JP2008042206A - メモリ素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】メモリ素子101は、基板100上に第1アクティブ領域105と、第1アクティブ領域105の第1及び第2側壁にそれぞれ隣接する基板上に位置する第1及び第2ソース/ドレイン領域150、152を含む。第1及び第2ソース/ドレイン領域150、152間の第1アクティブ領域105上には第1ゲート構造物132が配置される。第1及び第2ソース/ドレイン150、152間及び第1及び第2ソース/ドレイン150、152に隣接する部位には第1ゲート構造物132上に位置する第2アクティブ領域104aが具備される。第1ゲート構造物132上に位置する第2アクティブ領域104a上には第2ゲート構造物148が具備される。
【選択図】図1
Description
本発明の第1実施例によるメモリ素子を図1に示す。この第1実施例によるメモリ素子は、積層構造を有する非揮発性のメモリ素子である。
本発明の第2実施例によるメモリ素子の平面図及び斜視図を図15及び図16に示す。
本発明の第3実施例によるメモリ素子を図23に示す。
図23のメモリ素子301は、追加的な通路318内にコントロールゲート構造物331によってコントロールされるプレーナトランジスタが形成されたことを除いては、図1に図示されたメモリ素子と類似である。
本発明の第4実施例によるメモリ素子を図28に示す。図28に図示されたメモリ素子403は、第1アクティブ領域404a及び前記第1アクティブ領域と隣接するソース/ドレイン領域414の下まで延長される電荷トラップ構造物436を含むことを除いては図24と同じである。
(産業上の利用可能性)
130:ゲート電極、132:第1ゲート構造物、148:第2ゲート構造物
Claims (36)
- 基板上に第1アクティブ領域と、
前記第1アクティブ領域の第1及び第2側壁に隣接する基板に位置する第1及び第2ソース/ドレイン領域と、
前記第1及び第2ソース/ドレイン領域間の第1アクティブ領域上に配置される第1ゲート構造物と、
前記第1及び第2ソース/ドレイン間及び前記第1及び第2ソース/ドレインに隣接する部位に具備される第1ゲート構造物上に位置する第2アクティブ領域と、
前記第1ゲート構造物上に置かれた第2アクティブ領域上に具備される第2ゲート構造物と、を含むことを特徴とするメモリ素子。 - 前記第1ゲート構造物は、
延長される形状を有する第1導電性ゲート電極と、
前記延長される形状を有する第1導電性ゲート電極を取り囲む誘電膜と、
前記第1導電性ゲート電極及び誘電膜を取り囲む電荷トラップ膜と、
前記電荷トラップ膜、誘電膜、及び第1導電性ゲート電極を取り囲むトンネル酸化膜と、を含むことを特徴とする請求項1記載のメモリ素子。 - 前記第2ゲート構造物は、
前記第2アクティブ領域上に形成されたトンネル酸化膜パターンと、
前記トンネル酸化膜パターン上に形成された電荷トラップ膜パターンと、
前記電荷トラップ膜パターン上に形成された誘電膜パターンと、
前記誘電膜パターン上に具備され、第1導電性ゲート電極と平行する第2導電性ゲート電極と、を含むことを特徴とする請求項2記載のメモリ素子。 - それぞれの第1及び第2ソース/ドレイン領域は、
前記第2ゲート構造物と隣接して配置され、第1不純物濃度を有する第1サブ領域と、
前記第1ゲート構造物と隣接して配置され、第2不純物濃度を有する第2サブ領域と、を含むことを特徴とする請求項1記載のメモリ素子。 - それぞれの第1及び第2ソース/ドレイン領域は、単結晶シリコン半導体領域を含むことを特徴とする請求項1記載のメモリ素子。
- それぞれの第1及び第2ソース/ドレイン領域は、互いに離れている素子分離領域によって区分されることを特徴とする請求項1記載のメモリ素子。
- 前記第1及び第2ゲート構造物は、互いに平行に延長されるゲート電極を有し、第1ゲート構造物の一部分は、前記第2ゲート構造物のエンド部分より長く延長され、
前記第2ゲート構造物を覆う層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に配置され、前記第2ゲート構造物のエンド部分より長く延長される前記第1ゲート構造物の一部と接触するように、前記層間絶縁膜を貫通するコンタクトプラグを有する導電性ワイヤーパターンと、を更に含むことを特徴とする請求項1記載のメモリ素子。 - 前記第1アクティブ領域は、前記第1及び第2ソース/ドレイン間の突出された基板部位を含むことを特徴とする請求項1記載のメモリ素子。
- 前記第1アクティブ領域下に第3ゲート構造物を更に含むことを特徴とする請求項1記載のメモリ素子。
- 前記第3ゲート構造物は、
前記第1アクティブ領域下に位置する電荷トラップ構造物と、
前記電荷トラップ構造物下の基板内に形成されたドーピングされたコントロールゲート領域と、を含むことを特徴とする請求項9記載のメモリ素子。 - 前記電荷トラップ構造物は、トンネル酸化膜によって囲まれている電荷トラップ膜を含むことを特徴とする請求項10記載のメモリ素子。
- 前記電荷トラップ構造物は、前記第1及び第2ソース/ドレイン領域間の第1アクティブ領域下に置かれることを特徴とする請求項10記載のメモリ素子。
- 前記電荷トラップ構造物は、前記第1及び第2ソースドレイン領域及び第1アクティブ領域下に延長されることを特徴とする請求項10記載のメモリ素子。
- それぞれの前記第1及び第2ソース/ドレイン領域は、
前記第2ゲート構造物と隣接し、第1不純物濃度を有する第1サブ領域と、
前記第1ゲート構造物と隣接し、第2不純物濃度を有する第2サブ領域と、
前記第3ゲート構造物と隣接し、第3不純物濃度を有する第3サブ領域と、を含むことを特徴とする請求項10記載のメモリ素子。 - 基板に具備されるドーピングされたコントロールゲート領域と、
前記ドーピングされたコントロールゲート領域上に具備される電荷トラップ構造物と、
前記電荷トラップ構造物上に配置される第1アクティブ領域と、
前記第1アクティブ領域の第1及び第2側壁と隣接する基板上に具備される第1及び第2ソース/ドレイン領域と、
前記第1及び第2ソース/ドレイン領域間の第1アクティブ領域上に具備される第1ゲート構造物と、
前記第1及び第2ドレイン領域間と前記第1及び第2ドレイン領域と隣接する部位に具備された第1ゲート構造物上に配置される第2アクティブ領域と、
前記第1ゲート構造物上に置かれる第2アクティブ領域上に配置される第2ゲート構造物と、を含むことを特徴とするメモリ素子。 - 前記電荷トラップ構造物は、前記第1及び第2ソース/ドレイン領域間まで延長されることを特徴とする請求項15記載のメモリ素子。
- 前記電荷トラップ構造物は、第1及び第2ソース/ドレイン及び第1アクティブ領域下まで延長されることを特徴とする請求項15記載のメモリ素子。
- 基板上に、少なくとも2つの半導体膜及び少なくとも1つの犠牲膜が交互に形成された積層膜を形成する段階と、
前記積層膜を貫通しながら延長され、互いに離隔したトレンチ素子分離領域を形成する段階と、
前記素子分離領域によって区分され、両側壁に互いに離隔した第1及び第2リセスを生成させ、少なくとも2つの半導体パターンと少なくとも1つの犠牲膜パターンを含む積層膜パターンを形成する段階と、
前記第1及び第2リセスのそれぞれの内部に第1及び第2ソース/ドレイン領域を形成する段階と、
前記積層膜パターンの犠牲膜パターンが露出されるように前記積層膜パターンの第3及び第4側壁上の素子分離領域を一部除去する段階と、
前記積層膜パターンに含まれた半導体パターン間に通路が形成されるように前記犠牲膜パターンを除去する段階と、
前記通路内に第1ゲート構造物を形成する段階と、
前記第1ゲート構造物上に置かれる前記半導体パターン上に第2ゲート構造物を形成する段階と、を含むことを特徴とするメモリ素子の製造方法。 - 前記積層膜を形成する段階は、エピタキシャル成長工程によって第1及び第2タイプの単結晶シリコン半導体膜を交互に形成する段階を含むことを特徴とする請求項18記載のメモリ素子の製造方法。
- エピタキシャル成長工程によって第1及び第2タイプの単結晶シリコン半導体膜を交互に形成する段階は、単結晶シリコンゲルマニウム膜及び単結晶シリコン酸化膜を交互に形成することを特徴とする請求項19記載のメモリ素子の製造方法。
- 前記積層膜をパターニングする段階は、
前記積層膜上に前記素子分離領域を横切るゲートマスク領域を形成する段階と、
前記ゲートマスク領域をエッチングマスクとして使用して前記積層膜をエッチングする段階と、を含むことを特徴とする請求項18記載のメモリ素子の製造方法。 - 前記ゲートマスク領域は、ダミーゲート構造物を含むことを特徴とする請求項21記載のメモリ素子の製造方法。
- 前記第1及び第2ソース/ドレイン領域を形成する段階は、
エピタキシャル成長工程を通じて前記第1及び第2リセス内にそれぞれ第1及び第2単結晶シリコン領域を形成する段階を含むことを特徴とする請求項18記載のメモリ素子の製造方法。 - 前記第1及び第2ソース/ドレイン領域を形成する段階は、
前記第2及び第1ゲート構造物のそれぞれと隣接している第1及び第2ソース/ドレイン領域内に第1不純物濃度を有する第1サブソース/ドレイン領域と、第2不純物濃度を有する第2サブソース/ドレイン領域をそれぞれ形成する段階を含むことを特徴とする請求項18記載のメモリ素子の製造方法。 - 前記第1及び第2サブソース/ドレイン領域は、イオン注入工程及び/又はインシツドーピング工程を通じて形成されることを特徴とする請求項24記載のメモリ素子の製造方法。
- 前記積層膜パターンの第3及び第4側壁上の素子分離領域の一部を除去する段階は、
前記ゲートマスク領域の側壁上に、第1及び第2ソース/ドレイン領域及び前記素子分離領域の上部を覆う第1及び第2マスク領域をそれぞれ形成する段階と、
前記ゲートマスク領域を除去する段階と、
前記積層膜パターンの犠牲膜の第1及び第2エンド部分が露出されるように、前記第1及び第2マスク領域を使用して前記積層膜パターンの第3及び第4側壁上の素子分離領域を部分的に除去する段階と、を含むことを特徴とする請求項18記載のメモリ素子の製造方法。 - 前記積層膜パターンに含まれた前記半導体パターン間に通路が形成されるように、前記犠牲膜パターンを除去する段階は、ウェットエッチング工程によって形成されることを特徴とする請求項18記載のメモリ素子の製造方法。
- 前記通路内に第1ゲート構造物を形成する段階は、
前記通路内壁上にトンネル酸化膜を形成する段階と、
前記トンネル酸化膜上に電荷トラップ膜を形成する段階と、
前記電荷トラップ膜上に誘電膜を形成する段階と、
前記誘電膜上に前記通路が十分に満たされる厚みでゲート電極膜を形成する段階と、を含むことを特徴とする請求項18記載のメモリ素子の製造方法。 - 前記第1ゲート構造物上に置かれる半導体パターンに第2ゲート構造物を形成する段階は、
前記素子分離領域内の互いに離隔するリセスを通じて前記第1及び第2マスク領域、最上部半導体パターン及び第1ゲート構造物が露出されるように、前記ゲート電極膜、誘電膜、電荷トラップ膜、及びトンネル酸化膜の一部を除去する段階と、
前記素子分離領域内のリセスの内部に絶縁物質を満たして絶縁領域を形成する段階と、
前記最上部半導体パターン及び前記絶縁領域の上部に第2ゲート構造物を形成する段階と、を含むことを特徴とする請求項18記載のメモリ素子の製造方法。 - 前記最上部半導体パターン及び前記絶縁領域の上部に第2ゲート構造物を形成する段階は、
前記最上部半導体パターン及び前記絶縁領域の上部に、トンネル酸化膜、電荷トラップ膜、誘電膜、及びゲート電極膜を順次に形成する段階と、
前記第2ゲート構造物を形成するために、前記誘電膜、電荷トラップ膜、及びトンネル酸化膜をパターニングする段階と、を含むことを特徴とする請求項29記載のメモリ素子の製造方法。 - 前記第1ゲート構造物上に置かれる前記半導体パターン上に第2ゲート構造物を形成する段階において、前記第1ゲート構造物の一部領域が前記第2ゲート構造のエンド部分より長く延長されるように第2ゲート電極を形成する段階を含み、
前記第2ゲート構造物を覆う層間絶縁膜を形成する段階と、
前記層間絶縁膜上に位置し、前記第2ゲート構造物のエンド部分より長く延長される第1ゲート構造物の一部領域と接触するコンタクトプラグを有する導電性ワイヤー構造物を形成する段階と、を更に含むことを特徴とする請求項18記載のメモリ素子の製造方法。 - 最下部の半導体パターン下に第3ゲート構造物を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項18記載のメモリ素子の製造方法。
- 積層膜を形成する工程において、基板内にドーピングされたゲート領域を形成することを含み、
前記積層膜を形成する工程において、少なくとも2つの半導体膜及び少なくとも2つの膜で形成され、前記ドーピングされたゲート領域と隣接した下部膜が含まれる犠牲膜を形成する段階を含み、
前記積層膜パターンを形成するために、前記積層膜をパターニングする工程において、前記積層膜は少なくとも2つの半導体パターンと少なくとも1つの犠牲膜パターンを含み、前記積層膜パターンの両側壁に互いに離隔されている第1及び第2リセスを形成し、前記素子分離用トレンチと前記下部犠牲膜によって区分されるようにし、ドーピングされたコントロールゲート領域上に積層膜パターンが形成されるように前記積層膜一部をパターニングすることを含み、
前記第1及び第2リセスにそれぞれ第1及び第2ソース/ドレイン領域を形成する段階において、互いに離隔しているそれぞれの前記第1及び第2リセスと前記下部犠牲膜上に第1及び第2ソース/ドレイン領域を形成することを含み、
前記第1及び第2リセスのエンド部分の積層膜パターンの犠牲膜パターンが露出されるように前記積層膜パターンの第3及び第4側壁にそれぞれ素子分離領域の一部を除去する段階において、前記第1及び第2リセスのエンド部分の積層膜パターンの犠牲膜と前記下部犠牲膜が露出されるように前記積層膜パターンの第3及び第4側壁にそれぞれ素子分離領域の一部を除去することを含み、
前記積層膜パターンの第1及び第2半導体パターン間の通路が形成されるように前記露出された犠牲膜パターンを除去する段階において、前記積層膜パターンで前記第1及び第2半導体パターン間に第1通路が生成され、前記第1及び第2半導体パターンの下部と前記ドーピングされたゲート領域間に第2通路が生成されるように前記露出された犠牲膜パターン及び下部犠牲膜の一部を除去することを含み、
前記第1ゲート構造物を形成する段階において、前記第1通路内に第1ゲート構造物を形成することを含み、
前記方法において、前記第2通路内に電荷トラップ構造物を形成することを更に含むことを特徴とする請求項32記載のメモリ素子の製造方法。 - 前記第1通路内に第1ゲート構造物を形成し、前記第2通路内に電荷トラップ構造物を形成する段階は、
前記第1及び第2通路内にトンネル酸化膜を形成する段階と、
前記第1及び第2通路内のトンネル酸化膜上に電荷トラップ膜を形成する段階と、
前記第2通路内部を十分に満たす厚みで前記電荷トラップ膜上に誘電膜を形成する段階と、
前記第1通路を十分に満たすように前記第1通路内の誘電膜上に導電膜を形成する段階と、を含むことを特徴とする請求項33記載のメモリ素子の製造方法。 - 前記第1及び第2ソース/ドレイン領域を形成する段階は、
前記第2ゲート構造物、第1ゲート構造物及びドーピングされたコントロールゲート領域とそれぞれと隣接する第1及び第2ソース/ドレイン領域に、第1不純物濃度を有する第1ソース/ドレインサブ領域と、第2不純物濃度を有する第2ソース/ドレインサブ領域と、第3不純物濃度を有する第3ソース/ドレインサブ領域をそれぞれ形成する段階を含むことを特徴とする請求項33記載のメモリ素子の製造方法。 - 基板上にドーピングされたコントロールゲート領域を形成する段階と、
基板上に、少なくとも2つの半導体膜及び少なくとも1つの犠牲膜が交互に形成され、下部犠牲膜が前記ドーピングされたコントロールゲート領域と隣接するように配置される積層膜を形成する段階と、
前記積層膜を貫通して延長され、互いに離隔したトレンチ素子分離領域を形成する段階と、
前記素子分離領域によって区分され、両側壁に互いに離隔した第1及び第2リセスを生成させ、少なくとも2つの半導体パターンと少なくとも1つの犠牲膜パターンを含み、前記ドーピングされたコントロールゲート上に位置する下部犠牲膜パターンの上部面に置かれるように積層膜パターンを形成する段階と、
前記第1、第2リセス、及び下部犠牲膜パターンのそれぞれに第1及び第2ソース/ドレイン領域を形成する段階と、
前記第1及び第2リセスのエンド部分で前記積層膜パターンの犠牲膜パターン及び下部犠牲膜が露出されるように前記積層膜パターンの第3及び第4側壁上の素子分離領域の一部を除去する段階と、
前記積層膜パターンの第1及び第2半導体パターン間に第1通路が形成され、前記第1及び第2半導体パターンの下部と前記ドーピングされたコントロールゲート領域間に第2通路が形成されるように前記露出された犠牲膜パターン及び下部犠牲膜の少なくとも一部分を除去する段階と、
前記第1通路内に第1ゲート構造物を形成する段階と、
前記第2通路内に電荷トラップ構造物を形成する段階と、
前記第1ゲート構造物上に位置する半導体パターンに第2ゲート構造物を形成する段階と、を含むことを特徴とするメモリ素子の製造方法。
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