JP2008294215A - Nonvolatile semiconductor storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、不揮発性半導体記憶装置に関するものである。 The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device.
不揮発性半導体記憶装置の高集積化に伴い、メモリセルのゲート長はナノメートルサイズに微細化されつつある。このゲート長の微細化はカップリング比の低下、細線効果によるワードライン抵抗の上昇をもたらし、メモリセルへの書き込み速度を低下させる。この書き込み速度低下を防止するために、ワードライン制御ゲート電極の低抵抗化、ワードライン制御ゲート電極の薄膜化(寄生容量低減)、ワードライン制御ゲート電極の空乏化改善(カップリング比向上)の3つの項目が要求される。 As the nonvolatile semiconductor memory device is highly integrated, the gate length of the memory cell is being reduced to a nanometer size. This miniaturization of the gate length causes a reduction in the coupling ratio and an increase in word line resistance due to the fine line effect, thereby reducing the writing speed to the memory cell. In order to prevent this decrease in the writing speed, the resistance of the word line control gate electrode is reduced, the word line control gate electrode is thinned (parasitic capacitance is reduced), and the depletion of the word line control gate electrode is improved (coupling ratio is improved). Three items are required.
従来のシリサイド技術(部分シリサイド)による制御ゲート電極の一部のみのシリサイド化は、細線効果によるワードライン抵抗の上昇が大きい。また、ワードライン電極ポリシリコンの薄膜化は困難である。従って、メモリセルの制御ゲート電極には、低抵抗かつゲート空乏化のないメタル電極が好適である。メタル電極は、制御ゲート電極へフルシリサイド(FUSI:Fully Silicided)を適用する構造とすることで、製造プロセスが極めて容易となり、製造コスト上有利である。 The silicidation of only a part of the control gate electrode by the conventional silicide technique (partial silicide) greatly increases the word line resistance due to the thin line effect. Moreover, it is difficult to reduce the thickness of the word line electrode polysilicon. Therefore, a metal electrode with low resistance and no gate depletion is suitable for the control gate electrode of the memory cell. Since the metal electrode has a structure in which full silicide (FUSI) is applied to the control gate electrode, the manufacturing process becomes extremely easy, which is advantageous in terms of manufacturing cost.
スタック・ゲート型不揮発性半導体記憶装置の構造では、メモリセル部にはスタック構造(制御ゲート電極/インターポリ絶縁膜/浮遊ゲート電極/トンネル酸化膜のスタック・ゲート型メモリセル構造)が採用される。また、選択ゲートトランジスタや周辺回路部(センスアンプやロウデコーダ部)の制御トランジスタのゲート電極にはインターポリ絶縁膜を部分的に抜いて(除去して)制御ゲート電極と浮遊ゲート電極とを導通させたエッチング・インターポリ(EI)構造が採用されている(例えば非特許文献1参照)。 In the structure of the stack gate type nonvolatile semiconductor memory device, a stack structure (control gate electrode / interpoly insulating film / floating gate electrode / tunnel oxide film stack gate type memory cell structure) is employed in the memory cell portion. . Also, the control gate electrode and the floating gate electrode are made conductive by partially removing (removing) the interpoly insulating film from the gate electrode of the selection gate transistor and the control transistor of the peripheral circuit section (sense amplifier and row decoder section). An etched interpoly (EI) structure is employed (see, for example, Non-Patent Document 1).
このようなスタック構造とエッチング・インターポリ構造の2つのゲート構造を有する不揮発性半導体記憶装置の制御ゲート電極にフルシリサイドを適用した場合、エッチング・インターポリ構造のトランジスタでは、インターポリ絶縁膜の除去部分を介してシリサイドが浮遊ゲート電極側へ進行し、シリサイド層がトンネル酸化膜と接触する虞がある。 When full silicide is applied to the control gate electrode of a nonvolatile semiconductor memory device having two gate structures, such as a stack structure and an etching / interpoly structure, the interpoly insulating film is removed in the etching / interpoly structure transistor. There is a possibility that the silicide proceeds to the floating gate electrode side through the portion, and the silicide layer comes into contact with the tunnel oxide film.
シリサイド層がトンネル酸化膜に接触すると、ゲート電極の仕事関数が変化し、選択トランジスタや周辺回路部の制御トランジスタの閾値ずれが生じる。シリサイドの進行はゲート電極の面積や寸法に依存するため、閾値ばらつきの問題が発生する。 When the silicide layer comes into contact with the tunnel oxide film, the work function of the gate electrode changes, and a threshold shift occurs between the selection transistor and the control transistor in the peripheral circuit portion. Since the progress of silicide depends on the area and dimensions of the gate electrode, there arises a problem of threshold variation.
また、微細化による配線間縮小に伴ってワードライン間距離が近い等の理由から容量が増大するという問題を有している。 In addition, there is a problem that the capacity increases due to the fact that the distance between the word lines is close as the inter-wiring shrinkage due to miniaturization.
また、SONOS(Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon)構造やMONOS(Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon)構造のような窒化膜トラップ型の不揮発性半導体記憶装置はカップリング比向上のため、トラップ窒化膜上に高誘電体膜(High−k膜)を積層し、その直上にワードライン制御ゲート電極を積層する構造をとる。このワードライン制御ゲート電極にフルシリサイドを適用した場合、ワードライン制御ゲート電極の仕事関数がシリサイド化前のポリシリコンの仕事関数付近に固定される“Fermi Level Pinning”という現象を生じる(例えば非特許文献2参照)。そのため、フルシリサイドを適用しても書き込み電圧が低下せず、インターポリ絶縁膜のリーク耐性を改善できないという問題が発生する。 Also, a nitride film trap type nonvolatile semiconductor memory device such as a SONOS (Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon) structure or a MONOS (Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon) structure is used for improving the coupling ratio. A high dielectric film (High-k film) is stacked on the trap nitride film, and a word line control gate electrode is stacked immediately above. When full silicide is applied to the word line control gate electrode, a phenomenon called “Fermi Level Pinning” occurs in which the work function of the word line control gate electrode is fixed near the work function of polysilicon before silicidation (for example, non-patent Reference 2). For this reason, even when full silicide is applied, the write voltage does not decrease, and the leakage resistance of the interpoly insulating film cannot be improved.
この現象はワードライン制御ゲート電極をメタルリッチなフルシリサイド電極にすることで抑制できることが知られている。しかし、ワードライン制御ゲート電極をメタルリッチなフルシリサイド電極にする場合、選択トランジスタや周辺トランジスタのゲート電極におけるシリサイド化が進行し、シリサイド膜がトンネル酸化膜に接触する虞がある。この場合も上記同様、閾値ばらつきの問題が発生する。
本発明はトランジスタ閾値ばらつきの発生を防止し、書き込み速度の高速な不揮発性半導体記憶装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device that prevents the occurrence of transistor threshold variation and has a high writing speed.
本発明の一態様による不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に第1の方向に沿って所定間隔を空けて形成された複数の第1のトンネル酸化膜と、前記複数の第1のトンネル酸化膜上に形成された複数の浮遊ゲート電極と、前記複数の第1のトンネル酸化膜の間の前記半導体基板表面部に形成された溝を埋め込み、上面が前記浮遊ゲート電極の上面より低く形成された素子分離領域と、前記浮遊ゲート電極及び前記素子分離領域を覆うように前記第1の方向に沿って帯状に形成されたインターポリ絶縁膜と、前記インターポリ絶縁膜上に形成された金属シリサイド膜からなる制御ゲート電極と、をそれぞれ有する複数のメモリセルトランジスタと、前記複数のメモリセルトランジスタの両端にそれぞれ1つずつ配置され、順に積層された第2のトンネル酸化膜、下部ゲート電極、開口部を含む絶縁膜、及び前記開口部を介して前記下部ゲート電極に接続される上部ゲート電極を有する選択トランジスタと、を備え、前記浮遊ゲート電極上方の前記制御ゲート電極の膜厚をHcell、前記上部ゲート電極の膜厚をHsg、前記浮遊ゲート電極の上面と前記素子分離領域の上面の高さの差をHebとした場合、Hsg×8/9>Hcell≧Hsg×7/9−Heb×11/9となるものである。 A nonvolatile semiconductor memory device according to an aspect of the present invention includes a semiconductor substrate, a plurality of first tunnel oxide films formed on the semiconductor substrate at a predetermined interval along a first direction, and the plurality of the plurality of tunnel oxide films. A plurality of floating gate electrodes formed on the first tunnel oxide film and a groove formed in the surface portion of the semiconductor substrate between the plurality of first tunnel oxide films are embedded, and an upper surface of the floating gate electrode An element isolation region formed lower than the upper surface; an interpoly insulating film formed in a strip shape along the first direction so as to cover the floating gate electrode and the element isolation region; and on the interpoly insulating film A plurality of memory cell transistors each having a control gate electrode made of a formed metal silicide film, and one at each end of each of the plurality of memory cell transistors. A selection transistor having a second tunnel oxide film, a lower gate electrode, an insulating film including an opening, and an upper gate electrode connected to the lower gate electrode through the opening; When the thickness of the control gate electrode above the floating gate electrode is Hcell, the thickness of the upper gate electrode is Hsg, and the difference in height between the upper surface of the floating gate electrode and the upper surface of the element isolation region is Heb, Hsg X8 / 9> Hcell ≧ Hsg × 7 / 9−Heb × 11/9.
また、本発明の一態様による不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に第1の方向に沿って所定間隔を空けて形成された複数の第1のトンネル酸化膜と、前記複数の第1のトンネル酸化膜上に形成された複数のトラップ窒化膜と、前記複数の第1のトンネル酸化膜の間の前記半導体基板表面部に形成された溝を埋め込み、上面が前記トラップ窒化膜の上面と同じ高さに、又は高く形成された素子分離領域と、前記トラップ窒化膜及び前記素子分離領域上に前記第1の方向に沿って帯状に形成されたインターポリ絶縁膜と、前記インターポリ絶縁膜上に形成された金属シリサイド膜からなる制御ゲート電極と、をそれぞれ有する複数のメモリセルトランジスタと、前記複数のメモリセルトランジスタの両端にそれぞれ1つずつ配置され、第2のトンネル酸化膜及び前記第2のトンネル酸化膜上に形成されたゲート電極を有する選択トランジスタと、を備え、前記制御ゲート電極の膜厚をHcell、前記ゲート電極の膜厚をHsg、前記インターポリ絶縁膜の膜厚をHipd、前記トラップ窒化膜の膜厚をHsinとした場合、0<Hcell<Hsg×8/9−Hipd−Hsinとなるものである。 In addition, a nonvolatile semiconductor memory device according to an aspect of the present invention includes a semiconductor substrate, a plurality of first tunnel oxide films formed on the semiconductor substrate at predetermined intervals along a first direction, A plurality of trap nitride films formed on the plurality of first tunnel oxide films and a groove formed in the semiconductor substrate surface portion between the plurality of first tunnel oxide films are embedded, and an upper surface is the trap nitride film An element isolation region formed at the same height as or higher than the upper surface of the film, an interpoly insulating film formed in a strip shape along the first direction on the trap nitride film and the element isolation region, and A plurality of memory cell transistors each having a control gate electrode made of a metal silicide film formed on an interpoly insulating film, and one at each end of each of the plurality of memory cell transistors. And a selection transistor having a second tunnel oxide film and a gate electrode formed on the second tunnel oxide film, the control gate electrode having a thickness of Hcell, and the gate electrode having a thickness of Is Hsg, the thickness of the interpoly insulating film is Hipd, and the thickness of the trap nitride film is Hsin, 0 <Hcell <Hsg × 8 / 9−Hipd−Hsin.
本発明によれば、トランジスタ閾値ばらつきの発生を防止し、書き込み速度を高速にすることができる。 According to the present invention, it is possible to prevent the occurrence of variations in transistor thresholds and increase the writing speed.
以下、本発明の実施の形態による不揮発性半導体記憶装置を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)図1に本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の概略構成を示す。図1はビット線方向(図中矢印I)に沿った断面及びワード線方向(図中矢印II)に沿った断面を示す。 (First Embodiment) FIG. 1 shows a schematic configuration of a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a cross section along the bit line direction (arrow I in the figure) and a cross section along the word line direction (arrow II in the figure).
半導体基板101表面部分にはビット線方向(図中矢印I)に沿って所定間隔をもって不純物拡散層102が形成される。不純物拡散層102間の半導体基板101上にはそれぞれトンネル酸化膜103、浮遊ゲート電極104a、インターポリ絶縁膜105a、制御ゲート電極106aが順に積層された複数のメモリセルトランジスタ1が形成されている。
メモリセルトランジスタ1ではワード線方向(図中矢印II)に沿って半導体基板101に所定間隔を空けて複数の埋め込み型の素子分離領域107が形成される。素子分離領域107の間の半導体基板101上にはトンネル酸化膜103が形成され、トンネル酸化膜103上には上面の高さが素子分離領域107の上面より高い浮遊ゲート電極104aが形成されている。
In the
浮遊ゲート電極104a及び素子分離領域107の上にインターポリ絶縁膜105aが形成されている。インターポリ絶縁膜105aは下層の浮遊ゲート電極104a及び素子分離領域107の表面形状に応じた凹凸のある形状になっている。
An
このインターポリ絶縁膜105aの上には制御ゲート電極106aが形成されている。この制御ゲート電極106aの下面は下層のインターポリ絶縁膜105aの表面形状に応じた凹凸のある形状になっている。
A
ビット線方向(図中矢印I)に並んだ複数のメモリセルトランジスタ1の両端には選択トランジスタ2がそれぞれ1つずつ形成される(図では一端のみを示す)。選択トランジスタ2もメモリセルトランジスタ1と同様の構成となっているが、インターポリ絶縁膜105bの一部に開孔部108が形成されており、浮遊ゲート電極104bと制御ゲート電極106bが接続されたゲート電極109を有するエッチング・インターポリ構造になっている。以下ではゲート電極109の浮遊ゲート電極104b部分を下部ゲート電極、制御ゲート電極106b部分を上部ゲート電極と称する。
One
メモリセルトランジスタ1の制御ゲート電極106aはニッケルフルシリサイド(FUSI)ゲート電極である。一方、選択トランジスタ2のゲート電極109はニッケルシリサイド膜106cとポリシリコン膜106dを有する部分シリサイド構造となっている。
The
メモリセルトランジスタ1間、メモリセルトランジスタ1と選択トランジスタ2との間の半導体基板101上には層間絶縁膜110が形成されている。
An interlayer
メモリセルトランジスタ1の制御ゲート電極106aの膜厚は選択トランジスタ2の上部ゲート電極106bの膜厚より薄くなっている。具体的にはメモリセルトランジスタ1の制御ゲート電極106aの膜厚Hcellと選択トランジスタ2の上部ゲート電極106bの膜厚Hsgは、Hcell<8×Hsg/9という関係にある。数値の意義については後述する。
The film thickness of the
これにより、制御ゲート電極106aをフルシリサイド化する工程において、選択トランジスタ2のゲート電極109に形成されるシリサイド膜がトンネル酸化膜103に到達することを防止し、閾値ずれに伴う閾値ばらつきの発生を抑制することができる。また、制御ゲート電極の膜厚を薄くすることで、ワードライン間容量を低減し、メモリセルの動作速度を上昇させることができる。
This prevents the silicide film formed on the
次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を図2〜図12に示す工程断面図を用いて説明する。工程断面図は同一の工程に対して(a)ビット線方向(図1における矢印Iに相当)に沿った垂直断面と(b)ワード線方向(図1における矢印IIに相当)に沿った垂直断面の2方向の垂直断面を示している。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to process cross-sectional views shown in FIGS. The process sectional view shows (a) a vertical section along the bit line direction (corresponding to arrow I in FIG. 1) and (b) a vertical direction along the word line direction (corresponding to arrow II in FIG. 1) with respect to the same process. A vertical section in two directions of the section is shown.
まず、図2に示すように半導体基板201上に化学気相成長(CVD)法により膜厚8nmの例えばシリコン酸化膜からなるトンネル酸化膜202を形成する。その上にCVD法により膜厚80nmの例えばポリシリコン膜からなる浮遊ゲート電極203を形成した後、所定間隔を空けてビット線方向に沿って半導体基板201、トンネル酸化膜202及び浮遊ゲート電極203をRIE(反応性イオンエッチング)等の異方性エッチングによりエッチングして複数の溝T1を形成する。この複数の溝T1に例えばシリコン酸化膜を埋め込むことで素子分離領域204を形成する。その後、全面にCVD法により膜厚15nmの例えばシリコン酸化膜からなるインターポリ絶縁膜205を形成する。インターポリ絶縁膜205は下層の浮遊ゲート電極203及び素子分離領域204の表面形状に応じた凹凸のある形状になる。
First, as shown in FIG. 2, a
図3に示すように、インターポリ絶縁膜205上にCVD法によりポリシリコン膜301aを形成し、後に選択トランジスタが形成される領域A1の一部のポリシリコン膜301a及びインターポリ絶縁膜205及び浮遊ゲート電極203をパターニングしたレジスト(図示せず)を用いてRIEにより除去し、溝T2を形成する。
As shown in FIG. 3, a
インターポリ絶縁膜205は高い信頼性を要求されるものであり、溝T2を形成する際に塗布されるレジストを直接インターポリ絶縁膜に接触させることは好ましくない。そのため、一旦ポリシリコン膜301aを形成した後に、溝T2の形成を行っている。
The interpoly
図4に示すように、ポリシリコン膜301a上にCVD法により溝T2を埋め込むようにポリシリコン膜301bを形成する。ポリシリコン膜301a、301bの膜厚合計が150nmとなるようにする。
As shown in FIG. 4, a
図5に示すように全面にCVD法により例えばシリコン窒化膜のマスク材501を形成する。そして所定間隔を空けてワード線方向に沿ってマスク材501、ポリシリコン膜301a、301b、インターポリ絶縁膜205、浮遊ゲート電極203及びトンネル酸化膜202をRIEにより除去して、半導体基板201の表面を露出する複数の溝T3を形成する。
As shown in FIG. 5, a
これによりワード線が形成され、メモリセルトランジスタ1、選択トランジスタ2の形状が決定する。メモリセルトランジスタ1では、ポリシリコン膜301a及び301bは制御ゲート電極401となる。また、選択トランジスタ2では、インターポリ絶縁膜205上下のポリシリコン膜が接続されるエッチング・インターポリ構造のゲート電極402となる。以下ではゲート電極402のインターポリ絶縁膜205上部分を上部ゲート電極402a、インターポリ絶縁膜205下部分を下部ゲート電極402bとする。
As a result, a word line is formed, and the shapes of the
その後、半導体基板201に不純物を注入し熱処理を行い、拡散層502を形成する。
Thereafter, impurities are implanted into the
図6に示すように、CVD法により例えばシリコン酸化膜を溝T3を埋め込むように形成し、マスク材501をストッパ膜としてCMP(化学的機械研磨)法により平坦化処理を行い、層間絶縁膜601を形成する。
As shown in FIG. 6, for example, a silicon oxide film is formed to fill the trench T3 by a CVD method, and a planarization process is performed by a CMP (chemical mechanical polishing) method using a
図7に示すように、選択トランジスタ2上にレジスト701を形成する。合わせずれ等を考慮してレジスト701は選択トランジスタ2より少し大きく形成する。
As shown in FIG. 7, a resist 701 is formed on the
図8に示すようにメモリセルトランジスタ1上のマスク材501を除去する。
As shown in FIG. 8, the
図9に示すように、レジスト701をエッチングマスクとして制御ゲート電極(ポリシリコン膜)401をエッチバックする。エッチング手法は例えばCDE(Chemical Dry Etching:ケミカルドライエッチング)である。このとき層間絶縁膜601も多少除去される。制御ゲート電極401のエッチバック量については後述する。
As shown in FIG. 9, the control gate electrode (polysilicon film) 401 is etched back using the resist 701 as an etching mask. The etching method is, for example, CDE (Chemical Dry Etching). At this time, the
図10に示すように、レジスト701及びマスク材501を除去する。レジスト701除去にはAshing(灰化)及びSPM(硫酸過水)洗浄、APM(アンモニア過水)洗浄を組み合わせたプロセスを用いる。また、選択トランジスタ2の上部ゲート電極402aの上面と隣接する層間絶縁膜601の上面が平坦になるように層間絶縁膜601をエッチングする。
As shown in FIG. 10, the resist 701 and the
図11に示すように、全面にニッケル膜1101を形成する。
As shown in FIG. 11, a
図12に示すように熱処理によって制御ゲート電極(ポリシリコン膜)401とニッケル膜1101を反応させ、ニッケルシリサイド膜1201を形成する。メモリセルトランジスタの制御ゲート電極をフルシリサイド化させる。メモリセルトランジスタの制御ゲート電極は図9に示す工程で高さを低減させている。また、シリサイド化はゲート長依存性があり、メモリセルトランジスタよりも選択トランジスタの方がシリサイド化が遅い。従って、制御ゲート電極401のフルシリサイド化が終了したとき、選択トランジスタ2のゲート電極402のシリサイド化は上部ゲート電極402aの一部か、又は下部ゲート電極402bの一部までであり、トンネル酸化膜202まで到達することはない。制御ゲート電極401のフルシリサイド化終了後、未反応のニッケル膜1101を薬液でエッチング除去する。
As shown in FIG. 12, the control gate electrode (polysilicon film) 401 and the
その後、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜の堆積、シリコン酸化膜表面の平坦化、制御ゲート電極上面を露出するコンタクトホールの形成、コンタクトホール内部への導電層の埋め込み、配線層の形成等を行い、不揮発性半導体記憶装置を製造する(図示せず)。 After that, silicon nitride film, silicon oxide film deposition, silicon oxide film surface flattening, formation of contact hole exposing the upper surface of the control gate electrode, embedding of a conductive layer inside the contact hole, formation of a wiring layer, etc. A non-volatile semiconductor memory device is manufactured (not shown).
図9に示す工程での制御ゲート電極401のエッチバック量について説明する。制御ゲート電極401のエッチバック量(膜厚)をΔHcell、選択トランジスタ2の上部ゲート電極402aの膜厚をHsg、エッチバック後の制御ゲート電極401の膜厚をHcell(=Hsg−ΔHcell)、インターポリ絶縁膜205の膜厚をHipd、選択トランジスタの下部ゲート電極402b(メモリセルトランジスタの浮遊ゲート電極203)の膜厚をHfg、インターポリ絶縁膜205の素子分離領域204上での落とし込み量をHebとする。
An etch back amount of the
シリサイド化はゲート長依存性があり、選択トランジスタ2はメモリセルトランジスタ1よりもゲート長が大きいため、シリサイド化が遅い。従って、エッチバック後の制御ゲート電極401の上面が、どの選択トランジスタの上部ゲート電極402aの上面よりも低くなっていれば、制御ゲート電極401のフルシリサイド化が終了したとき、選択トランジスタのゲート電極に形成されるシリサイド膜はトンネル酸化膜202まで到達しないと考えられる。
Silicidation has a gate length dependency, and the
CVD法により形成されたポリシリコン膜からなる選択トランジスタの上部ゲート電極402a(エッチバック前の制御ゲート電極401)の膜厚にはバラツキが±約10%ある。また、制御ゲート電極(ポリシリコン膜)401のエッチバック量のバラツキも±約10%ある。
The film thickness of the
従って、エッチバック後の制御ゲート電極401の上面が、どの選択トランジスタの上部ゲート電極402aの上面よりも低くなるという条件は
0.9×Hsg>Hsg−0.9×ΔHcell
ΔHcell>Hsg/9
となる。つまり制御ゲート電極401のエッチバック量(膜厚)ΔHcellの下限値は選択トランジスタの上部ゲート電極402a(エッチバック前の制御ゲート電極401)の膜厚Hsgの1/9倍であり、エッチバック後の制御ゲート電極401の膜厚Hcellは選択トランジスタの上部ゲート電極402aの膜厚Hsgの8/9倍未満になっていればよい。
Therefore, the condition that the upper surface of the
ΔH cell > H sg / 9
It becomes. That is, the lower limit value of the etch back amount (film thickness) ΔH cell of the
また、インターポリ絶縁膜205、選択トランジスタの下部ゲート電極402b(メモリセルトランジスタの浮遊ゲート電極203)、インターポリ絶縁膜205の素子分離領域204上での落とし込み量にも±約10%のバラツキがある。これを考慮した上で、選択トランジスタのゲート電極に形成されるシリサイド膜がトンネル酸化膜202まで到達しない条件は
1.1×Hsg−0.9×ΔHcell+1.1×Heb>0.9(Hsg+Hipd+Hfg)
ΔHcell<2×Hsg/9+11×Heb/9−(Hipd+Hfg)
となる。この値が制御ゲート電極401のエッチバック量(膜厚)ΔHcellの上限値となる。つまりエッチバック後の制御ゲート電極401の膜厚Hcellの下限値は7×Hsg/9−11×Heb/9+Hipd+Hfgである。
Further, the amount of dropping of the interpoly
ΔH cell <2 × H sg / 9 + 11 × H eb / 9− (H ipd + H fg )
It becomes. This value is the upper limit value of the etch back amount (film thickness) ΔH cell of the
選択トランジスタの下部ゲート電極402bとなるポリシリコン膜は粒状のポリシリコンの集合体となっている。粒状ポリシリコンの界面を伝うように下方向(トンネル酸化膜202へ向かう方向)へのシリサイド化が早く進み、シリサイド膜がトンネル酸化膜202に接触するおそれがある。そのため、選択トランジスタにおけるシリサイド化がインターポリ絶縁膜205に接触するところで止まり、下部ゲート電極402bに侵入しないように制御ゲート電極401をエッチバックしても良い。この場合のエッチバック量の条件は、
1.1×Hsg−0.9×ΔHcell+1.1×Heb≧0.9×Hsg
ΔHcell≦2×Hsg/9+11×Heb/9
となる。従って、2×Hsg/9+11×Heb/9を制御ゲート電極401のエッチバック量(膜厚)ΔHcellの上限値の条件としても良い。このときエッチバック後の制御ゲート電極401の膜厚Hcellは7×Hsg/9−11×Heb/9である。
The polysilicon film that becomes the
1.1 × H sg −0.9 × ΔH cell + 1.1 × H eb ≧ 0.9 × H sg
ΔH cell ≦ 2 × H sg / 9 + 11 × H eb / 9
It becomes. Therefore, 2 × H sg / 9 + 11 × H eb / 9 may be set as the condition for the upper limit value of the etch back amount (film thickness) ΔH cell of the
なお、周辺回路部におけるトランジスタ(周辺トランジスタ)は図2〜12で示される選択トランジスタと同様の工程で形成されるため、図13に示すように、ゲート電極1302のシリサイド化は下部ゲート電極1302bの一部か、又は上部ゲート電極1302aの一部までであり、トンネル酸化膜202まで到達することはない。周辺トランジスタは選択トランジスタよりもサイズが大きいため、上部ゲート電極1302aと下部ゲート電極1302bを接続する開口部1303は複数形成される場合がある。
Note that since the transistor (peripheral transistor) in the peripheral circuit portion is formed in the same process as the selection transistor shown in FIGS. 2 to 12, the silicidation of the
このようにメモリセルトランジスタの制御ゲート電極をエッチバックした後にシリサイド膜の形成を行うため、メモリセルトランジスタの制御ゲート電極のフルシリサイド化が終了した時に、選択トランジスタや周辺トランジスタに形成されるシリサイド膜がトンネル酸化膜に接触することはなく、閾値ずれに伴う閾値ばらつきの発生を抑制した不揮発性半導体記憶装置を製造することができる。また、制御ゲート電極の膜厚を薄くしたことで、ワードライン間容量を低減し、動作速度を上昇させた不揮発性半導体記憶装置となる。 Since the silicide film is formed after the control gate electrode of the memory cell transistor is etched back in this manner, the silicide film formed on the selection transistor and the peripheral transistor when the full silicidation of the control gate electrode of the memory cell transistor is completed. Does not come into contact with the tunnel oxide film, and a non-volatile semiconductor memory device in which occurrence of threshold variation due to threshold shift is suppressed can be manufactured. Further, by reducing the thickness of the control gate electrode, a nonvolatile semiconductor memory device in which the capacity between word lines is reduced and the operation speed is increased is obtained.
(第1の比較例)第1の比較例による不揮発性半導体記憶装置の製造方法を説明する。図2〜図6に示す工程は上記第1の実施形態と同様のため、説明を省略する。 (First Comparative Example) A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the first comparative example will be described. Since the steps shown in FIGS. 2 to 6 are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.
図14に示すように、マスク材501を除去し、制御ゲート電極401及び上部ゲート電極402aの上面を露出する。
As shown in FIG. 14, the
図15に示すように、全面にニッケル膜1501を形成する。
As shown in FIG. 15, a
図16に示すように、熱処理によってポリシリコン膜である制御ゲート電極401、ゲート電極402とニッケル膜1501とを反応させ、ニッケルシリサイド膜1601、1602を形成する。メモリセルトランジスタの制御ゲート電極をフルシリサイド化させる。制御ゲート電極401のフルシリサイド化終了後、未反応のニッケル膜1501を薬液でエッチング除去する。
As shown in FIG. 16, the
このとき、図16に示すように選択トランジスタに形成されるニッケルシリサイド膜1602がトンネル酸化膜202まで到達する場合がある。シリサイド膜1602がトンネル酸化膜202に接触すると、ゲート電極の仕事関数が変化し、閾値ずれに伴う閾値ばらつきが生じ、装置性能を劣化させる。これは選択トランジスタだけでなく、周辺トランジスタにも起こり得る。
At this time, the
このように第1の比較例による半導体記憶装置は閾値ばらつきが生じるおそれがあり、また微細化による配線間縮小に伴ってワードライン間距離が近い等の理由から容量が増大し、動作速度が低減するという問題を有する。 As described above, the semiconductor memory device according to the first comparative example may cause a threshold variation, and the capacity increases due to the fact that the distance between the word lines is close due to the reduction in the wiring between the miniaturization, thereby reducing the operation speed. Have the problem of
一方、上記第1の実施形態による半導体記憶装置は、メモリセルトランジスタの制御ゲート電極を選択トランジスタや周辺トランジスタより低くしているため、ワードライン間容量を低減し、動作速度を上昇させる。また、メモリセルトランジスタの制御ゲート電極のフルシリサイド化が終了した時に、選択トランジスタや周辺トランジスタに形成されるシリサイド膜がトンネル酸化膜に接触することを防止し、閾値ずれに伴う閾値ばらつきの発生を抑制することができる。 On the other hand, in the semiconductor memory device according to the first embodiment, since the control gate electrode of the memory cell transistor is lower than that of the selection transistor or the peripheral transistor, the capacity between word lines is reduced and the operation speed is increased. In addition, when full silicidation of the control gate electrode of the memory cell transistor is completed, the silicide film formed in the selection transistor and the peripheral transistor is prevented from coming into contact with the tunnel oxide film, and variation in threshold value due to threshold deviation occurs. Can be suppressed.
(第2の実施形態)図17に本発明の第2の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の概略構成を示す。図17はビット線方向(図中矢印I)に沿った断面及びワード線方向(図中矢印II)に沿った断面を示す。 (Second Embodiment) FIG. 17 shows a schematic configuration of a nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 17 shows a cross section along the bit line direction (arrow I in the figure) and a cross section along the word line direction (arrow II in the figure).
半導体基板1701表面部分にはビット線方向(図中矢印I)に沿って所定間隔をもって不純物拡散層1702が形成される。不純物拡散層1702間の半導体基板1701上にはそれぞれトンネル酸化膜1703、トラップ窒化膜1704、インターポリ絶縁膜1705、制御ゲート電極1706が順に積層された複数のメモリセルトランジスタ71が形成されている。トンネル酸化膜1703は例えばシリコン酸化膜、トラップ窒化膜1704は例えばシリコン窒化膜、インターポリ絶縁膜1705は例えばハフニウムアルミネート(HfAlO)膜の高誘電体膜である。
メモリセルトランジスタ71ではワード線方向(図中矢印II)に沿って半導体基板1701に所定間隔を空けて複数の埋め込み型の素子分離領域1707が形成される。素子分離領域1707は例えばシリコン酸化膜である。
In the
素子分離領域1707の間の半導体基板101上にはトンネル酸化膜1703が形成され、トンネル酸化膜1703上には上面の高さが素子分離領域1707の上面と同じトラップ窒化膜1704が形成されている。
A
トラップ窒化膜1704及び素子分離領域1707の上にインターポリ絶縁膜1705、制御ゲート電極1706が順次形成されている。
An interpoly insulating
ビット線方向に並んだ複数のメモリセルトランジスタ71の両端には選択トランジスタ72がそれぞれ1つずつ形成される(図では一端のみを示す)。選択トランジスタ72はトンネル酸化膜1703及びトンネル酸化膜1703上に形成されたゲート電極1708を有する。
One
メモリセルトランジスタ71の制御ゲート電極1706はニッケルフルシリサイド(FUSI)ゲート電極である。ニッケルとシリコンの組成比が2:1(Ni2Si)又は3:1(Ni3Si)のメタルリッチなフルシリサイド電極である。一方、選択トランジスタ72のゲート電極1708はニッケルシリサイド膜1708aとポリシリコン膜1708bを有する部分シリサイド構造となっている。
The
メモリセルトランジスタ71間、メモリセルトランジスタ71と選択トランジスタ72との間の半導体基板1701上には層間絶縁膜1709が形成されている。
An interlayer insulating
上記第1の実施形態は制御ゲート電極/インターポリ絶縁膜/浮遊ゲート電極/トンネル酸化膜のスタック・ゲート型メモリセル構造だったのに対し、本実施形態はMONOS構造となっている。 While the first embodiment has a stacked gate type memory cell structure of control gate electrode / interpoly insulating film / floating gate electrode / tunnel oxide film, this embodiment has a MONOS structure.
メモリセルトランジスタ71の制御ゲート電極1706の上面は選択トランジスタ72のゲート電極1708の上面より低くなっている。具体的にはメモリセルトランジスタ71の制御ゲート電極1706の膜厚Hcell、インターポリ絶縁膜1705の膜厚Hipd、トラップ窒化膜1704の膜厚Hsin、ゲート電極1708の膜厚Hsgには、0<Hcell<8×Hsg/9−Hsin−Hipdという関係にある。数値の意義については後述する。
The upper surface of the
これにより、制御ゲート電極1706をフルシリサイド化する工程において、選択トランジスタ72のゲート電極1708に形成されるシリサイド膜がトンネル酸化膜1703に到達することを防止し、閾値ずれに伴う閾値ばらつきの発生を抑制することができる。また、高誘電体膜であるインターポリ絶縁膜上の制御ゲート電極がメタルリッチなフルシリサイド電極であるため、“Fermi Level Pinning”現象を抑制することができ、インターポリ絶縁膜のリーク耐性を向上することができる。また、制御ゲート電極の膜厚を薄くすることで、ワードライン間容量を低減し、メモリセルの動作速度を上昇させることができる。
This prevents the silicide film formed on the
次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を図18〜図28に示す工程断面図を用いて説明する。工程断面図は同一の工程に対して(a)ビット線方向(図17における矢印Iに相当)に沿った垂直断面と(b)ワード線方向(図17における矢印IIに相当)に沿った垂直断面の2方向の垂直断面を示している。 Next, the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment will be described with reference to process cross-sectional views shown in FIGS. The process sectional view shows (a) a vertical section along the bit line direction (corresponding to arrow I in FIG. 17) and (b) a vertical direction along the word line direction (corresponding to arrow II in FIG. 17) with respect to the same process. A vertical section in two directions of the section is shown.
まず、図18に示すように半導体基板1801上に化学気相成長(CVD)法により膜厚5nmの例えばシリコン酸化膜からなるトンネル酸化膜1802を形成する。その上にALD法により膜厚5nmの例えばシリコン窒化膜からなるトラップ窒化膜1803を形成した後、所定間隔を空けてビット線方向に沿って半導体基板1801、トンネル酸化膜1802及びトラップ窒化膜1803をRIE(反応性イオンエッチング)等の異方性エッチングによりエッチングして複数の溝T4を形成する。この複数の溝T4に例えばシリコン酸化膜を埋め込むことで素子分離領域1804を形成する。そして、平坦化を行った後、全面にCVD法により膜厚15nmの例えばハフニウムアルミネート(HfAlO)膜からなるインターポリ絶縁膜1805を形成する。
First, as shown in FIG. 18, a
図19に示すように、インターポリ絶縁膜1805上にCVD法によりポリシリコン膜1901を堆積し、後にメモリセルトランジスタとなる領域以外のポリシリコン膜1901、インターポリ絶縁膜1805、トラップ窒化膜1803をパターニングしたレジスト(図示せず)を用いてRIEにより除去する。
As shown in FIG. 19, a
図20に示すように、ポリシリコン膜2001を堆積し、ポリシリコン膜2001上に例えばシリコン窒化膜のマスク材2002を形成する。
As shown in FIG. 20, a
図21に示すように、所定間隔を空けてワード線方向に沿ってマスク材2002、ポリシリコン膜2001及びトンネル酸化膜1802をRIEにより除去して、半導体基板1801の表面を露出する複数の溝T5を形成する。これによりワード線が形成され、メモリセルトランジスタ71、選択トランジスタ72の形状が決まる。メモリセルトランジスタ71のポリシリコン膜1901、2001が制御ゲート電極2102、選択トランジスタ72のポリシリコン膜2001がゲート電極2103となる。その後、半導体基板1801に不純物を注入し熱処理を行い、拡散層2101を形成する。
As shown in FIG. 21, the
図22に示すように、CVD法により例えばシリコン酸化膜を溝T5を埋め込むように形成し、マスク材2002をストッパ膜としてCMP(化学的機械研磨)法により平坦化処理を行い、層間絶縁膜2201を形成する。
As shown in FIG. 22, for example, a silicon oxide film is formed by CVD to fill the trench T5, and planarization is performed by CMP (Chemical Mechanical Polishing) using the
図23に示すように、選択トランジスタ72上にレジスト2301を形成する。合わせずれ等を考慮してレジスト2301は選択トランジスタ72より少し大きく形成する。
As shown in FIG. 23, a resist 2301 is formed on the
図24に示すように、メモリセルトランジスタ71上のマスク材2002を除去する。
As shown in FIG. 24, the
図25に示すように、レジスト2301をエッチングマスクとして制御ゲート電極(ポリシリコン膜)2102をエッチバックする。エッチング手法は例えばCDE(Chemical Dry Etching:ケミカルドライエッチング)である。このとき層間絶縁膜2201も多少除去される。エッチバック量については後述する。
As shown in FIG. 25, the control gate electrode (polysilicon film) 2102 is etched back using the resist 2301 as an etching mask. The etching method is, for example, CDE (Chemical Dry Etching). At this time, the
図26に示すように、レジスト2301及びマスク材2002を除去する。レジスト2301除去にはAshing(灰化)及びSPM(硫酸過水)洗浄、APM(アンモニア過水)洗浄を組み合わせたプロセスを用いる。また、選択トランジスタのゲート電極の上面と層間絶縁膜2201の上面が平坦になるように層間絶縁膜2201をエッチングする。
As shown in FIG. 26, the resist 2301 and the
図27に示すように、全面にニッケル膜2701を形成する。
As shown in FIG. 27, a
図28に示すように熱処理によって制御ゲート電極(ポリシリコン膜)2102とニッケル膜2701を反応させ、ニッケルシリサイド膜2801を形成する。メモリセルトランジスタの制御ゲート電極をフルシリサイド化させる。図27に示す工程でニッケル膜2701を厚く(例えばポリシリコン膜2102の膜厚Hcellと同じ膜厚で)成膜して、メタルリッチフルシリサイドとする。これにより制御ゲート電極の組成はNi2Si又はNi3Siとなる。
As shown in FIG. 28, the control gate electrode (polysilicon film) 2102 and the
メモリセルトランジスタの制御ゲート電極は図25に示す工程で高さを低減させている。また、シリサイド化は一般的にゲート長依存性があり、メモリセルトランジスタよりも選択トランジスタの方がシリサイド化が遅い。従って、フルシリサイド化が終了したとき、選択トランジスタのゲート電極2103のシリサイド化はゲート電極の一部までであり、トンネル酸化膜1802まで到達することはない。制御ゲート電極のフルシリサイド化終了後、未反応のニッケル膜2701を薬液でエッチング除去する。
The height of the control gate electrode of the memory cell transistor is reduced by the process shown in FIG. Silicidation generally depends on the gate length, and the selection transistor is slower in silicidation than the memory cell transistor. Therefore, when full silicidation is completed, silicidation of the
その後、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜の堆積、シリコン酸化膜表面の平坦化、制御ゲート電極上面を露出するコンタクトホールの形成、コンタクトホール内部への導電層の埋め込み、配線層の形成等を行い、不揮発性半導体記憶装置を製造する(図示せず)。 After that, silicon nitride film, silicon oxide film deposition, silicon oxide film surface flattening, formation of contact hole exposing the upper surface of the control gate electrode, embedding of a conductive layer inside the contact hole, formation of a wiring layer, etc. A non-volatile semiconductor memory device is manufactured (not shown).
図25に示す工程での制御ゲート電極のエッチバック量について説明する。制御ゲート電極2102のエッチバック量(膜厚)をΔHcell、インターポリ絶縁膜1805の膜厚をHipd、トラップ窒化膜1803の膜厚をHsin、選択トランジスタのゲート電極2103の膜厚をHsg、エッチバック後の制御ゲート電極2102の膜厚をHcell(=Hsg−ΔHcell−Hsin−Hipd)とする。
An etch back amount of the control gate electrode in the step shown in FIG. 25 will be described. The etch back amount (film thickness) of the
シリサイド化は一般的にゲート長依存性があり、選択トランジスタはメモリセルトランジスタよりもゲート長が大きいため、シリサイド化が遅い。従って、エッチバック後の制御ゲート電極2102の上面が、どの選択トランジスタのゲート電極2103の上面よりも低くなっていれば、制御ゲート電極のフルシリサイド化が終了したとき、選択トランジスタのゲート電極に形成されるシリサイド膜はトンネル酸化膜1802まで到達しないと考えられる。
Silicidation generally depends on the gate length, and the selection transistor has a larger gate length than the memory cell transistor, and therefore silicidation is slow. Therefore, if the upper surface of the
CVD法により形成され、平坦化されたポリシリコン膜からなる選択トランジスタのゲート電極(エッチバック前の制御ゲート電極)の膜厚にはバラツキが±約10%ある。また、制御ゲート電極(ポリシリコン膜)のエッチバック量のバラツキも±約10%ある。 There is a variation of about ± 10% in the film thickness of the gate electrode (control gate electrode before the etch back) of the selection transistor formed of the planarized polysilicon film formed by the CVD method. Further, the variation of the etch back amount of the control gate electrode (polysilicon film) is ± 10%.
従って、エッチバック後の制御ゲート電極の上面が、どの選択トランジスタのゲート電極の上面よりも低くなるという条件は
0.9×Hsg>Hsg−0.9×ΔHcell
ΔHcell>Hsg/9
となる。つまり制御ゲート電極のエッチバック量(膜厚)ΔHcellの下限値は選択トランジスタのゲート電極の膜厚Hsgの1/9倍であり、エッチバック後の制御ゲート電極の膜厚Hcell、インターポリ絶縁膜1805の膜厚Hipd及びトラップ窒化膜1803の膜厚Hsinの合計が選択トランジスタのゲート電極の膜厚Hsgの8/9倍未満になっていればよい。
Therefore, the condition that the upper surface of the control gate electrode after etch-back is lower than the upper surface of the gate electrode of any selection transistor is 0.9 × H sg > H sg −0.9 × ΔH cell
ΔH cell > H sg / 9
It becomes. That lower limit value of the control etch-back amount of the gate electrode (film thickness) [Delta] H cell is 1/9 times the thickness H sg of the gate electrode of the selection transistor, the thickness H cell control gate electrode after etch back, inter The total of the film thickness H ipd of the poly insulating
また、インターポリ絶縁膜1805、トラップ窒化膜1803の膜厚にも±約10%のバラツキがある。これを考慮した上で、選択トランジスタのゲート電極に形成されるシリサイド膜がトンネル酸化膜1802まで到達しない条件は
1.1×Hsg−0.9×ΔHcell−0.9(Hsin+Hipd)>0.9×Hsg
ΔHcell<2×Hsg/9−(Hipd+Hsin)
となる。この値を制御ゲート電極401のエッチバック量(膜厚)ΔHcellの上限値としてもよい。つまりエッチバック後の制御ゲート電極の膜厚Hcell、インターポリ絶縁膜1805の膜厚Hipd及びトラップ窒化膜1803の膜厚Hsinの合計の下限値が7×Hsg/9+Hipd+Hsinである。
Further, the film thicknesses of the interpoly
ΔH cell <2 × H sg / 9− (H ipd + H sin )
It becomes. This value may be the upper limit value of the etch back amount (film thickness) ΔH cell of the
但しインターポリ絶縁膜1805の膜厚Hipd、トラップ窒化膜1803の膜厚Hsinの膜厚によってはHsg/9<ΔHcell<2×Hsg/9−(Hipd+Hsin)が成立しない場合もある。その場合は、Hsg/9<ΔHcellを満たすように加工を行う。
However, H sg / 9 <ΔH cell <2 × H sg / 9− (H ipd + H sin ) does not hold depending on the film thickness H ipd of the interpoly
なお、周辺回路部におけるトランジスタ(周辺トランジスタ)は図18〜27で示される選択トランジスタと同様の工程で形成されるため、シリサイド化はゲート電極の一部までであり、トンネル酸化膜まで到達することはない(図示せず)。 Since the transistor (peripheral transistor) in the peripheral circuit portion is formed in the same process as the selection transistor shown in FIGS. 18 to 27, silicidation reaches only a part of the gate electrode and reaches the tunnel oxide film. No (not shown).
このようにメモリセルトランジスタの制御ゲート電極をエッチバックした後にシリサイド膜の形成を行うため、メモリセルトランジスタの制御ゲート電極のフルシリサイド化が終了した時に、選択トランジスタや周辺トランジスタに形成されるシリサイド膜がトンネル酸化膜に接触することはなく、閾値ずれに伴う閾値ばらつきの発生を抑制した不揮発性半導体記憶装置を製造することができる。 Since the silicide film is formed after the control gate electrode of the memory cell transistor is etched back in this manner, the silicide film formed on the selection transistor and the peripheral transistor when the full silicidation of the control gate electrode of the memory cell transistor is completed. Does not come into contact with the tunnel oxide film, and a non-volatile semiconductor memory device in which occurrence of threshold variation due to threshold shift is suppressed can be manufactured.
また、高誘電体膜であるインターポリ絶縁膜上の制御ゲート電極がメタルリッチなフルシリサイド電極であるため、“Fermi Level Pinning”現象を抑制することができ、インターポリ絶縁膜のリーク耐性を向上することができる。 In addition, since the control gate electrode on the interpoly insulating film, which is a high dielectric film, is a metal-rich full silicide electrode, the “Fermi Level Pinning” phenomenon can be suppressed and the leakage resistance of the interpoly insulating film is improved. can do.
また、制御ゲート電極の膜厚を薄くしたことで、ワードライン間容量を低減し、動作速度を上昇させた不揮発性半導体記憶装置となる。 Further, by reducing the thickness of the control gate electrode, a nonvolatile semiconductor memory device in which the capacity between word lines is reduced and the operation speed is increased is obtained.
(第2の比較例)第2の比較例による不揮発性半導体記憶装置の製造方法を説明する。図18〜図22に示す工程は上記実施形態と同様のため、説明を省略する。 (Second Comparative Example) A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to a second comparative example will be described. Since the steps shown in FIGS. 18 to 22 are the same as those in the above embodiment, the description thereof is omitted.
図29に示すように、マスク材を除去し、制御ゲート電極及びゲート電極の上面を露出し、その後、全面にニッケル膜2901を形成する。ニッケル膜2901は後の工程でメタルリッチなシリサイド電極を形成できるような厚膜にする。
As shown in FIG. 29, the mask material is removed to expose the control gate electrode and the upper surface of the gate electrode, and then a
図30に示すように、熱処理によってポリシリコン膜である制御ゲート電極、ゲート電極とニッケル膜2901とを反応させ、ニッケルシリサイド膜3001、3002を形成する。メモリセルトランジスタの制御ゲート電極をメタルリッチになるようにフルシリサイド化させる。制御ゲート電極のフルシリサイド化終了後、未反応のニッケル膜2901を薬液でエッチング除去する。
As shown in FIG. 30, the control gate electrode, which is a polysilicon film, and the
このとき、図30に示すように、メモリセルトランジスタの制御ゲート電極をメタルリッチになるようにフルシリサイド化することで、選択トランジスタに形成されるニッケルシリサイド膜3002がトンネル酸化膜1802まで到達する場合がある。シリサイド膜3002がトンネル酸化膜1802に接触すると、ゲート電極の仕事関数が変化し、閾値ずれに伴う閾値ばらつきが生じ、装置性能を劣化させる。これは選択トランジスタだけでなく、周辺トランジスタにも起こり得る。
At this time, as shown in FIG. 30, the
このように第2の比較例による半導体記憶装置は閾値ばらつきが生じるおそれがあり、また微細化による配線間縮小に伴ってワードライン間距離が近い等の理由から容量が増大し、動作速度が低減するという問題を有する。 As described above, in the semiconductor memory device according to the second comparative example, there is a possibility that threshold variation may occur, and the capacity increases due to the fact that the distance between the word lines is close due to the reduction in the wiring between the miniaturization, and the operation speed is reduced. Have the problem of
一方、上記第2の実施形態による半導体記憶装置は、メモリセルトランジスタの制御ゲート電極を選択トランジスタや周辺トランジスタより低くしているため、ワードライン間容量を低減し、動作速度を上昇させる。また、高誘電体膜であるインターポリ絶縁膜上の制御ゲート電極がメタルリッチなフルシリサイド電極であるため、“Fermi Level Pinning”現象を抑制することができ、インターポリ絶縁膜のリーク耐性を向上することができる。また、メモリセルトランジスタの制御ゲート電極のフルシリサイド化が終了した時に、選択トランジスタや周辺トランジスタに形成されるシリサイド膜がトンネル酸化膜に接触することを防止し、閾値ずれに伴う閾値ばらつきの発生を抑制することができる。 On the other hand, in the semiconductor memory device according to the second embodiment, since the control gate electrode of the memory cell transistor is lower than that of the selection transistor and the peripheral transistor, the capacity between word lines is reduced and the operation speed is increased. In addition, since the control gate electrode on the interpoly insulating film, which is a high dielectric film, is a metal-rich full silicide electrode, the “Fermi Level Pinning” phenomenon can be suppressed and the leakage resistance of the interpoly insulating film is improved. can do. In addition, when full silicidation of the control gate electrode of the memory cell transistor is completed, the silicide film formed in the selection transistor and the peripheral transistor is prevented from coming into contact with the tunnel oxide film, and variation in threshold value due to threshold deviation occurs. Can be suppressed.
上記実施形態ではメモリセルトランジスタの制御ゲート電極をエッチバックし、選択トランジスタより低くしている。このとき制御ゲート電極よりは少ないが、メモリセルトランジスタ間の層間絶縁膜もエッチバックされる。これにより、セルアレイ上に絶縁膜等を堆積した場合、図31(a)に示すように起伏のある形状になり、後工程での平坦化プロセスで加工が難しくなるおそれがある。制御ゲート電極をエッチバックする際には制御ゲート電極(ポリシリコン膜)の選択比が高いエッチング条件でエッチングを行い、メモリセルトランジスタ間の層間絶縁膜の高さが低くなることを抑えることで、図31(b)に示すように、全体に平坦な形状にすることができる。 In the above embodiment, the control gate electrode of the memory cell transistor is etched back to be lower than the selection transistor. At this time, although less than the control gate electrode, the interlayer insulating film between the memory cell transistors is also etched back. As a result, when an insulating film or the like is deposited on the cell array, the shape becomes undulating as shown in FIG. 31A, and there is a possibility that the processing becomes difficult in a flattening process in a later step. When etching back the control gate electrode, etching is performed under an etching condition with a high selection ratio of the control gate electrode (polysilicon film), and by suppressing the height of the interlayer insulating film between the memory cell transistors, As shown in FIG. 31 (b), the entire structure can be made flat.
上述した実施の形態はいずれも一例であって制限的なものではないと考えられるべきである。例えば、上記実施形態ではシリサイド金属材料にニッケルを用いていたが、Ti、Co、Pt、Pd、Ta、Moなど遷移金属4〜11属の金属を用いることができる。 Each of the above-described embodiments is an example and should be considered not restrictive. For example, although nickel is used for the silicide metal material in the above embodiment, a metal belonging to Group 4 to 11 of transition metals such as Ti, Co, Pt, Pd, Ta, and Mo can be used.
本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The technical scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 メモリセルトランジスタ
2 選択トランジスタ
101 半導体基板
102 不純物拡散層
103 トンネル酸化膜
104a 浮遊ゲート電極
104b 下部ゲート電極
105a インターポリ絶縁膜
106a 制御ゲート電極
106b 上部ゲート電極
107 素子分離領域
108 開口部
109 ゲート電極
110 層間絶縁膜
1
Claims (5)
前記半導体基板上に第1の方向に沿って所定間隔を空けて形成された複数の第1のトンネル酸化膜と、前記複数の第1のトンネル酸化膜上に形成された複数の浮遊ゲート電極と、前記複数の第1のトンネル酸化膜の間の前記半導体基板表面部に形成された溝を埋め込み、上面が前記浮遊ゲート電極の上面より低く形成された素子分離領域と、前記浮遊ゲート電極及び前記素子分離領域を覆うように前記第1の方向に沿って帯状に形成されたインターポリ絶縁膜と、前記インターポリ絶縁膜上に形成された金属シリサイド膜からなる制御ゲート電極と、をそれぞれ有する複数のメモリセルトランジスタと、
前記複数のメモリセルトランジスタの両端にそれぞれ1つずつ配置され、順に積層された第2のトンネル酸化膜、下部ゲート電極、開口部を含む絶縁膜、及び前記開口部を介して前記下部ゲート電極に接続される上部ゲート電極を有する選択トランジスタと、
を備え、
前記浮遊ゲート電極上方の前記制御ゲート電極の膜厚をHcell、前記上部ゲート電極の膜厚をHsg、前記浮遊ゲート電極の上面と前記素子分離領域の上面の高さの差をHebとした場合、Hsg×8/9>Hcell≧Hsg×7/9−Heb×11/9となることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A semiconductor substrate;
A plurality of first tunnel oxide films formed on the semiconductor substrate at predetermined intervals along a first direction; a plurality of floating gate electrodes formed on the plurality of first tunnel oxide films; A trench formed in a surface portion of the semiconductor substrate between the plurality of first tunnel oxide films, an element isolation region having an upper surface formed lower than an upper surface of the floating gate electrode, the floating gate electrode, and the floating gate electrode A plurality of interpoly insulating films formed in a strip shape along the first direction so as to cover the element isolation region, and a control gate electrode made of a metal silicide film formed on the interpoly insulating film. Memory cell transistors of
A second tunnel oxide film, a lower gate electrode, an insulating film including an opening, and an insulating film including an opening, which are respectively disposed at both ends of each of the plurality of memory cell transistors, and are sequentially stacked on the lower gate electrode. A select transistor having an upper gate electrode connected thereto;
With
When the thickness of the control gate electrode above the floating gate electrode is Hcell, the thickness of the upper gate electrode is Hsg, and the difference in height between the upper surface of the floating gate electrode and the upper surface of the element isolation region is Heb, A nonvolatile semiconductor memory device, wherein Hsg × 8/9> Hcell ≧ Hsg × 7 / 9−Heb × 11/9.
前記半導体基板上に第1の方向に沿って所定間隔を空けて形成された複数の第1のトンネル酸化膜と、前記複数の第1のトンネル酸化膜上に形成された複数のトラップ窒化膜と、前記複数の第1のトンネル酸化膜の間の前記半導体基板表面部に形成された溝を埋め込み、上面が前記トラップ窒化膜の上面と同じ高さに形成された素子分離領域と、前記トラップ窒化膜及び前記素子分離領域上に前記第1の方向に沿って帯状に形成されたインターポリ絶縁膜と、前記インターポリ絶縁膜上に形成された金属シリサイド膜からなる制御ゲート電極と、をそれぞれ有する複数のメモリセルトランジスタと、
前記複数のメモリセルトランジスタの両端にそれぞれ1つずつ配置され、第2のトンネル酸化膜及び前記第2のトンネル酸化膜上に形成されたゲート電極を有する選択トランジスタと、
を備え、
前記制御ゲート電極の膜厚をHcell、前記ゲート電極の膜厚をHsg、前記インターポリ絶縁膜の膜厚をHipd、前記トラップ窒化膜の膜厚をHsinとした場合、0<Hcell<Hsg×8/9−Hipd−Hsinとなることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A semiconductor substrate;
A plurality of first tunnel oxide films formed on the semiconductor substrate at predetermined intervals along a first direction; a plurality of trap nitride films formed on the plurality of first tunnel oxide films; A device isolation region having a groove formed in a surface portion of the semiconductor substrate between the plurality of first tunnel oxide films and having an upper surface formed at the same height as the upper surface of the trap nitride film; and the trap nitridation An interpoly insulating film formed in a strip shape along the first direction on the film and the element isolation region, and a control gate electrode made of a metal silicide film formed on the interpoly insulating film. A plurality of memory cell transistors;
A selection transistor having a second tunnel oxide film and a gate electrode formed on the second tunnel oxide film, one at each end of the plurality of memory cell transistors;
With
When the thickness of the control gate electrode is Hcell, the thickness of the gate electrode is Hsg, the thickness of the interpoly insulating film is Hipd, and the thickness of the trap nitride film is Hsin, 0 <Hcell <Hsg × 8 / 9-Hipd-Hsin, a nonvolatile semiconductor memory device.
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KR101093147B1 (en) | 2009-06-29 | 2011-12-13 | 주식회사 하이닉스반도체 | Gate pattern for nand flash memory device and manufacturing method of the same |
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- 2007-05-24 JP JP2007137990A patent/JP2008294215A/en active Pending
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