JP2008108787A - Nonvolatile semiconductor storage device, and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は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 nonvolatile semiconductor memory device and a manufacturing method thereof.
従来、チャネル領域からトンネル絶縁膜を介して電化蓄積層に注入される電荷をデジタルビットの情報格納に利用する不揮発性半導体記憶装置が開発されている。このような不揮発性半導体記憶装置は一般的に、多結晶シリコン膜とタングステンシリサイド膜との積層構造を有しており、例えば以下のような工程で作成される。 Conventionally, a nonvolatile semiconductor memory device has been developed that uses charges injected from a channel region to a charge storage layer through a tunnel insulating film to store digital bit information. Such a nonvolatile semiconductor memory device generally has a laminated structure of a polycrystalline silicon film and a tungsten silicide film, and is produced by, for example, the following process.
先ず、P型シリコン半導体基板上にトンネル絶縁膜としてシリコン酸化膜を形成し、当該トンネル絶縁膜上に浮遊ゲート電極としてリンをドープした多結晶シリコン膜を形成する。 First, a silicon oxide film is formed as a tunnel insulating film on a P-type silicon semiconductor substrate, and a polycrystalline silicon film doped with phosphorus is formed as a floating gate electrode on the tunnel insulating film.
次に、当該浮遊ゲート電極上に絶縁膜を形成し、当該絶縁膜上に制御ゲート電極として多結晶シリコン膜を形成する。更に、当該制御ゲート電極上に制御ゲート低抵抗化金属膜としてタングステンシリサイド膜を形成する。その後、当該制御ゲート低抵抗化金属膜上にゲート電極加工の際のエッチングマスクとしてシリコン窒化膜等を形成する。 Next, an insulating film is formed on the floating gate electrode, and a polycrystalline silicon film is formed on the insulating film as a control gate electrode. Further, a tungsten silicide film is formed as a control gate low resistance metal film on the control gate electrode. Thereafter, a silicon nitride film or the like is formed on the control gate resistance-reducing metal film as an etching mask for processing the gate electrode.
以上のようにして形成された積層構造に対して、リソグラフィ工程後に異方性エッチングを施し、ゲート電極パターンを形成する。次いで、異方性エッチングによるダメージの回復、及び浮遊ゲート電極と成る多結晶シリコン膜からのゲート側壁を介したリーク電流の防止のため、浮遊ゲート電極の側壁酸化を行う。 The laminated structure formed as described above is subjected to anisotropic etching after the lithography process to form a gate electrode pattern. Next, sidewall oxidation of the floating gate electrode is performed in order to recover damage due to anisotropic etching and prevent leakage current from the polycrystalline silicon film serving as the floating gate electrode through the gate sidewall.
ここで、制御ゲート低抵抗化金属膜がタングステンシリサイドで構成される場合、制御ゲート低抵抗化金属膜の方が多結晶シリコンで構成される浮遊ゲート電極及び制御ゲート電極よりも多く酸化され、制御ゲート低抵抗化金属膜の側壁に形成される金属元素を含んだシリコン酸化膜が、浮遊ゲート電極としての多結晶シリコン膜、及び制御ゲート電極としての多結晶シリコン膜の側面にそれぞれ形成されたシリコン酸化膜よりも膨らんだ形状となる。 Here, when the control gate low-resistance metal film is made of tungsten silicide, the control gate low-resistance metal film is oxidized more than the floating gate electrode and the control gate electrode made of polycrystalline silicon. A silicon oxide film containing a metal element formed on the sidewall of the gate low resistance metal film is formed on the side surfaces of the polycrystalline silicon film as the floating gate electrode and the polycrystalline silicon film as the control gate electrode, respectively. The shape is larger than the oxide film.
このため、ゲート電極側壁酸化後にソース・ドレイン領域を形成するためにリンまたは砒素等のN型不純物をイオン注入する工程において、制御ゲート低抵抗化金属膜の側壁に形成される酸化膜が庇となり、その下の半導体基板にN型不純物が十分に供給されないという問題が生じる。 For this reason, in the step of ion-implanting N-type impurities such as phosphorus or arsenic to form source / drain regions after oxidation of the gate electrode sidewall, the oxide film formed on the sidewall of the control gate low resistance metal film becomes a soot. As a result, there is a problem that N-type impurities are not sufficiently supplied to the underlying semiconductor substrate.
更にこの後、ゲート電極間に例えばTEOS膜等の層間絶縁膜を埋め込む場合、制御ゲート低抵抗化金属膜の側壁に形成される酸化膜が膨らんで形成されているため埋め込み性が悪く、空隙が生じてしまうという問題が生じる。 After that, when an interlayer insulating film such as a TEOS film is embedded between the gate electrodes, the oxide film formed on the side wall of the control gate low resistance metal film is formed to swell, so that the embedding property is poor and the gap is not formed. A problem arises.
また、ゲート電極間の距離が制御ゲート低抵抗化金属膜の側壁部分で短くなることにより、ゲート‐コンタクト間が電気的にショートする可能性がある。 Further, since the distance between the gate electrodes becomes shorter at the side wall portion of the control gate low resistance metal film, there is a possibility that the gate-contact is electrically short-circuited.
上記の問題点に対し、制御ゲート低抵抗化金属膜の側壁をシリコン窒化膜等の絶縁膜で覆い、タングステン若しくはタングステンシリサイドの異常酸化を防止する方法が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。 To solve the above problems, a method is disclosed in which the sidewall of the control gate low resistance metal film is covered with an insulating film such as a silicon nitride film to prevent abnormal oxidation of tungsten or tungsten silicide (for example, see Patent Document 1). .)
しかしながら、特許文献1に開示された方法においては、制御ゲート低抵抗化金属膜の側壁を予めシリコン窒化膜等の絶縁膜で覆う必要があるため、従来に比べ工程数が増加するという問題点があった。
本発明では、ゲート電極側壁酸化時においてタングステンシリサイド膜の側壁に形成されるシリコン酸化膜が多結晶シリコン膜の側壁に形成されるシリコン酸化膜よりも膨らんだ形状となることを、工程数を増やすことなく防止する不揮発性半導体記憶装置の製造方法、及び当該方法により得られる所望のゲート電極形状を有する不揮発性半導体記憶装置を提供する。 In the present invention, the number of steps is increased so that the silicon oxide film formed on the side wall of the tungsten silicide film is swelled more than the silicon oxide film formed on the side wall of the polycrystalline silicon film during the oxidation of the side wall of the gate electrode. The present invention provides a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device that can be prevented without fail, and a nonvolatile semiconductor memory device having a desired gate electrode shape obtained by the method.
本発明の一態様に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板上に第1の絶縁膜と、第1の多結晶シリコン膜と、第2の絶縁膜と、第2の多結晶シリコン膜と、タングステンシリサイド膜と、シリコン酸化膜とを順次形成する工程と、前記シリコン酸化膜上にレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとして前記シリコン酸化膜をパターニングする第1のエッチング工程と、前記シリコン酸化膜をマスクとして前記タングステンシリサイド膜を、前記タングステンシリサイド膜の上端部の幅及び下端部の幅より中間部の幅が狭い形状にパターニングする第2のエッチング工程と、前記シリコン酸化膜をマスクとして前記第2の多結晶シリコン膜、前記第2の絶縁膜、及び前記第1の多結晶シリコン膜をパターニングする第3のエッチング工程とを具備することを特徴とする。 A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention includes a first insulating film, a first polycrystalline silicon film, a second insulating film, and a second polycrystalline silicon over a semiconductor substrate. A step of sequentially forming a film, a tungsten silicide film, and a silicon oxide film; a step of forming a resist pattern on the silicon oxide film; and a first etching for patterning the silicon oxide film using the resist pattern as a mask A second etching step of patterning the tungsten silicide film into a shape in which a width of an intermediate portion is narrower than a width of an upper end portion and a lower end portion of the tungsten silicide film, using the silicon oxide film as a mask, and the silicon Using the oxide film as a mask, the second polycrystalline silicon film, the second insulating film, and the first polycrystalline silicon film are patterned. Characterized by comprising a third etching step of Ningu.
また、本発明の別態様に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板上に第1の絶縁膜と、第1の多結晶シリコン膜と、第2の絶縁膜と、第2の多結晶シリコン膜と、タングステンシリサイド膜と、第1のシリコン酸化膜とを順次形成する工程と、前記第1のシリコン酸化膜上にレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとして前記第1のシリコン酸化膜をパターニングする第1のエッチング工程と、前記第1のシリコン酸化膜をマスクとして前記タングステンシリサイド膜を、前記タングステンシリサイド膜の上端部の幅及び下端部の幅より中間部の幅が狭い形状にパターニングする第2のエッチング工程と、前記第1のシリコン酸化膜をマスクとして前記第2の多結晶シリコン膜、前記第2の絶縁膜、及び前記第1の多結晶シリコン膜をパターニングする第3のエッチング工程と、前記第1のエッチング工程乃至前記第3のエッチング工程によりパターニングされた前記第1のシリコン酸化膜、前記タングステンシリサイド膜、前記第2の多結晶シリコン膜、前記第2の絶縁膜、及び前記第1の多結晶シリコン膜の露出部と前記第1の絶縁膜表面に、酸化処理を施した後に酸化シリコンを堆積することにより、第2のシリコン酸化膜を形成する酸化膜形成工程とを具備し、前記酸化膜形成工程では、前記第2のエッチング工程により形成された前記タングステンシリサイド膜の幅と前記タングステンシリサイド膜の側壁に形成された前記第2のシリコン酸化膜の膜厚とを合わせた幅を、前記第3のエッチング工程により形成された前記第1の多結晶シリコン膜の幅と前記第1の多結晶シリコン膜の側壁に形成された前記第2のシリコン酸化膜の膜厚とを合わせた幅以下に形成することを特徴とする。 In addition, a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to another aspect of the present invention includes a first insulating film, a first polycrystalline silicon film, a second insulating film, and a second multi-layer on a semiconductor substrate. A step of sequentially forming a crystalline silicon film, a tungsten silicide film, and a first silicon oxide film, a step of forming a resist pattern on the first silicon oxide film, and the first pattern using the resist pattern as a mask. A first etching step of patterning the silicon oxide film, and the tungsten silicide film using the first silicon oxide film as a mask, the width of the intermediate portion is larger than the width of the upper end portion and the lower end portion of the tungsten silicide film. A second etching step for patterning into a narrow shape; and the second polycrystalline silicon film and the second insulating film using the first silicon oxide film as a mask. And a third etching step of patterning the first polycrystalline silicon film, the first silicon oxide film patterned by the first etching step to the third etching step, the tungsten silicide film, By depositing silicon oxide on the second polycrystalline silicon film, the second insulating film, the exposed portion of the first polycrystalline silicon film, and the surface of the first insulating film, and then depositing silicon oxide And an oxide film forming step for forming a second silicon oxide film, and in the oxide film forming step, a width of the tungsten silicide film formed by the second etching step and a sidewall of the tungsten silicide film are formed. The width combined with the film thickness of the formed second silicon oxide film has a width that is formed by the third etching step. And forming a width below a combination of the thickness of the width and the first polycrystalline silicon film and the second silicon oxide film formed on the side wall of the polycrystalline silicon film.
また、本発明の更に別態様に係る不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成された第1の多結晶シリコン膜と、前記第1の多結晶シリコン膜上に形成された第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜上に形成された第2の多結晶シリコン膜と、前記第2の多結晶シリコン膜上に形成されたタングステンシリサイド膜と、前記タングステンシリサイド膜上に形成された第1のシリコン酸化膜と、前記第1の絶縁膜、前記第1の多結晶シリコン膜、前記第2の絶縁膜、前記第2の多結晶シリコン膜、前記タングステンシリサイド膜、及び前記第1のシリコン酸化膜表面を覆う第2のシリコン酸化膜とを具備し、前記タングステンシリサイド膜の幅は、前記第1の多結晶シリコン膜及び前記第2の多結晶シリコン膜の幅より狭く、且つ、前記タングステンシリサイド膜の幅と前記タングステンシリサイド膜の側壁に形成された前記第2のシリコン酸化膜の膜厚とを合わせた幅は、前記第1の多結晶シリコン膜の幅と前記第1の多結晶シリコン膜の側壁に形成された前記第2のシリコン酸化膜の膜厚とを合わせた幅以下であることを特徴とする。 In addition, a nonvolatile semiconductor memory device according to still another aspect of the present invention includes a semiconductor substrate, a first insulating film formed on the semiconductor substrate, and a first insulating film formed on the first insulating film. A polycrystalline silicon film, a second insulating film formed on the first polycrystalline silicon film, a second polycrystalline silicon film formed on the second insulating film, and the second A tungsten silicide film formed on the polycrystalline silicon film; a first silicon oxide film formed on the tungsten silicide film; the first insulating film; the first polycrystalline silicon film; An insulating film, a second polysilicon film, a tungsten silicide film, and a second silicon oxide film covering the surface of the first silicon oxide film, and the width of the tungsten silicide film is 1 polycrystalline silicon A width that is narrower than the width of the film and the second polycrystalline silicon film, and the combined width of the tungsten silicide film and the thickness of the second silicon oxide film formed on the sidewall of the tungsten silicide film is The width of the first polycrystalline silicon film and the thickness of the second silicon oxide film formed on the side wall of the first polycrystalline silicon film are equal to or smaller than the combined width.
本発明では、ゲート電極側壁酸化時においてタングステンシリサイド膜の側壁に形成されるシリコン酸化膜が多結晶シリコン膜の側壁に形成されるシリコン酸化膜よりも膨らんだ形状となることを、工程数を増やすことなく防止する不揮発性半導体記憶装置の製造方法、及び当該方法により得られる所望のゲート電極形状を有する不揮発性半導体記憶装置を提供できる。 In the present invention, the number of steps is increased so that the silicon oxide film formed on the side wall of the tungsten silicide film is swelled more than the silicon oxide film formed on the side wall of the polycrystalline silicon film during the oxidation of the side wall of the gate electrode. It is possible to provide a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device that can be prevented without any problem, and a nonvolatile semiconductor memory device having a desired gate electrode shape obtained by the method.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のチャネル長方向の素子断面構造を図1を参照して説明する。 An element cross-sectional structure in the channel length direction of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the invention will be described with reference to FIG.
図1において、例えばP型シリコン半導体基板1上に、第1の絶縁膜2として例えばシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜が形成され、第1の絶縁膜2上に第1の多結晶シリコン膜3からなる浮遊ゲート電極が形成されている。
In FIG. 1, for example, a gate insulating film made of, for example, a silicon oxide film is formed as a first
第1の多結晶シリコン膜3上には第2の絶縁膜4として例えばONO膜(シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜)が積層され、第2の絶縁膜4上に第2の多結晶シリコン膜5とタングステンシリサイド膜6からなる制御ゲート電極が形成されている。タングステンシリサイド膜6により制御ゲートの抵抗を下げてゲート遅延を短縮し、書き込み時間を削減することができる。
On the first
タングステンシリサイド膜6上には第1のシリコン酸化膜7からなるエッチングマスクが残存しており、第1の絶縁膜2表面と、第1の多結晶シリコン膜3、第2の絶縁膜4、第2の多結晶シリコン膜5、及びタングステンシリサイド膜6の側壁と、第1のシリコン酸化膜7の表面は第2のシリコン酸化膜8で覆われている。以下、第2の多結晶シリコン膜5とタングステンシリサイド膜6からなる制御ゲート電極及び第1の多結晶シリコン膜3からなる浮遊ゲート電極を有する積層構造をゲート電極と称する。
An etching mask made of the first
また、P型シリコン半導体基板1において隣接するゲート電極間の表層部にはN型不純物がイオン注入されており、ソース及びドレイン領域となるN型不純物拡散層9が形成されている。また、二つのN型不純物拡散層9の間にはチャネル領域が存在する。
Further, N-type impurities are ion-implanted in a surface layer portion between adjacent gate electrodes in the P-type
上記N型不純物拡散層9は隣接するゲート電極間で共有され、例えばNAND接続やNOR接続が実現される。
The N-type
また、第2のシリコン酸化膜8表面にはシリコン窒化膜10が均一な厚さで形成されており、更にゲート電極間を埋め込むように例えばTEOS(Tetraethoxysilane)膜等からなる図示せぬ層間絶縁膜が堆積している。
Further, a
本実施形態において、タングステンシリサイド膜6の幅は第1の多結晶シリコン膜3及び第2の多結晶シリコン膜5の幅よりも狭く形成され、更に、タングステンシリサイド膜6の幅とタングステンシリサイド膜6の側壁に形成された第2のシリコン酸化膜8の膜厚とを合わせた幅Aは、第1の多結晶シリコン膜3の幅と第1の多結晶シリコン膜3の側壁に形成された第2のシリコン酸化膜8の膜厚とを合わせた幅B以下に形成されている。
In this embodiment, the width of the
次に、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法について、図2乃至図5を参照して説明する。 Next, a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
先ず、P型シリコン半導体基板1上に第1の絶縁膜2として例えばシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜を形成し、更に第1の絶縁膜2上に第1の多結晶シリコン膜3を形成する。
First, a gate insulating film made of, for example, a silicon oxide film is formed as a first
次に、第1の多結晶シリコン膜3上に第2の絶縁膜4として例えばONO膜を積層し、第2の絶縁膜4上に第2の多結晶シリコン膜5を形成する。更に第2の多結晶シリコン膜5上に、タングステンシリサイド膜6を形成し、タングステンシリサイド膜6上に第1のシリコン酸化膜7を形成する。
Next, an ONO film, for example, is stacked as the second
第1のシリコン酸化膜7はゲート加工時のエッチングマスクとして使用され、シリコン酸化膜以外にシリコン酸窒化膜若しくはシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層構造等であってもよいが、後述する理由により最上層は窒素を含有しない膜であることが望ましい。従ってシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層構造とする場合はシリコン酸化膜を上層とするのが望ましい。
The first
次に、リソグラフィ工程によってパターニングされたレジスト膜をマスクとして第1のシリコン酸化膜7をCF系ガス条件下でパターニング(第1のエッチング工程)する。その後、O2プラズマ雰囲気中にP型シリコン半導体基板1を晒しレジスト膜を除去することにより図2に示す構造を得する。
Next, the first
次に、第1のシリコン酸化膜7をマスクとしてタングステンシリサイド膜6を圧力4乃至10mmTorr、RFソースパワー200乃至400W、バイアスパワー100乃至200W、CF4/Cl2/N2の混合ガス条件下でパターニング(第2のエッチング工程)する。当該ガス条件において、N2ガスはタングステンシリサイド膜6のP型シリコン半導体基板1に水平な方向に対してのエッチングレートを制御するために用いられ、CF4の流量を1乃至50sccm、Cl2の流量を100乃至150sccm、N2の流量を16sccm以下としてエッチングを行うことにより、タングステンシリサイド膜6を括れ形状、即ちタングステンシリサイド膜6の上端部の幅及び下端部の幅より中間部の幅が狭い形状に加工することができる。これにより図3に示す構造を得る。
Next, using the first
尚、エッチングレートはN2流量に敏感であるため、上述したようにエッチングマスクとなる第1のシリコン酸化膜7は最上層に窒素を含有しないことが望ましい。
Since the etching rate is sensitive to the N 2 flow rate, it is desirable that the first
次に、第1のシリコン酸化膜7をマスクとして第2の多結晶シリコン膜5をハロゲンガスを主体としたガス条件下でパターニングし、更に第2の絶縁膜4をCF系ガス条件下でパターニングした後、第1の多結晶シリコン膜3をハロゲンガスを主体としたガス条件下でパターニング(第3のエッチング工程)する。以上により、図4に示すゲート形状にパターニングされたゲート積層構造11を得る。
Next, using the first
ここで、パターニングされたタングステンシリサイド膜6において第1のシリコン酸化膜7との界面近傍(上端部)の幅C、第2の多結晶シリコン膜5との界面近傍(下端部)の幅E、及び当該界面のそれぞれからほぼ等距離に位置する中間部での幅DのN2ガス流量に対する関係を図6に示す。図6は横軸がN2ガス流量(sccm)、縦軸が幅Cと幅Dの差または幅Eと幅Dの差(nm)であり、N2ガス流量が0、8、及び15sccmの場合の測定値をプロットしている。図6から、N2ガス流量を変化させることによりタングステンシリサイド膜6のP型シリコン半導体基板1に水平な方向に対してのエッチングレートを制御できることが分かる。
Here, in the patterned
また、幅Cと幅Dの差の測定値から求めた線形近似曲線と横軸との切片が約20.8sccm、幅Eと幅Dの差の測定値から求めた線形近似曲線と横軸との切片が約16.5sccmであることから、N2ガス流量が16sccm以下であればタングステンシリサイド膜6を括れ形状に加工できると予測される。
Further, the intercept of the linear approximation curve obtained from the measurement value of the difference between the width C and the width D and the horizontal axis is about 20.8 sccm, and the linear approximation curve obtained from the measurement value of the difference between the width E and the width D and the horizontal axis. Therefore, it is predicted that the
次に、ゲート積層構造11の側壁を例えばO2雰囲気中、1000℃の条件で急速加熱酸化法(RTO:Rapid Thermal Oxidation)により酸化処理する。本実施形態においては予めタングステンシリサイド膜6を括れ形状に加工しているため、RTO法による熱酸化時にタングステンシリサイド膜6の方が第1の多結晶シリコン膜3及び第2の多結晶シリコン膜5より多く酸化しても、タングステンシリサイド膜6の側壁に形成される金属元素を含むシリコン酸化膜が第1の多結晶シリコン膜3及び第2の多結晶シリコン膜5の側壁に形成されるシリコン酸化膜よりも膨らんだ形状となることがない。
Next, the sidewall of the gate stacked
その後、側壁酸化処理を施したゲート積層構造11上に更にCVD法等によりシリコン酸化膜を均一な厚さで堆積させることで、ゲート積層構造11表面に酸化処理により形成されたシリコン酸化膜及びCVD法により形成されたシリコン酸化膜からなる第2のシリコン酸化膜8が形成される。以上により、図5に示すゲート形状を得る。
Thereafter, a silicon oxide film is further deposited on the gate laminated
ここで、図5において、タングステンシリサイド膜6の幅とタングステンシリサイド膜6の側壁に形成された第2のシリコン酸化膜8の膜厚とを合わせた幅Aと、第1の多結晶シリコン膜3の幅と第1の多結晶シリコン膜3の側壁に形成された第2のシリコン酸化膜8の膜厚とを合わせた幅BのN2ガス流量に対する関係を図7に示す。図7は横軸がN2ガス流量(sccm)、縦軸が幅Aと幅Bの差(nm)であり、N2ガス流量が0、8、及び15sccmの場合の測定値をプロットしている。図7から、N2ガス流量に対する幅Aと幅Bとの差の変化は直線的であると考えられ、N2ガス流量8sccmで幅Aと幅Bはほぼ等しいとみなせることから、N2ガス流量をタングステンシリサイド膜6を括れ形状に加工するための条件である16sccm以下の範囲内で更に7sccm以下とした条件でエッチングを行うことで、タングステンシリサイド膜6の側壁に形成された第2のシリコン酸化膜8が第1の多結晶シリコン膜3及び第2の多結晶シリコン膜5の側壁に形成された第2のシリコン酸化膜8よりも膨らんだ形状となることを防止できることが分かる。
Here, in FIG. 5, the width A, which is the sum of the width of the
次に、P型シリコン半導体基板1にリンや砒素、アンチモン等をイオン注入法等により注入し、N型不純物拡散層9を形成する。
Next, phosphorus, arsenic, antimony, or the like is implanted into the P-type
更に、第2のシリコン酸化膜8の表面にシリコン窒化膜10を形成した後、TEOS膜等からなる図示せぬ層間絶縁膜を全面に堆積して図1に示す形状を得る。
Further, after forming a
以上説明したように、本実施形態においては、ゲート電極側壁酸化時においてタングステンシリサイド膜6の側壁に形成された第2のシリコン酸化膜8が第1の多結晶シリコン膜3及び第2の多結晶シリコン膜5の側壁に形成された第2のシリコン酸化膜8よりも膨らんだ形状となることを、従来と異なり工程数を増やすことなく防止し、図1に示すような所望のゲート電極形状を得ることができる。
As described above, in the present embodiment, the second
尚、所望のゲート電極形状とはタングステンシリサイド膜6の幅とタングステンシリサイド膜6の側壁に形成された第2のシリコン酸化膜8の膜厚とを合わせた幅Aと、第1の多結晶シリコン膜3の幅と第1の多結晶シリコン膜3の側壁に形成された第2のシリコン酸化膜8の膜厚とを合わせた幅Bが等しい場合も含む。
The desired gate electrode shape is a width A that is the sum of the width of the
また、本実施形態においては予めタングステンシリサイド膜6を括れ形状に加工しているため、図1に示すように最終的に得られるゲート電極形状においてもタングステンシリサイド膜6の幅が第1の多結晶シリコン膜3及び第2の多結晶シリコン膜5の幅よりも狭いという特徴を有する。
In this embodiment, since the
また、本実施形態においては、タングステンシリサイド膜6の側壁に形成された第2のシリコン酸化膜8が多結晶シリコン膜5の側壁に形成された第2のシリコン酸化膜8よりも膨らんだ形状となることがないため、イオン注入法等によりN型不純物拡散層9を形成する際に庇とならず、均一な不純物拡散層を形成することができる。
In the present embodiment, the second
また、本実施形態においては、タングステンシリサイド膜6の側壁に形成された第2のシリコン酸化膜8が多結晶シリコン膜5の側壁に形成された第2のシリコン酸化膜8よりも膨らんだ形状となることがないため、TEOS膜等からなる図示せぬ層間絶縁膜を全面に堆積する際にゲート電極間に空隙が生じる可能性を低減できる。
In the present embodiment, the second
また、上記RTO酸化条件以外の酸化条件を用いた場合も、N2ガス流量を16sccm以下の範囲内で適宜設定することによりタングステンシリサイド膜6のP型シリコン半導体基板1に水平な方向に対してのエッチングレートを調節して括れ量を変化させ、ゲート電極側壁酸化後にタングステンシリサイド膜6の側壁の第2のシリコン酸化膜8が第1の多結晶シリコン膜3及び第2の多結晶シリコン膜5の側壁に形成された第2のシリコン酸化膜8よりも膨らんだ形状となることを防止できる。
Further, even when an oxidation condition other than the RTO oxidation condition is used, the
また、N2ガス流量は少ない程タングステンシリサイド膜6をより括れた形状に加工することが可能であるため、その後の酸化条件によっては添加しなくともよい。
Further, since the
また、酸化条件をH2/O2雰囲気中のRTO法とすることで、タングステンシリサイド膜6の酸化量を抑えることができる。この場合もタングステンシリサイド膜の酸化量に応じてN2ガス流量を16sccm以下の範囲内で適宜調整すればよい。
Moreover, the oxidation amount of the
また、制御ゲートの抵抗を下げるためにタングステンシリサイド膜ではなくタングステン膜を用いた場合は、ゲート電極側壁酸化時に異常酸化が起こることが知られている。この場合も、本実施形態と同様に予めタングステン膜を括れ形状に加工しておくことでタングステン膜の側壁に形成される金属酸化膜が多結晶シリコン膜の側壁に形成されるシリコン酸化膜よりも膨らんだ形状となることを防止できる。 Further, it is known that when a tungsten film is used instead of a tungsten silicide film in order to reduce the resistance of the control gate, abnormal oxidation occurs during the oxidation of the side wall of the gate electrode. In this case as well, the metal oxide film formed on the side wall of the tungsten film is processed in a constricted shape in advance, as in the present embodiment, than the silicon oxide film formed on the side wall of the polycrystalline silicon film. It is possible to prevent a bulging shape.
また、本実施形態においては、第1の絶縁膜2としてシリコン酸化膜を用いたが、これに限らずオキシナイトライド膜、或いはシリコン窒化膜等を用いてもよい。
In the present embodiment, a silicon oxide film is used as the first insulating
また、本実施形態においては、第2の絶縁膜4としてONO膜を用いたが、これに限らずAl2O3膜、或いは単層のシリコン酸化膜等を用いてもよい。
In the present embodiment, the ONO film is used as the second
また、本実施形態においては層間絶縁膜としてTEOS膜を用いたが,これに限らずBSG(Boron Silicate Glass)、PSG(Phosphor Silicate Glass)、BPSG(Boro phospho silicate Grass)膜などを用いてもよい。 In this embodiment, the TEOS film is used as the interlayer insulating film. However, the present invention is not limited to this, and a BSG (Boron Silicate Glass), a PSG (Phosphor Silicate Glass), a BPSG (Boro phospho silicate grass) film, or the like may be used. .
本実施形態は実施例1におけるタングステンシリサイド膜6のエッチング条件を変更した例である。本実施形態では、Cl2/N2の混合ガスを使用し、圧力4乃至10mmTorr、RFソースパワー200乃至400W、バイアスパワー100乃至200W、Cl2の流量を100乃至150sccm、N2ガスの流量を5sccm以下とした条件下でタングステンシリサイド膜6をエッチングすることにより、タングステンシリサイド膜6を括れ形状に加工する。
This embodiment is an example in which the etching conditions of the
本実施形態において、実施例1と同様にO2雰囲気中、1000℃のRTO酸化条件を用いた場合の、タングステンシリサイド膜6とタングステンシリサイド膜6の側壁に形成された第2のシリコン酸化膜8の膜厚とを合わせた幅Aと、第1の多結晶シリコン膜3と第1の多結晶シリコン膜3の側壁に形成された第2のシリコン酸化膜8の膜厚とを合わせた幅BのN2ガス流量に対する関係を図8に示す。図8は、横軸がN2流量(sccm)、縦軸が幅Aと幅Bの差(nm)であり、N2ガス流量が0、8、及び15sccmの場合の測定値をプロットしている。図8から、N2流量に対する幅Aと幅Bとの差の変化は直線的であると考えられ、N2ガス流量8sccmで幅Aと幅Bの幅はほぼ等しいとみなせることから、N2流量を上記のように5sccm以下とした条件でエッチングを行い、予めタングステンシリサイド膜6を括れ形状に加工しておくことで、タングステンシリサイド膜6の側壁に形成された第2のシリコン酸化膜8が第1の多結晶シリコン膜3及び第2の多結晶シリコン膜5の側壁に形成された第2のシリコン酸化膜8よりも膨らんだ形状となることを防止できることが分かる。
In the present embodiment, the
また、N2ガス流量は少ない程タングステンシリサイド膜6をより括れた形状に加工することが可能であるため、その後の酸化条件によっては添加しなくともよい。
Further, since the
その他の工程及び得られるゲート電極形状は実施例1と同様であるため説明は省略する。 Since other steps and the obtained gate electrode shape are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.
本実施形態は実施例1におけるタングステンシリサイド膜のエッチング条件を変更した例である。本実施形態では、NF3/O2の混合ガスを使用し、圧力4乃至10mmTorr、RFソースパワー200乃至400W、バイアスパワー100乃至200W、NF3ガスに対するO2ガスの流量比を80%以上とした条件下でタングステンシリサイド膜6をエッチングする。本実施形態ではO2ガスの添加により下層の第2の多結晶シリコン膜に対する選択比が大きくとれることを利用し、タングステンシリサイド膜6を括れ形状に加工する。
This embodiment is an example in which the etching conditions of the tungsten silicide film in Example 1 are changed. In this embodiment, a mixed gas of NF 3 / O 2 is used, the pressure is 4 to 10 mmTorr, the RF source power is 200 to 400 W, the bias power is 100 to 200 W, and the flow rate ratio of O 2 gas to NF 3 gas is 80% or more. Under this condition, the
実施例1と同様にO2雰囲気中、1000℃のRTO酸化条件を用いた場合、上記のようにNF3ガスに対するO2ガスの流量比を80%以上としてエッチングを行い、予めタングステンシリサイド膜6を括れ形状に加工しておくことで、タングステンシリサイド膜6の側壁に形成された第2のシリコン酸化膜8が第1の多結晶シリコン膜3及び第2の多結晶シリコン膜5の側壁に形成された第2のシリコン酸化膜8よりも膨らんだ形状となることを防止できる。
When the RTO oxidation condition of 1000 ° C. is used in the O 2 atmosphere as in Example 1, the etching is performed with the flow rate ratio of O 2 gas to NF 3 gas being 80% or more as described above, and the
その他の工程及び得られるゲート電極形状は実施例1と同様であるため説明は省略する。 Since other steps and the obtained gate electrode shape are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.
本発明の第4の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の回路構成を図9に示す。本実施形態は実施例1乃至実施例3で説明した方法を用いて得られるゲート電極構造をNOR型フラッシュメモリのセルアレイに適用した場合に相当する。また、図10は図9のNOR型セルアレイの一部を取り出してレイアウトの一例を示している。 FIG. 9 shows a circuit configuration of a nonvolatile semiconductor memory device according to the fourth embodiment of the present invention. This embodiment corresponds to a case where the gate electrode structure obtained by using the method described in the first to third embodiments is applied to a cell array of a NOR type flash memory. FIG. 10 shows an example of a layout obtained by extracting a part of the NOR type cell array of FIG.
図1及び図2に示すNOR型セルアレイは、P型シリコン半導体基板1上にメモリセルMCがマトリクス状に配列されて構成されている。各メモリセルMCはP型シリコン半導体基板1の表層部に形成されたN型不純物拡散層9及びチャネル領域、またP型シリコン半導体基板1上にゲート絶縁膜を介して形成された2層ゲート構造を有する。このメモリセルMCに対し実施例1乃至実施例3におけるゲート電極構造を適用する。
The NOR type cell array shown in FIGS. 1 and 2 includes memory cells MC arranged in a matrix on a P type
上記NOR型セルアレイでは隣り合う2個で1組をなすメモリセルMCがそれぞれのドレイン領域Dを共有し、また、隣り合う2組のメモリセルがそれぞれのソース領域Sを共有し、メモリセルMCの各列間がトレンチ型の素子分離領域(STI領域)で分離されている。 In the NOR-type cell array, two adjacent memory cells MC form a common drain region D, and two adjacent memory cells share a source region S. Each column is separated by a trench type element isolation region (STI region).
また、セルアレイ上で同一行のメモリセルMCの制御ゲート電極に共通に連なるように複数のワード線WLが行方向に形成され、同一行のメモリセルMCの各ソース領域Sに共通に接続された金属配線からなる複数のローカルソース線LSが行方向に形成されている。 Further, a plurality of word lines WL are formed in the row direction so as to be connected in common to the control gate electrodes of the memory cells MC in the same row on the cell array, and are commonly connected to the source regions S of the memory cells MC in the same row. A plurality of local source lines LS made of metal wiring are formed in the row direction.
また、セルアレイ上で同一列のメモリセルMCのドレイン領域Dに共通にコンタクトするように金属配線からなる複数のビット線BLが列方向に形成され、複数のローカルソース線LSに共通にコンタクトする金属配線からなる複数のメインソース線MSがビット線BL配列内に一定間隔をおいて配置されている。 In addition, a plurality of bit lines BL made of metal wiring are formed in the column direction so as to be in common contact with the drain regions D of the memory cells MC in the same column on the cell array, and are in common contact with the plurality of local source lines LS. A plurality of main source lines MS made of wiring are arranged at regular intervals in the bit line BL array.
上記のように隣り合う2個のセルトランジスタで共有するドレイン領域Dは、ドレインコンタクトDCを介して低抵抗のビット線BLに繋がっている。また、隣り合う2個のセルトランジスタで共有するソース領域Sはワード線WL間でワード線WLと平行して存在するローカルソース線LSに繋がっており、このローカルソース線LSはソースコンタクトSCを介して低抵抗のメインソース線に繋がり、セルアレイ外部から電位が与えられる。 As described above, the drain region D shared by two adjacent cell transistors is connected to the low-resistance bit line BL via the drain contact DC. The source region S shared by two adjacent cell transistors is connected to a local source line LS that exists in parallel with the word line WL between the word lines WL, and the local source line LS is connected via a source contact SC. And connected to the low-resistance main source line, and a potential is applied from outside the cell array.
上記構成のNOR型フラッシュメモリは、セルにデータを書き込むために浮遊ゲート電極に電子注入を行う際、ソース領域SとP型シリコン半導体基板1には接地電位を与える。また、制御ゲート電極とドレイン領域Dには注入される電子の発生効率が最大となるような電位をそれぞれワード線WLとビット線BLを介して与える。
In the NOR flash memory having the above-described configuration, a ground potential is applied to the source region S and the P-type
図11に本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のNOR回路構成に対応する素子断面図を示す。図11は図10のAA’断面を示したものである。 FIG. 11 shows an element cross-sectional view corresponding to the NOR circuit configuration of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment. FIG. 11 shows an AA 'cross section of FIG.
図11には、実施例1乃至実施例3で説明した方法を用いて得られるゲート電極構造に加え、ソースコンタクトSC、ドレインコンタクトDCが存在する。本実施形態においては、タングステンシリサイド膜6の側壁に形成された第2のシリコン酸化膜8が第1の多結晶シリコン膜3及び第2の多結晶シリコン膜5の側壁に形成された第2のシリコン酸化膜8よりも膨らんだ形状となることがないため、コンタクト形成時にゲート電極とショートする可能性を低減できる。
In FIG. 11, in addition to the gate electrode structure obtained by using the method described in the first to third embodiments, there are a source contact SC and a drain contact DC. In the present embodiment, the second
1 P型シリコン半導体基板
2 第1の絶縁膜
3 第1の多結晶シリコン膜
4 第2の絶縁膜
5 第2の多結晶シリコン膜
6 タングステンシリサイド膜
7 第1のシリコン酸化膜
8 第2のシリコン酸化膜
9 N型不純物拡散層
10 シリコン窒化膜
11 ゲート積層構造
MC メモリセル
WL ワード線
LS ローカルソース線
MS メインソース線
S ソース領域
D ドレイン領域
SC ソースコンタクト
DC ドレインコンタクト
1 P-type
Claims (14)
前記シリコン酸化膜上にレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記シリコン酸化膜をパターニングする第1のエッチング工程と、
前記シリコン酸化膜をマスクとして前記タングステンシリサイド膜を、前記タングステンシリサイド膜の上端部の幅及び下端部の幅より中間部の幅が狭い形状にパターニングする第2のエッチング工程と、
前記シリコン酸化膜をマスクとして前記第2の多結晶シリコン膜、前記第2の絶縁膜、及び前記第1の多結晶シリコン膜をパターニングする第3のエッチング工程とを具備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。 Step of sequentially forming a first insulating film, a first polycrystalline silicon film, a second insulating film, a second polycrystalline silicon film, a tungsten silicide film, and a silicon oxide film on a semiconductor substrate When,
Forming a resist pattern on the silicon oxide film;
A first etching step of patterning the silicon oxide film using the resist pattern as a mask;
A second etching step of patterning the tungsten silicide film with the silicon oxide film as a mask into a shape in which the width of the upper end portion and the width of the lower end portion of the tungsten silicide film are narrower than the intermediate portion;
And a third etching step of patterning the second polycrystalline silicon film, the second insulating film, and the first polycrystalline silicon film using the silicon oxide film as a mask. For manufacturing a conductive semiconductor memory device.
前記第1のシリコン酸化膜上にレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記第1のシリコン酸化膜をパターニングする第1のエッチング工程と、
前記第1のシリコン酸化膜をマスクとして前記タングステンシリサイド膜を、前記タングステンシリサイド膜の上端部の幅及び下端部の幅より中間部の幅が狭い形状にパターニングする第2のエッチング工程と、
前記第1のシリコン酸化膜をマスクとして前記第2の多結晶シリコン膜、前記第2の絶縁膜、及び前記第1の多結晶シリコン膜をパターニングする第3のエッチング工程と、
前記第1のエッチング工程乃至前記第3のエッチング工程によりパターニングされた前記第1のシリコン酸化膜、前記タングステンシリサイド膜、前記第2の多結晶シリコン膜、前記第2の絶縁膜、及び前記第1の多結晶シリコン膜の露出部と前記第1の絶縁膜表面に、酸化処理を施した後に酸化シリコンを堆積することにより、第2のシリコン酸化膜を形成する酸化膜形成工程とを具備し、
前記酸化膜形成工程では、前記第2のエッチング工程により形成された前記タングステンシリサイド膜の幅と前記タングステンシリサイド膜の側壁に形成された前記第2のシリコン酸化膜の膜厚とを合わせた幅を、前記第3のエッチング工程により形成された前記第1の多結晶シリコン膜の幅と前記第1の多結晶シリコン膜の側壁に形成された前記第2のシリコン酸化膜の膜厚とを合わせた幅以下に形成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 first insulating film, a first polycrystalline silicon film, a second insulating film, a second polycrystalline silicon film, a tungsten silicide film, and a first silicon oxide film are sequentially formed on a semiconductor substrate. Forming, and
Forming a resist pattern on the first silicon oxide film;
A first etching step of patterning the first silicon oxide film using the resist pattern as a mask;
A second etching step of patterning the tungsten silicide film with the first silicon oxide film as a mask into a shape in which the width at the upper end and the width at the lower end of the tungsten silicide film are narrower than the width;
A third etching step of patterning the second polycrystalline silicon film, the second insulating film, and the first polycrystalline silicon film using the first silicon oxide film as a mask;
The first silicon oxide film, the tungsten silicide film, the second polycrystalline silicon film, the second insulating film, and the first patterned by the first etching process to the third etching process An oxide film forming step of forming a second silicon oxide film by depositing silicon oxide on the exposed portion of the polycrystalline silicon film and the surface of the first insulating film after performing an oxidation treatment;
In the oxide film forming step, a width obtained by combining a width of the tungsten silicide film formed in the second etching step and a film thickness of the second silicon oxide film formed on a sidewall of the tungsten silicide film is set. The width of the first polycrystalline silicon film formed by the third etching step and the thickness of the second silicon oxide film formed on the side wall of the first polycrystalline silicon film are combined. A non-volatile semiconductor memory device manufacturing method, wherein the non-volatile semiconductor memory device is formed with a width or less.
前記半導体基板上に形成された第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜上に形成された第1の多結晶シリコン膜と、
前記第1の多結晶シリコン膜上に形成された第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜上に形成された第2の多結晶シリコン膜と、
前記第2の多結晶シリコン膜上に形成されたタングステンシリサイド膜と、
前記タングステンシリサイド膜上に形成された第1のシリコン酸化膜と、
前記第1の絶縁膜、前記第1の多結晶シリコン膜、前記第2の絶縁膜、前記第2の多結晶シリコン膜、前記タングステンシリサイド膜、及び前記第1のシリコン酸化膜表面を覆う第2のシリコン酸化膜とを具備し、
前記タングステンシリサイド膜の幅は、前記第1の多結晶シリコン膜及び前記第2の多結晶シリコン膜の幅より狭く、且つ、前記タングステンシリサイド膜の幅と前記タングステンシリサイド膜の側壁に形成された前記第2のシリコン酸化膜の膜厚とを合わせた幅は、前記第1の多結晶シリコン膜の幅と前記第1の多結晶シリコン膜の側壁に形成された前記第2のシリコン酸化膜の膜厚とを合わせた幅以下であることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A semiconductor substrate;
A first insulating film formed on the semiconductor substrate;
A first polycrystalline silicon film formed on the first insulating film;
A second insulating film formed on the first polycrystalline silicon film;
A second polycrystalline silicon film formed on the second insulating film;
A tungsten silicide film formed on the second polycrystalline silicon film;
A first silicon oxide film formed on the tungsten silicide film;
A second covering the surface of the first insulating film, the first polycrystalline silicon film, the second insulating film, the second polycrystalline silicon film, the tungsten silicide film, and the first silicon oxide film; A silicon oxide film,
The width of the tungsten silicide film is narrower than the width of the first polycrystalline silicon film and the second polycrystalline silicon film, and is formed on the width of the tungsten silicide film and the sidewall of the tungsten silicide film. The total width of the second silicon oxide film is equal to the width of the first polycrystalline silicon film and the film of the second silicon oxide film formed on the side wall of the first polycrystalline silicon film. A non-volatile semiconductor memory device having a width equal to or less than a total thickness.
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