JP2009059987A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、不揮発性メモリを有する半導体装置およびその製造方に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device having a nonvolatile memory and a manufacturing method thereof.
近年、電源を切ってもデータ保持が可能な半導体装置である不揮発性メモリが広く利用されている。代表的な不揮発性メモリであるフラッシュメモリにおいては、メモリセルを構成するトランジスタが電荷蓄積層と呼ばれるフローティングゲートまたは絶縁膜を有している。電荷蓄積層に電荷を蓄積させることにより、データを記憶する。絶縁膜を電荷蓄積層とするフラッシュメモリとして、ONO(酸化膜/窒化膜/酸化膜)膜中のトラップ層に電荷を蓄積するSONOS(Silicon Oxide Nitride Oxide silicon)型構造を有するフラッシュメモリがある。特許文献1にはSONOS型フラッシュメモリの1つとして、ソースとドレインを入れ替えて対称的に動作させる仮想接地型メモリセルを有するフラッシュメモリが開示されている。 In recent years, nonvolatile memories, which are semiconductor devices that can retain data even when the power is turned off, have been widely used. In a flash memory which is a typical non-volatile memory, a transistor constituting a memory cell has a floating gate or an insulating film called a charge storage layer. Data is stored by accumulating charges in the charge accumulation layer. As a flash memory using an insulating film as a charge storage layer, there is a flash memory having a SONOS (Silicon Oxide Nitride Oxide silicon) type structure that stores charges in a trap layer in an ONO (oxide film / nitride film / oxide film) film. Patent Document 1 discloses a flash memory having virtual ground type memory cells that operate symmetrically by switching the source and drain as one of the SONOS type flash memories.
特許文献2および特許文献3には、ゲート電極下の一部に電荷蓄積層が形成された技術が開示されている。
特許文献1の発明によれば、1つのメモリセルに2ビットを記憶することができる。メモリセルの微細化が進むと、2ビット間の干渉が生じる。これを抑制するために、2ビットがそれぞれ記憶される電荷蓄積層を分離する。しかしながら、ゲート電極の下に形成された電荷蓄積層が2つに分割される半導体装置を製造することは容易ではない。 According to the invention of Patent Document 1, two bits can be stored in one memory cell. As the memory cell becomes finer, interference between two bits occurs. In order to suppress this, the charge storage layers each storing 2 bits are separated. However, it is not easy to manufacture a semiconductor device in which the charge storage layer formed under the gate electrode is divided into two.
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ゲート電極下で電荷蓄積層が分離した半導体装置を容易に製造することが可能な半導体装置とその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of easily manufacturing a semiconductor device in which a charge storage layer is separated under a gate electrode and a manufacturing method thereof.
本発明は、半導体基板上方に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極の中央下であって前記半導体基板上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上から前記ゲート電極の両端下にまで設けられ、前記ゲート絶縁膜とは異なる材料からなる第1絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の両側の前記半導体基板上に設けられたトンネル絶縁膜と、前記トンネル絶縁膜と前記第1絶縁膜とに挟まれるように設けられた電荷蓄積層と、を具備することを特徴とする半導体装置である。本発明によれば、ゲート電極下で電荷蓄積層が分離した半導体装置を容易に製造することができる。さらに、第1絶縁膜とトンネル絶縁膜との膜厚を独立に設定することができる。 The present invention includes a gate electrode provided above a semiconductor substrate, a gate insulating film provided on the semiconductor substrate below the center of the gate electrode, and from above the gate insulating film to below both ends of the gate electrode. A first insulating film made of a material different from the gate insulating film, a tunnel insulating film provided on the semiconductor substrate on both sides of the gate insulating film, the tunnel insulating film, and the first insulating film; And a charge storage layer provided so as to be sandwiched between the semiconductor device and the semiconductor device. According to the present invention, a semiconductor device in which a charge storage layer is separated under a gate electrode can be easily manufactured. Furthermore, the film thicknesses of the first insulating film and the tunnel insulating film can be set independently.
上記構成において、前記第1絶縁膜は前記トンネル絶縁膜より厚い構成とすることができる。この構成によれば、電荷蓄積層の電荷の保持特性を向上させることができる。 In the above structure, the first insulating film may be thicker than the tunnel insulating film. According to this configuration, the charge retention characteristics of the charge storage layer can be improved.
上記構成において、前記第1絶縁膜下であって前記電荷蓄積層上に設けられた第2絶縁膜を具備する構成とすることができる。 In the above structure, a second insulating film provided below the first insulating film and on the charge storage layer may be provided.
上記構成において、前記第2絶縁膜と前記トンネル絶縁膜は同じ材料からなる構成とすることができる。 In the above configuration, the second insulating film and the tunnel insulating film may be made of the same material.
上記構成において、前記第1絶縁膜と前記第2絶縁膜を合わせた膜厚は前記トンネル絶縁膜の膜厚より厚い構成とすることができる。この構成によれば、電荷蓄積層の電荷の保持特性を向上させることができる。 In the above structure, the total thickness of the first insulating film and the second insulating film may be larger than the thickness of the tunnel insulating film. According to this configuration, the charge retention characteristics of the charge storage layer can be improved.
上記構成において、前記電荷蓄積層上に前記第1絶縁膜が直接設けられている構成とすることができる。 In the above structure, the first insulating film may be directly provided on the charge storage layer.
上記構成において、前記ゲート絶縁膜は酸化シリコン膜からなり、前記第1絶縁膜は酸化アルミニウム膜からなる構成とすることができる。 In the above structure, the gate insulating film can be made of a silicon oxide film, and the first insulating film can be made of an aluminum oxide film.
上記構成において、前記電荷蓄積層は酸化ハフニウムからなり、前記トンネル絶縁膜は酸化アルミニウムからなる構成とすることができる。 In the above structure, the charge storage layer may be made of hafnium oxide, and the tunnel insulating film may be made of aluminum oxide.
上記構成において、前記第1絶縁膜は酸化アルミニウムからなり、前記ゲート絶縁膜およびトンネル絶縁膜は酸化シリコン膜からなる構成とすることができる。 In the above structure, the first insulating film may be made of aluminum oxide, and the gate insulating film and the tunnel insulating film may be made of a silicon oxide film.
上記構成において、前記第1絶縁膜は酸化アルミニウムからなり、前記ゲート酸化膜、前記第2絶縁膜およびトンネル絶縁膜は酸化シリコン膜からなる構成とすることができる。 In the above structure, the first insulating film may be made of aluminum oxide, and the gate oxide film, the second insulating film, and the tunnel insulating film may be made of a silicon oxide film.
上記構成において、前記電荷蓄積層はシリコン膜からなる構成とすることができる。 In the above structure, the charge storage layer may be formed of a silicon film.
本発明は、半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に第1絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極および前記第1絶縁膜が異方的にエッチングされ、前記ゲート絶縁膜がサイドエッチングされるように積層された前記ゲート電極、前記第1絶縁膜および前記ゲート絶縁膜を選択的に除去する工程と、前記半導体基板の前記ゲート絶縁膜がサイドエッチングされた領域上にトンネル絶縁膜を形成する工程と、前記トンネル絶縁膜上に電荷蓄積層を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。本発明によれば、ゲート電極下で電荷蓄積層が分離した半導体装置を容易に製造することができる。さらに、第1絶縁膜とトンネル絶縁膜との膜厚を独立に設定することができる。 The present invention includes a step of forming a gate insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a first insulating film on the gate insulating film, a step of forming a gate electrode on the first insulating film, and the gate A step of selectively removing the gate electrode, the first insulating film, and the gate insulating film stacked so that the electrode and the first insulating film are anisotropically etched and the gate insulating film is side-etched; And a step of forming a tunnel insulating film on a region of the semiconductor substrate on which the gate insulating film is side-etched, and a step of forming a charge storage layer on the tunnel insulating film. It is a manufacturing method of an apparatus. According to the present invention, a semiconductor device in which a charge storage layer is separated under a gate electrode can be easily manufactured. Furthermore, the film thicknesses of the first insulating film and the tunnel insulating film can be set independently.
上記構成において、前記第1絶縁膜下の前記サイドエッチングされた領域に第2絶縁膜を形成する工程を有し、前記トンネル絶縁膜を形成する工程と前記第2絶縁膜を形成する工程とは同時に行われる構成とすることができる。 In the above configuration, the method includes forming a second insulating film in the side-etched region under the first insulating film, and forming the tunnel insulating film and forming the second insulating film It can be configured to be performed simultaneously.
本発明によれば、ゲート電極下で電荷蓄積層が分離した半導体装置を容易に製造することができる。さらに、第1絶縁膜とトンネル絶縁膜との膜厚を独立に設定することができる。 According to the present invention, a semiconductor device in which a charge storage layer is separated under a gate electrode can be easily manufactured. Furthermore, the film thicknesses of the first insulating film and the tunnel insulating film can be set independently.
図1は、比較例、実施例1から実施例3に係るフラッシュメモリの平面図である。シリコン半導体基板10内に拡散領域30からなるビットラインが延伸している。半導体基板10上に拡散領域30に交差するように延伸するワードライン34が設けられている。拡散領域30間の半導体基板10がチャネル領域44であり、チャネル領域44上に電荷蓄積層26が設けられている。図1では、ワードライン34を透過し電荷蓄積層26をハッチングで図示している。チャネル領域44上には、ワードライン34延伸方向の端E1およびE2側にそれぞれ電荷蓄積層26が形成されている。このように、電荷蓄積層26が分離しているため、1つのメモリセルに記憶される2つのビットが干渉することが抑制される。なお、電荷蓄積層26は、拡散領域30の延伸方向に連続して設けられていてもよい。
FIG. 1 is a plan view of a flash memory according to a comparative example, Examples 1 to 3. FIG. A bit line made of a
次に、比較例に係る半導体装置の製造方法について説明する。図2(a)から図3(c)は図1のA−A断面に相当する断面図である。図2(a)を参照に、半導体基板10上にゲート絶縁膜12、その上にダミー層36を形成する。ダミー層36およびゲート絶縁膜12の所定領域をエッチングする。図2(b)を参照に、ダミー層36の端部からゲート絶縁膜12をサイドエッチングする。これにより、アンダーカット部18が形成される。図2(c)を参照に、ゲート絶縁膜12の側面、半導体基板10の上面およびダミー層36の下面に絶縁膜20を形成する。半導体基板10上の絶縁膜20はトンネル絶縁膜21、ダミー層36下の絶縁膜20は第2絶縁膜23となる。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to a comparative example will be described. 2 (a) to 3 (c) are cross-sectional views corresponding to the AA cross section of FIG. Referring to FIG. 2A, the gate
図3(a)を参照に、第2絶縁膜23とトンネル絶縁膜21との間に電荷蓄積層26を形成する。ダミー層36をマスクに半導体基板10内に拡散領域30を形成する。ダミー層36を覆うように絶縁層32を形成する。絶縁層32をダミー層36の上面が露出するまで研磨する。図3(b)を参照に、ダミー層36を除去する。ゲート絶縁膜12、第2絶縁膜23および絶縁層32上に第1絶縁膜38を形成する。第1絶縁膜38と第2絶縁膜23とからトップ絶縁膜40が形成される。図3(c)を参照に、第1絶縁膜38上にゲート電極を兼ねるワードライン34を形成する。以上により、比較例に係る半導体装置が完成する。
With reference to FIG. 3A, a
比較例1によれば、ゲート電極下に2つの電荷蓄積層26が形成されている。しかし、ダミー層36を用いるため、製造工程が複雑である。このように、ダミー層36を用いる理由は、トンネル絶縁膜21に対しトップ絶縁膜40を厚く形成するためである。すなわち、図2(c)のように、アンダーカット部18を利用して、トンネル絶縁膜21と第2絶縁膜23とを形成すると、トンネル絶縁膜21と第2絶縁膜23との膜厚はほぼ同じとなる。そこで、図3(b)のように、ダミー層36を除去した後、第2絶縁膜23上に第1絶縁膜38を形成し、第1絶縁膜38と第2絶縁膜23とからトップ絶縁膜40を形成する。これにより、トップ絶縁膜40をトンネル絶縁膜21に対し厚く形成することができる。
According to Comparative Example 1, two charge storage layers 26 are formed under the gate electrode. However, since the
トップ絶縁膜40をトンネル絶縁膜21に対し厚く形成する理由は以下である。トンネル絶縁膜21は、電荷蓄積層26とチャネル領域44との間にトンネル電流を流し電荷(電子)を電荷蓄積層26に蓄積または消去するため薄いことが求められる。一方、トップ絶縁膜40は電荷蓄積層26の電荷の保持特性を保つため、厚いことが求められる。すなわち、消去を行なう場合、ゲート電極16から電荷蓄積層26に電荷が移動することを抑制するため、トップ絶縁膜40は厚いことが求められる。よって、トップ絶縁膜40をトンネル絶縁膜21に対し厚く形成している。
The reason why the top insulating
以下に、図1のように、ゲート電極下に設けられた電荷蓄積層26が分離された構造であって、トンネル絶縁膜21とトップ絶縁膜40とをそれぞれ最適な膜厚とし、かつダミー層36を用いず、製造工程が容易な半導体装置を提供する実施例について説明する。
In the following, as shown in FIG. 1, the
図4(a)から図7(b)を用い実施例1に係る半導体装置の製造方法について説明する。なお、図4(a)から図6は図1のA−A断面およびB−B断面に相当する断面図であり、図7(a)は図1のA−A断面に相当する図であり、図7(b)は図1のB−B断面に相当する図である。 A method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 4A to 6 are cross-sectional views corresponding to the AA cross section and the BB cross section of FIG. 1, and FIG. 7A is a view corresponding to the AA cross section of FIG. FIG. 7B is a view corresponding to the BB cross section of FIG.
図4(a)を参照に、P型シリコン半導体基板(またはシリコン半導体基板内のP型領域)10上に、熱酸化法を用い酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜12を形成する。ゲート絶縁膜12上に、ALD(Atomic Layer Deposition)法を用い酸化アルミニウムからなる第1絶縁膜14を形成する。第1絶縁膜14上に、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いポリシリコンからなるゲート電極16を形成する。ゲート絶縁膜12、第1絶縁膜14およびゲート電極16の膜厚は、それぞれ例えば20nm、10nm、150nmとすることができる。図4(b)を参照に、ビットラインが延伸すべき方向に延伸するストライプ状となるように、ゲート電極16、第1絶縁膜14およびゲート絶縁膜12を異方性エッチングし除去する。図4(c)を参照に、例えば弗酸水溶液を用い、ゲート絶縁膜12をサイドエッチングする。これにより、ゲート電極16両端下にサイドエッチングされた領域であるアンダーカット部18が形成される。
Referring to FIG. 4A, a
図5(a)を参照に、アンダーカット部18内面(すなわち、アンダーカット部18の半導体基板10上および第1絶縁膜14下、ゲート絶縁膜12の側面)、ゲート電極16を覆うように、ALD法を用い酸化アルミニウムからなる絶縁膜20を形成する。絶縁膜20の膜厚は例えば5nmとすることができる。絶縁膜20から、アンダーカット部18の半導体基板10上にトンネル絶縁膜21が形成される。また、絶縁膜20から、アンダーカット部18の第1絶縁膜14下に第2絶縁膜22が形成される。第1絶縁膜14と第2絶縁膜22とはトップ絶縁膜24を形成する。図5(b)を参照に、アンダーカット部18内に埋め込まれ、絶縁膜20を覆うように、ALD法を用い酸化ハフニウムからなる電荷蓄積層26を形成する。これにより、アンダーカット部18内には、トンネル絶縁膜21、電荷蓄積層26およびトップ絶縁膜24からなる積層28が形成される。図5(c)を参照に、ゲート電極16をマスクに電荷蓄積層26および絶縁膜20をエッチングする。
With reference to FIG. 5A, the inner surface of the undercut portion 18 (that is, the side surface of the
図6を参照に、ゲート電極16をマスクに、半導体基板10内に砒素をイオン注入し、N型拡散領域30からなるビットラインを形成する。拡散領域30上およびゲート電極16を覆うように、酸化シリコンからなる絶縁層32を形成する。CMP(Chemical Mechanical Polish)法を用い、ゲート電極16が露出するように絶縁層32を研磨する。これにより、ゲート電極16および絶縁層32の上面が平坦化される。
Referring to FIG. 6, arsenic ions are implanted into
図7(a)および図7(b)を参照に、ゲート電極16および絶縁層32上にポリシリコン層を形成する。図7(b)を参照に、ワードライン間となる領域(図1のB−Bに相当)においては、ポリシリコン層およびゲート電極16を除去する。図7(a)を参照に、ワードラインとなる領域においては、ポリシリコン層が残存し、ゲート電極16と電気的に接続され、拡散領域30に交差するワードライン34が形成される。その後、層間絶縁膜、プラグ金属、配線層等を形成し、実施例1に係る半導体装置が完成する。
With reference to FIGS. 7A and 7B, a polysilicon layer is formed on the
図4(a)において、ゲート絶縁膜12と第1絶縁膜14とは異なる材料を用い形成する。図4(c)において、ゲート絶縁膜12のサイドエッチングを、第1絶縁膜14はほとんどエッチングされずゲート絶縁膜12はエッチングされる薬液を用い行う。例えば、ゲート絶縁膜12は酸化シリコン膜からなり、第1絶縁膜14は酸化アルミニウム膜からなり、弗酸水溶液を用いてゲート絶縁膜12のサイドエッチングを行う。このような工程により、図4(b)のエッチングにより、ゲート電極16および第1絶縁膜14は異方的にエッチングされる。図4(c)のエッチングにより、ゲート絶縁膜12はゲート電極16をマスクに選択的にサイドエッチングされる。このように、積層されたゲート電極16、第1絶縁膜14およびゲート絶縁膜12が選択的に除去される。
In FIG. 4A, the
以上により、図4(c)のように、アンダーカット部18の第1絶縁膜14が残存するため、図5(a)のように、トップ絶縁膜24を第1絶縁膜14と第2絶縁膜22とから形成することができる。ALD法を用い絶縁膜20を形成することにより、トンネル絶縁膜21と第2絶縁膜22とはほぼ同じ膜厚で形成できる。このため、トップ絶縁膜24の膜厚(第1絶縁膜と第2絶縁膜との膜厚を合わせた膜厚)をトンネル絶縁膜21の膜厚より厚くすることができる。よって、トップ絶縁膜24およびトンネル絶縁膜21の膜厚を、それぞれ最適な厚さに設定することができる。さらに、実施例1では、比較例のように、ダミー層を用いないため、比較例に比べ製造工程を簡略化することができる。
As described above, the first insulating
このようにして製造された半導体装置は、図7(a)のように、半導体基板10上方にゲート電極16が設けられている。図7(a)および図1のように、ゲート電極16の中央(ゲート電極16におけるワードライン34の延伸方向の中央)下であって半導体基板10上にゲート絶縁膜12が設けられている。ゲート絶縁膜12上からゲート電極16の両端(ゲート電極16におけるワードライン34の延伸方向の両端)下にまで延伸して第1絶縁膜14が設けられている。第1絶縁膜14は、ゲート絶縁膜12とは異なる材料からなる。ゲート絶縁膜12の両側の半導体基板10上にトンネル絶縁膜21が設けられている。トンネル絶縁膜21と第1絶縁膜14とに挟まれるように電荷蓄積層26が設けられている。第1絶縁膜14下であって電荷蓄積層26上に第2絶縁膜22が設けられている。第2絶縁膜22とトンネル絶縁膜21とは同じ材料からなる。
In the semiconductor device manufactured in this way, a
トンネル絶縁膜21は、電荷蓄積層26のトンネルバリアとして機能する。よって、電荷蓄積層26に対しトンネル絶縁膜21のエネルギーギャップが大きいことが好ましい。例えば、トンネル絶縁膜21として酸化アルミニウム膜を用いた場合、電荷蓄積層26は酸化ハフニウムを用いることができる。
The
図5(a)において、ALD法を用いて絶縁膜20を形成する前に、半導体基板10上に、膜厚が約1nmの薄い酸化シリコン膜を形成してもよい。これにより、絶縁膜20で形成されるトンネル酸化膜21の膜質を向上させることができる。
In FIG. 5A, a thin silicon oxide film having a thickness of about 1 nm may be formed on the
実施例2は、トップ絶縁膜が第1絶縁膜からなる例である。図8(a)を参照に、実施例1の図4(a)から図4(c)までの工程を行う。図8(b)を参照に、熱酸化法を用い、半導体基板10上におよびゲート電極16を覆うように、酸化シリコン膜からなる絶縁膜20aを形成する。熱酸化法を用いているため、第1絶縁膜14下およびゲート絶縁膜12の側面には絶縁膜20aは形成されない。絶縁膜20aの膜厚は例えば5nmとすることができる。絶縁膜20aから、アンダーカット部18の半導体基板10上にトンネル絶縁膜21aが形成される。
Example 2 is an example in which the top insulating film is formed of the first insulating film. Referring to FIG. 8A, the steps from FIG. 4A to FIG. 4C of Example 1 are performed. Referring to FIG. 8B, an insulating
図8(c)を参照に、アンダーカット部18内に埋め込まれ、絶縁膜20aを覆うように、CVD法を用い窒化シリコン膜からなる電荷蓄積層26aを形成する。これにより、第1絶縁膜14は電荷蓄積層26a上に直接設けられる。トンネル絶縁膜21a、電荷蓄積層26aおよびトップ絶縁膜24aから積層28aが形成される。
Referring to FIG. 8C, a
図9を参照に、実施例1の図5(c)から図7(b)の工程を行うことにより、実施例2に係る半導体装置が完成する。 Referring to FIG. 9, the semiconductor device according to the second embodiment is completed by performing the steps from FIG. 5C to FIG. 7B of the first embodiment.
実施例2の図8(b)ように、トンネル絶縁膜21aを形成する際に、第2絶縁膜を形成しなくともよいし、実施例1の図5(a)のように、トンネル絶縁膜21の形成は第2絶縁膜22の形成と同時に行ってもよい。
As shown in FIG. 8B of the second embodiment, when the
実施例1では、ゲート絶縁膜12を酸化シリコン膜とすると、図4(c)のサイドエッチングの選択性を得るため、第1絶縁膜14を酸化アルミニウム膜としている。トップ絶縁膜24を同じ材料の膜で形成しようとすると、絶縁膜20(つまりトンネル絶縁膜21)を酸化アルミニウム膜で形成することとなる。一方、実施例2においては、トンネル絶縁膜21aの材料を任意に選択できる。これにより、より膜質のよいトンネル絶縁膜を形成することが可能な酸化シリコン膜をトンネル絶縁膜21aとして用いることができる。
In Example 1, when the
また、実施例1においては、酸化アルミニウム膜をトンネル絶縁膜21としているため、電荷蓄積層26は酸化アルミニウムよりエネルギーギャップの小さな酸化ハフニウムを用いている。実施例2においては、酸化シリコン膜をトンネル絶縁膜21としているため、より製造が容易な窒化シリコン膜を電荷蓄積層26aとすることができる。
In Example 1, since the aluminum oxide film is used as the
実施例2においては、トップ絶縁膜24aとトンネル絶縁膜21aとの膜厚を独立に設定することができる。また、第1絶縁膜14a(つまりトップ絶縁膜24a)をトンネル絶縁膜21より厚くすることにより、トンネル絶縁膜21aは、トンネル電流を流し、トップ絶縁膜24aは電荷蓄積層26aの電荷の保持特性を保つ膜厚とすることができる。
In the second embodiment, the film thicknesses of the top insulating
実施例3は、第1絶縁膜と第2絶縁膜の材料が異なる例である。図10(a)を参照に、実施例1の図4(a)から図4(c)までの工程を行う。図10(b)を参照に、アンダーカット部18内面およびゲート電極16を覆うように、ALD法を用い酸化シリコンからなる絶縁膜20bを形成する。絶縁膜20bの膜厚は例えば5nmとすることができる。絶縁膜20bから、アンダーカット部18の半導体基板10上にトンネル絶縁膜21bが形成される。また、絶縁膜20bから、アンダーカット部18の第1絶縁膜14下に第2絶縁膜22bが形成される。第1絶縁膜14と第2絶縁膜22bとはトップ絶縁膜24bを形成する。アンダーカット部18内に埋め込まれ、絶縁膜20bを覆うように、CVD法を用い窒化シリコン膜からなる電荷蓄積層26bを形成する。これにより、アンダーカット部18内には、トンネル絶縁膜21b、電荷蓄積層26bおよびトップ絶縁膜24bからなる積層28bが形成される。図10(c)を参照に、実施例1の図5(c)から図7(b)の工程を行うことにより、実施例3に係る半導体装置が完成する。
Example 3 is an example in which materials of the first insulating film and the second insulating film are different. Referring to FIG. 10A, the steps from FIG. 4A to FIG. 4C of Example 1 are performed. Referring to FIG. 10B, an insulating
実施例3によれば、第1絶縁膜14を酸化アルミニウム膜、ゲート絶縁膜12、第2絶縁膜22bおよびトンネル絶縁膜21bを酸化シリコン膜を用い形成している。これにより、図10(a)のように、ゲート酸化膜12をサイドエッチングする際に第1絶縁膜14はほとんどエッチングされない。また、ゲート絶縁膜12、トンネル絶縁膜21bは膜質のよい酸化シリコン膜で形成することができる。
According to the third embodiment, the first insulating
実施例1から実施例3において、電荷蓄積層26は例えばポリシリコン等の導電体であってもよい。電荷蓄積層26が導電体の場合、図7(b)のように、ワードライン34間において、電荷蓄積層26が設けられていると、拡散領域30の延伸方向に隣接するメモリセルの電荷蓄積層26が電気的に接続する。電荷蓄積層として導電体を用いる場合は、ワードライン間の電荷蓄積層26を除去する工程を行う。以上のように、電荷蓄積層26は、酸化ハフニウム、窒化シリコン膜およびシリコン膜(例えばポリシリコン膜)のいずれかを用いることができる。電荷蓄積層として導電性シリコン膜を用いることにより、多くの電荷を蓄積することができる。また、電荷蓄積層として酸化ハフニウム、窒化シリコン膜等の絶縁膜を用いることにより、ワードライン間の電荷蓄積層を除去する工程を省略することができる。
In the first to third embodiments, the
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims.・ Change is possible.
10 半導体基板
12 ゲート絶縁膜
14 第1絶縁膜
16 ゲート電極
18 アンダーカット部
20 絶縁膜
21 トンネル絶縁膜
22 第2絶縁膜
24 トップ絶縁膜
26 電荷蓄積層
30 拡散領域
34 ワードライン
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記ゲート電極の中央下であって前記半導体基板上に設けられたゲート絶縁膜と、
ゲート絶縁膜上から前記ゲート電極の両端下にまで設けられ、前記ゲート絶縁膜とは異なる材料からなる第1絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜の両側の前記半導体基板上に設けられたトンネル絶縁膜と、
前記トンネル絶縁膜と前記第1絶縁膜とに挟まれるように設けられた電荷蓄積層と、
を具備することを特徴とする半導体装置。 A gate electrode provided above the semiconductor substrate;
A gate insulating film provided on the semiconductor substrate under the center of the gate electrode;
A first insulating film that is provided from above the gate insulating film to below both ends of the gate electrode and made of a material different from the gate insulating film;
A tunnel insulating film provided on the semiconductor substrate on both sides of the gate insulating film;
A charge storage layer provided to be sandwiched between the tunnel insulating film and the first insulating film;
A semiconductor device comprising:
前記第1絶縁膜は酸化アルミニウム膜からなることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項記載の半導体装置。 The gate insulating film is made of a silicon oxide film,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first insulating film is made of an aluminum oxide film.
前記トンネル絶縁膜は酸化アルミニウムからなることを特徴とする請求項7記載の半導体装置。 The charge storage layer is made of hafnium oxide,
8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the tunnel insulating film is made of aluminum oxide.
前記ゲート絶縁膜上に第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極および前記第1絶縁膜が異方的にエッチングされ、前記ゲート絶縁膜がサイドエッチングされるように積層された前記ゲート電極、前記第1絶縁膜および前記ゲート絶縁膜を選択的に除去する工程と、
前記半導体基板の前記ゲート絶縁膜がサイドエッチングされた領域上にトンネル絶縁膜を形成する工程と、
前記トンネル絶縁膜上に電荷蓄積層を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a first insulating film on the gate insulating film;
Forming a gate electrode on the first insulating film;
The gate electrode, the first insulating film, and the gate insulating film are selectively removed so that the gate electrode and the first insulating film are anisotropically etched and the gate insulating film is side-etched. And the process of
Forming a tunnel insulating film on a region where the gate insulating film of the semiconductor substrate is side-etched;
Forming a charge storage layer on the tunnel insulating film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記トンネル絶縁膜を形成する工程と前記第2絶縁膜を形成する工程とは同時に行われることを特徴とする請求項12記載の半導体装置の製造方法。 Forming a second insulating film in the side-etched region under the first insulating film;
13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein the step of forming the tunnel insulating film and the step of forming the second insulating film are performed simultaneously.
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