JP2007157927A - Non-volatile semiconductor memory device and method of manufacturing same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device and a manufacturing method thereof.
一般に、電気的に書き込み、消去可能な不揮発性半導体記憶装置としては、半導体基板の主表面上に形成された複数のフローティングゲート電極と、このフローティングゲート電極上に形成されたコントロールゲート電極とを備えたものが知られている。近年、半導体集積回路の高集積化に伴い、フローティングゲート間の寸法が狭くなり、隣接するフローティングゲート同士間に、大きな容量が生じ易くなっていた。このため、周囲のフローティングゲートの電位によって、フローティングゲートの読み出し時のしきい値電圧が変動するという、いわゆる容量連結による問題が生じていた。 In general, an electrically writable / erasable nonvolatile semiconductor memory device includes a plurality of floating gate electrodes formed on a main surface of a semiconductor substrate, and a control gate electrode formed on the floating gate electrode. Is known. In recent years, with the high integration of semiconductor integrated circuits, the size between floating gates has become narrower, and a large capacitance has been easily generated between adjacent floating gates. For this reason, there has been a problem due to so-called capacitive coupling in which the threshold voltage at the time of reading of the floating gate varies depending on the potential of the surrounding floating gate.
そこで、従来から、隣接するフローティングゲート同士の容量結合が抑制された不揮発性半導体記憶装置が提案されている。たとえば、特開2000−100976号公報には、隣接するフローティングゲート間および隣接するコントロールゲート間に空洞が形成された不揮発性半導体記憶装置や、隣接するフローティングゲート間および隣接するコントロールゲート間に酸化シリコンより比誘電率が低い絶縁膜が形成された不揮発性半導体記憶装置が記載されている。 Therefore, conventionally, a nonvolatile semiconductor memory device in which capacitive coupling between adjacent floating gates is suppressed has been proposed. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-100766 discloses a nonvolatile semiconductor memory device in which a cavity is formed between adjacent floating gates and between adjacent control gates, and silicon oxide between adjacent floating gates and between adjacent control gates. A nonvolatile semiconductor memory device in which an insulating film having a lower relative dielectric constant is formed is described.
また、特開2002−76299号公報には、表面を有する半導体基板と、半導体基板の主表面に形成された溝と、溝に埋込まれた第1絶縁膜と、第1絶縁膜上に間隔を隔てて形成された2つの導電層と、2つの導電層によって挟まれた領域の直下に位置する半導体基板の表面を露出する、第1絶縁膜に形成された開口部と、開口部を埋込むとともに、2つの導電層を覆うように形成された第2絶縁膜と、第2絶縁膜によって埋込まれた開口部内に形成された空隙とを備えた半導体装置が記載されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-76299 discloses a semiconductor substrate having a surface, a groove formed on the main surface of the semiconductor substrate, a first insulating film embedded in the groove, and a gap on the first insulating film. An opening formed in the first insulating film that exposes the surface of the semiconductor substrate located immediately below the region sandwiched between the two conductive layers, and the opening embedded in the opening. In addition, a semiconductor device including a second insulating film formed so as to cover two conductive layers and a void formed in an opening embedded by the second insulating film is described.
さらに、特開2004−349549号公報に記載された半導体装置においては、トランジスタ間に空隙が形成された半導体装置が記載されている。そして、特開2002−110791号公報に記載された半導体装置においては、配線間に空隙が形成されている。
上記不揮発性半導体記憶装置および半導体装置においては、形成された空隙部を閉塞する手段については、何等記載されていない。このため、上記不揮発性半導体記憶装置および半導体装置においては、空隙部を形成した後の洗浄工程において、空隙部内に洗浄液が浸入するという問題が生じる。 In the nonvolatile semiconductor memory device and the semiconductor device, there is no description about a means for closing the formed gap. Therefore, in the nonvolatile semiconductor memory device and the semiconductor device, there arises a problem that the cleaning liquid enters the gap portion in the cleaning step after the gap portion is formed.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、フローティングゲート間の容量を低減して、選択されたメモリセルのしきい値電圧が隣接するフローティングゲート内に蓄積された電荷量により、変動することを抑制すると共に、形成された空隙部の両端部を閉塞することにより、空隙部内に洗浄液等が浸入することを抑制することができる不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法を提供する。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to reduce the capacitance between floating gates so that the threshold voltage of a selected memory cell is stored in the adjacent floating gate. A non-volatile semiconductor memory device and a method for manufacturing the same capable of suppressing fluctuations depending on the amount and suppressing the penetration of a cleaning solution or the like into the gap by closing both ends of the formed gap provide.
本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、メモリセルを有するメモリセル領域と、メモリセルへの電圧の印加を制御可能な制御トランジスタを有する周辺回路領域とを有する不揮発性半導体記憶装置であって、半導体基板と、半導体基板の主表面上に第1絶縁膜を介して形成された第1フローティングゲートおよび第2フローティングゲートと、第1および第2フローティングゲート上に第2絶縁膜を介して形成された第1コントロールゲートおよび第2コントロールゲートと、第1コントロールゲート上に形成された第3絶縁膜と、第2コントロールゲート上に形成され、第3絶縁膜に接触または近接するように形成された第4絶縁膜と、第3絶縁膜と第4絶縁膜の下方であって、少なくとも第1フローティングゲートと第2フローティングゲートとの間に形成された空隙部と、第3絶縁膜および第4絶縁膜の上面上に形成され、第3絶縁膜と第4絶縁膜との接触部を覆うと共に、第1コントロールゲートおよび第2コントロールゲートの端部側にて、空隙部を閉塞する第5絶縁膜とを備える。 A nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is a nonvolatile semiconductor memory device having a memory cell region having a memory cell and a peripheral circuit region having a control transistor capable of controlling application of a voltage to the memory cell, A semiconductor substrate; a first floating gate and a second floating gate formed on a main surface of the semiconductor substrate via a first insulating film; and a second insulating film formed on the first and second floating gates. The first control gate and the second control gate, the third insulating film formed on the first control gate, and the second control gate are formed so as to be in contact with or close to the third insulating film. Below the fourth insulating film, the third insulating film, and the fourth insulating film, at least the first floating gate and the second floatin A gap formed between the gate and the upper surface of the third insulating film and the fourth insulating film, covering a contact portion between the third insulating film and the fourth insulating film; And a fifth insulating film that closes the gap on the end side of the second control gate.
本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、メモリセルを有するメモリセル領域と、メモリセルへの電圧の印加を制御可能な制御トランジスタを有する周辺回路領域とを備えた不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、半導体基板の主表面上に第1絶縁膜を介して第1フローティングゲートおよび第2フローティングゲートを形成する工程と、第1および第2フローティングゲート上に、第2絶縁膜を介して第1コントロールゲートおよび第2コントロールゲートを形成する工程と、第1コントロールゲート上に第3絶縁膜を形成すると共に、第2コントロールゲート上に第4絶縁膜を形成することで、第3絶縁膜と第4絶縁膜との下方に空隙部を形成する工程と、第1および第2コントロールゲートのうち、該第1および第2コントロールゲートの長手方向の端部近傍にて、空隙部を閉塞するように第5絶縁膜を形成する工程とを備える。 A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention includes a memory cell region having a memory cell and a peripheral circuit region having a control transistor capable of controlling application of a voltage to the memory cell. A method of forming a first floating gate and a second floating gate on a main surface of a semiconductor substrate via a first insulating film, and a second insulating film on the first and second floating gates. Forming a first control gate and a second control gate via the first control gate, forming a third insulating film on the first control gate, and forming a fourth insulating film on the second control gate; A step of forming a gap below the third insulating film and the fourth insulating film, and the first and second of the first and second control gates. Comprising at longitudinal end portion of the cement Roll gates, and forming a fifth insulating film so as to close the gap portion.
本発明に係る不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法においては、隣接するフローティングゲート内に蓄積された電荷量により、選択されたメモリセルのしきい値電圧が変動することを抑制することができると共に、形成された空隙部内に洗浄液等が浸入することを抑制することができる。 In the nonvolatile semiconductor memory device and the manufacturing method thereof according to the present invention, the threshold voltage of the selected memory cell can be prevented from fluctuating due to the amount of charge accumulated in the adjacent floating gate. Thus, it is possible to prevent the cleaning liquid or the like from entering the formed gap.
(実施の形態1)
図1から図28を用いて、本実施の形態1に係る不揮発性半導体記憶装置100について説明する。本実施の形態1では、たとえば4GbitのAND型のフラッシュメモリ単体に本発明を適用した場合の一例について説明する。
(Embodiment 1)
The nonvolatile
図1は本実施の形態1のフラッシュメモリの要部平面図、図2は図1のII−II線の断面図、図3は図1のIII−III線の断面図を示している。 1 is a plan view of a main part of the flash memory according to the first embodiment, FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.
本実施の形態1のフラッシュメモリが形成された半導体基板1は、たとえばp型のシリコン(Si)単結晶からなり、その主表面(デバイス形成面)には、活性領域1Aと、分離領域1Bとが形成されている。分離領域1Bは、たとえばSTI(Shallow Trench Isolation)またはSGI(Shallow Groove Isolation)と称する溝型の分離領域とされている。すなわち、半導体基板1の主表面に掘られた溝内に、たとえば酸化シリコン(SiO2等)のような絶縁膜が埋め込まれることで形成されている。
The
この不揮発性半導体記憶装置100は、半導体基板1の主表面に形成された複数のメモリセルMCを有するメモリセル領域RMCと、メモリセルMCに電圧を供給するかについて制御する複数の制御トランジスタAGTrを有する周辺回路領域RTと、周辺回路領域RTとメモリセル領域RMCとの間に形成された接続領域RCとを備えている。
The nonvolatile
メモリセル領域RMCが位置する半導体基板1の主表面上には、複数のコントロールゲートCGと、このコントロールゲートCGと交差する方向に延在する複数のアシストゲートAGと、このアシストゲートAG間に位置する半導体基板1の主表面上に位置し、コントロールゲートCG下に位置する半導体基板1の主表面上に形成された複数のフローティングゲートFGとが形成されている。また、メモリセル領域RMCが位置する半導体基板1の主表面上には、フローティングゲートFGと、アシストゲートAGに電圧が印加されることにより、アシストゲートAG下に位置する半導体基板1の主表面に形成される反転層と、コントロールゲートCGとを有するメモリセルMCが形成されている。
On the main surface of the
コントロールゲートCGの一方の端部には、コントロールゲートCGに電圧が印加されるコンタクトCT5が形成された幅広部CGaが形成されている。コントロールゲートCGは、隣接する2つのコントロールゲートCGに形成された幅広部CGaが同じ端部側に位置するように配置されている。このため、2つの幅広部CGaからなる幅広部CGaの組が、コントロールゲートCGの一方の端部側と、他方の端部側とに交互に配置されている。 At one end of the control gate CG, a wide portion CGa is formed in which a contact CT5 to which a voltage is applied to the control gate CG is formed. The control gate CG is arranged so that the wide portions CGa formed in the two adjacent control gates CG are located on the same end side. For this reason, a set of wide portions CGa made up of two wide portions CGa are alternately arranged on one end side and the other end side of the control gate CG.
そして、コントロールゲートCGのうち、幅広部CGa側の端部は、幅広部CGaと対向する端部よりも、メモリセル領域RMCの周縁部側に位置している。このように配置されたコントロールゲートCG間には、空隙部GAがコントロールゲートCGに沿って形成されており、この空隙部GAの両端部は、コントロールゲートCGより上方に形成された絶縁膜4により閉塞されている。このため、アシストゲートAGが延在する方向に隣接するフローティングゲートFG間には、空隙部GAが形成されており、アシストゲートAGが延在する方向に隣接するフローティングゲートFG間に形成される容量が低減されている。
In the control gate CG, the end on the wide portion CGa side is located closer to the peripheral portion of the memory cell region RMC than the end facing the wide portion CGa. Between the control gates CG arranged in this way, a gap GA is formed along the control gate CG, and both ends of the gap GA are formed by an
このため、選択されたフローティングゲートFGに対してアシストゲートAGが延在する方向に隣接するフローティングゲートFG内の電荷が変動したとしても、選択されたメモリセルMCのしきい値電圧が変動することが抑制されている。 Therefore, even if the charge in the floating gate FG adjacent to the selected floating gate FG in the extending direction of the assist gate AG varies, the threshold voltage of the selected memory cell MC varies. Is suppressed.
アシストゲートAGは、その各々の平面形状が一方向に向けて延在する矩形状とされている。各アシストゲートAGは、アシストゲートAGが延在する方向と交差する方向に沿って、所定の間隔を隔てて、平行に並んで配置されている。アシストゲートAGの幅は、たとえば65nm程度である。また、隣接するアシストゲートAG間の間隔は、たとえば115nm程度である。このアシストゲートAGは、その大半が上記活性領域1Aに平面的に重なるように配置されている。アシストゲートAGに所望の電圧が印加されると、アシストゲートAG下に位置する半導体基板1の主表面にn型の反転層が形成されるようになっている。このn型の反転層は、ビット線(メモリセルMCのソースおよびドレイン)を形成する部分である。
The assist gate AG has a rectangular shape in which each planar shape extends in one direction. The assist gates AG are arranged in parallel along a direction intersecting with the direction in which the assist gate AG extends at a predetermined interval. The width of the assist gate AG is about 65 nm, for example. The interval between adjacent assist gates AG is, for example, about 115 nm. The assist gate AG is disposed so that most of the assist gate AG overlaps the
周辺回路領域RTが位置する半導体基板1の主表面上には、アシストゲートAGが延在する方向と交差する方向に延在し、複数のアシストゲートAGの端部が接続された配線AGLが形成されている。この配線AGLが位置する半導体基板1の主表面より、メモリセル領域RMC側に位置する半導体基板1の主表面上には、配線AGLに接続されていないアシストゲートAGが配置されている。そして、配線AGLには、配線AGLおよびこの配線AGLに接続されたアシストゲートAGに電圧を印加するコンタクトCT1が形成されており、配線AGLに接続されていないアシストゲートAGの端部にも、このアシストゲートAGに電圧を印加するコンタクトCT4が形成されている。
On the main surface of the
そして、この配線AGLが位置する半導体基板1の主表面に対して、メモリセル領域RMCと反対側に位置する半導体基板1の主表面上には、アシストゲートAG下に位置する半導体基板1の主表面に形成される反転層に電圧を印加するか制御する制御トランジスタAGTrが形成されている。
Then, on the main surface of the
さらに、この制御トランジスタAGTrが位置する半導体基板1の主表面に対して、メモリセル領域RAGと反対側に位置する半導体基板1の主表面上には、アシストゲートAG下に位置する半導体基板1の主表面に形成される反転層に電圧を印加するコンタクトCT3が形成されている。
Furthermore, on the main surface of the
図2は、図1のII−II線における断面図であり、メモリセル領域RMCにおけるコントロールゲートCG間における断面図である。この図2に示されるように、メモリセル領域RMCが位置する半導体基板1の主表面上には、絶縁膜8を介して形成された複数のアシストゲートAGと、このアシストゲートAG間に位置する半導体基板1の主表面上に、絶縁膜2を介して形成されたフローティングゲートFGと、このフローティングゲートFG上に、絶縁膜10を介して形成されたコントロールゲートCGとが形成されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 1, and is a cross-sectional view between the control gates CG in the memory cell region RMC. As shown in FIG. 2, on the main surface of the
アシストゲートAGは、たとえば、低抵抗な多結晶シリコン膜ならなり、半導体基板1の主表面に対して垂直な方向の厚さは、たとえば50nm程度である。アシストゲートAG下に位置する半導体基板1の主表面上に形成された絶縁膜8は、たとえば、酸化シリコンからなり、その厚さは、二酸化シリコン換算膜厚で、たとえば8.5nm程度である。このアシストゲートAGの側面には、酸化シリコンからなる絶縁膜9が形成されている。また、アシストゲートAGの上面上には、たとえば窒化シリコン(Si3N4等)からなる絶縁膜18が形成されている。
The assist gate AG is made of, for example, a low-resistance polycrystalline silicon film, and the thickness in the direction perpendicular to the main surface of the
フローティングゲートFGは、メモリセルMCのデータ用の電荷蓄積層であり、たとえば低抵抗な多結晶シリコンにより形成されている。フローティングゲートFGは、平面で見ると矩形状に形成されている。アシストゲートAGが延在する方向のフローティングゲートFGの幅は、たとえば90nm程度とされ、コントロールゲートCGが延在する方向の幅は、たとえば65nm程度とされている。 The floating gate FG is a data charge storage layer of the memory cell MC, and is formed of, for example, low-resistance polycrystalline silicon. The floating gate FG is formed in a rectangular shape when viewed in plan. The width of the floating gate FG in the direction in which the assist gate AG extends is about 90 nm, for example, and the width in the direction in which the control gate CG extends is about 65 nm, for example.
また、フローティングゲートFG下に形成された半導体基板1の主表面上に形成された絶縁膜2は、メモリセルMCのトンネル絶縁膜として機能するものであり、たとえば、酸窒化シリコン膜(SiON)等から構成されており、二酸化シリコン換算膜厚で、たとえば9nm程度とされている。
The insulating
フローティングゲートFGと、アシストゲートAGとの間には、酸化シリコン膜等からなる絶縁膜16が形成されている。コントロールゲートCGと、フローティングゲートFGとの間には、絶縁膜10が形成されている。この絶縁膜10は、たとえば酸化シリコン、窒化シリコンおよび酸化シリコンを下層から順に積層した、いわゆるONO膜で形成されている。絶縁膜10の厚さは、二酸化シリコン換算膜厚で、たとえば16nm程度である。
An insulating
コントロールゲートCGは、たとえば、低抵抗な多結晶シリコンからなる導電膜CGaと、この導電膜CGaの上面上に形成されたタングステンシリサイド(WSix)等のような高融点金属シリサイド膜CGbとの積層膜により形成されている。このコントロールゲートCGの上面上には、たとえば、シリコン酸化膜からなる絶縁膜3が形成されている。
The control gate CG is, for example, a laminate of a conductive film CGa made of low-resistance polycrystalline silicon and a refractory metal silicide film CGb such as tungsten silicide (WSi x ) formed on the upper surface of the conductive film CGa. It is formed by a film. An insulating
図3は、図1におけるIII−III線における断面図である。この図3に示されるように、メモリセル領域RMCと隣り合う接続領域RCが位置する半導体基板1の主表面上には、絶縁膜2を介して、ダミーフローティングゲートFGDが形成されている。このダミーフローティングゲートFGDは、他のフローティングゲートFGと異なり、メモリセルMCの一部として機能しないものとなっている。ダミーフローティングゲートFGDは、メモリセル領域RMCの周辺部から接続領域RCに亘って延在している。このダミーフローティングゲートFGDの上面上には、HDP(High Density Plasma)膜等からなる絶縁膜4が形成されている。
3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. As shown in FIG. 3, a dummy floating gate FGD is formed on the main surface of the
また、接続領域RCと隣り合う周辺回路領域RTが位置する半導体基板1の主表面上には、絶縁膜2を介して配線AGLと、この配線AGLと隣り合う半導体基板1の主表面上に形成された制御トランジスタAGTrのゲート電極SGと、図2に示されるアシストゲートAG下に形成される反転層に電圧を印加するコンタクトCT3が形成されている。
Further, on the main surface of the
配線AGLは、絶縁膜2を介して半導体基板1の主表面上に形成され、この配線AGLの上面上には、窒化シリコン膜等からなる絶縁膜18が形成されている。そして、この絶縁膜18の上面上には、酸化シリコン膜等からなる絶縁膜12が形成されており、この絶縁膜12の上面上には、酸化シリコン膜等からなる絶縁膜3が形成されている。そして、この絶縁膜3の上面上には、HDP膜等からなる絶縁膜4が形成されている。配線AGLには、配線AGLに電圧を印加するコンタクトCT1が接続されており、コンタクトCT1の上端部には、配線M1が接続されている。そして、このコンタクトCT1に電圧が印加されると、図1および図2において、この配線AGLおよび配線AGLに接続されたアシストゲートAGに電圧が印加されて、配線AGLおよび配線AGLに接続されアシストゲートAG下に位置する半導体基板1の主表面に反転層が形成される。なお、配線AGLおよび、絶縁膜18、3、4の側面上には、酸化シリコン膜等からなるサイドウォール50が形成されている。
The wiring AGL is formed on the main surface of the
制御トランジスタAGTrは、多結晶シリコン等からなるゲート電極SGと、このゲート電極SGが位置する半導体基板1の主表面と隣り合う半導体基板1の主表面上に形成された不純物領域51と、不純物領域54とを備えている。不純物領域51は、制御トランジスタAGTrのソースまたはドレインとして機能し、ゲート電極SGから、接続領域RCにまで亘って延在している。この不純物領域51は、制御トランジスタAGTrから、図1に示すアシストゲートAG下にまで延在しており、アシストゲートAG下に形成される反転層に電気的に接続されている。
The control transistor AGTr includes a gate electrode SG made of polycrystalline silicon or the like, an
また、不純物領域54も、制御トランジスタAGTrのソースまたはドレインとして機能し、n-型の不純物領域53と、不純物領域53よりも高濃度のn+型の不純物領域54を備えている。不純物領域53、52には、たとえばヒ素(As)が導入されている。不純物領域52の上面が位置する半導体基板1の主表面には、コンタクトCT3が接続されている。
The
このため、制御トランジスタAGTrがONとなると、コンタクトCT3に印加された電圧が、制御トランジスタAGTrを介して、図1に示すアシストゲートAG下に形成された反転層に電圧が印加される。 For this reason, when the control transistor AGTr is turned on, the voltage applied to the contact CT3 is applied to the inversion layer formed under the assist gate AG shown in FIG. 1 via the control transistor AGTr.
そして、ゲート電極SGの上面上には、酸化シリコン膜等からなる絶縁膜12が形成されており、この絶縁膜12の上面上には、絶縁膜3が形成されている。さらに、この絶縁膜3の上面上には、HDP膜等からなる絶縁膜4が形成されている。これらゲート電極SGおよび絶縁膜18、12、3、4の両側面上には、たとえば、酸化シリコン膜等からなるサイドウォール50が形成されている。
An insulating
メモリセル領域RMCが位置する半導体基板1の主表面上には、絶縁膜2を介して形成されたフローティングゲート(第1フローティングゲート)FGAと、このフローティングゲートFGAに隣接するフローティングゲート(第2フローティングゲート)FGBと、メモリセル領域RMCのうち接続領域RC側の周辺部に形成されたダミーフローティングゲートFGDとを含むフローティングゲートFGが形成されている。
On the main surface of the
そして、フローティングゲートFGA上には、絶縁膜10を介して形成されたコントロールゲート(第1コントロールゲート)CGAが形成されており、フローティングゲートFGB上には、コントロールゲート(第2コントロールゲート)CGBが形成されている。なお、コントロールゲートCGAとコントロールゲートCGBとの半導体基板1の主表面と平行な方向の幅は、たとえば、120nm程度とされている。なお、コントロールゲートCGは、コントロールゲートCGAと、このコントロールゲートCGAに隣接するコントロールゲートCGBと、メモリセル領域RMCの接続領域RC側の側辺部分に配置され、最も接続領域RC側に位置するダミーコントロールゲートCGDを含む。このダミーコントロールゲートCGDは、他のコントロールゲートCGと同様のパターンとされている一方で、電圧が印加されるコンタクトが形成されていない。
A control gate (first control gate) CGA formed through the insulating
そして、コントロールゲートCGAの上面上には、絶縁膜(第3絶縁膜)3Aが形成されており、コントロールゲートCGBの上面上には、絶縁膜3Aに接触または近接するように形成された絶縁膜(第4絶縁膜)3Bが形成されている。絶縁膜3Aおよび絶縁膜3Bは、コントロールゲートCGA,CGBを覆うように形成されており、コントロールゲートCGA,CGBの上端部側に向かうに従って、半導体基板1の主表面と平行な方向の幅が厚くなるように形成されている。このため、絶縁膜3Aと絶縁膜3Bとは、上方に向かうに従って、互いに近接するように膨出している。この絶縁膜3A、3Bの上端部は、コントロールゲートCGA、CGBの上端部から半導体基板1の主表面に対して垂直な方向の厚みが、たとえば、120nm程度とされている。そして、絶縁膜3Aと絶縁膜3Bとは、コントロールゲートCGAおよびコントロールゲートCGBの上端部より上方で互いに接触または、近接している。なお、絶縁膜3Aと、絶縁膜3Bとが離間している場合においては、絶縁膜3Aと絶縁膜3Bとが最も近接している部分で絶縁膜3Aと絶縁膜3Bとの半導体基板1の主表面と平行な方向の幅は、20nm程度とされている。
An insulating film (third insulating film) 3A is formed on the upper surface of the control gate CGA, and an insulating film formed on the upper surface of the control gate CGB so as to be in contact with or close to the insulating
すなわち、絶縁膜3Aと、絶縁膜3Bとが離間している場合は、絶縁膜3Aと絶縁膜3Bとが最も近接している部分において、絶縁膜3A、3Bの側面は、コントロールゲートCGA,CGBの一方の側面から、半導体基板1の主表面と平行な方向に、50nm程度突出している。
That is, when the insulating
このように、絶縁膜3Aと絶縁膜3Bとが近接または、接触しており、この絶縁膜3Aと絶縁膜3Bとの接触部分および、絶縁膜3Aと絶縁膜3Bとが最も近接する近接部分よより下方には、空隙部GAが形成されている。このため、少なくとも、フローティングゲートFGAとフローティングゲートFGBとの間には、空隙部GAが形成される。さらに、絶縁膜3Aと絶縁膜3Bとは、コントロールゲートCGの上端部より上方で接触または近接しているため、空隙部GAは、コントロールゲートCG間にも形成され、フローティングゲートFG間から、コントロールゲートCGより上方に亘って形成されている。なお、コントロールゲートCGA、CGBおよびフローティングゲートFGA、FGBの側面上と、フローティングゲートFGA、FGB間に位置する半導体基板1の主表面上にも、僅かに絶縁膜3A,3Bが形成されているが、厚みが数nm程度に抑えられている。なお、絶縁膜3は、メモリセル領域RMC内に形成された絶縁膜3A,3Bを含み、接続領域RCおよび周辺回路領域RT内にも形成されている。
As described above, the insulating
そして、メモリセル領域RMC内に位置する絶縁膜3の上面上には、HDP膜等からなる絶縁膜4が形成されている。この絶縁膜4は、メモリセル領域RMC、接続領域RCおよび周辺回路領域RT内にも形成されている。
An insulating
この絶縁膜4は、絶縁膜3Aと絶縁膜3Bとの間に隙間が形成されている場合には、この隙間を閉塞し、絶縁膜3Aと絶縁膜3Bとが接触している場合には、絶縁膜3Aと絶縁膜3Bとの接触部分を覆うように形成されている。この絶縁膜4の半導体基板1の主表面に対して垂直な方向の厚さは、絶縁膜3A、3Bの上端部から、半導体基板1の主表面に対して垂直な方向の厚さは、たとえば、400nm以上500nm以下とされている。
When the gap is formed between the insulating
この絶縁膜4のうち、メモリセル領域RMCに位置する部分は、絶縁膜4のうち、接続領域RCおよび周辺回路領域RTに位置する部分よりも、厚く形成されている。そして、メモリセル領域RMCに位置する絶縁膜4の上面は、接続領域RCおよび周辺回路領域RTに位置する絶縁膜4の上面より、250nm以上450nm以下程度下方に位置している。このため、絶縁膜4は、メモリセル領域RMCと、接続領域RCとの境界領域近傍では、段差が形成されている。そして、ダミーコントロールゲートCGDの表面のうち、接続領域RC側の側面と、絶縁膜4の段差の側面との半導体基板1の主表面と平行な方向の間隔aは、たとえば、40nm程度とされている。
A portion of the insulating
すなわち、絶縁膜4のうち、メモリセル領域RMCを覆う部分の表面のうち、コントロールゲートCGの長手方向と直交する方向に位置する側面4a1と、コントロールゲートCGのうち、最も接続領域RCおよび周辺回路領域RT側に位置し、側面4a1に最も近接するコントロールゲートCGであるダミーコントロールゲートCGDとの図1に示す間隔aが、40nm程度とされている。このように、絶縁膜4は、メモリセル領域RMCを覆うように形成された部分と、メモリセル領域RMCを覆う部分から垂下して、接続領域RCおよび周辺回路領域RTの少なくとも一部を覆う部分とを有している。
That is, of the surface of the insulating
そして、接続領域RCおよび周辺回路領域RTに位置する絶縁膜4の上面上には、たとえば、シリコン酸化膜等からなる層間絶縁膜34が形成されている。さらに、この層間絶縁膜34の上面上およびメモリセル領域RMCに位置する絶縁膜4の上面上には、たとえば、酸化シリコン膜等からなる絶縁膜5が形成されており、この絶縁膜5の上面上に、配線M1〜M3が形成されている。
An interlayer insulating
図4は、図1に示すコントロールゲートCGA、CGBの端部のうち、幅広部CGa側の端部において、半導体基板1の主表面より僅かに上方における平面断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional plan view slightly above the main surface of the
この図4に示されるように、半導体基板1の主表面上には、幅広部CGaが互いに対向するように配置されたコントロールゲートCGA,CGBと、コントロールゲートCGC,CGDが形成されている。コントロールゲートCGCは、コントロールゲートCGBに対して、コントロールゲートCGAと反対側の半導体基板1の主表面上に形成されており、コントロールゲートCGDは、コントロールゲートCGAに対して、コントロールゲートCGBと反対側に位置する半導体基板1の主表面上に形成されている。そして、コントロールゲートCGC、CGDの端部のうち、コントロールゲートCGA,CGBの幅広部CGaが形成された側の端部では、幅広部が形成されておらず、コントロールゲートCGA、CGBより、図1に示すメモリセル領域RMC側に後退している。
As shown in FIG. 4, control gates CGA and CGB and control gates CGC and CGD are formed on the main surface of the
そして、コントロールゲートCGA、CGB,CGC,CGDの表面上には、絶縁膜3が形成されており、コントロールゲートCGA,CGB、CGD、CGD間には、それぞれ、空隙部GA1、GA2,GA3,GA4が形成されている。これら、空隙部GA1、GA2,GA3,GA4の端部に位置する開口部は、それぞれ、絶縁膜4により閉塞されている。ここで、コントロールゲートCGAとコントロールゲートCGDとの間に形成された空隙部GA3と、コントロールゲートCGBとコントロールゲートCGCとの間に形成された空隙部GA1とは、コントロールゲートCGC,CGDの端部にまで延在している。その一方で、コントロールゲートCGAとコントロールゲートCGBとの間に形成された空隙部GA2は、幅広部CGaまで延在しており、空隙部GGA1、GA3より、図1に示すメモリセル領域RMCの周辺部にまで延在している。すなわち、形成された空隙部GA1〜GA3のうち、最もメモリセル領域RMCの周辺部側にまで延在する空隙部GA2と隣り合う半導体基板1の主表面には、コントロールゲートCGA、CGBが形成されている。
An insulating
そして、このコントロールゲートCGA,CGBの長手方向に位置するコントロールゲートCGA、CGBの端面CGa1と、絶縁膜4の表面のうち、コントロールゲートCGA,CGBの長手方向に位置する側面4a2との半導体基板1の主表面と平行な方向の間隔bは、たとえば、440nm以上460nm程度とされており、好ましくは、450nm程度とされている。このように、距離bを設定することにより、絶縁膜4により、空隙部GA1〜GA3の開口端CG1a〜CG3aを閉塞することができる。そして、図1において、間隔aは、間隔bより小さく設定されており、接続領域RCが大きくなり、セル面積が大きくなることが抑制されている。
The
上記のように構成された不揮発性半導体記憶装置100の書き込み動作、読み出し動作、消去動作について説明する。図5は、不揮発性半導体記憶装置100の書き込み動作時における断面図である。この図5および図1において、選択されたメモリセルMCが接続されたコントロールゲートCGにたとえば、15V程度の電圧を印加し、他のコントロールゲートCGには、たとえば、0V程度の電圧を印加する。また、選択されたメモリセルMCのソース形成用のアシストゲートA2Gに、たとえば1V程度を印加し、このソース形成用のアシストゲートAG2下に位置する半導体基板1の主表面に、ソースとして機能する反転層23aを形成する。
A write operation, a read operation, and an erase operation of the nonvolatile
また、選択されたメモリセルMCのドレイン形成用のアシストゲートAG3に、たとえば、7V程度の電圧を印加して、ドレイン形成用のアシストゲートAG3下に位置する半導体基板1の主表面にドレインとして機能する反転層23bを形成する。そして、他のアシストゲートゲートAG1、AG4には、たとえば、0V程度の電圧を印加して、他のアシストゲートAG1、AG4下に位置する半導体基板1の主表面に反転層が形成されることを抑制して、選択されたメモリセルMCと、非選択のメモリセルMCとのアイソレーションを行なう。そして、制御トランジスタAGTrのゲート電極SGにたとえば、7V程度の電圧を印加して、制御トランジスタAGTrをON状態として、図3に示す不純物領域54に印加された4V程度の電圧を、不純物町域51を介して、反転層23bに印加する。
Further, a voltage of, for example, about 7 V is applied to the drain formation assist gate AG3 of the selected memory cell MC to function as a drain on the main surface of the
そして、ソースとして機能する反転層23aには、たとえば、0V程度の電圧を印加する。これにより、ソース側のn型の反転層23aに蓄積した電荷を、ある一定のチャネル電流として流し絶縁膜2を介してフローティングゲートFGに効率的に注入する(定電荷注入方式)ことにより選択のメモリセルMCにデータを高速で書き込む。その一方で、上記非選択のメモリセルMCのドレインからソースにはドレイン電流が流れないようにしてデータが書き込まれないようにする。なお、選択されたメモリセルMCが接続されたコントロールゲートCGに印加される電圧を一定にし、書き込み時間を変えることで、選択されたメモリセルMCのフローティングゲートFGに注入されるるホットエレクトロンの量を変化させることで、何種類かのしきい値レベルを有する多値記憶可能なメモリセルMCを形成することができる。すなわち、“00”/“01”/“10”/“11”等のような4つ以上の値を記憶できる。このため、1つのメモリセルMCで2つのメモリセルMC分の働きを実現できる。したがって、フラッシュメモリの小型化を実現できる。
Then, for example, a voltage of about 0 V is applied to the
図6は、読み出し動作における不揮発性半導体記憶装置100の断面図である。この図6に示されるように、選択されたメモリセルMC内の情報を読み出す際には、選択されたメモリセルMCが接続されたコントロールゲートCGにたとえば、2Vから5V程度の電圧を印加し、他のコントロールゲートCGには、たとえば、0V程度の電圧を印加する。また、選択されたメモリセルMCのソース形成用のアシストゲートAG2および、ドレイン形成用のアシストゲートAG3には、たとえば、5V程度の電圧を印加する。これにより、アシストゲートAG2下に位置する半導体基板1の主表面には、ソースとして機能する反転層23aが形成され、アシストゲートAG3下に位置する半導体基板1の主表面には、ドレインとして機能する反転層23bが形成される。なお、他のアシストゲートAG1、AG4には、たとえば、0V程度の電圧を印加して、他のアシストゲートAG1、AG4下に位置する半導体基板1の主表面に反転層が形成されることを抑制して、選択されたメモリセルと、非選択のメモリセルMCとのアイソレーションを行なう。そして、反転層23aにたとえば、0V程度の電圧を印加して、反転層23bにたとえば、1V程度印加する。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the nonvolatile
このとき選択されたメモリセルMCのフローティングゲートFG内に蓄積された電荷量により、選択されたメモリセルMCのしきい値電圧が変動するので、反転層23aと反転層23bとの間を流れる電流をセンシングすることにより、選択されたメモリセルMCのデータを判断することができる。
At this time, the threshold voltage of the selected memory cell MC varies depending on the amount of charge accumulated in the floating gate FG of the selected memory cell MC, so that the current flowing between the
ここで、図1および図3においてアシストゲートAGが延在する方向に隣接するフローティングゲートFG間には、空隙部GAが形成されているため、選択されたメモリセルMCのフローティングゲートFGと、この選択されたメモリセルMCのフローティングゲートFGに対してアシストゲートAGが延在する方向に隣接するフローティングゲートFGとの間の容量が低減されている。このため、選択されたメモリセルMCに対して、アシストゲートAGが延在する方向に隣接するフローティングゲートFG内に蓄積された電荷用が変動しても、選択されたメモリセルMCのしきい値電圧が変動することを抑制することができる。 Here, since the gap GA is formed between the floating gates FG adjacent in the direction in which the assist gate AG extends in FIGS. 1 and 3, the floating gate FG of the selected memory cell MC, The capacitance between the floating gate FG adjacent to the floating gate FG of the selected memory cell MC in the direction in which the assist gate AG extends is reduced. For this reason, even if the charge accumulated in the floating gate FG adjacent to the selected memory cell MC in the extending direction of the assist gate AG fluctuates, the threshold value of the selected memory cell MC It can suppress that a voltage fluctuates.
図7は、不揮発性半導体記憶装置100の消去動作時における断面図である。この図7に示されるように、データの消去動作は、選択されたコントロールゲートCGに負の電圧を印加して、選択されたコントロールゲートCGに接続されたメモリセルMCのデータを一括消去する。たとえば、選択されたコントロールゲートCGにたとえば、−16V程度の電圧を印加して、半導体基板1にたとえば、正の電圧を印加し、アシストゲートAGには、電圧を印加せず、反転層が形成されることを抑制する。このように、電圧を印加することにより、選択されたコントロールゲートCG下に位置するフローティングゲートFGに蓄積された電荷を、絶縁膜2を介して半導体基板1に放出して、複数のメモリセルMCのデータを一括消去する。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the nonvolatile
ここで、各コントロールゲートCG間に空隙部GAが形成されているため、各コントロールゲートCG間の容量が低減されているため、各コントロールゲートCGは、隣接するコントロールゲートCG内の電流および電圧等が変動しても、電気的に受ける影響が小さく抑えられている。このため、上記各種動作において、各コントロールゲートCGに所望の電圧を印加することができ、動作不良の低減を図ることができる。 Here, since the gap GA is formed between the control gates CG, the capacitance between the control gates CG is reduced, so that each control gate CG has a current and voltage in the adjacent control gate CG. Even if fluctuates, the electrical influence is suppressed to a small level. For this reason, in the various operations described above, a desired voltage can be applied to each control gate CG, and malfunctions can be reduced.
上記のように構成された不揮発性半導体記憶装置100の製造工程について、説明する。図8は、不揮発性半導体記憶装置100の製造工程の第1工程を示す平面図である。この図8に示されるように、半導体基板1の主表面に、活性領域1Aを規定する分離領域1Bを形成する。分離領域1Bは、半導体基板1の主表面に形成された溝内に、たとえば、酸化シリコン等からなる絶縁膜を埋め込むことにより形成される。そして、通常のイオン注入法等により、メモリセル領域RMCが位置する半導体基板1の主表面に、たとえばリン(P)を選択的に導入することでn型の埋込領域を形成した後、通常のイオン注入法等により半導体基板1のメモリセル領域RMC、接続領域RCおよび周辺回路領域RTが位置する半導体基板1の主表面に、たとえば、ホウ素(B)を選択的に導入して、P型のウエル領域を形成し、また、周辺回路領域RTが位置する半導体基板1に、たとえば、リン(P)を選択的に導入して、n型のウエル領域を形成する。
A manufacturing process of the nonvolatile
図9は、不揮発性半導体記憶装置100の製造工程の第2工程を示す平面図であり、図10は、図9のX−X線における断面図であり、この第2工程において、周辺回路領域RT付近の断面図である。この図9、図10において、上記図3に示される不純物領域51が位置する半導体基板1の主表面が外方に露出すると共に、他の半導体基板1の主表面を覆うフォトレジストパターンRP1を形成する。その後、半導体基板1の主表面に、たとえば、ヒ素をイオン注入して、不純物領域51を形成する。
FIG. 9 is a plan view showing a second step of the manufacturing process of the nonvolatile
図11は、不揮発性半導体記憶装置100の第3工程を示す断面図であり、図12は、第3工程における周辺回路領域における断面図である。この図11および図12に示されるように、半導体基板1の主表面上に、たとえば酸化シリコン等からなる絶縁膜8を、たとえば二酸化シリコン換算膜厚で8.5nm程度の厚さとなるように、たとえばISSG(In-Situ Steam Generation)酸化法のような熱酸化法により形成した後、その上に、たとえば低抵抗な多結晶シリコンからなる導電膜AGaを、たとえば50nm程度の厚さとなるようにCVD(Chemical Vapor Deposition)法等により堆積し、さらにその上に、たとえば窒化シリコンからなる絶縁膜18を、たとえば70nm程度の厚さとなるようにCVD法等により堆積する。続いて、絶縁膜18上に、たとえば酸化シリコンからなる絶縁膜12を、たとえばTEOS(Tetraethoxysilane)ガスを用いたCVD法等により堆積した後、その上に、たとえば低抵抗な多結晶シリコンからなるハードマスク膜26aをCVD法等により堆積し、さらに、その上に、たとえば酸窒化シリコン(SiON)からなる反射防止膜27aをプラズマCVD法等により堆積する。その後、その反射防止膜27a上に、上記第1電極4G形成用のレジストパターンを形成する。その後、レジストパターンをエッチングマスクとして、そこから露出する反射防止膜27aおよびハードマスク膜26aをエッチングした後、レジストパターンを除去する。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a third step of the nonvolatile
図13は、不揮発性半導体記憶装置100の製造工程の第4工程を示す断面図であり、図14は、この第4工程における平面図である。そして、図15は、周辺回路領域RTにおける断面図である。この図13に示されるように、図11に示す反射防止膜27aおよびハードマスク膜26aには、図1に示すアシストゲートAGのパターンが形成されており、この反射防止膜27aおよびハードマスク膜26aをエッチングマスクとして、そこから露出する絶縁膜12、18および導電膜4をエッチングする。これにより、半導体基板1の主表面上には、図14に示すように、アシストゲートAGが半導体基板1の主表面上に形成される。なお、図15に示されるように、周辺回路領域RTが位置する半導体基板1の主表面には、不純物領域51が形成されており、半導体基板1の主表面上には、絶縁膜8と、導電膜4と、この導電膜4の上面上に形成された絶縁膜10と、絶縁膜10の上面上に形成された絶縁膜12とを備えている。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a fourth step in the manufacturing process of the nonvolatile
図16は、不揮発性半導体記憶装置100の製造工程の第5工程を示す断面図である。図16において、半導体基板1の主表面に、たとえばISSG酸化法等のような熱酸化処理を施す。この熱酸化処理により、アシストゲートAGの側面上に、たとえば、酸化シリコン膜等からなる絶縁膜9が形成される。続いて、半導体基板の主表面上に、たとえば酸化シリコンからなる絶縁膜を、たとえばTEOSガスを用いたCVD法により堆積した後、これをエッチバックする。このエッチバック処理により、アシストゲートAG、絶縁膜18、12の側面上に、サイドウォール状の縁膜16を形成する。この絶縁膜16の形成により、アシストゲートAG間に位置する半導体基板1の主表面が外方に露出する。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a fifth step in the manufacturing process of the nonvolatile
図17は、不揮発性半導体記憶装置100の製造工程の第6工程を示す断面図である。この図17に示されるように、まず、半導体基板1の主表面に、たとえば酸化シリコンからなる絶縁膜を形成した後、窒素(N)を含むガス雰囲気中で熱処理(酸窒化処理)を施すことにより、その絶縁膜と半導体基板1との界面に窒素を偏析させてアシストゲートAG間に位置する半導体基板1の主表面上に、酸窒化シリコン(SiON)からなる絶縁膜2を形成する。この絶縁膜2は、メモリセルMCのトンネル絶縁膜として機能する膜で、その厚さは、二酸化シリコン換算膜厚で、たとえば9nm程度である。続いて、半導体基板1の主表面に、たとえば低抵抗な多結晶シリコンからなる導電膜6をCVD法等により堆積する。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a sixth step in the manufacturing process of the nonvolatile
続いて、半導体基板1の主表面上に形成された導電膜6に異方性のドライエッチング法によるエッチバック処理または化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)処理を施す。この処理により、絶縁膜16間に位置する半導体基板1の主表面上に、導電膜6が充填される。図18は、不揮発性半導体記憶装置100の製造工程の第7工程を示す断面図である。そして、図17に示す絶縁膜12および絶縁膜16にドライエッチングを施す。この際、酸化シリコンの方が窒化シリコン膜よりもエッチングされ易くなるように、酸化シリコンと、窒化シリコンとのエッチング比を大きくとることにより、絶縁膜18をエッチングストッパとして機能させて、絶縁膜12、16を選択的に除去する。このようにして、絶縁膜18より上方に位置する導電膜6を外方に露出する。
Subsequently, the
図19は、不揮発性半導体記憶装置100の第8工程を示す断面図である。この図19に示されるように、半導体基板1の主表面上に、たとえば、酸化シリコン膜からなる絶縁膜と、窒化シリコン膜と、酸化シリコン膜とを順次CVD法により下層から積層して、絶縁膜10を形成する。その後、絶縁膜10の上面上に、たとえば低抵抗な多結晶シリコンからなる導電膜CGaと、導電膜CGaよりも低抵抗な、たとえばタングステンシリサイド等のような高融点金属シリサイド膜等からなる導電膜CGbを下層から順にCVD法等により堆積する。導電膜CGaは、たとえば100〜150nm程度、導電膜5bの厚さは、たとえば100nm程度である。その後、導電膜CGb上に、たとえば酸化シリコンからなる絶縁膜13をTEOSガスを用いたCVD法等により堆積した後、その上に、たとえば低抵抗な多結晶シリコンからなるハードマスク膜26bをCVD法等により堆積し、さらにその上に、たとえば酸窒化シリコン(SiON)からなる反射防止膜27bをCVD法等により堆積する。
FIG. 19 is a cross-sectional view showing an eighth step of the nonvolatile
次いで、反射防止膜上に、ワード線形成用のレジストパターンを形成し、これをエッチングマスクとして反射防止膜27bおよびハードマスク膜26bをパターニングした後、ワード線形成用のレジストパターンを除去する。続いて、残されたハードマスク膜と反射防止膜の積層膜をエッチングマスクとして、そこから露出される絶縁膜13、導電膜CGbおよび導電膜CGaをエッチングする。これにより、コントロールゲートCGが形成される。
Next, a resist pattern for word line formation is formed on the antireflection film, and the
図20は、不揮発性半導体記憶装置100の製造工程の第9工程を示す断面図であり、メモリセル領域RMC、接続領域RCおよび周辺回路領域RTにおける断面図である。この図20に示されるように、メモリセル領域RMCが位置する半導体基板1の主表面上には、絶縁膜2を介して導電膜6が形成されており、この導電膜6の上面上には、絶縁膜10を介してコントロールゲートCGが形成されている。コントロールゲートCGのうち、最も接続領域RC側に形成されたコントロールゲートCGは、ダミーコントロールゲートCGDであり、電圧が印加されることなく、コントロールゲートCGとして機能しないものである。
FIG. 20 is a cross-sectional view showing a ninth step of the manufacturing process of the nonvolatile
このように、導電膜CGa、CGbをパターニングして、コントロールゲートCGを形成する際に、ダミーコントロールゲートCGDも形成することにより、他のコントロールゲートCGを所望の形状とすることが容易となる。すなわち、このように、ダミーコントロールゲートCGDを形成するようにすることにより、ダミーコントロールゲートCGDより、メモリセル領域RMCの中央部側に位置する領域においては、コントロールゲートCGをパターニングする際に、半導体基板1の主表面上に塗布されるエッチャントの分布にばらつきが生じ難くなる。このため、ダミーコントロールゲートCGDよりメモリセル領域RMCの中央部に位置するコントロールゲートCGを所望の形状に形成することができる。
As described above, when the control gate CG is formed by patterning the conductive films CGa and CGb, the dummy control gate CGD is also formed, so that the other control gate CG can be easily formed into a desired shape. That is, by forming the dummy control gate CGD in this way, in patterning the control gate CG in the region located closer to the center of the memory cell region RMC than the dummy control gate CGD, the semiconductor Variations in the distribution of the etchant applied on the main surface of the
導電膜6は、メモリセル領域RMCが位置する半導体基板1の主表面上から、接続領域RCが位置する半導体基板1の主表面上にまで延在している。そして、接続領域RCと、周辺回路領域RTとの境界部分においては、半導体基板1の主表面上に、絶縁膜2を介して、導電膜AGaが形成されている。この導電膜4の上面上には、絶縁膜18が形成されており、この絶縁膜18の上面上は、絶縁膜12が形成されている。ここで、絶縁膜10は、コントロールゲートCG下に位置する導電膜6の上面上および、絶縁膜12の上面上に形成されている。
The
図21は、不揮発性半導体記憶装置100の第10工程におけるメモリセル領域RMC、接続領域RCおよび周辺回路領域RTにおける断面図である。この図21に示されるように、この第10工程においては、絶縁膜10にエッチングを施して除去する。このエッチング処理により、コントロールゲートCG下に位置する導電膜6の上面上に絶縁膜10が残留すると共に、接続領域RCおよび周辺回路領域RTに位置する絶縁膜10が除去される。
FIG. 21 is a cross-sectional view of the memory cell region RMC, the connection region RC, and the peripheral circuit region RT in the tenth step of the nonvolatile
図22は、不揮発性半導体記憶装置100の製造工程の第11工程を示す断面図である。この図22に示されるように、メモリセル領域RMCの部分が開口するレジスト30を半導体基板1の主表面上に形成する。そして、コントロールゲートCGをマスクとして、導電膜6にパターニングを施して、フローティングゲートFGを形成する。ここで、形成されたフローティングゲートFGのうち、最も、接続領域RC側に形成されたフローティングゲートFGは、ダミーフローティングゲートFGDであり、電荷を蓄積する機能を有しないものとなっている。このダミーフローティングゲートFGDは、メモリセル領域RMCから、接続領域RCにまで延在している。
FIG. 22 is a cross-sectional view showing an eleventh step of the manufacturing process of the nonvolatile
図23は、不揮発性半導体記憶装置100の製造工程の第12工程を示す断面図である。この図23に示されるように、半導体基板1の主表面上に絶縁膜3をプラズマCVD法により形成する。この絶縁膜3は、プラズマCVD装置を用いて形成する。そして、絶縁膜3を形成する際には、プラズマCVD装置の成膜ガスの供給流量を増加させる。ガスの供給量を過剰とすることにより、絶縁膜3の埋め込み性が低くなり、絶縁膜3がコントロールゲートCG間およびフローティングゲートFG間に埋め込まれにくくなる。たとえば、N2Oガスの供給量を500sccm以上600sccm以下に設定し、SiH4のガス供給量を3sccm以上5sccm以下程度に設定するのが好ましい。
FIG. 23 is a cross-sectional view showing a twelfth process of the manufacturing process of the nonvolatile
特に、絶縁膜3の成膜の際に、N2O/SiH4比を上げるのが好ましい。N2O/SiH4比を上げることにより、カバレッジ(Coverage)を悪化させることができ、埋め込み性を低下させることができる。たとえば、N2O/SiH4比は、1〜2の範囲が好ましい。
In particular, it is preferable to increase the N 2 O /
さらに、絶縁膜3の成膜の際に、成膜温度を通常より低く設定する。成膜温度を低く設定すると、表面反応が停滞し、カバレッジを低下させることができ、埋め込み性を低下させることができる。たとえば、成膜温度は、200℃以上250℃以下の範囲が好ましい。
Further, when forming the insulating
また、絶縁膜3の成膜の際に、プラズマ発生源のパワーを低く設定する。パワーを低く設定することにより、プラズマ密度が下がり、ラジカル(radical)が減少し、カバレッジが低くなり、埋め込み性が低下する。たとえば、プラズマ発生源のパワーは、125W〜925W程度の範囲が好ましい。
Further, the power of the plasma generation source is set low when the insulating
そして、絶縁膜3の成膜の際に、成膜圧力を通常時より低下させる。成膜圧力が低下すると、成膜の指向性が向上して、コントロールゲートCGの側面やフローティングゲートFGの側面に絶縁膜が形成されることが抑制される。たとえば、成膜圧力としては、10−2Torr以上数torr以下の範囲が好ましい。
Then, when the insulating
さらに、絶縁膜3を形成する際に、半導体基板1の主表面と、プラズマCVD装置の電極との間に印加されるバイアスを小さくするのが好ましい。たとえば、電極と半導体基板1の主表面間のバイアスを0W程度とする。ここで、半導体基板1に印加される電圧が低いと、プラズマCVD法により、絶縁膜3を形成する過程において、プラズマCVD装置内の雰囲気中のイオンが、形成された絶縁膜3内の粒子に衝突して、絶縁膜3の粒子が、絶縁膜3から外方に飛び出した場合においても、絶縁膜3の粒子は、半導体基板1の主表面側に引っ張られることなく、空中を浮遊し易く、半導体基板1の主表面に堆積されることが抑制される。
Furthermore, when forming the insulating
このため、コントロールゲートCGおよびフローティングゲートFG間に位置する半導体基板1の主表面上に、絶縁膜3が堆積されることを抑制することができる。
For this reason, it can suppress that the insulating
このようにして形成される絶縁膜3は、まず、コントロールゲートCGの上端部側で、コントロールゲートCGの表面上に付着する。そして、このコントロールゲートCGの上端部側の表面に付着した絶縁膜3の表面上にさらに、新たな絶縁膜3が形成される。このようにして、コントロールゲートCGの上端部側に、上方に向かう程、半導体基板1の主表面と平行な方向の幅が広くなるように膨出した絶縁膜3が形成される。そして、一のコントロールゲートCGの上端部に形成された絶縁膜3と、この一のコントロールゲートCGに隣接するコントロールゲートCGの上端部に形成された絶縁膜3とは、少なくとも、20nm程度またはそれ以上近接し、互いに接触するように形成されている。
The insulating
このような絶縁膜3が形成されることにより、隣接するコントロールゲートCGの上端部に形成された絶縁膜3が近接または接触箇所の下方に空隙部GAが形成される。ここで、隣接するコントロールゲートCG上に形成された絶縁膜3は、コントロールゲートCGより上方で近接または接触するため、空隙部GAは、少なくとも、フローティングゲートFG間には形成される。さらに、空隙部GAは、コントロールゲートCG間にまで亘って延在し、コントロールゲートCGの上端部より上方で、閉塞するように形成される。なお、この絶縁膜3は、接続領域RC上に形成されたダミーフローティングゲートFGDの上面上および、周辺回路領域RTに形成された絶縁膜12の上面上にも形成される。
By forming the insulating
図24は、不揮発性半導体記憶装置100の製造工程の第13工程を示す断面図である。この図24に示されるように、半導体基板1の主表面上にHDP膜等からなる絶縁膜4をプラズマCVD法により形成する。このように、絶縁膜3の上面上に絶縁膜4を形成することにより、この後の洗浄工程において、空隙部GA内に洗浄液が染み込むことを抑制することができる。
FIG. 24 is a cross-sectional view showing a thirteenth step of the manufacturing process of the nonvolatile
この絶縁膜4は、絶縁膜3の上端部から半導体基板1の主表面に対して、垂直な方向に、たとえば、400nm以上500nm以下程度堆積される。絶縁膜4上に位置する絶縁膜3の膜厚が、400nmより薄くなると、この後の工程の洗浄工程において、洗浄液が空隙部GA内に入り込む恐れがあるためである。また、500nmより厚く形成されると、この後の工程において、周辺回路領域RTをパターニングする際のフォトレジストを感光する工程において、フォトリソグラフィ感光を良好に行なうことができないという問題が生じるためである。
The insulating
この絶縁膜4の成膜温度は、たとえば、300℃以上500℃以下とされ、バイアスパワーは、2000W以上4000W以下の範囲とする。このように、バイアスパワーを大きくすると、絶縁膜4の成膜の際に、半導体基板1に係る電圧が大きくなる。このため、プラズマ雰囲気中のイオンが絶縁膜3または絶縁膜4内の粒子に衝突して、絶縁膜3または絶縁膜4の粒子が外方に飛び出した際に、この粒子が半導体基板1側に引き寄せられ、絶縁膜3間に形成された隙間を閉塞することができる。
The deposition temperature of the insulating
そして、このようにプラズマCVD法のスパッタリング効果を有効に利用すると共に、絶縁膜4の成膜時間が長時間とならないように、この絶縁膜4の成膜条件のD/S比を、3以上5以下とする。ここで、D/S比とは、D/S比=1+D(デポジション速度(nm/s))/S(スパッタリング速度(nm/s))として示される。D/S比が3より小さくなると、絶縁膜4が形成される速度が小さくなり成膜に時間を要するという問題が生じるためである。さらに、D/S比のが、5より大きくなると、空隙部CG内に絶縁膜4が入り込みやすくなるためである。
The D / S ratio of the film formation conditions of the insulating
図25は、不揮発性半導体記憶装置100の製造工程の第14工程を示す断面図である。この図25に示されるように、メモリセル領域RMCに位置する絶縁膜4の上面上にレジスト31を形成し、接続領域RCおよび周辺回路領域RT内に形成された絶縁膜4をドライエッチングする。そして、接続領域RCおよび周辺回路領域RTが位置する半導体基板1の主表面上に形成された絶縁膜4の上面を、絶縁膜3の上面上に形成された絶縁膜4の上面より、たとえば、250nm以上450nm以下低くする。そして、周辺回路領域RTおよび接続領域RCに位置する絶縁膜4の半導体基板1の主表面に対して、垂直な方向の厚さLbを、たとえば、200nm以上300nm以下とする。しかる後に、半導体基板1の主表面上に洗浄を施して、レジスト31を除去する。この洗浄の際、メモリセル領域RMC上に形成された空隙部GA上には、絶縁膜3より密度が高いシリコン酸化膜により形成された絶縁膜4が形成されているため、洗浄液が空隙部GA内に染み込むことが抑制されている。
FIG. 25 is a cross-sectional view showing a fourteenth step of manufacturing the nonvolatile
さらに、絶縁膜3の上面上に形成された絶縁膜4の半導体基板1の主表面に対して垂直な方向の厚さLaは、たとえば、400nm以上450nmとなるように形成されているため、空隙部GA内に洗浄液が染み込むことが良好に抑制されている。なお、400nmより薄く形成されると、空隙部GA内に洗浄液が染み込む恐れがある。また、450nmより厚く形成されると、接続領域RCおよび周辺回路領域RTが位置する半導体基板1の主表面上に形成された絶縁膜4の半導体基板1の主表面に対して垂直な方向の厚みLbを、200nm以上300nm以下とするために、絶縁膜4に施すエッチング量が過大となるためである。
Furthermore, since the thickness La of the insulating
図26は、不揮発性半導体記憶装置100の製造工程の第15工程を示す断面図である。この図26に示されるように、半導体基板1の主表面上に、レジスト32を堆積する。そして、このレジスト32に露光処理を施して、配線AGLおよびゲート電極SGのパターンをレジスト32に形成した後、周辺回路領域RTおよび接続領域RCに位置する絶縁膜3、4、12、11,11および導電膜4にパターニングして、半導体基板1の主表面上に、配線AGLおよびゲート電極SGを形成する。
FIG. 26 is a cross-sectional view showing a fifteenth step of the manufacturing process of the nonvolatile
ここで、上記第14工程において、メモリセル領域RMCに形成された絶縁膜4の上面と、接続領域RCおよび周辺回路領域RT上に形成された絶縁膜4の上面との差は、450nm以下とされているため、接続領域RCとメモリセル領域RMCとの境界部分に形成されるレジスト32の傾斜が過大に急激なものとなることが抑制されている。これにより、配線AGLやゲート電極SGのパターンが、レジスト32の傾斜面に形成されることが抑制され、露光処理の際に、形成される配線AGLおよびゲート電極SGパターンがレジスト32の平坦面上に形成されることになり、良好にパターン形成を行なうことができる。なお、接続領域RCおよび周辺回路領域RT上に形成された絶縁膜4の半導体基板1の主表面に対して垂直な方向の厚さが、200nm以上300nm以下とされているため、配線AGLおよびゲート電極SGのパターニングを行なう際に、導電膜AGa、絶縁膜18、3、4の膜厚が過大に厚くなりすぎることを抑制することができ、良好にゲート電極SGおよび配線AGLを形成することができる。
Here, in the fourteenth step, the difference between the upper surface of the insulating
図27は、不揮発性半導体記憶装置100の製造工程の第16工程を示す断面図であり、図28は、第17工程を示す断面図である。まず、形成される不純物領域53に対応する領域が開口したマスクを半導体基板1の主表面上に形成する。そして、このマスク上から半導体基板1の主表面にイオン注入を行ない、ゲート電極SGが位置する半導体基板1の主表面に対してメモリセル領域RMCと反対側に位置する半導体基板1の主表面上に、n-型の不純物領域53を形成する。この不純物領域53を形成した後に、半導体基板1の主表面を洗浄して、マスクを除去する。このマスクを除去する洗浄の際に、メモリセル領域RMCに形成された空隙部GAの上面上には、絶縁膜3より密度が高く形成された絶縁膜4が形成されているため、空隙部GA内に洗浄液が染み込むことが抑制されている。
FIG. 27 is a sectional view showing a sixteenth step of the manufacturing process of the nonvolatile
そして、TEOSガスを用いたCVD法により、配線AGLとゲート電極SGとの間を、絶縁膜50を埋め込むと共に、ゲート電極SGおよびゲート電極SGの上面上に形成された絶縁膜4、3、12の側面上にサイドウォール状の絶縁膜50を形成する。続いて、ゲート電極SGが位置する半導体基板1の主表面に対して、メモリセル領域RMCと反対側に位置する半導体基板1の主表面に、n+型の不純物領域52を形成して、不純物領域53と不純物領域52とを備え、ソースまたはドレインとして機能する不純物領域54を形成する。このようにして、周辺回路領域RTに制御トランジスタAGTrを形成する。そして、半導体基板1の主表面上に、酸化シリコン膜等からなる層間絶縁膜34を、たとえば、TEOSガスを用いたプラズマCVD法により堆積する。そして、メモリセル領域RMC上に形成された層間絶縁膜34にドライエッチングを施す。
Then, the insulating
そして、図3および図28に示されるように、まず、層間絶縁膜34の上面にCMPを施して、メモリセル領域RMC上に形成された層間絶縁膜34を除去すると共に、接続領域RCおよび周辺回路領域RTが位置する半導体基板1の主表面上に形成された層間絶縁膜34の上面が、メモリセル領域RMCに形成された絶縁膜4の上面と一致するように平坦化する。ここで、上記第16工程において、メモリセル領域RMCに位置する層間絶縁膜34に予めドライエッチングを施すことにより、層間絶縁膜34に施すCMP量を低減することができ、良好に層間絶縁膜34の上面を平坦化することができる。
Then, as shown in FIGS. 3 and 28, first, CMP is performed on the upper surface of the
しかる後に、層間絶縁膜34の上面上に絶縁膜5を形成して、配線AGLの上面上にまで達するコンタクトCT1と、ゲート電極SGの上面上にまで達するコンタクトCT2と、不純物領域54が位置する半導体基板1の主表面にまで達するコンタクトCT3とを形成する。この際、所謂ONO膜である絶縁膜10は、周辺回路領域RTおよび接続領域RC上に形成されていないため、コンタクトCT1〜CT3のコンタクトホールを良好に形成することができる。このようにして、図3に示される半導体基板1の主表面上に形成された不揮発性半導体記憶装置100が形成される。
Thereafter, the insulating
(実施の形態2)
図29から図32を用いて、上記不揮発性半導体記憶装置100の製造方法とは異なる他の製造方法について説明する。図29は、図19に示された不揮発性半導体記憶装置100の第8工程後の第9工程を示す断面図である。この図29および図19において、コントロールゲートCG間に位置するコントロールゲートCGに位置する絶縁膜10を除去すると共に、導電膜6にパターニングを施して、フローティングゲートFGとダミーフローティングゲートFGDを形成する。
(Embodiment 2)
With reference to FIGS. 29 to 32, another manufacturing method different from the method for manufacturing the nonvolatile
図30は、不揮発性半導体記憶装置100の第10工程を示す断面図である。この図30に示されるように、半導体基板1の主表面上に、メモリセル領域RMCが位置する半導体基板1の主表面上に、レジスト40形成すると共に、周辺回路領域RTおよび接続領域RCを外方に露出させる。そして、接続領域RCおよび周辺回路領域RTに形成された絶縁膜10をエッチングして、除去する。
FIG. 30 is a cross-sectional view showing the tenth step of the nonvolatile
図31は、不揮発性半導体記憶装置100の第11工程を示す断面図である。この図31に示されるように、コントロールゲートCGの上に絶縁膜3を形成し、この絶縁膜3上に、HDP膜等からなる絶縁膜4をプラズマCVD法により形成する。図32は、不揮発性半導体記憶装置100の第12工程を示す断面図である。図32に示されるように、メモリセル領域RMCを覆うと共に、接続領域RCおよび周辺回路領域RTを外方に露出するレジスト40を形成する。そして、周辺回路領域RTおよび接続領域RCに位置する絶縁膜4にドライエッチングを施す。そして、上記実施の形態1に係る不揮発性半導体記憶装置100の製造工程と同様の工程を経ることにより、不揮発性半導体記憶装置100が形成される。
FIG. 31 is a cross-sectional view showing an eleventh step of nonvolatile
このような不揮発性半導体記憶装置100の製造方法は、上記実施の形態1に係る不揮発性半導体記憶装置100の製造工程と同様の工程を含んでいるため、実施の形態1に係る不揮発性半導体記憶装置100の製造工程と同様の作用・効果を得ることができる。
Since the manufacturing method of such a nonvolatile
(実施の形態3)
図33および図34を用いて、本実施の形態3に係る不揮発性半導体記憶装置100のさらに他の製造方法について説明する。図33は、上記図19に示される不揮発性半導体記憶装置100の第8工程後の第9工程を示す断面図であり、図34は、図33後の工程を示す断面図である。図33に示されるように、周辺回路領域RTおよび接続領域RCに位置する絶縁膜10を残した状態で、フローティングゲートFGおよびダミーフローティングゲートFGを形成する。
(Embodiment 3)
With reference to FIGS. 33 and 34, still another method for manufacturing the nonvolatile
そして、コントロールゲートCG上に絶縁膜3を形成して、フローティングゲートFG間およびコントロールゲートCG間に空隙部GAを形成し、さらに、絶縁膜3の上面上に、HDP膜等からなる絶縁膜4をプラズマCVD法により形成する。図34に示されるように、周辺回路領域RTおよび接続領域RCに形成された絶縁膜4、3と、絶縁膜10をエッチングして、除去する。この際、絶縁膜4および絶縁膜3にエッチングを施す際に、所謂ONO膜の絶縁膜10のうち、シリコン酸化膜から形成された部分も同時にエッチングされる。このため、絶縁膜10を除去するために要する工程を一部省略することができ、工程数を低減することができる。なお、本実施の形態3に係る不揮発性半導体記憶装置100の製造工程も、上記実施の形態1に係る不揮発性半導体記憶装置100の製造工程と同様の工程を含むため、上記実施の形態1に係る不揮発性半導体記憶装置100の製造工程と同様の作用・効果を得ることができる。
Then, the insulating
(実施の形態4)
図35から図38を用いて、本実施の形態4に係る不揮発性半導体記憶装置400およびその製造方法について説明する。図35は、不揮発性半導体記憶装置400の断面図である。なお、上記実施の形態1に係る不揮発性半導体記憶装置100と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施の形態4に係る不揮発性半導体記憶装置400においては、コントロールゲートCGの上面上に形成された絶縁膜3は、接続領域RCおよび周辺回路領域RTにも形成されている。そして、この絶縁膜3の上面上には、層間絶縁膜34が形成されている。図36から図38を用いて、本実施の形態4に係る不揮発性半導体記憶装置400の製造方法について説明する。この不揮発性半導体記憶装置400の製造工程は、上記実施の形態1に係る不揮発性半導体記憶装置100の製造工程のうち、図19に示された第8工程までは、同様の工程を経ている。
(Embodiment 4)
A nonvolatile
図36は、上記図19に示された工程後の、不揮発性半導体記憶装置400の第9工程を示す断面図である。この図36において、接続領域RCおよび周辺回路領域RTを覆うようなマスクを形成して、コントロールゲートCGをマスクとして機能させて、導電膜6をエッチングして、フローティングゲートFGおよびダミーフローティングゲートFGを形成する。そして、接続領域RCおよび周辺回路領域RTを覆うマスクを除去した後、導電膜4および絶縁膜18、12にパターニングを施して、ゲート電極SGおよび配線AGLを形成する。しかる後に、形成される不純物領域53が位置する半導体基板1の主表面を外方に露出すると共に、他の領域を覆うマスクを形成して、不純物を半導体基板1の主表面に導入して、不純物領域53を形成する。
FIG. 36 is a cross-sectional view showing a ninth step of the nonvolatile
そして、絶縁膜50を堆積し、この絶縁膜50にCMPを施して、コントロールゲートCGおよびフローティングゲートFG間に絶縁膜50を充填すると共に、ダミーコントロールゲートCGDの側面上に、サイドウォール状の絶縁膜50を形成する。また、この際、配線AGLと、この配線AGL上に形成された絶縁膜11、12の側面上に絶縁膜50が形成されると共に、ゲート電極SGおよびゲート電極SG上に形成された絶縁膜18、12の側面上にサイドウォール状の絶縁膜50を形成する。そして、半導体基板1の主表面に不純物を導入して、不純物領域53を形成する。このようにして、周辺回路領域RTに制御トランジスタAGTrが形成される。
Then, an insulating
図37は、不揮発性半導体記憶装置400の製造工程の第10工程を示す断面図である。この図37に示されるように、接続領域RCおよび周辺回路領域RTを覆うレジスト41を形成する。そして、図36に示された絶縁膜50のうち、コントロールゲートCGおよびフローティングゲートFG間に充填された絶縁膜50をエッチングして、除去する。この際、フローティングゲートFG間に位置する半導体基板1の主表面上に形成された絶縁膜2も除去され、フローティングゲートFG間に位置する半導体基板1が外方に露出する。
FIG. 37 is a cross-sectional view showing a tenth step of the manufacturing process of nonvolatile
図38は、不揮発性半導体記憶装置400の製造工程の第11工程を示す断面図である。この図38に示されるように、絶縁膜3を接続領域RCおよび周辺回路領域RTを覆うように形成すると共に、コントロールゲートCG上に絶縁膜3を形成して、コントロールゲートCGおよびフローティングゲートFG間に空隙部GAを形成する。そして、プラズマCVD法により、層間絶縁膜34を堆積する。この層間絶縁膜34を形成する際には、半導体基板1とプラズマCVD装置の電極間に印加されるバイアスを0から数W程度とする。このように、電極と半導体基板1との間に印加されるバイアスを低減することにより、層間絶縁膜34の埋め込み性が悪くなり、隣接するコントロールゲートCG上に形成された絶縁膜3間に形成された隙間から、層間絶縁膜34が空隙部GA内に入り込むことが抑制される。このため、空隙部GAを半導体基板1の主表面上からコントロールゲートCGの上面上にまで良好に延在させることができる。
FIG. 38 is a cross-sectional view showing an eleventh step of the manufacturing process of the nonvolatile
この層間絶縁膜34を形成する際には、制御トランジスタAGTrおよび配線AGLが既に形成されており、配線AGLおよび制御トランジスタAGTrのゲート電極SGをパターニングする際に形成されるレジストを洗浄する工程や、不純物領域54を形成する際に用いられるマスクを除去する洗浄工程等は、既に終了している。このように、層間絶縁膜34を形成した後に、洗浄工程が施されることが抑制されており、空隙部GA内に洗浄液が染み込むことが抑制されている。すなわち、層間絶縁膜34に洗浄液の染み込み防止機能を持たせる必要性が小さいため、層間絶縁膜34を密に形成する必要性が小さいため、層間絶縁膜34を形成する際に、プラズマCVD装置の電極と、半導体基板1との間に印加されるバイアスを小さくすることができ、空隙部GA内に層間絶縁膜34が入り込むことを抑制することができる。
When the
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiment of the present invention has been described above, it should be considered that the embodiment disclosed this time is illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明は、不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法に好適である。 The present invention is suitable for a nonvolatile semiconductor memory device and a method for manufacturing the same.
1A 活性領域、1B 分離領域、3 絶縁膜、4a1,4a2 側面、23a,23b 反転層、34 層間絶縁膜、100 不揮発性半導体記憶装置、AG アシストゲート、CG コントロールゲート、FG フローティングゲート、RC 接続領域、RMC メモリセル領域、RT 周辺回路領域。 1A active region, 1B isolation region, 3 insulating film, 4a1, 4a2 side surface, 23a, 23b inversion layer, 34 interlayer insulating film, 100 nonvolatile semiconductor memory device, AG assist gate, CG control gate, FG floating gate, RC connection region , RMC Memory cell area, RT peripheral circuit area.
Claims (17)
半導体基板と、
前記半導体基板の主表面上に第1絶縁膜を介して形成された第1フローティングゲートおよび第2フローティングゲートと、
前記第1および第2フローティングゲート上に第2絶縁膜を介して形成された第1コントロールゲートおよび第2コントロールゲートと、
前記第1コントロールゲート上に形成された第3絶縁膜と、
前記第2コントロールゲート上に形成され、前記第3絶縁膜に接触または近接するように形成された第4絶縁膜と、
前記第3絶縁膜と前記第4絶縁膜の下方であって、少なくとも前記第1フローティングゲートと前記第2フローティングゲートとの間に形成された空隙部と、
前記第3絶縁膜および前記第4絶縁膜の上面上に形成され、前記第3絶縁膜と前記第4絶縁膜との接触部を覆うと共に、前記第1コントロールゲートおよび第2コントロールゲートの端部側にて、前記空隙部を閉塞する第5絶縁膜と、
を備えた不揮発性半導体記憶装置。 A non-volatile semiconductor memory device having a memory cell region having a memory cell and a peripheral circuit region having a control transistor capable of controlling application of a voltage to the memory cell,
A semiconductor substrate;
A first floating gate and a second floating gate formed on the main surface of the semiconductor substrate via a first insulating film;
A first control gate and a second control gate formed on the first and second floating gates via a second insulating film;
A third insulating film formed on the first control gate;
A fourth insulating film formed on the second control gate and in contact with or close to the third insulating film;
A gap formed below the third insulating film and the fourth insulating film and at least between the first floating gate and the second floating gate;
Formed on the top surfaces of the third insulating film and the fourth insulating film, covers a contact portion between the third insulating film and the fourth insulating film, and ends of the first control gate and the second control gate On the side, a fifth insulating film closing the gap,
A non-volatile semiconductor memory device.
前記第5絶縁膜の表面のうち、前記コントロールゲートの長手方向と直交する方向に位置する第1側面と、前記第1側面と最も近接する前記コントロールゲートとの間の前記半導体基板の主表面と平行な方向の間隔は、
前記コントロールゲートの長手方向に位置する前記コントロールゲートの端面と、前記第5絶縁膜の表面のうち、前記コントロールゲートの長手方向に位置する第2側面との前記半導体基板の主表面と平行な方向の間隔よりも小さい、請求項1または請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。 A plurality of control gates including the first and second control gates, and the fifth insulating film is formed to cover the memory cell region;
Of the surface of the fifth insulating film, a first side surface positioned in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the control gate, and a main surface of the semiconductor substrate between the control gate and the first side surface closest to the first side surface The spacing in the parallel direction is
A direction parallel to the main surface of the semiconductor substrate of an end face of the control gate located in the longitudinal direction of the control gate and a second side face located in the longitudinal direction of the control gate among the surfaces of the fifth insulating film The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the non-volatile semiconductor memory device is smaller than the interval.
半導体基板の主表面上に第1絶縁膜を介して第1フローティングゲートおよび第2フローティングゲートを形成する工程と、
前記第1および第2フローティングゲート上に、第2絶縁膜を介して第1コントロールゲートおよび第2コントロールゲートを形成する工程と、
前記第1コントロールゲート上に第3絶縁膜を形成すると共に、前記第2コントロールゲート上に第4絶縁膜を形成することで、前記第3絶縁膜と前記第4絶縁膜との下方に空隙部を形成する工程と、
前記第1および前記第2コントロールゲートのうち、該第1および第2コントロールゲートの長手方向の端部近傍にて、前記空隙部を閉塞するように第5絶縁膜を形成する工程と、
を備えた不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising: a memory cell region having a memory cell; and a peripheral circuit region having a control transistor capable of controlling application of a voltage to the memory cell,
Forming a first floating gate and a second floating gate on a main surface of a semiconductor substrate via a first insulating film;
Forming a first control gate and a second control gate on the first and second floating gates via a second insulating film;
A third insulating film is formed on the first control gate, and a fourth insulating film is formed on the second control gate, so that a gap is formed below the third insulating film and the fourth insulating film. Forming a step;
Forming a fifth insulating film so as to close the gap in the vicinity of the longitudinal ends of the first and second control gates of the first and second control gates;
A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device comprising:
前記周辺回路領域に位置する前記第5絶縁膜をエッチングして、前記メモリセル領域に位置する前記第5絶縁膜の前記半導体基板の主表面に対して垂直な方向の厚さよりも、前記周辺回路領域に位置する前記第5絶縁膜の前記半導体基板の主表面に対して垂直な方向の厚みを薄く形成して、前記制御トランジスタを形成する、請求項9から請求項11のいずれかに記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 The fifth insulating film is formed in the memory cell region and the peripheral circuit region;
Etching the fifth insulating film located in the peripheral circuit region, the peripheral circuit has a thickness in a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate of the fifth insulating film located in the memory cell region. 12. The control transistor according to claim 9, wherein the control transistor is formed by forming a thickness of the fifth insulating film located in a region in a direction perpendicular to a main surface of the semiconductor substrate. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device.
前記周辺回路領域に位置する前記第5絶縁膜を除去後に、前記第1および第2フローティングゲートを形成する、請求項14に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 Removing the fifth insulating film located in the peripheral circuit region after forming the first and second control gates;
15. The method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 14, wherein the first and second floating gates are formed after removing the fifth insulating film located in the peripheral circuit region.
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