JP2008263181A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2008263181A
JP2008263181A JP2008059730A JP2008059730A JP2008263181A JP 2008263181 A JP2008263181 A JP 2008263181A JP 2008059730 A JP2008059730 A JP 2008059730A JP 2008059730 A JP2008059730 A JP 2008059730A JP 2008263181 A JP2008263181 A JP 2008263181A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
region
insulating film
memory
gate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2008059730A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2008263181A5 (ja
JP5301177B2 (ja
Inventor
Kengo Akimoto
健吾 秋元
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP2008059730A priority Critical patent/JP5301177B2/ja
Publication of JP2008263181A publication Critical patent/JP2008263181A/ja
Publication of JP2008263181A5 publication Critical patent/JP2008263181A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5301177B2 publication Critical patent/JP5301177B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B41/00Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
    • H10B41/30Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the memory core region
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/12Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body
    • H01L27/1203Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body the substrate comprising an insulating body on a semiconductor body, e.g. SOI
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28026Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor
    • H01L21/28035Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor the final conductor layer next to the insulator being silicon, e.g. polysilicon, with or without impurities
    • H01L21/28044Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor the final conductor layer next to the insulator being silicon, e.g. polysilicon, with or without impurities the conductor comprising at least another non-silicon conductive layer
    • H01L21/28052Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor the final conductor layer next to the insulator being silicon, e.g. polysilicon, with or without impurities the conductor comprising at least another non-silicon conductive layer the conductor comprising a silicide layer formed by the silicidation reaction of silicon with a metal layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/84Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being other than a semiconductor body, e.g. being an insulating body
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/665Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET using self aligned silicidation, i.e. salicide
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66825Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET with a floating gate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/788Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with floating gate
    • H01L29/7881Programmable transistors with only two possible levels of programmation
    • H01L29/7883Programmable transistors with only two possible levels of programmation charging by tunnelling of carriers, e.g. Fowler-Nordheim tunnelling
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B69/00Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Abstract

【課題】シリサイド領域を形成し、かつ、チャネル形成領域の金属元素濃度増大を防ぎ、記憶素子の信頼性を向上させることを課題とする。
【解決手段】ソース領域及びドレイン領域と、該ソース領域及びドレイン領域の間に設けられたチャネル形成領域を有する半導体層と、前記半導体層上に、第1の絶縁層、第1のゲート電極、第2の絶縁層、第2のゲート電極が順次重ね合わせて設けられ、前記ソース領域及びドレイン領域は、その一部又は全てがニッケルシリサイド層で形成され、前記第1のゲート電極は、絶縁膜で周囲が覆われていると共に、希ガス元素を含む不揮発性半導体記憶装置に関する。
【選択図】図1

Description

本発明は記憶素子を有する半導体装置とその作製方法に関するものである。
なお、本発明において、半導体装置とは半導体素子(トランジスタやダイオードなど)を含む回路を有する装置をいう。
現代のように、多くの電子機器を使用する社会では、さまざまなデータが生成、使用されており、これらのデータを保存するためには、記憶素子(以下、メモリともという)が必要である。生産及び使用されているさまざまなメモリは、各々に長所、短所が存在し、保存、使用するデータの種類に応じて使い分けられている。
メモリの種類は大きく2つに分けられる。すなわち、揮発性メモリと不揮発性メモリである。揮発性メモリとは、電源を切ると記憶内容が失われてしまうメモリであり、不揮発性メモリとは、電源を切っても記憶内容が保持されているメモリである。例えば揮発性メモリには、DRAM(Dynamic Random Access Memory)やSRAM(Static Random Access Memory)がある。揮発性メモリは、電源を切ると記憶内容が失われてしまうために、その用途が大きく限定されてしまうが、アクセスに要する時間が短いので、コンピュータのキャッシュメモリ等に使用されている。DRAMは、メモリセルのサイズが小さいので、大容量化が容易であるが、制御方法が複雑であり、消費電力が大きい。SRAMのメモリセルはCMOSで構成されており、作製工程や制御方法が簡単であるが、1つのメモリセルに6つのトランジスタを必要とするため、大容量化には不向きである。
電源を切っても記憶内容が保持される不揮発性メモリの種類は大きく3つに分けられる。すなわち、リライタブル型、ライトワンス型、マスクROM(Read Only Memory)である。リライタブル型は有限回数内で何度も記憶内容を書き換えることができる。ライトワンス型はメモリの使用者が一度だけデータを書き込むことができる。マスクROMはメモリの製造時にデータの内容が決定され、そのデータ内容を書き換えることができない。
リライタブル型不揮発性メモリとしては、EPROM、フラッシュメモリ、強誘電体メモリ等が挙げられる。EPROMは書き込み操作が容易であり、ビットあたりの単価も比較的小さいが、書き込みや消去に専用のプログラム装置と消去装置が必要である。フラッシュメモリや強誘電体メモリは、使用している基板上で書き換えが可能で、アクセスに要する時間も短く、低消費電力である。
フラッシュメモリの構造の1つとして、活性層上に、トンネル絶縁膜、フローティングゲート、ゲート絶縁膜、コントロールゲートを形成した構造が挙げられる。
さらにこのようなフラッシュメモリにおいて、応答速度をあげるために、デザインルールを縮小する、あるいは活性層のソース領域及びドレイン領域にシリサイドを形成し、ソース領域及びドレイン領域自体の電気抵抗及び、配線との接触抵抗を下げる手段がある。上記シリサイドを形成するためには、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、チタン(Ti)、コバルト(Co)等の金属膜が用いられる(特許文献1及び特許文献2参照)。
特開2006−13481号公報 特開2006−32917号公報
上述のフラッシュメモリにおいて、シリサイド領域を形成後、フラッシュメモリが完成するまでの作製工程において、加熱工程を経る。また、フラッシュメモリを使用する環境によっては、フラッシュメモリが発熱することもある。
このような作製途中に加熱工程を経たり、フラッシュメモリ完成後に発熱すると、シリサイド領域の金属元素がチャネル形成領域に拡散してしまい、オフ電流の上昇等による特性劣化が生じてしまう。
そこで本発明は、金属元素によるメモリトランジスタの特性劣化を抑制することを目的とする。
本発明ではチャネル形成領域に拡散した、シリサイド領域を形成するための金属元素を、チャネル形成領域からフローティングゲートに移動及び吸収させることにより、チャネル形成領域における当該金属の濃度を下げることができる。
具体的には、フローティングゲートを希ガス元素を添加した半導体膜で形成することにより、金属元素をチャネル形成領域からフローティングゲートに移動させる。その結果チャネル形成領域の金属元素濃度が小さくなる。
本発明は、以下の不揮発性半導体記憶装置、記憶素子及びその作製方法に関するものである。
ソース領域及びドレイン領域と、該ソース領域及びドレイン領域の間に設けられたチャネル形成領域を有する半導体層と、前記半導体層上に、第1の絶縁層、第1のゲート電極、第2の絶縁層、第2のゲート電極が順次重ね合わせて設けられ、前記ソース領域及びドレイン領域は、その一部又は全てがシリサイド層で形成され、前記第1のゲート電極は、絶縁膜で周囲が覆われていると共に、希ガス元素を含むことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置に関するものである。
前記第1のゲート電極は、一導電型を付与する不純物元素を含む半導体層で形成されるものであって、該半導体層に前記希ガス元素が含まれている。
前記第1のゲート電極は、一導電型を付与する不純物元素を含む第1の半導体層と、希ガス元素を含む第2の半導体層が積層されている。
前記希ガス元素の濃度は5.0×1019atoms/cm以上である。
前記希ガスはアルゴン、クリプトン、キセノンから選ばれた1つである。
また、絶縁表面上に、ソース領域またはドレイン領域と、チャネル形成領域と、前記ソース領域またはドレイン領域のそれぞれの領域中に形成されたシリサイド領域とを有する島状半導体膜と、前記島状半導体膜上に形成されたトンネル絶縁膜と、前記トンネル絶縁膜上に、希ガス元素を含む半導体膜で形成されたフローティングゲートと、前記フローティングゲート上に形成された、ゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成された、コントロールゲートと、前記トンネル絶縁膜、前記フローティングゲート、前記ゲート絶縁膜、並びに、前記コントロールゲートの側面に形成された、サイドウォールと、前記島状半導体膜、前記サイドウォール、前記コントロールゲート上に形成された、層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形成され、前記シリサイド領域と電気的に接続される電極とを有することを特徴とする記憶素子に関するものである。
本発明において、前記ソース領域またはドレイン領域それぞれの領域の端部は、前記コントロールゲートの端部と一致する。
本発明において、前記ソース領域またはドレイン領域それぞれの領域の端部は、前記サイドウォールの端部と一致する。
基板上に、島状半導体膜を形成し、前記島状半導体膜上に、トンネル絶縁膜を形成し、前記トンネル絶縁膜上に、希ガス元素を含む半導体膜を用いてフローティングゲートを形成し、前記フローティングゲート上に、ゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜上に、コントロールゲートを形成し、前記トンネル絶縁膜、前記フローティングゲート、前記ゲート絶縁膜、並びに、前記コントロールゲートをマスクとして、前記島状半導体膜中に一導電性を付与する不純物元素を添加し、ソース領域またはドレイン領域を形成し、前記トンネル絶縁膜、前記フローティングゲート、前記ゲート絶縁膜、並びに、前記コントロールゲートの側面に、サイドウォールを形成し、前記島状半導体膜、前記サイドウォール、及び、前記コントロールゲートを覆って金属膜を形成し、加熱して、前記島状半導体膜中にシリサイド領域を形成し、前記金属膜の未反応領域を除去し、前記島状半導体膜、前記サイドウォール、及び、前記コントロールゲートを覆って層間絶縁膜を形成し、前記層間絶縁膜上に、前記シリサイド領域に電気的に接続する配線を形成することを特徴とする記憶素子の作製方法に関するものである。
基板上に、島状半導体膜を形成し、前記島状半導体膜上に、トンネル絶縁膜を形成し、前記トンネル絶縁膜上に、希ガス元素を含む半導体膜を用いてフローティングゲートを形成し、前記フローティングゲート上に、ゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜上に、コントロールゲートを形成し、前記トンネル絶縁膜、前記フローティングゲート、前記ゲート絶縁膜、並びに、前記コントロールゲートの側面に、サイドウォールを形成し、前記島状半導体膜、前記サイドウォール、及び、前記コントロールゲートを覆って金属膜を形成し、加熱して、前記島状半導体膜中にシリサイド領域を形成し、前記金属膜の未反応領域を除去し、前記サイドウォール、前記トンネル絶縁膜、前記フローティングゲート、前記ゲート絶縁膜、並びに、前記コントロールゲートをマスクとして、前記島状半導体膜中に一導電性を付与する不純物元素を添加し、ソース領域またはドレイン領域を形成し、前記島状半導体膜、前記サイドウォール、及び、前記コントロールゲートを覆って層間絶縁膜を形成し、前記層間絶縁膜上に、前記シリサイド領域に電気的に接続する配線を形成することを特徴とする記憶素子の作製方法に関するものである。
本発明において、前記希ガス元素を含む半導体膜は、アルゴンを含む珪素膜であり、前記珪素膜中のアルゴンの濃度は、5.0×1019atoms/cm以上である。
本発明により、シリサイド領域が形成できるので応答速度を早くすることができ、かつチャネル形成領域の金属元素濃度を小さくすることができるので、信頼性が高い記憶素子を作成することが出来る。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更しうることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
また、以下に示す実施の形態1〜実施の形態4は実施可能な範囲で適宜組み合わせることが可能である。
[実施の形態1]
本実施の形態を、図1、図2(A)〜図2(C)、図3(A)〜図3(C)、図4(A)〜図4(C)、図5を用いて説明する。
図1は、本実施の形態の記憶素子の断面構造を示している。絶縁表面101上に、活性層である島状半導体膜102が形成されており、島状半導体膜102中には、チャネル形成領域103、ソース領域またはドレイン領域である高濃度不純物領域104、高濃度不純物領域104の上部には、シリサイド領域105が形成される。シリサイド領域105は、例えば、ニッケルシリサイドで形成することができ、その他コバルトシリサイド、チタンシリサイド、タングステンシリサイドなどを適用することもできる。
チャネル形成領域103の上には、トンネル絶縁膜106、フローティングゲート107、ゲート絶縁膜108、コントロールゲート109が形成されており、トンネル絶縁膜106、フローティングゲート107、ゲート絶縁膜108、コントロールゲート109の側面には、サイドウォール110が形成されている。
絶縁表面101は、基板でもよいし、基板上に絶縁膜を形成したものでもよい。基板としては、ガラス基板、プラスチック基板、SOI(Silicon On Insulator)基板等が挙げられる。基板上に絶縁膜を形成する場合、絶縁膜は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜を用いてもよい。
活性層である島状半導体膜102としては、珪素(Si)を用いればよい。またトンネル絶縁膜は、酸化珪素を用いればよく、その膜厚を5nm以下とする。
本発明では、フローティングゲート107を、希ガス元素を含む半導体膜として、例えばアルゴン(Ar)を含む珪素(Si)膜を成膜したものを用いて形成する。半導体膜に含まれる希ガス元素の濃度は、小さすぎると後述する金属元素の移動及び吸収(本明細書では「ゲッタリング」と呼ぶ)の効果が得られないので、ゲッタリング可能な程度な濃度を選択すればよい。例えばアルゴン濃度が5.0×1019atoms/cm以上の珪素膜をスパッタ法で形成すればよい。本実施の形態では、3.0×1020atoms/cm程度の珪素膜をスパッタ法で成膜し、これを用いてフローティングゲート107を形成する。これにより、シリサイド領域105からチャネル形成領域103へ拡散したニッケル(Ni)を、トンネル絶縁膜106を通過させフローティングゲート107へ吸収させることができる。なお希ガス元素はアルゴンでなくてもよく、クリプトンやキセノンであってもよい。
フローティングゲート107を形成後、例えば、550℃で4時間の加熱処理を行うと、チャネル形成領域103中に含まれているニッケルが、フローティングゲート107に移動する。すると、例えば加熱処理前のチャネル形成領域103のニッケル濃度が1×1013atoms/cmであったのが、加熱処理後は、全反射蛍光X線分析(Total Reflection X−ray Fluorescence spectroscopy(TXRF))により、表面濃度を測定して、3.0×1010atoms/cm程度にまで下げることができる。
フローティングゲート107上には、ゲート絶縁膜108、コントロールゲート109が形成される。
ゲート絶縁膜108は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜等を用いて形成すればよい。またコントロールゲート109は、タングステン(W)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)等を用いて形成すればよい。
以下に本実施の形態の記憶素子の詳細な作製方法について述べる。
基板111上に、下地膜112を形成し、さらに非晶質半導体膜113を形成する(図2(A)参照)。基板111は、例えば、ガラス基板、石英基板等を用いればよい。また下地膜112を、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜、あるいはそれらの積層膜、例えば膜厚100nmの酸化珪素膜を用いればよい。非晶質半導体膜113は、膜厚20〜150nmの範囲で成膜するが、本実施の形態では膜厚60nmの非晶質珪素膜を成膜する。
次いで非晶質半導体膜113を結晶化して結晶性半導体膜114を形成する。結晶化を促進する元素を導入後加熱処理を行って結晶化してもよいし、レーザ光を照射して結晶化してもよい。本実施の形態では、非晶質珪素膜にレーザ光115を照射して非晶質珪素膜を結晶化し、結晶性珪素膜を形成する(図2(B)参照)。
次いで得られた結晶性半導体膜114を用いて島状半導体膜102を形成する(図2(C)参照)。
島状半導体膜102を形成後、トンネル絶縁膜(トンネル酸化膜ともいう)106を5nm以下の膜厚にて形成する(図3(A)参照)。ここではトンネル絶縁膜106を2〜3nmの膜厚で形成する。
次いで希ガス元素を含む半導体膜をフローティングゲート107として、トンネル絶縁膜106上に形成する。本実施の形態では、アルゴンが1atoms%程度の濃度で含まれた珪素膜を、CVD法、もしくはスパッタ法にて成膜する。なお、フローティングゲート107となる半導体膜を形成する際に、あるいは形成後に、一導電性を付与する不純物元素を半導体膜に添加してもよい。
次いでフローティングゲート107上に、ゲート絶縁膜108を10〜100nmの膜厚にて形成し、そのさらにゲート絶縁膜108上に、TaやW等からなる導電膜を用いてコントロールゲート109を形成する。
なお、図3(A)〜図3(B)では、トンネル絶縁膜106を形成後に、フローティングゲート107、ゲート絶縁膜108、コントロールゲート109を形成しているが、トンネル絶縁膜106となる材料膜、フローティングゲート107となる材料膜、ゲート絶縁膜108となる材料膜、コントロールゲート109となる材料膜を成膜して、マスクを用いてエッチングし、トンネル絶縁膜106、フローティングゲート107、ゲート絶縁膜108、コントロールゲート109を一度のエッチングにて形成してもよい。その場合は、図3(A)に示す構造は形成する必要がなくなる。
次いで、島状半導体膜102に、トンネル絶縁膜106、フローティングゲート107、ゲート絶縁膜108、コントロールゲート109をマスクとして、一導電性を付与する不純物元素を添加して、ソース領域またはドレイン領域である高濃度不純物領域104、及び、チャネル形成領域103を形成する(図3(C)参照)。本実施の形態では、ドーピング法により、20keVの加速電圧にて、1.0×1015atoms/cmのドーズ量にてリン(P)を添加する。ソース領域またはドレイン領域である高濃度不純物領域104のリン濃度量は、3×1021atoms/cm以下となる。なお、この一導電性を付与する不純物元素の添加は、トンネル絶縁膜106、フローティングゲート107、ゲート絶縁膜108、コントロールゲート109をマスクとして行われるので、ソース領域またはドレイン領域である高濃度不純物領域104それぞれの領域の端部は、トンネル絶縁膜106、フローティングゲート107、ゲート絶縁膜108、コントロールゲート109の端部と一致する。
その後、島状半導体膜102、トンネル絶縁膜106、フローティングゲート107、ゲート絶縁膜108、並びに、コントロールゲート109上に、絶縁膜、例えば、CVD法にて窒素を含む酸化珪素膜を形成し、異方性エッチングにより、トンネル絶縁膜106、フローティングゲート107、ゲート絶縁膜108、並びに、コントロールゲート109の側面に、サイドウォール110を形成する(図4(A)参照)。
次いで、シリサイド領域を形成するために、島状半導体膜102、サイドウォール110、コントロールゲート109を覆って、金属膜117を形成する(図4(B)参照)。本実施の形態では、島状半導体膜102上に、ニッケル膜をスパッタ法で膜厚20nmになるように成膜する。
その後350℃以上の熱処理を行って、ソース領域またはドレイン領域である高濃度不純物領域104のそれぞれの領域中にはシリサイド領域105が形成される(図4(C)参照)。次いで硫酸、硝酸等により、金属膜117の未反応領域をエッチングにより除去する(図1参照)。本実施の形態では、金属膜117としてニッケル膜を用いたので、ソース領域またはドレイン領域である高濃度不純物領域104中にはニッケルシリサイド領域が形成される。
なお、未反応の金属膜117をエッチングにより除去する際に、僅かな残渣が残ったとしても、サイドウォール110が存在しているので、コントロールゲート109と島状半導体膜102とのショートを防ぐことができる。
次いで、島状半導体膜102、サイドウォール110、コントロールゲート109を覆って、層間絶縁膜118を形成する。さらに層間絶縁膜118中に、ソース領域またはドレイン領域である高濃度不純物領域104中のシリサイド領域105に達するコンタクトホールを形成する。
さらに層間絶縁膜118上に、導電膜を形成し、この導電膜を用いて、層間絶縁膜118中のコンタクトホールを介して、ソース領域またはドレイン領域である高濃度不純物領域104中のシリサイド領域105に電気的に接続される配線119を形成し、記憶素子を形成する(図5参照)。層間絶縁膜118を形成する際の熱で、シリサイド領域105中の金属元素が、シリサイド領域105からチャネル形成領域103に拡散しても、金属元素はフローティングゲート107に吸収されるので、記憶素子の特性への悪影響を抑えることができる。
[実施の形態2]
本実施の形態では、実施の形態1とは異なる方法で、記憶素子を形成する方法について、図6(A)〜図6(C)、図7(A)〜図7(C)を用いて説明する。
実施の形態1では、島状半導体膜102に一導電型を付与する不純物元素を添加してソース領域またはドレイン領域である高濃度不純物領域104を形成後、シリサイド領域105を形成した。
これはシリサイド領域形成後に、島状半導体膜に不純物元素を添加してソース領域またはドレイン領域を形成しようとすると、抵抗が下がりにくくなってしまうからである。
しかし設計上の抵抗を充分達成できるなら、シリサイド領域を形成後、ソース領域またはドレイン領域を形成するための不純物を添加することも可能である。以下にその方法について述べる。なお特に記載のないものについては、実施の形態1と同じものを指す。
まず実施の形態1に基づいて、図3(B)に示されるコントロールゲート109形成までの工程を行う。次いで、絶縁膜、例えば、CVD法にて窒素を含む酸化珪素膜を形成し、異方性エッチングによりサイドウォール110を形成する(図6(A)参照)。
次いで、島状半導体膜102、サイドウォール110、コントロールゲート109を覆って金属膜117を形成する(図6(B)参照)。
その後350℃以上の熱処理を行って、島状半導体膜102中の、サイドウォール110及びトンネル絶縁膜106に覆われていない領域には、シリサイド領域105が形成される(図6(C)参照)。次いで硫酸、硝酸等により、金属膜117の未反応領域をエッチングにより除去する(図7(A)参照)。本実施の形態では、金属膜117としてニッケル膜を用いたので、島状半導体膜102中にはニッケルシリサイド領域が形成される。
次いで、島状半導体膜102に、トンネル絶縁膜106、フローティングゲート107、ゲート絶縁膜108、コントロールゲート109、及びサイドウォール110をマスクとして、一導電型を付与する不純物元素を添加し、ソース領域またはドレイン領域122、並びに、チャネル形成領域121を形成する(図7(B)参照)。本実施の形態では、一導電型を付与する不純物元素としてリン(P)を島状半導体膜102に添加する。なお本実施の形態では、サイドウォール110が一導電性を付与する不純物元素添加のマスクに含まれ、かつシリサイド領域105のマスクとして用いられるので、ソース領域またはドレイン領域122のそれぞれの領域の端部と、シリサイド領域105の端部が一致する。
次いで、層間絶縁膜118を形成し、さらに層間絶縁膜118上にソース領域またはドレイン領域122のそれぞれの領域中のシリサイド領域105に電気的に接続される配線119を形成し、記憶素子を形成する(図7(C)参照)。層間絶縁膜118を形成する際の熱で、シリサイド領域105中の金属元素が、シリサイド領域105からチャネル形成領域121に拡散しても、金属元素はフローティングゲート107に吸収されるので、記憶素子の特性への悪影響を抑えることができる。
[実施の形態3]
本実施の形態では、無線交信可能な半導体装置において、本発明の記憶素子を用いた場合について、図8、図9(A)〜図9(B)を用いて説明する。
図8に示すように、本実施の形態の無線交信可能な半導体装置200は、演算処理回路201、記憶回路202、アンテナ203、電源回路204、復調回路205、変調回路206を有する。無線交信可能な半導体装置200は、アンテナ203と電源回路204を必須の構成要素としており、他の要素は、無線交信可能な半導体装置200の用途に従って、適宜設けられる。
演算処理回路201は、復調回路205から入力される信号に基づき、命令の解析、記憶回路202の制御、外部に送信するデータの変調回路206への出力などを行う。
記憶回路202は、記憶素子を含む回路と、データの書き込みやデータの読み出しを行う制御回路を有する。記憶回路202には、少なくとも、半導体装置自体の個体識別番号が記憶されている。個体識別番号は、他の半導体装置と区別するために用いられる。また、記憶回路202は、実施の形態1または実施の形態2で述べた記憶素子を用いて形成すればよい。
アンテナ203は、リーダ/ライタ207から供給された搬送波を、交流の電気信号に変換する。また、変調回路206により、負荷変調が加えられる。電源回路204は、アンテナ203が変換した交流の電気信号を用いて電源電圧を生成し、各回路に電源電圧を供給する。
復調回路205は、アンテナ203が変換した交流の電気信号を復調し、復調した信号を、演算処理回路201に供給する。変調回路206は、演算処理回路201から供給される信号に基づき、アンテナ203に負荷変調を加える。
リーダ/ライタ207は、アンテナ203に加えられた負荷変調を、搬送波として受信する。また、リーダ/ライタ207は、搬送波を無線交信可能な半導体装置200に送信する。なお、搬送波とは、リーダ/ライタ207が送受信する電磁波であり、リーダ/ライタ207は変調回路206により変調された搬送波を受信する。
記憶回路202に本発明を適用した記憶素子を搭載し、マトリクス状に配置した構成について図9(A)に示す。なお、図9(A)では記憶素子の全てに本発明の記憶素子を用いているが、これに限定されるものではなく、半導体装置の個体識別情報を記憶する、本発明の記憶素子を用いたメモリ部と、その他のメモリ部を記憶回路202内に搭載してもよい。
図9(A)に示すのは本発明の記憶素子をマトリクス状に配置した記憶回路202の構成の一例である。記憶回路202には、メモリセル1021がマトリクス状に設けられたメモリセルアレイ1023、カラムデコーダ1025と読み出し回路1026とセレクタ1027を有するビット線駆動回路1024、ロウデコーダ1030とレベルシフタ1031を有するワード線駆動回路1029、書き込み回路等を有し外部とのやりとりを行うインターフェース1028を有している。なお、ここで示す記憶回路202の構成はあくまで一例であり、センスアンプ、出力回路、バッファ等の他の回路を有していてもよいし、書き込み回路をビット線駆動回路に設けてもよい。
メモリセル1021は、ワード線W(1≦y≦n)を構成する第1の配線と、ビット線B(1≦x≦m)を構成する第2の配線と、TFT1032と、記憶素子1033とを有する。
次に、本発明のメモリセルへの書き込み及び読み込み動作について、図9(B)を参照しながら説明する。なお、ここではメモリセルに「0」が書き込まれた状態を第2の状態、「1」が書き込まれた状態を第1の状態とする。
まず、メモリセル1021に「0」を書き込むための回路動作の一例を述べる。書き込み処理は、メモリセル1021のワード線Wを選択し、ビット線Bに電流を流すことで行われる。つまり、書き込みを行いたいメモリセルをワード線Wにより選択し、記憶素子1033が第1の状態から第2の状態へ移行し、絶縁させることが可能な電圧をかければよい。例えば、この電圧を10Vとする。このとき、他のメモリセル内の記憶素子506、記憶素子507及び記憶素子508に書き込みが行われることを防止するためにTFT502、TFT503及びTFT504をオフにする。例えばワード線W及びビット線Bは0Vとしておくとよい。ワード線Wのみが選択された状態で、ビット線Bに、記憶素子1033を第1の状態から第2の状態へと移行するのに十分な電圧をかけることで、記憶素子1033に「0」が書き込まれた状態にすることができる。
次に、メモリセル1021の読み出し操作の例を示す。読み出し操作は、メモリセル1021の記憶素子1033に「1」が書き込まれた第1の状態であるか、「0」が書き込まれた第2の状態であるかを判別すればよい。例えば、メモリセル1021に「0」が書き込まれている状態であるか、「1」が書き込まれている状態であるかを読み出す場合について説明する。記憶素子1033は「0」が書き込まれた状態、つまり、絶縁状態である。ワード線Wを選択してTFT1032をオンにする。ここで、TFT1032がオンの状態でビット線Bに所定の電圧以上の電圧をかける。ここでは、所定の電圧を5Vとする。このとき、記憶素子1033が第1の状態、つまり、絶縁されていない状態であれば、電流はメモリセル1021内の接地している配線へと流れてしまい、ビット線Bの電圧は0Vになる。逆に、記憶素子1033が第2の状態、つまり、絶縁状態であれば、電流はメモリセル1021内の接地している配線に流れてしまうことなく、ビット線Bの電圧は5Vで維持される。このように、ビット線の電圧により「0」が書き込まれているか、「1」が書き込まれているかを判別することができる。
以上のようにして、本発明の記憶素子は無線交信可能な半導体装置に適用することが可能である。
[実施の形態4]
実施の形態3に基づいて作製された、無線交信可能な半導体装置200は、電磁波の送信と受信ができるという機能を活用して、様々な物品やシステムに用いることができる。物品とは、例えば、鍵(図10(A)参照)、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類(運転免許証や住民票等、図10(B)参照)、書籍類、容器類(シャーレ等、図10(C)参照)、包装用容器類(包装紙やボトル等、図10(E)(F)参照)、記録媒体(ディスクやビデオテープ等)、乗物類(自転車等)、装身具(鞄や眼鏡等、図10(D)参照)、食品類、衣類、生活用品類、電子機器(液晶表示装置、EL表示装置、テレビジョン装置、携帯端末等)等である。
本発明を適用して作製された、無線交信可能な半導体装置200は、上記のような様々な形状の物品の表面に貼り付けたり、埋め込んだりして、固定される。また、システムとは、物品管理システム、認証機能システム、流通システム等であり、本発明の半導体装置を用いることにより、システムの高機能化、多機能化、高付加価値化を図ることができる。
[実施の形態5]
本実施の形態は、いわゆるフローティングゲート型のメモリトランジスタを有する不揮発性半導体記憶装置に関する。図13に本実施の形態に係る不揮発性メモリトランジスタの断面構造を示す。
図13に示す不揮発性メモリトランジスタは、例えばp型半導体基板に作製される。その他に単結晶半導体層で不揮発性メモリトランジスタを形成することができる基板として、SOI基板若しくはSIMOX基板を用いることもできる。半導体基板601には必要に応じて、STI(Shallow Trench Isolation)又はLOCOS(Local Oxidation of Silicon)などの構造を有する素子分離絶縁層602が形成されている。素子分離絶縁層602の間に不揮発性メモリトランジスタ600が形成される。
次いで不揮発性メモリトランジスタ600の製造工程の一例を図14(A)〜図14(C)、図15(A)〜図15(B)、図16(A)〜図16(B)、図17(A)〜図17(B)、図18(A)〜図18(B)、図23(A)〜図23(C)を参照して説明する。
まず図23(A)に示すように、半導体基板601上に、第1絶縁層621、第1ゲート電極の材料となる導電層622、保護層623を連続に成膜する。第1絶縁層621と導電層622を連続に成膜することによって、後に形成される活性層、ゲート絶縁膜、ゲート電極の界面を良好に保つことが可能となる。半導体基板601は、上述の様にp型半導体基板を用い、第1絶縁層621は、例えば酸化珪素層を形成すればよい。第1絶縁層621として酸化珪素層を用いる場合、半導体基板601の表面を酸化して形成してもよいし、CVD法等で酸化珪素層を新たに成膜してもよい。
さらに、第1のゲート電極の材料となる導電層622は、スパッタ法により形成された、希ガス元素を含む多結晶半導体層、例えばアルゴン(Ar)を含む多結晶珪素層を用いてもよい。あるいは、導電層622として、スパッタ法により形成された多結晶珪素層や、CVD法により形成された多結晶珪素層を用いてもよい。なお、導電層622となる多結晶半導体層を形成する際に、あるいは形成後に、一導電性を付与する不純物元素を多結晶半導体層に添加してもよい。
また保護層623は、例えば窒化珪素を用いて形成すればよい。
次いで図23(B)に示すように、半導体基板601、第1絶縁層621、導電層622、保護層623が積層された積層構造の端部をエッチングして、素子分離用のトレンチ開口を形成する。
次いで、トレンチ開口及び保護層623上に、絶縁膜624を成膜する。この絶縁膜624は、例えば酸化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜等を用いればよく、本実施の形態では、CVD法で成膜した酸化珪素膜を絶縁膜624として用いる(図23(C)参照)。
次いで、絶縁膜624の表面からCMP(Chemical Mechanical Polish)により研磨して平坦化する。さらに保護層623をエッチングして除去する(図14(A)参照)。保護層623を除去することにより、導電層622が露出する。
導電層622上に、導電層622と同じ材料の導電層626を形成し、さらに、第2絶縁層627、第2のゲート電極の材料となる導電層628、絶縁膜629を形成する。
第2絶縁層627は、酸化珪素層、窒化珪素層、酸素を含む窒化珪素層、窒素を含む酸化珪素層等を用いて形成すればよい。本実施の形態では、酸化珪素層を第2絶縁層627として用いる。
導電層628の材料は、多結晶半導体層を用いればよい。また導電層622と同様に、希ガス元素を含んでいてもよい。本実施の形態では、導電層628としてスパッタ法により形成された、アルゴン(Ar)を含む多結晶珪素層を用いる。
絶縁膜629は、後の工程でハードマスクとして機能する。絶縁膜629は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜等を用いればよく、本実施の形態では、酸化珪素膜を用いる。
図14(B)まで作製したら、絶縁膜629上にレジストを形成し、これを用いて絶縁膜629をエッチングして、ハードマスク635を形成し、レジストを除去する(図14(C)参照)。
ハードマスク635をマスクとして、導電層628、第2絶縁層627、導電層626、導電層622、第1絶縁層621、半導体基板601をエッチングし、第1のゲート絶縁層606、第1のゲート電極632の下層電極632a、第1のゲート電極632の上層電極632b、第2のゲート絶縁層612、第2のゲート電極634を形成する(図15(A)参照)。第1ゲート電極632は、フローティングゲートとして機能する。
次いで全体を、例えば700℃から1100℃で加熱して、露出された表面を熱酸化する。これにより、第1のゲート電極632の端部、第2のゲート電極634の端部が熱酸化され、酸化半導体膜でなる絶縁膜615が形成される(図15(B)参照)。第1のゲート電極632の下層電極632a及び上層電極632bは、端部が酸化されて絶縁膜615が形成された分だけ幅が短くなり、それぞれ第1のゲート電極611の下層電極611a及び上層電極611bとなる。また、第2ゲート電極634も、端部が酸化されて絶縁膜615が形成された分だけ幅が短くなり、第2ゲート電極613となる。第2ゲート電極613はコントロールゲートとして機能する。
ただし、本実施の形態では、熱酸化することにより絶縁膜615を形成したが、かならずしも熱酸化工程を用いなくてもよい。熱酸化の代わりに、新たな絶縁膜をCVD法等で、ゲート絶縁層やゲート電極を覆って形成してもよい。その場合は、ゲート電極の幅は減少しなくてもすむ。
次いで、一導電性を付与する不純物元素641を、ゲート絶縁層やゲート電極をマスクとして半導体基板601に添加し、エクステンション領域643を形成する(図16(A)参照)。本実施の形態では、p−FETを形成する場合には、ホウ素(B)を、n−FETを形成する場合には、ヒ素(As)あるいはリン(P)を、イオン注入法で添加する。エクステンション領域643中の不純物元素の濃度は、いわゆるLDD(Lightly Doped Drain)領域よりも高い濃度になるように不純物元素を添加する。またエクステンション領域643の深さは、後の工程で形成するソース領域及びドレイン領域よりも浅くなるように形成される。例えば、p−FETを形成するには、BFを印加電圧15keV、ドーズ量3.0×1013/cmで注入することにより、ホウ素を導入する。またn−FETを形成するには、Asを印加電圧15keV、ドーズ量を2.0×1014/cmで注入することにより、ヒ素を導入する。
次いで、絶縁膜615を覆って、絶縁膜645を成膜する(図16(B)参照)。絶縁膜645は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜等が用いられる。本実施の形態では、絶縁膜645として窒化珪素膜を用いる。
図16(B)にて形成した絶縁膜645に、異方性エッチングを行ってサイドウォール616を形成する(図17(A)参照)。この異方性エッチングを行う際に、絶縁膜615は、エッチストッパとして機能する。
次いで、ゲート電極及びサイドウォール616をマスクとして、再び一導電性を付与する不純物元素651を半導体基板601に添加する(図17(B)参照)。この添加によりソース領域またはドレイン領域である領域652が形成され、エクステンション領域643は、領域604のみを残すこととなる。
本実施の形態では、p−FETを形成する場合は、BFを、印加電圧30keV、ドーズ量3.0×1015/cmでイオン注入して、ホウ素を導入する。またn−FETを形成する場合は、Asを印加電圧50keV、ドーズ量5.0×1015/cmでイオン注入して、ヒ素を導入する。
ソース領域またはドレイン領域である領域652を形成するための不純物添加は、エクステンション領域643を形成するときよりも印加電圧を高くして、膜厚方向に深く不純物が添加されるように行う。またドーズ量をエクステンション領域643を形成するときよりも大きくして、ソース領域またはドレイン領域である領域652中の不純物濃度を高くする。
次いで、ハードマスク635を除去する。さらにサイドウォール616、第2ゲート電極613、半導体基板601を覆って、金属膜654を成膜する(図18(A)参照)。金属膜654としては、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、チタン(Ti)、コバルト(Co)等を用いればよい。本実施の形態では、金属膜654としてコバルト膜を成膜する。
金属膜654を成膜したら、加熱工程を行い、半導体基板601と金属膜654が接している領域、及び、第2ゲート電極613と金属膜654が接している領域に金属シリサイド領域を形成する。本実施の形態では、ソース領域またはドレイン領域である領域652の上層に、シリサイド領域605が形成される。また第2ゲート電極613の上層に、シリサイド領域614が形成される。
ソース領域またはドレイン領域である領域652の下層の領域603は、シリサイドは形成されないままである。
さらに全体を覆ってパシベーション膜617を形成する。パシベーション膜617は、窒化珪素膜を用いてもよいし、窒化珪素膜と酸化珪素膜の積層にしてもよい。
以上のようにして、図13に示す不揮発性メモリトランジスタ600が形成される。
次いで、本実施の形態に係る不揮発性メモリトランジスタを用いた不揮発性半導体記憶装置の態様について説明する。
図19はNOR型不揮発性半導体記憶装置の等価回路を示す。NOR型不揮発性半導体記憶装置は、不揮発性メモリトランジスタ600、ビット線BL、ソース線SL、ワード線WLを有している。不揮発性メモリトランジスタ600は、ソース線SLとソースコンタクト661で電気的に接続され、ビット線BLとドレインコンタクト662で電気的に接続されている。
図20は、NOR型不揮発性半導体記憶装置のレイアウトを示し、図19の等価回路に対応するものである。
図21は、NOR型不揮発性半導体記憶装置の断面構造を示し、図20のA−B切断線に対応する図である。不揮発性メモリトランジスタ701は隣り合って形成され、不揮発性メモリトランジスタ600と同様の構成をしている。隣り合う不揮発性メモリトランジスタ701の間には、タングステン(W)を用いてCVD法で形成されたタングステンプラグ702(702a、702b、702c等)が設けられている。
タングステンプラグ702aは、図20に示すソースコンタクト661であり、タングステンプラグ702bは、図20に示すドレインコンタクト662である。
不揮発性メモリトランジスタ701上には、絶縁膜711が形成されており、絶縁膜711上には、絶縁膜712、ソース線713(図20のソース線SLに同じ)、ソース線713のバリアメタルとして導電膜714が形成される。本実施の形態では、ソース線713として銅(Cu)を用い、導電膜714として窒化タンタルを用いる。なお導電膜714は必要なければ形成しなくてもよい。
ソース線713及び導電膜714は、タングステンプラグ702に電気的に接続されている。
絶縁膜712、ソース線713、導電膜714上には、絶縁膜721が形成されており、さらに絶縁膜721上には、ビット線731(図20のビット線BLに同じ)及びそのバリアメタルである導電膜723が形成されている。
ビット線731及び導電膜723は、絶縁膜721中のコンタクトホールを介して、タングステンプラグ702bに電気的に接続されるソース線713及び導電膜714に、電気的に接続されている。
本実施の形態では、ビット線731は、銅(Cu)を用いて形成され、導電膜723は、窒化タンタルを用いて形成されている。
さらにビット線731を覆ってパシベーション膜732が形成されている。本実施の形態では、パシベーション膜732は、窒化珪素を用いて形成される。
パシベーション膜732上には、絶縁膜733が形成される。絶縁膜733、絶縁膜721、絶縁膜712、絶縁膜711は、同じ材料を用いて形成してもよく、無機絶縁材料や有機絶縁材料が用いられる。例えば、絶縁膜733、絶縁膜721、絶縁膜712、絶縁膜711を、窒素を含む酸化珪素膜で形成してもよい。またさらに、それぞれの絶縁膜を同じ材料でなく、異なる絶縁材料を用いて形成してもよい。
本実施の形態に係る不揮発性メモリトランジスタを用いれば、図22に示すようなNAND型不揮発性半導体記憶装置を構成することもできる。
図22のNAND型不揮発性半導体記憶装置は、ビット線BL0、BL1、BL2等や、選択トランジスタS1、S2等や、ソース線SLや、選択ゲート線SG1、SG2等や、ワード線WL00、WL01、WL02、WL31等や、メモリセルM00、M01、M02、M31等を有している。
本実施例を、図11(A)〜図11(B)、図12を用いて説明する。
図12には、本実施例に用いた積層構造を示す。基板301上に下地絶縁膜302を形成し、さらに半導体膜303を形成する。半導体膜303としては、非晶質珪素膜を成膜後、結晶化を助長する金属元素、本実施例ではニッケル(Ni)を添加し、加熱して結晶化させる。さらに、結晶化した珪素膜にレーザ照射を行って、得られた結晶珪素膜を半導体膜303とする。
図11(A)では、さらに半導体膜303上に、スパッタ法により非晶質珪素膜を形成する。スパッタ法で非晶質珪素膜を成膜すると、成膜時に珪素にアルゴンが混入するので、アルゴンを含む非晶質珪素膜が形成される。半導体膜303のニッケル元素を非晶質珪素膜にゲッタリングさせた後、半導体膜303上の非晶質珪素膜を除去し、半導体膜303の表面を、全反射蛍光X線分析(Total Reflection X−ray Fluorescence spectroscopy(TXRF))により測定した結果である。一方図11(B)は、半導体膜303上に非晶質珪素膜を成膜しなかった場合の半導体膜303の表面を、TXRFで測定した結果である。半導体膜303上に非晶質珪素膜を成膜しなかった場合は、ゲッタリングは行われないので、ニッケルは半導体膜303から除去されない。なお、基本的に1つの基板につき5回測定しているので、1つの元素につき5回の測定結果(5本の棒グラフ)が得られているが、中には検出できない測定回があったり、エラーが出た測定回もあるので、棒の数は必ずしも5本ではないものもある。
図11(A)及び図11(B)を比較すると、図11(A)では、ニッケル濃度が減少しているのは明らかである。よって半導体膜303中のニッケルは、半導体膜303上に形成された非晶質珪素にゲッタリングされたことが分かる。一方図11(B)では、ニッケル濃度は図11(A)に比べて多く、ゲッタリングされていないことが分かる。
よって、実施の形態1〜実施の形態3に述べられるように、フラッシュメモリにおいて、希ガス元素を含む半導体膜を用いてフローティングゲートを形成すると、活性層中に金属元素(例えばニッケル)が存在していたとしても、フローティングゲートに吸収されることが分かる。
本発明の記憶素子の断面図。 本発明の記憶素子の作製工程を示す断面図。 本発明の記憶素子の作製工程を示す断面図。 本発明の記憶素子の作製工程を示す断面図。 本発明の記憶素子の断面図。 本発明の記憶素子の作製工程を示す断面図。 本発明の記憶素子の作製工程を示す断面図。 本発明の半導体装置を利用した一形態を示す図。 本発明の記憶素子を搭載した半導体装置を示す回路図。 本発明の半導体装置の搭載例を示す図。 実施例1の実験結果を示す図。 実施例1の実験に用いた積層構造を示す図。 本発明の不揮発性メモリトランジスタの断面図。 本発明の不揮発性メモリトランジスタの作製工程を示す断面図。 本発明の不揮発性メモリトランジスタの作製工程を示す断面図。 本発明の不揮発性メモリトランジスタの作製工程を示す断面図。 本発明の不揮発性メモリトランジスタの作製工程を示す断面図。 本発明の不揮発性メモリトランジスタの作製工程を示す断面図。 NOR型不揮発性半導体記憶装置の等価回路図。 NOR型不揮発性半導体記憶装置のレイアウトを示す図。 NOR型不揮発性半導体記憶装置の断面構造を示す図。 NAND型不揮発性半導体記憶装置の等価回路図。 本発明の不揮発性メモリトランジスタの作製工程を示す断面図。
符号の説明
101 絶縁表面
102 島状半導体膜
103 チャネル形成領域
104 高濃度不純物領域
105 シリサイド領域
106 トンネル絶縁膜
107 フローティングゲート
108 ゲート絶縁膜
109 コントロールゲート
110 サイドウォール
111 基板
112 下地膜
113 非晶質半導体膜
114 結晶性半導体膜
115 レーザ光
117 金属膜
118 層間絶縁膜
119 配線
121 チャネル形成領域
122 ソース領域またはドレイン領域
200 半導体装置
201 演算処理回路
202 記憶回路
203 アンテナ
204 電源回路
205 復調回路
206 変調回路
207 リーダ/ライタ
301 基板
302 下地絶縁膜
303 半導体膜
502 TFT
503 TFT
504 TFT
506 記憶素子
507 記憶素子
508 記憶素子
600 不揮発性メモリトランジスタ
601 半導体基板
602 素子分離絶縁層
603 領域
604 領域
605 シリサイド領域
606 ゲート絶縁層
611 ゲート電極
611a 下層電極
611b 上層電極
612 ゲート絶縁層
613 ゲート電極
614 シリサイド領域
615 絶縁膜
616 サイドウォール
617 パシベーション膜
621 絶縁層
622 導電層
623 保護層
624 絶縁膜
626 導電層
627 絶縁層
628 導電層
629 絶縁膜
629 絶縁膜
632 ゲート電極
632a 下層電極
632b 上層電極
634 ゲート電極
635 ハードマスク
641 不純物元素
643 エクステンション領域
645 絶縁膜
651 不純物元素
652 領域
654 金属膜
661 ソースコンタクト
662 ドレインコンタクト
701 不揮発性メモリトランジスタ
702 タングステンプラグ
702a タングステンプラグ
702b タングステンプラグ
702c タングステンプラグ
711 絶縁膜
712 絶縁膜
713 ソース線
714 導電膜
721 絶縁膜
723 導電膜
731 ビット線
732 パシベーション膜
733 絶縁膜
1021 メモリセル
1023 メモリセルアレイ
1024 ビット線駆動回路
1025 カラムデコーダ
1026 読み出し回路
1027 セレクタ
1028 インターフェース
1029 ワード線駆動回路
1030 ロウデコーダ
1031 レベルシフタ
1032 TFT
1033 記憶素子
ビット線
ビット線
ビット線
BL ビット線
BL0 ビット線
BL1 ビット線
BL2 ビット線
SL ソース線
S1 選択トランジスタ
S2 選択トランジスタ
SG1 選択ゲート線
SG2 選択ゲート線
WL ワード線
WL00 ワード線
WL01 ワード線
WL02 ワード線
WL31 ワード線
M00 メモリセル
M01 メモリセル
M02 メモリセル
M31 メモリセル

Claims (5)

  1. ソース領域及びドレイン領域と、該ソース領域及びドレイン領域の間に設けられたチャネル形成領域を有する半導体層と、
    前記半導体層上に、第1の絶縁層、第1のゲート電極、第2の絶縁層、第2のゲート電極が順次重ね合わせて設けられ、
    前記ソース領域及びドレイン領域は、その一部又は全てがシリサイド層で形成され、
    前記第1のゲート電極は、絶縁膜で周囲が覆われていると共に、希ガス元素を含むことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  2. 請求項1において、
    前記第1のゲート電極は、一導電型を付与する不純物元素を含む半導体層で形成されるものであって、該半導体層に前記希ガス元素が含まれていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  3. 請求項1において、
    前記第1のゲート電極は、一導電型を付与する不純物元素を含む第1の半導体層と、希ガス元素を含む第2の半導体層が積層されていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  4. 請求項2または請求項3において、
    前記希ガス元素の濃度は5.0×1019atoms/cm以上であることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  5. 請求項2乃至請求項4のいずれか1項において、
    前記希ガスはアルゴン、クリプトン、キセノンから選ばれた1つであることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
JP2008059730A 2007-03-19 2008-03-10 半導体装置 Expired - Fee Related JP5301177B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008059730A JP5301177B2 (ja) 2007-03-19 2008-03-10 半導体装置

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007070421 2007-03-19
JP2007070421 2007-03-19
JP2008059730A JP5301177B2 (ja) 2007-03-19 2008-03-10 半導体装置

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2008263181A true JP2008263181A (ja) 2008-10-30
JP2008263181A5 JP2008263181A5 (ja) 2011-03-24
JP5301177B2 JP5301177B2 (ja) 2013-09-25

Family

ID=39773810

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008059730A Expired - Fee Related JP5301177B2 (ja) 2007-03-19 2008-03-10 半導体装置

Country Status (3)

Country Link
US (3) US7791172B2 (ja)
JP (1) JP5301177B2 (ja)
KR (1) KR101467389B1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010060262A (ja) * 2008-08-04 2010-03-18 Sanden Corp 冷凍回路用樹脂材料
JP2013089916A (ja) * 2011-10-21 2013-05-13 Hokkaido Univ 論理回路
JP2019040972A (ja) * 2017-08-24 2019-03-14 ウィンボンド エレクトロニクス コーポレーション 不揮発性半導体記憶装置
JP2019186349A (ja) * 2018-04-09 2019-10-24 ウィンボンド エレクトロニクス コーポレーション フラッシュメモリおよびその製造方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101453829B1 (ko) * 2007-03-23 2014-10-22 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체장치 및 그 제조 방법
WO2009001733A1 (en) * 2007-06-25 2008-12-31 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
SG10201803464XA (en) 2017-06-12 2019-01-30 Samsung Electronics Co Ltd Semiconductor memory device and method of manufacturing the same

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11150118A (ja) * 1997-09-11 1999-06-02 Nec Corp 半導体装置の製造方法
JP2001298100A (ja) * 2000-02-01 2001-10-26 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 不揮発性メモリ、半導体装置、およびその作製方法
JP2002313811A (ja) * 2001-01-29 2002-10-25 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置及びその作製方法
JP2004179501A (ja) * 2002-11-28 2004-06-24 Sharp Corp 半導体膜およびその製造方法、ならびに半導体装置、その製造方法および半導体製造装置
JP2006013481A (ja) * 2004-05-28 2006-01-12 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置及びその作製方法
JP2006032917A (ja) * 2004-06-14 2006-02-02 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置の作製方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1997132A (en) 1930-11-14 1935-04-09 Collorio Felix Packing core for earth dams
US3878549A (en) * 1970-10-27 1975-04-15 Shumpei Yamazaki Semiconductor memories
US5248630A (en) * 1987-07-27 1993-09-28 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Thin film silicon semiconductor device and process for producing thereof
JPH07114184B2 (ja) * 1987-07-27 1995-12-06 日本電信電話株式会社 薄膜形シリコン半導体装置およびその製造方法
JPH0613627A (ja) * 1991-10-08 1994-01-21 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置およびその作製方法
KR100316707B1 (ko) * 1999-02-05 2001-12-28 윤종용 모스 트랜지스터 및 그 제조방법
JP5068402B2 (ja) * 2000-12-28 2012-11-07 公益財団法人国際科学振興財団 誘電体膜およびその形成方法、半導体装置、不揮発性半導体メモリ装置、および半導体装置の製造方法
US6858480B2 (en) * 2001-01-18 2005-02-22 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of manufacturing semiconductor device
US7115453B2 (en) * 2001-01-29 2006-10-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method of the same
JP4993810B2 (ja) * 2001-02-16 2012-08-08 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法
TW541584B (en) * 2001-06-01 2003-07-11 Semiconductor Energy Lab Semiconductor film, semiconductor device and method for manufacturing same
CN1306599C (zh) * 2002-03-26 2007-03-21 松下电器产业株式会社 半导体装置及其制造方法
US7504663B2 (en) * 2004-05-28 2009-03-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device with a floating gate electrode that includes a plurality of particles
US7335556B2 (en) * 2004-06-14 2008-02-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Manufacturing method of semiconductor device
KR100642898B1 (ko) * 2004-07-21 2006-11-03 에스티마이크로일렉트로닉스 엔.브이. 반도체 장치의 트랜지스터 및 그 제조방법
US20060118869A1 (en) * 2004-12-03 2006-06-08 Je-Hsiung Lan Thin-film transistors and processes for forming the same
KR100699830B1 (ko) * 2004-12-16 2007-03-27 삼성전자주식회사 이레이즈 효율을 개선하는 비휘발성 메모리 소자 및 제조방법
KR100609587B1 (ko) * 2004-12-30 2006-08-08 매그나칩 반도체 유한회사 비휘발성 메모리 장치의 제조방법
US7968932B2 (en) * 2005-12-26 2011-06-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method thereof

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11150118A (ja) * 1997-09-11 1999-06-02 Nec Corp 半導体装置の製造方法
JP2001298100A (ja) * 2000-02-01 2001-10-26 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 不揮発性メモリ、半導体装置、およびその作製方法
JP2002313811A (ja) * 2001-01-29 2002-10-25 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置及びその作製方法
JP2004179501A (ja) * 2002-11-28 2004-06-24 Sharp Corp 半導体膜およびその製造方法、ならびに半導体装置、その製造方法および半導体製造装置
JP2006013481A (ja) * 2004-05-28 2006-01-12 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置及びその作製方法
JP2006032917A (ja) * 2004-06-14 2006-02-02 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置の作製方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010060262A (ja) * 2008-08-04 2010-03-18 Sanden Corp 冷凍回路用樹脂材料
JP2013089916A (ja) * 2011-10-21 2013-05-13 Hokkaido Univ 論理回路
JP2019040972A (ja) * 2017-08-24 2019-03-14 ウィンボンド エレクトロニクス コーポレーション 不揮発性半導体記憶装置
US11683935B2 (en) 2017-08-24 2023-06-20 Winbond Electronics Corp. NOR flash memory
JP2019186349A (ja) * 2018-04-09 2019-10-24 ウィンボンド エレクトロニクス コーポレーション フラッシュメモリおよびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US7791172B2 (en) 2010-09-07
KR101467389B1 (ko) 2014-12-01
US20100314624A1 (en) 2010-12-16
KR20080085698A (ko) 2008-09-24
US8072017B2 (en) 2011-12-06
US20080230825A1 (en) 2008-09-25
US8395201B2 (en) 2013-03-12
JP5301177B2 (ja) 2013-09-25
US20120043549A1 (en) 2012-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5301177B2 (ja) 半導体装置
EP0682370B1 (en) Storage device
TWI408694B (zh) 揮發性記憶體二通過寫入方法
US8743589B2 (en) Arrays of vertically stacked tiers of non-volatile cross point memory cells and methods of reading a data value stored by an array of vertically stacked tiers of non-volatile cross point memory cells
US8411477B2 (en) Arrays of vertically stacked tiers of non-volatile cross point memory cells, methods of forming arrays of vertically stacked tiers of non-volatile cross point memory cells, and methods of reading a data value stored by an array of vertically stacked tiers of non-volatile cross point memory cells
JP5408930B2 (ja) 半導体装置の作製方法
CN102522430B (zh) 半导体装置及其制造方法
WO2019152087A1 (en) Vertical 1t ferroelectric memory cells, memory arrays and methods of forming the same
US20090032794A1 (en) Phase change memory device and fabrication method thereof
US8896059B1 (en) Semiconductor device including multi-layered gate, electronic device including the same, and method for forming the same
JP2009033118A (ja) 半導体装置
US8110893B2 (en) Semiconductor device mounted with fuse memory
US7868315B2 (en) Semiconductor memory device and method of manufacturing the same
JP2002050704A (ja) メモリ素子およびその製造方法並びに集積回路
JP2004342767A (ja) 半導体記憶装置及び半導体装置、並びに携帯電子機器
KR102275574B1 (ko) 전자장치 및 그 제조방법
JP7065831B2 (ja) 半導体記憶素子、半導体記憶装置、半導体システム及び制御方法
JP2004297048A (ja) 集積回路、該集積回路を有する半導体表示装置及び集積回路の駆動方法
US6574131B1 (en) Depletion mode ferroelectric memory device and method of writing to and reading from the same
JP4348962B2 (ja) 不揮発性記憶素子、半導体記憶装置および不揮発性記憶素子の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20110119

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110203

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110203

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130424

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130430

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130516

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130604

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130619

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5301177

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees