JP2009004492A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
Manufacturing method of semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009004492A JP2009004492A JP2007162637A JP2007162637A JP2009004492A JP 2009004492 A JP2009004492 A JP 2009004492A JP 2007162637 A JP2007162637 A JP 2007162637A JP 2007162637 A JP2007162637 A JP 2007162637A JP 2009004492 A JP2009004492 A JP 2009004492A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- oxide film
- gate structure
- silicon
- gate electrode
- 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.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に半導体記憶装置が備えるゲート電極の側壁膜の膜厚のばらつきを抑制して半導体記憶装置の性能等の向上を図り得るゲート電極の側壁膜の形成方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to form a sidewall film of a gate electrode that can improve the performance of the semiconductor memory device by suppressing variations in the thickness of the sidewall film of the gate electrode included in the semiconductor memory device. Regarding the method.
以下、半導体装置として半導体記憶装置の一種であるフラッシュメモリーの製造方法について説明する。特に、フラッシュメモリーが有するフローティングゲート型トランジスタの一般的な形成方法について説明する(例えば特許文献1参照)。 A method for manufacturing a flash memory, which is a kind of semiconductor memory device as a semiconductor device, will be described below. In particular, a general method for forming a floating gate transistor included in a flash memory will be described (for example, see Patent Document 1).
先ず、半導体シリコン基板の表面上にトンネル酸化膜を形成する。続けて、このトンネル酸化膜の上に不純物としてのリン(P)を添加した第1の多結晶シリコン膜を堆積させる。この第1のP添加多結晶シリコン膜はフローティングゲート電極となる。続けて、第1のP添加多結晶シリコン膜の上に電極間絶縁膜を形成する。具体的には、先ず、第1のP添加多結晶シリコン膜の上に最下層の窒化膜となる第1のシリコン窒化膜を堆積させる。続けて、この第1のシリコン窒化膜の上に下層側の酸化膜となるボトム酸化膜を堆積させる。続けて、このボトム酸化膜の上に中層の窒化膜となる第2のシリコン窒化膜を堆積させる。続けて、この第2のシリコン窒化膜の上に上層側の酸化膜となるトップ酸化膜を堆積させる。さらに続けて、このトップ酸化膜の上に最上層の窒化膜である第3のシリコン窒化膜を堆積させる。これにより、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜とが交互に5層に積層された構造からなる電極間絶縁膜が第1のP添加多結晶シリコン膜の上に形成される。なお、これら各シリコン窒化膜および各シリコン酸化膜は例えばCVD法により成膜される。 First, a tunnel oxide film is formed on the surface of the semiconductor silicon substrate. Subsequently, a first polycrystalline silicon film to which phosphorus (P) as an impurity is added is deposited on the tunnel oxide film. The first P-added polycrystalline silicon film becomes a floating gate electrode. Subsequently, an interelectrode insulating film is formed on the first P-added polycrystalline silicon film. Specifically, first, a first silicon nitride film to be a lowermost nitride film is deposited on the first P-added polycrystalline silicon film. Subsequently, a bottom oxide film serving as a lower oxide film is deposited on the first silicon nitride film. Subsequently, a second silicon nitride film to be an intermediate nitride film is deposited on the bottom oxide film. Subsequently, a top oxide film to be an upper oxide film is deposited on the second silicon nitride film. Subsequently, a third silicon nitride film which is the uppermost nitride film is deposited on the top oxide film. As a result, an interelectrode insulating film having a structure in which silicon nitride films and silicon oxide films are alternately stacked in five layers is formed on the first P-added polycrystalline silicon film. Each silicon nitride film and each silicon oxide film are formed by, for example, a CVD method.
次に、電極間絶縁膜の最上層である第3のシリコン窒化膜の上に、第1のP添加多結晶シリコン膜と同様に不純物としてのリン(P)を添加した第2の多結晶シリコン膜を堆積させる。この第2のP添加多結晶シリコン膜はコントロールゲート電極となる。続けて、第2のP添加多結晶シリコン膜の上にシリコン窒化膜からなる加工用ハードマスク材を堆積させる。続けて、この加工用ハードマスク材から第1のP添加多結晶シリコン膜(フローティングゲート多結晶シリコン膜)までの積層膜を通常のフォトリソグラフィ工程およびドライエッチング工程により加工して、所定のゲート構造に成型する。続けて、この加工工程によって第2のP添加多結晶シリコン膜から第1のP添加多結晶シリコン膜までの積層膜に与えられたダメージを回復させるために、それらの積層膜に対して酸化性雰囲気下で加熱処理を施す。これにより、フローティングゲート電極とコントロールゲート電極との間に電極間絶縁膜を挟んでなるゲート構造がトンネル酸化膜を介して半導体シリコン基板の表面上に形成される。 Next, second polycrystalline silicon in which phosphorus (P) as an impurity is added onto the third silicon nitride film, which is the uppermost layer of the interelectrode insulating film, in the same manner as the first P-added polycrystalline silicon film. Deposit film. This second P-added polycrystalline silicon film serves as a control gate electrode. Subsequently, a processing hard mask material made of a silicon nitride film is deposited on the second P-added polycrystalline silicon film. Subsequently, a laminated film from the processing hard mask material to the first P-added polycrystalline silicon film (floating gate polycrystalline silicon film) is processed by a normal photolithography process and a dry etching process to obtain a predetermined gate structure. To mold. Subsequently, in order to recover the damage given to the laminated film from the second P-added polycrystalline silicon film to the first P-added polycrystalline silicon film by this processing step, Heat treatment is performed under an atmosphere. As a result, a gate structure in which the interelectrode insulating film is sandwiched between the floating gate electrode and the control gate electrode is formed on the surface of the semiconductor silicon substrate via the tunnel oxide film.
次に、LDD(Lightly Doped Drain)構造からなるソース・ドレイン拡散層を形成する。具体的には、先ず、ゲート構造が形成された半導体シリコン基板の表層部に向けて、低エネルギーで第1のイオン注入を行う。これにより、ソース・ドレイン拡散層のうちの浅い接合部となるエクステンション領域が、ゲート構造をその両外側から挟んで半導体シリコン基板の表層部に形成される。続けて、エクステンション領域のゲート構造に隣接する部分を覆ってゲート構造の側壁部に酸化膜をCVD法により堆積させる。この側壁酸化膜は、後述するソース・ドレイン拡散層のコンタクト領域をチャネル領域から電気的に分離するためのオフセット領域を形成するためのスペーサとなる。続けて、側壁酸化膜に対して酸化性雰囲気下で加熱処理を施して緻密化させる。 Next, a source / drain diffusion layer having an LDD (Lightly Doped Drain) structure is formed. Specifically, first, first ion implantation is performed with low energy toward the surface layer portion of the semiconductor silicon substrate on which the gate structure is formed. As a result, an extension region serving as a shallow junction in the source / drain diffusion layer is formed in the surface layer portion of the semiconductor silicon substrate with the gate structure sandwiched from both outer sides thereof. Subsequently, an oxide film is deposited on the side wall of the gate structure by a CVD method so as to cover a portion of the extension region adjacent to the gate structure. This sidewall oxide film serves as a spacer for forming an offset region for electrically isolating a contact region of a source / drain diffusion layer described later from the channel region. Subsequently, the sidewall oxide film is heat-treated in an oxidizing atmosphere to be densified.
この後、緻密化された側壁酸化膜を有するゲート構造が形成された半導体シリコン基板の表層部に向けて、第1のイオン注入よりも高いエネルギーで第2のイオン注入を行う。これにより、ソース・ドレイン拡散層のうち深い接合部となるコンタクト領域が、側壁酸化膜が設けられたゲート電極をその両外側から挟んで半導体シリコン基板の表層部に形成される。コンタクト領域は、エクステンション領域に対して側壁酸化膜の膜厚分だけゲート電極の両外側に向けてさらにずらされて、かつ、エクステンション領域よりも深い位置まで達して形成される。したがって、側壁酸化膜の膜厚がチャネル領域に対するコンタクト領域のオフセット領域の大きさ(幅、長さ)となる。これまでの工程により、フローティングゲート電極を有するフラッシュメモリーの記憶用トランジスタが半導体シリコン基板の表層部に形成される。 Thereafter, second ion implantation is performed with higher energy than the first ion implantation toward the surface layer portion of the semiconductor silicon substrate on which the gate structure having the densified sidewall oxide film is formed. As a result, a contact region serving as a deep junction in the source / drain diffusion layer is formed on the surface layer of the semiconductor silicon substrate with the gate electrode provided with the sidewall oxide film sandwiched from both outsides. The contact region is formed so as to be further shifted toward the both outer sides of the gate electrode by the thickness of the sidewall oxide film with respect to the extension region and reach a position deeper than the extension region. Therefore, the thickness of the sidewall oxide film becomes the size (width, length) of the offset region of the contact region with respect to the channel region. Through the steps so far, a flash memory storage transistor having a floating gate electrode is formed on the surface layer portion of the semiconductor silicon substrate.
以上説明した工程によりLDD構造からなるソース・ドレイン拡散層を形成する場合、そのコンタクト領域の位置はゲート構造の側壁酸化膜の膜厚に応じて決まる。すなわち、LDD構造からなるソース・ドレイン拡散層のソース・ドレイン方向における位置を高い精度で制御するためには、側壁酸化膜の膜厚の制御性が重要なポイントとなる。ところが、近年、半導体装置に対する微細化の要求が一段と高まっており、側壁酸化膜を形成する際にその膜厚を所望の薄さに制御するのが非常に困難になっている。
本発明では、半導体装置が備えるゲート電極の側壁膜の膜厚のばらつきを抑制するとともに側壁膜の表面の平坦性を向上させることにより、半導体装置の性能等の向上を図り得る半導体装置の製造方法を提供する。 In the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device capable of improving the performance of the semiconductor device by suppressing variations in the thickness of the sidewall film of the gate electrode provided in the semiconductor device and improving the flatness of the surface of the sidewall film. I will provide a.
本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、不純物を含有する浮遊ゲート電極と制御ゲート電極との間に電極間絶縁膜を挟んでなるとともにトンネル絶縁膜を介して半導体基板上に設けられた少なくとも1個のゲート構造に対して第1の加熱処理を施し、この第1の加熱処理が施された前記ゲート構造を有する前記半導体基板の表層部に向けて不純物を注入した後、前記ゲート構造を覆って不純物無添加の非単結晶シリコン膜を設け、この非単結晶シリコン膜を覆ってさらに絶縁膜を設けた後、この絶縁膜により覆われた前記非単結晶シリコン膜および前記ゲート構造に第2の加熱処理を施す、ことを特徴とするものである。 A method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes an interelectrode insulating film sandwiched between a floating gate electrode containing an impurity and a control gate electrode, and is provided over a semiconductor substrate via a tunnel insulating film. The first heat treatment is performed on at least one gate structure, and impurities are implanted into the surface layer portion of the semiconductor substrate having the gate structure subjected to the first heat treatment, and then the gate is formed. An impurity-free non-single-crystal silicon film is provided to cover the structure, an insulating film is further provided to cover the non-single-crystal silicon film, and then the non-single-crystal silicon film and the gate structure covered with the insulating film The second heat treatment is performed on the substrate.
また、本発明の他の態様に係る半導体装置の製造方法は、不純物を含有する浮遊ゲート電極と制御ゲート電極との間に電極間絶縁膜を挟んでなるとともにトンネル絶縁膜を介して半導体基板上に設けられた少なくとも1個のゲート構造のうち前記浮遊ゲート電極および前記制御ゲート電極の側面上に第1の絶縁膜を設け、この第1の絶縁膜を覆って前記ゲート構造の側面上に不純物無添加の非単結晶シリコン膜を設け、この非単結晶シリコン膜が設けられた前記ゲート構造を有する前記半導体基板の表層部に向けて不純物を注入した後、前記非単結晶シリコン膜および前記ゲート構造を覆って第2の絶縁膜を設け、この第2の絶縁膜が設けられた前記非単結晶シリコン膜および前記ゲート構造に加熱処理を施す、ことを特徴とするものである。 In addition, a method of manufacturing a semiconductor device according to another aspect of the present invention includes an interelectrode insulating film sandwiched between a floating gate electrode containing an impurity and a control gate electrode, and is formed on a semiconductor substrate via a tunnel insulating film. A first insulating film is provided on a side surface of the floating gate electrode and the control gate electrode in at least one gate structure provided on the gate structure, and an impurity is formed on the side surface of the gate structure so as to cover the first insulating film. After adding an additive-free non-single-crystal silicon film and implanting impurities toward the surface layer portion of the semiconductor substrate having the gate structure provided with the non-single-crystal silicon film, the non-single-crystal silicon film and the gate A second insulating film is provided so as to cover the structure, and the non-single-crystal silicon film provided with the second insulating film and the gate structure are subjected to heat treatment.
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体装置が備えるゲート電極の側壁膜の膜厚のばらつきを抑制することができるとともに側壁膜の表面の平坦性を向上させることができるので、半導体装置の性能等の向上を図り得る。 According to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, it is possible to suppress variations in the thickness of the sidewall film of the gate electrode provided in the semiconductor device and improve the flatness of the surface of the sidewall film. The performance of the apparatus can be improved.
以下、本発明に係る各実施形態を図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
先ず、本発明に係る第1実施形態を説明するのに先立って、本発明者らが調べたこれまでの一般的な形成方法によってフローティングゲート型トランジスタを形成した場合の問題点について簡潔に説明する。本発明者らが調べた結果によれば、一般的な形成方法によってフローティングゲート型トランジスタを形成した場合、次に述べる二つの問題が生じ易いことが分かった。
(First embodiment)
First, prior to describing the first embodiment according to the present invention, a brief description will be given of problems in the case where a floating gate type transistor is formed by the conventional formation method investigated by the present inventors. . According to the results of investigations by the present inventors, it has been found that when a floating gate type transistor is formed by a general forming method, the following two problems are likely to occur.
第1の問題点は、ソース・ドレイン拡散層の形成位置の制御性に関するものである。フローティングゲート電極やコントロールゲート電極となるP添加多結晶シリコン膜中のP濃度は、そのイオン注入工程ごとにばらつきがある。そして、P添加多結晶シリコン膜の側面上に設けられる側壁酸化膜は、多結晶シリコン膜中のPによる増速酸化により、多結晶シリコン膜中のP濃度が高くなるに連れてその膜厚が厚くなるというP濃度依存性を有している。すなわち、側壁酸化膜の下地層となる多結晶シリコン膜中の不純物濃度が側壁酸化膜の膜厚に影響を与える。したがって、多結晶シリコン膜中の不純物濃度にばらつきがあると、側壁酸化膜の膜厚にもばらつきが生じる。この結果、多結晶シリコン膜中に不純物濃度のばらつきがあると、ソース・ドレイン拡散層の形成位置の制御性が悪くなるという問題が生じる。ソース・ドレイン拡散層の形成位置の制御性が悪くなると、フローティングゲート型トランジスタの電気的特性や性能などが劣化する。ひいては、そのようなフローティングゲート型トランジスタを備えるフラッシュメモリー全体の電気的特性や性能などが劣化する。 The first problem relates to the controllability of the formation position of the source / drain diffusion layer. The P concentration in the P-added polycrystalline silicon film serving as the floating gate electrode and the control gate electrode varies depending on the ion implantation process. The sidewall oxide film provided on the side surface of the P-added polycrystalline silicon film has a film thickness that increases as the P concentration in the polycrystalline silicon film increases due to accelerated oxidation by P in the polycrystalline silicon film. It has P concentration dependency of increasing thickness. That is, the impurity concentration in the polycrystalline silicon film serving as the underlying layer of the sidewall oxide film affects the film thickness of the sidewall oxide film. Therefore, if the impurity concentration in the polycrystalline silicon film varies, the thickness of the sidewall oxide film also varies. As a result, when the impurity concentration varies in the polycrystalline silicon film, the controllability of the formation position of the source / drain diffusion layer is deteriorated. When the controllability of the formation position of the source / drain diffusion layer is deteriorated, the electrical characteristics and performance of the floating gate transistor are deteriorated. Eventually, the electrical characteristics and performance of the entire flash memory including such a floating gate type transistor are deteriorated.
第2の問題点は、複数個のトランジスタを近接して形成した場合の各トランジスタ間の閾値の干渉に関するものである。前述した酸化性雰囲気下での加熱処理では、ゲート構造のうちフローティングゲート電極やコントロールゲート電極となるP添加多結晶シリコン膜上には酸化膜が形成され易いが、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜からなる電極間絶縁膜上には酸化膜が形成され難い。このため、ゲート構造の側面上に形成される側壁酸化膜に段差が生じ易い。側壁酸化膜に段差が生じると、配線形成工程に先立って層間絶縁膜となる酸化膜をCVD法により半導体シリコン基板上に堆積させた際に、複数個のトランジスタ同士の間にボイドが発生する。すると、そのボイドを起点とする窪みが後工程において発生するとともに、その窪みの内部にSiN膜等の加工ストッパー膜が侵入する。すると、各トランジスタ間の絶縁膜の誘電率が上昇して、各トランジスタ間の寄生容量が増大する。この結果、各トランジスタ間の閾値干渉が大きくなるという問題が生じる。各トランジスタ間の閾値干渉が大きくなると、ソース・ドレイン拡散層の形成位置の制御性が悪くなった場合と同様に、フローティングゲート型トランジスタやこれを備えるフラッシュメモリー全体の電気的特性や性能などが劣化する。 The second problem relates to threshold interference between transistors when a plurality of transistors are formed close to each other. In the heat treatment under the oxidizing atmosphere described above, an oxide film is easily formed on the P-doped polycrystalline silicon film serving as the floating gate electrode and the control gate electrode in the gate structure. It is difficult to form an oxide film on the interelectrode insulating film. For this reason, a step is likely to occur in the sidewall oxide film formed on the side surface of the gate structure. When a step is generated in the sidewall oxide film, voids are generated between the plurality of transistors when an oxide film serving as an interlayer insulating film is deposited on the semiconductor silicon substrate by the CVD method prior to the wiring formation step. Then, a depression starting from the void is generated in a subsequent process, and a processing stopper film such as a SiN film enters the inside of the depression. Then, the dielectric constant of the insulating film between the transistors increases, and the parasitic capacitance between the transistors increases. As a result, there arises a problem that threshold interference between the transistors becomes large. When the threshold interference between the transistors increases, the electrical characteristics and performance of the floating gate type transistor and the entire flash memory including the same deteriorate as in the case where the controllability of the formation position of the source / drain diffusion layer is deteriorated. To do.
本実施形態は、以上説明した問題点を解決すべくなされたものである。以下、本発明に係る第1実施形態について図1〜図6を参照しつつ説明する。本実施形態においては、半導体装置として半導体記憶装置の一種であるフラッシュメモリーの製造方法について説明する。特に、フラッシュメモリーが有するフローティングゲート型トランジスタおよびその側壁膜の形成方法を主として説明する。 The present embodiment has been made to solve the problems described above. Hereinafter, a first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, a method for manufacturing a flash memory which is a kind of semiconductor memory device as a semiconductor device will be described. In particular, a method for forming a floating gate type transistor and a sidewall film of the flash memory will be mainly described.
先ず、図1(a)に示すように、半導体基板としてのシリコン基板1の表面を覆って、例えばシリコン酸化膜(SiO2 膜)からなるトンネル絶縁膜2を形成する。このトンネル絶縁膜2はトンネル酸化膜とも称される。続けて、このトンネル酸化膜2の上に第1の多結晶シリコン膜3を堆積させるとともに、この第1の多結晶シリコン膜3に不純物としてのリン(P)をイオン注入法により添加する。この第1のP添加多結晶シリコン膜3は、後工程において所定の形状に加工されて浮遊ゲート電極(フローティングゲート電極)となる。
First, as shown in FIG. 1A, a
続けて、第1のP添加多結晶シリコン膜3の上に電極間絶縁膜4を形成する。ここでは、互いに膜種の異なる複数の絶縁膜を複数層に積層してなる積層絶縁膜を用いて電極間絶縁膜4を形成する。具体的には、先ず、第1のP添加多結晶シリコン膜3の上に第1層目(最下層)の電極間絶縁膜となる第1のシリコン窒化膜(SiN膜)5を堆積させる。続けて、この第1のシリコン窒化膜5の上に第2層目の電極間絶縁膜となる第1のシリコン酸化膜(SiO2 膜)6を堆積させる。この第1のシリコン酸化膜6は、後述する第2のシリコン酸化膜8に対して下層側の酸化膜となるので、ボトム酸化膜とも称される。続けて、この第1のシリコン酸化膜6の上に第3層目の電極間絶縁膜となる第2のシリコン窒化膜(SiN膜)7を堆積させる。続けて、この第2のシリコン窒化膜の上に第4層目の電極間絶縁膜となる第2のシリコン酸化膜(SiO2 膜)6を堆積させる。この第2のシリコン酸化膜6は、前述した第1のシリコン酸化膜6に対して上層側の酸化膜となるので、トップ酸化膜とも称される。続けて、この第2のシリコン酸化膜8の上に第5層目(最上層)の電極間絶縁膜となる第3のシリコン窒化膜(SiN膜)9を堆積させる。これまでの工程により、シリコン窒化膜5,7,9とシリコン酸化膜6,8とが交互に5層に積層された構造からなる電極間絶縁膜4が第1のP添加多結晶シリコン膜3の上に形成される。なお、これら第1、第2、および第3の各シリコン窒化膜5,7,9、ならびに第1および第2の各シリコン酸化膜6,8は、例えばCVD法により成膜すればよい。
Subsequently, an interelectrode
続けて、電極間絶縁膜4の最上層の絶縁膜である第3のシリコン窒化膜9の上に第2の多結晶シリコン膜10を堆積させる。そして、前述した第1のP添加多結晶シリコン膜3と同様に、第2の多結晶シリコン膜10に不純物としてのリン(P)をイオン注入法により添加する。この第2のP添加多結晶シリコン膜10は、後工程において所定の形状に加工されて制御ゲート電極(コントロールゲート電極)となる。
Subsequently, a second
続けて、第2のP添加多結晶シリコン膜10の上に、例えばシリコン窒化膜(SiN膜)からなる加工用ハードマスク材11を堆積させるとともに、この加工用ハードマスク材11を所定の形状にパターニングする。この後、パターニングされた加工用ハードマスク材11をマスクとして、第2のP添加多結晶シリコン膜10から第1のP添加多結晶シリコン膜3までの積層膜を通常のフォトリソグラフィ工程およびドライエッチング工程により加工して、所定のゲート構造に成型する。これまでの工程により、フローティングゲート電極3とコントロールゲート電極10との間に電極間絶縁膜4を挟んでなるゲート構造13がトンネル酸化膜2を介してシリコン基板1の表面上に形成される。
Subsequently, a processing
次に、図1(b)に示すように、第2のP添加多結晶シリコン膜10から第1のP添加多結晶シリコン膜3までの積層膜に対して酸化性雰囲気下で第1の加熱処理を施す。これにより、前述したゲート加工工程によって第2のP添加多結晶シリコン膜10から第1のP添加多結晶シリコン膜3までの積層膜が受けたダメージを回復させる。この際、第2のP添加多結晶シリコン膜10および第1のP添加多結晶シリコン膜3の露出面である側面の上には、極めて薄いシリコン酸化膜(SiO2 膜)12が形成される。このシリコン酸化膜12の膜厚は、大きくてもせいぜい4nm程度である。
Next, as shown in FIG. 1B, the first heating is performed in an oxidizing atmosphere on the stacked film from the second P-added
次に、ゲート構造13が形成されたシリコン基板1の表層部にLDD(Lightly Doped Drain)構造からなるソース・ドレイン拡散層14を形成する。具体的には、先ず、図2(a)中実線矢印で示すように、シリコン基板1の表層部に向けて、イオン注入法により低エネルギーで不純物を注入する。これを第1のイオン注入工程とする。この第1のイオン注入工程により、ソース・ドレイン拡散層14のうちの浅い接合部であるエクステンション領域15が、シリコン酸化膜12が付着したゲート構造13をその両外側から挟んでシリコン基板1の表層部に形成される。このエクステンション領域15は、ソース拡散層14aおよびドレイン拡散層14bとそれら両拡散層14a,14bの間のチャネル領域17との電気的接合部となる。
Next, a source /
次に、図2(b)に示すように、シリコン酸化膜12が付着したゲート構造13および加工用ハードマスク材11を覆って不純物無添加の非単結晶シリコン膜18を設ける。この非単結晶シリコン膜18は、例えばCVD法により薄肉形状に形成される。また、非単結晶シリコン膜18としては、多結晶シリコン膜(ポリシリコン膜)および非晶質シリコン膜(アモルファスシリコン膜)のどちらを用いても構わない。ただし、アモルファスシリコン膜の方がポリシリコン膜に比べて表面の均一性や膜厚等の制御性が優れているため、非単結晶シリコン膜18としてアモルファスシリコン膜を用いるのが好ましい。したがって、ここでは不純物無添加の非単結晶シリコン膜18として不純物無添加のアモルファスシリコン膜(α−Si膜)を成膜する。
Next, as shown in FIG. 2B, an impurity-free non-single-
次に、図3(a)に示すように、不純物無添加のアモルファスシリコン膜18を覆って、さらに絶縁膜19を設ける。この絶縁膜19は、後工程としてさらなる加工工程を行う際にゲート構造13の側壁保護膜として機能する。ここでは、絶縁膜19としてシリコン酸化膜(SiO2 膜)をCVD法によりアモルファスシリコン膜18の表面上に堆積させる。
Next, as shown in FIG. 3A, an insulating
次に、図3(b)に示すように、シリコン酸化膜19により覆われたアモルファスシリコン膜18およびゲート構造13に対して酸化性雰囲気下で第2の加熱処理を施す。これにより、シリコン酸化膜19を焼き固めて緻密化させる。この際、アモルファスシリコン膜18はシリコン酸化膜19と一体化されて、より厚肉形状のシリコン酸化膜(SiO2 膜)20の一部となる。このシリコン酸化膜20のうちゲート構造13の側面上の部分は、シリコン酸化膜12とともにゲート側壁膜(側壁酸化膜)21となる。
Next, as shown in FIG. 3B, the
本実施形態においては、背景技術において説明した通常のゲート構造の形成方法と異なり、ゲート側壁膜21の一部となるシリコン酸化膜19をゲート構造13の側面上に直接には設けない。本実施形態においては、前述したように、ゲート構造13の側面上にシリコン酸化膜19を設けるのに先立って、ゲート構造13の側面を覆って不純物無添加のアモルファスシリコン膜18を設ける。これにより、不純物であるリン(P)が添加されたポリシリコン膜からなるフローティングゲート電極3およびコントロールゲート電極10の側面にシリコン酸化膜19は直接接触することはない。また、シリコン酸化膜19の下地層となるアモルファスシリコン膜18は不純物無添加である。さらに、アモルファスシリコン膜18とフローティングゲート電極3およびコントロールゲート電極10との間には極めて薄いシリコン酸化膜12が介在している。シリコン酸化膜12は、フローティングゲート電極3およびコントロールゲート電極10の内部のリンがそれら各電極3,10の外部に拡散するのを防ぐ拡散防止膜として機能する。
In the present embodiment, unlike the conventional gate structure forming method described in the background art, the
このような構造によれば、フローティングゲート電極3およびコントロールゲート電極10の内部のリンがシリコン酸化膜19に到達するおそれは殆ど無い。このため、たとえそれら各ゲート電極3,10の内部にリンの濃度のばらつきが存在していたとしても、前述した第2の加熱処理を行う際に各ゲート電極3,10内のリンによる増速酸化がシリコン酸化膜19に生じるおそれは殆ど無い。ひいては、下地層中のリン濃度が高くなるに連れて膜厚が厚くなるというリン濃度依存性に起因する膜厚のばらつきが、シリコン酸化膜19に生じるおそれも殆ど無い。この結果、シリコン酸化膜20に膜厚のばらつきが生じるおそれも殆ど無い。
According to such a structure, there is almost no possibility that phosphorus inside the floating
また、前述したように、シリコン酸化膜12の膜厚は大きくてもせいぜい4nm程度であり、アモルファスシリコン膜18やシリコン酸化膜19、あるいはシリコン酸化膜20に比べて極めて薄い。このため、ゲート構造13の側面上に部分的に形成されたシリコン酸化膜12が、ゲート構造13の側面上におけるシリコン酸化膜20の表面の高さや面内均一性(平坦性)に影響を及ぼすおそれは実質的に殆ど無い。すなわち、ゲート構造13の側面上におけるシリコン酸化膜20の表面には、段差や凹凸等は実質的に殆ど生じ無い。それとともに、ゲート構造13の側面上のシリコン酸化膜20の膜厚を、実質的にゲート側壁膜21の膜厚とみなすことができる。したがって、シリコン酸化膜12およびゲート構造13の側面上のシリコン酸化膜20からなるゲート側壁膜21の膜厚は略均一であり、ゲート側壁膜21には表面上の段差や凹凸、あるいは膜厚のばらつき等が実質的に殆ど生じていない。
Further, as described above, the thickness of the
次に、図4中実線矢印で示すように、シリコン酸化膜20により覆われたゲート構造13を有するシリコン基板1の表層部に向けて、第1のイオン注入工程と同様にイオン注入法により不純物を注入する。これを第2のイオン注入工程とする。この第2のイオン注入工程は、第1のイオン注入工程よりも高いエネルギーで行う。この第2のイオン注入工程により、ソース・ドレイン拡散層14のうち深い接合部であるコンタクト領域16が、シリコン基板1の表層部においてエクステンション領域15よりも深い位置まで達して形成される。コンタクト領域16中の不純物濃度は、エクステンション領域15中の不純物濃度よりも濃くなっている。
Next, as indicated by the solid line arrow in FIG. 4, impurities are formed by ion implantation in the same manner as in the first ion implantation step toward the surface layer portion of the
また、コンタクト領域16は、シリコン酸化膜20により覆われたゲート構造13をその両外側から挟んで形成される。すなわち、コンタクト領域16は、エクステンション領域15に対してシリコン酸化膜20の膜厚分だけゲート構造13の両外側に向けてさらにずらされて形成される。図4に示すように、コンタクト領域16がエクステンション領域15からずれされた領域が、コンタクト領域16をチャネル領域17から電気的に分離するためのオフセット領域22となる。これまでの工程により、トンネル酸化膜2、ゲート構造13、ソース・ドレイン拡散層14a,14b、およびゲート側壁膜21からなるフローティングゲート型トランジスタ23がシリコン基板1の表層部に設けられる。
The
背景技術において説明したように、LDD構造からなるソース・ドレイン拡散層を形成する場合、通常はゲート側壁膜がオフセット領域を形成するためのスペーサとして機能する。このため、オフセット領域の大きさ(幅)およびコンタクト領域の形成位置は、ゲート側壁膜の膜厚に応じて規定される。ひいては、ソース・ドレイン拡散層の形成位置および形状は、ゲート側壁膜の膜厚に応じて決定される。したがって、ゲート側壁膜の膜厚の制御性をいかに高めることができるかが、ソース・ドレイン拡散層を、そのソース・ドレイン方向における位置を精度良く制御して形成できるか否かのポイントとなる。 As described in the background art, when forming a source / drain diffusion layer having an LDD structure, the gate sidewall film usually functions as a spacer for forming an offset region. For this reason, the size (width) of the offset region and the formation position of the contact region are defined according to the film thickness of the gate sidewall film. As a result, the formation position and shape of the source / drain diffusion layer are determined according to the film thickness of the gate sidewall film. Therefore, how to improve the controllability of the film thickness of the gate sidewall film is a point as to whether or not the source / drain diffusion layer can be formed with precise control of the position in the source / drain direction.
本実施形態においては、前述したように、シリコン酸化膜12およびゲート構造13の側面上のシリコン酸化膜20からなるゲート側壁膜21のうちシリコン酸化膜12の膜厚分だけ、ゲート構造13の両端部からゲート構造13の両外側に向けて予めずらされてエクステンション領域15が形成される。したがって、本実施形態においては、ゲート側壁膜21のうちゲート構造13の側面上のシリコン酸化膜20がオフセット領域22を形成するためのスペーサとなる。そして、オフセット領域22の大きさ、ひいてはコンタクト領域16の形成位置は、ゲート構造13の側面上のシリコン酸化膜20の膜厚に応じて規定される。
In the present embodiment, as described above, both ends of the
前述したように、本実施形態では、ゲート側壁膜21の大部分を構成するゲート構造13の側面上のシリコン酸化膜20を、その表面上に段差や凹凸が生じたり、あるいは膜厚のばらつきが発生したりするのを抑制しつつ形成することができる。すなわち、シリコン酸化膜20を、その表面の均一性(平坦性)や膜厚を高い精度で制御しつつ形成することができる。この結果、本実施形態によれば、第2のイオン注入工程においてコンタクト領域16およびオフセット領域22の形成位置のばらつきや誤差を抑制して許容範囲内に収めることができる。すなわち、コンタクト領域16およびオフセット領域22の形成位置を高い精度で制御して、それら各領域16,22を所望の位置に形成することができる。
As described above, in the present embodiment, the
なお、図1(a),(b)、図2(a),(b)、図3(a),(b)、および図4においては、本実施形態に係るフローティングゲート型トランジスタ23の形成工程を分かり易く説明するために、トランジスタ23を1個のみ図示した。しかし、実際に製品となるフラッシュメモリーにおいては、シリコン基板1の表層部に複数個のトランジスタ23が互いに近接して設けられる。例えば、図5には、シリコン基板1の表層部に設けられる複数個のトランジスタ23のうち隣接する2個のトランジスタ23のみを図示する。そして、先に参照した図2(b)、図3(a)に示すアモルファスシリコン膜18およびシリコン酸化膜19は、図5に示すように、実際にはそれぞれシリコン基板1の表面上の複数個のゲート構造13をまとめて覆って設けられる。ただし、アモルファスシリコン膜18およびシリコン酸化膜19を設ける工程およびそれら各膜18,19を設けた後の工程は、先に図2(b)、図3(a),(b)、および図4を参照しつつ説明した工程と同様であるので、それらの説明は割愛する。また、以下の説明において参照する図6(a),(b)には、図5と同様に複数個のトランジスタ23のうち隣接する2個のトランジスタ23のみを図示する。さらに、図5および図6(a),(b)においては、図面を見易くするために、各トランジスタ23の間のソース・ドレイン拡散層14a,14bおよびチャネル領域17の図示を省略する。
In FIGS. 1A, 1B, 2A, 2B, 3A, 3B, and 4, the floating
次に、図6(a)に示すように、各ゲート構造13の上に設けられている加工用ハードマスク材11およびシリコン酸化膜20を、例えばCMP法により研磨して除去する。続けて、図示は省略するが、各ゲート構造13を覆ってシリコン基板1の表面上に設けられているシリコン酸化膜20を、例えばRIE法により選択的に削って除去する。これにより、シリコン基板1の表面を一旦露出させる。
Next, as shown in FIG. 6A, the processing
次に、図6(b)に示すように、各トランジスタ23の上方に図示しないビット線等の配線を設けるのに先立って、各ゲート構造13およびシリコン基板1の表面を覆って層間絶縁膜24を設ける。ここでは、層間絶縁膜24として、例えばシリコン酸化膜(SiO2 膜)をCVD法によりシリコン基板1の表面上に堆積させる。続けて、図示は省略するが、各ゲート構造13の上に設けられているシリコン酸化膜24を例えばCMP法により研磨して除去する。続けて、各ゲート構造13のコントロールゲート電極10の上に加工ストッパー膜25を設ける。この加工ストッパー膜25は、配線を形成するためにシリコン酸化膜24を加工する工程において各コントロールゲート電極10がダメージを受けるのを防ぐための保護膜として機能する。ここでは、加工ストッパー膜25として、例えばシリコン窒化膜(SiN膜)を成膜する。
Next, as shown in FIG. 6B, prior to providing a wiring such as a bit line (not shown) above each
前述したように、本実施形態では、ゲート構造13の側面上のシリコン酸化膜19の表面上に段差や凹凸が生じたり、あるいはシリコン酸化膜19に膜厚のばらつきが発生したりするおそれは殆ど無い。また、シリコン酸化膜12の膜厚は大きくてもせいぜい4nm程度であり、シリコン酸化膜19よりも厚肉に形成されるシリコン酸化膜24に比べて極めて薄い。このため、シリコン酸化膜19と同様の工程により形成されるシリコン酸化膜24の表面上に段差や凹凸が生じたり、あるいはシリコン酸化膜24の膜厚にばらつきが生じたりするおそれは殆ど無い。すなわち、ゲート構造13の側面上のシリコン酸化膜24も、シリコン酸化膜19やシリコン酸化膜20と同様に、その表面が略平坦であるとともに膜厚も略均一である。したがって、互いに近接して設けられた各ゲート構造13同士の間の微細な隙間を埋め込んで設けられるシリコン酸化膜24の内部にボイドが発生するおそれは殆ど無い。ひいては、各ゲート構造13同士の間のシリコン酸化膜24の内部にボイドを起点とする窪みが発生するおそれも殆ど無い。この結果、各ゲート構造13同士の間のシリコン酸化膜24の内部にシリコン窒化膜25が侵入するおそれも殆ど無い。
As described above, in this embodiment, there is almost no possibility that a step or unevenness is generated on the surface of the
この後、図示は省略するが、ビット線やビット線とソース・ドレイン拡散層14a,14bとを接続するコンタクトプラグ等をシリコン基板1の上に設ける。これにより、図6(b)に示すように、複数個のフローティングゲート型トランジスタ23がシリコン基板1の表層部に互いに近接して設けられた構造を有する、本実施形態に係るフラッシュメモリーを得ることができる。
Thereafter, although not shown in the figure, a bit line and a contact plug for connecting the bit line and the source /
以上説明したように、この第1実施形態によれば、フローティングゲート電極3およびコントロールゲート電極10をはじめとするゲート構造13の側壁膜(側壁酸化膜)21の膜厚のばらつきを抑制するとともに側壁膜21の表面の平坦性を向上させることができる。これにより、ソース・ドレイン拡散層14a,14bの位置や形状の制御性を向上させてソース・ドレイン拡散層14a,14bを所望の位置に高い精度で形成することができる。また、互いに隣接し合う各ゲート構造13(トランジスタ23)同士の間の微細な隙間を埋め込んで設けられるシリコン酸化膜24の内部におけるボイドやボイドを起点とする窪みの発生を低減して、各ゲート構造13同士の間にシリコン窒化膜25が侵入し難くすることができる。これにより、互いに隣接し合う各トランジスタ23間の誘電率の上昇や寄生容量の増大を抑制して、各トランジスタ23同士の閾値の干渉を低減させることができる。これらの結果、フローティングゲート型トランジスタ23の電気的特性や性能、あるいは品質などを向上させることができる。ひいては、そのようなフローティングゲート型トランジスタ23を多数備えるフラッシュメモリー全体の電気的特性や性能、あるいは品質などを向上させることができる。
As described above, according to the first embodiment, variation in the film thickness of the side wall film (side wall oxide film) 21 of the
このように、本発明に係る第1実施形態によれば、半導体装置としてのフラッシュメモリーが備えるフローティングゲート電極3およびコントロールゲート電極10の側壁膜21の膜厚のばらつきを抑制するとともに側壁膜21の表面の平坦性を向上させることにより、フラッシュメモリーの電気的特性や性能、あるいは品質などを向上させることができる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, the variation in the thickness of the
(第2の実施の形態)
次に、本発明に係る第2実施形態について図7〜図12を参照しつつ説明する。なお、前述した第1実施形態と同一部分には同一符号を付して、それらの詳しい説明を省略する。本実施形態は、ゲート側壁膜の形成方法が第1実施形態と異なっているだけで、その他は略第1実施形態と同様である。以下、具体的かつ詳細に説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as 1st Embodiment mentioned above, and those detailed description is abbreviate | omitted. The present embodiment is substantially the same as the first embodiment except that the method for forming the gate sidewall film is different from the first embodiment. Hereinafter, it demonstrates concretely and in detail.
先ず、図7(a)に示すように、シリコン基板1の表面上にトンネル絶縁膜2、第1のP添加多結晶シリコン膜3、第1のシリコン窒化膜5、第1のシリコン酸化膜6、第2のシリコン窒化膜7、第2のシリコン酸化膜8、第3のシリコン窒化膜9、第2のP添加多結晶シリコン膜10、および加工用ハードマスク材11を順次積層させて堆積させる。続けて、加工用ハードマスク材11から第1のP添加多結晶シリコン膜3までの積層膜を加工して、所定のゲート構造に成型する。ここまでの工程は、第1実施形態において図1(a)を参照しつつ説明した工程と同様である。これまでの工程により、フローティングゲート電極3とコントロールゲート電極10との間に電極間絶縁膜4を挟んでなるゲート構造13がトンネル酸化膜2を介してシリコン基板1の表面上に形成される。
First, as shown in FIG. 7A, a
次に、図7(b)に示すように、フローティングゲート電極3およびコントロールゲート電極10の側面上に第1の絶縁膜31を設ける。ここでは、第1の絶縁膜31として極めて薄い膜厚からなるシリコン酸化膜(SiO2 膜)を設ける。このシリコン酸化膜31は、例えばフローティングゲート電極3およびコントロールゲート電極10の側壁部にオゾン水(O3 )または過酸化水素水(H2O2 )を用いてウェット処理を施すことにより形成される。ここでは、シリコン酸化膜31を、およそ0.5〜1nm程度の膜厚で形成する。したがって、シリコン酸化膜31の膜厚は、このシリコン酸化膜31と同様に第1および第2の各P添加多結晶シリコン膜3,10の側面上に形成された第1実施形態のシリコン酸化膜12の膜厚の1/8〜1/4程度の薄さであり、シリコン酸化膜31はシリコン酸化膜12によりもさらに薄い。シリコン酸化膜31も、第1実施形態のシリコン酸化膜12と同様に、フローティングゲート電極3およびコントロールゲート電極10の内部のリンがそれら各電極3,10の外部に拡散するのを防ぐ拡散防止膜として機能する。
Next, as shown in FIG. 7B, a first insulating
次に、図8(a)に示すように、フローティングゲート電極3およびコントロールゲート電極10の側面をシリコン酸化膜31により覆われたゲート構造13を覆って不純物無添加の非単結晶シリコン膜32を設ける。ここでは、不純物無添加の非単結晶シリコン膜32として、例えば不純物無添加のシリコン酸化膜(SiO2 膜)をCVD法によりゲート構造13およびシリコン酸化膜31の上に堆積させる。続けて、シリコン酸化膜32により覆われたゲート構造13に対して酸化性雰囲気下で第1の加熱処理を施す。これにより、ゲート加工工程によって第2のP添加多結晶シリコン膜10から第1のP添加多結晶シリコン膜3までの積層膜が受けたダメージを回復させる。
Next, as shown in FIG. 8A, a non-single
次に、図8(b)中実線矢印で示すように、ゲート構造13が形成されたシリコン基板1の表層部に対して、第1実施形態と同様の方法で第1のイオン注入工程を施す。これにより、エクステンション領域15を、シリコン酸化膜32により覆われたゲート構造13をその両外側から挟んでシリコン基板1の表層部に形成する。
Next, as shown by a solid line arrow in FIG. 8B, a first ion implantation step is performed on the surface layer portion of the
次に、図9(a)に示すように、ゲート構造13を覆って設けられたシリコン酸化膜32をさらに覆って第2の絶縁膜33を設ける。この第2の絶縁膜33は、シリコン酸化膜31やシリコン酸化膜32とともに、後工程としての配線加工工程におけるゲート構造13の側壁保護膜の一部となる。ここでは、第2の絶縁膜33として、例えばシリコン酸化膜32と同様に、シリコン酸化膜(SiO2 膜)をCVD法によりシリコン酸化膜32の上に堆積させる。
Next, as shown in FIG. 9A, a second insulating
次に、図9(b)に示すように、シリコン酸化膜32およびシリコン酸化膜33により覆われたゲート構造13に対して酸化性雰囲気下で第2の加熱処理を施す。これにより、各シリコン酸化膜32,33を焼き固めて緻密化させるとともに、各シリコン酸化膜32,33を一体化させてより厚肉形状の1層のシリコン酸化膜(SiO2 膜)34に形成する。このシリコン酸化膜34のうちゲート構造13の側面上の部分が、シリコン酸化膜31とともに側壁保護膜としてのゲート側壁膜35となる。
Next, as shown in FIG. 9B, the
次に、図10中実線矢印で示すように、シリコン酸化膜34により覆われたゲート構造13を有するシリコン基板1の表層部に対して、第1実施形態と同様の方法で第2のイオン注入工程を施す。これにより、コンタクト領域16を、シリコン酸化膜34により覆われたゲート構造13をその両外側から挟んでシリコン基板1の表層部に形成する。コンタクト領域16は、エクステンション領域15に対してシリコン酸化膜33の膜厚分だけゲート構造13の両外側に向けてさらにずらされて形成される。したがって、シリコン酸化膜33の膜厚がオフセット領域22の大きさ(幅)となる。これまでの工程により、トンネル酸化膜2、ゲート構造13、ソース・ドレイン拡散層14a,14b、およびゲート側壁膜35からなるフローティングゲート型トランジスタ36がシリコン基板1の表層部に設けられる。
Next, as shown by the solid line arrow in FIG. 10, the second ion implantation is performed on the surface layer portion of the
なお、第1実施形態と同様に、図7(a),(b)、図8(a),(b)、図9(a),(b)、および図10においては、本実施形態に係るフローティングゲート型トランジスタ36の形成工程を分かり易く説明するために、トランジスタ36を1個のみ図示した。これに対して、図11には、シリコン基板1の表層部に設けられる複数個のトランジスタ36のうち隣接する2個のトランジスタ36のみを図示する。また、先に参照した図8(a),(b)、図9(a)に示す各シリコン酸化膜32,33は、図11に示すように、実際にはそれぞれシリコン基板1の表面上の複数個のゲート構造13をまとめて覆って設けられる。ただし、各シリコン酸化膜32,33を設ける工程およびそれら各シリコン酸化膜32,33を設けた後の工程は、先に図8(a),(b)および図9(a)を参照しつつ説明した工程と同様であるので、それらの説明は割愛する。また、以下の説明において参照する図12(a),(b)には、図11と同様に複数個のトランジスタ36のうち隣接する2個のトランジスタ36のみを図示する。さらに、図11および図12(a),(b)においては、図面を見易くするために、各トランジスタ36の間のソース・ドレイン拡散層14a,14bおよびチャネル領域17の図示を省略する。
As in the first embodiment, FIGS. 7A, 7B, 8A, 8B, 9A, 9B, and 10 show the present embodiment. In order to easily explain the process of forming the floating
次に、図12(a)に示すように、第1実施形態と同様の工程により、各ゲート構造13の上に設けられている加工用ハードマスク材11およびシリコン酸化膜34を除去する。続けて、図示は省略するが、各ゲート構造13を覆ってシリコン基板1の表面上に設けられているシリコン酸化膜34を除去してシリコン基板1の表面を一旦露出させる。
Next, as shown in FIG. 12A, the processing
次に、図12(b)に示すように、第1実施形態と同様の工程により、各ゲート構造13およびシリコン基板1の表面を覆って層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜(SiO2 膜)24を設ける。続けて、図示は省略するが、各ゲート構造13の上に設けられているシリコン酸化膜24を例えばCMP法により研磨して除去する。続けて、各ゲート構造13のコントロールゲート電極10の上に加工ストッパー膜としてのシリコン窒化膜(SiN膜)25を設ける。
Next, as shown in FIG. 12B, a silicon oxide film (SiO 2 film) 24 as an interlayer insulating film is formed so as to cover the surface of each
この後、図示は省略するが、ビット線やビット線とソース・ドレイン拡散層14a,14bとを接続するコンタクトプラグ等をシリコン基板1の上に設ける。これにより、図12(b)に示すように、複数個のフローティングゲート型トランジスタ36がシリコン基板1の表層部に互いに近接して設けられた構造を有する、本実施形態に係るフラッシュメモリーを得ることができる。
Thereafter, although not shown in the figure, a bit line and a contact plug for connecting the bit line and the source /
以上説明したように、この第2実施形態においては、フローティングゲート電極3およびコントロールゲート電極10の加工形成工程においてそれら各ゲート電極3,10が受けたダメージを除去するための加熱処理(アニール処理)を酸化性雰囲気下で各ゲート電極3,10に施すのに先立って、各ゲート電極3,10の側面を覆って拡散防止膜としてのシリコン酸化膜31および不純物無添加のシリコン酸化膜32を連続して設ける。このため、第1実施形態のシリコン酸化膜19と同様に、不純物であるリン(P)が添加されたポリシリコン膜からなるフローティングゲート電極3およびコントロールゲート電極10の側面にシリコン酸化膜33が直接接触することはない。それとともに、フローティングゲート電極3およびコントロールゲート電極10の内部のリンがシリコン酸化膜33に到達するおそれは殆ど無い。また、前述したように、シリコン酸化膜31は第1実施形態のシリコン酸化膜12に比べてさらに薄く形成されている。
As described above, in the second embodiment, the heat treatment (annealing treatment) for removing the damage received by the
このような構造によれば、シリコン酸化膜31およびゲート構造13の側面上のシリコン酸化膜34からなるゲート側壁膜35は、第1実施形態のゲート側壁膜21に比べて、その膜厚がより均一化されているとともに、その表面上の段差や凹凸もより低減されている。すなわち、本実施形態によれば、第1実施形態のゲート側壁膜21に比べて、ゲート側壁膜35の膜厚のばらつきをより抑制するとともに側壁膜21の表面の平坦性をより向上させることができる。これにより、第1実施形態に比べて、ソース・ドレイン拡散層14a,14bの位置や形状の制御性をより向上させてソース・ドレイン拡散層14a,14bを所望の位置により高い精度で形成することができる。
According to such a structure, the
また、シリコン酸化膜33と同様の工程により形成されるシリコン酸化膜24の表面上に段差や凹凸が生じたり、あるいはシリコン酸化膜24の膜厚にばらつきが生じたりするおそれも、第1実施形態のシリコン酸化膜24に比べてより低減されている。すなわち、本実施形態のシリコン酸化膜24は、第1実施形態のシリコン酸化膜24に比べて、その表面がより平坦であるとともに膜厚もより均一化されている。このため、互いに近接して設けられた各ゲート構造13同士の間の微細な隙間を埋め込んで設けられるシリコン酸化膜24の内部にボイドやボイドを起点とする窪みが発生するおそれが第1実施形態に比べてより低減されている。ひいては、各ゲート構造13同士の間のシリコン酸化膜24の内部にシリコン窒化膜25が侵入するおそれも第1実施形態に比べてより低減されている。これにより、互いに隣接し合う各トランジスタ23間の誘電率の上昇や寄生容量の増大をより抑制して、各トランジスタ23同士の閾値の干渉を第1実施形態に比べてより低減させることができる。
In addition, there is a possibility that a step or unevenness may occur on the surface of the
したがって、この第2実施形態によれば、フローティングゲート型トランジスタ36の電気的特性や性能、あるいは品質などを、第1実施形態のフローティングゲート型トランジスタ23の電気的特性や性能、あるいは品質などに比べてより向上させることができる。ひいては、そのようなフローティングゲート型トランジスタ36を多数備えるフラッシュメモリー全体の電気的特性や性能、あるいは品質などを、第1実施形態のフラッシュメモリーに比べてより向上させることができる。
Therefore, according to the second embodiment, the electrical characteristics, performance, quality, etc. of the floating
なお、本発明に係る半導体装置の製造方法は、前述した第1および第2の各実施形態には制約されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、それらの構成、あるいは製造工程などの一部を種々様々な設定に変更したり、あるいは各種設定を適宜、適当に組み合わせて用いたりして実施することができる。 Note that the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is not limited to the first and second embodiments described above. Without departing from the spirit of the present invention, a part of the configuration or manufacturing process can be changed to various settings, or various settings can be appropriately combined and used. .
例えば、第2実施形態においてフローティングゲート電極3およびコントロールゲート電極10の側面上に形成した第1の絶縁膜31は、前述したシリコン酸化膜には限定されない。第1の絶縁膜31は、フローティングゲート電極3およびコントロールゲート電極10の内部のリンがそれら各電極3,10の外部に拡散するのを防ぐことができればよい。それとともに、第1の絶縁膜31の形成方法は、前述したウェット処理には限定されない。例えば、第1の絶縁膜31として、ラジカル窒化処理(熱窒化処理)により、シリコン窒化膜あるいはシリコン酸窒化膜をフローティングゲート電極3およびコントロールゲート電極10の側面上に形成しても構わない。
For example, the first insulating
また、電極間絶縁膜4は、前述した積層絶縁膜4には限定されない。電極間絶縁膜4としては、単層の絶縁膜を用いたり、あるいはシリコン窒化膜およびシリコン酸化膜の積層数や積層順序を適宜、適正に組み替えたりすることにより、様々な絶縁膜を用いることができる。例えば、積層絶縁膜4に代えて、いわゆる単層の高誘電体膜を電極間絶縁膜4として形成しても構わない。
Further, the interelectrode
1…シリコン基板(半導体基板)、2…トンネル酸化膜(トンネル絶縁膜)、3…フローティングゲート電極(第1のP添加多結晶シリコン膜3、浮遊ゲート電極)、4…電極間絶縁膜、5…第1のシリコン窒化膜(SiN膜、第1層目の電極間絶縁膜)、6…第1のシリコン酸化膜(SiO2 膜、第2層目の電極間絶縁膜)、7…第2のシリコン窒化膜(SiN膜、第3層目の電極間絶縁膜)、8…第2のシリコン酸化膜(SiO2 膜、第4層目の電極間絶縁膜)、9…第3のシリコン窒化膜(SiN膜、第5層目の電極間絶縁膜)、10…コントロールゲート電極(第2のP添加多結晶シリコン膜3、制御ゲート電極)、13…ゲート構造、18…不純物無添加のアモルファスシリコン膜(不純物無添加の非単結晶シリコン膜)、19…シリコン酸化膜(SiO2 膜、絶縁膜)、31…シリコン酸化膜(SiO2 膜、第1の絶縁膜)、32…不純物無添加のシリコン酸化膜(不純物無添加のSiO2 膜、不純物無添加の非単結晶シリコン膜)、33…シリコン酸化膜(SiO2 膜、第2の絶縁膜)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
この第1の加熱処理が施された前記ゲート構造を有する前記半導体基板の表層部に向けて不純物を注入した後、前記ゲート構造を覆って不純物無添加の非単結晶シリコン膜を設け、
この非単結晶シリコン膜を覆ってさらに絶縁膜を設けた後、この絶縁膜により覆われた前記非単結晶シリコン膜および前記ゲート構造に第2の加熱処理を施す、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first heating is performed on at least one gate structure provided on the semiconductor substrate with the inter-electrode insulating film interposed between the floating gate electrode containing the impurity and the control gate electrode and the tunnel insulating film interposed therebetween. Processing,
After implanting impurities toward the surface layer portion of the semiconductor substrate having the gate structure subjected to the first heat treatment, an impurity-free non-single crystal silicon film is provided to cover the gate structure,
An insulating film is further provided so as to cover the non-single crystal silicon film, and then the second heat treatment is performed on the non-single crystal silicon film and the gate structure covered with the insulating film.
A method for manufacturing a semiconductor device.
この第1の絶縁膜を覆って前記ゲート構造の側面上に不純物無添加の非単結晶シリコン膜を設け、
この非単結晶シリコン膜が設けられた前記ゲート構造を有する前記半導体基板の表層部に向けて不純物を注入した後、前記非単結晶シリコン膜および前記ゲート構造を覆って第2の絶縁膜を設け、
この第2の絶縁膜が設けられた前記非単結晶シリコン膜および前記ゲート構造に加熱処理を施す、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 An inter-electrode insulating film is sandwiched between a floating gate electrode containing impurities and a control gate electrode, and the floating gate electrode of at least one gate structure provided on a semiconductor substrate via a tunnel insulating film and Providing a first insulating film on a side surface of the control gate electrode;
An impurity-free non-single-crystal silicon film is provided on the side surface of the gate structure so as to cover the first insulating film,
After implanting impurities into the surface layer portion of the semiconductor substrate having the gate structure provided with the non-single crystal silicon film, a second insulating film is provided to cover the non-single crystal silicon film and the gate structure. ,
Heat-treating the non-single crystal silicon film provided with the second insulating film and the gate structure;
A method for manufacturing a semiconductor device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007162637A JP2009004492A (en) | 2007-06-20 | 2007-06-20 | Manufacturing method of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007162637A JP2009004492A (en) | 2007-06-20 | 2007-06-20 | Manufacturing method of semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009004492A true JP2009004492A (en) | 2009-01-08 |
Family
ID=40320573
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007162637A Pending JP2009004492A (en) | 2007-06-20 | 2007-06-20 | Manufacturing method of semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009004492A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014042008A (en) * | 2012-08-10 | 2014-03-06 | Imec | Method for manufacturing field-effect semiconductor device |
CN106024794A (en) * | 2015-03-31 | 2016-10-12 | 三星电子株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
-
2007
- 2007-06-20 JP JP2007162637A patent/JP2009004492A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014042008A (en) * | 2012-08-10 | 2014-03-06 | Imec | Method for manufacturing field-effect semiconductor device |
CN106024794A (en) * | 2015-03-31 | 2016-10-12 | 三星电子株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
CN106024794B (en) * | 2015-03-31 | 2020-01-10 | 三星电子株式会社 | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4987918B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing nonvolatile semiconductor memory device | |
JP5970004B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP2009212218A (en) | Semiconductor storage device and method for manufacturing the same | |
JP2004186185A (en) | Semiconductor device and its fabricating process | |
JP2006196843A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
TWI701763B (en) | Transistor structure and semiconductor layout structure | |
JP2013026382A (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
US20060240636A1 (en) | Trench isolation methods of semiconductor device | |
JP2010027904A (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
JP2008182104A (en) | Nonvolatile semiconductor storage device and method for manufacturing the same | |
US20070020902A1 (en) | Transistor for semiconductor device and method of forming the same | |
US8748978B2 (en) | Sense-amp transistor of semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JP4834304B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP2008085205A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
KR20100041968A (en) | Method of manufacturing a semiconductor device | |
JP2008244108A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
JP2009004492A (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP2009259945A (en) | Semiconductor device and fabrication method for the same | |
US9123579B2 (en) | 3D memory process and structures | |
JP4191203B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2006310601A (en) | Semiconductor apparatus and its manufacturing method | |
KR101098590B1 (en) | Method for manufacturing the semiconductor device having recess gate | |
JP2006310524A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
JP2006310484A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JP2010067683A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method |