JP2009231300A - Semiconductor memory and fabrication method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体記憶装置及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor memory device and a manufacturing method thereof.
従来の不揮発性半導体記憶装置では、トンネル酸化膜、浮遊ゲート電極、インターポリ絶縁膜、及び制御ゲート電極の積層構造を有するワードラインのワードライン間は酸化膜又は窒化膜により埋め込まれていた。しかし、素子の微細化に伴いワードライン間隔が短くなり、隣接するワードラインの浮遊ゲート電極間に発生する寄生容量による浮遊ゲート電極の閾値電圧のばらつき増大、浮遊ゲート−拡散層間に発生する寄生容量による書き込み速度の低下が問題になっている。また、電極間に印加される高電界により、ワードライン間の埋め込み材が破壊されるという問題があった。 In a conventional nonvolatile semiconductor memory device, a word line having a stacked structure of a tunnel oxide film, a floating gate electrode, an interpoly insulating film, and a control gate electrode is filled with an oxide film or a nitride film. However, as the device is miniaturized, the distance between the word lines becomes shorter, the variation in the threshold voltage of the floating gate electrode due to the parasitic capacitance generated between the floating gate electrodes of adjacent word lines, and the parasitic capacitance generated between the floating gate and the diffusion layer. The problem is the decrease in writing speed. In addition, there is a problem that a buried material between word lines is destroyed by a high electric field applied between the electrodes.
このような問題を解決するため、ワードライン間にエアギャップ(空洞)を設けて寄生容量を低減し、浮遊ゲート電極の閾値電圧のばらつきや書き込み速度の低下を抑制することが提案されている。 In order to solve such a problem, it has been proposed to provide an air gap (cavity) between word lines to reduce parasitic capacitance and to suppress variations in threshold voltage of the floating gate electrode and a decrease in writing speed.
例えば、ワードライン及びワードライン間に埋め込み性の悪い酸化膜を堆積し、隣接する浮遊ゲート電極間に空隙を設ける方法が知られている(例えば特許文献1参照)。しかし、この方法では空隙の位置や形状にばらつきが生じ、セル毎の閾値電圧にばらつきが発生して信頼性を低下させるという問題がある。 For example, a method is known in which a word line and an oxide film with poor embedding property are deposited between the word lines and a gap is provided between adjacent floating gate electrodes (see, for example, Patent Document 1). However, this method has a problem in that the position and shape of the air gap vary, and the threshold voltage varies from cell to cell, reducing reliability.
このような問題を解決する手法として、ワードラインを覆うシリコン窒化膜からなるスペーサを形成し、ワードライン間に所定の高さまでシリコン酸化膜からなる犠牲膜を形成し、この犠牲膜上にシリコン窒化膜からなるミニスペーサを形成し、犠牲膜をシリコン窒化膜との選択比を確保しながら除去し、埋め込み性の悪いカバー膜を堆積することでエアギャップを形成する方法が知られている(例えば特許文献2参照)。 As a technique for solving such a problem, a spacer made of a silicon nitride film covering the word lines is formed, a sacrificial film made of a silicon oxide film is formed between the word lines to a predetermined height, and silicon nitride is formed on the sacrificial film. A method of forming an air gap by forming a mini-spacer made of a film, removing a sacrificial film while ensuring a selection ratio with a silicon nitride film, and depositing a cover film with poor embeddability is known (for example, Patent Document 2).
また、ミニスペーサを形成せず、ワードラインとほぼ同じ高さまでワードライン間に犠牲膜を形成し、この犠牲膜を除去し、制御ゲート電極を低抵抗化するためのシリサイド化を行い、埋め込み性の悪いカバー膜を堆積することでエアギャップを形成する方法もある。 In addition, without forming a mini-spacer, a sacrificial film is formed between the word lines up to the same height as the word line, this sacrificial film is removed, and silicidation is performed to reduce the resistance of the control gate electrode, thereby embedding. There is also a method of forming an air gap by depositing a cover film having a bad shape.
しかし、この方法では、制御ゲート電極の側面にカバー膜や側壁膜(スペーサ酸化膜)に覆われずエアギャップにむき出しになる領域が生じ得る。そのため、カバー膜を介したワードライン間の表面リーク等の問題が発生し得る。 However, in this method, a region that is not covered with the cover film or the side wall film (spacer oxide film) and is exposed to the air gap may be formed on the side surface of the control gate electrode. Therefore, problems such as surface leakage between word lines via the cover film may occur.
また、制御ゲート電極のシリサイド化にニッケルを用いた場合、制御ゲート電極が膨張する。この結果、エアギャップにむき出しになる側壁面が増大して、前述のような表面リーク等の問題が発生し易くなる。さらに、カバー膜が制御ゲート電極間に入り込み、この部分に電界が集中して絶縁破壊を起こし、ワードライン間の耐圧を劣化させるという問題があった。
本発明はワードライン間に空洞部を有し、制御ゲート電極の側面が空洞部に露出せず、かつワードライン間の耐圧劣化を防止する半導体記憶装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device having a cavity between word lines, a side surface of a control gate electrode not exposed to the cavity, and preventing breakdown voltage degradation between word lines, and a method of manufacturing the same. To do.
本発明の一態様による半導体記憶装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に所定間隔を空けて形成され、順に積層された第1の絶縁膜、電荷蓄積層、第2の絶縁膜、及び制御ゲート電極をそれぞれ有する複数のワードラインと、前記ワードラインの側壁に形成され、高さが前記ワードラインの高さ以上である第3の絶縁膜と、前記ワードライン上及び隣接する前記ワードライン間の前記半導体基板上方に形成された第4の絶縁膜と、隣接する前記ワードライン間に位置し、上部が前記第4の絶縁膜に覆われた空洞部と、を備えるものである。 A semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate, a first insulating film, a charge storage layer, a second insulating film, and a control layer which are formed over the semiconductor substrate at predetermined intervals and are sequentially stacked. A plurality of word lines each having a gate electrode; a third insulating film formed on a side wall of the word line and having a height equal to or higher than the height of the word line; and between the word lines on and adjacent to the word line A fourth insulating film formed above the semiconductor substrate, and a cavity located between the adjacent word lines and having an upper portion covered with the fourth insulating film.
本発明の一態様による半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板上に、所定間隔を空け、順に積層された第1の絶縁膜、電荷蓄積層、第2の絶縁膜、制御ゲート電極、及び第3の絶縁膜をそれぞれ含む複数のワードラインを形成する工程と、前記ワードライン及び前記半導体基板を覆うように酸化膜を形成する工程と、前記ワードライン間を埋め込むように前記酸化膜上に犠牲膜を形成する工程と、前記第3の絶縁膜の上面が露出するように前記犠牲膜及び前記酸化膜を除去する工程と、前記第3の絶縁膜を除去し、前記制御ゲート電極の上面を露出する工程と、前記制御ゲート電極のシリサイド化を行う工程と、前記ワードライン間の前記犠牲膜を除去する工程と、前記犠牲膜が除去された領域の上方を覆うように第4の絶縁膜を形成する工程と、を備えるものである。 A method for manufacturing a semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention includes a first insulating film, a charge storage layer, a second insulating film, a control gate electrode, and a first gate electrode, which are sequentially stacked on a semiconductor substrate at a predetermined interval. Forming a plurality of word lines each including three insulating films, forming an oxide film so as to cover the word lines and the semiconductor substrate, and sacrificing the oxide film so as to embed between the word lines Forming a film; removing the sacrificial film and the oxide film so that an upper surface of the third insulating film is exposed; removing the third insulating film; A step of exposing, a step of siliciding the control gate electrode, a step of removing the sacrificial film between the word lines, and a fourth insulating film so as to cover an upper portion of the region where the sacrificial film has been removed. Form And the extent, those with a.
また、本発明の一態様による半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板上に、所定間隔を空け、順に積層された第1の絶縁膜、電荷蓄積層、第2の絶縁膜、ポリシリコン膜を含む制御ゲート電極、及び第3の絶縁膜をそれぞれ有する複数のワードラインを形成する工程と、前記ワードライン及び前記半導体基板を覆うように酸化膜を形成する工程と、前記ワードライン間を埋め込むように前記酸化膜上に犠牲膜を形成する工程と、前記第3の絶縁膜の上面が露出するように前記犠牲膜及び前記酸化膜を除去する工程と、前記第3の絶縁膜を除去し、前記制御ゲート電極の上面を露出する工程と、前記制御ゲート電極の前記ポリシリコン膜の少なくとも上部を除去する工程と、前記第2の絶縁膜上方の前記酸化膜間に金属層を形成する工程と、前記ワードライン間の前記犠牲膜を除去する工程と、前記犠牲膜が除去された領域の上方を覆うように第4の絶縁膜を形成する工程と、を備えるものである。 In addition, a method for manufacturing a semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention includes a first insulating film, a charge storage layer, a second insulating film, and a polysilicon film, which are sequentially stacked on a semiconductor substrate at a predetermined interval. Forming a plurality of word lines each including a control gate electrode and a third insulating film, forming an oxide film so as to cover the word lines and the semiconductor substrate, and filling the space between the word lines Forming a sacrificial film on the oxide film, removing the sacrificial film and the oxide film so that an upper surface of the third insulating film is exposed, removing the third insulating film, Exposing a top surface of the control gate electrode; removing at least an upper portion of the polysilicon film of the control gate electrode; forming a metal layer between the oxide films above the second insulating film; , Removing the sacrificial layer between the serial word lines, and forming a fourth insulating film so as to cover the upper part of the sacrificial film is removed regions are those comprising a.
本発明によれば、制御ゲート電極の側面をワードライン間の空洞部に露出せず、かつワードライン間の耐圧劣化を防止できる。 According to the present invention, the side surface of the control gate electrode is not exposed to the cavity between the word lines, and the breakdown voltage deterioration between the word lines can be prevented.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)図1乃至図8に本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を説明する工程断面図を示す。各図において(a)はビット線方向に沿ったメモリセルアレイ部の縦断面、(b)はビット線方向に沿ったメモリセルアレイ端部及び選択ゲートトランジスタの縦断面を示す。 (First Embodiment) FIGS. 1 to 8 are sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention. In each figure, (a) shows a longitudinal section of the memory cell array portion along the bit line direction, and (b) shows a longitudinal section of the end portion of the memory cell array and the select gate transistor along the bit line direction.
図1に示すように、半導体基板1上にシリコン酸化膜からなるトンネル酸化膜2、ポリシリコン膜からなる浮遊ゲート電極3を形成する。
As shown in FIG. 1, a
そして、第1の方向(ビット線方向)に沿って所定間隔を空けて浮遊ゲート電極3、トンネル酸化膜2、及び半導体基板1を除去して溝を形成する。この溝にシリコン酸化膜を所定の高さまで埋め込んで素子分離領域(図示せず)を形成する。
Then, the
そして、浮遊ゲート電極3及び素子分離領域を覆うようにインターポリ絶縁膜4を形成し、インターポリ絶縁膜4上に第1のポリシリコン膜を形成する。選択トランジスタST及び周辺トランジスタ(図示せず)が形成される領域の第1のポリシリコン膜及びインターポリ絶縁膜4の一部を除去して溝を形成する。この溝を埋め込むように第1のポリシリコン膜上に第2のポリシリコン膜を形成する。
Then, an
メモリセルアレイ部では制御ゲート電極5は第1のポリシリコン膜及び第2のポリシリコン膜からなる。また、選択ゲートトランジスタST及び周辺トランジスタではインターポリ絶縁膜4の上下のポリシリコン膜(電極層)が接続されたエッチングインターポリ構造になっている。制御ゲート電極5の膜厚は例えば95nmである。
In the memory cell array portion, the
そして、制御ゲート電極5上にシリコン窒化膜6を例えば膜厚30nmで形成する。続いて、第1の方向に直交する第2の方向(ワードライン方向)に沿って所定間隔を空けてシリコン窒化膜6、制御ゲート電極5、インターポリ絶縁膜4、浮遊ゲート電極3、及びトンネル酸化膜2を除去することでワードラインWL及び選択トランジスタSTを加工する。選択トランジスタSTは複数のワードラインWLの両端にそれぞれ1つずつ配置される。
Then, a
図2に示すように、ワードラインWL、選択トランジスタST、及び半導体基板1を覆うようにシリコン酸化膜(スペーサ酸化膜)11をCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成する。
As shown in FIG. 2, a silicon oxide film (spacer oxide film) 11 is formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method so as to cover the word line WL, the select transistor ST, and the
ここで、シリコン酸化膜11の膜厚は3nm以上15nm以下となるようにする。表面リークを防止するため、ワードラインWLを覆うように必ず酸化膜等を形成する必要があり、シリコン酸化膜11を形成するのはこのためである。
Here, the thickness of the
そして、ワードラインWL間、選択トランジスタST間、及び選択トランジスタSTとこれに隣接するワードラインWL1との間の半導体基板1表面部に例えばヒ素を注入して拡散層(図示せず)を形成する。
Then, for example, arsenic is implanted into the surface portion of the
続いて、シリコン酸化膜11上にワードラインWL間を埋め込むようにシリコン窒化膜からなる犠牲膜12をCVD法により形成する。
Subsequently, a
図3に示すように、選択トランジスタST間、及び選択トランジスタSTとこれに隣接するワードラインWL1との間の半導体基板1表面が露出するようにRIE(反応性イオンエッチング)によるエッチバックを行い、犠牲膜12及びシリコン酸化膜11を除去する。
As shown in FIG. 3, RIE (reactive ion etching) is performed so that the surface of the
これにより、選択トランジスタSTの側壁部、及びワードラインWL1の選択トランジスタST側の側壁部に、犠牲膜12及びシリコン酸化膜11からなるサイドウォール(側壁膜)SWが形成される。このサイドウォールSWをマスクにして例えばヒ素の注入を行い、選択トランジスタST間の半導体基板1表面部に高濃度拡散層(図示せず)を形成し、LDD(Lightly Doped Drain)構造にする。
As a result, sidewalls (sidewall films) SW composed of the
また、この時シリコン窒化膜6の上面が露出される。
At this time, the upper surface of the
図4に示すように、ワードラインWL、選択トランジスタST、サイドウォールSW、及び半導体基板1を覆うようにシリコン酸化膜14をCVD法により形成し、シリコン酸化膜14上にシリコン窒化膜15をCVD法で形成する。シリコン窒化膜15はシリコン窒化膜(犠牲膜)12より高温で成膜し、高密度な膜にする。
As shown in FIG. 4, a
そして、選択トランジスタST間、及び選択トランジスタとワードラインWL1との間を埋め込むようにシリコン酸化膜16をCVD法により形成する。
Then, a
続いて、シリコン窒化膜6をストッパとしてCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学的機械研磨)により平坦化処理を行う。
Subsequently, planarization is performed by CMP (Chemical Mechanical Polishing) using the
図5に示すように、制御ゲート電極5の上面が露出するようにシリコン窒化膜6をCDE(Chemical Dry Etching)により除去する。このCDEは、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の選択比がとれる条件で行うため、犠牲膜12も一部除去され、上面位置が制御ゲート電極5の上面位置と略同一になる。制御ゲート電極5の上面位置はシリコン酸化膜11の上面位置より低い。
As shown in FIG. 5, the
また、このときシリコン酸化膜も多少除去されるため、サイドウォールSWの犠牲膜12の上面が露出される。
At this time, the silicon oxide film is also removed to some extent, so that the upper surface of the
図6に示すように、犠牲膜12をウェットエッチングにより除去する。薬液には燐酸溶液(ホット燐酸)等を用いることができる。この時、シリコン窒化膜15も除去され得るが、シリコン窒化膜15は犠牲膜12より高密度な膜であり、エッチング耐性が高いため、除去される量は少ない。
As shown in FIG. 6, the
残存したシリコン窒化膜15は、後のビット線コンタクト形成工程におけるコンタクトホール開口時のストッパとして機能する。
The remaining
図7に示すように、制御ゲート電極5の一部又はすべてを制御ゲート電極5の上面からシリサイド化し、シリサイド層17を形成する。シリサイド金属材料にはNiを用い、例えば350℃で120秒の加熱を行った後、500℃で60秒の加熱を行う。Niを用いてシリサイド化すると制御ゲート電極5は膨張する。例えば膜厚が95nmからシリサイド化により115nmになる。最初に低い温度で加熱を行い、その後に高温での加熱を行うのは、シリサイド層の膨張度合いを抑制するためである。
As shown in FIG. 7, a part or all of the
図5に示す工程で、制御ゲート電極5の上面位置はシリコン酸化膜11の上面位置より低くしているため、シリサイド化により制御ゲート電極5が膨張しても、制御ゲート電極5の上面位置はシリコン酸化膜11の上面位置より高くならない。
In the process shown in FIG. 5, since the upper surface position of the
図8に示すように、プラズマCVD法によりシリコン酸化膜(カバー膜)18を形成する。プラズマCVD法は埋め込み性が良くない堆積方法であるため、間隔の狭いワードラインWL間(シリコン酸化膜11間)には入り込まず、ワードラインWL間及びサイドウォールSWの犠牲膜12が除去された領域を空洞(エアギャップ)19にすることができる。
As shown in FIG. 8, a silicon oxide film (cover film) 18 is formed by plasma CVD. Since the plasma CVD method is a deposition method with poor embeddability, the
また、ワードラインWL側壁部のシリコン酸化膜11の基板1表面からの高さはワードラインWLの高さ以上である。つまり、制御ゲート電極5の側面が空洞19にむき出しにならない。また、シリコン酸化膜18がワードラインWL間に入り込まないため、空洞19の上端が制御ゲート電極5上面より高く形成される。
Further, the height of the side wall of the word line WL from the surface of the
すなわち、制御ゲート電極5の側面がシリコン酸化膜11に覆われる。また、ワードラインWL間においては、シリコン酸化膜18の下端は制御ゲート電極5の上面より高い位置に形成される。
That is, the side surface of the
従って、制御ゲート電極5の側壁面を空洞19に露出することなくワードラインWL間に空洞を形成できるため、ワードラインWL間表面リーク等の発生を防止でき、信頼性を向上できる。
Accordingly, since the cavity can be formed between the word lines WL without exposing the side wall surface of the
また、隣接するワードラインWLの制御ゲート電極5間にシリコン酸化膜18が入り込まず、制御ゲート電極5間に均一に電界が印加されるため、ワードライン間の耐圧劣化を防止することができる。
In addition, since the
(比較例)比較例による半導体記憶装置の製造方法を図9乃至図12に示す。図4に示す工程までは上記第1の実施形態と同様であるため、説明を省略する。 (Comparative Example) A method of manufacturing a semiconductor memory device according to a comparative example is shown in FIGS. Since the steps shown in FIG. 4 are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.
図9に示すように、制御ゲート電極5の上面及びサイドウォールSWの犠牲膜12の上面が露出するようにRIE(反応性イオンエッチング)によりシリコン窒化膜6等を除去する。このとき、シリコン酸化膜11の高さはワードラインWLより低くなる。これは後述するシリサイド化の際に制御ゲート電極5の側壁からもシリサイド化を行い、シリサイド化を促進するためである。
As shown in FIG. 9, the
本発明では、上述のように制御ゲート電極5の上面からのみシリサイド化を行っているが、シリサイド化においては温度と時間との関係を調整することにより比較例以上にシリサイド化を促進させられる。
In the present invention, silicidation is performed only from the upper surface of the
図10に示すように、犠牲膜12をウェットエッチングにより除去する。薬液には燐酸溶液(ホット燐酸)等を用いることができる。
As shown in FIG. 10, the
図11に示すように、制御ゲート電極5の一部又はすべてをシリサイド化し、シリサイド層17を形成する。シリサイド金属材料にはNiを用い、例えば350℃で60秒の加熱を行い、その後500℃で60秒の加熱を行う。Niを用いてシリサイド化を行うと制御ゲート電極5は膨張する。そのため、制御ゲート電極5の側面において、シリコン酸化膜11に覆われていない領域a1が増大する。
As shown in FIG. 11, part or all of the
図12に示すように、プラズマCVD法によりシリコン酸化膜30を形成する。プラズマCVD法は埋め込み性が良くない堆積方法であるため、犠牲膜12が除去された領域が埋め込まれず空洞31になる。
As shown in FIG. 12, a
このとき、制御ゲート電極5の側面にはシリコン酸化膜11、30のどちらにも覆われず、空洞31にむき出しになる領域が発生し得る。このような領域が発生すると、ワードラインWL間の表面リーク等の問題が生じる。
At this time, a region which is not covered with either of the
また、制御ゲート電極5間にシリコン酸化膜30が入り込むことで、電圧印加時にこの部分に電界が集中して絶縁破壊が生じ、信頼性を劣化させる。
In addition, since the
一方、上記第1の実施形態では、シリコン酸化膜11がワードラインWLより高く形成され、制御ゲート電極5の側面を覆っているため、制御ゲート電極側面が空洞にむき出しになることがない。
On the other hand, in the first embodiment, since the
また、シリコン酸化膜18が隣接する制御ゲート電極5間に入り込まないため、制御ゲート電極5間に均一に電界が印加され、ワードライン間の耐圧劣化を防止することができる。
In addition, since the
(第2の実施形態)図13乃至図16に本発明の第2の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を説明する工程断面図を示す。各図において(a)はビット線方向に沿ったメモリセルアレイ部の縦断面、(b)はビット線方向に沿ったメモリセルアレイ端部及び選択ゲートトランジスタの縦断面を示す。図5に示す工程までは上記第1の実施形態と同様であるため、説明を省略する。 (Second Embodiment) FIGS. 13 to 16 are process sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention. In each figure, (a) shows a longitudinal section of the memory cell array portion along the bit line direction, and (b) shows a longitudinal section of the end portion of the memory cell array and the select gate transistor along the bit line direction. Since the processes up to the step shown in FIG. 5 are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.
図13に示すように、制御ゲート電極5を形成するポリシリコン膜をCDEにてエッチバックする。ポリシリコン膜をすべて除去してもよいが、インターポリ絶縁膜4の信頼性を考慮して、一部残存させる。
As shown in FIG. 13, the polysilicon film forming the
図14に示すように、バリアメタル21及びメタル22をスパッタリングで成膜する。バリアメタル21は例えばTiNやTiであり、メタル22は例えばW(タングステン)である。制御ゲート電極5はポリシリコン膜とメタルの積層構造になる。
As shown in FIG. 14, the
そして、CMPにより平坦化を行う。これにより、制御ゲート電極5の上面はシリコン酸化膜11の上面と面一になる。また、この平坦化処理により、サイドウォールSWの犠牲膜12の上面が露出される。
Then, planarization is performed by CMP. As a result, the upper surface of the
図15に示すように、シリコン酸化膜11と犠牲膜12との選択比がとれる条件で犠牲膜12を除去する。例えば、犠牲膜12はウェットエッチングにより除去される。薬液には燐酸溶液(ホット燐酸)等を用いることができる。シリコン窒化膜15は犠牲膜12より高密度な膜であり、エッチング耐性が高いため、一部のみ除去される。
As shown in FIG. 15, the
残存したシリコン窒化膜15は、後のビット線コンタクト形成工程におけるコンタクトホール開口時のストッパとして機能する。
The remaining
また、このときバリアメタル21及びメタル22が多少除去され得る。バリアメタル21及びメタル22の一部をCDE等により除去し、制御ゲート電極の高さを低くしてもよい。
At this time, the
図16に示すように、プラズマCVD法によりシリコン酸化膜23を形成する。プラズマCVD法は埋め込み性が良くない堆積方法であるため、間隔の狭いワードラインWL間(シリコン酸化膜11間)には入り込まず、ワードラインWL間及びサイドウォールSWの犠牲膜12が除去された領域を空洞(エアギャップ)24にすることができる。
As shown in FIG. 16, a
また、ワードライン側壁部のシリコン酸化膜11の高さはワードラインWLの高さ以上であるため、シリコン酸化膜23がワードラインWL間に入り込まず空洞24は上端が制御ゲート電極5上面より高く形成される。
Further, since the height of the
つまり、制御ゲート電極5の側面はシリコン酸化膜11に覆われている。また、ワードラインWL間においては、シリコン酸化膜23の下端は制御ゲート電極5の上面より高い位置に形成される。
That is, the side surface of the
従って、制御ゲート電極5の側壁面を空洞24に露出することなくワードラインWL間に空洞を形成できるため、ワードラインWL間表面リーク等の発生を防止でき、信頼性を向上できる。
Therefore, since the cavity can be formed between the word lines WL without exposing the side wall surface of the
また、隣接するワードラインWLの制御ゲート電極5間にシリコン酸化膜23が入り込まず、制御ゲート電極5間に均一に電界が印加されるため、ワードライン間の耐圧劣化を防止することができる。
Further, since the
上述した実施の形態はいずれも一例であって限定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による半導体記憶装置は制御ゲート電極/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であったが、隣接するセル間にエアギャップ(空洞)を設けることで電極間の寄生容量低減や高耐圧化の効果が得られるその他のメモリセル構造にも適用することができる。 Each of the above-described embodiments is an example and should be considered as not limiting. For example, the semiconductor memory device according to the above embodiment has a stack gate type memory cell structure of control gate electrode / interpoly insulating film / floating gate electrode / tunnel oxide film, but an air gap (cavity) is provided between adjacent cells. Thus, the present invention can also be applied to other memory cell structures capable of reducing the parasitic capacitance between the electrodes and increasing the breakdown voltage.
例えば、上記第1の実施形態をMONOS型のメモリセル構造に適用した場合、図17に示すような半導体記憶装置が得られる。 For example, when the first embodiment is applied to a MONOS type memory cell structure, a semiconductor memory device as shown in FIG. 17 is obtained.
図17に示すように、ワードラインWLは半導体基板41上に順に積層されたトンネル酸化膜42、電荷蓄積層(トラップ窒化膜)43、例えばAl2O3からなるブロック層44、及び制御ゲート電極45を有する。
As shown in FIG. 17, the word line WL includes a
制御ゲート電極45は例えばTiN又はTaNである金属層45a、ポリシリコン膜45b、ニッケルシリサイド層45cを含む。
The
選択トランジスタSTは順に積層されたトンネル酸化膜42、ブロック層44、ゲート電極46を有する。ゲート電極46は例えばTiNである金属層46a、ポリシリコン膜46b、ニッケルシリサイド層46cを含む。
The selection transistor ST includes a
ワードラインWLの側壁には高さがワードラインWLより高い側壁膜(シリコン酸化膜)47が形成されている。従って、制御ゲート電極45の側面が空洞48にむき出しにはならず、ワードラインWL間表面リーク等の発生を防止できる。
A sidewall film (silicon oxide film) 47 having a height higher than that of the word line WL is formed on the sidewall of the word line WL. Therefore, the side surface of the
また、カバー膜(シリコン酸化膜)49がワードラインWL間(制御ゲート電極45間)に入り込まないため、制御ゲート電極45間に均一に電界が印加され、耐圧劣化を防止することができる。
In addition, since the cover film (silicon oxide film) 49 does not enter between the word lines WL (between the control gate electrodes 45), an electric field is uniformly applied between the
また、図18は上記第2の実施形態をMONOS型のメモリセル構造に適用した場合に得られる半導体記憶装置を示す。図17に示す半導体記憶装置と異なり、制御ゲート電極45及び選択トランジスタSTのゲート電極46が、例えばTiNからなるバリアメタル45d、46dと、Wからなるメタル45e、46eにより構成される。この半導体記憶装置も上記実施形態と同様の効果が得られる。
FIG. 18 shows a semiconductor memory device obtained when the second embodiment is applied to a MONOS type memory cell structure. Unlike the semiconductor memory device shown in FIG. 17, the
上記実施形態では制御ゲート電極のシリサイド化にNiを用いていたが、Ni以外に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。上記実施形態による半導体記憶装置の製造方法は、Niのようにシリサイド化を行うことで制御ゲート電極が膨張する金属を用いる時に特に有用な手法である。
In the above embodiment, Ni is used for silicidation of the control gate electrode. However, in addition to Ni, a metal belonging to
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 半導体基板
2 トンネル酸化膜
3 浮遊ゲート電極
4 インターポリ絶縁膜
5 制御ゲート電極
6、15 シリコン窒化膜
11 スペーサ酸化膜
12 犠牲膜
14、16 シリコン酸化膜
17 シリサイド層
18 カバー膜
19 空洞
ST 選択トランジスタ
SW サイドウォール
WL ワードライン
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記半導体基板上に所定間隔を空けて形成され、順に積層された第1の絶縁膜、電荷蓄積層、第2の絶縁膜、及び制御ゲート電極をそれぞれ有する複数のワードラインと、
前記ワードラインの側壁に形成され、高さが前記ワードラインの高さ以上である第3の絶縁膜と、
前記ワードライン上及び隣接する前記ワードライン間の前記半導体基板上方に形成された第4の絶縁膜と、
隣接する前記ワードライン間に位置し、上部が前記第4の絶縁膜に覆われた空洞部と、
を備える半導体記憶装置。 A semiconductor substrate;
A plurality of word lines each having a first insulating film, a charge storage layer, a second insulating film, and a control gate electrode, which are formed on the semiconductor substrate at predetermined intervals and are sequentially stacked;
A third insulating film formed on a sidewall of the word line and having a height equal to or higher than the height of the word line;
A fourth insulating film formed on the word line and above the semiconductor substrate between adjacent word lines;
A cavity that is located between the adjacent word lines and whose upper part is covered with the fourth insulating film; and
A semiconductor memory device.
前記ワードライン及び前記半導体基板を覆うように酸化膜を形成する工程と、
前記ワードライン間を埋め込むように前記酸化膜上に犠牲膜を形成する工程と、
前記第3の絶縁膜の上面が露出するように前記犠牲膜及び前記酸化膜を除去する工程と、
前記第3の絶縁膜を除去し、前記制御ゲート電極の上面を露出する工程と、
前記ワードライン間の前記犠牲膜を除去する工程と、
前記制御ゲート電極のシリサイド化を行う工程と、
前記犠牲膜が除去された領域の上方を覆うように第4の絶縁膜を形成する工程と、
を備える半導体記憶装置の製造方法。 A plurality of word lines each including a first insulating film, a charge storage layer, a second insulating film, a control gate electrode, and a third insulating film, which are sequentially stacked, are formed on the semiconductor substrate at predetermined intervals. Process,
Forming an oxide film so as to cover the word line and the semiconductor substrate;
Forming a sacrificial film on the oxide film so as to fill the space between the word lines;
Removing the sacrificial film and the oxide film such that an upper surface of the third insulating film is exposed;
Removing the third insulating film and exposing an upper surface of the control gate electrode;
Removing the sacrificial layer between the word lines;
Performing silicidation of the control gate electrode;
Forming a fourth insulating film so as to cover the area above the sacrificial film removed;
A method for manufacturing a semiconductor memory device.
前記ワードライン及び前記半導体基板を覆うように酸化膜を形成する工程と、
前記ワードライン間を埋め込むように前記酸化膜上に犠牲膜を形成する工程と、
前記第3の絶縁膜の上面が露出するように前記犠牲膜及び前記酸化膜を除去する工程と、
前記第3の絶縁膜を除去し、前記制御ゲート電極の上面を露出する工程と、
前記制御ゲート電極の前記ポリシリコン膜の少なくとも上部を除去する工程と、
前記第2の絶縁膜上方の前記酸化膜間に金属層を形成する工程と、
前記ワードライン間の前記犠牲膜を除去する工程と、
前記犠牲膜が除去された領域の上方を覆うように第4の絶縁膜を形成する工程と、
を備える半導体記憶装置の製造方法。 A plurality of first insulating films, a charge storage layer, a second insulating film, a control gate electrode including a polysilicon film, and a third insulating film, which are sequentially stacked on the semiconductor substrate at predetermined intervals. Forming a word line;
Forming an oxide film so as to cover the word line and the semiconductor substrate;
Forming a sacrificial film on the oxide film so as to fill the space between the word lines;
Removing the sacrificial film and the oxide film such that an upper surface of the third insulating film is exposed;
Removing the third insulating film and exposing an upper surface of the control gate electrode;
Removing at least the upper part of the polysilicon film of the control gate electrode;
Forming a metal layer between the oxide films above the second insulating film;
Removing the sacrificial layer between the word lines;
Forming a fourth insulating film so as to cover the area above the sacrificial film removed;
A method for manufacturing a semiconductor memory device.
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