JP2009289813A - Production method of non-volatile semiconductor memory device - Google Patents
Production method of non-volatile semiconductor memory device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009289813A JP2009289813A JP2008138244A JP2008138244A JP2009289813A JP 2009289813 A JP2009289813 A JP 2009289813A JP 2008138244 A JP2008138244 A JP 2008138244A JP 2008138244 A JP2008138244 A JP 2008138244A JP 2009289813 A JP2009289813 A JP 2009289813A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- insulating film
- polycrystalline silicon
- resist
- element isolation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、電気的にデータの書き込みおよび消去が行われ、積層ゲート構造を有する不揮発性半導体記憶装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device in which data is electrically written and erased and has a stacked gate structure.
一般にMOS型半導体装置の製造工程において、ゲート電極を加工した直後は、ゲート電極の側壁部分には電極材料である多結晶シリコンが露出しており、またゲート酸化膜のゲート電極の加工部付近は、加工時のダメージを受けている。このため、後酸化によるダメージの回復と絶縁膜によるゲート電極の被覆が必要であった。特に積層ゲート構造を有する不揮発性メモリの場合、フローティングゲート電極中で電荷を保持するため、フローティングゲート電極のコーナー部分の近傍におけるゲート酸化膜の膜質がデバイスの特性に大きく影響する。このため、ゲート電極コーナー部の改良に関し、多くの提案が為されている。 In general, in the manufacturing process of a MOS type semiconductor device, immediately after the gate electrode is processed, polycrystalline silicon as an electrode material is exposed on the side wall portion of the gate electrode, and the vicinity of the processed portion of the gate electrode of the gate oxide film is , Damaged during processing. For this reason, it is necessary to recover damage due to post-oxidation and to cover the gate electrode with an insulating film. In particular, in the case of a non-volatile memory having a stacked gate structure, the charge is held in the floating gate electrode, so that the film quality of the gate oxide film in the vicinity of the corner portion of the floating gate electrode greatly affects the device characteristics. For this reason, many proposals have been made for improving the gate electrode corner.
例えば、特許文献1においては、フローティングゲート電極の側壁部とコントロールゲート電極の上部および側壁部とに、SiON膜を選択的に形成した後、酸化性雰囲気中にてアニール処理を施すことによって後酸化工程を実施する。そうすると、トンネル酸化膜もしくは電極間絶縁膜のエッジ部において酸化膜が成長する。このように、フローティングゲート電極の側壁部にSiON膜を形成しておくことにより、その部分での酸化を抑制しつつ、フローティングゲート電極のエッジ部を、コーナー部分が丸くなるように形成させるようにしている。
For example, in
一方、特許文献2においては、積層ゲートの電極間絶縁膜としてONO(oxide-nitride-oxide)膜を使用し、ゲート側壁絶縁膜を設ける半導体装置についての開示がある。ゲート側壁絶縁膜形成時に、酸素ラジカル酸化を用いて、フローティングゲート電極とコントロールゲート電極のONO膜に接する側の角を丸め、電極端部における電界集中を緩和させている。さらに、電極間絶縁膜とゲート電極コーナー部の曲率半径の好ましい関係について提案している。
On the other hand,
また、トンネル絶縁膜と電極間絶縁膜を有するフローティングゲート型の不揮発性メモリにおいて、電極間絶縁膜に流れるリーク電流を抑える為、この絶縁膜の膜厚を大きくし、印加される電界を低減することが通常行われている。膜厚の増加に伴い、電極間絶縁膜のキャパシタンスが低下することから、フローティングゲート電極の表面積を増加させることが必要となる。通常、フローティングゲート電極の、電極間絶縁膜が形成される表面の形状を、単純な平面ではなく、前記表面を三次元的に突き上げてキャパシタ面積を増やし、キャパシタンス増加を図っている。ここで三次元化の際の問題点として、三次元キャパシタに必ず複数の凸部が形成される。制御ゲート電極に電圧を印加させた際、その凸部に電界が集中することから、リーク電流の主なパスとなる。さらには電流が集中することから、局所的な絶縁破壊耐性劣化が発生し、電気的な信頼性の劣化を誘発する。 In addition, in a floating gate type nonvolatile memory having a tunnel insulating film and an interelectrode insulating film, in order to suppress a leakage current flowing through the interelectrode insulating film, the thickness of the insulating film is increased and the applied electric field is reduced. It is usually done. As the film thickness increases, the capacitance of the interelectrode insulating film decreases, so it is necessary to increase the surface area of the floating gate electrode. Usually, the shape of the surface of the floating gate electrode on which the interelectrode insulating film is formed is not a simple plane, but the surface is pushed up three-dimensionally to increase the capacitor area and increase the capacitance. Here, as a problem at the time of three-dimensionalization, a plurality of convex portions are always formed on the three-dimensional capacitor. When a voltage is applied to the control gate electrode, the electric field concentrates on the convex portion, and this is the main path for leakage current. Furthermore, since the current is concentrated, local breakdown resistance deterioration occurs, and electrical reliability is deteriorated.
また通常、フローティングゲート電極には、多結晶シリコン膜を用いるが、グレイン粒界が存在することから凹凸が存在し、均一な表面モフォロジーとはならない。その凹凸部においても、電界集中によるリーク電流の増大が見られ、電気的信頼性の劣化が見られる。これら三次元キャパシタにおける凹凸を如何に制御し、リーク電流を抑制するかが非常に重要になる。 Usually, a polycrystalline silicon film is used for the floating gate electrode. However, since there are grain boundaries, there are irregularities and the surface morphology is not uniform. Even in the uneven portion, an increase in leakage current due to electric field concentration is observed, and deterioration of electrical reliability is observed. It is very important how to control the unevenness in these three-dimensional capacitors to suppress the leakage current.
そこで、上記の電極間絶縁膜でのリーク電流の抑制を行なうために、従来技術では、マスク材として上面に形成しているシリコン窒化膜を除去し、フローティングゲート電極上部を露出させた状態にてシリコン酸化膜及び、フローティングゲート電極を同時にエッチングし、フローティングゲート電極上部を丸める加工を行っている。しかしながら、フローティングゲート電極をエッチングすることから、膜厚バラツキが生じる。フローティングゲート電極の膜厚バラツキが発生すると、メモリセルの書込み電圧バラツキを悪化させる。また、所望の書込み特性を得る為のフローティングゲート電極の膜厚制御が、従来形成加工技術では精密な制御が困難である。
本発明の目的は、ゲート電極の丸め加工時においてフローティングゲート電極膜の厚バラツキを抑えることができ不揮発性半導体記憶装置の製造方法をを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device that can suppress variation in the thickness of a floating gate electrode film during rounding of the gate electrode.
本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第1の態様は、メモリセル領域および周辺回路領域を有する半導体基板の上面にゲート絶縁膜、多結晶シリコン膜、シリコン窒化膜を積層形成する工程と、前記シリコン窒化膜、前記多結晶シリコン膜、前記ゲート絶縁膜および前記半導体基板をエッチングして素子分離用溝を形成する工程と、前記素子分離用溝内に素子分離用絶縁膜を埋め込む工程と、前記素子分離用絶縁膜を所定深さまでエッチングにより落とし込んで前記シリコン窒化膜の側面を露出させる工程と、前記メモリセル領域の前記素子分離用絶縁膜を選択的に所定深さまでエッチングにより落とし込み、前記多結晶シリコンの側面を露出させる工程と、前記加工用絶縁膜を除去して前記多結晶シリコン膜の上面を露出させる工程と、前記半導体基板の全面に第1のレジストを堆積させると共に前記メモリセル領域を除いた部分を覆うように第2のレジストをパターンニングする工程と、前記第2のレジストをマスクとして前記第1のレジストをエッチバックして前記多結晶シリコン膜を露出させてその上面を丸める加工を行う工程と、前記第1及び第2のレジストを除去する工程と、前記多結晶シリコン膜および前記素子分離用絶縁膜の上面に電極間絶縁膜、コントロールゲート電極膜を積層形成する工程とを備えたところに特徴を有する。 A first aspect of a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention includes a step of stacking a gate insulating film, a polycrystalline silicon film, and a silicon nitride film on an upper surface of a semiconductor substrate having a memory cell region and a peripheral circuit region. Etching the silicon nitride film, the polycrystalline silicon film, the gate insulating film, and the semiconductor substrate to form an element isolation trench; and embedding an element isolation insulating film in the element isolation trench; Dropping the element isolation insulating film to a predetermined depth by etching to expose a side surface of the silicon nitride film; selectively dropping the element isolation insulating film in the memory cell region to a predetermined depth by etching; A step of exposing a side surface of the polycrystalline silicon, and a step of removing the processing insulating film to expose the upper surface of the polycrystalline silicon film. Depositing a first resist on the entire surface of the semiconductor substrate and patterning a second resist so as to cover a portion excluding the memory cell region; and using the second resist as a mask, Etching back the resist to expose the polycrystalline silicon film and rounding the upper surface thereof; removing the first and second resists; and separating the polycrystalline silicon film and the element And a step of laminating an interelectrode insulating film and a control gate electrode film on the upper surface of the insulating film.
また、本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第2の態様は、メモリセル領域および周辺回路領域を有する半導体基板の上面にゲート絶縁膜、多結晶シリコン膜、シリコン窒化膜を積層形成する工程と、前記シリコン窒化膜、前記多結晶シリコン膜、前記ゲート絶縁膜および前記半導体基板をエッチングして素子分離用溝を形成する工程と、前記素子分離用溝内に素子分離用絶縁膜を埋め込む工程と、前記素子分離用絶縁膜を所定深さまでエッチングにより落とし込んで前記シリコン窒化膜の側面を露出させる工程と、前記周辺回路領域をマスクして、前記メモリセル領域の前記素子分離用絶縁膜を選択的に所定深さまでエッチングにより落とし込む工程と、前記半導体基板の全面にレジストを堆積させる工程と、前記レジストをエッチバックして、前記周辺回路領域の前記シリコン窒化膜を残しつつ、前記メモリセル領域の前記シリコン窒化膜を除去し、露出した前記メモリセル領域の前記多結晶シリコン膜の上面を丸める加工を行う工程と、前記レジストを除去する工程と、前記多結晶シリコン膜および前記素子分離用絶縁膜の上面に電極間絶縁膜、コントロールゲート電極膜を積層形成する工程とを備えたところに特徴を有する。 According to a second aspect of the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, a gate insulating film, a polycrystalline silicon film, and a silicon nitride film are stacked on the upper surface of a semiconductor substrate having a memory cell region and a peripheral circuit region. Etching a silicon nitride film, the polycrystalline silicon film, the gate insulating film, and the semiconductor substrate to form an element isolation trench; and embedding an element isolation insulating film in the element isolation trench A step of etching the element isolation insulating film to a predetermined depth to expose a side surface of the silicon nitride film; and masking the peripheral circuit region to form the element isolation insulating film in the memory cell region Selectively etching to a predetermined depth by etching, depositing a resist on the entire surface of the semiconductor substrate, and etching the resist. Back, removing the silicon nitride film in the memory cell region while leaving the silicon nitride film in the peripheral circuit region, and rounding the exposed upper surface of the polycrystalline silicon film in the memory cell region And a step of removing the resist, and a step of forming an interelectrode insulating film and a control gate electrode film on the upper surfaces of the polycrystalline silicon film and the element isolation insulating film.
本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法によれば、メモリセルの書込み特性を左右するフローティングゲート電極の膜厚バラツキを抑える事ができる。 According to the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, it is possible to suppress variations in the thickness of the floating gate electrode that affects the write characteristics of the memory cell.
(第1の実施形態)
以下、本発明をNAND型フラッシュメモリ装置に適用した場合の第1の実施形態について図1〜図16を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる模式的なものである。
(First embodiment)
A first embodiment in which the present invention is applied to a NAND flash memory device will be described below with reference to FIGS. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones.
先ず、本実施形態のNAND型フラッシュメモリ装置の構成を説明する。
図1は、NAND型のフラッシュメモリ装置のメモリセル領域に形成されるメモリセルアレイの一部を示す等価回路図である。
NAND型フラッシュメモリ装置のメモリセルアレイは、2個の選択ゲートトランジスタTrsと、当該選択ゲートトランジスタTrs間に対して直列接続された複数個(例えば8個:2のn乗個(nは正数))のメモリセルトランジスタTrmとからなるNANDセルユニットSUが行列状に形成されることにより構成されている。NANDセルユニットSU内において、複数個のメモリセルトランジスタTrmは隣接するもの同士でソース/ドレイン領域を共用して形成されている。
First, the configuration of the NAND flash memory device of this embodiment will be described.
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing a part of a memory cell array formed in a memory cell region of a NAND flash memory device.
The memory cell array of the NAND flash memory device has two selection gate transistors Trs and a plurality (for example, 8: n to the power of 2 (n is a positive number) connected in series between the selection gate transistors Trs. ) Memory cell transistors Trm are formed in a matrix. In the NAND cell unit SU, a plurality of memory cell transistors Trm are formed by sharing adjacent source / drain regions.
図1中X方向(ワード線方向、ゲート幅方向に相当)に配列されたメモリセルトランジスタTrmは、ワード線(コントロールゲート線)WLにより共通接続されている。また、図1中X方向に配列された選択ゲートトランジスタTrs1は選択ゲート線SGL1で共通接続され、選択ゲートトランジスタTrs2は選択ゲート線SGL2で共通接続されている。選択ゲートトランジスタTrs1のドレイン領域にはビット線コンタクトCBが接続されている。このビット線コンタクトCBは図1中X方向に直交するY方向(ゲート長方向、ビット線方向に相当)に延びるビット線BLに接続されている。また、選択ゲートトランジスタTrs2はソース領域を介して図1中X方向に延びるソース線SLに接続されている。 The memory cell transistors Trm arranged in the X direction (corresponding to the word line direction and the gate width direction) in FIG. 1 are commonly connected by a word line (control gate line) WL. Further, the selection gate transistors Trs1 arranged in the X direction in FIG. 1 are commonly connected by a selection gate line SGL1, and the selection gate transistors Trs2 are commonly connected by a selection gate line SGL2. A bit line contact CB is connected to the drain region of the select gate transistor Trs1. The bit line contact CB is connected to a bit line BL extending in the Y direction (corresponding to the gate length direction and the bit line direction) orthogonal to the X direction in FIG. The select gate transistor Trs2 is connected to a source line SL extending in the X direction in FIG. 1 through a source region.
図2(a)はメモリセル領域の一部のレイアウトパターンを示し、図2(b)は周辺回路部のたとえば低電圧トランジスタを示す平面図である。図2(a)において、半導体基板としてのシリコン基板1に、素子分離用絶縁膜としてのSTI(shallow trench isolation)2が図2中Y方向に沿って所定間隔で複数本形成され、これによって活性領域3が図2中X方向に分離形成されている。活性領域3と直交する図2中X方向に沿って所定間隔でメモリセルトランジスタのワード線WLが形成されている。また、図2中X方向に沿って一対の選択ゲートトランジスタの選択ゲート線SGL1が形成されている。一対の選択ゲート線SGL1間の活性領域3にはビット線コンタクトCBがそれぞれ形成されている。ワード線WLと交差する活性領域3上にはメモリセルトランジスタのゲート電極MGが、選択ゲート線SGL1と交差する活性領域3上には選択ゲートトランジスタのゲート電極SGが形成されている。
FIG. 2A shows a partial layout pattern of the memory cell region, and FIG. 2B is a plan view showing, for example, a low-voltage transistor in the peripheral circuit portion. 2A, a plurality of STIs (shallow trench isolation) 2 as element isolation insulating films are formed at predetermined intervals along the Y direction in FIG. 2 on a
図2(b)において、周辺回路部に形成されるトランジスタTrPは、シリコン基板1にSTI2を矩形状に活性領域4を残すように形成した部分に設けられている。活性領域4には、これを横切るようにゲート電極PGが形成され、その両側に不純物を拡散して形成したソース/ドレイン領域が設けられている。
In FIG. 2B, the transistor TrP formed in the peripheral circuit section is provided in a portion where the
図3(a)、(b)は、それぞれ図2(a)、(b)中、切断線A−A、B−Bで示す部分の断面図である。すなわち、活性領域3におけるゲート電極MG部分を中心として示したメモリセル領域のメモリセルトランジスタTrmおよび)周辺回路部のトランジスタTrPの製造工程の途中の段階の模式的な断面図であり、ゲート電極MGおよびPGの形成工程の一段階を示すものである。
FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views taken along lines AA and BB in FIGS. 2A and 2B, respectively. That is, it is a schematic cross-sectional view in the middle of the manufacturing process of the memory cell transistor Trm in the memory cell region and the transistor TrP in the peripheral circuit portion shown with the gate electrode MG portion in the
この図3(a)、(b)において、シリコン基板1の表層に活性領域3、4を区画形成するための素子分離用溝である溝1a、1bが形成され、その溝内にシリコン酸化膜を埋め込んで形成したSTI2が形成されている。各活性領域3、4の上面には、ゲート絶縁膜としてのトンネル絶縁膜5を介してゲート電極MGおよびPGが形成されている。
3A and 3B,
各ゲート電極MGおよびPGは、ゲート電極MGにおいてはフローティングゲート電極用の導電層であり、ゲート電極PGにおいては下層導電層である多結晶シリコン膜6、ONO(oxide nitride oxide)膜やNONON(nitride oxide nitride oxide nitride)膜などからなる電極間絶縁膜7、ゲート電極MGにおいてはコントロールゲート電極用の導電層であり、ゲート電極PGにおいては上層導電層である多結晶シリコン膜8が積層された構成となっている。
Each gate electrode MG and PG is a conductive layer for a floating gate electrode in the gate electrode MG, and in the gate electrode PG, a
多結晶シリコン膜6は、活性領域3、4と同じ幅寸法で積層され、メモリセルトランジスタの多結晶シリコン膜6つまりフローティングゲート電極の上面は、両端部6aの部分で丸みを帯びた形状となるように加工されており、電界集中を緩和する形状に形成されている。電極間絶縁膜7および多結晶シリコン膜8は、隣接する多結晶シリコン膜6の間をSTI2上を渡るようにして連続的に形成されている。また、STI2は、シリコン基板1の上面以上の高さで、多結晶シリコン膜6の上面よりも下がった位置まで形成されており、電極間絶縁膜7はその凹凸の形状に沿うように積層形成されている。
The
多結晶シリコン膜8の上面には、加工用エッチングマスクとしてのシリコン窒化膜9が形成されている。エッチングマスクは、シリコン窒化膜9の1層で構成する場合だけでなく、例えばシリコン窒化膜/BSG(boron silicate glass)膜/TEOS(tetraethyl orthosilicate)膜を積層したものと用いることもできる。
On the upper surface of the
なお、図3(b)に示しているように、ゲート電極PGの電極間絶縁膜7には、多結晶シリコン膜6と多結晶シリコン膜8を導通させるための開口7aが形成され、この開口7a内に多結晶シリコン膜8が埋め込まれ、多結晶シリコン膜6と接する状態に形成されている。活性領域4の周囲はSTI2で囲うように形成されているので、ゲート電極PGは、その活性領域4を横切ってSTI2上に差し掛かるように形成されている。また、周辺回路部のトランジスタTrPでは、メモリセルトランジスタTrmのゲート絶縁膜5に対して、図示のように同じ膜厚のゲート絶縁膜5が形成される場合に加えて、例えば高電圧のトランジスタでは厚い膜厚のゲート絶縁膜が形成される。
As shown in FIG. 3B, the interelectrode
上記構成は、製造工程の途中段階の状態を示しているが、この後、コントロールゲート電極となる多結晶シリコン膜8の上部がシリサイド化され、ワード線WLの配線抵抗が低減される加工がなされる。さらに、層間絶縁膜やコンタクトなどが順次形成されてNAND型フラッシュメモリ装置が形成される。
The above configuration shows a state in the middle of the manufacturing process, but after that, the upper part of the
上記構成によれば、フローティングゲート電極となる多結晶シリコン膜6の上部の両端部6aを丸めた形状にすることにより、電極間絶縁膜7のリーク特性を改善できる。さらに、周辺回路領域のトランジスタのゲート電極膜厚を変える事なく、多結晶シリコン6の膜厚を自在に制御する事が可能な為、周辺回路領域のトランジスタ特性に悪影響を与えることなく、書込み特性の制御を行うことが出来る。
According to the above configuration, the leak characteristics of the interelectrode
次に上記構成の製造工程について図4〜図16を参照して説明する。なお、図4〜図16に示す(a)、(b)の各分図は、それぞれ図3(a)、(b)に示す部分に対応する断面図である。 Next, the manufacturing process of the said structure is demonstrated with reference to FIGS. 4A to 16B are sectional views corresponding to the portions shown in FIGS. 3A and 3B, respectively.
まず、図4に示すように、シリコン基板1の上面に熱酸化法により、たとえば膜厚10nmのゲート酸化膜5を形成する。次に減圧CVD(low pressure chemical vapor deposition)法によりたとえば膜厚75nm程度のリン(P)をドープした多結晶シリコン膜6を形成し、続いて、同じく減圧CVD法により膜厚がたとえば50nm程度のシリコン窒化膜10をトレンチ加工用のマスク材として積層形成する。
First, as shown in FIG. 4, a
次に、図5に示すように、リソグラフィ処理を行ってレジスト膜11を所定パターンに形成する。この場合、レジスト膜11のパターンは、図5(a)に示すメモリセル領域においては、所定間隔で帯状の活性領域3を形成するための形状に形成され、図5(b)に示す周辺回路領域のトランジスタでは、矩形状の活性領域4を包囲するように溝を形成するための形状に形成される。
Next, as shown in FIG. 5, the resist
続いて、図6に示すように、上記したレジスト膜11をマスクとして、RIE(reactive ion etching)法により、シリコン窒化膜9、多結晶シリコン膜6、ゲート酸化膜5、シリコン基板1を順次エッチングしてシリコン基板1の所定深さまで達する溝1a、1bを形成し、その後アッシング技術を用いてレジスト膜11を除去する。
Subsequently, as shown in FIG. 6, the
次に、図7に示すように、減圧CVD法または、HDP(high density plasma)法、またはSOG(spin on glass)膜により、シリコン酸化膜2aをたとえば膜厚500nm程度で形成する。この後、図8に示すように、シリコン窒化膜10をストッパとしてCMP(chemical mechanical polishing)法により、シリコン酸化膜2aを研削して平坦化する。
Next, as shown in FIG. 7, the
次に、図9に示すように、RIE法によりシリコン酸化膜2aをたとえば50nm程度エッチングして、シリコン窒化膜10の下面と同じ程度の深さまで落とし込む。
この後、図10に示すように、リソグラフィ処理を行ってレジスト膜12を所定のパターンに形成する。この場合、レジスト膜12のパターンは、図5(a)に示すメモリセル領域部分には形成せず、図5(b)に示す周辺回路領域のトランジスタの部分を含めたメモリセル領域以外の領域を覆うようにパターンニングしている。
Next, as shown in FIG. 9, the
Thereafter, as shown in FIG. 10, a lithography process is performed to form a resist
続いて、図11に示すように、レジスト膜12をマスクとしてメモリセル領域のシリコン酸化膜2aを50nm程度エッチング(エッチング深さは図中Hで示す)し、シリコン酸化膜2aの上面の高さが多結晶シリコン膜6の中間部位程度の高さとなるように落とし込む。この後、アッシング洗浄技術を用いて、レジスト膜12を除去する。これにより、STI2が形成される。
このエッチングの際、メモリセル領域のシリコン窒化膜10も若干エッチングされることにより、メモリセル領域のシリコン窒化膜10の膜厚が周辺回路領域のシリコン窒化膜10の膜厚より薄くなる。
Subsequently, as shown in FIG. 11, the
During this etching, the
次に、図12に示すように、リン酸処理によってシリコン窒化膜10を除去する。この結果、多結晶シリコン膜6の上面は露出する状態となる。また、図12(b)に示しているように、周辺回路領域のトランジスタについてはシリコン酸化膜2aの落とし込みを実施していないので、レジスト膜12を除去すると、シリコン酸化膜2aにより形成されたSTI2の上面と多結晶シリコン膜6の上面とはほぼ同じ高さになる。
Next, as shown in FIG. 12, the
続いて、図13に示すように、全面を覆うように第1のレジストである下層レジスト膜13を塗布する。この下層レジスト13は感光性を有していないレジストで、通常は、この上に感光性を有するレジストを塗布して感光パターンニングし、それをマスクとして下層レジストをパターンニングするものであるが、この実施形態では、下層レジスト13をパターンニングすることには使用していない。
Subsequently, as shown in FIG. 13, a lower resist
この後、リソグラフィ処理により第2のレジストである通常のレジスト膜14を塗布し、所定の形状にパターンニングする。この場合、レジスト膜14は、図13(a)、(b)に示しているように、メモリセル領域からは除去され、周辺回路領域のトランジスタを含めたメモリセル領域以外の領域を覆うようなパターンに形成される。
Thereafter, a normal resist
次に、図14に示すように、RIE法により、レジスト14をマスクとして、下層レジスト膜13を多結晶シリコン膜6の上部が露出するまでエッチングする。このとき、多結晶シリコン膜6の上部が露出すると、その表面もエッチングされ、図14(a)に示しているように、多結晶シリコン膜6の上面の両端部6aが丸みを持った形状に加工され、これにより丸め加工がなされる。
Next, as shown in FIG. 14, by using the resist 14 as a mask, the lower resist
この後、図15に示すように、アッシング洗浄技術を用いて、下層レジスト膜13およびレジスト膜14を除去する。これにより、図15(a)のメモリセル領域の多結晶シリコン膜6は、上面の両端部6aが丸め加工された形状のフローティングゲート電極として形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 15, the lower resist
この後、図16に示すように、多結晶シリコン膜6の上面および側面、STI2の上面の全面に渡って電極間絶縁膜7が成膜される。このとき、メモリセル領域においては、STI2の高さに対して多結晶シリコン膜6は突出した状態に形成されているので、その突出した部分に沿うように電極間絶縁膜7が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 16, an interelectrode
さらに、この後、図4に示すように、多結晶シリコン膜9が成膜されると共に、加工用のシリコン窒化膜9が積層形成される。そして、多結晶シリコン膜9の上部のシリサイド化の加工処理を経て、層間絶縁膜の埋め込み形成あるいはコンタクト、配線などの形成行程を経てNAND型フラッシュメモリ装置が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 4, a
このような本実施形態によれば、上記したような製造工程を採用しているので、多結晶シリコン膜6の上面を丸め加工する際に、下層レジスト膜13で埋め込んだ状態としてエッチングを行い、多結晶シリコン膜6の上面が露出したときに丸め加工を実施することができ、これによって、エッチングのバラツキによる多結晶シリコン膜6すなわちフローティングゲート電極の高さ寸法のばらつきを低減することができる。この結果、フローティングゲート電極の膜厚のバラツキに起因した電気的特性のバラツキを抑制することができるようになる。
According to the present embodiment, since the manufacturing process as described above is adopted, when the upper surface of the
(第2の実施形態)
図17〜図21は本発明の第2の実施形態を示すもので、以下、第1の実施形態と異なる部分について説明する。すなわち、この第2の実施形態では、最終形状としては第1の実施形態と同じであるが、多結晶シリコン膜6の上面両端部6aを丸め加工する工程を含む前後の工程が異なる。
(Second Embodiment)
FIGS. 17 to 21 show a second embodiment of the present invention. Hereinafter, parts different from the first embodiment will be described. That is, in the second embodiment, the final shape is the same as that of the first embodiment, but the steps before and after the step of rounding the
図17は、第1の実施形態と同様にして製造工程を実施し、図11に示した工程と同じ工程を実施した状態である。
次に、図18に示すように、全面を覆うように第1のレジストである下層レジスト膜16を塗布する。
そして、この状態から、図19に示すように、RIE法により、下層レジスト膜16、シリコン窒化膜10をエッチングし、周辺回路領域の多結晶シリコン膜6を露出させることなく、メモリセル領域の多結晶シリコン膜6の上部が露出する状態となるように形成する。
FIG. 17 shows a state in which the manufacturing process is performed in the same manner as in the first embodiment, and the same process as the process shown in FIG. 11 is performed.
Next, as shown in FIG. 18, a lower resist
Then, from this state, as shown in FIG. 19, the lower resist
続いて、多結晶シリコン膜6の上面の丸め加工を行う。これにより図19(a)に示しているように、多結晶シリコン膜6の上面両端部6aは丸みを帯びた状態に形成される。このとき、図19(b)に示しているように、周辺回路領域のトランジスタについては、前の工程での処理の違いにより、シリコン窒化膜10の膜厚がメモリセル領域のシリコン窒化膜10よりも厚い状態で残っているので、周辺回路領域のトランジスタの多結晶シリコン膜6の上面が露出することはない。
Subsequently, the upper surface of the
次に、図20に示すように、アッシング処理の技術を用いて下層レジスト膜16を除去する。続いて、図21に示すように、リン酸処理により周辺回路領域のトランジスタについてシリコン窒化膜10を除去する。この結果、第1の実施形態における図12に示した状態と同じ状態に形成されたことになる。この後は、第1の実施形態と同様の加工工程を経てNAND型フラッシュメモリ装置が形成される。
このような第2の実施形態によっても、第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 20, the lower resist
Also according to the second embodiment, it is possible to obtain the same operational effects as those of the first embodiment.
(他の実施形態)
本発明は、上記実施例にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
第1の実施形態においては、第1のレジストとして下層レジスト膜13を用いているが、これに限らず、通常のレジストを用いることもできる。この場合には、第2のレジスト14をパターンニングするときに同時にパターンニングされないように工程を設定する必要がある。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified or expanded as follows.
In the first embodiment, the lower resist
電極間絶縁膜7は、ONO膜やNONON膜以外に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、Al、Hf、Zr、Laの少なくとも一つを含む金属酸化物膜、Al、Hf、Zr、Laの少なくとも一つを含む金属酸窒化物膜、以上の薄膜のうち何れか単層膜、あるいは前記薄膜の2つ以上を含む積層構造で構成することができる。
In addition to the ONO film and the NONON film, the interelectrode
多結晶シリコン膜6、8に代えて、非晶質シリコン膜を用いることもできる。
NAND型フラッシュメモリ装置以外に、NOR型フラッシュメモリ装置にも適用できるし、その他の積層ゲート電極の構造を有する不揮発性半導体記憶装置に適用することができる。
Instead of the
In addition to the NAND flash memory device, the present invention can be applied to a NOR flash memory device, and can also be applied to a nonvolatile semiconductor memory device having other stacked gate electrode structures.
図面中、1はシリコン基板(半導体基板)、2はSTI、3、4は活性領域、5はゲート絶縁膜、6は多結晶シリコン膜、7は電極間絶縁膜、8は多結晶シリコン膜、9はシリコン窒化膜、10はシリコン窒化膜、13は下層レジスト膜(第1のレジスト)、14はレジスト膜(第2のレジスト)である。 In the drawings, 1 is a silicon substrate (semiconductor substrate), 2 is an STI, 3 is an active region, 4 is a gate insulating film, 6 is a polycrystalline silicon film, 7 is an interelectrode insulating film, 8 is a polycrystalline silicon film, 9 is a silicon nitride film, 10 is a silicon nitride film, 13 is a lower resist film (first resist), and 14 is a resist film (second resist).
Claims (4)
前記シリコン窒化膜、前記多結晶シリコン膜、前記ゲート絶縁膜および前記半導体基板をエッチングして素子分離用溝を形成する工程と、
前記素子分離用溝内に素子分離用絶縁膜を埋め込む工程と、
前記素子分離用絶縁膜を所定深さまでエッチングにより落とし込んで前記シリコン窒化膜の側面を露出させる工程と、
前記メモリセル領域の前記素子分離用絶縁膜を選択的に所定深さまでエッチングにより落とし込み、前記多結晶シリコンの側面を露出させる工程と、
前記加工用絶縁膜を除去して前記多結晶シリコン膜の上面を露出させる工程と、
前記半導体基板の全面に第1のレジストを堆積させると共に前記メモリセル領域を除いた部分を覆うように第2のレジストをパターンニングする工程と、
前記第2のレジストをマスクとして前記第1のレジストをエッチバックして前記多結晶シリコン膜を露出させてその上面を丸める加工を行う工程と、
前記第1及び第2のレジストを除去する工程と、
前記多結晶シリコン膜および前記素子分離用絶縁膜の上面に電極間絶縁膜、コントロールゲート電極膜を積層形成する工程とを備えたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 Forming a gate insulating film, a polycrystalline silicon film, and a silicon nitride film on the upper surface of a semiconductor substrate having a memory cell region and a peripheral circuit region; and
Etching the silicon nitride film, the polycrystalline silicon film, the gate insulating film and the semiconductor substrate to form an element isolation trench;
Embedding an element isolation insulating film in the element isolation trench;
Dropping the element isolation insulating film to a predetermined depth by etching to expose a side surface of the silicon nitride film;
Selectively dropping the element isolation insulating film in the memory cell region to a predetermined depth by etching to expose a side surface of the polycrystalline silicon; and
Removing the processing insulating film to expose the upper surface of the polycrystalline silicon film;
Depositing a first resist on the entire surface of the semiconductor substrate and patterning a second resist so as to cover a portion excluding the memory cell region;
Etching back the first resist using the second resist as a mask to expose the polycrystalline silicon film and rounding the upper surface thereof;
Removing the first and second resists;
And a step of laminating an interelectrode insulating film and a control gate electrode film on the upper surfaces of the polycrystalline silicon film and the element isolation insulating film.
前記シリコン窒化膜、前記多結晶シリコン膜、前記ゲート絶縁膜および前記半導体基板をエッチングして素子分離用溝を形成する工程と、
前記素子分離用溝内に素子分離用絶縁膜を埋め込む工程と、
前記素子分離用絶縁膜を所定深さまでエッチングにより落とし込んで前記シリコン窒化膜の側面を露出させる工程と、
前記周辺回路領域をマスクして、前記メモリセル領域の前記素子分離用絶縁膜を選択的に所定深さまでエッチングにより落とし込む工程と、
前記半導体基板の全面にレジストを堆積させる工程と、
前記レジストをエッチバックして、前記周辺回路領域の前記シリコン窒化膜を残しつつ、前記メモリセル領域の前記シリコン窒化膜を除去し、露出した前記メモリセル領域の前記多結晶シリコン膜の上面を丸める加工を行う工程と、
前記レジストを除去する工程と、
前記多結晶シリコン膜および前記素子分離用絶縁膜の上面に電極間絶縁膜、コントロールゲート電極膜を積層形成する工程とを備えたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 Forming a gate insulating film, a polycrystalline silicon film, and a silicon nitride film on the upper surface of a semiconductor substrate having a memory cell region and a peripheral circuit region; and
Etching the silicon nitride film, the polycrystalline silicon film, the gate insulating film and the semiconductor substrate to form an element isolation trench;
Embedding an element isolation insulating film in the element isolation trench;
Dropping the element isolation insulating film to a predetermined depth by etching to expose a side surface of the silicon nitride film;
Masking the peripheral circuit region and selectively dropping the element isolation insulating film in the memory cell region to a predetermined depth by etching;
Depositing a resist on the entire surface of the semiconductor substrate;
The resist is etched back to remove the silicon nitride film in the memory cell region while leaving the silicon nitride film in the peripheral circuit region, and to round the upper surface of the exposed polycrystalline silicon film in the memory cell region. A process of processing;
Removing the resist;
And a step of laminating an interelectrode insulating film and a control gate electrode film on the upper surfaces of the polycrystalline silicon film and the element isolation insulating film.
前記多結晶シリコン膜の上面を丸める加工を行う工程で用いるレジストは、非感光性レジストを用いることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1,
A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, wherein a non-photosensitive resist is used as a resist used in a process of rounding an upper surface of the polycrystalline silicon film.
前記素子分離用絶縁膜を所定深さまでエッチングにより落とし込んで前記シリコン窒化膜の側面を露出させる工程では、落とし込み深さを前記シリコン窒化膜の膜厚に等しくなるように設定されていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 In the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device according to claim 1,
In the step of etching the element isolation insulating film to a predetermined depth and exposing the side surface of the silicon nitride film, the depth of dropping is set to be equal to the film thickness of the silicon nitride film. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008138244A JP2009289813A (en) | 2008-05-27 | 2008-05-27 | Production method of non-volatile semiconductor memory device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008138244A JP2009289813A (en) | 2008-05-27 | 2008-05-27 | Production method of non-volatile semiconductor memory device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009289813A true JP2009289813A (en) | 2009-12-10 |
Family
ID=41458778
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008138244A Pending JP2009289813A (en) | 2008-05-27 | 2008-05-27 | Production method of non-volatile semiconductor memory device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009289813A (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2475942A (en) * | 2009-12-03 | 2011-06-08 | Intel Corp | Flash memory device having a curved upper surface |
CN103928466A (en) * | 2013-01-14 | 2014-07-16 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | FLASH memory |
CN104716204A (en) * | 2013-12-16 | 2015-06-17 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | Structure and manufacturing method of SONOS storage device |
US10192753B2 (en) | 2014-09-15 | 2019-01-29 | Toshiba Memory Corporation | Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same |
US10636803B2 (en) | 2017-03-15 | 2020-04-28 | Toshiba Memory Corporation | Semiconductor memory device with floating gates having a curved lateral surface |
CN111463213A (en) * | 2020-04-09 | 2020-07-28 | 上海华力集成电路制造有限公司 | Nonvolatile flash memory device and preparation method thereof |
-
2008
- 2008-05-27 JP JP2008138244A patent/JP2009289813A/en active Pending
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2475942A (en) * | 2009-12-03 | 2011-06-08 | Intel Corp | Flash memory device having a curved upper surface |
GB2475942B (en) * | 2009-12-03 | 2012-04-11 | Intel Corp | A flash memory and a manufacturing method therefor |
CN103928466A (en) * | 2013-01-14 | 2014-07-16 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | FLASH memory |
CN104716204A (en) * | 2013-12-16 | 2015-06-17 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | Structure and manufacturing method of SONOS storage device |
US10192753B2 (en) | 2014-09-15 | 2019-01-29 | Toshiba Memory Corporation | Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same |
US10615049B2 (en) | 2014-09-15 | 2020-04-07 | Toshiba Memory Corporation | Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same |
US10957556B2 (en) | 2014-09-15 | 2021-03-23 | Toshiba Memory Corporation | Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same |
US10636803B2 (en) | 2017-03-15 | 2020-04-28 | Toshiba Memory Corporation | Semiconductor memory device with floating gates having a curved lateral surface |
CN111463213A (en) * | 2020-04-09 | 2020-07-28 | 上海华力集成电路制造有限公司 | Nonvolatile flash memory device and preparation method thereof |
CN111463213B (en) * | 2020-04-09 | 2023-11-07 | 上海华力集成电路制造有限公司 | Nonvolatile flash memory device and preparation method thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7384843B2 (en) | Method of fabricating flash memory device including control gate extensions | |
JP4764284B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
KR100894772B1 (en) | Semiconductor memory device and Method of manufacturing thereof | |
JP5091452B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP2009010011A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
JP4901898B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP2007180482A (en) | Manufacturing method for flash memory element | |
JP2009026802A (en) | Manufacturing method of semiconductor device, and semiconductor device | |
JP2010080853A (en) | Nonvolatile semiconductor storage device, and method for manufacturing the same | |
US20120238099A1 (en) | Method of manufacturing electronic part | |
JP2009289813A (en) | Production method of non-volatile semiconductor memory device | |
JP2008091614A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP5330440B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP2006278967A (en) | Semiconductor device and manufacturing method | |
JP5268979B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device. | |
JP2011066052A (en) | Semiconductor device manufacturing method, and the semiconductor device | |
KR100889313B1 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JP2012033766A (en) | Semiconductor storage device and manufacturing method of the same | |
KR101085620B1 (en) | Manufacturing method of gate pattern for nonvolatile memory device | |
KR101034407B1 (en) | Nonvolatile memory device and manufacturing method of the same | |
JP2008098503A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
JP2010129740A (en) | Non-volatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same | |
JP2008177223A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2009252773A (en) | Nonvolatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof | |
JP2013065775A (en) | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method |