JP2008235936A - Non-volatile semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ゲート絶縁膜、電荷蓄積層としての浮遊ゲート層、絶縁膜、制御ゲート層からなる二層ゲート構造を有する不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法に関し、特にメモリセル部とその周辺回路部を含めたゲート絶縁膜及びゲート電極の構造に関するものである。 The present invention relates to a non-volatile semiconductor memory device having a two-layer gate structure comprising a gate insulating film, a floating gate layer as a charge storage layer, an insulating film, and a control gate layer, and a method for manufacturing the same, and in particular, a memory cell portion and its peripheral circuit The present invention relates to the structure of the gate insulating film including the portion and the gate electrode.
不揮発性半導体記憶装置は、メモリセル(メモリセルトランジスタ)及び選択トランジスタを有し、周辺回路として、高耐圧(Vpp)系のトランジスタ及び通常電源で動作するVcc系のトランジスタ等を備えている(周辺回路のトランジスタ)。各トランジスタのゲート絶縁膜は扱われる電圧に応じて厚さが異なっている。 The nonvolatile semiconductor memory device includes a memory cell (memory cell transistor) and a selection transistor, and includes a high breakdown voltage (Vpp) transistor, a Vcc transistor that operates with a normal power source, and the like as peripheral circuits (peripheral circuits). Circuit transistor). The gate insulating film of each transistor has a different thickness depending on the voltage to be handled.
図36(a),(b)〜図37(c),(d)は、従来の不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。図36(a)に示すように、シリコン基板301において、Nウェル領域302、Pウェル領域303を形成し、LOCOS法により、十分に厚い素子分離膜304を形成する。素子分離膜304に分離された素子領域は、例えばメモリセル、選択トランジスタ(選択Tr)と、メモリ周辺回路のトランジスタ、ここでは、高耐圧系トランジスタ(Vpp系Tr)、通常電源系トランジスタ(Vcc系Tr)の各部に分けられている。まず、選択Tr部のゲート酸化膜305を形成する。この後、レジストを塗布してパターニングし、メモリセル部以外の領域をレジスト315で覆い、ゲート酸化膜305は除去し、メモリセルのゲート酸化膜306を形成する。なお、図中の切欠は、メモリセルと、選択Tr,Vpp系TrおよびVcc系Trとが、互いに異なる断面で表わされていることを示すものである。
36 (a), (b) to 37 (c), (d) are cross-sectional views showing a manufacturing process of a conventional nonvolatile semiconductor memory device. As shown in FIG. 36A, an N
次に、図36(b)に示すように、第1層目のポリシリコン層307を堆積し、パターニング後、このポリシリコン層表面に絶縁膜308を形成する。ポリシリコン層307は、メモリセルの浮遊ゲートとなり、選択トランジスタのゲート電極となる。周辺回路のトランジスタ部側(Vpp系Tr,Vcc系Tr)では、上記絶縁膜308及び第1層目のポリシリコン307及びその下のゲート絶縁膜305を除去する。その後、レジストをパターニングし、Vpp系Tr部のゲート酸化膜309を形成する。さらに、図に示すような、新たなレジスト316をパターニングし、Vcc系Tr部の領域のゲート酸化膜309が除去される。
Next, as shown in FIG. 36B, a
次に、図37(c)に示すように、Vcc系Tr部のゲート酸化膜310を形成する。その後、第2層目のポリシリコン層(ゲート電極)311を形成する。その後、メモリセル及び各トランジスタ等のパターニング、イオン注入工程、層間絶縁膜312の堆積及び配線313の形成工程等を経ることにより、メモリセル、選択トランジスタ、高耐圧系トランジスタ、Vcc系トランジスタを形成する(図37(d))。
Next, as shown in FIG. 37C, a
上記構成によれば、上述した各トランジスタのゲート酸化膜は305,306,309,310とそれぞれ異なり、4種類形成している。このため、レジストの形成、酸化工程等の工程数の増大により、コスト増を招いている。 According to the above configuration, the gate oxide films of the above-described transistors are formed in four types, which are different from 305, 306, 309, and 310, respectively. For this reason, an increase in the number of processes such as resist formation and oxidation processes causes an increase in cost.
また、上記のように、メモリセル部が浮遊ゲート層(第1層目のポリシリコン層307)と制御ゲート層(第2層目のポリシリコン層311)からなる二層ゲート構造を有する不揮発性半導体記憶装置では、図で説明したよう、周辺回路のトランジスタのゲート電極は、通常、メモリセル部の制御ゲート層(第2層目のポリシリコン311)で形成される。しかし、この場合の周辺回路のトランジスタの製造では、両方とも表面チャネル型のNチャネル、PチャネルのMOSトランジスタを形成しようとした場合、困難性を伴う。以下に説明する。 In addition, as described above, the memory cell portion has a two-layer gate structure including a floating gate layer (first polysilicon layer 307) and a control gate layer (second polysilicon layer 311). In the semiconductor memory device, as described with reference to the drawing, the gate electrode of the transistor in the peripheral circuit is usually formed of the control gate layer (second layer polysilicon 311) of the memory cell portion. However, in the manufacture of the peripheral circuit transistors in this case, it is difficult to form both surface channel type N channel and P channel MOS transistors. This will be described below.
一般にメモリセルトランジスタの制御ゲート層は、第2層目のポリシリコンを堆積し、その後さらに導電性を上げるため、このポリシリコン上に例えばWSi(タングステンシリサイド)を積層し、ポリサイド構造とされる。次に、レジストを塗布し、ゲート電極としてのパターニングが行われる。 In general, the control gate layer of the memory cell transistor has a polycide structure by depositing a second layer of polysilicon and then laminating, for example, WSi (tungsten silicide) on the polysilicon to further increase the conductivity. Next, a resist is applied and patterning as a gate electrode is performed.
ここで、周辺回路のトランジスタのゲートに制御ゲート層を用いる従来の方法では、NチャネルMOSトランジスタ及びPチャネルMOSトランジスタを、微細化に有利な表面チャネル型の素子にすることを考えた場合、第2層目のポリシリコンに、WSiを積層する工程の前にN型、P型の不純物を区別して注入しなければならない。さらにトランジスタを完成するには、WSiを積層し、ゲート電極加工後、ソース,ドレインとなる領域にN型、P型の不純物を区別して注入することが必要である。そのため、レジストのパターニングおよび不純物注入の工程が増加せざるを得ない。 Here, in the conventional method using the control gate layer as the gate of the transistor of the peripheral circuit, when considering the N channel MOS transistor and the P channel MOS transistor as surface channel type elements advantageous for miniaturization, Before the step of laminating WSi, N-type and P-type impurities must be separately injected into the second polysilicon layer. Further, in order to complete the transistor, it is necessary to stack WSi, and after processing the gate electrode, to distinguish and inject N-type and P-type impurities into the source and drain regions. Therefore, the resist patterning and impurity implantation steps must be increased.
一方、こうした問題に鑑み、周辺回路のトランジスタのゲート電極をメモリセルの浮遊ゲート層となる第1層目のポリシリコン層307で形成すると、ゲート電極加工後にソース領域、ドレイン領域と同じ導電型の不純物をゲート電極にも注入して表面チャネル型の素子を得ることは可能となる。しかしながら、通常、浮遊ゲート層となる第1層目のポリシリコン層307は、制御ゲート層となる2層目のポリシリコン層311よりも高抵抗であることから、この場合は周辺回路のトランジスタにおける高速動作が阻害されてしまう。
On the other hand, in view of such a problem, when the gate electrode of the transistor in the peripheral circuit is formed of the
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
上述したように従来では、メモリセル部、周辺回路部の各トランジスタのゲート絶縁膜の厚さが異なり、その製造工程数が増大し、コスト増を招いている。また、動作高速化のため、メモリの周辺回路のトランジスタのゲートは、従来メモリセル部の制御ゲート層と同じポリサイド構造とするのが一般的であるが、周辺回路のトランジスタをこのようなポリサイド構造のゲートとして表面チャネル型の素子を実現しようとすると、レジストのパターニングおよび不純物注入の工程が増加し、製造コストが増大する。 As described above, in the prior art, the gate insulating films of the transistors in the memory cell portion and the peripheral circuit portion have different thicknesses, which increases the number of manufacturing steps and increases the cost. In order to increase the operation speed, the gate of the transistor in the peripheral circuit of the memory generally has the same polycide structure as the control gate layer of the conventional memory cell unit. However, the transistor in the peripheral circuit has such a polycide structure. If a surface channel type device is to be realized as the gate of this, the steps of resist patterning and impurity implantation increase, and the manufacturing cost increases.
この発明は上記のような事情を考慮し、その課題は、製造工程数の削減を伴い、かつ、高速動作性、高信頼性を有する不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法を提供することにある。 In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a nonvolatile semiconductor memory device having a reduced number of manufacturing steps and having high-speed operation and high reliability and a method for manufacturing the same. .
本発明の一態様による不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板上に形成された、ゲート絶縁膜と、浮遊ゲート層となる第1の導電体と、制御ゲート層となる第2の導電体と、前記第1の導電体と前記第2の導電体を電気的に絶縁する絶縁膜と、からなる自己整合的な二層ゲート構造を有するメモリセルと、前記メモリセルが複数個直列に接続されたメモリセルユニットと、前記メモリセルユニットに直列に接続された選択ゲートトランジスタと、前記二層ゲート構造を用いた抵抗素子と、を具備し、前記抵抗素子は、前記第1の導電体が抵抗体として用いられ、かつ、この第1の導電体上の一部の領域に関し前記第2の導電体及び絶縁膜が除去されていることを特徴とする。 A nonvolatile semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention includes a gate insulating film, a first conductor serving as a floating gate layer, a second conductor serving as a control gate layer, and a second conductor formed over a semiconductor substrate. A memory cell having a self-aligned two-layer gate structure comprising an insulating film that electrically insulates the first conductor and the second conductor, and a plurality of the memory cells are connected in series A memory cell unit; a select gate transistor connected in series to the memory cell unit; and a resistance element using the two-layer gate structure, wherein the first conductor is a resistor. And the second conductor and the insulating film are removed with respect to a part of the region on the first conductor.
この発明によれば、製造工程を簡素化し、製造コストを下げ、かつ、周辺回路のトランジスタをサリサイド構造やポリメタルゲートにすることができ、メモリの周辺回路として、高速CMOS回路などの混載が容易になる不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法が提供できる。 According to this invention, to simplify the manufacturing process, lowering the production cost, and the transistor of the peripheral circuit can be salicide structure or polymetal gate, as peripheral circuits of the memory, is embedded in the high-speed CMOS circuits A nonvolatile semiconductor memory device and a method for manufacturing the same can be provided.
図1は、この発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置を示す断面図である。P型シリコン基板101に選択的にNウェル102、Pウェル103が形成されている。メモリセルアレイを構成する領域はNウェル102表面内にPウェル103が形成されている。シリコン基板101上に選択的にLOCOS法による厚い素子分離膜104が形成されている。素子分離膜104に分離された素子領域は、例えばメモリセル、選択トランジスタ(選択Tr)、高耐圧系トランジスタ(Vpp系Tr)、通常電源系トランジスタ(Vcc系Tr)の各部に分けられている。なお、図中の切欠は、前記図30と同様に、メモリセルと、選択Tr、Vpp系TrおよびVcc系Trとが互いに異なる断面で表わされていることを示すものである。
FIG. 1 is a sectional view showing a nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention. An N well 102 and a
上記メモリセル及び選択Trは、Vcc系Trと同じゲート絶縁膜105を有する。ゲート絶縁膜105上に浮遊ゲート層となる第1ポリシリコン層106と制御ゲート層となる第2ポリシリコン層107が積層されている。第1ポリシリコン層106と第2ポリシリコン層107との間には絶縁膜109が形成されている。絶縁膜109は、例えばSiO2 /Si3 N4 /SiO2 積層膜(ONO膜)である。なお、選択Trでは、第1ポリシリコン層106は直接に金属配線部材112aと繋がっている個所がある。メモリセルは、第1ポリシリコン層106(浮遊ゲート層)が電荷蓄積層となり、第2ポリシリコン層(制御ゲート層)107の制御による電荷蓄積層の電荷の授受でプログラム及び消去を行う。このメモリセルを単独あるいは複数個接続してメモリセルユニットが構成される。図1は、制御ゲート(第2ポリシリコン層107)が共通なメモリセルの配列の断面であり、例えばこの発明をNAND型EEPROMに適用する場合、この断面と垂直な方向に並ぶ所定数のメモリセルでメモリセルユニットが構成される。メモリセルユニットは、それぞれ少なくとも1つの選択トランジスタ(選択Trとして図示)に接続され、これが複数配置されてメモリセルアレイを構成する(図示せず)。
The memory cell and the selection Tr have the same
高耐圧系トランジスタ(Vpp系Tr)及び通常電源系トランジスタ(Vcc系Tr)は、ここでは上記メモリセル及び選択Trを制御する電圧を駆動制御するトランジスタとして示されている。 The high breakdown voltage transistor (Vpp Tr) and the normal power supply transistor (Vcc Tr) are shown here as transistors that drive and control the voltages that control the memory cells and the selection Tr.
Vpp系Trのゲート絶縁膜108は、Vcc系Trのゲート絶縁膜105に比べて厚く形成されている。すなわち、その他の、メモリセル、選択Tr、周辺部のVcc系Trの各ゲート絶縁膜は、共通の工程により形成されるゲート絶縁膜105であり、実質的に同一の膜である。
The
また、Vpp系Tr及びVcc系Trのゲート電極は、すべて第1ポリシリコン層106を用いている。この第1ポリシリコン層106上には、例えば高ドープの第2ポリシリコン層(制御ゲート層)107が形成されている。なお、このVpp系Tr及びVcc系Trのゲート電極の第1ポリシリコン層106上に形成される部材は第2ポリシリコン層(制御ゲート層)107とは異なる物質、例えばサリサイドやメタルであってもよい。
The
基板上全面に形成された層間絶縁膜110に、選択的に開口部が形成され、選択TrのゲートあるいはVpp系Tr及びVcc系Trのソース,ドレイン拡散層(N+ 拡散層、P+ 拡散層)と金属配線部材112が電気的に接続されている。
An opening is selectively formed in the
上記構成によれば、ゲート絶縁膜の種類をできるだけ共通化し、周辺トランジスタのゲート酸化の工程を省略することが期待できる。これにより、製造コストの削減された不揮発性半導体記憶装置が実現される。これにつき、以下、製造方法を説明する。 According to the above configuration, it can be expected that the types of gate insulating films are made as common as possible and the step of oxidizing the peripheral transistors is omitted. As a result, a nonvolatile semiconductor memory device with reduced manufacturing costs is realized. Hereinafter, the manufacturing method will be described.
図2(a)〜(c)は、図1の構成の製造方法を工程順に示す断面図である。 まず、図2(a)に示すように、シリコン基板101に選択的にNウェル102、Pウェル103を形成する。次に、シリコン基板101上に選択的にLOCOS法による300nm程度の厚い素子分離膜104を形成する。次に、Vpp系Tr(高耐圧系トランジスタ)のゲート絶縁膜108を例えば40nm形成する。その後、Vpp系Trの形成予定領域をレジスト115で覆い、それ以外の領域のゲート絶縁膜108を除去する。次に、Vpp系Tr以外の領域、すなわち、メモリセル、選択Tr、Vcc系Tr各部のゲート絶縁膜105を例えば8nm形成する。
2A to 2C are cross-sectional views showing the manufacturing method having the configuration shown in FIG. 1 in the order of steps. First, as shown in FIG. 2A, an N well 102 and a P well 103 are selectively formed on a
レジスト115を除去した後、図2(b)に示すように、ゲート絶縁膜105,108上に第1ポリシリコン層106を堆積する。メモリセルの部分のパターニングの後、第1ポリシリコン層106上にSiO2 /Si3 N4 /SiO2 積層膜(ONO膜)の絶縁膜109を形成する。
After removing the resist 115, a
次に、図2(c)に示すように、周辺回路のトランジスタ部分の絶縁膜109を除去した後、第2ポリシリコン層107を堆積する。その後、パターニング、イオン注入工程、層間絶縁膜堆積及び配線形成工程等を経て図1の構成が達成される。
Next, as shown in FIG. 2C, after the insulating
上記実施形態では、上述のようにゲート絶縁膜の種類を積極的に共通化し、周辺回路のトランジスタのゲート酸化の工程を簡略化できる。この例では、高耐圧系トランジスタのゲート酸化膜108とその他のゲート酸化膜105とで2種類としたが、これに限らず、例えば、メモリセルとVcc系トランジスタのゲート絶縁膜を同一膜あるいは異なる膜にし、選択トランジスタとVpp系トランジスタのゲート絶縁膜を同一膜としてもよい。
In the above embodiment, as described above, the type of the gate insulating film can be actively shared, and the gate oxidation process of the peripheral circuit transistor can be simplified. In this example, the
ここで、この発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の変形例を図3及び図4に示す。
図3の構成は、図1と比べて、選択Trのゲート絶縁膜をVpp系Trのゲート絶縁膜108と実質同一膜としている点が異なる。例えば、選択TrとVpp系Trのゲート絶縁膜108を40nmとし、それ以外の領域の、メモリセル、Vcc系Tr各部のゲート絶縁膜105を8nmとして形成する。
3 and 4 show a modification of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.
3 differs from FIG. 1 in that the gate insulating film of the selected Tr is substantially the same as the
図4の構成は、上記図3と比べて、さらにVcc系Tr各部のゲート絶縁膜をメモリセルのゲート絶縁膜105と異ならせている点が相違している(ゲート絶縁膜118)。例えば、選択TrとVpp系Trのゲート絶縁膜108を実質同一の40nmとし、メモリセルのゲート絶縁膜105を8nm、かつVcc系Tr各部のゲート絶縁膜118を12nmとして形成する。
The configuration of FIG. 4 is different from the configuration of FIG. 3 in that the gate insulating film of each part of the Vcc Tr is different from the
上記図4の構成では、選択TrとVpp系Trのゲート絶縁膜が実質同一膜とされているが、その他の構成として、選択TrとVcc系Tr各部のゲート絶縁膜を実質同一膜として、メモリセルのゲート絶縁膜、Vpp系Trのゲート絶縁膜と相互に異ならせる構成としてもよい。 In the configuration of FIG. 4, the gate insulating film of the selection Tr and the Vpp-based Tr is substantially the same film. However, as another configuration, the gate insulating film of each part of the selection Tr and the Vcc-based Tr is substantially the same film. The gate insulating film of the cell may be different from the gate insulating film of the Vpp Tr.
以上においても、前記図1の場合と同様に、ゲート絶縁膜の種類を積極的に共通化しているので、周辺回路のトランジスタのゲート酸化の工程を省略化できる。なお、上述のように、特に選択トランジスタと周辺回路のトランジスタのゲート絶縁膜を同一膜とすると、選択トランジスタはメモリセルトランジスタに比べてトランジスタ特性上の制約が少ないことから、周辺回路のトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚についての自由度はさほど損なわれず、周辺回路のトランジスタのゲート絶縁膜を最適化して高速動作を達成するうえで有利となる。 Also in the above, as in the case of FIG. 1, since the types of the gate insulating films are positively shared, the gate oxidation step of the peripheral circuit transistor can be omitted. Note that, as described above, particularly when the gate insulating film of the selection transistor and the peripheral circuit transistor are the same film, the selection transistor has fewer restrictions on the transistor characteristics than the memory cell transistor. The degree of freedom with respect to the thickness of the insulating film is not so much impaired, and this is advantageous in achieving high-speed operation by optimizing the gate insulating film of the peripheral circuit transistor.
また、この発明においては、周辺回路のゲート電極にメモリセルの第1層目の導体層(浮遊ゲート層)を用いることにより、周辺回路のトランジスタを高速化する構成とするのに工程を複雑化しない利点がある。すなわち、周辺回路のトランジスタをサリサイドやポリメタルゲートにしたりすることが容易にできる。以下、これを踏まえて説明する。 Further, in the present invention, the process is complicated in order to increase the speed of the peripheral circuit transistor by using the first conductor layer (floating gate layer) of the memory cell as the gate electrode of the peripheral circuit. There is no advantage. That is, it is possible to easily make the transistors of the peripheral circuit salicide or polymetal gate. This will be described below based on this.
図5〜図16は、この発明の第2の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置を製造工程順に示す断面図である。ここでは、二層ゲート構造の不揮発性半導体記憶装置で、制御ゲートが例えばポリシリコン/WSiの積層構造であるもので、周辺トランジスタのゲート電極を、メモリセルの浮遊ゲート層を用いてサリサイド構造とすることにより、周辺トランジスタを高速化する構造およびその方法を示す。各図において、(a)はメモリセル部の断面図、(b)は周辺回路のNチヤネル型トランジスタの断面図、(c)は周辺回路のPチャネル型トランジスタの断面図を示す。 5 to 16 are sectional views showing the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention in the order of the manufacturing steps. Here, a non-volatile semiconductor memory device having a two-layer gate structure, in which the control gate has a laminated structure of, for example, polysilicon / WSi, the gate electrode of a peripheral transistor is formed with a salicide structure using a floating gate layer of a memory cell. Thus, a structure and a method for speeding up peripheral transistors will be described. In each figure, (a) is a cross-sectional view of a memory cell portion, (b) is a cross-sectional view of an N-channel transistor in a peripheral circuit, and (c) is a cross-sectional view of a P-channel transistor in the peripheral circuit.
まず、図5に示すように、半導体基板に対し、不純物注入等によってNウェル、Pウェルを形成したN型の基板領域、P型の基板領域が用意される。選択酸化法などにより素子分離膜1を形成する。次に、ゲート酸化を行うなどして活性化領域上にゲート酸化膜2(絶縁膜)を形成する。次に、浮遊ゲート層となる第1ポリシリコン層3を堆積する。この後、必要であればリン拡散法などにより、ポリシリコン層3にN型不純物をドーピングする。あるいは、予め不純物を含んだポリシリコン層3を堆積してもよい。また、図示しないが、メモリセル部(a)のポリシリコン層3に、この後に製造される不揮発性半導体機構装置のメモリセルユニットの平面パターンに対応してセル・スリットなど形成するための加工が行われる。
First, as shown in FIG. 5, an N-type substrate region and a P-type substrate region in which an N well and a P well are formed by impurity implantation or the like are prepared for a semiconductor substrate. The
その後、図6に示すように、例えば、SiO2 /Si3 N4 /SiO2 からなる絶縁膜(ONO膜)6を堆積する。次に、制御ゲート層となる第2ポリシリコン層7を堆積し、N型不純物をドーピングする。この工程では、予め不純物を含んだポリシリコン層7を堆積してもよい。次に、制御ゲート層として導電性をあげるため、第2ポリシリコン層7上に、例えば、WSiを堆積する(図示せず)。さらに制御ゲート層(ポリシリコン層7)上にマスク材としてSiN膜8を堆積する。
Thereafter, as shown in FIG. 6, an insulating film (ONO film) 6 made of, for example, SiO 2 / Si 3 N 4 / SiO 2 is deposited. Next, a
その後、図7に示すように、レジスト9を塗布しパターニングする。次に、異方性エッチングによりSiN膜8をエッチング加工した後(メモリセル部(a))、レジストを除去する。次に、図8に示すように、SiN膜8をマスクとして、異方性エッチングにより制御ゲート層(ポリシリコン層7)をエッチング加工した後、引き続き前記ONO膜6をエッチング加工する。このとき、メモリセル部(a)は、前記ONO膜6までがゲート加工された構造、周辺部(b),(c)は前記浮遊ゲート層が露出した構造となる。
Thereafter, as shown in FIG. 7, a resist 9 is applied and patterned. Next, after the
その後、図9に示すように、レジスト10を塗布し、パターニングする。次に、メモリセル部(a)はSiN膜8、周辺部(b),(c)はレジスト10をマスクとして、異方性エッチングにより前記浮遊ゲート層(第1ポリシリコン層3)をエッチング加工する。その後、レジストを除去する。
Thereafter, as shown in FIG. 9, a resist 10 is applied and patterned. Next, the floating gate layer (first polysilicon layer 3) is etched by anisotropic etching using the
次に、図10に示すように、レジストを塗布し、(a)のメモリセル部および(b)のNチャネル型トランジスタが露出するようにレジスト11をパターニングし、LDD(Lightly Doped Drain)構造のN- となる、N型不純物をドーピングし、レジストを除去する。 Next, as shown in FIG. 10, a resist is applied, and the resist 11 is patterned so that the memory cell portion (a) and the N-channel type transistor (b) are exposed, and an LDD (Lightly Doped Drain) structure is formed. The resist is removed by doping an N-type impurity which becomes N − .
その後、図11に示すように、レジストを塗布し、(c)のPチャンネル型トランジスタが露出するようにレジスト12をパターニングし、LDD構造のP- となる、P型不純物をドーピングし、レジストを除去する。 After that, as shown in FIG. 11, a resist is applied, the resist 12 is patterned so that the P-channel type transistor of (c) is exposed, and a P-type impurity that becomes P − of the LDD structure is doped, and the resist is formed. Remove.
その後、図12に示すように、SiN膜を堆積した後、異方性エッチングを用いて、メモリセル及び周辺回路のトランジスタのゲート側壁に上記SiN膜が残る形(SiN膜13)にする。次に、レジストを塗布し、(c)のPチャネル型トランジスタ側が露出するようにレジスト14をパターニングし、P型不純物をドーピングし、レジストを除去する。 Thereafter, as shown in FIG. 12, after depositing a SiN film, anisotropic etching is used to form the SiN film (SiN film 13) on the gate side walls of the memory cell and peripheral circuit transistors. Next, a resist is applied, the resist 14 is patterned so that the P-channel transistor side of (c) is exposed, P-type impurities are doped, and the resist is removed.
その後、図13に示すように、レジストを塗布し、メモリセル及びNチヤネル型トランジスタが露出するようにレジスト15をパターニングし、N型不純物をドーピングし、レジストを除去する。その後、不純物の活性化のため高温のアニールを行う。 Thereafter, as shown in FIG. 13, a resist is applied, the resist 15 is patterned so that the memory cell and the N channel type transistor are exposed, an N type impurity is doped, and the resist is removed. Thereafter, high-temperature annealing is performed to activate the impurities.
その後、図14に示すように、トランジスタのソース領域、ドレイン領域上の酸化膜(絶縁膜)2を除去し、シリコンが露出した状態にする。その後、例えばTi/TiNの膜16をスパッタ蒸着し、高温のアニールにてシリコンと反応させる。その後、未反応のTi/TiN膜を除去し、再度高温のアニールを行い、シリサイド膜17を形成し、サリサイド構造が完成する(図15)。
以上の工程により、図15(a),(b),(c)に示すようにメモリセル部あるいは周辺部のトランジスタのソース、ドレイン、ゲートが完成する。サリサイドとなったシリサイド膜17は下層のポリシリコン層3のシート抵抗より低く、当然、抵抗率も低い。これにより、高速CMOS回路の構成が期待できる。
After that, as shown in FIG. 14, the oxide film (insulating film) 2 on the source and drain regions of the transistor is removed, so that silicon is exposed. Thereafter, for example, a Ti /
Through the above steps, as shown in FIGS. 15A, 15B, and 15C, the source, drain, and gate of the transistor in the memory cell portion or the peripheral portion are completed. The
この後、図示しないが、層間絶縁膜を堆積形成させ、コンタクト孔開口、配線形成、保護膜堆積などの諸工程を経て、不揮発性半導体記憶装置が完成する。 Thereafter, although not shown, an interlayer insulating film is deposited and formed, and through various processes such as contact hole opening, wiring formation, and protective film deposition, the nonvolatile semiconductor memory device is completed.
なお、微細化により素子構造の平坦化が必要になる場合は、図16に示すように、周辺トランジスタ近傍の素子分離領域上に、メモリセルと同じ二層ゲート構造からなるダミーパターンDMYを形成する。 If the element structure needs to be planarized due to miniaturization, a dummy pattern DMY having the same double-layer gate structure as the memory cell is formed on the element isolation region in the vicinity of the peripheral transistor as shown in FIG. .
上記実施の形態によれば、ゲート酸化膜を、メモリセルと周辺部分のトランジスタと共通化した構成とするので、レジスト形成、酸化工程等の製造工程数が削減できる。この例において、図示しないが、メモリセルの選択トランジスタ及び周辺回路の高耐圧系のトランジスタが存在するとすれば、それらのゲート絶縁膜は同一の膜で、ゲート酸化膜2(絶縁膜)より厚い膜であってもよいし、第1の実施形態のように、高耐圧系のトランジスタのゲート絶縁膜だけが異なり、メモリセルの選択トランジスタはゲート酸化膜2を用いる構成としてもかまわない。要は、酸化工程等の製造工程数が削減できる組み合せを採用すればよい。
According to the above embodiment, since the gate oxide film is shared with the memory cell and the peripheral transistor, the number of manufacturing steps such as resist formation and oxidation steps can be reduced. In this example, although not shown, if there are a select transistor of the memory cell and a high breakdown voltage transistor of the peripheral circuit, these gate insulating films are the same film and are thicker than the gate oxide film 2 (insulating film). Alternatively, as in the first embodiment, only the gate insulating film of the high breakdown voltage transistor is different, and the selection transistor of the memory cell may be configured to use the
また、周辺回路のトランジスタのゲート電極に第1ポリシリコン層(浮遊ゲート層)を用い、サリサイド構造を採用するので、制御ゲート層の上のWSiの堆積に関係なく、表面チャネル型のMOSトランジスタの形成ができる。すなわち、図10(b),(c)〜図13(b),(c)において確実に、Nチャネル、Pチャネルの両MOSトランジスタともゲートにソース,ドレイン領域と同じ導電型の不純物が注入されて表面チャネル型となり、その後、サリサイド構造(図15)にされる。よって、レジストのパターニング、不純物注入の工程の流れが複雑にならない製造方法で、周辺回路のトランジスタが高速化する高性能な不揮発性半導体記憶装置を実現することができる。なお、サリサイド構造を形成するためにシリコン上にスパッタする金属は、Ti/TiNに限定されるものではなく、別の金属を用いてもよい。 Further, since the first polysilicon layer (floating gate layer) is used for the gate electrode of the peripheral circuit transistor and the salicide structure is adopted, the surface channel type MOS transistor of the surface channel type MOS transistor can be used regardless of the deposition of WSi on the control gate layer. Can be formed. That is, in FIGS. 10B and 10C to FIG. 13B and FIG. 13C, both N-channel and P-channel MOS transistors are reliably implanted with impurities of the same conductivity type as the source and drain regions. The surface channel type is obtained, and then the salicide structure (FIG. 15) is obtained. Therefore, it is possible to realize a high-performance nonvolatile semiconductor memory device in which the peripheral circuit transistors are increased in speed by a manufacturing method in which the flow of resist patterning and impurity implantation steps is not complicated. Note that the metal sputtered on silicon for forming the salicide structure is not limited to Ti / TiN, and another metal may be used.
図17は、この発明の第3の実施形態を示す断面図であり、浮遊ゲート層(第1ポリシリコン層3)を高抵抗素子として用いる構造を示している。すなわち、二層ゲート構造の不揮発性半導体記憶装置におけるメモリ周辺回路のトランジスタのゲート電極を、メモリセルの浮遊ゲート層を用いた構成とするとともに、周辺素子部において、浮遊ゲート層を高抵抗素子としても使用する。 FIG. 17 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the present invention, and shows a structure using a floating gate layer (first polysilicon layer 3) as a high resistance element. That is, the gate electrode of the transistor of the memory peripheral circuit in the nonvolatile semiconductor memory device having the two-layer gate structure is configured using the floating gate layer of the memory cell, and the floating gate layer is used as a high resistance element in the peripheral element portion. Also used.
具体的には、第2の実施形態と同様にして、浮遊ゲート層までを形成する(図5参照)。その後、必要であれば、周辺部の抵抗素子となる領域に不純物をドーピングする。すなわち、図に示さないが、レジストを塗布し、周辺部の抵抗素子となる領域が露出するようにレジストをパターニングした後、所望の不純物をドーピングし、レジストを除去する。 Specifically, up to the floating gate layer is formed as in the second embodiment (see FIG. 5). Thereafter, if necessary, an impurity is doped in the peripheral region. That is, although not shown in the figure, after applying a resist and patterning the resist so that a region to be a resistance element in the peripheral portion is exposed, a desired impurity is doped and the resist is removed.
その後、第2の実施形態と同様にして、前記制御ゲート層上のSiN膜8まで堆積する(図6参照)。その後、図示はしないが、メモリセル部および抵抗素子上にレジストをパターニングし、SiN膜8を異方性エッチングにより加工する。このとき、抵抗素子については、コンタクトをとる領域を除く抵抗素子上にレジストが残るようにレジストをパターニングする。
Thereafter, similarly to the second embodiment, the
次に、第2の実施形態と同様にして、SiN膜8をマスクとして、前記制御ゲート層、ONO膜を異方性エッチングにより加工し、レジストを除去する。その後、図示はしないが、レジストを塗布し、パターニングし、周辺トランジスタのゲート電極および抵抗素子のコンタクト領域はレジストをマスクとして、メモリセル部および抵抗素子の残りの領域はSiN膜をマスクとして、上記浮遊ゲート層を異方性エッチングにより加工する。その後、レジストを除去する。
Next, similarly to the second embodiment, the control gate layer and ONO film are processed by anisotropic etching using the
さらに、第2の実施形態と同様にして、トランジスタのソース領域、ドレイン領域を形成する。その後、サリサイドの形成を行う。
以上の工程により、図15に示すように、トランジスタのソース、ドレイン、ゲート、および図17に示すように抵抗素子が完成する。この後、層間絶縁膜19を堆積形成させ、コンタクト孔開口、配線形成、保護膜堆積などの諸工程を経て、不揮発性半導体記憶装置が完成する。
Further, the source region and the drain region of the transistor are formed in the same manner as in the second embodiment. Thereafter, salicide is formed.
Through the above steps, the source, drain, and gate of the transistor as shown in FIG. 15 and the resistance element as shown in FIG. 17 are completed. Thereafter, an
なお、図17にはこの工程で形成される、層間絶縁膜19および金属配線20も示してある。ここで残留している第2ポリシリコン層7は、周囲の素子構造の高さに合わせるようなある程度の高さを提供するので、層間絶縁膜19の平坦化に寄与する。
FIG. 17 also shows the
また、微細化により素子構造の平坦化が必要になる場合は、図16に示すように、周辺トランジスタ近傍の素子分離領域上に、メモリセルと同じ二層ゲート構造からなるダミーパターンDMYを形成する。 If the element structure needs to be planarized due to miniaturization, a dummy pattern DMY having the same two-layer gate structure as the memory cell is formed on the element isolation region in the vicinity of the peripheral transistor as shown in FIG. .
なお、サリサイド構造を形成するためにシリコン上にスパッタする金属は、Ti/TiNに限定されるものではなく、別の金属を用いてもよい。
さらに、周辺回路におけるトランジスタのゲート電極および抵抗素子の加工は、上記の方法のようにメモリセル部の加工と同時に行わずに、メモリセル部の加工が終わった後に行ってもよい。
Note that the metal sputtered on silicon for forming the salicide structure is not limited to Ti / TiN, and another metal may be used.
Further, the processing of the gate electrode and the resistance element of the transistor in the peripheral circuit may be performed after the processing of the memory cell portion is completed without performing the processing of the memory cell portion as in the above method.
次に、第4の実施形態として、図18、図19と第2の実施形態の一部を参照し、メモリセル部の加工後に周辺トランジスタのゲート電極および抵抗素子を加工する方法を説明する。 Next, as a fourth embodiment, a method of processing the gate electrode and the resistance element of the peripheral transistor after processing the memory cell portion will be described with reference to FIGS. 18 and 19 and a part of the second embodiment.
まず、第2の実施形態と同様にして、メモリセル部(a)では、図8に示すようにONO膜6まで、あるいは第2ポリシリコン層7までゲート加工を行う。このとき、図示はしないが、抵抗素子については、第3の実施形態と同様にONO膜6まで、あるいは第2ポリシリコン層7まで加工を行う。
First, in the same manner as in the second embodiment, in the memory cell portion (a), gate processing is performed up to the
上記のゲート加工後、図18に示すように、周辺回路のトランジスタ(b),(c)ではレジスト31が形成される。次いで、メモリセル部における浮遊ゲート層(第1ポリシリコン層3)を異方性エッチングによりエッチング加工する。その後、レジストを除去する。 After the above gate processing, as shown in FIG. 18, a resist 31 is formed in the transistors (b) and (c) of the peripheral circuit. Next, the floating gate layer (first polysilicon layer 3) in the memory cell portion is etched by anisotropic etching. Thereafter, the resist is removed.
その後、図19に示すように、レジスト32を塗布、パターニングして、異方性エッチングにより周辺部(b),(c)の前記浮遊ゲート層をエッチング加工する。このとき、図示はしないが、抵抗素子については、第3の実施形態と同様に、抵抗素子のコンタクト領域はレジストをマスクとして、抵抗素子の残りの領域はSiN膜をマスクとして、前記浮遊ゲート層を異方性エッチングにより加工する。その後、レジストを除去する。さらに、第2の実施形態と同様にして、トランジスタのソース領域、ドレイン領域を形成し、その後、サリサイド構造の形成を行う。なお、図18、図19には、メモリセル部(a)でのゲート加工時、周辺部(b),(c)では第2ポリシリコン層7までが除去される例が示されており、この場合は、サリサイド形成前にソース領域、ドレイン領域上の酸化膜(絶縁膜)2を除去する際、ゲート上に残留するONO膜6も併せて除去される。
Thereafter, as shown in FIG. 19, a resist 32 is applied and patterned, and the floating gate layers in the peripheral portions (b) and (c) are etched by anisotropic etching. At this time, although not shown in the figure, as for the resistance element, as in the third embodiment, the contact region of the resistance element is used as a resist, and the remaining area of the resistance element is used as a mask with the SiN film as a mask. Is processed by anisotropic etching. Thereafter, the resist is removed. Further, similarly to the second embodiment, a source region and a drain region of the transistor are formed, and then a salicide structure is formed. FIGS. 18 and 19 show an example in which up to the
以上の工程により、図15に示すようなトランジスタのソース、ドレイン、ゲート、および図17に示すような抵抗素子が完成する。この後、層間絶縁膜を堆積形成させ、コンタクト孔開口、配線形成、保護膜堆積などの諸工程を経て、不揮発性半導体記憶装置が完成する。図17には、この後の工程で形成される、層間絶縁膜および配線も示してある。 Through the above steps, the source, drain and gate of the transistor as shown in FIG. 15 and the resistance element as shown in FIG. 17 are completed. Thereafter, an interlayer insulating film is deposited and formed through various steps such as contact hole opening, wiring formation, protective film deposition, and the nonvolatile semiconductor memory device is completed. FIG. 17 also shows an interlayer insulating film and wiring formed in the subsequent process.
また、微細化により素子構造の平坦化が必要になる場合は、図16に示すように、周辺トランジスタ近傍の素子分離領域上に、メモリセルと同じ二層ゲート構造からなるダミーパターンDMYを形成する。 If the element structure needs to be planarized due to miniaturization, a dummy pattern DMY having the same two-layer gate structure as the memory cell is formed on the element isolation region in the vicinity of the peripheral transistor as shown in FIG. .
なお、サリサイド構造を形成するためにシリコン上にスパッタする金属は、Ti/TiNに限定されるものではなく、別の金属を用いてもよい。 Note that the metal sputtered on silicon for forming the salicide structure is not limited to Ti / TiN, and another metal may be used.
次に、第5の実施形態として、図20、図21と第4の実施形態の一部を参照し、周辺回路のトランジスタのゲート電極にメモリセルの浮遊ゲート層を用いるのは上述の実施形態と同様であるが、例えばポリシリコン/W(タングステン)のポリメタルゲートとすることにより、周辺トランジスタを高速化する構成を説明する。 Next, referring to FIGS. 20, 21 and a part of the fourth embodiment as the fifth embodiment, the floating gate layer of the memory cell is used for the gate electrode of the transistor of the peripheral circuit. A configuration in which peripheral transistors are speeded up by using, for example, a polymetal gate of polysilicon / W (tungsten) will be described.
上記第5の実施形態において、メモリセル部の加工後に周辺トランジスタのゲート電極および抵抗素子を加工する方法を説明する。
まず、第4の実施形態と同様にして、図18に示すように加工を行う。次に、メモリセル部(a)のソース領域,ドレイン領域を形成するためのN型不純物をドーピングした後、レジスト31を除去する。
In the fifth embodiment, a method of processing the gate electrode and the resistance element of the peripheral transistor after processing the memory cell portion will be described.
First, in the same manner as in the fourth embodiment, processing is performed as shown in FIG. Next, after doping an N-type impurity for forming a source region and a drain region of the memory cell portion (a), the resist 31 is removed.
ここで、上記N型不純物のドーピングにおいて、LDD構造が必要な場合は、N型不純物はLDD構造のN- となるドーピング量とし、次に、図示はしないが、SiN膜を堆積した後、レジストを塗布し、メモリセル部(a)が露出するようにパターニングを行い、異方性エッチングを用いて、メモリセル部のゲート側壁のSiNが残る形にSiNをエッチングし、先ほどのN- より高濃度のN型不純物をドーピングして、その後レジスト31を除去する。 Here, when the LDD structure is required in the doping of the N-type impurity, the N-type impurity is set to a doping amount that becomes N − of the LDD structure. Next, although not shown, after depositing the SiN film, the resist the coated and patterned such that the memory cell unit (a) is exposed by anisotropic etching, the SiN etching to form the SiN gate sidewall of the memory cell portion is left, the previous N - higher The resist 31 is removed after doping with N-type impurities at a concentration.
その後、図示はしないが、SiNを堆積し、レジストを塗布し、パターニングした後、周辺部のSiNおよびONO膜6をエッチング除去し、レジストを除去し、メモリセル部をSiN膜24で保護する(図20に図示)。
Thereafter, although not shown, after depositing SiN, applying a resist, and patterning, the SiN and
その後、図20に示すように、例えばW膜18を積層し、レジストを塗布し、パターニングする(レジスト32)。次に、異方性エッチングにより周辺部の上記W膜18をエッチング加工した後、引き続き上記浮遊ゲート層(第1ポリシリコン)3をエッチング加工する。その後、レジスト32を除去する。
After that, as shown in FIG. 20, for example, a
その後、第2の実施形態と同様にして、周辺トランジスタのソース領域、ドレイン領域を形成する。以上の工程により、図21に示すようにトランジスタのソース、ドレイン、ゲートが完成する。 Thereafter, similarly to the second embodiment, the source region and the drain region of the peripheral transistor are formed. Through the above steps, the source, drain, and gate of the transistor are completed as shown in FIG.
なお、微細化により素子構造の平坦化が必要になる場合は、図22に示すように、周辺トランジスタ近傍の素子分離領域上に、メモリセルと同じ二層ゲート構造からなるダミーパターンDMYを形成する。 If the element structure needs to be planarized due to miniaturization, a dummy pattern DMY having the same two-layer gate structure as the memory cell is formed on the element isolation region in the vicinity of the peripheral transistor as shown in FIG. .
この後、層間絶縁膜を堆積形成させ、コンタクト孔開口、配線形成、保護膜堆積などの諸工程を経て、不揮発性半導体記憶装置が完成する。なお、ポリメタルゲートを形成するための金属は、第1ポリシリコン層3よりシート抵抗、抵抗率が低いものであれば、Wに限定されるものではなく、別の金属を用いてもよい。
以上、第4、第5の実施形態では、周辺回路におけるトランジスタのゲート電極の加工をメモリセル部のゲート加工と同時に行っていないので、第1〜第3の実施形態よりゲート電極形成の際の製造工程数は多少増加する。しかしながら、周辺回路のゲート電極にメモリセルの第1層目の導体層(浮遊ゲート層)を用いることにより、メモリセルトランジスタあるいは選択トランジスタと周辺回路のトランジスタとの間でゲート絶縁膜の種類を積極的に共通化できるので、周辺回路のトランジスタのゲート酸化の工程数をある程度省略して製造工程数を削減することが可能である。
Thereafter, an interlayer insulating film is deposited and formed through various steps such as contact hole opening, wiring formation, protective film deposition, and the nonvolatile semiconductor memory device is completed. The metal for forming the polymetal gate is not limited to W as long as the sheet resistance and resistivity are lower than those of the
As described above, in the fourth and fifth embodiments, the processing of the gate electrode of the transistor in the peripheral circuit is not performed simultaneously with the gate processing of the memory cell portion. The number of manufacturing processes increases slightly. However, by using the first conductive layer (floating gate layer) of the memory cell as the gate electrode of the peripheral circuit, the type of gate insulating film is positively selected between the memory cell transistor or the select transistor and the peripheral circuit transistor. Therefore, it is possible to reduce the number of manufacturing steps by omitting the number of gate oxidation steps for peripheral circuit transistors to some extent.
また、これまでの、第1〜第5の実施形態は、素子分離の方法がLOCOS法等の選択酸化法であったが、これに限定されるものではない。STI(Shallow Trench Isolation)技術などの別の方法があり、以下、説明する。 In the first to fifth embodiments so far, the element isolation method has been a selective oxidation method such as a LOCOS method, but is not limited thereto. There is another method such as STI (Shallow Trench Isolation) technique, which will be described below.
図23は、この発明の第6の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置を示す断面図である。図1に比べてSTI(Shallow Trench Isolation)技術を用いた素子分離膜を用いて構成している点が異なる。また、メモリセル部の制御ゲート層において第2ポリシリコン層107上にWSi201が積層される一方、周辺回路のトランジスタ(Vpp系Tr,Vcc系Tr)のゲート電極が第1ポリシリコン層106上にW(タングステン)202が形成されたポリメタルゲート構造となっている点が図1と比べて異なる構成である。
FIG. 23 is a sectional view showing a nonvolatile semiconductor memory device according to the sixth embodiment of the present invention. The difference from FIG. 1 is that an element isolation film using STI (Shallow Trench Isolation) technology is used. Also,
この第6の実施形態においても、第1の実施形態と同様に、メモリセルトランジスタ及び選択Tr及びVcc系Trが共通に用いるゲート絶縁膜105と、高耐圧系トランジスタ(Vpp系Tr)のゲート絶縁膜108との、2種類のゲート絶縁膜を構成している。
Also in the sixth embodiment, similarly to the first embodiment, the
上記構成によれば、第1の実施形態と同様に、ゲート絶縁膜の種類を積極的に共通化し、周辺トランジスタのゲート酸化の工程を省略することが期待できる。これにより、製造コストの削減された不揮発性半導体記憶装置が実現される。これにつき、以下、製造方法を説明する。 According to the above configuration, as in the first embodiment, it can be expected that the type of the gate insulating film is positively shared and the step of oxidizing the peripheral transistors is omitted. As a result, a nonvolatile semiconductor memory device with reduced manufacturing costs is realized. Hereinafter, the manufacturing method will be described.
図24(a)〜(c)は、図23の構成の製造方法を工程順に示す断面図である。
まず、図24(a)に示すように、シリコン基板101に選択的にNウェル102、Pウェル103を形成する。次に、シリコン基板101上にVpp系Tr(高耐圧系トランジスタ)のゲート絶縁膜108を例えば40nm形成する。その後、Vpp系Trの形成予定領域をレジスト115で覆い、それ以外の領域のゲート絶縁膜108を除去する。
24A to 24C are cross-sectional views showing the manufacturing method of the configuration of FIG. 23 in the order of steps.
First, as shown in FIG. 24A, an N well 102 and a P well 103 are selectively formed on a
次に、図24(b)に示すように、Vpp系Tr以外の領域、すなわち、メモリセル、選択Tr、Vcc系Tr各部のゲート絶縁膜105を例えば8nm形成する。レジスト215を除去した後、ゲート絶縁膜105,108上に第1ポリシリコン層106を堆積する。次に、第1ポリシリコン層106上にレジスト216を素子分離に合わせてパターニングする。このレジスト216をマスクにSTI法による基板に達するトレンチ217を形成する。
Next, as shown in FIG. 24B, a region other than the Vpp Tr, that is, the
次に、図24(c)に示すように、トレンチ217にTEOS(Tetraethoxysilane)等の絶縁膜218を埋め込んだ形にする。次に、絶縁膜218及び第1ポリシリコン層106上にSiO2 /Si3 N4 /SiO2 積層膜(ONO膜)の絶縁膜109を形成する。選択Trおよび周辺回路のVpp系Tr,Vcc系Trの部分の絶縁膜109を選択的に除去した後、第2ポリシリコン層107及びWSi201の積層構造を堆積する。その後、図示しないが、レジストをパターニングして、周辺回路のトランジスタ部分の第2ポリシリコン層107およびWSi201を除去する。
Next, as shown in FIG. 24C, the
次に、図示しないが、メモリセル、選択Trのゲート加工及びソース領域,ドレイン領域へのイオン注入を行う。次に、メモリセル及び選択Tr側を保護して、周辺回路のVpp系Tr,Vcc系Trの第1ポリシリコン106上にW(タングステン)202を積層する。その後、レジストを塗布し、パターニングし、異方性エッチングによりW202、続いて、第1ポリシリコン層106をエッチング加工する。その後、周辺回路のVpp系Tr,Vcc系Trの各トランジスタのソース領域、ドレイン領域の形成、全体の配線工程等を経て図23の構成が達成される。
Next, although not shown, gate processing of the memory cell and selection Tr and ion implantation into the source region and the drain region are performed. Next, W (tungsten) 202 is laminated on the
上記実施形態においても、ゲート絶縁膜の種類を積極的に共通化し、周辺回路のトランジスタのゲート酸化の工程を簡略化できる。この例においても、例えば、メモリセルとVcc系トランジスタのゲート絶縁膜を同一膜にし、選択トランジスタとVpp系トランジスタのゲート絶縁膜を同一膜とするなど他の組み合せが考えられる。 Also in the above-described embodiment, the type of gate insulating film can be actively shared, and the gate oxidation process of the peripheral circuit transistor can be simplified. Also in this example, other combinations are conceivable, for example, the gate insulating film of the memory cell and the Vcc transistor are made the same film, and the gate insulating film of the selection transistor and the Vpp transistor is made the same film.
また、周辺回路のゲート電極にメモリセルの第1層目の導体層(浮遊ゲート層)を用いることにより、周辺回路のトランジスタを高速化する構成とするのに工程を複雑化しない利点がある。以下、周辺回路のトランジスタをサリサイド構造とする場合を例にとり説明する。 Further, by using the first conductor layer (floating gate layer) of the memory cell for the gate electrode of the peripheral circuit, there is an advantage that the process is not complicated in order to increase the speed of the transistor of the peripheral circuit. Hereinafter, the case where the peripheral circuit transistor has a salicide structure will be described as an example.
図25〜図28は、この発明の第7の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置を製造工程順に示す断面図である。ここでは、第6の実施形態と同様に、STI(Shallow Trench Isolation)技術を用いた素子分離膜を用いている。そして、二層ゲート構造の不揮発性半導体記憶装置で、制御ゲートが例えば多結晶シリコン/WSiの積層構造であるもので、周辺トランジスタのゲート電極を、メモリセルの浮遊ゲート層を用いてサリサイド構造とすることにより、周辺トランジスタを高速化する構造およびその方法を示す。各図において、(a)はメモリセル部の断面図、(b)は周辺回路のNチャネル型トランジスタの断面図、(c)は周辺回路のPチャネル型トランジスタの断面図を示す。 25 to 28 are cross-sectional views showing the nonvolatile semiconductor memory device according to the seventh embodiment of the present invention in the order of the manufacturing steps. Here, as in the sixth embodiment, an element isolation film using STI (Shallow Trench Isolation) technology is used. In the nonvolatile semiconductor memory device having a two-layer gate structure, the control gate has a laminated structure of, for example, polycrystalline silicon / WSi, and the gate electrode of the peripheral transistor is formed with the salicide structure using the floating gate layer of the memory cell. Thus, a structure and a method for speeding up peripheral transistors will be described. In each figure, (a) is a cross-sectional view of a memory cell portion, (b) is a cross-sectional view of an N-channel transistor in the peripheral circuit, and (c) is a cross-sectional view of a P-channel transistor in the peripheral circuit.
まず、図25に示すように、半導体基板に対し、不純物注入等によってNウェル、Pウェルを形成したN型の基板領域、P型の基板領域が用意される。ゲート酸化を行うなどして基板上にゲート酸化膜2(絶縁膜)を形成する。次に、浮遊ゲート層となる第1ポリシリコン層3dを堆積する。この後、必要であればリン拡散法などにより、ポリシリコンにN型不純物をドーピングする。あるいは、予め不純物を含んだポリシリコンを堆積してもよい。次に、マスク材として、SiN膜21を堆積する。次に、図示はしないが、レジストを塗布し、パターニングを行い、異方性エッチングにより素子分離領域上のSiN膜21を除去し、上記レジストを除去する。残留したSiN膜21をマスクとして、異方性エッチングにより、ポリシリコン層3d、ゲート酸化膜2、半導体基板を順にエッチングし、半導体基板にトレンチ200を形成する。
First, as shown in FIG. 25, an N-type substrate region and a P-type substrate region in which an N well and a P well are formed by impurity implantation or the like are prepared for a semiconductor substrate. A gate oxide film 2 (insulating film) is formed on the substrate by performing gate oxidation or the like. Next, a
次に、図26に示すように、例えば、CVD法により、TEOS等の絶縁膜22を堆積し、CMP(Chemical Mechanical Polishing)等により平坦化を行い、SiN膜21上の絶縁膜22を除去する。これにより、トレンチ200内に絶縁膜22を埋め込んだ形にする。
Next, as shown in FIG. 26, for example, an insulating
その後、図27に示すように、ウェットエッチングにより、SiN膜21を除去し、再度、浮遊ゲート層となる第1ポリシリコン層3eを堆積する。この後、必要であればリン拡散法などにより、ポリシリコンにN型不純物をドーピングする。次に、図示はしないがレジストを塗布し、メモリセル(a)でセル・スリットを形成するようにパターニングを行い、異方性エッチングにより第1ポリシリコンを除去し、レジストを除去する。
Thereafter, as shown in FIG. 27, the
なお、このような図27の構成は、素子分離領域がトレンチ形状である点、及び活性領域上のポリシリコン層が3d,3eの積層構造である点を除けば、前記図5の構造と同じである。 27 is the same as the structure shown in FIG. 5 except that the element isolation region has a trench shape and the polysilicon layer on the active region has a laminated structure of 3d and 3e. It is.
これ以降、第2の実施形態で示した製造工程と同様の方法により、トランジスタの形成を行う。すなわち、図28に示しように、周辺回路のトランジスタのゲート電極がメモリセルの浮遊ゲート(第1ポリシリコン3d、3e)を用いたサリサイド構造となる。
Thereafter, transistors are formed by the same method as the manufacturing process shown in the second embodiment. That is, as shown in FIG. 28, the gate electrode of the transistor in the peripheral circuit has a salicide structure using the floating gate (
なお、この例でも、図示しないが、メモリセルの選択トランジスタ及び周辺回路の高耐圧系のトランジスタが存在するとすれば、それらのゲート絶縁膜は同一の膜で、ゲート酸化膜2(絶縁膜)より厚い膜であってもよいし、第6の実施形態のように、高耐圧系のトランジスタのゲート絶縁膜だけが異なり、メモリセルの選択トランジスタはゲート酸化膜2を用いる構成としてもかまわない。すなわち、酸化工程等の製造工程数が削減できる組み合せを採用すればよい。
In this example as well, although not shown, if there are a memory transistor selection transistor and a peripheral circuit high breakdown voltage transistor, the gate insulating film is the same film and is more than the gate oxide film 2 (insulating film). A thick film may be used, and only the gate insulating film of the high breakdown voltage transistor is different as in the sixth embodiment, and the
また、上記トランジスタの形成の際、微細化に伴い、素子構造の平坦化が必要になる場合は、図29に示すように、周辺回路のトランジスタ近傍の素子分離領域上に、メモリセルと同じ二層ゲート構造からなるダミーパターンDMYを形成する。この後、図示しないが、層間絶縁膜形成、コンタクト項開口、配線形成、保護膜堆積などの諸工程を経て不揮発性半導体記憶装置が完成する。 Further, in the case where the transistor is formed, if the element structure needs to be flattened due to miniaturization, as shown in FIG. 29, the element isolation region in the vicinity of the transistor in the peripheral circuit is formed in the same manner as the memory cell. A dummy pattern DMY having a layer gate structure is formed. Thereafter, although not shown, the nonvolatile semiconductor memory device is completed through various processes such as interlayer insulating film formation, contact term opening, wiring formation, and protective film deposition.
図30は、図29のようなダミーパターンDMYをメモリの周辺回路のトランジスタに隣接する素子分離領域上に形成し、層間絶縁膜23を積層後、CMP等により平坦化を行った状態の断面図である。また、図31は、上記ダミーパターンDMYを形成しない場合の平坦化の困難性を示す断面図である。すなわち、メモリの周辺回路のトランジスタに隣接する素子分離領域上にダミーパターンDMYを形成することにより、素子構造の平坦性が向上する。
FIG. 30 is a cross-sectional view of a state in which a dummy pattern DMY as shown in FIG. 29 is formed on an element isolation region adjacent to a transistor in a peripheral circuit of the memory, an
なお、以上では、この発明をNAND型EEPROMに適用した場合を示したが、この発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、NAND型だけでなく、NOR型、DINOR型、AND型などにも用いることができる。以下、この発明を適用できるEEPROMについて説明する。 Although the case where the present invention is applied to a NAND type EEPROM has been described above, the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is used not only for the NAND type but also for the NOR type, the DINOR type, the AND type, and the like. Can do. Hereinafter, an EEPROM to which the present invention can be applied will be described.
図32は、NAND型EEPROMのメモリセルアレイの回路図である。図に示すように、NAND型EEPROMでは、ビット線BLとソース線VSとの間に、ビット線側選択ゲート(SG1)と、互いに直列接続されたメモリセル群(メモリセルユニット)と、ソース線側選択ゲート(SG2)とが、直列に接続される。SG1,SG2で表わす各選択トランジスタの選択ゲート、CGで表わす各メモリセルの制御ゲートはそれぞれ、選択トランジスタ、メモリセルを制御する電圧を駆動制御する周辺回路のトランジスタ(図示せず)につながる。 FIG. 32 is a circuit diagram of a memory cell array of a NAND type EEPROM. As shown in the figure, in a NAND type EEPROM, a bit line side select gate (SG1), a memory cell group (memory cell unit) connected in series with each other, and a source line between a bit line BL and a source line VS. A side select gate (SG2) is connected in series. The selection gates of the selection transistors represented by SG1 and SG2 and the control gates of the memory cells represented by CG are connected to a selection transistor and a peripheral circuit transistor (not shown) for driving and controlling a voltage for controlling the memory cell, respectively.
図33は、NOR型EEPROMのメモリセルアレイの回路図である。図に示すように、NOR型EEPROMでは、ビット線BLとビット線BLに直行する方向に延びるソース線VSとの間に、ビット線側選択ゲート(SG)と、1つのメモリセルとが、直列に接続される。SGで表わす各選択トランジスタの選択ゲート、CGで表わす各メモリセルの制御ゲートはそれぞれ、選択トランジスタ、メモリセルを制御する電圧を駆動制御する周辺回路のトランジスタ(図示せず)につながる。 FIG. 33 is a circuit diagram of a NOR type EEPROM memory cell array. As shown in the figure, in a NOR type EEPROM, a bit line side select gate (SG) and one memory cell are connected in series between a bit line BL and a source line VS extending in a direction perpendicular to the bit line BL. Connected to. A selection gate of each selection transistor represented by SG and a control gate of each memory cell represented by CG are connected to a selection transistor and a peripheral circuit transistor (not shown) for driving and controlling a voltage for controlling the memory cell.
図34は、DINOR(Divided NOR)型EEPROMのメモリセルアレイの回路図である。図に示すように、DINOR型EEPROMでは、1つのサブビット線(サブBL)と、複数のソース線VSとの間に、メモリセルが並列に接続される。サブビット線(サブBL)は、ビット線選択ゲート(SG)を介して、ビット線BLに接続される。SGで表わす各選択トランジスタの選択ゲート、CGで表わす各メモリセルの制御ゲートはそれぞれ、選択トランジスタ、メモリセルを制御する電圧を駆動制御する周辺回路のトランジスタ(図示せず)につながる。 FIG. 34 is a circuit diagram of a memory cell array of a DINOR (Divided NOR) type EEPROM. As shown in the figure, in the DINOR-type EEPROM, memory cells are connected in parallel between one sub bit line (sub BL) and a plurality of source lines VS. The sub bit line (sub BL) is connected to the bit line BL via the bit line selection gate (SG). A selection gate of each selection transistor represented by SG and a control gate of each memory cell represented by CG are connected to a selection transistor and a peripheral circuit transistor (not shown) for driving and controlling a voltage for controlling the memory cell.
図35は、AND型EEPROMのメモリセルアレイの回路図である。図に示すように、AND型EEPROMでは、ビット線BLとソース線VSとの間に、ビット線側選択ゲート(SG1)と、互いに並列接続されたメモリセル群(メモリセルユニット)と、ソース線側選択ゲート(SG2)とが、直列に接続される。SG1,SG2で表わす各選択トランジスタの選択ゲート、CGで表わす各メモリセルの制御ゲートはそれぞれ、選択トランジスタ、メモリセルを制御する電圧を駆動制御する周辺回路のトランジスタ(図示せず)につながる。 FIG. 35 is a circuit diagram of a memory cell array of an AND type EEPROM. As shown in the figure, in the AND type EEPROM, a bit line side select gate (SG1), a memory cell group (memory cell unit) connected in parallel to each other, and a source line between a bit line BL and a source line VS. A side select gate (SG2) is connected in series. The selection gates of the selection transistors represented by SG1 and SG2 and the control gates of the memory cells represented by CG are connected to a selection transistor and a peripheral circuit transistor (not shown) for driving and controlling a voltage for controlling the memory cell, respectively.
以上各実施形態で説明したように、この発明の不揮発性半導体記憶装置の特徴は、第1に、ゲート酸化膜を、メモリセルと周辺部分のトランジスタと共通化する構成を積極的に採用している。これにより、レジスト形成、酸化工程等の製造工程数を削減する。第2に、周辺回路のトランジスタのゲート電極に第1ポリシリコン層(浮遊ゲート層)を用いている。これにより、制御ゲート層の上の導体(例えばWSi)の積層に関係なく、工程が複雑とならずにサリサイド構造を採用することができる。すなわち、周辺回路のトランジスタのゲート電極に制御ゲート層を用いる場合に比べ、周辺回路のトランジスタのゲート酸化の工程を省略でき、また、ソース領域、ドレイン領域、ゲート電極に対する不純物注入が同時にできるため、周辺回路のトランジスタを表面チャネル型とするために必要な、ゲート電極に対するレジストのパターニングと不純物注入の工程を省略することができる。また、制御ゲート層の上のWSiの堆積に関係なく、他の導体などを積層するポリメタルゲート構造も採用できる。これらの構成は、周辺回路のトランジスタの動作を高速化する。第3に、周辺回路のトランジスタを高速化しつつ、前記第1ポリシリコン層を高抵抗素子として用いることができる。 As described above in each embodiment, the feature of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention is that, firstly, the configuration in which the gate oxide film is shared with the memory cell and the peripheral transistor is positively adopted. Yes. This reduces the number of manufacturing processes such as resist formation and oxidation processes. Second, the first polysilicon layer (floating gate layer) is used for the gate electrode of the transistor in the peripheral circuit. Accordingly, the salicide structure can be employed without complicating the process regardless of the lamination of the conductor (for example, WSi) on the control gate layer. That is, compared to the case where the control gate layer is used for the gate electrode of the peripheral circuit transistor, the gate oxidation step of the peripheral circuit transistor can be omitted, and the impurity implantation into the source region, drain region, and gate electrode can be performed simultaneously. The steps of resist patterning and impurity implantation for the gate electrode, which are necessary for making the peripheral circuit transistor a surface channel type, can be omitted. In addition, a polymetal gate structure in which other conductors are stacked can be employed regardless of the deposition of WSi on the control gate layer. These configurations speed up the operation of the peripheral circuit transistors. Thirdly, the first polysilicon layer can be used as a high resistance element while increasing the speed of the peripheral circuit transistor.
101…半導体基板、102…Nウェル、103…Pウェル、104,1…素子分離膜(酸化膜)、105,108,2…ゲート酸化膜、106,3…第1ポリシリコン層(浮遊ゲート、周辺回路のトランジスタのゲート)、107…第2ポリシリコン層(制御ゲート)、109,6…ONO膜、110,19,23…層間絶縁膜(酸化膜)、112,20…配線、16…Ti/TiN膜、17…シリサイド膜(TiSi)、200,217…トレンチ、201…WSi、202,18…W(タングステン)、218,22…トレンチ素子分離膜(TEOS)、7…ポリシリコン/WSi(制御ゲート)、8,13,24…SiN膜、9,10,11,12,14,15,215,218,31,32…レジスト。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記メモリセルが複数個直列に接続されたメモリセルユニットと、
前記メモリセルユニットに直列に接続された選択ゲートトランジスタと、
前記二層ゲート構造を用いた抵抗素子と、
を具備し、
前記抵抗素子は、前記第1の導電体が抵抗体として用いられ、かつ、この第1の導電体上の一部の領域に関し前記第2の導電体及び絶縁膜が除去されていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A gate insulating film, a first conductor serving as a floating gate layer, a second conductor serving as a control gate layer, the first conductor, and the second conductor formed on the semiconductor substrate. A memory cell having a self-aligned double-layer gate structure comprising:
A memory cell unit in which a plurality of the memory cells are connected in series;
A select gate transistor connected in series to the memory cell unit;
A resistance element using the two-layer gate structure;
Comprising
In the resistance element, the first conductor is used as a resistor, and the second conductor and the insulating film are removed from a part of the region on the first conductor. A nonvolatile semiconductor memory device.
前記第2ゲート絶縁膜の膜厚は、前記第1ゲート絶縁膜の膜厚よりも厚いことを特徴とする請求項2乃至請求項4のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。 A second gate insulating film formed on the semiconductor substrate; and a gate electrode having a structure in which the third conductor is stacked on the first conductor formed via the second gate insulating film. A second transistor,
5. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein a film thickness of the second gate insulating film is thicker than a film thickness of the first gate insulating film. 6.
前記ゲート絶縁膜の膜厚と、前記第2ゲート絶縁膜及び前記第3ゲート絶縁膜とは、膜厚が等しいことを特徴とする請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。 The select gate transistor has a gate electrode formed through a third gate insulating film,
3. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein the thickness of the gate insulating film is equal to the thickness of the second gate insulating film and the third gate insulating film.
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