JP2008218570A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 絶縁層8上に形成され、結晶格子不整合面7を含む半導体結晶層21と、半導体結晶層21上に形成され、ビット線方向に直列に接続された不揮発性メモリセルトランジスタM1〜M6をワード線方向に複数配置してなるメモリセルアレイ部とを備え、結晶格子不整合面7は、不揮発性メモリセルトランジスタのチャネル長方向の断面において半導体結晶層21を貫通し、半導体結晶層21の上から見て、結晶格子不整合面7は、不揮発性メモリセルトランジスタM1〜M6のゲート下を避けて、ワード線に沿って半導体結晶層21を横切るように形成されている。
【選択図】 図1
Description
図1(a)および1(b)は、第1の実施形態に係る半導体装置を示す断面図であり、具体的には、半導体装置内の不揮発性メモリを構成しているメモリセルアレイ部を示す断面図である。本実施形態では、上記不揮発性メモリがNAND型フラッシュメモリである場合を例にあげて説明する。上記半導体装置は、具体的には、不揮発性メモリ自体、あるいは不揮発性メモリを備えた音楽再生装置等の電子デバイスである。
p型のシリコン結晶基板1の表面上に、熱酸化法を用いて埋め込み絶縁物8となる厚さ50nmのシリコン酸化膜を形成する。<100>方向と垂直な方向に延びる一対の辺を有する形状のレジスト(図示せず)をマスクにして、上記シリコン酸化膜の一部領域を除去して、シリコン結晶基板1の一部表面22を露出させる。この露出させた一部表面(基板露出部)22は、いわゆる固相エピタキシャル成長におけるシード部として働く。ここで、隣り合う基板露出部22の距離は、5μmとした。
基板露出部22およびシリコン酸化膜2を含む領域上に、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて、SOI結晶層となるシリコン非晶質層21aを堆積する。シリコン非晶質層21aの厚さは、例えば、50nmである。
窒素雰囲気で600℃程度の熱処理を行い、シリコン非晶質層21aを固相成長させて、シリコン結晶層(SOI結晶層)21に変換する。
ラジカル酸化法を用い、シリコン結晶層21上にトンネル絶縁膜2を形成する。トンネル絶縁膜2の厚さは、例えば、7nmである。CVD法などの成膜法を用い、トンネル絶縁膜2上に浮遊ゲート電極となるリンドープ多結晶シリコン層3を形成する。リンドープ多結晶シリコン層3の厚さは、例えば、50nm程度である。リン以外のドーパントが添加された多結晶シリコン層を用いても構わない。
ALD(Atomic Layer Deposition)法などで、リンドープ多結晶シリコン層3上に、電極間絶縁膜4を形成する。ここでは、電極間絶縁膜4としてアルミナ膜を使用する。このアルミナ膜の厚さは、例えば、15nm程度である。アルミナ膜以外の絶縁膜も電極間絶縁膜4として使用可能である。
スパッタ法などで、リンドープ多結晶シリコン層3およびスリット部24上に、制御ゲート電極5となるタングステンシリサイド層を形成する。タングステンシリサイド層以外の導電層も使用可能である。
図12−図14を用いて、第2の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する。
まず、第1の実施形態と同様の方法で、図5に示した構造を形成し、その後、基板露出部22およびシリコン酸化膜2を含む領域上にシリコン非晶質層21aをCVD法により堆積する。シリコン非晶質層21aの厚さは、例えば、50nmである。
シリコン非晶質層21a上の結晶格子不整合面を形成したい領域に、レジスト26を形成する。本実施形態では、一対のシード部(基板露出部)のほぼ中間位置にレジスト26を形成する。
レジスト26を除去した後、窒素雰囲気で600℃程度の熱処理を行い、シリコン非晶質層21aを固相成長させて、シリコン非晶質層21aをシリコン結晶層21に変換する。
図15(a)および15(b)は、第3の実施形態に係る半導体装置を示す断面図であり、図15(a)は、チャネル長方向(ビット線方向)の断面図、図15(b)はチャネル幅方向(ワード線方向)の断面図である。ここで、図15(b)は図15(a)のB−B’線を通り紙面に垂直な面における断面図である。
p型のシリコン結晶基板1の表面上に、熱酸化法を用いて埋め込み絶縁物となる厚さ50nmのシリコン酸化膜8を形成する。メモリセルトランジスタ形成領域上に、<100>方向と垂直な方向に延びる複数のスリットを有する形状に形成したレジスト(図示せず)をマスクにして、シリコン酸化膜2の一部領域を除去して、シリコン結晶基板1の一部表面22をスリット状に露出させた。このスリット状の基板露出部22は、いわゆる固相エピタキシャル成長におけるシード部として働く。なお、ここでは、スリット状の基板露出部22は、素子分離溝の形成領域内に形成している。
基板露出部22およびシリコン酸化膜8を含む領域上に、CVD法を用いて、SOI結晶層となるシリコン非晶質層21aを堆積する。シリコン非晶質層21aの厚さは、例えば、50nmである。
窒素雰囲気で600℃程度の熱処理を行い、シリコン非晶質層21aを固相成長させて、シリコン結晶層(SOI結晶層)21に変換する。
ラジカル酸化法を用い、シリコン結晶層21上にトンネル絶縁膜2を形成する。トンネル絶縁膜2の厚さは、例えば、7nmである。CVD法などの成膜法を用い、トンネル絶縁膜2上に浮遊ゲート電極となるリンドープ多結晶シリコン層3を形成する。リンドープ多結晶シリコン層3の厚さは、例えば、50nm程度である。
第1の実施形態と同様の方法で、電極間絶縁膜4、制御ゲート電極5、n型不純物拡散層6などを形成して、不揮発性メモリセルを完成させる。
図23および図24の平面図を用いて、第4の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する。
シリコン結晶基板1の表面に、<100>方向に1辺が向く長方形のメモリセルアレイ形成領域30を設定する。
メモリセルアレイ形成領域30と基板露出部22を覆うように、全面にシリコン非晶質層を堆積した後、加熱して主に<100>方向に固相成長させることで、上記シリコン層をシリコン結晶層(SOI結晶層)21に変換する。
図25および図26の平面図を用いて、第5の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する。
第4の実施形態では、メモリセルアレイ形成領域30の左右に基板露出部22が設けられていたが、本実施形態では、メモリセルアレイ形成領域30の左右上下周囲を囲むように基板露出部22が設けられている。
メモリセルアレイ形成領域30と基板露出部22を覆うように、全面にシリコン非晶質層を堆積した後、加熱して主に<100>方向に固相成長させることで、上記シリコン層をシリコン結晶層(SOI結晶層)21に変換する。
Claims (5)
- 絶縁層上に形成され、結晶格子不整合面を含む半導体結晶層と、
前記半導体結晶層上に形成され、第1の方向に直列に接続された複数の不揮発性メモリセルトランジスタを前記第1の方向と直交する第2の方向に複数配置してなるメモリセルアレイ部とを具備してなり、
前記結晶格子不整合面は、前記半導体結晶層の膜厚方向に貫通し、
前記半導体結晶層の上から見て、前記結晶格子不整合面は、前記複数の不揮発性メモリセルトランジスタのゲート下を避けて、前記第2の方向に沿って前記半導体結晶層を横切るように形成されているか、または、前記複数の不揮発性メモリセルトランジスタのゲート下を通って、前記第1の方向に沿って前記半導体結晶層を横切るように形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 前記結晶格子不整合面が前記チャネル長方向の断面において、前記半導体結晶層を貫通する場合には、前記結晶格子不整合面を介して隣接する二つの不揮発性メモリセルトランジスタの間隔は、前記結晶格子不整合面を介さずに隣接する二つの不揮発性メモリセルトランジスタの間隔も大きいことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- シリコン結晶基板上に<100>方向に短辺が向く長方形の不揮発性メモリセルトランジスタ形成領域を設定する工程と、
前記シリコン結晶基板上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層をエッチングし、前記シリコン結晶基板の表面の一部領域を露出させる工程であって、前記一部領域が、前記不揮発性メモリセルトランジスタ形成領域を挟んで、前記<100>方向と垂直な方向に延びる一対の領域である前記工程と、
前記シリコン結晶基板の表面の前記露出させた一部領域および前記絶縁層を含む領域上に、シリコン層を堆積する工程と、
前記シリコン結晶基板の表面の前記露出させた一部領域をシード部に用いた固相成長により、前記シリコン層をシリコン結晶層に変換する工程と、
前記不揮発性メモリセルトランジスタ形成領域内の前記シリコン結晶層上に、前記<100>方向に直列に接続された複数の不揮発性メモリセルトランジスタを前記<100>方向と直交する方向に複数配置してなるメモリセルアレイ部を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記シリコン層を堆積する工程と前記シリコン層を前記シリコン結晶層に変換する工程との間に、前記一対の領域間の中央領域を除いた前記シリコン層に対してイオン注入を行う工程をさらに含むことを特徴する請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
- シリコン結晶基板上に<100>方向に短辺が向く長方形の不揮発性メモリセルトランジスタ形成領域を設定する工程と、
前記シリコン結晶基板上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層をエッチングし、前記シリコン結晶基板の表面の一部領域を露出させる工程であって、前記一部領域が、前記不揮発性メモリセルトランジスタ形成領域の外側を囲んで、1辺が前記<100>方向と垂直な方向に延びる矩形の領域である前記工程と、
前記シリコン結晶基板の表面の前記露出させた一部領域および前記絶縁層を含む領域上に、シリコン層を堆積する工程と、
前記シリコン結晶基板の表面の前記露出させた一部領域をシード部に用いた固相成長により、前記シリコン層をシリコン結晶層に変換する工程と、
前記不揮発性メモリセルトランジスタ形成領域内の前記シリコン結晶層上に、前記<100>方向に直列に接続された複数の不揮発性メモリセルトランジスタを前記<100>方向と直交する方向に複数配置してなるメモリセルアレイ部を形成する工程と
を含むことを特徴する半導体装置の製造方法。
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