれによる特性バラツキを抑制し、メモリセル面積の縮小化を図る点にある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory including a memory cell in which a charge storage portion is disposed on at least one of both side walls of a gate electrode. In the device, characteristic variation due to misalignment is suppressed, and the memory cell area is reduced.

上記目的を達成するための本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、不揮発性メモリセルを互いに直交する2方向に夫々複数配列してなるメモリセルアレイを備えた不揮発性半導体記憶装置であって、前記不揮発性メモリセルが、半導体基板と、前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極の両側壁部の少なくとも何れか一方側に形成された電荷を蓄積可能な電荷蓄積部と、前記ゲート電極及び前記電荷蓄積部の下方に位置するチャネル領域と、前記チャネル領域の両側の前記半導体基板表面に埋め込み拡散層で形成された前記チャネル領域とは逆導電型の2つの拡散層領域を備え、前記両側壁部が、前記ゲート電極に対して、前記互いに直交する2方向の内の第1の方向に位置し、前記2つの拡散層領域の夫々が、前記チャネル領域に対して、前記第1の方向に形成され、前記第1の方向に隣接する2つの前記不揮発性メモリセルの前記ゲート電極が、前記第1の方向に延伸する共通のゲート電極配線に接続し、前記2つの拡散層領域の夫々が、前記ゲート電極配線の下方に形成され、前記不揮発性メモリセルの前記2つの拡散層領域が、前記第1の方向に直交する第2の方向に延伸する2つの埋め込み配線に各別に接続することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is a nonvolatile semiconductor memory device including a memory cell array in which a plurality of nonvolatile memory cells are arranged in two directions orthogonal to each other. A nonvolatile memory cell is provided on at least one of a semiconductor substrate, a gate insulating film formed on the semiconductor substrate, a gate electrode formed on the gate insulating film, and both side walls of the gate electrode. A charge storage portion capable of storing the formed charge; a channel region located below the gate electrode and the charge storage portion; and the channel formed of a buried diffusion layer on the surface of the semiconductor substrate on both sides of the channel region. A diffusion layer region having a conductivity type opposite to that of the region, wherein the both side wall portions are in a first direction out of the two directions orthogonal to the gate electrode. Each of the two diffusion layer regions is formed in the first direction with respect to the channel region, and the gate electrodes of the two nonvolatile memory cells adjacent to the first direction are Connected to a common gate electrode wiring extending in the first direction, each of the two diffusion layer regions is formed below the gate electrode wiring, and the two diffusion layer regions of the nonvolatile memory cell are , And respectively connected to two embedded wirings extending in a second direction orthogonal to the first direction.

上記特徴の不揮発性半導体記憶装置によれば、従来構造とは異なり、ゲート電極の延伸方向と、チャネル領域とドレイン電極及びソース電極となる2つの拡散層領域の配列方向が、何れも同じ第1の方向であるため、チャネル領域の幅(つまり第2の方向の長さ)は、拡散層領域のパターン幅で規定されるのではなく、ゲート電極及び電荷蓄積部の夫々のパターン幅(つまり第2の方向の長さ)で規定されることになり、従来問題となっていたアライメントずれによる電荷蓄積部下方のチャネル幅のバラツキが解消される。   According to the nonvolatile semiconductor memory device having the above characteristics, unlike the conventional structure, the first direction is the same in the extending direction of the gate electrode and the arrangement direction of the two diffusion layer regions that become the channel region, the drain electrode, and the source electrode. Therefore, the width of the channel region (that is, the length in the second direction) is not defined by the pattern width of the diffusion layer region, but the pattern width of each of the gate electrode and the charge storage portion (that is, the first direction). Therefore, the variation in channel width below the charge storage portion due to misalignment, which has been a problem in the past, is eliminated.

また、拡散層領域を第2の方向に延伸する埋め込み配線に接続する構造であるため、拡散層領域をメモリセル毎に上層のメタル配線と接続する必要がなく、メモリセルの繰り返しピッチを第1及び第2の両方向に対して縮小でき、メモリセル面積の縮小化が図れる。   Further, since the diffusion layer region is connected to the buried wiring extending in the second direction, it is not necessary to connect the diffusion layer region to the upper metal wiring for each memory cell, and the repetition pitch of the memory cell is set to the first pitch. In addition, the memory cell area can be reduced by reducing the size in both the second and second directions.

更に、上記特徴の不揮発性半導体記憶装置は、前記埋め込み配線が、前記半導体基板に埋め込み拡散層で形成された拡散層配線であることが好ましい。これにより、メモリセルのドレインまたはソース電極となる拡散層領域と埋め込み配線が同じ埋め込み拡散層で形成されるため、メモリセル構造が簡単化され、メモリセル面積の縮小化が図れる。   Furthermore, in the nonvolatile semiconductor memory device having the above characteristics, it is preferable that the embedded wiring is a diffusion layer wiring formed by an embedded diffusion layer on the semiconductor substrate. As a result, the diffusion layer region serving as the drain or source electrode of the memory cell and the buried wiring are formed by the same buried diffusion layer, so that the memory cell structure is simplified and the memory cell area can be reduced.

更に、上記特徴の不揮発性半導体記憶装置は、前記電荷蓄積部が、前記ゲート電極、前記ゲート電極配線、及び、前記半導体基板から、絶縁膜によって電気的に絶縁していることが好ましい。これにより、電荷蓄積部が絶縁体で形成されている場合には、絶縁体中に形成される電荷蓄積部に蓄積された電荷の保存状態がより良好となり、電荷蓄積部が導電体で形成されている場合には、電荷蓄積部に蓄積された電荷がゲート電極、ゲート電極配線、及び、半導体基板へリークするのを防止でき、良好な電荷保存状態が確保でき、不揮発性メモリセルとしてのデータ保持特性が向上される。   Furthermore, in the nonvolatile semiconductor memory device having the above characteristics, it is preferable that the charge storage unit is electrically insulated from the gate electrode, the gate electrode wiring, and the semiconductor substrate by an insulating film. Thereby, when the charge storage portion is formed of an insulator, the storage state of the charge stored in the charge storage portion formed in the insulator becomes better, and the charge storage portion is formed of a conductor. If this is the case, the charge stored in the charge storage portion can be prevented from leaking to the gate electrode, the gate electrode wiring, and the semiconductor substrate, a good charge storage state can be secured, and data as a nonvolatile memory cell can be secured. Holding characteristics are improved.

更に、上記特徴の不揮発性半導体記憶装置は、前記電荷蓄積部が、前記半導体基板の表面と平行な平板状に形成されていることが好ましい。   Furthermore, in the nonvolatile semiconductor memory device having the above characteristics, it is preferable that the charge storage portion is formed in a flat plate shape parallel to the surface of the semiconductor substrate.

更に、上記特徴の不揮発性半導体記憶装置は、前記電荷蓄積部が、シリコン窒化膜で形成されていることが好ましい。   Furthermore, in the nonvolatile semiconductor memory device having the above characteristics, it is preferable that the charge storage portion is formed of a silicon nitride film.

更に、上記特徴の不揮発性半導体記憶装置は、前記ゲート電極配線が、前記不揮発性メモリセルの形成に使用する半導体製造プロセスの設計ルールで規定される最小加工寸法の2倍の寸法毎に、前記第2の方向に複数配置され、前記埋め込み配線が、前記最小加工寸法の3倍の寸法毎に、前記第1の方向に複数配置されることが好ましい。   Furthermore, in the nonvolatile semiconductor memory device having the above-described characteristics, the gate electrode wiring is provided for each dimension twice as large as a minimum processing dimension defined by a design rule of a semiconductor manufacturing process used for forming the nonvolatile memory cell. It is preferable that a plurality of embedded wirings are arranged in the second direction, and a plurality of the embedded wirings are arranged in the first direction every three times the minimum processing dimension.

更に、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、上記特徴の不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、前記半導体基板上に、前記ゲート絶縁膜とダミーゲート電極層を順次形成し、前記ゲート絶縁膜と前記ダミーゲート電極層を、前記第2の方向に延伸するストライプ状に加工して、前記ゲート絶縁膜を備えたダミーゲート電極を形成する工程と、前記ダミーゲート電極の両側壁部に前記電荷蓄積部を形成する工程と、前記電荷蓄積部を備えた前記ダミーゲート電極間に挟まれた領域の前記半導体基板の表面に、不純物注入により、前記拡散層領域及び前記埋め込み配線となる拡散領域を形成する工程と、前記ダミーゲート電極間に挟まれた領域を絶縁物で埋め込んだ後に、前記絶縁物を平坦化して前記ダミーゲート電極の頂部を露出させる工程と、前記ダミーゲート電極を除去する工程と、前記ダミーゲート電極が除去された領域を含む全面に、ゲート電極材料を堆積する工程と、前記ゲート電極材料を、前記第1の方向に延伸するストライプ状に加工して、前記ゲート電極と前記ゲート電極配線を形成する工程と、を少なくとも有することを第1の特徴とする。   Furthermore, a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device having the above characteristics, wherein the gate insulating film and a dummy gate electrode layer are sequentially formed on the semiconductor substrate. Processing the gate insulating film and the dummy gate electrode layer into a stripe shape extending in the second direction to form a dummy gate electrode having the gate insulating film; and both sides of the dummy gate electrode The step of forming the charge storage portion on the wall portion, and the diffusion layer region and the buried wiring by impurity implantation on the surface of the semiconductor substrate in the region sandwiched between the dummy gate electrodes provided with the charge storage portion Forming a diffusion region to be formed, and filling a region sandwiched between the dummy gate electrodes with an insulator, and then planarizing the insulator to form a top of the dummy gate electrode. Exposing the dummy gate electrode; depositing a gate electrode material on the entire surface including the region from which the dummy gate electrode has been removed; and removing the gate electrode material in the first direction. The first feature is to have at least a step of forming the gate electrode and the gate electrode wiring by processing into a stripe shape extending in a straight line.

更に、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、上記特徴の不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、前記半導体基板上に、第1絶縁膜と電荷蓄積部膜と第2絶縁膜とダミーゲート電極層を順次形成し、前記第1絶縁膜と前記電荷蓄積部膜と前記第2絶縁膜と前記ダミーゲート電極層を、前記第2の方向に延伸するストライプ状に加工して、前記第1絶縁膜と前記電荷蓄積部膜と前記第2絶縁膜を備えたダミーゲート電極を形成する工程と、前記ダミーゲート電極間に挟まれた領域の前記半導体基板の表面に、不純物注入により、前記拡散層領域及び前記埋め込み配線となる拡散領域を形成する工程と、前記ダミーゲート電極間に挟まれた領域を絶縁物で埋め込んだ後に、前記絶縁物を平坦化して前記ダミーゲート電極の頂部を露出させる工程と、前記ダミーゲート電極を除去する工程と、前記ダミーゲート電極を除去して形成された溝部の底部に存在する前記電荷蓄積部膜の中央部分を除去して、前記電荷蓄積部膜を前記第1の方向に分離した2つの前記電荷蓄積部に加工する工程と、前記分離した2つの前記電荷蓄積部の間の領域に前記ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上を含む全面に、ゲート電極材料を堆積する工程と、前記ゲート電極材料を、前記第1の方向に延伸するストライプ状に加工して、前記ゲート電極と前記ゲート電極配線を形成する工程と、を少なくとも有することを第2の特徴とする。   Furthermore, a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device having the above characteristics, wherein a first insulating film, a charge storage portion film, and a second insulation are formed on the semiconductor substrate. A film and a dummy gate electrode layer are sequentially formed, and the first insulating film, the charge storage portion film, the second insulating film, and the dummy gate electrode layer are processed into stripes extending in the second direction. Forming a dummy gate electrode including the first insulating film, the charge storage portion film, and the second insulating film; and implanting impurities into a surface of the semiconductor substrate in a region sandwiched between the dummy gate electrodes The step of forming the diffusion layer region and the diffusion region to be the buried wiring, and filling the region sandwiched between the dummy gate electrodes with an insulator, and then planarizing the insulator to form the dummy gate electrode Top A step of exposing; a step of removing the dummy gate electrode; and removing a central portion of the charge storage portion film existing at a bottom portion of a groove portion formed by removing the dummy gate electrode, to thereby form the charge storage portion film Are processed into two charge storage portions separated in the first direction, the gate insulating film is formed in a region between the two separated charge storage portions, and the gate insulating film is formed on the gate insulating film. A step of depositing a gate electrode material on the entire surface, and a step of processing the gate electrode material into a stripe shape extending in the first direction to form the gate electrode and the gate electrode wiring. It has the 2nd characteristic to have at least.

上記何れかの特徴の不揮発性半導体記憶装置の製造方法によれば、不揮発性半導体記憶装置の不揮発性メモリセルにおいて、ゲート電極の延伸方向と、チャネル領域とドレイン電極及びソース電極となる2つの拡散層領域の配列方向が、何れも同じ第1の方向となり、2つの拡散層領域と埋め込み配線が共に第2の方向に延伸する埋め込み拡散で形成される。この結果、チャネル領域の幅(つまり第2の方向の長さ)は、拡散層領域のパターン幅で規定されるのではなく、ゲート電極及び電荷蓄積部の夫々のパターン幅(つまり第2の方向の長さ)で規定されることになり、従来問題となっていたアライメントずれによる電荷蓄積部下方のチャネル幅のバラツキが解消され、更に、拡散層領域をメモリセル毎に上層のメタル配線と接続する必要がなく、メモリセルの繰り返しピッチを第1及び第2の両方向に対して縮小でき、メモリセル面積の縮小化が図れる。   According to the method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device having any one of the above characteristics, in the nonvolatile memory cell of the nonvolatile semiconductor memory device, in the extension direction of the gate electrode, two diffusions that become the channel region, the drain electrode, and the source electrode The arrangement directions of the layer regions are all the same first direction, and the two diffusion layer regions and the buried wiring are both formed by buried diffusion extending in the second direction. As a result, the width of the channel region (that is, the length in the second direction) is not defined by the pattern width of the diffusion layer region, but the respective pattern widths (that is, the second direction) of the gate electrode and the charge storage portion. The variation in channel width below the charge storage area due to misalignment, which was a problem in the past, has been eliminated, and the diffusion layer region is connected to the upper metal wiring for each memory cell. Thus, the memory cell repetition pitch can be reduced in both the first and second directions, and the memory cell area can be reduced.

以下、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法(以下、適宜「本発明装置」及び「本発明方法」と略称する)の実施形態を図面に基づいて説明する。   Embodiments of a nonvolatile semiconductor memory device and a method for manufacturing the same according to the present invention (hereinafter, abbreviated as “device of the present invention” and “method of the present invention” as appropriate) will be described below with reference to the drawings.

図1及び図2に、本発明装置の不揮発性メモリセル1の基本的な構成を示す。図1は、メモリセル1を行方向(図1中の横方向、互いに直交する2方向の内の第1の方向に相当)と列方向(図1中の縦方向、互いに直交する2方向の内の第1の方向に相当)に夫々複数配列してメモリセルアレイを構成した状態での1つのメモリセルとその周囲の行方向及び列方向に隣接するメモリセルとの関係を模式的に示す概略平面図である。図1中の破線で囲まれた部分が1つのメモリセルのセル領域を示す。図2は、図1のA−A’線で示す基板に垂直な断面におけるメモリセルアレイ要部の概略の断面構造を示す概略断面図である。図2中の破線で囲まれた部分が1つのメモリセル1のセル領域を示し、図2中の左右方向が行方向に相当する。   1 and 2 show a basic configuration of the nonvolatile memory cell 1 of the device of the present invention. FIG. 1 shows memory cells 1 in a row direction (corresponding to a first direction of two directions orthogonal to each other in the horizontal direction in FIG. 1) and a column direction (vertical direction in FIG. 1 and two directions orthogonal to each other). Schematically showing a relationship between one memory cell and a memory cell adjacent in the row direction and the column direction around the memory cell array in a state in which a plurality of memory cells are arranged in the same direction (corresponding to the first direction). It is a top view. A portion surrounded by a broken line in FIG. 1 indicates a cell region of one memory cell. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a schematic cross-sectional structure of the main part of the memory cell array in a cross section perpendicular to the substrate indicated by the A-A ′ line in FIG. 1. A portion surrounded by a broken line in FIG. 2 indicates a cell region of one memory cell 1, and a horizontal direction in FIG. 2 corresponds to a row direction.

図1及び図2に示すように、不揮発性メモリセル1は、半導体基板2上に形成されたゲート絶縁膜5と、ゲート絶縁膜5上に形成されたゲート電極6と、ゲート電極6の行方向の両側壁部に形成された電荷を蓄積可能な電荷蓄積部7と、ゲート電極6及び電荷蓄積部7の下方に位置するチャネル領域3と、チャネル領域3の行方向に両側の半導体基板2の表面に埋め込み拡散層で形成されたチャネル領域3とは逆導電型のドレイン電極及びソース電極として機能する2つの拡散層領域4を備え、MOSFET構造のメモリセルとして構成される。当該メモリセル構成は、図30及び図31に示す従来の側壁電荷蓄積型不揮発性メモリセルの概略構成と、拡散層領域4が埋め込み拡散層である点を除いて基本的に同じ構成である。   As shown in FIGS. 1 and 2, the nonvolatile memory cell 1 includes a gate insulating film 5 formed on the semiconductor substrate 2, a gate electrode 6 formed on the gate insulating film 5, and a row of the gate electrodes 6. Charge storage portion 7 capable of storing charges formed on both side walls in the direction, channel region 3 located below gate electrode 6 and charge storage portion 7, and semiconductor substrate 2 on both sides in the row direction of channel region 3 Two diffusion layer regions 4 functioning as a drain electrode and a source electrode having a conductivity type opposite to that of the channel region 3 formed of a buried diffusion layer on the surface of the MOSFET are configured, and configured as a memory cell having a MOSFET structure. The memory cell configuration is basically the same as that of the conventional sidewall charge storage nonvolatile memory cell shown in FIGS. 30 and 31 except that the diffusion layer region 4 is a buried diffusion layer.

また、本発明装置の不揮発性メモリセル1は、行方向に隣接する2つのメモリセルのゲート電極6が、2つの拡散層領域4及び電荷蓄積部7の上方を通過して相互に接続し、行方向に延伸する共通のゲート電極配線6aを形成する。2つの拡散層領域4の夫々は、ゲート電極配線6aの下方に位置するとともに、列方向に隣接する2つのメモリセルの各拡散層領域4が相互に接続して、列方向に延伸する共通の埋め込み拡散配線4aを形成する。ゲート電極配線6aはワード線、1つのメモリセルの2つの拡散層領域4に接続する各埋め込み拡散配線4aは埋め込みビット線と埋め込みソース線として機能する。ここで、ワード線6aは行方向に延伸し、埋め込みビット線4aと埋め込みソース線4aは、ワード線6aと直交して列方向に延伸する。   Further, in the nonvolatile memory cell 1 of the device of the present invention, the gate electrodes 6 of two memory cells adjacent in the row direction pass over the two diffusion layer regions 4 and the charge storage unit 7 and are connected to each other. A common gate electrode wiring 6a extending in the row direction is formed. Each of the two diffusion layer regions 4 is located below the gate electrode wiring 6a, and the diffusion layer regions 4 of two memory cells adjacent in the column direction are connected to each other and extend in the column direction. A buried diffusion wiring 4a is formed. The gate electrode wiring 6a is a word line, and each buried diffusion wiring 4a connected to the two diffusion layer regions 4 of one memory cell functions as a buried bit line and a buried source line. Here, the word line 6a extends in the row direction, and the embedded bit line 4a and the embedded source line 4a extend in the column direction orthogonal to the word line 6a.

半導体基板2としては、半導体装置に使用されるものであれば特に限定されるものではなく、シリコン基板や、GaAs、InGaAs等の化合物半導体基板、または、SOI(silicon on insulator)基板、多層SOI基板等の基板を用いることができる。また、半導体基板2は、P型及びN型の導電型を有していてもよく、少なくとも1つの第1導電型(P型またはN型)のウェル領域が形成されていることが好ましい。この場合、図2中の半導体基板2がウェル領域となる。半導体基板及びウェル領域の不純物濃度は、当該分野で公知の範囲のものが使用できる。尚、半導体基板2としてSOI基板を用いる場合には、表面半導体層には、ウェル領域が形成されていてもよいが、チャネル領域下にボディ領域を有していてもよい。   The semiconductor substrate 2 is not particularly limited as long as it is used in a semiconductor device, and is a silicon substrate, a compound semiconductor substrate such as GaAs or InGaAs, an SOI (silicon on insulator) substrate, or a multilayer SOI substrate. A substrate such as can be used. The semiconductor substrate 2 may have P-type and N-type conductivity types, and preferably has at least one first conductivity type (P-type or N-type) well region formed therein. In this case, the semiconductor substrate 2 in FIG. 2 becomes a well region. The impurity concentration in the semiconductor substrate and well region can be within the range known in the art. When an SOI substrate is used as the semiconductor substrate 2, a well region may be formed in the surface semiconductor layer, but a body region may be provided under the channel region.

ゲート絶縁膜5は、通常の半導体装置に使用されるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の絶縁膜、酸化アルミニウム膜、酸化チタニウム膜、酸化タンタル膜、酸化ハフニウム膜などの高誘電率酸化物薄膜、または、それら絶縁膜の積層膜を使用することができる。通常、半導体基板2としてシリコン基板を使用する場合はシリコン酸化膜を使用することが好ましい。   The gate insulating film 5 is not particularly limited as long as it is used in a normal semiconductor device. For example, an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film, an aluminum oxide film, a titanium oxide film, or a tantalum oxide is used. A film, a high dielectric constant oxide thin film such as a hafnium oxide film, or a laminated film of these insulating films can be used. Usually, when a silicon substrate is used as the semiconductor substrate 2, it is preferable to use a silicon oxide film.

ゲート電極6に関しても、通常の半導体装置に使用されるものであれば特に限定されるものではなく、導電膜、例えば、ポリシリコン、銅やアルミニウム等の金属、タングステン、チタン、タンタル等の高融点金属、高融点金属とのシリサイドが使用でき、これらの積層膜でもよい。   The gate electrode 6 is not particularly limited as long as it is used in a normal semiconductor device, and a conductive film, for example, a metal such as polysilicon, copper or aluminum, or a high melting point such as tungsten, titanium, or tantalum. A silicide with a metal or a refractory metal can be used, and a laminated film of these may be used.

電荷蓄積部7は、電荷を蓄積する膜が周囲の導電体部(ゲート電極6、ゲート電極配線6a、拡散層領域4、埋め込み拡散配線4a、半導体基板2)とは絶縁膜8で隔てられているのが好ましく、これにより電荷の漏れが抑制されて十分なデータ保持時間を得ることができる。従って、本発明装置の高速書換え、信頼性の向上、十分なデータ保持時間の確保が可能となる。また、電荷蓄積部7は、シリコン窒化膜とし、周囲の導電体との絶縁膜をシリコン酸化膜とするのが特に好ましい。シリコン窒化膜は、電荷をトラップする準位が多数存在するため大きなメモリウィンドウを得ることができる。   The charge accumulating portion 7 has a film for accumulating charges separated from the surrounding conductor portions (gate electrode 6, gate electrode wiring 6a, diffusion layer region 4, buried diffusion wiring 4a, semiconductor substrate 2) by an insulating film 8. It is preferable that the charge leakage is suppressed and a sufficient data holding time can be obtained. Therefore, it is possible to rewrite the apparatus of the present invention at high speed, improve reliability, and secure a sufficient data holding time. Further, it is particularly preferable that the charge storage portion 7 is a silicon nitride film, and a silicon oxide film is used as an insulating film with a surrounding conductor. Since the silicon nitride film has many levels for trapping charges, a large memory window can be obtained.

図1及び図2に示すメモリセル構成によれば、ゲート電極6の延伸方向と、チャネル領域3とドレイン電極及びソース電極となる2つの拡散層領域4の配列方向が、何れも同じ行方向であるため、チャネル領域の幅(つまり列方向の長さ)は、拡散層領域4のパターン幅で規定されるのではなく、ゲート電極6及び電荷蓄積部7の夫々のパターン幅(つまり列方向の長さ)で規定されることになり、側壁電荷蓄積型のメモリセルにおいて、1つのメモリセルに配置された2つの電荷蓄積部下方のチャネル幅が、アライメントずれによってビット間でばらつくという従来問題となっていた不都合が解消される。   According to the memory cell configuration shown in FIGS. 1 and 2, the extending direction of the gate electrode 6 and the arrangement direction of the two diffusion layer regions 4 serving as the channel region 3, the drain electrode, and the source electrode are both in the same row direction. Therefore, the width of the channel region (that is, the length in the column direction) is not defined by the pattern width of the diffusion layer region 4, but the pattern width of each of the gate electrode 6 and the charge storage portion 7 (that is, in the column direction). In the side wall charge storage type memory cell, the channel width below the two charge storage units arranged in one memory cell varies between bits due to misalignment. The inconvenience that was supposed to be solved.

また、図1及び図2に示すメモリセル構成によれば、半導体製造プロセスの設計ルールで規定される最小加工寸法をFとした場合に、メモリセルの行方向への繰り返し間隔、つまり、埋め込み拡散配線4aの配線ピッチを3F、メモリセルの列方向への繰り返し間隔、つまり、ゲート電極配線6aの配線ピッチを2Fにでき、メモリセルサイズが6Fと微細化でき、本発明装置のチップサイズの縮小化に寄与する。 Further, according to the memory cell configuration shown in FIG. 1 and FIG. 2, when the minimum processing dimension defined by the design rule of the semiconductor manufacturing process is F, the repetition interval in the row direction of the memory cell, that is, the embedded diffusion repetition interval of the wiring pitch of the wiring 4a 3F, the column direction of the memory cell, that is, can the wiring pitch of the gate electrode wirings 6a to 2F, the memory cell size is 6F 2 and can miniaturization, the chip size of the device of the present invention Contributes to downsizing.

〈第1実施形態〉
次に、本発明方法の第1実施形態について説明する。以下、本発明方法では、通常のシリコン半導体プロセスを用いて、本発明装置のメモリセルアレイを実現する処理手順について、図3〜図13の工程断面図を参照して説明する。尚、図3〜図13の各工程断面図は、図2と同じ断面を示している。
<First Embodiment>
Next, a first embodiment of the method of the present invention will be described. Hereinafter, in the method of the present invention, a processing procedure for realizing the memory cell array of the device of the present invention using a normal silicon semiconductor process will be described with reference to the process cross-sectional views of FIGS. 3 to 13 show the same cross section as FIG.

先ず、図3に示すように、P型シリコン基板11上に形成されたP型ウェル(半導体基板)12上に、熱酸化等による通常のゲート酸化膜形成技術を用いてゲート酸化膜(ゲート絶縁膜)13を形成し、その後CVD法等の公知技術によりシリコン窒化膜14を堆積する。その後、図4に示すように、シリコン窒化膜14とゲート酸化膜13を反応性イオンエッチング等により列方向にストライプ状に加工する。この時、シリコン窒化膜14は、後にゲート電極を形成する際に除去されるダミーゲートとなる。   First, as shown in FIG. 3, a gate oxide film (gate insulation) is formed on a P-type well (semiconductor substrate) 12 formed on a P-type silicon substrate 11 by using a normal gate oxide film formation technique such as thermal oxidation. Film) 13 and then a silicon nitride film 14 is deposited by a known technique such as CVD. Thereafter, as shown in FIG. 4, the silicon nitride film 14 and the gate oxide film 13 are processed in a stripe shape in the column direction by reactive ion etching or the like. At this time, the silicon nitride film 14 becomes a dummy gate to be removed later when the gate electrode is formed.

次に、図5に示すように、シリコン酸化膜15、電荷蓄積部となるシリコン窒化膜16をCVD法等により順次堆積する。シリコン酸化膜15は周囲のゲート電極、シリコン基板12と電荷蓄積部を絶縁するためのもので、通常3nm〜30nm程度の膜厚とする。   Next, as shown in FIG. 5, a silicon oxide film 15 and a silicon nitride film 16 serving as a charge storage portion are sequentially deposited by a CVD method or the like. The silicon oxide film 15 is used to insulate the surrounding gate electrode and the silicon substrate 12 from the charge storage portion, and usually has a thickness of about 3 nm to 30 nm.

次に、図6に示すように、不純物注入によりP型の電荷蓄積部下部チャネル領域17を形成する。このチャネル領域17の不純物注入は、当該領域の閾値電圧を制御するためのもので、初期状態であるP型ウェル12の不純物濃度に対する調整となるため、注入するイオン種は、N型とP型の何れの場合もあり得る。   Next, as shown in FIG. 6, a p-type charge storage portion lower channel region 17 is formed by impurity implantation. The impurity implantation of the channel region 17 is for controlling the threshold voltage of the region, and is adjusted for the impurity concentration of the P-type well 12 in the initial state. Therefore, the ion species to be implanted are N-type and P-type. Either of these cases is possible.

次に、図7に示すように、CVD法等によりシリコン酸化膜18を堆積する。その後、反応性イオンエッチング等により、図8に示すように、ダミーゲート(シリコン窒化膜)14の頂部が露出するまでエッチバックする。この結果、後にゲート電極となるダミーゲート14の両側壁部に、電荷蓄積部となるシリコン窒化膜16が、シリコン酸化膜15、18に挟まれた状態でサイドウォール状に形成される。尚、当該サイドウォール状部分15,16,18は、ダミーゲート14とともに、列方向に延伸している。   Next, as shown in FIG. 7, a silicon oxide film 18 is deposited by CVD or the like. Thereafter, as shown in FIG. 8, etching back is performed by reactive ion etching or the like until the top of the dummy gate (silicon nitride film) 14 is exposed. As a result, the silicon nitride film 16 serving as a charge storage portion is formed in a sidewall shape between the silicon oxide films 15 and 18 on both side walls of the dummy gate 14 which will later become a gate electrode. The sidewall portions 15, 16, and 18 extend in the column direction together with the dummy gate 14.

次に、図9に示すように、N+不純物注入を行い、チャネル領域17と逆導電型のN型の拡散層領域19を形成する。尚、拡散層領域19は、サイドウォール状部分15,16,18の間に挟まれた溝部分に形成されるため、列方向に延伸する埋め込み拡散配線19として形成される。   Next, as shown in FIG. 9, N + impurity implantation is performed to form an N type diffusion layer region 19 having a conductivity type opposite to that of the channel region 17. Note that the diffusion layer region 19 is formed as a buried diffusion wiring 19 extending in the column direction because it is formed in a groove portion sandwiched between the sidewall portions 15, 16, and 18.

次に、図10に示すように、CVD等によりシリコン酸化膜20を堆積し、引き続き、図11に示すように、CMP(Chemical Mechanical Polish)、または、ドライエッチング技術等を用いた平坦化処理により、シリコン酸化膜20を平坦化して、ダミーゲート14の頂部を露出させる。   Next, as shown in FIG. 10, a silicon oxide film 20 is deposited by CVD or the like. Subsequently, as shown in FIG. 11, CMP (Chemical Mechanical Polish) or a planarization process using a dry etching technique or the like is performed. Then, the silicon oxide film 20 is planarized to expose the top of the dummy gate 14.

次に、図12に示すように、リン酸ボイル等のウェットエッチング技術を用いて、選択的にシリコン窒化膜(ダミーゲート)14を除去して、ゲート電極を埋め込むための溝構造を形成する。当該溝は、列方向に延伸するストライプ状に形成されている。   Next, as shown in FIG. 12, a silicon nitride film (dummy gate) 14 is selectively removed using a wet etching technique such as phosphoric acid boil to form a groove structure for embedding the gate electrode. The groove is formed in a stripe shape extending in the column direction.

次に、図13に示すように、ゲート電極及びゲート電極配線となるポリシリコン21(ゲート電極材料)を堆積し、ワード線として機能するゲート電極配線が、埋め込みビット線または埋め込みソース線として機能する埋め込み拡散配線19と直交する行方向(図中の左右方向)に形成されるように、ポリシリコン21をストライプ状にドライエッチング等で加工する。   Next, as shown in FIG. 13, polysilicon 21 (gate electrode material) to be a gate electrode and a gate electrode wiring is deposited, and the gate electrode wiring functioning as a word line functions as a buried bit line or a buried source line. The polysilicon 21 is processed into a stripe shape by dry etching or the like so as to be formed in a row direction (left and right direction in the figure) orthogonal to the buried diffusion wiring 19.

本実施形態では、電荷蓄積部となるシリコン窒化膜16が絶縁体で形成されているために、列方向に隣接するメモリセル間で個別に分離する必要がないため、ポリシリコン21の加工時には、サイドウォール状部分15,16,18は加工されずに、列方向に延伸し、列方向に隣接するメモリセルの同じサイドウォール状部分15,16,18に連続する。尚、図示しないが、ポリシリコン21の加工後の、ゲート電極及びゲート電極配線の列方向の間隙部には、ゲート電極及びゲート電極配線上に堆積される層間絶縁膜が充填され、列方向に隣接するメモリセル間でゲート電極及びゲート電極配線が電気的に絶縁される。   In the present embodiment, since the silicon nitride film 16 serving as a charge storage portion is formed of an insulator, it is not necessary to separately separate memory cells adjacent in the column direction. The sidewall portions 15, 16, and 18 are not processed, extend in the column direction, and continue to the same sidewall portions 15, 16, and 18 of memory cells adjacent in the column direction. Although not shown, the gap in the column direction of the gate electrode and the gate electrode wiring after the processing of the polysilicon 21 is filled with an interlayer insulating film deposited on the gate electrode and the gate electrode wiring. A gate electrode and a gate electrode wiring are electrically insulated between adjacent memory cells.

以上の各処理手順を経て、図1及び図2に模式的に示す本発明装置のメモリセルアレイが、具体的に形成される。   Through the above processing procedures, the memory cell array of the device of the present invention schematically shown in FIGS. 1 and 2 is specifically formed.

〈第2実施形態〉
次に、本発明方法の第2実施形態について説明する。以下、本発明方法では、通常のシリコン半導体プロセスを用いて、本発明装置のメモリセルアレイを実現する処理手順について、図14〜図29の工程断面図を参照して説明する。尚、図14〜図29の各工程断面図は、図2と同じ断面を示している。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the method of the present invention will be described. Hereinafter, in the method of the present invention, a processing procedure for realizing the memory cell array of the device of the present invention using a normal silicon semiconductor process will be described with reference to the process cross-sectional views of FIGS. 14 to 29 show the same cross sections as those in FIG.

先ず、図14に示すように、P型シリコン基板11上に形成されたP型ウェル(半導体基板)12上に、シリコン酸化膜25/シリコン窒化膜24/シリコン酸化膜23(ONO膜)の積層膜をCVD法等の公知の技術を用いて堆積する。この時の各膜厚は3nm〜30nm程度とする。シリコン窒化膜24は後に電荷蓄積部として加工される電荷蓄積部膜である。その後、該ONO膜上に公知の技術を用いてシリコン窒化膜26を膜厚100nm〜500nm程度堆積する。このシリコン窒化膜26は、後に電荷蓄積部とゲート電極を形成するための溝構造を形成する際に除去されるダミー構造体として寄与する。これにより、図14に示すように、シリコン窒化膜26/シリコン酸化膜25/シリコン窒化膜24/シリコン酸化膜23の4層の積層膜がP型ウェル12上に形成される。   First, as shown in FIG. 14, a silicon oxide film 25 / silicon nitride film 24 / silicon oxide film 23 (ONO film) are stacked on a P-type well (semiconductor substrate) 12 formed on a P-type silicon substrate 11. The film is deposited using a known technique such as a CVD method. Each film thickness at this time is about 3 nm to 30 nm. The silicon nitride film 24 is a charge storage portion film that is later processed as a charge storage portion. Thereafter, a silicon nitride film 26 is deposited on the ONO film to a thickness of about 100 nm to 500 nm using a known technique. The silicon nitride film 26 contributes as a dummy structure that is removed when a trench structure for forming a charge storage portion and a gate electrode is formed later. Thereby, as shown in FIG. 14, a four-layered film of silicon nitride film 26 / silicon oxide film 25 / silicon nitride film 24 / silicon oxide film 23 is formed on the P-type well 12.

次に、図15に示すように、反応性イオンエッチング等を用いて上記4層の積層膜23〜26を列方向に沿ったストライプ状に除去し、列方向に延伸するストライプ状の4層積層膜23〜26を形成する。   Next, as shown in FIG. 15, the four-layered laminated films 23 to 26 are removed in a stripe shape along the column direction by using reactive ion etching or the like, and a four-layered stripe shape extending in the column direction. Films 23 to 26 are formed.

次に、図16に示すように、CVD法等の公知技術を用いて絶縁膜27を堆積する。絶縁膜27の膜厚は、後に形成される拡散層領域の端部と電荷蓄積部の端部との距離を決める要素となり、必要に応じて適宜調整すればよい。   Next, as shown in FIG. 16, an insulating film 27 is deposited using a known technique such as a CVD method. The film thickness of the insulating film 27 is an element that determines the distance between the end portion of the diffusion layer region to be formed later and the end portion of the charge storage portion, and may be adjusted as necessary.

その後、図17に示すように、反応性イオンエッチング等により絶縁膜27を、ストライプ状の4層積層膜23〜26の両側壁部にのみ絶縁膜27が残るようにエッチバックを行い、サイドウォール状の絶縁膜27を形成する。尚、当該サイドウォール状の絶縁膜27は、ストライプ状の4層積層膜23〜26とともに、列方向に延伸している。   After that, as shown in FIG. 17, the insulating film 27 is etched back by reactive ion etching or the like so that the insulating film 27 remains only on both side walls of the stripe-shaped four-layer laminated films 23 to 26. An insulating film 27 is formed. The sidewall-like insulating film 27 extends in the column direction together with the stripe-like four-layer laminated films 23 to 26.

次に、図18に示すように、N+不純物注入を行い、P型ウェル12と逆導電型のN型の拡散層領域28を形成する。尚、拡散層領域28は、サイドウォール状の絶縁膜27の間に挟まれた溝部分に形成されるため、列方向に延伸する埋め込み拡散配線28として形成される。   Next, as shown in FIG. 18, N + impurity implantation is performed to form an N type diffusion layer region 28 having a conductivity type opposite to that of the P type well 12. The diffusion layer region 28 is formed as a buried diffusion wiring 28 extending in the column direction because it is formed in a groove portion sandwiched between the sidewall-like insulating films 27.

ところで、サイドウォール状の絶縁膜27は、拡散層領域28の端部と電荷蓄積部となるシリコン窒化膜24の端部との距離を制御するためのものであり、必要に応じてサイドウォールの厚さ、即ち絶縁膜27の堆積膜厚を調整すれば良く、また、拡散層領域28の端部と電荷蓄積部の端部との距離を制御する必要がなければ、絶縁膜27の堆積工程は省略することも可能である。   By the way, the sidewall-like insulating film 27 is for controlling the distance between the end portion of the diffusion layer region 28 and the end portion of the silicon nitride film 24 serving as the charge storage portion. If the thickness, that is, the deposited film thickness of the insulating film 27 may be adjusted, and if it is not necessary to control the distance between the end of the diffusion layer region 28 and the end of the charge storage unit, the step of depositing the insulating film 27 is performed. Can be omitted.

次に、更に公知の堆積技術により層間絶縁膜29を、サイドウォール状の絶縁膜27間の溝部分が充分に埋まる程度の膜厚まで堆積する。その後、図19に示すように、CMP(Chemical Mechanical Polish)による表面平坦化技術を用いて、層間絶縁膜29の当該溝部分への埋め込みを行う。   Next, an interlayer insulating film 29 is deposited by a known deposition technique to a film thickness enough to fill the groove between the sidewall-like insulating films 27. After that, as shown in FIG. 19, the interlayer insulating film 29 is embedded in the trench using a surface flattening technique by CMP (Chemical Mechanical Polish).

次に、図20に示すように、リン酸ボイル等のウェットエッチング技術を用いて、選択的にシリコン窒化膜26を除去して、底面にONO膜23〜25の頂部が露出する溝構造を形成する。当該溝構造の溝30は、列方向に延伸するストライプ状に形成されている。   Next, as shown in FIG. 20, the silicon nitride film 26 is selectively removed using a wet etching technique such as phosphoric acid boil to form a groove structure in which the tops of the ONO films 23 to 25 are exposed on the bottom surface. To do. The grooves 30 of the groove structure are formed in a stripe shape extending in the column direction.

次に、図21に示すように、不純物注入によるチャネル注入を行い、P型の電荷蓄積部下部チャネル領域31を形成する。このチャネル領域31の不純物注入は、当該領域の閾値電圧を制御するためのもので、初期状態であるP型ウェル12の不純物濃度に対する調整となるため、注入するイオン種は、N型とP型の何れの場合もあり得る。   Next, as shown in FIG. 21, channel implantation by impurity implantation is performed to form a P-type charge storage portion lower channel region 31. The impurity implantation of the channel region 31 is for controlling the threshold voltage of the region, and is adjusted for the impurity concentration of the P-type well 12 in the initial state. Therefore, the ion species to be implanted are N-type and P-type. Either of these cases is possible.

次に、図22に示すように、第2の層間絶縁膜32を公知技術により堆積する。本工程もCVD法等のステップカバレッジの良い堆積方法が望ましい。引き続き、図23に示すように、反応性イオンエッチング法等により、第2の層間絶縁膜32とシリコン酸化膜25のエッチバックを行い、溝30の側壁部に、層間絶縁膜32とシリコン酸化膜25による側壁を形成するとともに、溝30の底面にシリコン窒化膜24の表面を露出させる。   Next, as shown in FIG. 22, a second interlayer insulating film 32 is deposited by a known technique. Also in this step, a deposition method with good step coverage such as a CVD method is desirable. Subsequently, as shown in FIG. 23, the second interlayer insulating film 32 and the silicon oxide film 25 are etched back by reactive ion etching or the like, and the interlayer insulating film 32 and the silicon oxide film are formed on the side walls of the trench 30. A side wall is formed by 25 and the surface of the silicon nitride film 24 is exposed at the bottom of the groove 30.

次に、図24に示すように、絶縁膜33を公知技術により堆積する。引き続き、図25に示すように、絶縁膜33堆積後の溝部30への不純物注入によりP型のゲート電極下部チャネル領域34を形成する。ゲート電極下部チャネル領域34の不純物注入は、当該領域の閾値電圧を制御するためのもので、初期状態であるP型ウェル12の不純物濃度と先に形成された電荷蓄積部下部チャネル領域31の不純物濃度を合わせた不純物濃度に対する調整となるため、注入するイオン種は、N型とP型の何れの場合もあり得る。   Next, as shown in FIG. 24, an insulating film 33 is deposited by a known technique. Subsequently, as shown in FIG. 25, a P-type gate electrode lower channel region 34 is formed by impurity implantation into the groove 30 after the insulating film 33 is deposited. The impurity implantation of the gate electrode lower channel region 34 is for controlling the threshold voltage of the region, and the impurity concentration of the P-type well 12 which is in the initial state and the impurity of the charge storage portion lower channel region 31 formed earlier. Since the impurity concentration is adjusted to match the concentration, the ion species to be implanted can be either N-type or P-type.

その後、図26に示すように、エッチバックにより絶縁膜33を除去する。更に、図27に示すように、反応性イオンエッチング等により、溝部30の底部に露出している部分のシリコン窒化膜24とシリコン酸化膜23を除去する。この結果、シリコン窒化膜24とシリコン酸化膜23は、溝部30の底部を挟んで左右(行方向)両側に2分される。溝30の側壁部に残されたシリコン窒化膜24は、夫々、1つのメモリセル当たりの2つの電荷蓄積部となる。当該電荷蓄積部の幅は、第2の層間絶縁膜32の側壁部の膜厚により決まるものであり、必要に応じて該膜厚を調整すれば良い。尚、電荷蓄積部となるシリコン窒化膜24は、上下をシリコン酸化膜23,25で挟まれた状態で、溝30の側壁部に沿って列方向に延伸している。   Thereafter, as shown in FIG. 26, the insulating film 33 is removed by etch back. Further, as shown in FIG. 27, the silicon nitride film 24 and the silicon oxide film 23 exposed at the bottom of the groove 30 are removed by reactive ion etching or the like. As a result, the silicon nitride film 24 and the silicon oxide film 23 are divided into two on both the left and right (row direction) sides of the bottom of the groove 30. The silicon nitride film 24 left on the side wall portion of the trench 30 becomes two charge storage portions per memory cell. The width of the charge storage portion is determined by the thickness of the side wall portion of the second interlayer insulating film 32, and the thickness may be adjusted as necessary. Note that the silicon nitride film 24 serving as the charge storage portion extends in the column direction along the side wall portion of the groove 30 with the upper and lower sides sandwiched by the silicon oxide films 23 and 25.

次に、図28に示すように、絶縁膜35を堆積して、溝部30の底部を覆うようにゲート絶縁膜を形成する。   Next, as shown in FIG. 28, an insulating film 35 is deposited, and a gate insulating film is formed so as to cover the bottom of the trench 30.

引き続き、図29に示すように、ゲート電極及びゲート電極配線となるポリシリコン36(ゲート電極材料)を堆積し、ワード線として機能するゲート電極配線が、埋め込みビット線または埋め込みソース線として機能する埋め込み拡散配線28と直交する行方向(図中の左右方向)に形成されるように、ポリシリコン36をストライプ状に反応性イオンエッチング等で加工する。   Subsequently, as shown in FIG. 29, polysilicon 36 (gate electrode material) to be a gate electrode and a gate electrode wiring is deposited, and the gate electrode wiring functioning as a word line is embedded as a buried bit line or a buried source line. The polysilicon 36 is processed into a stripe shape by reactive ion etching or the like so as to be formed in a row direction (left and right direction in the drawing) orthogonal to the diffusion wiring 28.

本実施形態では、電荷蓄積部となるシリコン窒化膜24が絶縁体で形成されているために、列方向に隣接するメモリセル間で個別に分離する必要がないため、ポリシリコン36の加工時には、溝30の側壁部のONO膜23,24,25は加工されずに、列方向に延伸し、列方向に隣接するメモリセルの同じ側壁部のONO膜23,24,25に連続する。尚、図示しないが、ポリシリコン36の加工後の、ゲート電極及びゲート電極配線の列方向の間隙部には、ゲート電極及びゲート電極配線上に堆積される層間絶縁膜が充填され、列方向に隣接するメモリセル間でゲート電極及びゲート電極配線が電気的に絶縁される。   In the present embodiment, since the silicon nitride film 24 serving as a charge storage portion is formed of an insulator, it is not necessary to separately separate memory cells adjacent in the column direction. The ONO films 23, 24, and 25 on the side walls of the trench 30 are not processed, extend in the column direction, and continue to the ONO films 23, 24, and 25 on the same side wall of memory cells adjacent in the column direction. Although not shown, the gap in the column direction of the gate electrode and the gate electrode wiring after the processing of the polysilicon 36 is filled with an interlayer insulating film deposited on the gate electrode and the gate electrode wiring. A gate electrode and a gate electrode wiring are electrically insulated between adjacent memory cells.

以上の各処理手順を経て、図1及び図2に模式的に示す本発明装置のメモリセルアレイが、具体的に形成される。特に、本実施形態では、第1実施形態と比較して、電荷蓄積部のサイズを小さく形成できるため、特性変動の少ない高性能な不揮発性メモリセルを実現できる。   Through the above processing procedures, the memory cell array of the device of the present invention schematically shown in FIGS. 1 and 2 is specifically formed. In particular, in this embodiment, since the size of the charge storage portion can be formed smaller than that in the first embodiment, a high-performance nonvolatile memory cell with little characteristic variation can be realized.

次に、本発明装置及び本発明方法の別実施形態について説明する。   Next, another embodiment of the device of the present invention and the method of the present invention will be described.

〈1〉上記第1及び第2実施形態において、電荷蓄積部16,24として、シリコン窒化膜を使用したが、これは量産工場に導入し易く、非常に好ましいためである。しかし、電荷蓄積部16,24の膜構成及び材料は、上記実施形態に限定されるものではない。更には、電荷蓄積部16,24を絶縁膜で形成するのではなく、導電膜で形成するようにしても構わない。この場合は、列方向に隣接するメモリセル間で連続する電荷蓄積部16,24をメモリセル毎に分離する必要があるため、ゲート電極及びゲート電極配線の加工と同時またはその後に、当該分離のための加工処理を行えばよい。   <1> In the first and second embodiments, silicon nitride films are used as the charge storage units 16 and 24. This is because it is easy to introduce into a mass production factory and is very preferable. However, the film configuration and material of the charge storage units 16 and 24 are not limited to the above embodiment. Furthermore, the charge storage portions 16 and 24 may be formed of a conductive film instead of an insulating film. In this case, since it is necessary to separate the charge storage units 16 and 24 that are continuous between the memory cells adjacent in the column direction for each memory cell, the separation is performed simultaneously with or after the processing of the gate electrode and the gate electrode wiring. The processing for this may be performed.

〈2〉上記実施形態(図1及び図2参照)において、電荷蓄積部7がゲート電極6の両側壁部に夫々形成されている場合を説明したが、電荷蓄積部7がゲート電極6の両側壁部の何れか一方側にのみ存在するメモリセル構造に対しても、本発明は適用可能であり、本発明による電荷蓄積部7の下方のチャネル幅の単体でのバラツキを抑制する改善効果は期待できる。   <2> In the above-described embodiment (see FIGS. 1 and 2), the case where the charge storage unit 7 is formed on both side walls of the gate electrode 6 has been described. The present invention can also be applied to a memory cell structure that exists only on one side of the wall, and the improvement effect of suppressing variation in the channel width below the charge storage unit 7 according to the present invention is I can expect.

〈3〉上記第1及び第2実施形態において、チャネル領域17,31,34のための不純物注入を行う場合を説明したが、各不純物注入処理は、当該領域での閾値電圧調整を目的としており、当該調整が不要な場合は、その一部または全部を省略しても構わない。   <3> In the first and second embodiments, the case where the impurity implantation for the channel regions 17, 31, and 34 is performed has been described. However, each impurity implantation process is intended to adjust the threshold voltage in the region. If the adjustment is unnecessary, a part or all of the adjustment may be omitted.

〈4〉上記各実施形態において、本発明装置の不揮発性メモリセルとしては、Nチャネル型MOSFETを基礎としたメモリセル構造のものを説明したが、メモリセルはPチャネル型であってもよく、その場合は、各部の導電型(P型またはN型)が、上記実施形態と反転する点、及び、不純物濃度等が変化する以外は、各工程の処理手順は同じである。   <4> In each of the above embodiments, the nonvolatile memory cell of the device of the present invention has been described as having a memory cell structure based on an N-channel MOSFET, but the memory cell may be a P-channel type, In that case, the processing procedure of each step is the same except that the conductivity type (P-type or N-type) of each part is reversed from that of the above embodiment and the impurity concentration and the like are changed.

本発明に係る不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法は、不揮発性半導体記憶装置に利用可能であり、より詳細には、ゲート電極のサードウォール部に電荷を保持可能な電荷蓄積部を備えたMOSFET構造の不揮発性メモリセルを備えた不揮発性半導体記憶装置に利用することで、アライメントずれによる特性バラツキを抑制し、メモリセル面積の縮小化が図れる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The nonvolatile semiconductor memory device and the manufacturing method thereof according to the present invention can be used for the nonvolatile semiconductor memory device, and more specifically, a MOSFET having a charge storage unit capable of holding charges in the third wall portion of the gate electrode. By using the nonvolatile semiconductor memory device having the nonvolatile memory cell having the structure, characteristic variation due to misalignment can be suppressed and the memory cell area can be reduced.

本発明に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの基本的な構成を模式的に示す概略平面図1 is a schematic plan view schematically showing a basic configuration of a memory cell of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention. 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの基本的な構成を模式的に示す概略断面図1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a basic configuration of a memory cell of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention. 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第1実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 1st Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第1実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 1st Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第1実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 1st Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第1実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 1st Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第1実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 1st Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第1実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 1st Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第1実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 1st Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第1実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 1st Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第1実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 1st Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第1実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 1st Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第1実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 1st Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第2実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 2nd Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第2実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 2nd Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第2実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 2nd Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第2実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 2nd Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第2実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 2nd Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第2実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 2nd Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第2実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 2nd Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第2実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 2nd Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第2実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 2nd Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第2実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 2nd Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第2実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 2nd Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第2実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 2nd Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第2実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 2nd Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第2実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 2nd Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第2実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 2nd Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第2実施形態における処理手順を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the process sequence in 2nd Embodiment of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 従来の側壁電荷蓄積型不揮発性メモリセルの概略構成を模式的に示す素子断面図Device sectional view schematically showing a schematic configuration of a conventional sidewall charge storage type nonvolatile memory cell 従来の側壁電荷蓄積型不揮発性メモリセルをアレイ状に配置した状態を模式的に示す平面図The top view which shows typically the state which has arrange | positioned the conventional side wall charge storage type non-volatile memory cell in the array form 従来の側壁電荷蓄積型不揮発性メモリセルにおけるアライメントずれによる電荷蓄積部下のチャネル幅のバラツキが発生する様子を説明する平面図A plan view for explaining how the channel width under the charge storage portion varies due to misalignment in a conventional sidewall charge storage type nonvolatile memory cell

符号の説明Explanation of symbols

1: 不揮発性メモリセル
2: 半導体基板
3: チャネル領域
4: 拡散層領域
4a: 埋め込み拡散配線(埋め込みビット線、埋め込みソース線)
5: ゲート絶縁膜
6: ゲート電極
6a: ゲート電極配線(ワード線)
7: 電荷蓄積部
8: 絶縁膜
11: P型シリコン基板
12: P型ウェル
13: ゲート酸化膜(ゲート絶縁膜)
14: シリコン窒化膜(ダミーゲート)
15: シリコン酸化膜
16: シリコン窒化膜(電荷蓄積部)
17: 電荷蓄積部下部チャネル領域
18: シリコン酸化膜
19: 拡散層領域(埋め込み拡散配線)
20: シリコン酸化膜
21: ポリシリコン(ゲート電極、ゲート電極配線)
23: シリコン酸化膜
24: シリコン窒化膜(電荷蓄積部)
25: シリコン酸化膜
26: シリコン窒化膜
27: 絶縁膜
28: 拡散層領域(埋め込み拡散配線)
29: 層間絶縁膜
30: 溝
31: 電荷蓄積部下部チャネル領域
32: 第2の層間絶縁膜
33: 絶縁膜
34: ゲート電極下部チャネル領域
35: 絶縁膜(ゲート絶縁膜)
36: ポリシリコン(ゲート電極、ゲート電極配線)
101: ゲート電極
102: 電荷蓄積部
103: 拡散領域
103a: 接続部
104: シリコン酸化膜
105: ゲート絶縁膜
106: 素子分離領域
107: コンタクト
w’,w2”: 電荷蓄積部下部のチャネル幅
1: Nonvolatile memory cell 2: Semiconductor substrate 3: Channel region 4: Diffusion layer region 4a: Buried diffusion wiring (buried bit line, buried source line)
5: Gate insulating film 6: Gate electrode 6a: Gate electrode wiring (word line)
7: Charge storage unit 8: Insulating film 11: P-type silicon substrate 12: P-type well 13: Gate oxide film (gate insulating film)
14: Silicon nitride film (dummy gate)
15: Silicon oxide film 16: Silicon nitride film (charge storage part)
17: Lower channel region of charge storage portion 18: Silicon oxide film 19: Diffusion layer region (buried diffusion wiring)
20: Silicon oxide film 21: Polysilicon (gate electrode, gate electrode wiring)
23: Silicon oxide film 24: Silicon nitride film (charge storage part)
25: Silicon oxide film 26: Silicon nitride film 27: Insulating film 28: Diffusion layer region (buried diffusion wiring)
29: Interlayer insulating film 30: Groove 31: Lower channel region of charge storage portion 32: Second interlayer insulating film 33: Insulating film 34: Lower channel region of gate electrode 35: Insulating film (gate insulating film)
36: Polysilicon (gate electrode, gate electrode wiring)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101: Gate electrode 102: Charge storage part 103: Diffusion area | region 103a: Connection part 104: Silicon oxide film 105: Gate insulating film 106: Element isolation area | region 107: Contact w ', w2 ": Channel width under charge storage part

Claims (8)

不揮発性メモリセルを互いに直交する2方向に夫々複数配列してなるメモリセルアレイを備えた不揮発性半導体記憶装置であって、
前記不揮発性メモリセルが、半導体基板と、前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極の両側壁部の少なくとも何れか一方側に形成された電荷を蓄積可能な電荷蓄積部と、前記ゲート電極及び前記電荷蓄積部の下方に位置するチャネル領域と、前記チャネル領域の両側の前記半導体基板表面に埋め込み拡散層で形成された前記チャネル領域とは逆導電型の2つの拡散層領域を備え、
前記両側壁部が、前記ゲート電極に対して、前記互いに直交する2方向の内の第1の方向に位置し、
前記2つの拡散層領域の夫々が、前記チャネル領域に対して、前記第1の方向に形成され、
前記第1の方向に隣接する2つの前記不揮発性メモリセルの前記ゲート電極が、前記第1の方向に延伸する共通のゲート電極配線に接続し、
前記2つの拡散層領域の夫々が、前記ゲート電極配線の下方に形成され、
前記不揮発性メモリセルの前記2つの拡散層領域が、前記第1の方向に直交する第2の方向に延伸する2つの埋め込み配線に各別に接続することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A nonvolatile semiconductor memory device including a memory cell array in which a plurality of nonvolatile memory cells are arranged in two directions orthogonal to each other,
The nonvolatile memory cell includes a semiconductor substrate, a gate insulating film formed on the semiconductor substrate, a gate electrode formed on the gate insulating film, and at least one side of both side walls of the gate electrode A charge accumulation part capable of accumulating charges formed on the gate electrode, a channel region located below the charge accumulation part, and a buried diffusion layer formed on a surface of the semiconductor substrate on both sides of the channel area. Two diffusion layer regions having a conductivity type opposite to the channel region are provided,
The both side wall portions are located in a first direction of the two directions orthogonal to the gate electrode;
Each of the two diffusion layer regions is formed in the first direction with respect to the channel region;
The gate electrodes of two non-volatile memory cells adjacent in the first direction are connected to a common gate electrode wiring extending in the first direction;
Each of the two diffusion layer regions is formed below the gate electrode wiring,
The non-volatile semiconductor memory device, wherein the two diffusion layer regions of the non-volatile memory cell are respectively connected to two embedded wirings extending in a second direction orthogonal to the first direction.
前記埋め込み配線が、前記半導体基板に埋め込み拡散層で形成された拡散層配線であ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。   The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the embedded wiring is a diffusion layer wiring formed by an embedded diffusion layer in the semiconductor substrate. 前記電荷蓄積部が、前記ゲート電極、前記ゲート電極配線、及び、前記半導体基板から、絶縁膜によって電気的に絶縁していることを特徴とする請求項1または2に記載の不揮発性半導体記憶装置。   The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the charge storage portion is electrically insulated from the gate electrode, the gate electrode wiring, and the semiconductor substrate by an insulating film. . 前記電荷蓄積部が、前記半導体基板の表面と平行な平板状に形成されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。   4. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the charge storage portion is formed in a flat plate shape parallel to a surface of the semiconductor substrate. 前記電荷蓄積部が、シリコン窒化膜で形成されていることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。   The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the charge storage unit is formed of a silicon nitride film. 前記ゲート電極配線が、前記不揮発性メモリセルの形成に使用する半導体製造プロセスの設計ルールで規定される最小加工寸法の2倍の寸法毎に、前記第2の方向に複数配置され、
前記埋め込み配線が、前記最小加工寸法の3倍の寸法毎に、前記第1の方向に複数配置されることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。
A plurality of the gate electrode wirings are arranged in the second direction for each dimension twice the minimum processing dimension defined by the design rule of the semiconductor manufacturing process used for forming the nonvolatile memory cell,
6. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein a plurality of the embedded wirings are arranged in the first direction every three times the minimum processing dimension. .
請求項1〜6の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、
前記半導体基板上に、前記ゲート絶縁膜とダミーゲート電極層を順次形成し、前記ゲート絶縁膜と前記ダミーゲート電極層を、前記第2の方向に延伸するストライプ状に加工して、前記ゲート絶縁膜を備えたダミーゲート電極を形成する工程と、
前記ダミーゲート電極の両側壁部に前記電荷蓄積部を形成する工程と、
前記電荷蓄積部を備えた前記ダミーゲート電極間に挟まれた領域の前記半導体基板の表面に、不純物注入により、前記拡散層領域及び前記埋め込み配線となる拡散領域を形成する工程と、
前記ダミーゲート電極間に挟まれた領域を絶縁物で埋め込んだ後に、前記絶縁物を平坦化して前記ダミーゲート電極の頂部を露出させる工程と、
前記ダミーゲート電極を除去する工程と、
前記ダミーゲート電極が除去された領域を含む全面に、ゲート電極材料を堆積する工程と、
前記ゲート電極材料を、前記第1の方向に延伸するストライプ状に加工して、前記ゲート電極と前記ゲート電極配線を形成する工程と、
を少なくとも有することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
A method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1,
The gate insulating film and the dummy gate electrode layer are sequentially formed on the semiconductor substrate, the gate insulating film and the dummy gate electrode layer are processed into a stripe shape extending in the second direction, and the gate insulating film is formed. Forming a dummy gate electrode with a film;
Forming the charge storage portion on both side walls of the dummy gate electrode;
Forming a diffusion layer region and a diffusion region serving as the buried wiring by impurity implantation on a surface of the semiconductor substrate in a region sandwiched between the dummy gate electrodes provided with the charge storage portion;
Filling the region sandwiched between the dummy gate electrodes with an insulator, and then planarizing the insulator to expose the top of the dummy gate electrode;
Removing the dummy gate electrode;
Depositing a gate electrode material on the entire surface including the region from which the dummy gate electrode has been removed;
Processing the gate electrode material into a stripe shape extending in the first direction to form the gate electrode and the gate electrode wiring;
A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising:
請求項1〜6の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、
前記半導体基板上に、第1絶縁膜と電荷蓄積部膜と第2絶縁膜とダミーゲート電極層を順次形成し、前記第1絶縁膜と前記電荷蓄積部膜と前記第2絶縁膜と前記ダミーゲート電極層を、前記第2の方向に延伸するストライプ状に加工して、前記第1絶縁膜と前記電荷蓄積部膜と前記第2絶縁膜を備えたダミーゲート電極を形成する工程と、
前記ダミーゲート電極間に挟まれた領域の前記半導体基板の表面に、不純物注入により、前記拡散層領域及び前記埋め込み配線となる拡散領域を形成する工程と、
前記ダミーゲート電極間に挟まれた領域を絶縁物で埋め込んだ後に、前記絶縁物を平坦化して前記ダミーゲート電極の頂部を露出させる工程と、
前記ダミーゲート電極を除去する工程と、
前記ダミーゲート電極を除去して形成された溝部の底部に存在する前記電荷蓄積部膜の中央部分を除去して、前記電荷蓄積部膜を前記第1の方向に分離した2つの前記電荷蓄積部に加工する工程と、
前記分離した2つの前記電荷蓄積部の間の領域に前記ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上を含む全面に、ゲート電極材料を堆積する工程と、
前記ゲート電極材料を、前記第1の方向に延伸するストライプ状に加工して、前記ゲート電極と前記ゲート電極配線を形成する工程と、
を少なくとも有することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
A method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1,
A first insulating film, a charge storage portion film, a second insulating film, and a dummy gate electrode layer are sequentially formed on the semiconductor substrate, and the first insulating film, the charge storage portion film, the second insulating film, and the dummy are formed. Processing a gate electrode layer into a stripe shape extending in the second direction to form a dummy gate electrode including the first insulating film, the charge storage portion film, and the second insulating film;
Forming a diffusion region to be the diffusion layer region and the buried wiring by impurity implantation on the surface of the semiconductor substrate in a region sandwiched between the dummy gate electrodes;
Filling the region sandwiched between the dummy gate electrodes with an insulator, and then planarizing the insulator to expose the top of the dummy gate electrode;
Removing the dummy gate electrode;
The two charge storage portions in which the charge storage portion film is separated in the first direction by removing the central portion of the charge storage portion film existing at the bottom of the groove portion formed by removing the dummy gate electrode The process of processing into
Forming the gate insulating film in a region between the two separated charge storage portions;
Depositing a gate electrode material on the entire surface including on the gate insulating film;
Processing the gate electrode material into a stripe shape extending in the first direction to form the gate electrode and the gate electrode wiring;
A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising:
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010034241A (en) * 2008-07-28 2010-02-12 Spansion Llc Semiconductor device, and method of manufacturing the same
JP2010034242A (en) * 2008-07-28 2010-02-12 Spansion Llc Method of manufacturing semiconductor device
JP2014007275A (en) * 2012-06-25 2014-01-16 Lapis Semiconductor Co Ltd Semiconductor storage device
CN110880501A (en) * 2018-09-05 2020-03-13 高丽大学校产学协力团 Transposition feedback field effect electronic device and arrangement circuit using same
WO2023135907A1 (en) * 2022-01-13 2023-07-20 ローム株式会社 Semiconductor device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010034241A (en) * 2008-07-28 2010-02-12 Spansion Llc Semiconductor device, and method of manufacturing the same
JP2010034242A (en) * 2008-07-28 2010-02-12 Spansion Llc Method of manufacturing semiconductor device
JP2014007275A (en) * 2012-06-25 2014-01-16 Lapis Semiconductor Co Ltd Semiconductor storage device
CN110880501A (en) * 2018-09-05 2020-03-13 高丽大学校产学协力团 Transposition feedback field effect electronic device and arrangement circuit using same
CN110880501B (en) * 2018-09-05 2023-11-24 高丽大学校产学协力团 Index feedback field effect electronic device and arrangement circuit using the same
WO2023135907A1 (en) * 2022-01-13 2023-07-20 ローム株式会社 Semiconductor device

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