JP2009252874A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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隆興 佐々木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device or the like for preventing disturbance. <P>SOLUTION: The semiconductor device includes at least one transistor of at least one nonvolatile storage cell. At least the one transistor of at least the one nonvolatile storage cell has: a first gate insulating layer 22a'; a gate charge storage layer 22b' having charge storage capability formed on the first gate insulating layer 22a'; and a second gate insulating layer 22c' formed on the gate charge storage layer 22b'. The first charge storage capability of one portion 31 of the gate charge storage layer 22b' is smaller than the second charge storage capability in a remaining section 32 of the gate charge storage layer 22b'. The first charge storage capability of one portion 31 of the gate charge storage layer 22b' is reduced by ion implantation using fluorine gas and/or hydrogen-based gas. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法等に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

半導体装置に含まれる不揮発性記憶装置は、たとえば、平板型のMONOS(Metal−Oxide−Nitride−Oxide−Semiconductor)とスプリットゲート(Split−Gate)型のMONOSとを含む。MONOSは、SONOS(Silicon−Oxide−Nitride−Oxide−Semiconductor)と呼ばれることもある。現在、製造プロセスの簡易化およびチップサイズの縮小化に繋がるため、平板型のMONOSは、スプリットゲート型のMONOSよりも注目されている。平板型のMONOSは、概して、FN(Fowler Nordheim)電流を制御して電荷を書き込み・消去を行なうものと、ホットキャリア(Hot Carrier)を用いてエネルギーの大きな電子を制御し、書き込み・消去状態を実現するものとに分類される。ホットキャリアを用いるMONOSは、FN電流を利用するMONOSと比べて、高いバイアスを必要としないという利点を有する。さらに、ホットキャリアを用いるMONOSは、等価酸化膜厚(EOT、Equivalent Oxide Thickness)が比較的薄く設定されることから、読み出しの電流値を高く設定でき、扱いやすいという利点を有する。
不揮発性記憶装置(不揮発性記憶領域)を含む半導体装置は、たとえば、特許文献1に開示されている。
Nonvolatile memory devices included in a semiconductor device include, for example, a flat-plate MONOS (Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor) and a split-gate MONOS. MONOS is sometimes called SONOS (Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor). Currently, flat type MONOS has attracted more attention than split gate type MONOS because it leads to simplification of the manufacturing process and reduction in chip size. In the flat type MONOS, generally, an FN (Fowler Nordheim) current is controlled to write / erase charges, and a hot carrier (Hot Carrier) is used to control high energy electrons to change the write / erase state. It is classified into what is realized. MONOS using hot carriers has the advantage of not requiring a high bias compared to MONOS using FN current. Furthermore, MONOS using hot carriers has an advantage that the read current value can be set high and is easy to handle because the equivalent oxide thickness (EOT) is set relatively thin.
A semiconductor device including a nonvolatile memory device (nonvolatile memory area) is disclosed in, for example, Patent Document 1.

半導体装置の信頼性を向上させる目的で、半導体装置の半導体基板(シリコン基板)と酸化膜(シリコン酸化膜)との間の界面(Si−SiO界面)の付近のダングリングボンド(dangling bond)を終端させる手法は、たとえば、特許文献2、特許文献3、特許文献4に開示されている。
特開2004−296683号公報 特開2000−174030号公報 特開2006−319186号公報 特開平07−058313号公報
In order to improve the reliability of the semiconductor device, a dangling bond in the vicinity of the interface (Si-SiO 2 interface) between the semiconductor substrate (silicon substrate) and the oxide film (silicon oxide film) of the semiconductor device. For example, Patent Literature 2, Patent Literature 3, and Patent Literature 4 disclose a technique for terminating.
JP 2004-296683 A JP 2000-174030 A JP 2006-319186 A JP 07-058313 A

図1は、不揮発性記憶装置のメモリセルと等価な回路の配置例を示す。
図1において、ソース線SL0、SL1とワード線WL0、WL1とは、平行に配置されている。メモリセルMC10のソース線SL1が接続されるソースドレイン領域側の電荷蓄積層に電荷(ホットエレクトロン)を書き込む場合、たとえば、ビット線BL0の電圧を0[V]に設定し、ソース線SL1の電圧を5[V]に設定し、ワード線WL0の電圧を7[V]に設定する。メモリセルMC00に電荷(ホットエレクトロン)が書き込まれないように、ソース線SL0の電圧を0[V]に設定し、ワード線WL1の電圧を0[V]に設定する。メモリセルMC11に電荷(ホットエレクトロン)が書き込まれないように、ビット線BL1の電圧を5[V]に設定する。ビット線BL1の電圧が5[V]に設定され、ソース線SL0の電圧が0[V]に設定される場合、メモリセルMC01のビット線BL1が接続されるソースドレイン領域側の電荷蓄積層に電荷(ホットホール)が書き込まれてしまう。
FIG. 1 shows an example of circuit arrangement equivalent to a memory cell of a nonvolatile memory device.
In FIG. 1, source lines SL0 and SL1 and word lines WL0 and WL1 are arranged in parallel. When writing charges (hot electrons) to the charge storage layer on the source / drain region side to which the source line SL1 of the memory cell MC10 is connected, for example, the voltage of the bit line BL0 is set to 0 [V], and the voltage of the source line SL1 is set. Is set to 5 [V], and the voltage of the word line WL0 is set to 7 [V]. The voltage of the source line SL0 is set to 0 [V] and the voltage of the word line WL1 is set to 0 [V] so that charges (hot electrons) are not written into the memory cell MC00. The voltage of the bit line BL1 is set to 5 [V] so that charges (hot electrons) are not written in the memory cell MC11. When the voltage of the bit line BL1 is set to 5 [V] and the voltage of the source line SL0 is set to 0 [V], the charge storage layer on the source / drain region side to which the bit line BL1 of the memory cell MC01 is connected is applied. Electric charges (hot holes) are written.

メモリセルMC01のソース線SL1が接続されるソースドレイン領域側の電荷蓄積層に電荷(ホットエレクトロン)が書き込まれているか否かを判定する場合、たとえば、ビット線BL1の電圧を1[V]に設定し、ソース線SL0の電圧を0[V]に設定し、ワード線WL1の電圧を2[V]に設定する。このとき、メモリセルMC01のビット線BL1が接続されるソースドレイン領域側の電荷蓄積層に電荷(ホットホール)が書き込まれていると、メモリセルMC01の読み出しが正常に行うことができない。
したがって、メモリセルMC10(選択されたメモリセル)のソース線SL1が接続されるソースドレイン領域側の電荷蓄積層に電荷(ホットエレクトロン)を書き込む場合、メモリセルMC01(選択されないメモリセル)へのディスターブを防止するために、ビット線BL1の電圧を調整する必要があった。すなわち、メモリセルMC01に電荷(ホットホール)が書き込まれないように、ビット線BL1の電圧を例えば、5[V]から3[V]に変更する必要があった。なお、ビット線BL1の電圧をあまりにも低くすると、メモリセルMC11に電荷(ホットエレクトロン)が書き込まれてしまうという問題も生じる。
When determining whether or not charges (hot electrons) are written in the charge storage layer on the source / drain region side to which the source line SL1 of the memory cell MC01 is connected, for example, the voltage of the bit line BL1 is set to 1 [V]. Then, the voltage of the source line SL0 is set to 0 [V], and the voltage of the word line WL1 is set to 2 [V]. At this time, if charges (hot holes) are written in the charge storage layer on the source / drain region side to which the bit line BL1 of the memory cell MC01 is connected, the reading of the memory cell MC01 cannot be performed normally.
Therefore, when charges (hot electrons) are written in the charge storage layer on the source / drain region side to which the source line SL1 of the memory cell MC10 (selected memory cell) is connected, disturbance to the memory cell MC01 (non-selected memory cell) is disturbed. In order to prevent this, it is necessary to adjust the voltage of the bit line BL1. That is, it is necessary to change the voltage of the bit line BL1 from, for example, 5 [V] to 3 [V] so that no charge (hot hole) is written in the memory cell MC01. Note that if the voltage of the bit line BL1 is too low, there is a problem that charges (hot electrons) are written in the memory cell MC11.

上述のようにビット線BL1の電圧を調整して、メモリセルMC10(選択されたメモリセル)に電荷(ホットエレクトロン)を書き込む場合、メモリセルMC01(選択されないメモリセル)へのディスターブを防止するために、使用する電圧の数が、3つ(0[V]、5[V]、7[V])から4つ(0[V]、3[V]、5[V]、7[V])に増えてしまうという問題がある。
当業者は、図1に示されていない他の配置例においても、選択されたメモリセルへの電荷を書き込むときに、選択されないメモリセルへのディスターブが生じることを理解できるであろう。
In order to prevent disturbance to the memory cell MC01 (non-selected memory cell) when the charge (hot electron) is written in the memory cell MC10 (selected memory cell) by adjusting the voltage of the bit line BL1 as described above. In addition, the number of voltages used is three (0 [V], 5 [V], 7 [V]) to four (0 [V], 3 [V], 5 [V], 7 [V]) ) Will increase.
Those skilled in the art will appreciate that even in other arrangements not shown in FIG. 1, disturbances to unselected memory cells occur when writing charge to selected memory cells.

以下に、本発明に従う複数の態様を例示する。以下に例示される複数の態様は、本発明を容易に理解するために用いられている。したがって、当業者は、本発明が、以下に例示される複数の態様によって不当に限定されないことを留意すべきである。   Hereinafter, a plurality of embodiments according to the present invention will be exemplified. Several aspects illustrated below are used in order to understand this invention easily. Thus, those skilled in the art should note that the present invention is not unduly limited by the aspects illustrated below.

本発明の第1の態様は、半導体装置であって、
少なくとも1つの不揮発性記憶セルの少なくとも1つのトランジスタを含み、
前記少なくとも1つの不揮発性記憶セルの前記少なくとも1つのトランジスタは、第1のゲート絶縁層と、前記第1のゲート絶縁層の上に形成された電荷蓄積能力を有するゲート電荷蓄積層と、前記ゲート電荷蓄積層の上に形成された第2のゲート絶縁層とを有し、
前記ゲート電荷蓄積層の一部の第1の電荷蓄積能力は、前記ゲート電荷蓄積層の残部の第2の電荷蓄積能力より低く、前記ゲート電荷蓄積層の前記一部の前記第1電荷蓄積能力は、フッ素系ガスおよび/または水素系ガスを用いるイオン注入によって低下している、半導体装置に関係する。
本発明の第1の態様によれば、ディスターブを防止する半導体装置を提供することが可能となる。
A first aspect of the present invention is a semiconductor device,
Including at least one transistor of at least one non-volatile storage cell;
The at least one transistor of the at least one nonvolatile memory cell includes a first gate insulating layer, a gate charge storage layer having a charge storage capability formed on the first gate insulating layer, and the gate. A second gate insulating layer formed on the charge storage layer,
The first charge storage capability of a part of the gate charge storage layer is lower than the second charge storage capability of the remaining part of the gate charge storage layer, and the first charge storage capability of the part of the gate charge storage layer. Relates to a semiconductor device that is lowered by ion implantation using a fluorine-based gas and / or a hydrogen-based gas.
According to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a semiconductor device that prevents disturbance.

本発明の第1の態様では、前記少なくとも1つの不揮発性記憶セルの前記少なくとも1つのトランジスタは、
半導体層を有してもよく、
前記第1のゲート絶縁層は、前記半導体層の上に形成されてもよく、
前記少なくとも1つのトランジスタの前記半導体層は、ビット線と接続される第1のソースドレイン領域と、ソース線と接続される第2のソースドレイン領域とを有してもよく、
前記ゲート電荷蓄積層の前記一部は、前記第1のソースドレイン領域側に存在してもよく、
前記ゲート電荷蓄積層の前記残部は、前記第2のソースドレイン領域側に存在してもよい。
In the first aspect of the present invention, the at least one transistor of the at least one nonvolatile memory cell includes:
It may have a semiconductor layer,
The first gate insulating layer may be formed on the semiconductor layer,
The semiconductor layer of the at least one transistor may have a first source / drain region connected to the bit line and a second source / drain region connected to the source line,
The part of the gate charge storage layer may be present on the first source / drain region side,
The remaining portion of the gate charge storage layer may be present on the second source / drain region side.

本発明の第1の態様では、前記第1のゲート絶縁層は、酸化シリコン層でもよく、前記ゲート電荷蓄積層は、窒化シリコン層でもよく、前記第2のゲート絶縁層は、酸化シリコン層でもよい。   In the first aspect of the present invention, the first gate insulating layer may be a silicon oxide layer, the gate charge storage layer may be a silicon nitride layer, and the second gate insulating layer may be a silicon oxide layer. Good.

本発明の第1の態様では、前記ゲート電荷蓄積層の前記残部は、ホットキャリアを蓄積可能でもよい。   In the first aspect of the present invention, the remaining portion of the gate charge storage layer may be capable of storing hot carriers.

本発明の第1の態様では、前記ゲート電荷蓄積層の前記残部は、前記ゲート電荷蓄積層の前記一部と比べて、ホットキャリアを蓄積し易くてもよい。   In the first aspect of the present invention, the remaining part of the gate charge storage layer may store hot carriers more easily than the part of the gate charge storage layer.

本発明の第1の態様では、前記第2のソースドレイン領域のドーパントのドーズ量は、前記第1のソースドレイン領域のドーパントのドーズ量より多くてもよい。   In the first aspect of the present invention, the dose amount of the dopant in the second source / drain region may be larger than the dose amount of the dopant in the first source / drain region.

本発明の第2の態様は、半導体装置であって、
少なくとも1つの不揮発性記憶セルの少なくとも1つのトランジスタを含み、
前記少なくとも1つの不揮発性記憶セルの前記少なくとも1つのトランジスタは、第1のゲート絶縁層と、前記第1のゲート絶縁層の上に形成された電荷蓄積能力を有するゲート電荷蓄積層と、前記ゲート電荷蓄積層の上に形成された第2のゲート絶縁層とを有し、
前記ゲート電荷蓄積層の一部の第1の欠陥密度は、前記ゲート電荷蓄積層の残部の第2の欠陥密度より低い、半導体装置に関係する。
A second aspect of the present invention is a semiconductor device,
Including at least one transistor of at least one non-volatile storage cell;
The at least one transistor of the at least one nonvolatile memory cell includes a first gate insulating layer, a gate charge storage layer having a charge storage capability formed on the first gate insulating layer, and the gate. A second gate insulating layer formed on the charge storage layer,
The first defect density of a part of the gate charge storage layer is related to the semiconductor device, which is lower than the second defect density of the remaining part of the gate charge storage layer.

本発明の第3の態様は、半導体装置の製造方法であって、
半導体層を準備すること、
前記半導体層の上に第1の絶縁層を形成すること、
前記第1の絶縁層の上に電荷蓄積層を形成すること、
前記電荷蓄積層の上に第2の絶縁層を形成すること、
前記第2の絶縁層の上に導電層を形成すること、
前記導電層の一部、前記導電層の前記一部の下に形成された前記第2の絶縁層の一部、および前記第2の絶縁層の前記一部の下に形成された前記電荷蓄積層の一部をエッチングして、前記導電層の残部、前記第2の絶縁層の残部および前記電荷蓄積層の残部をそれぞれゲート導電層、第2のゲート絶縁層およびゲート電荷蓄積層として形成すること、および
前記ゲート導電層の一部を露呈するレジストを、少なくとも、前記ゲート導電層の残部の上に形成し、前記ゲート導電層の前記一部の下方に形成された前記ゲート電荷蓄積層の一部にフッ素系ガスおよび/または水素系ガスを用いてイオン注入を実施すること、
を含み、
前記ゲート電荷蓄積層の前記残部は、前記ゲート電荷蓄積層の前記一部と比べて、ホットキャリアを蓄積し易い、半導体装置の製造方法に関係する。
A third aspect of the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device,
Preparing a semiconductor layer,
Forming a first insulating layer on the semiconductor layer;
Forming a charge storage layer on the first insulating layer;
Forming a second insulating layer on the charge storage layer;
Forming a conductive layer on the second insulating layer;
A portion of the conductive layer; a portion of the second insulating layer formed under the portion of the conductive layer; and the charge storage formed under the portion of the second insulating layer. A portion of the layer is etched to form the remaining portion of the conductive layer, the remaining portion of the second insulating layer, and the remaining portion of the charge storage layer as a gate conductive layer, a second gate insulating layer, and a gate charge storage layer, respectively. And a resist that exposes a part of the gate conductive layer is formed on at least the remaining part of the gate conductive layer, and the gate charge storage layer formed below the part of the gate conductive layer is formed. Performing ion implantation using fluorine gas and / or hydrogen gas in part,
Including
The remaining portion of the gate charge storage layer relates to a method for manufacturing a semiconductor device, which is easier to store hot carriers than the part of the gate charge storage layer.

本発明の第3の態様では、半導体装置の製造方法は、前記ゲート導電層の下方に位置する前記半導体層のチャネル領域を前記ゲート導電層のゲート長方向に挟む第1のソースドレイン領域および第2のソースドレイン領域を、前記半導体層の上層に形成すること、
を含んでもよく、
前記ゲート導電層の前記残部の上に形成された前記レジストによって露呈される前記ゲート導電層の前記一部は、前記第1のソースドレイン領域側に存在する前記ゲート導電層の一端を有してもよく、
前記ゲート導電層の前記残部の上に形成された前記レジストの範囲は、少なくとも、前記ゲート導電層の前記一端と対向する前記ゲート導電層の他端であって、前記第2のソースドレイン領域側に存在する前記ゲート導電層の前記他端から、前記ゲート導電層の前記ゲート長の1/5までの範囲を有してもよい。
In a third aspect of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor device includes: a first source / drain region sandwiching a channel region of the semiconductor layer located below the gate conductive layer in a gate length direction of the gate conductive layer; Forming two source / drain regions in the upper layer of the semiconductor layer;
May include
The part of the gate conductive layer exposed by the resist formed on the remaining portion of the gate conductive layer has one end of the gate conductive layer existing on the first source / drain region side. Well,
The range of the resist formed on the remaining portion of the gate conductive layer is at least the other end of the gate conductive layer facing the one end of the gate conductive layer, and the second source / drain region side The gate conductive layer may have a range from the other end of the gate conductive layer to 1/5 of the gate length of the gate conductive layer.

本発明の第3の態様では、半導体装置の製造方法は、前記ゲート導電層の下方に位置する前記半導体層のチャネル領域を前記ゲート導電層のゲート長方向に挟む第1のソースドレイン領域および第2のソースドレイン領域を、前記半導体層の上層に形成すること、
を含んでもよく、
前記ゲート導電層の前記残部の上に形成された前記レジストによって露呈される前記ゲート導電層の前記一部は、前記第1のソースドレイン領域側に存在する前記ゲート導電層の一端を有してもよく、
前記ゲート導電層の前記残部の上に形成された前記レジストの範囲は、少なくとも、前記ゲート導電層の前記一端と対向する前記ゲート導電層の他端であって、前記第2のソースドレイン領域側に存在する前記ゲート導電層の前記他端から、前記ゲート導電層の前記ゲート長の1/2までの範囲を有してもよい。
In a third aspect of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor device includes: a first source / drain region sandwiching a channel region of the semiconductor layer located below the gate conductive layer in a gate length direction of the gate conductive layer; Forming two source / drain regions in the upper layer of the semiconductor layer;
May include
The part of the gate conductive layer exposed by the resist formed on the remaining portion of the gate conductive layer has one end of the gate conductive layer existing on the first source / drain region side. Well,
The range of the resist formed on the remaining portion of the gate conductive layer is at least the other end of the gate conductive layer facing the one end of the gate conductive layer, and the second source / drain region side The gate conductive layer may be in a range from the other end of the gate conductive layer to 1/2 of the gate length of the gate conductive layer.

本発明の第3の態様では、半導体装置の製造方法は、前記ゲート導電層の下方に位置する前記半導体層のチャネル領域を前記ゲート導電層のゲート長方向に挟む第1のソースドレイン領域および第2のソースドレイン領域を、前記半導体層の上層に形成すること、
を含んでもよく、
前記ゲート導電層の前記残部の上に形成された前記レジストによって露呈される前記ゲート導電層の前記一部は、前記第1のソースドレイン領域側に存在する前記ゲート導電層の一端を有してもよく、
前記ゲート導電層の前記残部の上に形成された前記レジストの範囲は、少なくとも、前記ゲート導電層の前記一端と対向する前記ゲート導電層の他端であって、前記第2のソースドレイン領域側に存在する前記ゲート導電層の前記他端から、前記ゲート導電層の前記ゲート長の4/5までの範囲を有してもよい。
In a third aspect of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor device includes: a first source / drain region sandwiching a channel region of the semiconductor layer located below the gate conductive layer in a gate length direction of the gate conductive layer; Forming two source / drain regions in the upper layer of the semiconductor layer;
May include
The part of the gate conductive layer exposed by the resist formed on the remaining portion of the gate conductive layer has one end of the gate conductive layer existing on the first source / drain region side. Well,
The range of the resist formed on the remaining portion of the gate conductive layer is at least the other end of the gate conductive layer facing the one end of the gate conductive layer, and the second source / drain region side The gate conductive layer may have a range from the other end of the gate conductive layer to 4/5 of the gate length of the gate conductive layer.

本発明の第4の態様は、半導体装置の製造方法であって、
半導体層を準備すること、
前記半導体層の上に第1の絶縁層を形成すること、
前記第1の絶縁層の上に電荷蓄積層を形成すること、
前記電荷蓄積層の上に第2の絶縁層を形成すること、
前記第2の絶縁層の上に導電層を形成すること、
前記導電層の一部、前記導電層の前記一部の下に形成された前記第2の絶縁層の一部、および前記第2の絶縁層の前記一部の下に形成された前記電荷蓄積層22bの一部をエッチングして、前記導電層の残部、前記第2の絶縁層の残部および前記電荷蓄積層の残部をそれぞれゲート導電層、第2のゲート絶縁層およびゲート電荷蓄積層として形成すること、
前記ゲート導電層の前記エッチングによって露呈される両方の側面、前記第2のゲート絶縁層の前記エッチングによって露呈される両方の側面、および前記ゲート電荷蓄積層の前記エッチングによって露呈される両方の側面に第3の絶縁層を形成すること、および
前記ゲート導電層の一部および前記ゲート導電層の前記一部を露呈するレジストを、少なくとも、前記ゲート導電層の残部の上に形成し、前記ゲート導電層の前記一部の下方に形成された前記ゲート電荷蓄積層の一部にフッ素系ガスおよび/または水素系ガスを用いてイオン注入を実施すること、
を含み、
前記ゲート電荷蓄積層の前記残部は、前記ゲート電荷蓄積層の前記一部と比べて、ホットキャリアを蓄積し易い、半導体装置の製造方法に関係する。
A fourth aspect of the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device,
Preparing a semiconductor layer,
Forming a first insulating layer on the semiconductor layer;
Forming a charge storage layer on the first insulating layer;
Forming a second insulating layer on the charge storage layer;
Forming a conductive layer on the second insulating layer;
A portion of the conductive layer; a portion of the second insulating layer formed under the portion of the conductive layer; and the charge storage formed under the portion of the second insulating layer. A portion of the layer 22b is etched to form the remaining portion of the conductive layer, the remaining portion of the second insulating layer, and the remaining portion of the charge storage layer as a gate conductive layer, a second gate insulating layer, and a gate charge storage layer, respectively. To do,
On both sides exposed by the etching of the gate conductive layer, both sides exposed by the etching of the second gate insulating layer, and both sides exposed by the etching of the gate charge storage layer; Forming a third insulating layer; and forming a resist exposing at least a part of the gate conductive layer and the part of the gate conductive layer on at least the remaining part of the gate conductive layer; Performing ion implantation on a part of the gate charge storage layer formed below the part of the layer using a fluorine-based gas and / or a hydrogen-based gas;
Including
The remaining portion of the gate charge storage layer relates to a method for manufacturing a semiconductor device, which is easier to store hot carriers than the part of the gate charge storage layer.

本発明の第4の態様では、半導体装置の製造方法は、前記ゲート電荷蓄積層の前記一部に接する前記第3の絶縁層にフッ素系ガスおよび/または水素系ガスを用いてイオン注入を実施すること、
を含んでもよい。
In a fourth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, ion implantation is performed using a fluorine-based gas and / or a hydrogen-based gas for the third insulating layer in contact with the part of the gate charge storage layer. To do,
May be included.

本発明の第4の態様では、半導体装置の製造方法は、前記ゲート導電層の下方に位置する前記半導体層のチャネル領域を前記ゲート導電層のゲート長方向に挟む第1のソースドレイン領域および第2のソースドレイン領域を、前記半導体層の上層に形成すること、
を含んでもよく、
前記ゲート導電層の前記残部の上に形成された前記レジストによって露呈される前記ゲート導電層の前記一部は、前記第1のソースドレイン領域側に存在する前記ゲート導電層の一端を有してもよく、
前記ゲート導電層の前記残部の上に形成された前記レジストの範囲は、少なくとも、前記ゲート導電層の前記一端と対向する前記ゲート導電層の他端であって、前記第2のソースドレイン領域側に存在する前記ゲート導電層の前記他端から、前記ゲート導電層の前記ゲート長の1/5までの範囲を有してもよい。
In a fourth aspect of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor device includes: a first source / drain region sandwiching a channel region of the semiconductor layer located below the gate conductive layer in a gate length direction of the gate conductive layer; Forming two source / drain regions in the upper layer of the semiconductor layer;
May include
The part of the gate conductive layer exposed by the resist formed on the remaining portion of the gate conductive layer has one end of the gate conductive layer existing on the first source / drain region side. Well,
The range of the resist formed on the remaining portion of the gate conductive layer is at least the other end of the gate conductive layer facing the one end of the gate conductive layer, and the second source / drain region side The gate conductive layer may have a range from the other end of the gate conductive layer to 1/5 of the gate length of the gate conductive layer.

本発明の第4の態様では、半導体装置の製造方法は、前記ゲート導電層の下方に位置する前記半導体層のチャネル領域を前記ゲート導電層のゲート長方向に挟む第1のソースドレイン領域および第2のソースドレイン領域を、前記半導体層の上層に形成すること、
を含んでもよく、
前記ゲート導電層の前記残部の上に形成された前記レジストによって露呈される前記ゲート導電層の前記一部は、前記第1のソースドレイン領域側に存在する前記ゲート導電層の一端を有してもよく、
前記ゲート導電層の前記残部の上に形成された前記レジストの範囲は、少なくとも、前記ゲート導電層の前記一端と対向する前記ゲート導電層の他端であって、前記第2のソースドレイン領域側に存在する前記ゲート導電層の前記他端から、前記ゲート導電層の前記ゲート長の1/2までの範囲を有してもよい。
In a fourth aspect of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor device includes: a first source / drain region sandwiching a channel region of the semiconductor layer located below the gate conductive layer in a gate length direction of the gate conductive layer; Forming two source / drain regions in the upper layer of the semiconductor layer;
May include
The part of the gate conductive layer exposed by the resist formed on the remaining portion of the gate conductive layer has one end of the gate conductive layer existing on the first source / drain region side. Well,
The range of the resist formed on the remaining portion of the gate conductive layer is at least the other end of the gate conductive layer facing the one end of the gate conductive layer, and the second source / drain region side The gate conductive layer may be in a range from the other end of the gate conductive layer to 1/2 of the gate length of the gate conductive layer.

本発明の第4の態様では、半導体装置の製造方法は、前記ゲート導電層の下方に位置する前記半導体層のチャネル領域を前記ゲート導電層のゲート長方向に挟む第1のソースドレイン領域および第2のソースドレイン領域を、前記半導体層の上層に形成すること、
を含んでもよく、
前記ゲート導電層の前記残部の上に形成された前記レジストによって露呈される前記ゲート導電層の前記一部は、前記第1のソースドレイン領域側に存在する前記ゲート導電層の一端を有してもよく、
前記ゲート導電層の前記残部の上に形成された前記レジストの範囲は、少なくとも、前記ゲート導電層の前記一端と対向する前記ゲート導電層の他端であって、前記第2のソースドレイン領域側に存在する前記ゲート導電層の前記他端から、前記ゲート導電層の前記ゲート長の4/5までの範囲を有してもよい。
In a fourth aspect of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor device includes: a first source / drain region sandwiching a channel region of the semiconductor layer located below the gate conductive layer in a gate length direction of the gate conductive layer; Forming two source / drain regions in the upper layer of the semiconductor layer;
May include
The part of the gate conductive layer exposed by the resist formed on the remaining portion of the gate conductive layer has one end of the gate conductive layer existing on the first source / drain region side. Well,
The range of the resist formed on the remaining portion of the gate conductive layer is at least the other end of the gate conductive layer facing the one end of the gate conductive layer, and the second source / drain region side The gate conductive layer may have a range from the other end of the gate conductive layer to 4/5 of the gate length of the gate conductive layer.

当業者は、上述した本発明に従う各態様が、本発明の精神を逸脱することなく、変形され得ることを容易に理解できるであろう。たとえば、本発明に従うある態様を構成する少なくとも1つの要素は、本発明に従う他の態様に加えることができる。代替的に、本発明に従うある態様を構成する少なくとも1つの要素は、本発明に従う他の態様を構成する少なくとも1つの要素に組み替えることができる。   Those skilled in the art will readily understand that the embodiments according to the present invention described above can be modified without departing from the spirit of the present invention. For example, at least one element making up one aspect according to the present invention may be added to another aspect according to the present invention. Alternatively, at least one element constituting one aspect according to the present invention can be recombined with at least one element constituting another aspect according to the present invention.

以下、本発明の好適な実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. Moreover, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.

1.半導体装置の構造
図2(A)は、本実施形態の半導体装置の構造の概略図を示す。
図2(A)は、1つの不揮発性記憶セルの1つのトランジスタを図示するが、本実施形態は、これに限定されるものではない。すなわち、本実施形態は、複数のトランジスタを採用することができる。また、本実施形態は、各不揮発性記憶セルが1つのトランジスタまたは複数のトランジスタで構成される複数の不揮発性記憶セルを採用することができる。図2(A)において、半導体装置(不揮発性記憶領域)であるトランジスタは、第1のゲート絶縁層22a’と、第1のゲート絶縁層22a’の上に形成された電荷蓄積能力を有するゲート電荷蓄積層22b’と、ゲート電荷蓄積層22bの上に形成された第2のゲート絶縁層22c’とを有する。
ゲート電荷蓄積層22b’の一部31の第1の電荷蓄積能力は、ゲート電荷蓄積層22b’の残部32の第2の電荷蓄積能力より低く、ゲート電荷蓄積層22b’の一部31の第1電荷蓄積能力は、フッ素系ガスおよび/または水素系ガスを用いるイオン注入によって低下している。別の表現として、ゲート電荷蓄積層22b’の一部31の第1の欠陥(defect)密度は、ゲート電荷蓄積層22b’の残部32の第2の欠陥密度より低い、ということもできる。フッ素系ガスは、フッ素(F)だけでなく、たとえば、フッ化ホウ素(BF)、フッ化水素(HF)等を含む。水素系ガスは、H(水素)だけでなく、たとえば、塩化水素(HCl)、ホウ化水素(B)、リン化水素(PH)、フッ化水素(HF)等を含む。
1. Structure of Semiconductor Device FIG. 2A is a schematic view of the structure of the semiconductor device of this embodiment.
FIG. 2A illustrates one transistor of one nonvolatile memory cell, but this embodiment is not limited to this. That is, this embodiment can employ a plurality of transistors. In addition, this embodiment can employ a plurality of nonvolatile memory cells in which each nonvolatile memory cell includes one transistor or a plurality of transistors. In FIG. 2A, a transistor which is a semiconductor device (nonvolatile storage region) includes a first gate insulating layer 22a ′ and a gate having a charge storage capability formed over the first gate insulating layer 22a ′. It has a charge storage layer 22b ′ and a second gate insulating layer 22c ′ formed on the gate charge storage layer 22b.
The first charge storage capability of the portion 31 of the gate charge storage layer 22b ′ is lower than the second charge storage capability of the remaining portion 32 of the gate charge storage layer 22b ′, and the first charge storage capability of the portion 31 of the gate charge storage layer 22b ′. One charge storage capability is reduced by ion implantation using a fluorine-based gas and / or a hydrogen-based gas. As another expression, the first defect density of the part 31 of the gate charge storage layer 22b ′ may be lower than the second defect density of the remaining part 32 of the gate charge storage layer 22b ′. The fluorine-based gas includes not only fluorine (F 2 ) but also boron fluoride (BF 2 ), hydrogen fluoride (HF), and the like. The hydrogen-based gas includes not only H 2 (hydrogen) but also hydrogen chloride (HCl), borohydride (B 2 H 6 ), hydrogen phosphide (PH 3 ), hydrogen fluoride (HF), and the like.

図2(A)において、半導体装置は、半導体層10を有する。第1のゲート絶縁層22a’は、半導体層10の上に形成されている。半導体層10は、ビット線(図示せず)と接続される第1のソースドレイン領域12’、18と、ソース線(図示せず)と接続される第2のソースドレイン領域13’、19とを有する。ゲート電荷蓄積層22b’の一部(矢印31で示す領域)は、第1のソースドレイン領域12’、18側に存在し、ゲート電荷蓄積層22b’の残部(矢印32で示す領域)は、第2のソースドレイン領域13’、19側に存在する。第1のソースドレイン領域12’、18および第2のソースドレイン領域13’、19は、半導体層10の上層に形成されている。第1のソースドレイン領域12’、18および第2のソースドレイン領域13’、19は、ゲート導電層14’の下方に位置する半導体層10のチャネル領域をゲート導電層14’のゲート長の方向に挟んでいる。
ゲート導電層14’の第1のソースドレイン領域12’、18側および第2のソースドレイン領域13’、19側の両方の側面、第2のゲート絶縁層22c’の第1のソースドレイン領域12’、18側および第2のソースドレイン領域13’、19側の両方の側面、ならびに、ゲート電荷蓄積層22b’の第1のソースドレイン領域12’、18側および第2のソースドレイン領域13’、19側の両方の側面に、第3の絶縁層16、17が形成されている。第3の絶縁層16、17は、第1のゲート絶縁層22a’の上に形成されている。
In FIG. 2A, the semiconductor device includes a semiconductor layer 10. The first gate insulating layer 22 a ′ is formed on the semiconductor layer 10. The semiconductor layer 10 includes first source / drain regions 12 'and 18 connected to bit lines (not shown), and second source / drain regions 13' and 19 connected to source lines (not shown). Have A part of the gate charge storage layer 22b ′ (region indicated by the arrow 31) exists on the first source / drain region 12 ′, 18 side, and the remaining part of the gate charge storage layer 22b ′ (region indicated by the arrow 32) is It exists on the second source / drain region 13 ', 19 side. The first source / drain regions 12 ′ and 18 and the second source / drain regions 13 ′ and 19 are formed in the upper layer of the semiconductor layer 10. The first source / drain regions 12 ′ and 18 and the second source / drain regions 13 ′ and 19 are formed in the channel region of the semiconductor layer 10 located below the gate conductive layer 14 ′ in the direction of the gate length of the gate conductive layer 14 ′. Sandwiched between.
Side surfaces of both the first source / drain region 12 ′, 18 side and the second source / drain region 13 ′, 19 side of the gate conductive layer 14 ′, the first source / drain region 12 of the second gate insulating layer 22c ′. ', The side surfaces on both the 18 side and the second source / drain region 13', 19 side, and the first source / drain regions 12 ', 18 side and the second source / drain region 13' on the gate charge storage layer 22b '. The third insulating layers 16 and 17 are formed on both side surfaces on the 19 side. The third insulating layers 16 and 17 are formed on the first gate insulating layer 22a ′.

第1のソースドレイン領域12’、18は、チャネル領域側の半導体層10の上層に浅く形成されている第1のソースドレインエクステンション領域12’と、ビット線に接続され、且つチャネル領域側の半導体層10の上層に深く形成されている第1のソースドレインコンタクト領域18とに分けて呼ばれることもある。第2のソースドレイン領域13’、19は、チャネル領域側の半導体層10の上層に浅く形成されている第2のソースドレインエクステンション領域13’と、ソース線に接続され、且つチャネル領域側の半導体層10の上層に深く形成されている第2のソースドレインコンタクト領域19とに分けて呼ばれることもある。   The first source / drain regions 12 ′ and 18 are connected to the bit line and the first source / drain extension region 12 ′ formed shallowly in the upper layer of the semiconductor layer 10 on the channel region side, and are connected to the semiconductor on the channel region side. The first source / drain contact region 18 that is deeply formed in the upper layer of the layer 10 may be called separately. The second source / drain regions 13 ′ and 19 are connected to the source line and the second source / drain extension region 13 ′ shallowly formed in the upper layer of the semiconductor layer 10 on the channel region side, and are connected to the semiconductor on the channel region side. It may be called separately from the second source / drain contact region 19 formed deep in the upper layer of the layer 10.

図2(B)は、図2(A)のゲート電荷蓄積層22b’の平面図の1例を示し、図2(C)は、図2(A)のゲート電荷蓄積層22b’の平面図のもう1つ例を示し、図2(D)は、図2(A)のゲート電荷蓄積層22b’の平面図の他の例を示す。
図2(B)、図2(C)および図2(D)は、図2(A)のゲート電荷蓄積層22b’の平面図(具体的には、第1のゲート絶縁層22a’との界面近傍のゲート電荷蓄積層22b’の平面図)を表す。図2(A)のゲート電荷蓄積層22b’の一部31は、図2(B)、図2(C)および図2(D)の黒い領域31に対応し、図2(A)のゲート電荷蓄積層22b’の残部32は、図2(B)、図2(C)および図2(D)の黒い領域31を除くゲート電荷蓄積層22b’のすべての領域32、すなわち、図2(B)、図2(C)および図2(D)の白い領域32に対応する。
FIG. 2B shows an example of a plan view of the gate charge storage layer 22b ′ of FIG. 2A, and FIG. 2C is a plan view of the gate charge storage layer 22b ′ of FIG. FIG. 2D shows another example of a plan view of the gate charge storage layer 22b ′ shown in FIG.
2B, FIG. 2C, and FIG. 2D are plan views of the gate charge storage layer 22b ′ in FIG. 2A (specifically, with the first gate insulating layer 22a ′. 2 is a plan view of the gate charge storage layer 22b ′ in the vicinity of the interface. A portion 31 of the gate charge storage layer 22b ′ in FIG. 2A corresponds to the black region 31 in FIGS. 2B, 2C, and 2D, and corresponds to the gate in FIG. The remaining portion 32 of the charge storage layer 22b ′ is the entire region 32 of the gate charge storage layer 22b ′ except for the black region 31 of FIGS. 2B, 2C, and 2D, that is, FIG. B), corresponding to the white area 32 in FIG. 2 (C) and FIG. 2 (D).

なお、黒い領域31および白い領域32は、実際のゲート電荷蓄積層22b’の色を表すものではなく、図2(B)、図2(C)および図2(D)中の領域31および領域32を区別するために用いられている。
また、図2(B)、図2(C)および図2(D)において、第1のゲート絶縁層22a’との界面近傍のゲート電荷蓄積層22b’の平面上に、第1のソースドレインコンタクト領域18および第2のソースドレインコンタクト領域19は、実際に存在しない。図2(B)、図2(C)および図2(D)の破線で囲まれた第1のソースドレインコンタクト領域18および第2のソースドレインコンタクト領域19は、第1のソースドレインコンタクト領域18側のゲート電荷蓄積層22b’の一端34と、第2のソースドレインコンタクト領域19側のゲート電荷蓄積層22b’の他端35とを説明するために用いられている。一端34および他端35は、ゲート長33の方向に互いに対向している。
The black region 31 and the white region 32 do not represent the actual color of the gate charge storage layer 22b ′, and the region 31 and the region in FIG. 2B, FIG. 2C, and FIG. 32 is used to distinguish.
In FIG. 2B, FIG. 2C, and FIG. 2D, the first source / drain is formed on the plane of the gate charge storage layer 22b ′ in the vicinity of the interface with the first gate insulating layer 22a ′. Contact region 18 and second source / drain contact region 19 do not actually exist. The first source / drain contact region 18 and the second source / drain contact region 19 surrounded by a broken line in FIGS. 2B, 2C, and 2D correspond to the first source / drain contact region 18. This is used to describe one end 34 of the gate charge storage layer 22b ′ on the side and the other end 35 of the gate charge storage layer 22b ′ on the second source / drain contact region 19 side. The one end 34 and the other end 35 face each other in the direction of the gate length 33.

図2(B)において、ゲート電荷蓄積層22b’の一部31は、ゲート電荷蓄積層22b’の一端34の全部を有しているが、図2(C)および図2(D)のように、ゲート電荷蓄積層22b’の一部31は、ゲート電荷蓄積層22b’の一端34の一部だけを有してもよい。ゲート電荷蓄積層22b’の一部31が、第1のソースドレインコンタクト領域18側の電荷蓄積能力を、第2のソースドレインコンタクト領域19側の電荷蓄積能力よりも低くすればよい。   In FIG. 2B, a part 31 of the gate charge storage layer 22b ′ has the entire one end 34 of the gate charge storage layer 22b ′, as shown in FIGS. 2C and 2D. In addition, the part 31 of the gate charge storage layer 22b ′ may have only a part of one end 34 of the gate charge storage layer 22b ′. The part 31 of the gate charge storage layer 22b 'may have a charge storage capability on the first source / drain contact region 18 side lower than the charge storage capability on the second source / drain contact region 19 side.

ビット線に接続される第1のソースドレインコンタクト領域18側のゲート電荷蓄積層22b’の電荷蓄積能力が低下しているという事は、図1において、ビット線BL1の電圧をたとえば5[V]から3[V]に調整しなくても、メモリセルMC10(選択されたメモリセル)のソース線SL1側が接続されるソースドレイン領域の電荷蓄積層に電荷(ホットエレクトロン)を書き込む場合、メモリセルMC01(選択されないメモリセル)のビット線BL1が接続されるソースドレイン領域側の電荷蓄積層に電荷(ホットホール)が書き込まれ難いことを意味する。すなわち、メモリセルMC10(選択されたメモリセル)に電荷(ホットエレクトロン)を書き込む際に使用する電圧の数が、3つ(0[V]、5[V]、7[V])であっても、メモリセルMC01(選択されないメモリセル)へのディスターブを防止することができる。
また、図1において、ビット線BL1の電圧をたとえば5[V]から3[V]に調整して、メモリセルMC10(選択されたメモリセル)に電荷(ホットエレクトロン)を書き込む際に使用する電圧の数が、4つ(0[V]、3[V]、5[V]、7[V])であっても、メモリセルMC01(選択されないメモリセル)へのディスターブをより確実に防止することができる。
The fact that the charge storage capability of the gate charge storage layer 22b ′ on the first source / drain contact region 18 side connected to the bit line is reduced means that the voltage of the bit line BL1 in FIG. Even when the charge (hot electrons) is written in the charge storage layer in the source / drain region to which the source line SL1 side of the memory cell MC10 (selected memory cell) is connected without adjusting to 3 [V] from the memory cell MC01. This means that it is difficult for charges (hot holes) to be written in the charge storage layer on the source / drain region side to which the bit line BL1 of the (non-selected memory cell) is connected. That is, the number of voltages used when writing electric charges (hot electrons) to the memory cell MC10 (selected memory cell) is three (0 [V], 5 [V], 7 [V]). However, disturbance to the memory cell MC01 (non-selected memory cell) can be prevented.
Further, in FIG. 1, the voltage used when writing the electric charge (hot electrons) to the memory cell MC10 (selected memory cell) by adjusting the voltage of the bit line BL1 from 5 [V] to 3 [V], for example. Even if the number of memory cells is four (0 [V], 3 [V], 5 [V], 7 [V]), the disturbance to the memory cell MC01 (non-selected memory cell) is more reliably prevented. be able to.

2.半導体装置の製造方法
図3は、図2(A)に示す半導体装置の製造方法の概略を説明するための図である。
まず、半導体層10(たとえば、(P型の)シリコン基板)を準備し、半導体層10の上に第1の絶縁層22aを形成する。第1の絶縁層22aは、たとえば、酸化シリコン層(たとえば、SiO層)である。SiO層は、たとえば、シリコン基板を熱酸化(thermal oxidization)処理、CVD(chemical vapor deposition)処理、陽極酸化(anode oxidization)処理等の酸化処理によって形成される。熱酸化処理は、たとえば、酸化ガスとしての乾燥酸素(O)を用いるドライ酸化処理と、水蒸気(HO)および水蒸気を含んだ酸素または窒素(N)を用いる水蒸気酸化とを含む。熱酸化処理の温度範囲は、たとえば、650℃〜900℃である。
2. Manufacturing Method of Semiconductor Device FIG. 3 is a diagram for explaining the outline of the manufacturing method of the semiconductor device shown in FIG.
First, the semiconductor layer 10 (for example, a (P-type) silicon substrate) is prepared, and the first insulating layer 22 a is formed on the semiconductor layer 10. The first insulating layer 22a is, for example, a silicon oxide layer (for example, a SiO 2 layer). The SiO 2 layer is formed by, for example, an oxidation process such as a thermal oxidation process, a CVD (chemical vapor deposition) process, or an anodic oxidation process on a silicon substrate. The thermal oxidation treatment includes, for example, dry oxidation treatment using dry oxygen (O 2 ) as an oxidizing gas, and steam oxidation using water vapor (H 2 O) and oxygen containing water vapor or nitrogen (N 2 ). The temperature range of the thermal oxidation treatment is, for example, 650 ° C to 900 ° C.

その後、第1の絶縁層22aの上に電荷蓄積層22bを形成する。電荷蓄積層22bは、たとえば、窒化シリコン層(たとえば、Si層)である。Si層は、たとえば、反応ガスとしてのアンモニア(NH)およびジクロロシラン(Dichlorosilane(DCS)、SiHCl)を用いるCVD処理によって形成される。なお、第1の絶縁層22aの上に電荷蓄積層22bを形成する前に、第1の絶縁層22aをアンモニア雰囲気で、たとえば、800℃〜1000℃で熱処理(アニール)してもよい。ジクロロシランは、たとえば、ヘキサクロロジシラン(Hexachlorodisilane(HCD)、SiCl)に変更してもよい。具体的には、Si層は、反応ガスとしてのアンモニアおよびヘキサクロロジシランを用いるCVD処理によって形成されてもよい。また、Si層の一部(たとえば、下層)は、アンモニアおよびジクロロシランを用いる第1のCVD処理によって形成し、その後、Si層の残部(たとえば、上層)は、アンモニアおよびヘキサクロロジシランを用いる第2のCVD処理によって形成してもよい。 Thereafter, the charge storage layer 22b is formed on the first insulating layer 22a. The charge storage layer 22b is, for example, a silicon nitride layer (for example, a Si 3 N 4 layer). The Si 3 N 4 layer is formed, for example, by a CVD process using ammonia (NH 3 ) and dichlorosilane (Dichrosilane (DCS), SiH 2 Cl 2 ) as reaction gases. In addition, before forming the charge storage layer 22b on the first insulating layer 22a, the first insulating layer 22a may be heat-treated (annealed) in an ammonia atmosphere, for example, at 800 ° C. to 1000 ° C. The dichlorosilane may be changed to, for example, hexachlorodisilane (Hexachlorodisilane (HCD), Si 2 Cl 6 ). Specifically, the Si 3 N 4 layer may be formed by a CVD process using ammonia and hexachlorodisilane as reaction gases. Also, some the Si 3 N 4 layer (e.g., lower layer) is formed by a first CVD process using ammonia and dichlorosilane, then the remainder the Si 3 N 4 layer (e.g., upper layer) is ammonia and You may form by the 2nd CVD process using hexachlorodisilane.

その後、電荷蓄積層22bの上に第2の絶縁層22cを形成する。第2の絶縁層22cは、たとえば、酸化シリコン層(たとえば、SiO層)である。SiO層は、たとえば、反応ガスとしてのジクロロシランおよび一酸化窒素(NO)を用いるCVD処理によって形成される。高温下でCVD処理によって形成されるSiO層は、HTO(high temperature oxide)層と呼ばれることもある。ジクロロシランは、たとえば、ヘキサクロロジシランに変更してもよい。一酸化窒素は、たとえば、二酸化窒素(NO)に変更してもよい。なお、第2の絶縁層22cを形成後、第2の絶縁層22cを酸素雰囲気あるいは窒素雰囲気で、たとえば、800℃〜1000℃で熱処理(アニール)してもよい。 Thereafter, a second insulating layer 22c is formed on the charge storage layer 22b. The second insulating layer 22c is, for example, a silicon oxide layer (for example, a SiO 2 layer). The SiO 2 layer is formed by, for example, a CVD process using dichlorosilane and nitrogen monoxide (NO) as a reaction gas. The SiO 2 layer formed by the CVD process at a high temperature is sometimes referred to as an HTO (high temperature oxide) layer. Dichlorosilane may be changed to hexachlorodisilane, for example. Nitric oxide may be changed to, for example, nitrogen dioxide (NO 2 ). Note that after the second insulating layer 22c is formed, the second insulating layer 22c may be heat-treated (annealed) in an oxygen atmosphere or a nitrogen atmosphere, for example, at 800 ° C. to 1000 ° C.

第1の絶縁層22aの厚さ、電荷蓄積層22bの厚さおよび第2の絶縁層22cの厚さの合計の厚さの範囲は、たとえば、100[Å]〜130[Å]である。なお、電荷蓄積層22bに電荷が適切に書き込まれる(消去される)のであれば、第1の絶縁層22aの厚さ、電荷蓄積層22bの厚さおよび第2の絶縁層22cの厚さの合計の厚さの範囲は、100[Å]〜130[Å]に限定されるものではない。第1の絶縁層22a、電荷蓄積層22bおよび第2の絶縁層22cが、それぞれ酸化シリコン層、窒化シリコン層および酸化シリコン層である場合、第1の絶縁層22a、電荷蓄積層22bおよび第2の絶縁層22cは、ONO層と呼ばれることもある。   The total thickness range of the thickness of the first insulating layer 22a, the thickness of the charge storage layer 22b, and the thickness of the second insulating layer 22c is, for example, 100 [Å] to 130 [Å]. If charges are appropriately written (erased) in the charge storage layer 22b, the thickness of the first insulating layer 22a, the thickness of the charge storage layer 22b, and the thickness of the second insulating layer 22c The range of the total thickness is not limited to 100 [Å] to 130 [Å]. When the first insulating layer 22a, the charge storage layer 22b, and the second insulating layer 22c are a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, and a silicon oxide layer, respectively, the first insulating layer 22a, the charge storage layer 22b, and the second insulating layer 22c The insulating layer 22c is sometimes called an ONO layer.

その後、第2の絶縁層22cの上に導電層14を形成する。導電層14は、たとえば、ポリシリコン層(たとえば、ノンドープポリシリコン層)である。ノンドープポリシリコン層は、たとえば、反応ガスとしてのシラン(SiH)を用いるCVD処理によって形成される。その後、ドープトポリシリコン層を形成するために必要なドーパント(たとえば、ヒ素)をノンドープポリシリコン層にイオン注入する。
なお、導電層14は、ドープトポリシリコン層として、反応ガスとしてのシラン(SiH)およびホスフィン(PH)を用いるCVD処理によって第2の絶縁層22cの上に形成してもよい。
Thereafter, the conductive layer 14 is formed on the second insulating layer 22c. The conductive layer 14 is, for example, a polysilicon layer (for example, a non-doped polysilicon layer). The non-doped polysilicon layer is formed by, for example, a CVD process using silane (SiH 4 ) as a reaction gas. Thereafter, a dopant (for example, arsenic) necessary for forming the doped polysilicon layer is ion-implanted into the non-doped polysilicon layer.
The conductive layer 14 may be formed on the second insulating layer 22c as a doped polysilicon layer by a CVD process using silane (SiH 4 ) and phosphine (PH 3 ) as reaction gases.

図4は、図2(A)に示す半導体装置の製造方法の概略を説明するためのもう1つの図である。
その後、導電層14からゲート導電層14’を形成する。ゲート導電層14’は、たとえば、レジスト処理およびドライエッチング処理によって形成される。具体的には、導電層14の表面全体にレジスト(図示せず)を塗布し、導電層14の一部を露呈するように塗布されたレジストの一部(図示せず)を除去し、導電層14の一部を露呈する露呈部を有するレジスト(図示せず)を導電層14の残部の上に形成する。露呈部を有するレジストをマスクとして使用し、露呈される導電層14をドライエッチングする。露呈されていた導電層14がドライエッチングで除去されると、第2の絶縁層22cの一部が露呈する。露呈される第2の絶縁層22cがドライエッチングで除去されると、電荷蓄積層22bの一部が露呈する。露呈される電荷蓄積層22bがドライエッチングで除去されると、第1の絶縁層22aの一部が露呈し、このとき、ドライエッチングを終了する。なお、実際には、露呈される第1の絶縁層22aの表面もドライエッチングされる。ドライエッチングにより、図4に示すように、ゲート導電層14’と、ゲート導電層14’の下に形成される第2のゲート絶縁層22c’と、第2のゲート絶縁層22c’の下に形成されるゲート電荷蓄積層22b’とが形成される。
FIG. 4 is another view for explaining the outline of the method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG.
Thereafter, a gate conductive layer 14 ′ is formed from the conductive layer 14. The gate conductive layer 14 ′ is formed by, for example, resist processing and dry etching processing. Specifically, a resist (not shown) is applied to the entire surface of the conductive layer 14, a part of the resist (not shown) applied so as to expose a part of the conductive layer 14 is removed, and the conductive A resist (not shown) having an exposed portion that exposes a part of the layer 14 is formed on the remaining portion of the conductive layer 14. The exposed conductive layer 14 is dry-etched using a resist having an exposed portion as a mask. When the exposed conductive layer 14 is removed by dry etching, a part of the second insulating layer 22c is exposed. When the exposed second insulating layer 22c is removed by dry etching, a part of the charge storage layer 22b is exposed. When the exposed charge storage layer 22b is removed by dry etching, a part of the first insulating layer 22a is exposed, and at this time, dry etching is terminated. In practice, the exposed surface of the first insulating layer 22a is also dry etched. By dry etching, as shown in FIG. 4, the gate conductive layer 14 ′, the second gate insulating layer 22c ′ formed under the gate conductive layer 14 ′, and the second gate insulating layer 22c ′ are formed. The formed gate charge storage layer 22b ′ is formed.

なお、第2の絶縁層22cの一部が露呈したときに、ドライエッチングを終了してもよい。すなわち、ゲート導電層14’だけをこのドライエッチングによって形成し、第2の絶縁層22cおよび電荷蓄積層22bの一部(ゲート絶縁層およびゲート電荷蓄積層として不要な部分)を一時的に残してもよい。この場合、第2の絶縁層22cおよび電荷蓄積層22bの一部(ゲート絶縁層およびゲート電荷蓄積層として不要な部分)は、その後の第3の絶縁層16、17(サイドウォール)を形成する工程によって除去し、ゲート絶縁層およびゲート電荷蓄積層を形成する。
また、電荷蓄積層22bの一部が露呈したときに、ドライエッチングを終了してもよい。
ゲート導電層14’、第2のゲート絶縁層22c’およびゲート電荷蓄積層22b’(あるいは、ゲート導電層14’および第2のゲート絶縁層22c’だけ、あるいは、ゲート導電層14’だけ)を形成するとき、ドライエッチングの代わりにウェットエッチングを使用してもよい。
Note that dry etching may be terminated when a part of the second insulating layer 22c is exposed. That is, only the gate conductive layer 14 ′ is formed by this dry etching, and a part of the second insulating layer 22c and the charge storage layer 22b (portions unnecessary as the gate insulating layer and the gate charge storage layer) is left temporarily. Also good. In this case, parts of the second insulating layer 22c and the charge storage layer 22b (portions unnecessary as the gate insulating layer and the gate charge storage layer) form the subsequent third insulating layers 16 and 17 (sidewalls). The gate insulating layer and the gate charge storage layer are formed by removing the step.
Alternatively, dry etching may be terminated when a part of the charge storage layer 22b is exposed.
Gate conductive layer 14 ′, second gate insulating layer 22c ′ and gate charge storage layer 22b ′ (or only gate conductive layer 14 ′ and second gate insulating layer 22c ′, or only gate conductive layer 14 ′) When forming, wet etching may be used instead of dry etching.

その後、図4に示すように、前記ゲート導電層14’の下方に位置する前記半導体層10のチャネル領域を挟み、互いに対向するソースドレイン領域12、13を半導体層10の上層に形成する。たとえば、ソースドレイン領域12、13を形成するために必要なドーパント(たとえば、ヒ素)を半導体層10にイオン注入する。半導体層10の面の法線に対するイオン注入の角度は、たとえば、ほぼ0度である。言い換えれば、半導体層10の面に対するイオン注入の角度は、たとえば、ほぼ90度である。図4中の実線の矢印で示されるように、半導体層10の面の法線に対するイオン注入の角度がほぼ0度であるイオン注入を、本明細書では垂直イオン注入と呼ぶ。図4中の破線の矢印で示されるように、半導体層10の面の法線に対するイオン注入の角度が0度を除く90度未満であるイオン注入を、本明細書では斜めイオン注入と呼ぶ。ヒ素は、たとえば、リンに変更してもよい。本実施形態において、ゲート電荷蓄積層22b’にホットキャリアを注入するために、ソースドレイン領域12、13のドーパントのドーズ量の範囲は、たとえば、7×1014個/cm以上である。
なお、図2(A)に示されるように、その後の工程で、ソースドレイン領域12、13の一部の下にソースドレイン領域18、19が形成される。図2(A)において、ソースドレイン領域12、13をソースドレインエクステンション領域と呼ばれることもある。ソースドレイン領域18、19をソースドレインコンタクト領域と呼ばれることもある。
Thereafter, as shown in FIG. 4, source / drain regions 12 and 13 facing each other are formed in the upper layer of the semiconductor layer 10 with the channel region of the semiconductor layer 10 positioned below the gate conductive layer 14 ′ interposed therebetween. For example, a dopant (for example, arsenic) necessary for forming the source / drain regions 12 and 13 is ion-implanted into the semiconductor layer 10. The angle of ion implantation with respect to the normal of the surface of the semiconductor layer 10 is, for example, approximately 0 degrees. In other words, the angle of ion implantation with respect to the surface of the semiconductor layer 10 is approximately 90 degrees, for example. As indicated by solid arrows in FIG. 4, ion implantation in which the angle of ion implantation is approximately 0 degrees with respect to the normal of the surface of the semiconductor layer 10 is referred to as vertical ion implantation in this specification. As indicated by the dashed arrows in FIG. 4, ion implantation in which the angle of ion implantation with respect to the normal of the surface of the semiconductor layer 10 is less than 90 degrees excluding 0 degrees is referred to as oblique ion implantation in this specification. Arsenic may be changed to phosphorus, for example. In the present embodiment, in order to inject hot carriers into the gate charge storage layer 22b ′, the range of the dopant dose in the source / drain regions 12 and 13 is, for example, 7 × 10 14 atoms / cm 2 or more.
As shown in FIG. 2A, source / drain regions 18 and 19 are formed under part of the source / drain regions 12 and 13 in the subsequent steps. In FIG. 2A, the source / drain regions 12 and 13 are sometimes referred to as source / drain extension regions. The source / drain regions 18 and 19 are sometimes called source / drain contact regions.

その後、ゲート電荷蓄積層22b’へのホットキャリア注入(HCI、Hot Carrier Injection)の効率を増加させるために、半導体層10中の不純物濃度を調整するために必要なドーパント(たとえば、ホウ素)を、ゲート導電層14’の下方に位置する半導体層10の上層の一部(図示せず)であって、ソースドレイン領域12の近傍に位置する領域とソースドレイン領域13の近傍に位置する領域とを有する半導体層10の上層の一部に斜めイオン注入を実施する。半導体層10の面の法線に対する斜めイオン注入の角度の範囲は、たとえば、10度〜30度である。このようなイオン注入は、Halo(Pocket)イオン注入と呼ばれることもある。
その後、ゲート導電層14’上の露呈部を有するレジスト(図示せず)を取り除く。
Thereafter, in order to increase the efficiency of hot carrier injection (HCI, Hot Carrier Injection) into the gate charge storage layer 22b ′, a dopant (for example, boron) necessary for adjusting the impurity concentration in the semiconductor layer 10 is added. A part (not shown) of the upper layer of the semiconductor layer 10 located below the gate conductive layer 14 ′, a region located near the source / drain region 12 and a region located near the source / drain region 13. The oblique ion implantation is performed on a part of the upper layer of the semiconductor layer 10 having the same. The range of the angle of oblique ion implantation with respect to the normal of the surface of the semiconductor layer 10 is, for example, 10 degrees to 30 degrees. Such ion implantation is sometimes called Halo (Pocket) ion implantation.
Thereafter, the resist (not shown) having an exposed portion on the gate conductive layer 14 ′ is removed.

図5は、図2(A)に示す半導体装置の製造方法の概略を説明するための他の図である。
その後、少なくとも、ゲート導電層14’の部分的な領域42にレジストRを形成する。好ましくは、レジストRは、ゲート導電層14’の部分的な領域42から、ソースドレイン領域12、13の一方のソースドレイン領域13の上方に位置する第1の絶縁層22aの部分的な領域47まで延在する。
具体的には、ゲート導電層14’の表面全体および第1の絶縁層22aの表面全体、ならびにゲート導電層14’の露呈される両方の側面全体、第2のゲート絶縁層22c’の露呈される両方の側面全体およびゲート電荷蓄積層22b’の露呈される両方の側面全体にレジスト(図示せず)を塗布する。その後、ゲート導電層14’の一部(部分的な領域42を除くゲート導電層14’の残部領域41)および第1の絶縁層22aの一部(部分的な領域47を除く第1の絶縁層22aの残部領域46)を露呈するように、塗布されたレジストの一部(図示せず)を除去する。これにより、ゲート導電層14’の一部(41)および第1の絶縁層22aの一部(46)、ならびにゲート導電層14’の一部(41)側のゲート導電層14’の一方の側面、ゲート導電層14’の一部(41)側の第2のゲート絶縁層22c’の一方の側面、およびゲート導電層14’の一部(41)側のゲート電荷蓄積層22b’の一方の側面を露呈する露呈部を有するレジストRが、ゲート導電層14’の残部(42)および第1の絶縁層22aの残部(47)、ならびにゲート導電層14’の残部(42)側のゲート導電層14’の他方の側面、ゲート導電層14’の残部(42)側の第2のゲート絶縁層22c’の他方の側面、およびゲート導電層14’の残部(42)側のゲート電荷蓄積層22b’の他方の側面の上に形成される。ゲート導電層14’の残部(42)は、ゲート導電層14’の一部(41)を除くゲート導電層14’のすべての領域である。
FIG. 5 is another view for explaining the outline of the manufacturing method of the semiconductor device shown in FIG.
Thereafter, a resist R is formed at least in a partial region 42 of the gate conductive layer 14 ′. Preferably, the resist R is a partial region 47 of the first insulating layer 22a located above the one of the source / drain regions 13 of the source / drain regions 12 and 13 from the partial region 42 of the gate conductive layer 14 ′. Extend to.
Specifically, the entire surface of the gate conductive layer 14 ′ and the entire surface of the first insulating layer 22a, the entire exposed side surfaces of the gate conductive layer 14 ′, and the exposed second gate insulating layer 22c ′ are exposed. A resist (not shown) is applied to both the entire side surfaces and both exposed side surfaces of the gate charge storage layer 22b ′. Thereafter, a part of the gate conductive layer 14 ′ (the remaining region 41 of the gate conductive layer 14 ′ excluding the partial region 42) and a part of the first insulating layer 22a (the first insulation excluding the partial region 47). Part of the applied resist (not shown) is removed so that the remaining region 46) of the layer 22a is exposed. As a result, a part (41) of the gate conductive layer 14 ', a part (46) of the first insulating layer 22a, and one of the gate conductive layers 14' on the part (41) side of the gate conductive layer 14 ' Side surface, one side surface of the second gate insulating layer 22c ′ on the side (41) side of the gate conductive layer 14 ′, and one side of the gate charge storage layer 22b ′ on the side (41) side of the gate conductive layer 14 ′ The resist R having an exposed portion that exposes the side surfaces of the gate conductive layer 14 ′ is the remaining portion (42) of the gate conductive layer 14 ′, the remaining portion (47) of the first insulating layer 22a, and the gate on the remaining portion (42) side of the gate conductive layer 14 ′. The other side surface of the conductive layer 14 ', the other side surface of the second gate insulating layer 22c' on the remaining portion (42) side of the gate conductive layer 14 ', and the gate charge accumulation on the remaining side (42) side of the gate conductive layer 14' Formed on the other side of layer 22b '. The remaining part (42) of the gate conductive layer 14 ′ is the entire region of the gate conductive layer 14 ′ except for a part (41) of the gate conductive layer 14 ′.

その後、露呈部を有するレジストRをマスクとして使用し、少なくとも、ゲート導電層14’の一部(41)に、例えばフッ素(広義にはフッ素系ガス)を用いる垂直イオン注入を実施する。露呈されるゲート導電層14’の一部(41)は、ソースドレイン領域12側に位置する。レジストRで覆われるゲート導電層14’の残部(42)は、ソースドレイン領域13側に位置する。   Thereafter, using the resist R having an exposed portion as a mask, vertical ion implantation using, for example, fluorine (fluorine gas in a broad sense) is performed on at least a part (41) of the gate conductive layer 14 '. A part (41) of the exposed gate conductive layer 14 'is located on the source / drain region 12 side. The remaining part (42) of the gate conductive layer 14 'covered with the resist R is located on the source / drain region 13 side.

ゲート導電層14’の一部(41)およびゲート導電層14’の一部(41)の下に形成される第2のゲート絶縁層22c’の一部を介して、第2のゲート絶縁層22c’の一部の下に形成されるゲート電荷蓄積層22b’の一部まで到達するエネルギーで、フッ素を用いる垂直イオン注入を実施する。具体的には、注入されるフッ素のイオンの分布が半導体層10の面の法線方向で最大となる位置が第1の絶縁層22aとゲート電荷蓄積層22b’との間の界面(たとえば、SiO−Si界面)付近のゲート電荷蓄積層22b’内のトラップ準位が形成される位置48(以下、トラップ位置48と称する。)となるように、フッ素のイオンの垂直イオン注入時のエネルギーを決定する。フッ素を用いる垂直イオン注入が実施された第1の絶縁層22aとゲート電荷蓄積層22b’との間の界面の付近のトラップ位置48に存在する多数のダングリングボンド(dangling bond)は、部分的に終端される。なお、SiO−Si界面の付近のトラップ位置48に存在するダングリングボンドの数は、非常に多いので、トラップ位置48に存在するダングリングボンドのすべてを完全に終端させることは、現実的に不可能である。 The second gate insulating layer is interposed through a part (41) of the gate conductive layer 14 ′ and a part of the second gate insulating layer 22c ′ formed under the part (41) of the gate conductive layer 14 ′. Vertical ion implantation using fluorine is performed with energy reaching a part of the gate charge storage layer 22b ′ formed under a part of 22c ′. Specifically, the position where the distribution of implanted fluorine ions is maximized in the normal direction of the surface of the semiconductor layer 10 is the interface between the first insulating layer 22a and the gate charge storage layer 22b ′ (for example, Vertical ion implantation of fluorine ions so that a trap level is formed in the gate charge storage layer 22b ′ in the vicinity of the SiO 2 —Si 3 N 4 interface) (hereinafter referred to as a trap position 48). Determine the energy of time. The large number of dangling bonds present at the trap position 48 near the interface between the first insulating layer 22a and the gate charge storage layer 22b ′ on which the vertical ion implantation using fluorine is partially performed Terminated by In addition, since the number of dangling bonds existing at the trap position 48 near the SiO 2 —Si 3 N 4 interface is very large, all of the dangling bonds existing at the trap position 48 are completely terminated. Really impossible.

フッ素を用いる垂直イオン注入が実施された第1の絶縁層22aとゲート電荷蓄積層22b’との間の界面の付近のトラップ位置48に存在するダングリングボンドが部分的に終端されるので、図1のメモリセルのビット線が接続されるソースドレイン領域12側のゲート電荷蓄積層22b’の電荷(ホットホール、ホットエレクトロン)を蓄積する能力は、低下する。一方、図1のメモリセルのソース線が接続されるソースドレイン領域13側のゲート電荷蓄積層22b’の電荷を蓄積する能力は、レジストRによって維持される。すなわち、レジストRの下方に位置するゲート導電層14’の残部(42)には、フッ素を用いる垂直イオン注入が実施されない。したがって、フッ素を用いる垂直イオン注入が実施されない第1の絶縁層22aとゲート電荷蓄積層22b’との間の界面の付近のトラップ位置に存在する多数のダングリングボンドは、終端されない。これにより、図1のメモリセルのソース線が接続されるソースドレイン領域13側のゲート電荷蓄積層22b’の電荷を蓄積する能力は、維持される。このように、ゲート電荷蓄積層22b’の一部31の電荷蓄積能力は、ゲート電荷蓄積層22b’の残部32の電荷蓄積能力より低い。   Since the dangling bond existing at the trap position 48 near the interface between the first insulating layer 22a and the gate charge storage layer 22b ′ in which the vertical ion implantation using fluorine is performed is partially terminated, The ability to store charges (hot holes, hot electrons) in the gate charge storage layer 22b ′ on the source / drain region 12 side to which the bit line of one memory cell is connected is reduced. On the other hand, the ability to store charges in the gate charge storage layer 22b 'on the source / drain region 13 side to which the source line of the memory cell of FIG. That is, vertical ion implantation using fluorine is not performed on the remaining portion (42) of the gate conductive layer 14 'located below the resist R. Therefore, a large number of dangling bonds existing at the trap positions near the interface between the first insulating layer 22a and the gate charge storage layer 22b 'where the vertical ion implantation using fluorine is not performed are not terminated. Thereby, the ability to accumulate charges in the gate charge accumulation layer 22b 'on the source / drain region 13 side to which the source line of the memory cell of FIG. 1 is connected is maintained. Thus, the charge storage capability of the part 31 of the gate charge storage layer 22b 'is lower than the charge storage capability of the remaining portion 32 of the gate charge storage layer 22b'.

この事は、図1において、ビット線BL1の電圧をたとえば5[V]から3[V]に調整しなくても、メモリセルMC10(選択されたメモリセル)のソース線SL1が接続されるソースドレイン領域側の電荷蓄積層に電荷(ホットエレクトロン)を書き込む場合、メモリセルMC01(選択されないメモリセル)のビット線BL1が接続されるソースドレイン領域側の電荷蓄積層に電荷(ホットホール)が書き込まれ難いことを意味する。すなわち、メモリセルMC10(選択されたメモリセル)に電荷(ホットエレクトロン)を書き込む際に使用する電圧の数が、3つ(0[V]、5[V]、7[V])であっても、メモリセルMC01(選択されないメモリセル)へのディスターブを防止することができる。
また、図1において、ビット線BL1の電圧をたとえば5[V]から3[V]に調整して、メモリセルMC10(選択されたメモリセル)に電荷(ホットエレクトロン)を書き込む際に使用する電圧の数が、4つ(0[V]、3[V]、5[V]、7[V])であっても、メモリセルMC01(選択されないメモリセル)へのディスターブをより確実に防止することができる。
This is because the source line SL1 of the memory cell MC10 (selected memory cell) is connected without adjusting the voltage of the bit line BL1 from 5 [V] to 3 [V], for example, in FIG. When writing charges (hot electrons) to the charge storage layer on the drain region side, charges (hot holes) are written to the charge storage layer on the source / drain region side to which the bit line BL1 of the memory cell MC01 (non-selected memory cell) is connected. It means that it is difficult to do it. That is, the number of voltages used when writing electric charges (hot electrons) to the memory cell MC10 (selected memory cell) is three (0 [V], 5 [V], 7 [V]). However, disturbance to the memory cell MC01 (non-selected memory cell) can be prevented.
Further, in FIG. 1, the voltage used when writing the electric charge (hot electrons) to the memory cell MC10 (selected memory cell) by adjusting the voltage of the bit line BL1 from 5 [V] to 3 [V], for example. Even if the number of memory cells is four (0 [V], 3 [V], 5 [V], 7 [V]), the disturbance to the memory cell MC01 (non-selected memory cell) is more reliably prevented. be able to.

ところで、特許文献2(特開2000−174030号公報)の図2および段落[0045]は、ONOからなる容量絶縁膜11を開示するが、特許文献2の段落[0045]は、図2のスタック型DRAM全体を水素アニールすることを開示しているに過ぎない。言い換えれば、水素は、容量絶縁膜11に対して一様に到達する。また、特許文献2の段落[0005]は、水素アニールでは、窒化シリコン膜のダングリングボンドが終端されないことを開示している。   Incidentally, FIG. 2 and paragraph [0045] of Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-174030) disclose a capacitive insulating film 11 made of ONO. Paragraph [0045] of Patent Document 2 is a stack of FIG. It only discloses hydrogen annealing the entire type DRAM. In other words, hydrogen reaches the capacitive insulating film 11 uniformly. Further, paragraph [0005] of Patent Document 2 discloses that dangling bonds of a silicon nitride film are not terminated by hydrogen annealing.

特許文献3(2006−319186号公報)の図1および段落[0054]は、シリコン酸化膜(第1絶縁膜3)−シリコン窒化膜(電荷保持膜4)−シリコン酸化膜(第2絶縁膜5)を開示するが、特許文献3の段落[0061]は、第3絶縁膜11に含まれる水分を熱処理で拡散させることを開示しているに過ぎない。言い換えれば、水分は、シリコン窒化膜(電荷保持膜4)に対して一様に到達する。また、特許文献3の段落[0061]は、第3絶縁膜11に含まれる水分の熱拡散では、シリコン窒化膜(電荷保持膜4)のダングリングボンドが終端されないことを暗示している。   FIG. 1 and paragraph [0054] of Patent Document 3 (2006-319186) show a silicon oxide film (first insulating film 3) -silicon nitride film (charge holding film 4) -silicon oxide film (second insulating film 5). However, paragraph [0061] of Patent Document 3 merely discloses that the moisture contained in the third insulating film 11 is diffused by heat treatment. In other words, moisture uniformly reaches the silicon nitride film (charge holding film 4). Further, paragraph [0061] of Patent Document 3 implies that dangling bonds of the silicon nitride film (charge holding film 4) are not terminated by thermal diffusion of moisture contained in the third insulating film 11.

特許文献4(特開平07−058313号公報)の図2および段落[0024]は、シリコン酸化膜4−ナイトライド膜5−オキシナイトライド膜6を開示するが、特許文献4の段落[0028]は、フッ素のイオン10をシリコン酸化膜中に注入していることを開示しているに過ぎない。また、特許文献4の段落[0010]は、フッ素のイオン10をナイトライド膜5に対して一様に通過させることを教授している。
このように、特許文献2、特許文献3および特許文献4は、本実施形態のようにゲート電荷蓄積層22b’の一部31の電荷蓄積能力が、フッ素のイオン注入によって、ゲート電荷蓄積層22b’の残部32の電荷蓄積能力より低下させることを開示するものではない。
FIG. 2 and paragraph [0024] of Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 07-058313) disclose a silicon oxide film 4-nitride film 5-oxynitride film 6, but paragraph [0028] of Patent Document 4. Only discloses that fluorine ions 10 are implanted into the silicon oxide film. Further, paragraph [0010] of Patent Document 4 teaches that fluorine ions 10 are allowed to pass uniformly through the nitride film 5.
As described above, in Patent Document 2, Patent Document 3, and Patent Document 4, the charge storage capability of the part 31 of the gate charge storage layer 22b ′ is different from that of the gate charge storage layer 22b by ion implantation of fluorine as in the present embodiment. It is not disclosed that the charge storage capacity of the remaining part 32 is reduced.

図6(A)は、図5に示されるレジストRの変形例を示し、図6(B)は、図5に示されるレジストRのもう1つの変形例を示し、図6(C)は、図5に示されるレジストRの1例を示し、図6(D)は、図5に示されるレジストRの他の変形例を示し、図6(E)は、図5に示されるレジストRの他の変形例を示し、図6(F)は、図5に示されるレジストRの他の変形例を示す。
図6(A)(および図6(D))に示すように、レジストRの範囲は、ソース線が接続されるソースドレイン領域13側(図6(D)において、ソースドレイン領域12側のゲート導電層14’の一端44と対向するソースドレイン領域13側のゲート導電層14’の他端45)から、ゲート導電層14’のゲート長の1/5までとしてもよい。図6(D)に示されるように、第1の絶縁層22aとゲート電荷蓄積層22b’との間の界面の付近のソースドレイン領域13側のトラップ位置の上方に位置するゲート導電層14’の残部(42)の上だけにレジストRを形成してもよい。図1のメモリセルのソース線が接続されるソースドレイン領域13側の電荷蓄積層22b’の電荷を蓄積する能力は、レジストRによって維持される。
また、図6(C)に示すように、レジストRの範囲は、たとえば、ゲート導電層14’のソース線が接続されるソースドレイン領域13側から、ゲート導電層14’のゲート長の4/5までである。図6(F)に示すように、レジストRの範囲は、たとえば、ソースドレイン領域13側のゲート導電層14’の他端45から、ゲート導電層14’のゲート長の4/5までとしてもよい。言い換えれば、第1の絶縁層22aとゲート電荷蓄積層22b’との間の界面の付近のソースドレイン領域13側のトラップ位置48の上方に位置するゲート導電層14’の一部(41)の上だけにフッ素を用いるイオン注入を実施すればよい。図1のメモリセルのビット線が接続されるソースドレイン領域12側のゲート電荷蓄積層22b’の電荷を蓄積する能力を低下させることができる。
さらに、図6(B)(および図6(E))に示すように、レジストRの範囲は、たとえば、ソース線が接続されるソースドレイン領域13側(図6(E)において、ソースドレイン領域13側のゲート導電層14’の他端45))から、ゲート導電層14’のゲート長の1/2までとしてもよい。レジストRを形成する時のばらつき(レジストR用のフォトマスクの配置精度)を考慮して、図1のメモリセルのソース線が接続されるソースドレイン領域13側のゲート電荷蓄積層22b’の電荷を蓄積する能力を確実に維持するとともに、図1のメモリセルのビット線が接続されるソースドレイン領域12側のゲート電荷蓄積層22b’の電荷を蓄積する能力を確実に低下させることができる。
6A shows a modification of the resist R shown in FIG. 5, FIG. 6B shows another modification of the resist R shown in FIG. 5, and FIG. 5 shows an example of the resist R shown in FIG. 5, FIG. 6D shows another modification of the resist R shown in FIG. 5, and FIG. 6E shows the resist R shown in FIG. Another modification is shown, and FIG. 6F shows another modification of the resist R shown in FIG.
As shown in FIG. 6A (and FIG. 6D), the range of the resist R is the gate on the source / drain region 12 side in the source / drain region 13 side to which the source line is connected (FIG. 6D). From the other end 45) of the gate conductive layer 14 'on the source / drain region 13 side facing the one end 44 of the conductive layer 14', the gate length of the gate conductive layer 14 'may be 1/5. As shown in FIG. 6D, the gate conductive layer 14 ′ positioned above the trap position on the source / drain region 13 side in the vicinity of the interface between the first insulating layer 22a and the gate charge storage layer 22b ′. The resist R may be formed only on the remaining portion (42). The ability to store charges in the charge storage layer 22b ′ on the source / drain region 13 side to which the source line of the memory cell of FIG.
Further, as shown in FIG. 6C, the range of the resist R is, for example, from the side of the source / drain region 13 to which the source line of the gate conductive layer 14 ′ is connected to 4 / of the gate length of the gate conductive layer 14 ′. Up to 5. As shown in FIG. 6F, the range of the resist R may be, for example, from the other end 45 of the gate conductive layer 14 ′ on the source / drain region 13 side to 4/5 of the gate length of the gate conductive layer 14 ′. Good. In other words, a portion (41) of the gate conductive layer 14 ′ located above the trap position 48 on the source / drain region 13 side in the vicinity of the interface between the first insulating layer 22a and the gate charge storage layer 22b ′. It is only necessary to perform ion implantation using fluorine only on the top. The ability to store charges in the gate charge storage layer 22b ′ on the source / drain region 12 side to which the bit line of the memory cell of FIG. 1 is connected can be reduced.
Furthermore, as shown in FIG. 6B (and FIG. 6E), the range of the resist R is, for example, the source / drain region on the source / drain region 13 side to which the source line is connected (FIG. 6E). The other end 45) of the gate conductive layer 14 'on the 13th side may be ½ of the gate length of the gate conductive layer 14'. In consideration of variations in the formation of the resist R (photomask placement accuracy for the resist R), the charge in the gate charge storage layer 22b ′ on the source / drain region 13 side to which the source line of the memory cell in FIG. 1 can be reliably maintained, and the ability to store the charge in the gate charge storage layer 22b ′ on the source / drain region 12 side to which the bit line of the memory cell of FIG. 1 is connected can be reliably reduced.

なお、図6(A)および図6(D)において、ゲート長方向に沿ったゲート導電層14’上のレジストRの長さは、たとえば、50[nm]とすることができる。図6(B)および図6(E)において、ゲート長方向に沿ったゲート導電層14’上のレジストRの長さは、たとえば、125[nm]とすることができる。図6(C)および図6(F)において、ゲート長方向に沿ったゲート導電層14’上のレジストRの長さは、たとえば、200[nm]とすることができる。   In FIG. 6A and FIG. 6D, the length of the resist R on the gate conductive layer 14 ′ along the gate length direction can be set to 50 [nm], for example. In FIG. 6B and FIG. 6E, the length of the resist R on the gate conductive layer 14 ′ along the gate length direction can be set to 125 [nm], for example. 6C and 6F, the length of the resist R on the gate conductive layer 14 ′ along the gate length direction can be set to 200 [nm], for example.

レジストRの範囲が図6(A)、図6(B)および図6(C)に適合する場合、フッ素を用いるイオン注入は、フッ素を用いる垂直イオン注入または斜めイオン注入である。具体的には、フッ素を用いる垂直イオン注入の代わりに、フッ素を用いる斜めイオン注入を実施してもよい。また、たとえば、フッ素を用いる垂直イオン注入を実施し、その後に、フッ素を用いる斜めイオン注入を実施してもよい。
半導体層10の面の法線に対する斜めイオン注入の角度の範囲は、たとえば、10度〜30度である。具体的には、注入されるフッ素のイオンの分布がトラップ位置48で最大となるように、フッ素を用いる斜めイオン注入時のエネルギーを決定する。斜めイオン注入は、垂直イオン注入と比べて、第1の絶縁層22aとゲート電荷蓄積層22b’との間の界面の付近のトラップ位置48へのフッ素のイオンの到達距離が短いので、フッ素を用いる斜めイオン注入時のエネルギーは、フッ素を用いる垂直イオン注入時のエネルギーより低くてよい。
When the range of the resist R conforms to FIGS. 6A, 6B, and 6C, the ion implantation using fluorine is vertical ion implantation or oblique ion implantation using fluorine. Specifically, oblique ion implantation using fluorine may be performed instead of vertical ion implantation using fluorine. Further, for example, vertical ion implantation using fluorine may be performed, and then oblique ion implantation using fluorine may be performed.
The range of the angle of oblique ion implantation with respect to the normal of the surface of the semiconductor layer 10 is, for example, 10 degrees to 30 degrees. Specifically, the energy at the time of oblique ion implantation using fluorine is determined so that the distribution of implanted fluorine ions becomes maximum at the trap position 48. In the oblique ion implantation, the fluorine ion reach distance to the trap position 48 near the interface between the first insulating layer 22a and the gate charge storage layer 22b ′ is shorter than the vertical ion implantation. The energy used for the oblique ion implantation may be lower than the energy used for the vertical ion implantation using fluorine.

レジストRの範囲が図6(D)、図6(F)および図6(G)に適合する場合、フッ素を用いるイオン注入は、フッ素を用いる垂直イオン注入、または、ソースドレイン領域13側のゲート電荷蓄積層22b’の電荷蓄積能力が実質的に低下しない程度のフッ素を用いる斜めイオン注入である。なお、イオン注入に用いられるフッ素系ガスに関して、フッ素(F)は、たとえば、フッ化ホウ素(BF)、フッ化水素(HF)等に変更してもよい。また、フッ素系ガス(たとえば、フッ素)を用いるイオン注入は、水素系ガス(たとえば、水素(H)、塩化水素(HCl)、ホウ化水素(B)、リン化水素(PH)、フッ化水素(HF)等)を用いるイオン注入に変更してもよい。たとえば、水素を用いる水素のイオンのイオン注入だけを実施してもよい。代替的に、たとえば、BFを用いるフッ素のイオンのイオン注入だけを実施してもよい。また、たとえば、フッ素を用いるフッ素のイオンのイオン注入を実施し、その後に、たとえば、水素を用いる水素のイオンのイオン注入を実施してもよい。たとえば、BFを用いるフッ素のイオンのイオン注入を実施する場合、ホウ素のイオンのイオン注入がソースドレイン領域12、13に悪影響を及ぼす可能性がある。
その後、レジストRを取り除く。
When the range of the resist R conforms to FIG. 6D, FIG. 6F, and FIG. 6G, the ion implantation using fluorine is the vertical ion implantation using fluorine or the gate on the source / drain region 13 side. This is oblique ion implantation using fluorine to such an extent that the charge storage capability of the charge storage layer 22b ′ does not substantially decrease. Regarding the fluorine-based gas used for ion implantation, fluorine (F 2 ) may be changed to, for example, boron fluoride (BF 2 ), hydrogen fluoride (HF), or the like. In addition, ion implantation using a fluorine-based gas (for example, fluorine) is performed using a hydrogen-based gas (for example, hydrogen (H 2 ), hydrogen chloride (HCl), borohydride (B 2 H 6 ), hydrogen phosphide (PH 3 ), Hydrogen fluoride (HF), or the like). For example, only ion implantation of hydrogen ions using hydrogen may be performed. Alternatively, for example, only ion implantation of fluorine ions using BF 2 may be performed. Further, for example, ion implantation of fluorine ions using fluorine may be performed, and thereafter ion implantation of hydrogen ions using hydrogen may be performed. For example, when ion implantation of fluorine ions using BF 2 is performed, ion implantation of boron ions may adversely affect the source / drain regions 12 and 13.
Thereafter, the resist R is removed.

その後、図2(A)に示すように、ゲート導電層14’の両方の側面、第2のゲート絶縁層22c’の両方の側面、およびゲート電荷蓄積層22b’の両方の側面に、第3の絶縁層16、17を形成する。第3の絶縁層16、17は、たとえば、窒化シリコン層(たとえば、SiN層)である。図2(A)に示すように、第3の絶縁層16、17の各々の断面は、ゲート導電層14’側の一方の側面であって半導体層10の頂面に対して垂直な一方の側面と、一方の側面と反対側の曲面を有する他方の側面と、半導体層10の頂面に対して平行な底面とを有する。
具体的には、レジストRが取り除かれた後、SiN層(図示せず)は、たとえば、CVD処理によって、ゲート導電層14の表面全体および第1の絶縁層22aの表面全体、ならびにゲート導電層14’の露呈される両方の側面全体、第2のゲート絶縁層22c’の露呈される両方の側面全体およびゲート電荷蓄積層22b’の露呈される両方の側面全体に形成される。その後、SiN層の表面全体にレジスト(図示せず)を塗布する。その後、ゲート導電層14の上方に位置するSiN層の一部を露呈するように塗布されたレジストの一部(図示せず)を除去し、SiN層の一部を露呈する露呈部を有するレジスト(図示せず)をSiN層の残部の上に形成する。露呈部を有するレジストをマスクとして使用し、露呈されるSiN層の一部を異方性ドライエッチングする。第1の絶縁層22aの一部が除去され、第1のゲート絶縁層22a’が形成されたとき、異方性ドライエッチングを終了する。このようにして、たとえば異方性ドライエッチングされたSiN層を第3の絶縁層16、17として形成する。第3の絶縁層16、17は、サイドウォールと呼ばれることがある。なお、図2(A)において、第1のゲート絶縁層22a’は、ゲート電荷蓄積層22b’および第3の絶縁層16、17の下だけに位置するが、実際には、異方性ドライエッチングにより完全に除去されない第1の絶縁層22aの一部が、半導体層10(図2(A)の領域18、19に相当する半導体層10)の上に薄く残っている。
その後、露呈部を有するレジストを除去する。
Thereafter, as shown in FIG. 2 (A), the third surface is formed on both side surfaces of the gate conductive layer 14 ′, both side surfaces of the second gate insulating layer 22c ′, and both side surfaces of the gate charge storage layer 22b ′. Insulating layers 16 and 17 are formed. The third insulating layers 16 and 17 are, for example, silicon nitride layers (for example, SiN layers). As shown in FIG. 2A, the cross section of each of the third insulating layers 16 and 17 is one side surface on the side of the gate conductive layer 14 ′ and one side perpendicular to the top surface of the semiconductor layer It has a side surface, the other side surface having a curved surface opposite to the one side surface, and a bottom surface parallel to the top surface of the semiconductor layer 10.
Specifically, after the resist R is removed, the SiN layer (not shown) is formed by, for example, a CVD process on the entire surface of the gate conductive layer 14 and the entire surface of the first insulating layer 22a, and the gate conductive layer. 14 ′ is formed on both exposed side surfaces, on both exposed side surfaces of the second gate insulating layer 22 c ′, and on both exposed side surfaces of the gate charge storage layer 22 b ′. Thereafter, a resist (not shown) is applied to the entire surface of the SiN layer. Thereafter, a part of the resist (not shown) applied so as to expose a part of the SiN layer located above the gate conductive layer 14 is removed, and a resist having an exposed part exposing a part of the SiN layer. (Not shown) is formed on the remainder of the SiN layer. A resist having an exposed portion is used as a mask, and a part of the exposed SiN layer is anisotropically dry etched. When a part of the first insulating layer 22a is removed and the first gate insulating layer 22a ′ is formed, the anisotropic dry etching is finished. In this way, for example, anisotropic dry-etched SiN layers are formed as the third insulating layers 16 and 17. The third insulating layers 16 and 17 are sometimes called sidewalls. In FIG. 2A, the first gate insulating layer 22a ′ is located only under the gate charge storage layer 22b ′ and the third insulating layers 16 and 17, but in reality, the anisotropic dry layer A part of the first insulating layer 22a that is not completely removed by etching remains thin on the semiconductor layer 10 (the semiconductor layer 10 corresponding to the regions 18 and 19 in FIG. 2A).
Thereafter, the resist having the exposed portion is removed.

その後、半導体層10の上層(具体的には、ソースドレイン領域12、13の一部およびソースドレイン領域12、13の一部の下に位置する半導体層10)にソースドレイン領域18、19を形成する。ソースドレイン領域18、19は、ソースドレイン領域12、13のドーズ量と同程度のドーズ量で、ソースドレイン領域12、13のドーパントと同じ型のドーパント(たとえば、ヒ素)を、ソースドレイン領域12、13より深くイオン注入する。
具体的には、ゲート導電層14の表面全体、第3の絶縁層の表面全体(曲面を有する他方の側面)、および露呈される半導体層10(露呈されるソースドレイン領域12、13(実際には、異方性ドライエッチングにより完全に除去されない第1の絶縁層22aの一部の薄い層))の表面全体に、レジスト(図示せず)を塗布する。その後、第1のゲート絶縁層22a’下に位置する半導体層10を除く半導体層10(レジストが塗布されるまで露呈していたソースドレイン領域12、13)を露呈するように、塗布されたレジストの一部(図示せず)を除去する。これにより、第1のゲート絶縁層22a’下に位置する半導体層10を除く半導体層10を露呈する露呈部を有するレジスト(図示せず)が、ゲート導電層14および第3の絶縁層の上に形成する。露呈部を有するレジストをマスクとして使用し、第1のゲート絶縁層22a’下に位置する半導体層10を除く半導体層10に、ソースドレイン領域12、13のドーパントと同じ型のドーパントのイオン注入を実施する。これにより、ソースドレイン領域12’、13’およびソースドレイン領域18、19が形成される。ソースドレイン領域12’、13’は、ソースドレインエクステンション領域12’、13’と呼ばれることもある。ソースドレイン領域18、19は、ソースドレインコンタクト領域18、19と呼ばれることもある。
Thereafter, source / drain regions 18 and 19 are formed in the upper layer of the semiconductor layer 10 (specifically, the semiconductor layer 10 positioned below a part of the source / drain regions 12 and 13 and a part of the source / drain regions 12 and 13). To do. The source / drain regions 18 and 19 have a dose amount similar to that of the source / drain regions 12 and 13, and a dopant of the same type as the dopant of the source / drain regions 12 and 13 (for example, arsenic) is used. Ions are implanted deeper than 13.
Specifically, the entire surface of the gate conductive layer 14, the entire surface of the third insulating layer (the other side surface having a curved surface), and the exposed semiconductor layer 10 (exposed source / drain regions 12, 13 (actually Applies a resist (not shown) to the entire surface of the first insulating layer 22a that is not completely removed by anisotropic dry etching. Thereafter, the applied resist so as to expose the semiconductor layer 10 (the source / drain regions 12 and 13 exposed until the resist is applied) excluding the semiconductor layer 10 located under the first gate insulating layer 22a ′. A part of (not shown) is removed. As a result, a resist (not shown) having an exposed portion that exposes the semiconductor layer 10 excluding the semiconductor layer 10 located under the first gate insulating layer 22a ′ is formed on the gate conductive layer 14 and the third insulating layer. To form. Using the resist having an exposed portion as a mask, ion implantation of the same type of dopant as the dopant of the source / drain regions 12 and 13 is performed on the semiconductor layer 10 except for the semiconductor layer 10 located under the first gate insulating layer 22a ′. carry out. As a result, source / drain regions 12 ′ and 13 ′ and source / drain regions 18 and 19 are formed. The source / drain regions 12 ′ and 13 ′ may be referred to as source / drain extension regions 12 ′ and 13 ′. The source / drain regions 18 and 19 are sometimes referred to as source / drain contact regions 18 and 19.

露呈されるソースドレインコンタクト領域18、19は、好ましくは、それらの表面にシリサイド層(図示せず)(たとえば、CoSi層)を有する。具体的には、CoSi層は、たとえば、スパッタ装置によって形成することができる。
その後、露呈部を有するレジストを除去する。
The exposed source / drain contact regions 18, 19 preferably have a silicide layer (not shown) (eg, a CoSi 2 layer) on their surface. Specifically, the CoSi 2 layer can be formed by, for example, a sputtering apparatus.
Thereafter, the resist having the exposed portion is removed.

図2(A)に示されないが、周知の手法にて、ゲート導電層14’にワード線を接続し、ソースドレインコンタクト領域18にビット線を接続し、ソースドレインコンタクト領域19にソース線を接続し、たとえば、図1に示すように複数のメモリセルの1つとして配置する。複数のメモリセルの残りのメモリセルも、図2(A)の1つのトランジスタを形成するときに、同時に、同様の工程で形成される。さらに、複数のメモリセルの残りのメモリセルの各々にも、同時に、同様の工程で、対応する1つのワード線、対応する1つのビット線および対応する1つのソース線が接続される。また、複数のメモリセルの各々は、対応する1つのワード線、対応する1つのビット線および対応する1つのソース線を介して周辺回路(図示せず)にて駆動され、複数のメモリセルは、全体として、NOR型のメモリーデバイスとして機能する。   Although not shown in FIG. 2A, a word line is connected to the gate conductive layer 14 ′, a bit line is connected to the source / drain contact region 18, and a source line is connected to the source / drain contact region 19 by a known method. For example, as shown in FIG. 1, it is arranged as one of a plurality of memory cells. The remaining memory cells of the plurality of memory cells are formed in the same process at the same time when forming one transistor of FIG. Further, each of the remaining memory cells of the plurality of memory cells is simultaneously connected to one corresponding word line, one corresponding bit line, and one corresponding source line in the same process. Each of the plurality of memory cells is driven by a peripheral circuit (not shown) via one corresponding word line, one corresponding bit line, and one corresponding source line. As a whole, it functions as a NOR type memory device.

図7は、図2(A)に示す半導体装置のもう1つの製造方法の概略を説明するための図である。
上述した半導体装置の製造方法の概略では、図5または図6において、第3の絶縁層16、17(サイドウォール)を形成する前に、たとえばフッ素を用いる垂直イオン注入によって電荷蓄積層22b’一部31(41)の電荷を蓄積する能力を低下させた。半導体装置のもう1つの製造方法の概略では、図5または図6の工程におけるフッ素を用いる垂直イオン注入は、実施しない。半導体装置のもう1つの製造方法の概略では、図7に示されるように、フッ素を用いる垂直イオン注入は、第3の絶縁層16、17およびソースドレイン領域18、19を形成した後に実施される。言い換えれば、半導体装置のもう1つの製造方法の概略では、上述した半導体装置の製造方法の概略と比べて、フッ素を用いる垂直イオン注入を実施する時期が異なる。
FIG. 7 is a diagram for explaining an outline of another method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG.
In the outline of the method for manufacturing a semiconductor device described above, in FIG. 5 or FIG. 6, before forming the third insulating layers 16 and 17 (sidewalls), the charge storage layer 22b ′ is integrated by vertical ion implantation using, for example, fluorine. The ability of the part 31 (41) to accumulate electric charge was reduced. In another outline of the manufacturing method of the semiconductor device, vertical ion implantation using fluorine in the process of FIG. 5 or 6 is not performed. In another outline of the manufacturing method of the semiconductor device, as shown in FIG. 7, vertical ion implantation using fluorine is performed after the third insulating layers 16 and 17 and the source / drain regions 18 and 19 are formed. . In other words, the outline of another method for manufacturing a semiconductor device differs from the outline of the method for manufacturing a semiconductor device described above in the timing of performing vertical ion implantation using fluorine.

半導体装置のもう1つの製造方法の概略では、上述した半導体装置の製造方法にて、図4の工程まで、実施する。
その後、図5または図6の工程を実施せず、図7に示すように、ゲート導電層14’の両方の側面、第2のゲート絶縁層22c’の両方の側面、およびゲート電荷蓄積層22b’の両方の側面に、第3の絶縁層16、17を形成する。
その後、半導体層10の上層(具体的には、ソースドレイン領域12、13の一部およびソースドレイン領域12、13の一部の下に位置する半導体層10)にソースドレイン領域18、19を形成する。これにより、ソースドレイン領域12’、13’も形成される。
In another outline of the manufacturing method of the semiconductor device, the steps up to the step shown in FIG.
Thereafter, the step of FIG. 5 or FIG. 6 is not performed, and as shown in FIG. 7, both side surfaces of the gate conductive layer 14 ′, both side surfaces of the second gate insulating layer 22c ′, and the gate charge storage layer 22b. The third insulating layers 16 and 17 are formed on both sides of '.
Thereafter, source / drain regions 18 and 19 are formed in the upper layer of the semiconductor layer 10 (specifically, the semiconductor layer 10 positioned below a part of the source / drain regions 12 and 13 and a part of the source / drain regions 12 and 13). To do. Thereby, source / drain regions 12 ′ and 13 ′ are also formed.

第3の絶縁層16、17およびソースドレイン領域18、19を形成した後、少なくとも、ゲート導電層14’の部分的な領域42にレジストRを形成する。好ましくは、レジストRは、ゲート導電層14’の部分的な領域42から、ソースドレイン領域13’の上方に位置する第3の絶縁層17の表面全体、第3の絶縁層17側の第1のゲート絶縁層22aの一方の側面、およびソースドレイン領域18の表面全体まで延在する。レジストRの露呈部は、部分的な領域42を除くゲート導電層14’の残部領域41、ソースドレイン領域12’の上方に位置する第3の絶縁層16の表面全体、第3の絶縁層16側の第1のゲート絶縁層22aの他方の側面、およびソースドレイン領域19の表面全体を露呈する。   After the third insulating layers 16 and 17 and the source / drain regions 18 and 19 are formed, a resist R is formed at least in a partial region 42 of the gate conductive layer 14 '. Preferably, the resist R is formed from the partial region 42 of the gate conductive layer 14 ′ to the entire surface of the third insulating layer 17 located above the source / drain region 13 ′, the first surface on the third insulating layer 17 side. Extends to one side surface of the gate insulating layer 22 a and the entire surface of the source / drain region 18. The exposed portion of the resist R includes the remaining region 41 of the gate conductive layer 14 ′ excluding the partial region 42, the entire surface of the third insulating layer 16 positioned above the source / drain region 12 ′, and the third insulating layer 16. The other side surface of the first gate insulating layer 22a on the side and the entire surface of the source / drain region 19 are exposed.

その後、露呈部を有するレジストRをマスクとして使用し、少なくとも、ゲート導電層14’の一部(41)に、例えばフッ素を用いる垂直イオン注入を実施する。露呈されるゲート導電層14’の一部(41)は、ソースドレイン領域12’、18側に位置する。レジストRで覆われるゲート導電層14’の残部(42)は、ソースドレイン領域13’、19側に位置する。
ゲート導電層14’の一部(41)およびゲート導電層14’の一部(41)の下に形成される第2のゲート絶縁層22c’の一部を介して第2のゲート絶縁層22c’の一部の下に形成されるゲート電荷蓄積層22b’の一部まで到達するエネルギーで、フッ素を用いる垂直イオン注入を実施する。
Thereafter, using the resist R having an exposed portion as a mask, vertical ion implantation using, for example, fluorine is performed on at least a part (41) of the gate conductive layer 14 ′. A part (41) of the exposed gate conductive layer 14 ′ is located on the source / drain region 12 ′, 18 side. The remaining part (42) of the gate conductive layer 14 ′ covered with the resist R is located on the source / drain regions 13 ′ and 19 side.
The second gate insulating layer 22c is interposed through a part (41) of the gate conductive layer 14 'and a part of the second gate insulating layer 22c' formed under the part (41) of the gate conductive layer 14 '. Vertical ion implantation using fluorine is performed with energy reaching a part of the gate charge storage layer 22b 'formed under a part of'.

フッ素を用いるイオン注入は、フッ素を用いる垂直イオン注入または斜めイオン注入である。斜めイオン注入の場合、露呈部を有するレジストRをマスクとして使用し、少なくとも、ゲート導電層14’の一部(41)およびソースドレイン領域12’の上方に位置する第3の絶縁層16に、例えばフッ素のイオンが注入される。斜めイオン注入は、垂直イオン注入と比べて、第1の絶縁層22aとゲート電荷蓄積層22b’との間の界面の付近のトラップ位置48へのフッ素のイオンの到達距離が短いので、フッ素を用いる斜めイオン注入時のエネルギーは、フッ素を用いる垂直イオン注入時のエネルギーより低くてよい。ただし、図7の工程における斜めイオン注入は、フッ素のイオンが第3の絶縁層16を介してトラップ位置48に到達する。したがって、図7の工程におけるフッ素を用いる斜めイオン注入時のエネルギーは、図5の工程におけるフッ素を用いる斜めイオン注入時のエネルギーと比べて、高くする。
図7の工程における斜めイオン注入は、第3の絶縁層16にもフッ素のイオンを注入する。したがって、トラップ位置48に近傍の第3の絶縁層16に捕らえられたフッ素のイオンは、その後の熱工程で、トラップ位置48に導入される。この事は、ゲート電荷蓄積層22b’の一部31の電荷蓄積能力は、第3の絶縁層16から導入されたフッ素のイオンの分だけ、低下させることができることを意味する。
The ion implantation using fluorine is vertical ion implantation or oblique ion implantation using fluorine. In the case of oblique ion implantation, using the resist R having an exposed portion as a mask, at least a part (41) of the gate conductive layer 14 ′ and the third insulating layer 16 positioned above the source / drain region 12 ′ For example, fluorine ions are implanted. In the oblique ion implantation, the fluorine ion reach distance to the trap position 48 near the interface between the first insulating layer 22a and the gate charge storage layer 22b ′ is shorter than the vertical ion implantation. The energy used for the oblique ion implantation may be lower than the energy used for the vertical ion implantation using fluorine. However, in the oblique ion implantation in the process of FIG. 7, fluorine ions reach the trap position 48 via the third insulating layer 16. Therefore, the energy at the time of oblique ion implantation using fluorine in the process of FIG. 7 is made higher than the energy at the time of oblique ion implantation using fluorine in the process of FIG.
In the oblique ion implantation in the step of FIG. 7, fluorine ions are also implanted into the third insulating layer 16. Therefore, fluorine ions captured by the third insulating layer 16 near the trap position 48 are introduced into the trap position 48 in the subsequent thermal process. This means that the charge storage capability of the portion 31 of the gate charge storage layer 22b ′ can be reduced by the amount of fluorine ions introduced from the third insulating layer 16.

図7の工程におけるイオン注入に用いられるフッ素系ガスに関して、フッ素(F)は、たとえば、フッ化ホウ素(BF)、フッ化水素(HF)等に変更してもよい。また、フッ素系ガス(たとえば、フッ素)を用いるイオン注入は、水素系ガス(たとえば、水素(H)、塩化水素(HCl)、ホウ化水素(B)、リン化水素(PH)、フッ化水素(HF)等)を用いるイオン注入に変更してもよい。
図7のレジストRの長さは、たとえば図6(B)のように変更してもよい。
Regarding the fluorine-based gas used for ion implantation in the process of FIG. 7, fluorine (F 2 ) may be changed to, for example, boron fluoride (BF 2 ), hydrogen fluoride (HF), or the like. In addition, ion implantation using a fluorine-based gas (for example, fluorine) is performed using a hydrogen-based gas (for example, hydrogen (H 2 ), hydrogen chloride (HCl), borohydride (B 2 H 6 ), hydrogen phosphide (PH 3 ), Hydrogen fluoride (HF), or the like).
The length of the resist R in FIG. 7 may be changed as shown in FIG. 6B, for example.

その後、レジストRを取り除く。
その後、ソースドレインコンタクト領域18、19の表面にシリサイド層(たとえば、CoSi層)をレジスト処理およびスパッタ処理によって形成することができる。
図2(A)に示されないが、周知の手法にて、ゲート導電層14’にワード線を接続し、ソースドレインコンタクト領域18にビット線を接続し、ソースドレインコンタクト領域19にソース線を接続し、たとえば、図1に示すように複数のメモリセルの1つとして配置する。
Thereafter, the resist R is removed.
Thereafter, a silicide layer (for example, a CoSi 2 layer) can be formed on the surface of the source / drain contact regions 18 and 19 by resist treatment and sputtering treatment.
Although not shown in FIG. 2A, a word line is connected to the gate conductive layer 14 ′, a bit line is connected to the source / drain contact region 18, and a source line is connected to the source / drain contact region 19 by a known method. For example, as shown in FIG. 1, it is arranged as one of a plurality of memory cells.

図8(A)は、図5または図7のレジストRの露呈部の概略を表す平面図であり、図8(B)は、図8(A)の平面図を説明するための補助図である。
1つのトランジスタで1つのメモリセルを構成する場合、図5または図7のレジストRの露呈部は、たとえば、図8(A)および図8(B)に示す複数の露呈部RAの1つに適用することができる。図5においてソースドレイン領域12、ゲート導電層14’およびソースドレイン領域13は、実際には、同一の平面上に位置することはないが、図8(A)においては、同一の平面に仮想的に投影されたソースドレイン領域12、ゲート導電層14’およびソースドレイン領域13が、破線で表されている。図8(A)において図7のソースドレイン領域12’、18およびソースドレイン領域13’、19は表されていないが、図5のソースドレイン領域12およびソースドレイン領域13に相当する。
FIG. 8A is a plan view illustrating the outline of the exposed portion of the resist R in FIG. 5 or FIG. 7, and FIG. 8B is an auxiliary diagram for explaining the plan view in FIG. 8A. is there.
When one memory cell is constituted by one transistor, the exposed portion of the resist R in FIG. 5 or FIG. 7 is, for example, one of a plurality of exposed portions RA shown in FIG. 8 (A) and FIG. 8 (B). Can be applied. In FIG. 5, the source / drain region 12, the gate conductive layer 14 ′ and the source / drain region 13 are not actually located on the same plane, but in FIG. The source / drain region 12, the gate conductive layer 14 ′, and the source / drain region 13 projected on are shown by broken lines. 8A, the source / drain regions 12 ′ and 18 and the source / drain regions 13 ′ and 19 in FIG. 7 are not shown, but correspond to the source / drain regions 12 and 13 in FIG.

図8(B)は、図2(A)の工程の後で形成されるビット線BL0〜BL3、ソース線SL0〜AL3およびワード線WL0〜WL3を表す。ビット線BL0〜BL3、ソース線SL0〜AL3およびワード線WL0〜WL3は、実際には、図5または図7のトランジスタの上方の層に形成される。図8(B)においては、同一の平面に仮想的に投影されたソースドレイン領域12、ゲート導電層14’およびソースドレイン領域13が、破線で表され、同一の平面に仮想的に投影された複数の露呈部RAが、実線で表されている。さらに、図8(B)において、ビット線BL0、ソース線SL0およびワード線WL3で特定される1つのメモリセルに関して、ビット線BL0とソースドレイン領域12(詳細にはソースドレイン領域18)とを電気的に接続するためのビット線コンタクトBC、ワード線WL3とゲート導電層14’とを電気的に接続するためのゲート線コンタクトGC、および、ソース線SL0とソースドレイン領域13(詳細にはソースドレイン領域19)とを電気的に接続するためのソース線コンタクトSCも、破線で表されている。   FIG. 8B shows bit lines BL0 to BL3, source lines SL0 to AL3, and word lines WL0 to WL3 that are formed after the step of FIG. The bit lines BL0 to BL3, the source lines SL0 to AL3, and the word lines WL0 to WL3 are actually formed in a layer above the transistor of FIG. 5 or FIG. In FIG. 8B, the source / drain region 12, the gate conductive layer 14 ′ and the source / drain region 13 virtually projected on the same plane are represented by broken lines and virtually projected on the same plane. A plurality of exposed portions RA are represented by solid lines. Further, in FIG. 8B, the bit line BL0 and the source / drain region 12 (specifically, the source / drain region 18) are electrically connected to one memory cell specified by the bit line BL0, the source line SL0, and the word line WL3. Bit line contact BC for electrically connecting, gate line contact GC for electrically connecting word line WL3 and gate conductive layer 14 ', and source line SL0 and source / drain region 13 (specifically source / drain region 13) A source line contact SC for electrically connecting the region 19) is also represented by a broken line.

図8(A)および図8(B)に示されるように、レジストRの1つの露呈部RAは、ゲート幅方向に、すなわちワード線またはソース線に平行な方向に隣接する複数のメモリセルの複数のゲート導電層14’の一部(41)を露呈することができる。他方、レジストRの1つの露呈部RAは、ゲート長方向に、すなわちビット線に平行な方向に隣接する複数のメモリセルの複数のゲート導電層14’の一部(41)を露呈することができない。
たとえば、ビット線BL0、ソース線SL0およびワード線WL3で特定される1つの第1のメモリセルが、ゲート長方向に、ビット線BL0、ソース線SL1およびワード線WL2で特定される1つの第2のメモリセルと隣接する場合、第2のメモリセルのゲート導電層14’の一部(41)を露呈する1つの露呈部RAは、第1のメモリセルのソースドレイン領域13を露呈しない。
As shown in FIG. 8A and FIG. 8B, one exposed portion RA of the resist R has a plurality of memory cells adjacent to each other in the gate width direction, that is, in the direction parallel to the word line or the source line. A part (41) of the plurality of gate conductive layers 14 ′ can be exposed. On the other hand, one exposed portion RA of the resist R exposes a part (41) of the plurality of gate conductive layers 14 ′ of the plurality of memory cells adjacent in the gate length direction, that is, in the direction parallel to the bit line. Can not.
For example, one first memory cell specified by the bit line BL0, source line SL0, and word line WL3 has one second memory cell specified by the bit line BL0, source line SL1, and word line WL2 in the gate length direction. When adjacent to the memory cell, one exposed portion RA that exposes a part (41) of the gate conductive layer 14 ′ of the second memory cell does not expose the source / drain region 13 of the first memory cell.

図9(A)は、図5または図7のレジストRの露呈部の概略を表すもう1つの平面図であり、図9(B)は、図9(A)の平面図を説明するための補助図である。
2つのトランジスタで1つのメモリセルを構成する場合、図5または図7のレジストRの露呈部は、たとえば、図8(A)および図8(B)に示す複数の露呈部RAの1つに適用することができる。図8(A)において、ソースドレイン領域12は、2つのトランジスタで共用されている。
図9(A)および図9(B)に示されるように、レジストRの1つの露呈部RAは、ゲート幅方向に、すなわちワード線またはソース線に平行な方向に隣接する複数のメモリセルの複数のゲート導電層14’の一部(41)を露呈することができる。他方、レジストRの1つの露呈部RAは、ゲート長方向に、すなわちビット線に平行な方向に隣接する複数のメモリセルの複数のゲート導電層14’の一部(41)を露呈することができない。ただし、レジストRの1つの露呈部RAは、1つのメモリセルの複数のゲート導電層14’の一部(41)を露呈することができる。
たとえば、ビット線BL0、ソース線SL0およびワード線WL1で特定される1つの第1のメモリセルが、ゲート長方向に、ビット線BL0、ソース線SL1およびワード線WL0で特定される1つの第2のメモリセルと隣接する場合、第2のメモリセルの複数のゲート導電層14’の一部(41)を露呈する1つの露呈部RAは、第1のメモリセルの複数のソースドレイン領域13を露呈しない。
FIG. 9A is another plan view showing the outline of the exposed portion of the resist R in FIG. 5 or FIG. 7, and FIG. 9B is a diagram for explaining the plan view in FIG. It is an auxiliary figure.
When one memory cell is constituted by two transistors, the exposed portion of the resist R in FIG. 5 or FIG. 7 is, for example, one of a plurality of exposed portions RA shown in FIG. 8 (A) and FIG. 8 (B). Can be applied. In FIG. 8A, the source / drain region 12 is shared by two transistors.
As shown in FIG. 9A and FIG. 9B, one exposed portion RA of the resist R has a plurality of memory cells adjacent in the gate width direction, that is, in the direction parallel to the word line or the source line. A part (41) of the plurality of gate conductive layers 14 ′ can be exposed. On the other hand, one exposed portion RA of the resist R exposes a part (41) of the plurality of gate conductive layers 14 ′ of the plurality of memory cells adjacent in the gate length direction, that is, in the direction parallel to the bit line. Can not. However, one exposed portion RA of the resist R can expose a part (41) of the plurality of gate conductive layers 14 ′ of one memory cell.
For example, one first memory cell specified by the bit line BL0, the source line SL0, and the word line WL1 has one second memory cell specified by the bit line BL0, the source line SL1, and the word line WL0 in the gate length direction. One exposed portion RA that exposes a part (41) of the plurality of gate conductive layers 14 ′ of the second memory cell when the adjacent memory cell is adjacent to the memory cell of the first memory cell. Not exposed.

3.メモリセルの動作
図1に示すような配置例において、メモリセルMC10のソース線SL1が接続されるソースドレイン領域側の電荷蓄積層に電荷(ホットエレクトロン)を書き込む場合、たとえば、ビット線BL0の電圧を0[V]に設定し、ソース線SL1の電圧を5[V]に設定し、ワード線WL0の電圧を7[V]に設定する。また、ビット線BL1の電圧を5[V]に設定し、ソース線SL0の電圧を0[V]に設定し、ワード線WL1の電圧を0[V]に設定する。本実施形態では、使用する電圧の数が、3つ(0[V]、5[V]、7[V])であっても、メモリセルMC01のビット線BL1が接続されるソースドレイン領域側の電荷蓄積層に電荷(ホットホール)が書き込まれ難い。
なお、仮に、ビット線の電圧とソース線の電圧とを入れ替えたとき、すなわち、ビット線BL0の電圧を5[V]に設定し、ソース線SL1の電圧を0[V]に設定し、ワード線WL0の電圧を7[V]に設定するとき、メモリセルMC10のビット線BL0が接続されるソースドレイン領域側の電荷蓄積層に電荷(ホットエレクトロン)を書き込む速度(時定数)は、2桁程度遅くなる。メモリセルMC10のソース線SL1が接続されるソースドレイン領域側の電荷蓄積層に電荷(ホットエレクトロン)を書き込む速度(時定数)は、たとえば10[μsec]である一方、メモリセルMC10のビット線BL0が接続されるソースドレイン領域側の電荷蓄積層に電荷(ホットエレクトロン)を書き込む速度(時定数)は、たとえば1[msec]である。
3. Operation of Memory Cell In the arrangement example as shown in FIG. 1, when charge (hot electrons) is written in the charge storage layer on the source / drain region side to which the source line SL1 of the memory cell MC10 is connected, for example, the voltage of the bit line BL0 Is set to 0 [V], the voltage of the source line SL1 is set to 5 [V], and the voltage of the word line WL0 is set to 7 [V]. Further, the voltage of the bit line BL1 is set to 5 [V], the voltage of the source line SL0 is set to 0 [V], and the voltage of the word line WL1 is set to 0 [V]. In the present embodiment, even if the number of voltages used is three (0 [V], 5 [V], 7 [V]), the source / drain region side to which the bit line BL1 of the memory cell MC01 is connected It is difficult for charges (hot holes) to be written in the charge storage layer.
If the voltage of the bit line and the voltage of the source line are interchanged, that is, the voltage of the bit line BL0 is set to 5 [V], the voltage of the source line SL1 is set to 0 [V], and the word When the voltage of the line WL0 is set to 7 [V], the speed (time constant) for writing charges (hot electrons) in the charge storage layer on the source / drain region side to which the bit line BL0 of the memory cell MC10 is connected is two digits. It will be slower. The speed (time constant) at which charges (hot electrons) are written in the charge storage layer on the source / drain region side to which the source line SL1 of the memory cell MC10 is connected is, for example, 10 [μsec], while the bit line BL0 of the memory cell MC10 The speed (time constant) at which charges (hot electrons) are written in the charge storage layer on the source / drain region side to which is connected is, for example, 1 [msec].

図10は、不揮発性記憶装置のメモリセルの消去動作を説明するための図である。
メモリセルMC10のソース線SL1が接続されるソースドレイン領域側の電荷蓄積層に電荷(ホットホール)を書き込んで、書き込まれていた電荷(ホットエレクトロン)を打ち消す場合、たとえば、ビット線BL0の電圧を0[V]に設定し、ソース線SL1の電圧を5[V]に設定し、ワード線WL0の電圧を0[V]に設定する。また、ビット線BL1の電圧を5[V]に設定し、ソース線SL0の電圧を0[V]に設定し、ワード線WL1の電圧を0[V]に設定する。
FIG. 10 is a diagram for explaining the erase operation of the memory cell of the nonvolatile memory device.
In the case where charges (hot holes) are written in the charge storage layer on the source / drain region side to which the source line SL1 of the memory cell MC10 is connected and the written charges (hot electrons) are canceled, for example, the voltage of the bit line BL0 is set to It is set to 0 [V], the voltage of the source line SL1 is set to 5 [V], and the voltage of the word line WL0 is set to 0 [V]. Further, the voltage of the bit line BL1 is set to 5 [V], the voltage of the source line SL0 is set to 0 [V], and the voltage of the word line WL1 is set to 0 [V].

図11は、不揮発性記憶装置のメモリセルの読み出し動作を説明するための図である。
メモリセルMC10のソース線SL1が接続されるソースドレイン領域側の電荷蓄積層に電荷(ホットエレクトロン)が書き込まれているか否かを判定する場合、たとえば、ビット線BL0の電圧を1[V]に設定し、ソース線SL1の電圧を0[V]に設定し、ワード線WL0の電圧を2[V]に設定する。本実施形態では、いわゆるリバースリードに相当する。また、ビット線BL1の電圧を0[V]に設定し、ソース線SL0の電圧を1[V]に設定し、ワード線WL1の電圧を0[V]に設定する。
FIG. 11 is a diagram for explaining the read operation of the memory cell of the nonvolatile memory device.
When determining whether or not charges (hot electrons) are written in the charge storage layer on the source / drain region side to which the source line SL1 of the memory cell MC10 is connected, for example, the voltage of the bit line BL0 is set to 1 [V]. Then, the voltage of the source line SL1 is set to 0 [V], and the voltage of the word line WL0 is set to 2 [V]. In this embodiment, it corresponds to a so-called reverse read. Further, the voltage of the bit line BL1 is set to 0 [V], the voltage of the source line SL0 is set to 1 [V], and the voltage of the word line WL1 is set to 0 [V].

本実施形態では、選択されないメモリセルへのディスターブを防止することができる。したがって、本実施形態の半導体装置の構造を図1に示される配置例以外の配置例に適用できる。たとえば、ビット線とワード線とを平行に配置してもよい。また、本実施形態の半導体装置の構造をその他の配置にも柔軟に適用できる。
また、本実施形態の半導体装置の構造を特許文献1(特開2004−296683号公報)に開示されるような不揮発性記憶装置に適用することもできる。すなわち、図4において、ソース線側のソースドレイン領域13のドーズ量をビット線側のソースドレイン領域12のドーズ量より多くすることもできる。選択されないメモリセルへのディスターブをより防止することができる。たとえば、ソース線側のソースドレイン領域13のドーズ量は、ビット線側のソースドレイン領域12のドーズ量の1.5倍以上でもよい。
また、本実施形態の半導体装置の構造をたとえば特開2003−273254に開示されるようなツインメモリセルに適用することもできる。すなわち、ツインメモリセルの一方を、フッ素等を用いるイオン注入等で機能させなくしてもよい。
In the present embodiment, disturbance to unselected memory cells can be prevented. Therefore, the structure of the semiconductor device of this embodiment can be applied to an arrangement example other than the arrangement example shown in FIG. For example, the bit line and the word line may be arranged in parallel. Further, the structure of the semiconductor device of this embodiment can be flexibly applied to other arrangements.
The structure of the semiconductor device of this embodiment can also be applied to a nonvolatile memory device as disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-296683). That is, in FIG. 4, the dose amount of the source / drain region 13 on the source line side can be made larger than the dose amount of the source / drain region 12 on the bit line side. Disturbance to unselected memory cells can be further prevented. For example, the dose amount of the source / drain region 13 on the source line side may be 1.5 times or more the dose amount of the source / drain region 12 on the bit line side.
Also, the structure of the semiconductor device of this embodiment can be applied to a twin memory cell as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-273254. That is, one of the twin memory cells may not function by ion implantation using fluorine or the like.

当業者は、上述した本実施形態が、本発明の精神を逸脱することなく、(場合によって技術常識を参照することによって、)変形され得ることを容易に理解できるであろう。本発明の範囲は、本実施形態の全部または一部およびその変形を含み、特許請求の範囲およびその均等な範囲によって定められる。   Those skilled in the art will readily understand that the above-described embodiments can be modified (possibly by referring to common general knowledge) without departing from the spirit of the present invention. The scope of the present invention includes all or part of the present embodiment and modifications thereof, and is defined by the scope of the claims and the equivalent scope thereof.

不揮発性記憶装置のメモリセルと等価な回路の配置例。7 is an example of circuit arrangement equivalent to a memory cell of a nonvolatile memory device. 図2(A)は、本実施形態の半導体装置の構造例の概略図。図2(B)は、図2(A)のゲート電荷蓄積層22b’の平面図の1例。図2(C)は、図2(A)のゲート電荷蓄積層22b’の平面図のもう1つ例。図2(D)は、図2(A)のゲート電荷蓄積層22b’の平面図の他の例。FIG. 2A is a schematic diagram of a structural example of the semiconductor device of this embodiment. FIG. 2B is an example of a plan view of the gate charge storage layer 22b ′ of FIG. FIG. 2C is another example of a plan view of the gate charge storage layer 22b ′ of FIG. FIG. 2D is another example of a plan view of the gate charge storage layer 22b ′ of FIG. 図2(A)に示す半導体装置の製造方法の概略を説明するための図。FIG. 3 is a view for explaining the outline of the method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 図2(A)に示す半導体装置の製造方法の概略を説明するためのもう1つの図。FIG. 3 is another view for explaining the outline of the method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 図2(A)に示す半導体装置の製造方法の概略を説明するための他の図。FIG. 3 is another view for explaining the outline of the method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 図6(A)は、図5に示されるレジストRの変形例。図6(B)は、図5に示されるレジストRのもう1つの変形例。図6(C)は、図5に示されるレジストRの1例。図6(D)は、図5に示されるレジストRの他の変形例。図6(E)は、図5に示されるレジストRの他の変形例。図6(F)は、図5に示されるレジストRの他の変形例。FIG. 6A shows a modification of the resist R shown in FIG. FIG. 6B shows another modification of the resist R shown in FIG. FIG. 6C shows an example of the resist R shown in FIG. FIG. 6D shows another modification of the resist R shown in FIG. FIG. 6E shows another modification of the resist R shown in FIG. FIG. 6F shows another modification of the resist R shown in FIG. 図2(A)に示す半導体装置のもう1つの製造方法の概略を説明するための図。FIG. 3 is a view for explaining an outline of another method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 図8(A)は、図5または図7のレジストRの露呈部の概略を表す平面図。図8(B)は、図8(A)の平面図を説明するための補助図。FIG. 8A is a plan view schematically showing the exposed portion of the resist R in FIG. 5 or FIG. FIG. 8B is an auxiliary diagram for explaining the plan view of FIG. 図9(A)は、図5または図7のレジストRの露呈部の概略を表すもう1つの平面図。図9(B)は、図9(A)の平面図を説明するための補助図。FIG. 9A is another plan view showing an outline of the exposed portion of the resist R in FIG. 5 or FIG. FIG. 9B is an auxiliary diagram for explaining the plan view of FIG. 不揮発性記憶装置のメモリセルの消去動作を説明するための図。4A and 4B illustrate an erase operation of a memory cell in a nonvolatile memory device. 不揮発性記憶装置のメモリセルの読み出し動作を説明するための図。4A and 4B illustrate a read operation of a memory cell in a nonvolatile memory device.

符号の説明Explanation of symbols

10 半導体層、12、13、18、19 ソースドレイン領域、14 導電層、
16、17、22a、22c 絶縁層、22b 電荷蓄積層、BL ビット線、
MC メモリセル、R レジスト、RA レジスト露呈部、SL ソース線、
WL ワード線
10 semiconductor layer, 12, 13, 18, 19 source / drain region, 14 conductive layer,
16, 17, 22a, 22c insulating layer, 22b charge storage layer, BL bit line,
MC memory cell, R resist, RA resist exposure part, SL source line,
WL Word line

Claims (16)

半導体装置であって、
少なくとも1つの不揮発性記憶セルの少なくとも1つのトランジスタを含み、
前記少なくとも1つの不揮発性記憶セルの前記少なくとも1つのトランジスタは、第1のゲート絶縁層と、前記第1のゲート絶縁層の上に形成された電荷蓄積能力を有するゲート電荷蓄積層と、前記ゲート電荷蓄積層の上に形成された第2のゲート絶縁層とを有し、
前記ゲート電荷蓄積層の一部の第1の電荷蓄積能力は、前記ゲート電荷蓄積層の残部の第2の電荷蓄積能力より低く、前記ゲート電荷蓄積層の前記一部の前記第1電荷蓄積能力は、フッ素系ガスおよび/または水素系ガスを用いるイオン注入によって低下している、半導体装置。
A semiconductor device,
Including at least one transistor of at least one non-volatile storage cell;
The at least one transistor of the at least one nonvolatile memory cell includes a first gate insulating layer, a gate charge storage layer having a charge storage capability formed on the first gate insulating layer, and the gate. A second gate insulating layer formed on the charge storage layer,
The first charge storage capability of a part of the gate charge storage layer is lower than the second charge storage capability of the remaining part of the gate charge storage layer, and the first charge storage capability of the part of the gate charge storage layer. Is reduced by ion implantation using a fluorine-based gas and / or a hydrogen-based gas.
請求項1において、
前記少なくとも1つの不揮発性記憶セルの前記少なくとも1つのトランジスタは、
半導体層を有し、
前記第1のゲート絶縁層は、前記半導体層の上に形成され、
前記少なくとも1つのトランジスタの前記半導体層は、ビット線と接続される第1のソースドレイン領域と、ソース線と接続される第2のソースドレイン領域とを有し、
前記ゲート電荷蓄積層の前記一部は、前記第1のソースドレイン領域側に存在し、
前記ゲート電荷蓄積層の前記残部は、前記第2のソースドレイン領域側に存在する、半導体装置。
In claim 1,
The at least one transistor of the at least one non-volatile memory cell is
Having a semiconductor layer,
The first gate insulating layer is formed on the semiconductor layer;
The semiconductor layer of the at least one transistor has a first source / drain region connected to the bit line and a second source / drain region connected to the source line;
The part of the gate charge storage layer exists on the first source / drain region side,
The semiconductor device, wherein the remaining portion of the gate charge storage layer exists on the second source / drain region side.
請求項1または2において、
前記第1のゲート絶縁層は、酸化シリコン層であり、前記ゲート電荷蓄積層は、窒化シリコン層であり、前記第2のゲート絶縁層は、酸化シリコン層である、半導体装置。
In claim 1 or 2,
The semiconductor device, wherein the first gate insulating layer is a silicon oxide layer, the gate charge storage layer is a silicon nitride layer, and the second gate insulating layer is a silicon oxide layer.
請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記ゲート電荷蓄積層の前記残部は、ホットキャリアを蓄積可能である、半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
The remaining part of the gate charge storage layer is a semiconductor device capable of storing hot carriers.
請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記ゲート電荷蓄積層の前記残部は、前記ゲート電荷蓄積層の前記一部と比べて、ホットキャリアを蓄積し易い、半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
The remaining part of the gate charge storage layer is a semiconductor device in which hot carriers are easily stored as compared with the part of the gate charge storage layer.
請求項1乃至5のいずれかにおいて、
前記第2のソースドレイン領域のドーパントのドーズ量は、前記第1のソースドレイン領域のドーパントのドーズ量より多い、半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 5,
The semiconductor device wherein the dose amount of the dopant in the second source / drain region is larger than the dose amount of the dopant in the first source / drain region.
半導体装置であって、
少なくとも1つの不揮発性記憶セルの少なくとも1つのトランジスタを含み、
前記少なくとも1つの不揮発性記憶セルの前記少なくとも1つのトランジスタは、第1のゲート絶縁層と、前記第1のゲート絶縁層の上に形成された電荷蓄積能力を有するゲート電荷蓄積層と、前記ゲート電荷蓄積層の上に形成された第2のゲート絶縁層とを有し、
前記ゲート電荷蓄積層の一部の第1の欠陥密度は、前記ゲート電荷蓄積層の残部の第2の欠陥密度より低い、半導体装置。
A semiconductor device,
Including at least one transistor of at least one non-volatile storage cell;
The at least one transistor of the at least one nonvolatile memory cell includes a first gate insulating layer, a gate charge storage layer having a charge storage capability formed on the first gate insulating layer, and the gate. A second gate insulating layer formed on the charge storage layer,
The semiconductor device, wherein a first defect density of a part of the gate charge storage layer is lower than a second defect density of the remaining part of the gate charge storage layer.
半導体装置の製造方法であって、
半導体層を準備すること、
前記半導体層の上に第1の絶縁層を形成すること、
前記第1の絶縁層の上に電荷蓄積層を形成すること、
前記電荷蓄積層の上に第2の絶縁層を形成すること、
前記第2の絶縁層の上に導電層を形成すること、
前記導電層の一部、前記導電層の前記一部の下に形成された前記第2の絶縁層の一部、および前記第2の絶縁層の前記一部の下に形成された前記電荷蓄積層の一部をエッチングして、前記導電層の残部、前記第2の絶縁層の残部および前記電荷蓄積層の残部をそれぞれゲート導電層、第2のゲート絶縁層およびゲート電荷蓄積層として形成すること、および
前記ゲート導電層の一部を露呈するレジストを、少なくとも、前記ゲート導電層の残部の上に形成し、前記ゲート導電層の前記一部の下方に形成された前記ゲート電荷蓄積層の一部にフッ素系ガスおよび/または水素系ガスを用いてイオン注入を実施すること、
を含み、
前記ゲート電荷蓄積層の前記残部は、前記ゲート電荷蓄積層の前記一部と比べて、ホットキャリアを蓄積し易い、半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
Preparing a semiconductor layer;
Forming a first insulating layer on the semiconductor layer;
Forming a charge storage layer on the first insulating layer;
Forming a second insulating layer on the charge storage layer;
Forming a conductive layer on the second insulating layer;
A portion of the conductive layer; a portion of the second insulating layer formed under the portion of the conductive layer; and the charge storage formed under the portion of the second insulating layer. A portion of the layer is etched to form the remaining portion of the conductive layer, the remaining portion of the second insulating layer, and the remaining portion of the charge storage layer as a gate conductive layer, a second gate insulating layer, and a gate charge storage layer, respectively. And a resist that exposes a part of the gate conductive layer is formed on at least the remaining part of the gate conductive layer, and the gate charge storage layer formed below the part of the gate conductive layer is formed. Performing ion implantation using fluorine gas and / or hydrogen gas in part,
Including
The remaining part of the gate charge storage layer is a method for manufacturing a semiconductor device, in which hot carriers are easily stored compared to the part of the gate charge storage layer.
請求項8において、
前記ゲート導電層の下方に位置する前記半導体層のチャネル領域を前記ゲート導電層のゲート長方向に挟む第1のソースドレイン領域および第2のソースドレイン領域を、前記半導体層の上層に形成すること、
を含み、
前記ゲート導電層の前記残部の上に形成された前記レジストによって露呈される前記ゲート導電層の前記一部は、前記第1のソースドレイン領域側に存在する前記ゲート導電層の一端を有し、
前記ゲート導電層の前記残部の上に形成された前記レジストの範囲は、少なくとも、前記ゲート導電層の前記一端と対向する前記ゲート導電層の他端であって、前記第2のソースドレイン領域側に存在する前記ゲート導電層の前記他端から、前記ゲート導電層の前記ゲート長の1/5までの範囲を有する、半導体装置の製造方法。
In claim 8,
Forming a first source / drain region and a second source / drain region on an upper layer of the semiconductor layer sandwiching a channel region of the semiconductor layer located below the gate conductive layer in a gate length direction of the gate conductive layer; ,
Including
The part of the gate conductive layer exposed by the resist formed on the remaining portion of the gate conductive layer has one end of the gate conductive layer existing on the first source / drain region side;
The range of the resist formed on the remaining portion of the gate conductive layer is at least the other end of the gate conductive layer facing the one end of the gate conductive layer, and the second source / drain region side A method of manufacturing a semiconductor device having a range from the other end of the gate conductive layer existing in 1 to 1/5 of the gate length of the gate conductive layer.
請求項8において、
前記ゲート導電層の下方に位置する前記半導体層のチャネル領域を前記ゲート導電層のゲート長方向に挟む第1のソースドレイン領域および第2のソースドレイン領域を、前記半導体層の上層に形成すること、
を含み、
前記ゲート導電層の前記残部の上に形成された前記レジストによって露呈される前記ゲート導電層の前記一部は、前記第1のソースドレイン領域側に存在する前記ゲート導電層の一端を有し、
前記ゲート導電層の前記残部の上に形成された前記レジストの範囲は、少なくとも、前記ゲート導電層の前記一端と対向する前記ゲート導電層の他端であって、前記第2のソースドレイン領域側に存在する前記ゲート導電層の前記他端から、前記ゲート導電層の前記ゲート長の1/2までの範囲を有する、半導体装置の製造方法。
In claim 8,
Forming a first source / drain region and a second source / drain region on an upper layer of the semiconductor layer sandwiching a channel region of the semiconductor layer located below the gate conductive layer in a gate length direction of the gate conductive layer; ,
Including
The part of the gate conductive layer exposed by the resist formed on the remaining portion of the gate conductive layer has one end of the gate conductive layer existing on the first source / drain region side;
The range of the resist formed on the remaining portion of the gate conductive layer is at least the other end of the gate conductive layer facing the one end of the gate conductive layer, and the second source / drain region side A method of manufacturing a semiconductor device having a range from the other end of the gate conductive layer existing in the region to ½ of the gate length of the gate conductive layer.
請求項8において、
前記ゲート導電層の下方に位置する前記半導体層のチャネル領域を前記ゲート導電層のゲート長方向に挟む第1のソースドレイン領域および第2のソースドレイン領域を、前記半導体層の上層に形成すること、
を含み、
前記ゲート導電層の前記残部の上に形成された前記レジストによって露呈される前記ゲート導電層の前記一部は、前記第1のソースドレイン領域側に存在する前記ゲート導電層の一端を有し、
前記ゲート導電層の前記残部の上に形成された前記レジストの範囲は、少なくとも、前記ゲート導電層の前記一端と対向する前記ゲート導電層の他端であって、前記第2のソースドレイン領域側に存在する前記ゲート導電層の前記他端から、前記ゲート導電層の前記ゲート長の4/5までの範囲を有する、半導体装置の製造方法。
In claim 8,
Forming a first source / drain region and a second source / drain region on an upper layer of the semiconductor layer sandwiching a channel region of the semiconductor layer located below the gate conductive layer in a gate length direction of the gate conductive layer; ,
Including
The part of the gate conductive layer exposed by the resist formed on the remaining portion of the gate conductive layer has one end of the gate conductive layer existing on the first source / drain region side;
The range of the resist formed on the remaining portion of the gate conductive layer is at least the other end of the gate conductive layer facing the one end of the gate conductive layer, and the second source / drain region side A method of manufacturing a semiconductor device having a range from the other end of the gate conductive layer existing in the region to 4/5 of the gate length of the gate conductive layer.
半導体装置の製造方法であって、
半導体層を準備すること、
前記半導体層の上に第1の絶縁層を形成すること、
前記第1の絶縁層の上に電荷蓄積層を形成すること、
前記電荷蓄積層の上に第2の絶縁層を形成すること、
前記第2の絶縁層の上に導電層を形成すること、
前記導電層の一部、前記導電層の前記一部の下に形成された前記第2の絶縁層の一部、および前記第2の絶縁層の前記一部の下に形成された前記電荷蓄積層の一部をエッチングして、前記導電層の残部、前記第2の絶縁層の残部および前記電荷蓄積層の残部をそれぞれゲート導電層、第2のゲート絶縁層およびゲート電荷蓄積層として形成すること、
前記ゲート導電層の前記エッチングによって露呈される両方の側面、前記第2のゲート絶縁層の前記エッチングによって露呈される両方の側面、および前記ゲート電荷蓄積層の前記エッチングによって露呈される両方の側面に第3の絶縁層を形成すること、および
前記ゲート導電層の一部および前記ゲート導電層の前記一部を露呈するレジストを、少なくとも、前記ゲート導電層の残部の上に形成し、前記ゲート導電層の前記一部の下方に形成された前記ゲート電荷蓄積層の一部にフッ素系ガスおよび/または水素系ガスを用いてイオン注入を実施すること、
を含み、
前記ゲート電荷蓄積層の前記残部は、前記ゲート電荷蓄積層の前記一部と比べて、ホットキャリアを蓄積し易い、半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
Preparing a semiconductor layer,
Forming a first insulating layer on the semiconductor layer;
Forming a charge storage layer on the first insulating layer;
Forming a second insulating layer on the charge storage layer;
Forming a conductive layer on the second insulating layer;
A portion of the conductive layer; a portion of the second insulating layer formed under the portion of the conductive layer; and the charge storage formed under the portion of the second insulating layer. A portion of the layer is etched to form the remaining portion of the conductive layer, the remaining portion of the second insulating layer, and the remaining portion of the charge storage layer as a gate conductive layer, a second gate insulating layer, and a gate charge storage layer, respectively. thing,
On both sides exposed by the etching of the gate conductive layer, both sides exposed by the etching of the second gate insulating layer, and both sides exposed by the etching of the gate charge storage layer; Forming a third insulating layer; and forming a resist exposing at least a part of the gate conductive layer and the part of the gate conductive layer on at least the remaining part of the gate conductive layer; Performing ion implantation on a part of the gate charge storage layer formed below the part of the layer using a fluorine-based gas and / or a hydrogen-based gas;
Including
The remaining part of the gate charge storage layer is a method for manufacturing a semiconductor device, in which hot carriers are easily stored compared to the part of the gate charge storage layer.
請求項12において、
前記ゲート電荷蓄積層の前記一部に接する前記第3の絶縁層にフッ素系ガスおよび/または水素系ガスを用いてイオン注入を実施すること、
を含む半導体装置の製造方法。
In claim 12,
Performing ion implantation on the third insulating layer in contact with the part of the gate charge storage layer using a fluorine-based gas and / or a hydrogen-based gas;
A method of manufacturing a semiconductor device including:
請求項12または13において、
前記ゲート導電層の下方に位置する前記半導体層のチャネル領域を前記ゲート導電層のゲート長方向に挟む第1のソースドレイン領域および第2のソースドレイン領域を、前記半導体層の上層に形成すること、
を含み、
前記ゲート導電層の前記残部の上に形成された前記レジストによって露呈される前記ゲート導電層の前記一部は、前記第1のソースドレイン領域側に存在する前記ゲート導電層の一端を有し、
前記ゲート導電層の前記残部の上に形成された前記レジストの範囲は、少なくとも、前記ゲート導電層の前記一端と対向する前記ゲート導電層の他端であって、前記第2のソースドレイン領域側に存在する前記ゲート導電層の前記他端から、前記ゲート導電層の前記ゲート長の1/5までの範囲を有する、半導体装置の製造方法。
In claim 12 or 13,
Forming a first source / drain region and a second source / drain region on an upper layer of the semiconductor layer sandwiching a channel region of the semiconductor layer located below the gate conductive layer in a gate length direction of the gate conductive layer; ,
Including
The part of the gate conductive layer exposed by the resist formed on the remaining portion of the gate conductive layer has one end of the gate conductive layer existing on the first source / drain region side;
The range of the resist formed on the remaining portion of the gate conductive layer is at least the other end of the gate conductive layer facing the one end of the gate conductive layer, and the second source / drain region side A method of manufacturing a semiconductor device having a range from the other end of the gate conductive layer existing in 1 to 1/5 of the gate length of the gate conductive layer.
請求項12または13において、
前記ゲート導電層の下方に位置する前記半導体層のチャネル領域を前記ゲート導電層のゲート長方向に挟む第1のソースドレイン領域および第2のソースドレイン領域を、前記半導体層の上層に形成すること、
を含み、
前記ゲート導電層の前記残部の上に形成された前記レジストによって露呈される前記ゲート導電層の前記一部は、前記第1のソースドレイン領域側に存在する前記ゲート導電層の一端を有し、
前記ゲート導電層の前記残部の上に形成された前記レジストの範囲は、少なくとも、前記ゲート導電層の前記一端と対向する前記ゲート導電層の他端であって、前記第2のソースドレイン領域側に存在する前記ゲート導電層の前記他端から、前記ゲート導電層の前記ゲート長の1/2までの範囲を有する、半導体装置の製造方法。
In claim 12 or 13,
Forming a first source / drain region and a second source / drain region on an upper layer of the semiconductor layer sandwiching a channel region of the semiconductor layer located below the gate conductive layer in a gate length direction of the gate conductive layer; ,
Including
The part of the gate conductive layer exposed by the resist formed on the remaining portion of the gate conductive layer has one end of the gate conductive layer existing on the first source / drain region side;
The range of the resist formed on the remaining portion of the gate conductive layer is at least the other end of the gate conductive layer facing the one end of the gate conductive layer, and the second source / drain region side A method of manufacturing a semiconductor device having a range from the other end of the gate conductive layer existing in the region to ½ of the gate length of the gate conductive layer.
請求項12または13において、
前記ゲート導電層の下方に位置する前記半導体層のチャネル領域を前記ゲート導電層のゲート長方向に挟む第1のソースドレイン領域および第2のソースドレイン領域を、前記半導体層の上層に形成すること、
を含み、
前記ゲート導電層の前記残部の上に形成された前記レジストによって露呈される前記ゲート導電層の前記一部は、前記第1のソースドレイン領域側に存在する前記ゲート導電層の一端を有し、
前記ゲート導電層の前記残部の上に形成された前記レジストの範囲は、少なくとも、前記ゲート導電層の前記一端と対向する前記ゲート導電層の他端であって、前記第2のソースドレイン領域側に存在する前記ゲート導電層の前記他端から、前記ゲート導電層の前記ゲート長の4/5までの範囲を有する、半導体装置の製造方法。
In claim 12 or 13,
Forming a first source / drain region and a second source / drain region on an upper layer of the semiconductor layer sandwiching a channel region of the semiconductor layer located below the gate conductive layer in a gate length direction of the gate conductive layer; ,
Including
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