JP2007266499A - Nonvolatile semiconductor memory and method for fabrication thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、不揮発性半導体メモリ及びその製造方法に関し、特に、NAND型フラッシュメモリに使用される。 The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory and a method for manufacturing the same, and is particularly used for a NAND flash memory.
不揮発性半導体メモリ、例えば、NAND型フラッシュメモリは、不揮発でありながら高集積化が可能であることから、最近、様々な電子機器に搭載されている。 A nonvolatile semiconductor memory, for example, a NAND flash memory, has been recently installed in various electronic devices because it can be highly integrated while being nonvolatile.
ここで、不揮発性半導体メモリは、メモリセルアレイとその周辺部に配置される周辺回路とを主要な構成要素とする。 Here, the nonvolatile semiconductor memory includes a memory cell array and a peripheral circuit arranged in the peripheral portion as main components.
周辺回路は、主に、トランジスタから構成されるが、その他に、フローティングゲート電極となるポリシリコン膜の形成と同時に抵抗素子部に形成されるポリシリコン膜を抵抗体とするフローティングゲート抵抗素子を含んでいる。 The peripheral circuit is mainly composed of a transistor, but additionally includes a floating gate resistance element using a polysilicon film formed as a resistor at the same time as the formation of the polysilicon film serving as a floating gate electrode. It is out.
一般に、フローティングゲート電極のポリシリコン膜は、P(リン)イオンをドープしたポリシリコン膜で構成され、電圧印加時のゲートの空乏化を防ぐために、Pイオンの濃度を高くする必要がある。 In general, the polysilicon film of the floating gate electrode is composed of a polysilicon film doped with P (phosphorus) ions, and it is necessary to increase the concentration of P ions to prevent depletion of the gate when a voltage is applied.
一方、抵抗素子において、抵抗率の高い材料と抵抗率の低い材料を用いた材料で、同じ抵抗値の抵抗素子をチップ上に作製した場合、抵抗率の高い材料を用いたほうが抵抗素子のチップ上の占有面積を小さくすることができる。 On the other hand, when a resistive element having the same resistance value is produced on the chip using a material having a high resistivity and a material having a low resistivity, the chip of the resistive element is better to use a material having a high resistivity. The upper occupied area can be reduced.
したがって、フローティングゲート抵抗素子のポリシリコン膜の抵抗率を高くすることが求められ、Pイオンの濃度を低くする必要がある。 Therefore, it is required to increase the resistivity of the polysilicon film of the floating gate resistance element, and it is necessary to reduce the concentration of P ions.
そのためには、同一のチップに、上述したようなPイオンの濃度の異なるポリシリコン膜を形成しなければならない。その方法の一つとして、はじめにポリシリコン膜をアンドープで形成しておき、その後、メモリセル部、周辺トランジスタ部、抵抗素子部に対して、それぞれ別々に必要量のイオン注入を行う方法がある(例えば、特許文献1参照)。 For this purpose, the polysilicon films having different P ion concentrations as described above must be formed on the same chip. As one of the methods, there is a method in which a polysilicon film is first formed undoped, and thereafter, a necessary amount of ion implantation is separately performed on each of the memory cell portion, the peripheral transistor portion, and the resistance element portion ( For example, see Patent Document 1).
しかし、近年のメモリセルトランジスタの微細化に伴い、フローティングゲートの膜厚も薄膜化する傾向にある。そのため、イオン注入によりPイオンをドープする方法では、Pイオンが薄いフローティングゲートを突き抜け、メモリセルトランジスタのトンネル酸化膜(ゲート絶縁膜)にダメージを与えるため、製造歩留りの低下につながってしまう。
本発明では、ゲート絶縁膜にダメージを与えることなく、同一基板上にポリシリコン膜からなるそれぞれ異なる不純物濃度のメモリセルトランジスタのフローティングゲート電極と抵抗体とを形成する技術について提案する。 The present invention proposes a technique for forming floating gate electrodes and resistors of memory cell transistors of different impurity concentrations made of a polysilicon film on the same substrate without damaging the gate insulating film.
本発明に関わる不揮発性半導体メモリは、半導体基板上に形成されるメモリセルトランジスタと抵抗素子とを具備し、前記メモリセルトランジスタは、ポリシリコン膜からなるフローティングゲート電極と、前記フローティングゲート電極上に形成される電極間絶縁膜と、前記電極間絶縁膜上のコントロールゲート電極とを有し、前記抵抗素子は、ポリシリコン膜からなる抵抗体と、前記抵抗体を覆うカバー膜と、前記カバー膜上に形成され、前記電極間絶縁膜と同じ構造を持つ中間絶縁膜とを有し、前記フローティングゲート電極のポリシリコン膜の不純物濃度は、前記抵抗体のポリシリコン膜の不純物濃度より高い。 A nonvolatile semiconductor memory according to the present invention includes a memory cell transistor and a resistance element formed on a semiconductor substrate. The memory cell transistor includes a floating gate electrode made of a polysilicon film, and a floating gate electrode. An inter-electrode insulating film to be formed, and a control gate electrode on the inter-electrode insulating film, wherein the resistance element is a resistor made of a polysilicon film, a cover film covering the resistor, and the cover film And an intermediate insulating film having the same structure as the interelectrode insulating film. The impurity concentration of the polysilicon film of the floating gate electrode is higher than the impurity concentration of the polysilicon film of the resistor.
本発明に関わる不揮発性半導体メモリの製造方法は、メモリセルトランジスタのフローティングゲート電極と抵抗素子の抵抗体となるポリシリコン膜をゲート絶縁膜上に同時に形成する工程と、前記ポリシリコン膜を前記フローティングゲート電極と前記抵抗体とに分離する工程と、前記抵抗体の表面を不純物の拡散を阻止するカバー膜で覆う工程と、不純物を含んだガス雰囲気から前記フローティングゲート電極中に前記不純物を拡散させる工程と、前記フローティングゲート電極及び前記カバー膜の上面に、前記メモリセルトランジスタの電極間絶縁膜と前記抵抗素子の中間絶縁膜を形成する工程とを備える。 A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory according to the present invention includes a step of simultaneously forming a floating gate electrode of a memory cell transistor and a polysilicon film serving as a resistor of a resistance element on a gate insulating film; Separating the gate electrode and the resistor, covering the surface of the resistor with a cover film that prevents diffusion of impurities, and diffusing the impurities into the floating gate electrode from a gas atmosphere containing impurities. And a step of forming an interelectrode insulating film of the memory cell transistor and an intermediate insulating film of the resistance element on the upper surface of the floating gate electrode and the cover film.
本発明によれば、ゲート絶縁膜にダメージを与えることなく、同一基板上にポリシリコン膜からなるそれぞれ異なる不純物濃度のメモリセルのフローティングゲート電極と抵抗体とを形成することができる。 According to the present invention, it is possible to form the floating gate electrode and the resistor of the memory cell having different impurity concentrations made of the polysilicon film on the same substrate without damaging the gate insulating film.
以下、図面を参照しながら、本発明の例を実施するための最良の形態について詳細に説明する。 The best mode for carrying out an example of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
1. 概要
本発明の例における不揮発性半導体メモリは、メモリセルトランジスタのフローティングゲート電極と抵抗素子の抵抗体となるポリシリコン膜が同時に形成され、抵抗体となるポリシリコン膜の上面が、不純物の拡散を阻止するカバー膜に覆われており、カバー膜の形成後の不純物の拡散により、フローティングゲート電極のポリシリコン膜の不純物濃度は、抵抗体となるポリシリコン膜の不純物濃度よりも高い構造を有することを特徴とする。
1. Overview
In the nonvolatile semiconductor memory according to the example of the present invention, the floating gate electrode of the memory cell transistor and the polysilicon film serving as the resistor of the resistance element are formed at the same time, and the upper surface of the polysilicon film serving as the resistor prevents diffusion of impurities. The impurity concentration of the polysilicon film of the floating gate electrode is higher than the impurity concentration of the polysilicon film serving as the resistor due to the diffusion of impurities after the cover film is formed. Features.
上記のように、抵抗素子の抵抗体となるポリシリコン膜が、メモリセルトランジスタのフローティングゲート電極となるポリシリコン膜と同時に形成される抵抗素子のことを、フローティングゲート抵抗素子と定義する。 As described above, a resistive element in which the polysilicon film that becomes the resistor of the resistance element is formed simultaneously with the polysilicon film that becomes the floating gate electrode of the memory cell transistor is defined as a floating gate resistance element.
本発明の例では、上記の構造を得る製造方法についても提案する。その方法とは、はじめに、抵抗体が所望の高い抵抗率が得られる低い不純物濃度で、フローティングゲート電極及び抵抗体となるポリシリコン膜を素子分離絶縁層に囲まれた活性化領域に対して自己整合的にそれぞれ形成しておく。その後、抵抗体となるポリシリコン膜の表面に上記のカバー膜を形成し、Gas Phase Doping(以下、GPD)により半導体基板全面に不純物の拡散を行う。 In the example of the present invention, a manufacturing method for obtaining the above structure is also proposed. The method starts with a step of forming a floating gate electrode and a polysilicon film serving as a resistor with respect to an active region surrounded by an element isolation insulating layer at a low impurity concentration at which the resistor can obtain a desired high resistivity. Each is formed consistently. Thereafter, the above-described cover film is formed on the surface of the polysilicon film serving as a resistor, and impurities are diffused over the entire surface of the semiconductor substrate by Gas Phase Doping (hereinafter, GPD).
これにより、フローティングゲート電極となるポリシリコン膜をゲートの空乏化が生じない不純物濃度にでき、抵抗体となるポリシリコン膜はカバー膜に覆われているので、ポリシリコン膜中の不純物濃度は変化せず、所望の高い抵抗率に保つことができる。 As a result, the polysilicon film that becomes the floating gate electrode can be made to have an impurity concentration that does not cause depletion of the gate, and the polysilicon film that becomes the resistor is covered with the cover film, so that the impurity concentration in the polysilicon film changes. Without being able to keep the desired high resistivity.
したがって、同一チップ上に不純物濃度の異なるポリシリコン膜を形成することができる。 Therefore, polysilicon films having different impurity concentrations can be formed on the same chip.
また、GPDにより不純物の拡散を行うことで、ゲート絶縁膜にダメージを与えることなく、不純物のドーピングを行うことができる。それゆえ、製造歩留りの向上を図ることができる。 Further, by performing impurity diffusion using GPD, the impurity can be doped without damaging the gate insulating film. Therefore, the manufacturing yield can be improved.
2. 実施の形態
次に、最良と思われるいくつかの実施の形態について説明する。
2. Embodiment
Next, some preferred embodiments will be described.
フローティングゲート抵抗素子の定義は、概要で述べたとおりとする。また、GPDによる不純物の拡散を阻止するカバー膜のことを、GPDブロック膜と定義する。 The definition of the floating gate resistance element is as described in the outline. A cover film that prevents diffusion of impurities by GPD is defined as a GPD block film.
また、本実施の形態におけるNAND型フラッシュメモリを構成する回路のレイアウトの一例を図1に示す。図1に示す領域Aをメモリセル部、領域Bを抵抗素子部として説明する。 Further, FIG. 1 shows an example of a layout of a circuit constituting the NAND flash memory in this embodiment. The region A shown in FIG. 1 will be described as a memory cell portion and the region B as a resistance element portion.
(1) 第1の実施の形態
(a)構造
図2乃至図4を用いて、本実施の形態におけるNAND型フラッシュメモリのメモリセル部及び抵抗素子部の構造を説明する。
(1) First embodiment
(A) Structure
The structure of the memory cell portion and the resistance element portion of the NAND flash memory according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
図2は、本実施の形態におけるNAND型フラッシュメモリのメモリセル部及び抵抗素子部の平面図を示し、図3は、図2のIII−III線に沿う断面を示し、図4は、図2のIV−IV線に沿う断面を示す。 2 is a plan view of the memory cell portion and the resistance element portion of the NAND flash memory according to the present embodiment, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 2, and FIG. The cross section which follows the IV-IV line of is shown.
メモリセル部において、フローティングゲート電極となる2層構造のポリシリコン膜3A,6Aは、素子分離絶縁層5に取り囲まれた活性化領域のトンネル酸化膜(ゲート絶縁膜)2A上に形成される。ポリシリコン膜3A,6Aは、例えば、Pイオンを導電性を得るための不純物とし、低いPイオン濃度で形成されたポリシリコン膜に対して、GPDによりゲートの空乏化が生じない十分な濃度のPイオンをドーピングして形成される。
In the memory cell portion, the
また、電極間絶縁膜としてONO膜9Aが、ポリシリコン膜6Aの上面及び側面の一部を覆うように形成される。さらに、コントロールゲート電極となるポリシリコン膜10Aが、ONO膜9Aを介して、フローティングゲート電極となるポリシリコン膜6Aの上面及び側面の一部を覆うように形成される。このポリシリコン膜10Aは、ワード線としても機能する。本実施の形態のように、フローティングゲート電極とコントロールゲート電極が、側面に対しても電極間絶縁膜を介してオーバーラップする構造を用いることで、カップリング比を向上させることができる。
Further, an
また、拡散層13が半導体基板1の表面に形成される。拡散層13は、隣接する2つのメモリセルトランジスタで共有される。さらに、絶縁層11がメモリセル部の全面を覆うように形成される。
A
抵抗素子部において、フローティングゲート抵抗素子の抵抗体となるポリシリコン膜3,6は、Pイオン濃度が低く、素子分離絶縁層5に囲まれた活性化領域の絶縁膜2B上に、素子分離絶縁層5の上端と一致するように形成される。絶縁膜2Bはトンネル酸化膜(ゲート絶縁膜)2Aと同時に形成されるが、ゲート絶縁膜としては機能しない。
In the resistance element portion, the
ポリシリコン膜6の上面には、GPDブロック膜となるSiN膜7が形成され、このSiN膜7が、GPDを行った際に、抵抗体となるポリシリコン膜3,6中へPイオンが拡散するのを阻止する。
A SiN
ONO膜9B及びポリシリコン膜10B,10Cは、SiN膜7上に順次形成される。ONO膜9Bは、メモリセル部のONO膜9Aと同時に形成される。ポリシリコン膜10B,10Cは、ポリシリコン膜(ワード線)10Aを形成するポリシリコン膜と同時に形成される。ONO膜9B及びSiN膜7には開口部Xが形成され、中間層としてのポリシリコン膜10Bがポリシリコン膜6に接続するように埋め込まれる。また、ポリシリコン膜10Cは、ダミー層として絶縁層11の表面を平坦化するために設けられる。
The
また、絶縁層11が抵抗素子部の全面を覆い、コンタクト部12Aが、ポリシリコン膜10Bと接続するように、絶縁層11に形成されたコンタクトホールYに埋め込まれ、コンタクト部12Aの上面には金属配線12Bが形成される。
The insulating
上記に示すようなフローティングゲート抵抗素子は、その抵抗体となるポリシリコン膜を、メモリセルトランジスタのフローティングゲート電極と同時に形成することができるので、積層ゲート構造のメモリセルトランジスタからなる不揮発性半導体メモリの抵抗素子として用いられる。また、フローティングゲート抵抗素子は、数百Ωの抵抗値を安定して得ることができ、拡散層を抵抗素子として利用する場合に生じる基板バイアス効果が発生することがない。 In the floating gate resistance element as described above, the polysilicon film serving as the resistor can be formed at the same time as the floating gate electrode of the memory cell transistor. Therefore, the nonvolatile semiconductor memory including the memory cell transistor having a stacked gate structure Used as a resistance element. Further, the floating gate resistance element can stably obtain a resistance value of several hundred Ω, and the substrate bias effect that occurs when the diffusion layer is used as the resistance element does not occur.
以下に、このような構造を有する本発明の例によるNAND型フラッシュメモリのメモリセル部及び抵抗素子部の製造方法について説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing the memory cell portion and the resistance element portion of the NAND flash memory according to the example of the present invention having such a structure will be described.
(b)製造方法
図5乃至図13を用いて、本実施の形態におけるNAND型フラッシュメモリのメモリセル部及び抵抗素子部の製造方法について説明する。各図の(a)はメモリセル部及び抵抗素子部の平面図を示し、(b)は(a)の断面図を示す。
(B) Manufacturing method
A method for manufacturing the memory cell portion and the resistance element portion of the NAND flash memory according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. (A) of each figure shows the top view of a memory cell part and a resistive element part, (b) shows sectional drawing of (a).
はじめに、図5に示すように、フローティングゲート抵抗素子が所望の高い抵抗率が得られるようなPイオン濃度の低いポリシリコン膜3が、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて、30nm〜50nm程度の膜厚で、半導体基板1表面のトンネル酸化膜(ゲート絶縁膜)2A及び絶縁膜2B上に形成される。次に、マスク層として、例えば、SiN膜4がポリシリコン膜3上に形成された後、PEP(Photo Engraving Process)により、レジストパターンをSiN膜4上に形成し、そのレジストパターンをマスクとして、SiN膜4をパターニングする。レジストを除去した後、SiN膜4をマスクとして、ポリシリコン膜3、トンネル酸化膜(ゲート絶縁膜)2A及び絶縁膜2B、半導体基板1の上面の一部が、順次エッチングされて素子分離溝が形成される。その後、例えば、シリコン酸化物が素子分離溝が埋まるように全面に形成され、CMP(Chemical Mechanical Polish)法により、SiN膜4の上面が露出するまで、シリコン酸化物に対して表面研磨を行うと、素子分離絶縁層5が形成される。なお、ポリシリコン膜3は、不純物がドーピングされていなくても良い。
First, as shown in FIG. 5, a
次に、例えば、熱リン酸によりSiN膜4を剥離した後、例えば、希フッ酸により素子分離絶縁層5をエッチングし、ポリシリコン膜3の側面の一部を露出させると、図6に示す構造となる。
Next, for example, after the
続いて、例えば、CVD法により、ポリシリコン膜を全面に形成した後、ポリシリコン膜の上端が素子分離絶縁層5の上端と一致するようにCMP法により表面研磨を行うと、図7に示すように、例えば、50nm程度の膜厚のポリシリコン膜6が形成される。
Subsequently, for example, after a polysilicon film is formed on the entire surface by CVD, surface polishing is performed by CMP so that the upper end of the polysilicon film coincides with the upper end of the element
その後、図8に示すように、GPDブロック膜となるSiN膜7が、例えば、CVD法により、メモリセル部及び抵抗素子部の全面に形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 8, a
次に、メモリセル部及び抵抗素子部の全面にレジストを塗布し、メモリセル部のSiN膜7の上面が露出するようなレジストパターンをPEPにより形成した後、SiN膜7に対してエッチングを行う。すると、図9に示すように、パターニングされたレジスト8がマスクとなり、抵抗素子部のポリシリコン膜6の上面はGPDブロック膜であるSiN膜7に覆われ、メモリセル部のポリシリコン膜6の上面は露出する構造となる。このような構造にすることで、メモリセル部のポリシリコン膜3,6に対してのみGPDによる不純物の拡散を行うことができる。
Next, a resist is applied to the entire surface of the memory cell portion and the resistance element portion, a resist pattern is formed by PEP so that the upper surface of the
続いて、レジスト8を除去した後に、フローティングゲート電極がゲートの空乏化を生じないPイオン濃度になるように、例えば、不活性ガス或いは水素ガスで希釈したPH3ガス雰囲気中で半導体基板1を熱処理し、GPDによるPイオンの拡散を行う。すると、図10に示すように、メモリセル部では、Pイオンが露出したポリシリコン膜の上面からトンネル酸化膜(ゲート絶縁膜)2A近傍まで拡散し、Pイオン濃度が高いポリシリコン膜3A,6Aが形成される。このとき、GPDによりPイオンの拡散を行うことで、イオン注入法のように、Pイオンが薄いフローティングゲート電極を突き抜けて、メモリセルトランジスタのトンネル酸化膜(ゲート絶縁膜)2Aにダメージを与えることはない。
Subsequently, after removing the resist 8, the
一方、抵抗素子部では、GPDブロック膜であるSiN膜7によりポリシリコン膜6の上面が覆われているので、GPDが半導体基板1の全面に対して実行されていても、抵抗素子部のポリシリコン膜3,6中へPイオンの拡散は生じない。したがって、抵抗体となるポリシリコン膜3,6のPイオン濃度は、所望の高い抵抗率が得られる値に保たれる。
On the other hand, since the upper surface of the
続いて、図11に示すように、素子分離絶縁層5に対して、例えば、希フッ酸処理によるエッチバックを行い、メモリセル部のポリシリコン膜6Aの側面の一部を露出させる。このとき、抵抗素子部では、SiN膜7が抵抗素子部の上面を覆っているので、素子分離絶縁層5のエッチバックは生じない。希フッ酸処理の後、ONO膜9A,9Bが、例えば、CVD法により、メモリセル部及び抵抗素子部にそれぞれ形成される。その後、抵抗素子部のONO膜9B上にレジストパターンを形成し、そのレジストパターンをマスクとして、エッチングを行うことにより、開口部Xが、ポリシリコン膜6に達するように、ONO膜9B及びSiN膜7に形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 11, the element
次に、ONO膜9A,9B上にポリシリコン膜を、例えば、CVD法により形成した後、このポリシリコン膜上にPEPによりレジストパターンを形成し、そのレジストパターンをマスクとし、ONO膜9A,9B上のポリシリコン膜に対してエッチングを行う。すると、図12に示すように、メモリセル部にはコントロールゲート電極となるポリシリコン膜10Aが形成され、抵抗素子部には中間層としてのポリシリコン膜10B及びダミー層としてのポリシリコン膜10Cが形成される。ポリシリコン膜10Bは、ポリシリコン膜6に接続されるように、ONO膜9B及びSiN膜7に形成された開口部Xに埋め込まれる。さらに、メモリセル部においては、拡散層を形成する領域のONO膜9A、ポリシリコン膜3A,6A、トンネル酸化膜(ゲート絶縁膜)2Aが順次エッチングされ、半導体基板1の上面が露出する。
Next, after a polysilicon film is formed on the
続いて、ポリシリコン膜10Aをマスクとして、イオン注入を行うと、図13に示すように、メモリセル部に拡散層13が自己整合的に形成され、その後、絶縁層11が、メモリセル部及び抵抗素子部の全面に対して、例えば、CVD法を用いて形成される。また、抵抗素子部には、ポリシリコン膜10Bの上面に達するように、コンタクトホールYが絶縁層11の両端に形成された後、コンタクト部がコンタクトホールYに形成される。その後、金属配線12Bがコンタクト部の上部に形成されることにより、本実施の形態におけるNAND型フラッシュメモリのメモリセル部及び抵抗素子部が完成する。
Subsequently, when ion implantation is performed using the
以上の工程で作製したNAND型フラッシュメモリのメモリセル部及び抵抗素子部は、Pイオン濃度の異なるポリシリコン膜を同一の半導体基板1上に形成することができるので、抵抗体のポリシリコン膜3,6は、Pイオン濃度が低く、抵抗率の高いポリシリコン膜が得られ、抵抗素子部の面積を縮小することができる。その一方、フローティングゲート電極のポリシリコン膜3A,6Aは、Pイオン濃度の低いポリシリコン膜に対して、GPDによりPイオンを拡散させ、ゲートの空乏化が生じないフローティングゲート電極を形成することができる。
Since the memory cell portion and the resistance element portion of the NAND flash memory manufactured by the above steps can form polysilicon films having different P ion concentrations on the
また、GPDにより不純物の拡散を行うことで、イオン注入法のように、Pイオンによりトンネル酸化膜(ゲート絶縁膜)2Aにダメージを与えることがないので、製造歩留りを向上させることができる。 Further, by performing impurity diffusion using GPD, the tunnel oxide film (gate insulating film) 2A is not damaged by P ions as in the ion implantation method, so that the manufacturing yield can be improved.
また、ポリシリコン膜の成膜と同時にドーピングを行うと成膜速度が低下するが、ポリシリコン膜の形成後にGPDによるドーピングを行うことで、この問題を回避することも可能である。 In addition, if the doping is performed at the same time as the formation of the polysilicon film, the film forming speed is lowered. However, this problem can be avoided by performing doping with GPD after the formation of the polysilicon film.
(2) 第2の実施の形態
(a)構造
メモリセルトランジスタのフローティングゲート電極及びフローティングゲート抵抗素子の抵抗体の構造は、2層構造のポリシリコン膜に限定されず、例えば、1層構造のポリシリコン膜であっても良い。
(2) Second embodiment
(A) Structure
The structure of the floating gate electrode of the memory cell transistor and the resistor of the floating gate resistance element is not limited to a polysilicon film having a two-layer structure, and may be, for example, a polysilicon film having a one-layer structure.
本実施の形態においては、メモリセルトランジスタのフローティングゲート電極及びフローティングゲート抵抗素子の抵抗体の構造が、1層構造のポリシリコン膜から構成される場合について、図14乃至図16を用いて説明する。 In this embodiment, the case where the structure of the floating gate electrode of the memory cell transistor and the resistor of the floating gate resistance element is composed of a single layer polysilicon film will be described with reference to FIGS. .
図14は、本実施の形態におけるNAND型フラッシュメモリのメモリセル部及び抵抗素子部の平面図を示し、図15は、図14のXV−XV線に沿う断面を示し、図16は、図14のXVI−XVI線に沿う断面を示す。 14 shows a plan view of the memory cell portion and the resistance element portion of the NAND flash memory according to the present embodiment, FIG. 15 shows a cross section taken along line XV-XV in FIG. 14, and FIG. The cross section which follows the XVI-XVI line of is shown.
メモリセル部において、フローティングゲート電極となるポリシリコン膜3Aは、素子分離絶縁層5に囲まれた活性化領域のトンネル酸化膜(ゲート絶縁膜)2A上に形成される。ポリシリコン膜3Aは、低いPイオン濃度で形成されたポリシリコン膜に対して、GPDによりゲートの空乏化が生じない十分な濃度のPイオンをドーピングして形成される。
In the memory cell portion, the
また、電極間絶縁膜としてのONO膜9A、コントロールゲート電極(ワード線)としてのポリシリコン膜10A、拡散層13は、第1の実施の形態と同様の構造を有する。さらに、絶縁層11がメモリセル部の全面を覆うように形成される。
The
抵抗素子部において、フローティングゲート抵抗素子の抵抗体となるポリシリコン膜3はPイオン濃度が低く、素子分離絶縁層5に囲まれた活性化領域の絶縁膜2B上に形成される。ポリシリコン膜3の上面には、GPDブロック膜となるSiN膜7が形成され、GPDを行った際に抵抗体となるポリシリコン膜3中へPイオンが拡散するのを阻止する。
In the resistance element portion, the
また、ONO膜9B、中間層としてのポリシリコン膜10B、ダミー層としてのポリシリコン膜10Cは、第1の実施の形態と同様の構造を有する。さらに、絶縁層11が、抵抗素子部の全面を覆い、コンタクト部12A、金属配線12Bが形成される。
The
以下に、このような構造を有する本発明の例によるNAND型フラッシュメモリのメモリセル部及び抵抗素子部の製造方法について説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing the memory cell portion and the resistance element portion of the NAND flash memory according to the example of the present invention having such a structure will be described.
(b)製造方法
はじめに、第1の実施の形態の図5に示す工程と同様の工程で、メモリセル部及び抵抗素子部において、半導体基板1に形成されたトンネル酸化膜(ゲート絶縁膜)2A及び絶縁膜2B上に、ポリシリコン膜3、素子分離絶縁層5を順次形成する。このポリシリコン膜3は、抵抗体が所望の高い抵抗率が得られるようなPイオン濃度で、例えば、CVD法により100nm程度の膜厚で、1層構造のフローティングゲート電極及び抵抗体となるように形成される。
(B) Manufacturing method
First, in a process similar to the process shown in FIG. 5 of the first embodiment, in the memory cell part and the resistance element part, on the tunnel oxide film (gate insulating film) 2A and the insulating
その後、第1の実施の形態の図6乃至図13に示す工程と同様の工程で、抵抗素子部の上面のみをGPDブロック膜となるSiN膜7で覆い、GPDによるPイオンの拡散を行う。すると、メモリセル部では、トンネル酸化膜(ゲート絶縁膜)2Aにダメージを与えることなく、Pイオンが露出したポリシリコン膜の上面からトンネル酸化膜(ゲート絶縁膜)2A近傍まで拡散し、Pイオン濃度が高いポリシリコン膜3Aが形成される。
Thereafter, in a process similar to the process shown in FIGS. 6 to 13 of the first embodiment, only the upper surface of the resistance element portion is covered with the
一方、抵抗素子部では、GPDブロック膜であるSiN膜7によりポリシリコン膜3の上面が覆われているので、ポリシリコン膜3中へPイオンの拡散は生じず、抵抗体となるポリシリコン膜3のPイオン濃度は、所望の高い抵抗率が得られる値に保たれる。
On the other hand, in the resistance element portion, since the upper surface of the
その後、メモリセル部及び抵抗素子部に、ONO膜9A,9B、ポリシリコン膜10A,10B,10Cが、それぞれ同時に形成される。さらに、メモリセル部に、拡散層13が形成された後、メモリセル部及び抵抗素子部の全面に、絶縁層11が形成される。その後、抵抗素子部には、コンタクト部と、その上部に金属配線12Bが形成され、本実施の形態におけるNAND型フラッシュメモリのメモリセル部及び抵抗素子部が完成する。
Thereafter,
以上のように、フローティングゲート電極及び抵抗体となるポリシリコン膜を1層構造にした場合でも、Pイオン濃度が高く、ゲートの空乏化が生じないフローティングゲート電極となるポリシリコン膜と、Pイオン濃度が低く、抵抗率の高い抵抗体となるポリシリコン膜が、ゲート絶縁膜にダメージを与えることなく、同一の半導体基板上に形成でき、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 As described above, even when the polysilicon film serving as the floating gate electrode and the resistor has a single layer structure, the polysilicon film serving as the floating gate electrode having a high P ion concentration and causing no gate depletion, and the P ion A polysilicon film having a low concentration and a high resistivity can be formed on the same semiconductor substrate without damaging the gate insulating film, and the same effect as that of the first embodiment can be obtained. it can.
3.変形例
(a)構造
上述の実施の形態において、GPDブロック膜にSiN膜を用いた例について説明した。しかし、抵抗素子部を覆うGPDブロック膜は、GPDによる不純物の拡散を阻止できればよく、例えば、TEOS膜のようなシリコン酸化膜でもよい。
3. Modified example
(A) Structure
In the above-described embodiment, the example in which the SiN film is used as the GPD block film has been described. However, the GPD block film covering the resistance element portion only needs to prevent the diffusion of impurities by GPD, and may be a silicon oxide film such as a TEOS film, for example.
その場合には、GPD後の素子分離絶縁層5に対する希フッ酸処理時に、TEOS膜も除去され、図17に示すように、抵抗素子部の構造には、ポリシリコン膜6と希フッ酸処理後に形成されるONO膜9Bの間にはGPDブロック膜は存在しない。
In that case, the TEOS film is also removed during the dilute hydrofluoric acid treatment for the element
以下に、第1の実施の形態に基づき、GPDブロック膜にTEOS膜を用いた場合の製造方法について説明する。 A manufacturing method in the case where a TEOS film is used as the GPD block film will be described below based on the first embodiment.
(b)製造方法
はじめに、第1の実施の形態の図5乃至図9に示す工程と同様の工程で、メモリセル部及び抵抗素子部において、半導体基板1に形成されたトンネル酸化膜(ゲート絶縁膜)2A及び絶縁膜2B上に、ポリシリコン膜3,6、素子分離絶縁層5が順次形成される。ポリシリコン膜3,6は、フローティングゲート抵抗素子の抵抗体が所望の高い抵抗率が得られるPイオン濃度で形成される。
(B) Manufacturing method
First, in a process similar to the process shown in FIGS. 5 to 9 of the first embodiment, the tunnel oxide film (gate insulating film) 2A and the insulating film formed on the
次に、図18に示すように、抵抗素子部の上面にGPDブロック膜としてTEOS膜14が形成された後、GPDによるPイオンの拡散を行う。すると、メモリセル部では、露出したポリシリコン膜の上面からPイオンが拡散し、トンネル酸化膜(ゲート絶縁膜)2Aにダメージを与えることなく、ゲートの空乏化が生じないフローティングゲート電極となるポリシリコン膜3A,6Aが形成される。
Next, as shown in FIG. 18, after a
一方、抵抗素子部では、GPDブロック膜であるTEOS膜14によりポリシリコン膜6の上面が覆われているので、ポリシリコン膜3,6のPイオン濃度は変化しない。
On the other hand, in the resistance element portion, since the upper surface of the
続いて、メモリセル部のポリシリコン膜6Aの側面の一部を露出させるために、素子分離絶縁層5に対して希フッ酸処理によるエッチバックを行う。すると、TEOS膜14も同時に除去されてしまう。
Subsequently, in order to expose a part of the side surface of the
その後、第1の実施の形態の図11及び図13に示す工程と同様の工程を行うと、図17に示す本変形例におけるNAND型フラッシュメモリのメモリセル部及び抵抗素子部が完成する。 Thereafter, when a process similar to the process shown in FIGS. 11 and 13 of the first embodiment is performed, the memory cell part and the resistance element part of the NAND flash memory in the present modification shown in FIG. 17 are completed.
(c)まとめ
以上のように、GPDによる不純物拡散の後に、GPDブロック膜を除去した場合においても、不純物濃度が低く、抵抗率の高い抵抗体となるポリシリコン膜と、不純物濃度が高く、ゲートの空乏化が生じないフローティングゲート電極となるポリシリコン膜を、ゲート絶縁膜にダメージを与えることなく、同一基板上に形成することができる。
(C) Summary
As described above, even when the GPD block film is removed after the impurity diffusion by GPD, the polysilicon film serving as a resistor having a low impurity concentration and a high resistivity, the impurity concentration is high, and the gate is depleted. A polysilicon film serving as a floating gate electrode that does not occur can be formed on the same substrate without damaging the gate insulating film.
なお、本変形例においては、第1の実施の形態においてGPDブロック膜にTEOS膜を用いた場合について説明を行ったが、第2の実施の形態においてGPDブロック膜にTEOS膜を用いた場合でも同様の効果が得られる。 In this modification, the case where the TEOS film is used as the GPD block film in the first embodiment has been described. However, even in the case where the TEOS film is used as the GPD block film in the second embodiment, Similar effects can be obtained.
また、GPDブロック膜にSiN膜を用い、このSiN膜をGPD後に除去した場合においても本変形例と同様の効果が得られる。 Further, when the SiN film is used as the GPD block film and this SiN film is removed after GPD, the same effect as in the present modification can be obtained.
4.応用例
(a)構造
ゲート電極の空乏化は、メモリセルトランジスタだけでなく、周辺回路に用いるMOSトランジスタ(以下、周辺回路トランジスタ)にも生じる問題である。
4). Application examples
(A) Structure Depletion of the gate electrode is a problem that occurs not only in memory cell transistors but also in MOS transistors (hereinafter referred to as peripheral circuit transistors) used in peripheral circuits.
それゆえ、周辺回路トランジスタのゲート電極となるポリシリコン膜が、第1及び第2の実施の形態で述べたような低いPイオン濃度で形成された場合においても、本発明の例を用いることができる。 Therefore, the example of the present invention can be used even when the polysilicon film to be the gate electrode of the peripheral circuit transistor is formed with a low P ion concentration as described in the first and second embodiments. it can.
以下に、図1に示す領域Cを周辺回路部として、周辺回路トランジスタの構造について、図19を用いて説明する。 Hereinafter, the structure of the peripheral circuit transistor will be described with reference to FIG. 19 using the region C shown in FIG. 1 as the peripheral circuit portion.
図19(a)は、メモリセル部、周辺回路部及び抵抗素子部の平面図を示し、図32(b)は、XXXII−XXXII線に沿う断面図を示す。 FIG. 19A is a plan view of the memory cell portion, the peripheral circuit portion, and the resistance element portion, and FIG. 32B is a cross-sectional view taken along the line XXXII-XXXII.
メモリセル部及び抵抗素子部の構造は、第2の実施の形態に示す構造とし、フローティングゲート電極及び抵抗体は、1層構造のポリシリコン膜で構成される。抵抗体となるポリシリコン膜3の上面は、GPDブロック膜となるSiN膜7で覆われ、GPDによる不純物の拡散が阻止される構造となっている。
The structure of the memory cell part and the resistance element part is the structure shown in the second embodiment, and the floating gate electrode and the resistor are formed of a single layer polysilicon film. The upper surface of the
周辺回路部において、周辺回路トランジスタのゲート電極となるポリシリコン膜3Cは、フローティングゲート電極及び抵抗体となるポリシリコン膜と同時に形成される低いPイオン濃度のポリシリコン膜に対して、GPDによりPイオンをドーピングすることで、ゲートの空乏化が生じないように形成される。
In the peripheral circuit portion, the
また、ポリシリコン膜3C上には、ONO膜9C及びポリシリコン膜10Dが、メモリセルトランジスタのONO膜9A及びポリシリコン膜(ワード線)10Aの形成と同時に、形成される。ポリシリコン膜10Dがポリシリコン膜3Cに接続されるように、ONO膜9Cには開口部XAが形成される。
On the
また、周辺回路トランジスタのソース/ドレイン領域となる拡散層13Cが半導体基板の表面に形成され、拡散層13C及びポリシリコン膜10Dには、コンタクト部12C及び金属配線12Dが形成される。
Further, a
以下に、本応用例の製造方法について説明する。 Below, the manufacturing method of this application example is demonstrated.
(b)製造方法
図20乃至図22を用いて、本応用例の製造方法について説明する。
(B) Manufacturing method
The manufacturing method of this application example will be described with reference to FIGS.
第2の実施の形態に示す工程と同様の工程で、半導体基板1に形成されたトンネル酸化膜2A、ゲート絶縁膜2C及び絶縁膜2B上に、ポリシリコン膜3、素子分離絶縁層5が順次形成される。ポリシリコン膜3は、抵抗体が所望の高い抵抗率が得られるPイオン濃度で形成される。続いて、GPDブロック膜となるSiN膜を、メモリセル部、周辺回路部、抵抗素子部の上面にそれぞれ形成した後、メモリセル部及び周辺回路部のポリシリコン膜3の上面が露出するように、SiN膜をエッチングにより除去し、抵抗素子部の上面のみがSiN膜7で覆われるようにする。
A
次に、ゲートの空乏化が生じないPイオン濃度になるように、例えば、不活性ガス或いは水素ガスで希釈したPH3ガス雰囲気中で半導体基板1を熱処理し、GPDによるPイオンの拡散を行う。すると、図20に示すように、第2の実施の形態で述べたメモリセル部のフローティングゲート電極と同様に、周辺回路部でも、Pイオンが露出したポリシリコン膜の上面からゲート電極2C近傍まで拡散し、Pイオン濃度の高いポリシリコン膜3Cが形成される。このポリシリコン膜3Cは、Pイオン濃度が高いのでゲートの空乏化は生じない。また、GPDによりPイオンの拡散を行うことで、ゲート絶縁膜2Cにダメージを与えることはない。
Next, for example, the
抵抗素子部では、ポリシリコン膜3の表面がGPDブロック膜であるSiN膜7に覆われているので、GPDが半導体基板1の全面に対して実行されていても、ポリシリコン膜3へPイオンの拡散は生じない。したがって、抵抗体となるポリシリコン膜3のPイオンの濃度は、所望の高い抵抗率が得られる値に保たれる。
In the resistance element portion, since the surface of the
次に、メモリセル部の素子分離絶縁層5に対してエッチバックを行い、ポリシリコン膜3Aの側面の一部を露出させた後、図21に示すように、メモリセル部に電極間絶縁膜となるONO膜9Aを形成し、それと同時に抵抗素子部及び周辺回路部にはONO膜9B,9Cがそれぞれ形成される。その後、ONO膜9B,9C及びSiN膜7には、ポリシリコン膜3,3Cに達する開口部X,XAが、エッチングにより、それぞれ形成される。
Next, the element
続いて、ONO膜9A〜9Cの上面にポリシリコン膜を形成し、このポリシリコン膜上にPEPによりレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクとして、ONO膜9A〜9C上のポリシリコン膜に対してエッチングを行う。すると、メモリセル部にはコントロールゲート電極となるポリシリコン膜10Aが形成され、抵抗素子部には中間層となるポリシリコン膜10B及びダミー層となるポリシリコン膜10C、周辺回路部には中間層となるポリシリコン膜10Dが形成される。ポリシリコン膜10B,10Dは、ポリシリコン膜3,3Cにそれぞれ接続されている。その後、メモリセル部及び周辺回路部には、拡散層を形成する領域のONO膜9A,9C、ポリシリコン膜3A,3C、トンネル酸化膜(ゲート絶縁膜)2A及びゲート絶縁膜2Cが順次エッチングされ、半導体基板1の上面が露出する。
Subsequently, a polysilicon film is formed on the upper surfaces of the
続いて、図22に示すように、ポリシリコン膜10A,10Cをマスクとして、イオン注入を行うと、自己整合的に拡散層13,13Cが形成され、その後、全面に絶縁層11が形成される。さらに、周辺回路部には、ポリシリコン膜10D及び拡散層13Cに達するコンタクトホールYAが絶縁膜11に形成され、コンタクト部12CがコンタクトホールYAに埋め込まれ、金属配線12Dがコンタクト部12Cの上部に形成される。また、抵抗素子部には、ポリシリコン膜10Bに達するコンタクトホールYが絶縁層11に形成され、コンタクト部がコンタクトホールYに埋め込まれ、金属配線12Bがコンタクト部の上部に形成され、本応用例におけるNAND型フラッシュメモリのメモリセル部及び抵抗素子部、周辺回路部が完成する。
Subsequently, as shown in FIG. 22, when ion implantation is performed using the
(c)まとめ
以上のように、周辺回路トランジスタにおいて、ゲート電極となる不純物濃度の低いポリシリコン膜の表面を露出させて、GPDにより不純物の拡散を行う。それにより、不純物濃度が低く、抵抗率の高い抵抗体となるポリシリコン膜と、不純物濃度が高く、ゲートの空乏化が生じないゲート電極を、周辺回路トランジスタのゲート絶縁膜にダメージを与えることなく同一基板上に形成することができる。
(C) Summary
As described above, in the peripheral circuit transistor, the surface of the polysilicon film having a low impurity concentration which becomes the gate electrode is exposed, and the impurity is diffused by GPD. As a result, a polysilicon film which is a resistor having a low impurity concentration and a high resistivity and a gate electrode which has a high impurity concentration and does not cause gate depletion without damaging the gate insulating film of the peripheral circuit transistor. They can be formed on the same substrate.
5. その他
本発明の例によれば、ゲート絶縁膜にダメージを与えることなく、同一基板上に異なる不純物濃度のポリシリコン膜を形成することができる。
5). Other
According to the example of the present invention, polysilicon films having different impurity concentrations can be formed on the same substrate without damaging the gate insulating film.
本発明の例は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、各構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を構成できる。例えば、上述の実施の形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施の形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。 The example of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be embodied by modifying each component without departing from the scope of the invention. Various inventions can be configured by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above-described embodiments. For example, some constituent elements may be deleted from all the constituent elements disclosed in the above-described embodiments, or constituent elements of different embodiments may be appropriately combined.
1:半導体基板、2A:ゲート絶縁膜(トンネル酸化膜)、2B:絶縁膜、2C:ゲート絶縁膜、3,6:ポリシリコン膜(抵抗体)、3A,6A:ポリシリコン膜(フローティングゲート電極)、3C:ポリシリコン膜(ゲート電極)、P:Pイオン、4:マスク層、5:素子分離絶縁層、7:SiN膜(GPDブロック膜)、8:レジスト、9A,9B,9C:ONO膜、10A:ポリシリコン膜(コントロールゲート電極)、10B,10D:ポリシリコン膜(中間層)、10C:ポリシリコン膜(ダミー層)、11:層間絶縁膜、12A,12C:コンタクト部、12B,12D:金属配線、13,13C:拡散層、14:TEOS膜(GPDブロック膜)。 1: semiconductor substrate, 2A: gate insulating film (tunnel oxide film), 2B: insulating film, 2C: gate insulating film, 3, 6: polysilicon film (resistor), 3A, 6A: polysilicon film (floating gate electrode) ), 3C: polysilicon film (gate electrode), P: P ions, 4: mask layer, 5: element isolation insulating layer, 7: SiN film (GPD block film), 8: resist, 9A, 9B, 9C: ONO Film, 10A: polysilicon film (control gate electrode), 10B, 10D: polysilicon film (intermediate layer), 10C: polysilicon film (dummy layer), 11: interlayer insulating film, 12A, 12C: contact portion, 12B, 12D: metal wiring, 13, 13C: diffusion layer, 14: TEOS film (GPD block film).
Claims (5)
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-
2006
- 2006-03-29 JP JP2006092231A patent/JP2007266499A/en active Pending
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