JP2010010349A - Nonvolatile semiconductor storage device, and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スタックゲート構造のメモリセルを有する不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device having a memory cell having a stacked gate structure and a method for manufacturing the same.
近年、NAND型不揮発性半導体記憶装置のメモリセルとして、MONOS型のメモリセルの研究開発が盛んである。MONOS型のメモリセルとは、半導体基板(Silicon)上にトンネル絶縁膜(Oxide)、電荷トラップ膜(Nitride)、電荷ブロック膜(Oxide)、コントロールゲート電極(Metal)をこの順序で形成したスタック構造のゲートを有する半導体素子である。NAND型不揮発性半導体記憶装置のメモリセルにおいては、トンネル絶縁膜に高電圧を印加して、シリコン基板側から電荷トラップ膜に電子を注入し、電荷トラップ膜に電荷がトラップされることで生じる閾値電圧のシフトを情報の記憶に用いている。このとき、電荷ブロック膜の性質としては、電気的容量が大きいこと、また、絶縁性が高くリーク電流が少ないことが望ましい。 In recent years, MONOS memory cells have been actively researched and developed as memory cells of NAND nonvolatile semiconductor memory devices. The MONOS type memory cell is a stack structure in which a tunnel insulating film (Oxide), a charge trapping film (Nitride), a charge blocking film (Oxide), and a control gate electrode (Metal) are formed in this order on a semiconductor substrate (Silicon). This is a semiconductor device having a gate. In a memory cell of a NAND type nonvolatile semiconductor memory device, a threshold voltage generated by applying a high voltage to a tunnel insulating film, injecting electrons into the charge trapping film from the silicon substrate side, and trapping charges in the charge trapping film Voltage shift is used to store information. At this time, as a property of the charge blocking film, it is desirable that the electric capacity is large and that the insulating property is high and the leakage current is small.
そこで、従来、電荷ブロック膜として用いられてきたSiO2を高誘電率(high−k)化することでカップリング比を低下させずに、物理膜厚を増加させることが検討されており、誘電率が高く電子に対するポテンシャル障壁が高い材料として、Al2O3が最も有望とされている。 Therefore, it has been studied to increase the physical film thickness without reducing the coupling ratio by increasing the dielectric constant (high-k) of SiO 2 that has been used as a charge blocking film. Al 2 O 3 is considered most promising as a material having a high rate and a high potential barrier against electrons.
一方、従来、コントロールゲート電極にはn+型ポリシリコンが用いられてきた。しかし、近年メモリセルへの書き込み時のポリシリコンの空乏化によるトンネル絶縁膜の電界の低下が問題となっている。これを防ぐためにコントロールゲート電極として、TaNなどのメタル材料を導入することが検討されている(例えば、非特許文献1参照)。
このように、スタックゲート構造のメモリセルを有する不揮発性半導体記憶装置においては、メモリセルのコントロールゲート電極にメタル材料を用いることが検討されている。しかし、後述するように、コントロールゲート電極にプロセス整合性の高いメタル材料を用いた場合には、適切な閾値電圧を得ることが難しかった。 As described above, in a nonvolatile semiconductor memory device having a memory cell having a stack gate structure, it has been studied to use a metal material for a control gate electrode of the memory cell. However, as described later, when a metal material having high process consistency is used for the control gate electrode, it is difficult to obtain an appropriate threshold voltage.
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、適切な閾値電圧を有するメモリセルを備えた不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a nonvolatile semiconductor memory device including a memory cell having an appropriate threshold voltage and a method for manufacturing the same.
本発明の第1の態様による不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板と、前記半導体基板に離間して設けられたソース領域およびドレイン領域と、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間のチャネル領域となる前記半導体基板上に設けられた第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上に設けられた電荷蓄積膜と、前記電荷蓄積膜上に設けられた第2絶縁膜と、前記第2絶縁膜上に設けられ、Ni、Co、Pd、Ptのグループから選択されたいずれか一つの元素と、Siと、Oとを含むコントロールゲート電極と、を備えていることを特徴とする。 A nonvolatile semiconductor memory device according to a first aspect of the present invention includes a semiconductor substrate, a source region and a drain region that are provided apart from the semiconductor substrate, and a channel region between the source region and the drain region. A first insulating film provided on the semiconductor substrate, a charge storage film provided on the first insulating film, a second insulating film provided on the charge storage film, and the second insulating film And a control gate electrode including any one element selected from a group of Ni, Co, Pd, and Pt, Si, and O.
また、本発明の第2の態様による不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板上に第1絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶縁膜上に電荷蓄積膜を形成する工程と、前記電荷蓄積膜上に第2絶縁膜を形成する工程と、前記第2絶縁膜上に、Ni、Co、Pd、Ptのグループから選択されたいずれか一つの元素と、Siと、Oとを含むコントロールゲート電極をスパッタリングにより形成する工程と、を備えていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a non-volatile semiconductor memory device manufacturing method comprising: forming a first insulating film on a semiconductor substrate; forming a charge storage film on the first insulating film; Forming a second insulating film on the charge storage film; and on the second insulating film, any one element selected from the group of Ni, Co, Pd, and Pt, Si, and O And a step of forming the control gate electrode including sputtering by sputtering.
本発明によれば、コントロールゲート電極にプロセス整合性の高いメタル材料を用いても、適切な閾値電圧を有するメモリセルを備えた不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a nonvolatile semiconductor memory device including a memory cell having an appropriate threshold voltage and a method for manufacturing the same even when a metal material having high process consistency is used for the control gate electrode.
本発明の実施形態を説明する前に、本発明に至った経緯および本発明の概要について説明する。 Before describing embodiments of the present invention, the background to the present invention and the outline of the present invention will be described.
MONOS構造において、コントロールゲート電極は、この電極の側部に形成される側壁酸化膜と接している。そのため、コントロールゲート電極として、耐酸化性の低いTaNやTaCなどを用いた場合には、側壁酸化膜の形成時に酸化され、膜剥れなどの問題が生じることが懸念される。したがって、コントロールゲート電極には、耐酸化性の高いメタルを用いることが望ましい。また、コントロールゲート電極の形成プロセスは、CMOSロジックの形成プロセスとの親和性が高くインテグレーションが容易であることが望ましい。以上の条件を満たすコントロールゲート電極用メタル材料として、Ni−FUSI(NixSi)およびCo−FUSI(CoxSi)が挙げられる。特にNixSiに関しては、NiがCMOSロジックで通常使われる材料であり、新たな材料の投入を必要とせず、コストが削減できるという利点をもつ。 In the MONOS structure, the control gate electrode is in contact with a sidewall oxide film formed on the side portion of the electrode. For this reason, when TaN or TaC having low oxidation resistance is used as the control gate electrode, there is a concern that oxidation may occur during the formation of the sidewall oxide film, resulting in problems such as film peeling. Therefore, it is desirable to use a metal with high oxidation resistance for the control gate electrode. Further, it is desirable that the formation process of the control gate electrode has high affinity with the formation process of the CMOS logic and can be easily integrated. Examples of the metal material for the control gate electrode that satisfies the above conditions include Ni-FUSI (Ni x Si) and Co-FUSI (Co x Si). Particularly with respect to Ni x Si, Ni is a material that is normally used in CMOS logic, and has the advantage that it does not require the introduction of a new material and the cost can be reduced.
コントロールゲート電極にNixSiあるいはCoxSi、電荷ブロック膜にAl2O3を用いたMONOS型メモリセルを実用化するためには、注意すべき点が2つ挙げられる。 In order to put the MONOS memory cell using Ni x Si or Co x Si as the control gate electrode and Al 2 O 3 as the charge blocking film into practical use, there are two points to be noted.
一つ目は、コントロールゲート電極の面積の微細化に伴う、メモリセル間の閾値ばらつきである。現状では、MONOS型メモリセルの最小加工寸法は50nm以下になりつつある。NixSiあるいはCoxSiに限らず、メモリセルの閾値はコントロールゲート電極の仕事関数に依存し、その仕事関数は電荷ブロック膜上での結晶の配向性に依存する。したがって、コントロールゲート電極の面積がシリサイドのグレイン(結晶粒)の粒径と同程度の大きさであると、コントロールゲート電極が一つのグレインで形成されることになり、異なる配向性を有するメモリセル間において閾値にばらつきが生じる。これを防ぐためにはグレインを50nmに対して十分小さくし、ランダムに配向させることで仕事関数を平均化することが有効である。一方、圧力と温度を制御したスパッタ法によりメタルを形成することにより、グレイン粒径が10nm程度の微小柱状構造を選択的に形成することができる技術が知られている(文献、J. A. Thornton, J. Vac. Sci. Technol., 11, 666 (1974)、参照)。この技術を適用することでメモリセル間における閾値のばらつきを抑制することができる。 The first is a threshold variation between memory cells accompanying the miniaturization of the area of the control gate electrode. At present, the minimum processing size of a MONOS type memory cell is becoming 50 nm or less. The threshold value of the memory cell is not limited to Ni x Si or Co x Si, but depends on the work function of the control gate electrode, and the work function depends on the crystal orientation on the charge blocking film. Therefore, if the area of the control gate electrode is about the same as the grain size of the silicide grains (crystal grains), the control gate electrode is formed with one grain, and the memory cells have different orientations. The threshold value varies between the two. In order to prevent this, it is effective to average the work function by making the grains sufficiently small with respect to 50 nm and orienting them randomly. On the other hand, a technique is known that can selectively form a micro-columnar structure with a grain size of about 10 nm by forming a metal by sputtering with controlled pressure and temperature (literature, JA Thornton, J Vac. Sci. Technol., 11, 666 (1974)). By applying this technique, it is possible to suppress variations in threshold values between memory cells.
二つ目は、コントロールゲート電極にn+型ポリシリコン(仕事関数:約4.17eV)を用いた従来のMONOS型メモリセルに比べて、中性閾値電圧Vthiが高くなる点である。中性閾値電圧Vthiとは、電荷トラップ膜(電荷蓄積膜)に電荷がトラップされていない状態でのメモリセルの閾値電圧Vthのことである。NixSiあるいはCoxSiに限らず仕事関数がn+型ポリシリコンよりも高いTaNなどでも同様な現象が生じると考えられる。 The second point is that the neutral threshold voltage V thi is higher than that of a conventional MONOS type memory cell using n + type polysilicon (work function: about 4.17 eV) for the control gate electrode. The neutral threshold voltage V thi is the threshold voltage V th of the memory cell in a state where charges are not trapped in the charge trap film (charge storage film). The same phenomenon is considered to occur not only with Ni x Si or Co x Si but also with TaN having a work function higher than that of n + type polysilicon.
次に、この中性閾値電圧Vthiに最適値が存在する理由について述べる。NANDフラッシュメモリにおいては、Vth<0となる状態を消去状態として回路動作させている。MONOS型メモリセルに消去電圧を印加すると、基板から電荷トラップ膜へ正孔が注入されることで閾値電圧Vthが低下していくが、電荷ブロック膜を通してコントロールゲート電極から電子がバックトンネリングするため、両成分が釣り合うところで閾値電圧Vthが飽和することになる。したがって、コントロールゲート電極からの電子のトンネリング特性に依存して、消去前の閾値電圧である中性閾値電圧Vthiに対する上限の値が決まってくる。一方、書き込み動作に関しても同様な閾値電圧Vthの飽和が起こるため、中性閾値電圧Vthiに求められる下限値が存在する。結果的に中性閾値電圧Vthiの最適値の範囲が存在することになる。 Next, the reason why there is an optimum value for the neutral threshold voltage V thi will be described. In the NAND flash memory, the circuit operation is performed by setting a state where V th <0 as an erase state. When an erasing voltage is applied to the MONOS type memory cell, the threshold voltage Vth is lowered by injecting holes from the substrate into the charge trapping film, but electrons are back-tunneled from the control gate electrode through the charge blocking film. The threshold voltage Vth is saturated where both components are balanced. Therefore, the upper limit value for the neutral threshold voltage V thi that is the threshold voltage before erasure is determined depending on the tunneling characteristics of electrons from the control gate electrode. On the other hand, since the threshold voltage V th is also saturated in the write operation, there is a lower limit value required for the neutral threshold voltage V thi . As a result, there exists an optimum value range of the neutral threshold voltage V thi .
よって、コントロール電極にNixSiあるいはCoxSiを用いる場合には、中性閾値電圧Vthiを何らかの方法で低下させることが望ましい。ここで、中性閾値電圧Vthiを変調させる方法には、基板における不純物濃度を変化させる方法と、電極の仕事関数を変化させる方法とがある。基板の不純物濃度に関しては、ショートチャネル効果を抑制するためには不純物濃度を濃くする必要があるが、濃くしすぎるとセルフ・ブーストを困難にしてしまうという問題が生じる。したがって、基板の不純物濃度を制約無く変化させることはできず、メタル電極の閾値を出来る限りn+型ポリシリコンの仕事関数まで近づけることが望ましい。ところが、NixSiおよびCoxSiの仕事関数に関しては、最も低い仕事関数をもつNiSi2およびCoSi2構造でさえ、それぞれ4.55eVおよび4.45eVであり、n+型ポリシリコンの4.17eVよりも高い仕事関数となっている。 Therefore, when using Ni x Si or Co x Si for the control electrode, it is desirable to reduce the neutral threshold voltage V thi by some method. Here, as a method of modulating the neutral threshold voltage V thi , there are a method of changing the impurity concentration in the substrate and a method of changing the work function of the electrode. With respect to the impurity concentration of the substrate, it is necessary to increase the impurity concentration in order to suppress the short channel effect, but if it is too high, there is a problem that self-boost becomes difficult. Therefore, the impurity concentration of the substrate cannot be changed without restriction, and it is desirable to make the threshold value of the metal electrode as close as possible to the work function of n + -type polysilicon. However, with respect to the work functions of Ni x Si and Co x Si, even the NiSi 2 and CoSi 2 structures with the lowest work function are 4.55 eV and 4.45 eV, respectively, and 4.17 eV of n + -type polysilicon. Is a higher work function.
なお、以上の点はMONOS型メモリセルのみに要求される特性ではない。フローティングゲート型メモリセルにおいても、近年コントロールゲート電極のメタル化、電極間絶縁膜の高誘電率(high−k)化が進んでおり、コントロールゲート電極はMONOS型のものと同様な特性を有することが望ましい。 The above points are not characteristics required only for the MONOS type memory cell. Also in the floating gate type memory cell, the metalization of the control gate electrode and the high dielectric constant (high-k) of the interelectrode insulating film have been advanced in recent years, and the control gate electrode has the same characteristics as those of the MONOS type. Is desirable.
そこで、本発明者達は、鋭意研究に努めた結果、リアクティブ・スパッタリング法により、NiSi2に微量の酸素を添加することで、仕事関数を従来構造のものより約0.35eV低下させ、n+型ポリシリコンに近い仕事関数を得ることが出来た。以下、その詳細を説明する。 Therefore, as a result of diligent research, the inventors have reduced the work function by about 0.35 eV from that of the conventional structure by adding a small amount of oxygen to NiSi 2 by reactive sputtering, and n A work function close to that of + type polysilicon was obtained. Details will be described below.
本発明の一実施形態による製造方法において、NiSi2は、NiとSiのコスパッタによって形成した。Thorntonの報告によるとスパッタ薄膜の結晶構造は、成膜中のArの圧力および基板温度Ts[K]で決定される(文献、J. A. Thornton, J. Vac. Sci. Technol., 11, 666 (1974)、参照)。コントロールゲート電極用の電極材料としては、電気抵抗が低く、また、上述したように、粒径が10nm程度の微小柱状グレインを有する薄膜が望ましい。そのためには、Ar圧力は約1mTorr〜4.5mTorrにし、また、薄膜の融点をTm[K]とすると、Ts/Tm<0.3という条件下でスパッタを行えば良い。ここで、NiSi2およびCoSi2の融点Tmはそれぞれ993℃、1326℃であるので、上記条件からTsはそれぞれ約100℃、200℃以下であれば良い。 In the manufacturing method according to an embodiment of the present invention, NiSi 2 was formed by Ni and Si co-sputtering. According to Thornton's report, the crystal structure of the sputtered thin film is determined by the Ar pressure during deposition and the substrate temperature T s [K] (literature, JA Thornton, J. Vac. Sci. Technol., 11, 666 ( 1974). As an electrode material for the control gate electrode, a thin film having a low electrical resistance and having fine columnar grains having a particle size of about 10 nm as described above is desirable. For this purpose, the Ar pressure is about 1 mTorr to 4.5 mTorr, and the melting point of the thin film is T m [K], sputtering may be performed under the condition of T s / T m <0.3. Here, NiSi 2 and a melting point T m of a CoSi 2, respectively 993 ° C., since at 1326 ° C., T s is about 100 ° C. Each of the above conditions, it is sufficient 200 ° C. or less.
本発明の一実施形態による製造方法において、上記の条件を満たしつつ、かつ酸素を含む雰囲気中でのリアクティブ・スパッタを行うことにより、NiSi2に微量の酸素を添加した。ここで、Thorntonの報告においては、所望の結晶構造を得るための条件として、Ar圧力に対する条件が示されているが、本質的には膜形成時の全圧が重要な条件と考えられる。したがって、本発明の一実施形態においては、ArとO2との全圧が約1mTorr〜4.5mTorrの範囲に収まれば良いと考えられる。また、酸素分圧に関しては、10−4Pa台になるようにArとO2の流量を調整する。酸素分圧がこれよりも高い値になると、NiSi2の酸化物が形成され、導電性が著しく低下することが懸念される。 In the manufacturing method according to an embodiment of the present invention, a minute amount of oxygen was added to NiSi 2 by performing reactive sputtering in an atmosphere containing oxygen while satisfying the above-described conditions. Here, in Thornton's report, conditions for Ar pressure are shown as conditions for obtaining a desired crystal structure. Essentially, the total pressure during film formation is considered to be an important condition. Therefore, in one embodiment of the present invention, it is considered that the total pressure of Ar and O 2 should be within the range of about 1 mTorr to 4.5 mTorr. Moreover, regarding the oxygen partial pressure, the flow rates of Ar and O 2 are adjusted so as to be on the order of 10 −4 Pa. When the oxygen partial pressure is higher than this, there is a concern that NiSi 2 oxide is formed and the conductivity is significantly lowered.
本発明の一実施形態による製造方法で形成された酸素が添加されたNiSi2の透過電子顕微鏡(TEM)像を図1に示す。比較例として、SiとNiの固相反応プロセスで形成されたNiSi2の断面TEM像を図2示す。いずれの図においても、結晶粒界に白い点線を描いている。図2に示すように、固相反応プロセスで形成されたNiSi2は多結晶であり、その横方向のグレイン粒径は50nm以上であることが分かった。一方、図1より、本発明の一実施形態の製造方法で形成された酸素が添加されたNiSi2は多結晶であるが、そのグレインは微小柱状であることが分かる。また、横方向のグレイン粒径は10nm以下であった。更に、酸素が添加されたNiSi2のグレインの粒界には、通常のスパッタ膜では観測されない白いコントラスト領域が存在している。これは、酸素を添加することによって低密度化している領域であると考えられる。 FIG. 1 shows a transmission electron microscope (TEM) image of NiSi 2 with added oxygen formed by the manufacturing method according to an embodiment of the present invention. As a comparative example, FIG. 2 shows a cross-sectional TEM image of NiSi 2 formed by a solid phase reaction process of Si and Ni. In both figures, a white dotted line is drawn at the grain boundary. As shown in FIG. 2, it was found that NiSi 2 formed by the solid phase reaction process was polycrystalline, and the grain size in the lateral direction was 50 nm or more. On the other hand, FIG. 1 shows that NiSi 2 to which oxygen is formed, which is formed by the manufacturing method of one embodiment of the present invention, is polycrystalline, but its grains are micro-columnar. Further, the grain size in the lateral direction was 10 nm or less. Furthermore, there is a white contrast region that is not observed in a normal sputtered film at the grain boundary of NiSi 2 grains to which oxygen is added. This is considered to be a region where the density is reduced by adding oxygen.
本発明の一実施形態による製造方法で形成された酸素が添加されたNiSi2を、極微電子線回折法により複数個所測定し、得られた電子線回折図形を重ねたものを図3に示す。図中の数字は、立方晶NiSi2結晶の面方位のレファレンスデータ(JCPDS43−0989)を示している。いずれの回折像もNiSi2のピークに一致している。また、この回折パターンに周期性が無いことから、ある程度ランダムに配向していることが分かる。 FIG. 3 shows a result obtained by measuring a plurality of locations of NiSi 2 to which oxygen is added formed by the manufacturing method according to an embodiment of the present invention by a micro electron diffraction method and superimposing the obtained electron diffraction patterns. The numbers in the figure indicate the reference data (JCPDS43-0989) of the plane orientation of the cubic NiSi 2 crystal. Both diffraction images coincide with the peak of NiSi 2 . Moreover, since this diffraction pattern does not have periodicity, it turns out that it is oriented to some extent at random.
本発明の一実施形態による製造方法で形成された、酸素が添加されたNiSi2と、酸素が添加されないNiSi2のX線回折測定の結果を図4に示す。X線の線源にはCuのKα線を用いている。両試料のグレイン粒径が異なるためピークの半値幅は異なるが、ピークの位置は両試料で一致しており、面間隔が一致していることが分かる。したがって、酸素が添加されたNiSi2においては、酸素がグレインよりも、主に粒界に存在していると考えられる。 FIG. 4 shows the results of X-ray diffraction measurement of NiSi 2 to which oxygen is added and NiSi 2 to which oxygen is not added, formed by the manufacturing method according to one embodiment of the present invention. A Cu Kα ray is used as the X-ray source. Since the grain diameters of the two samples are different, the half widths of the peaks are different, but it can be seen that the positions of the peaks are the same for both samples, and the surface spacing is the same. Therefore, in NiSi 2 to which oxygen is added, it is considered that oxygen exists mainly at grain boundaries rather than grains.
本発明の一実施形態による製造方法で形成された酸素が添加されたNixSi(x=0.5、1、2)と、酸素が添加されないNixSiの仕事関数を図5に示す。この仕事関数は、以下のようにして見積った。まず、NixSi/SiO2/Si構造を有するMOSキャパシタを形成し、C−V特性からフラットバンド電圧Vfbを見積った。次に、SiO2膜厚Tの異なる試料に対してVfb−Tプロットを作成し、直線外挿から仕事関数を抽出した。図5から、酸素を添加することで、いずれの組成のNixSiも仕事関数の値が減少していることが分かる。 FIG. 5 shows the work functions of Ni x Si to which oxygen is added (x = 0.5, 1, 2) and Ni x Si to which oxygen is not formed, formed by the manufacturing method according to an embodiment of the present invention. This work function was estimated as follows. First, a MOS capacitor having a Ni x Si / SiO 2 / Si structure was formed, and the flat band voltage V fb was estimated from the CV characteristics. Next, V fb -T plots were created for samples with different SiO 2 film thicknesses T, and the work function was extracted from linear extrapolation. FIG. 5 shows that the work function value of Ni x Si of any composition is reduced by adding oxygen.
このメカニズムについては次のように考えられる。物質単体を考えたとき、図6に示すように、物質の表面における原子の密度が低い場合には、物質表面平行方向に対して電荷密度が平滑化され(Smoluchowski smoothing)、電子はWigner-Seitz cell間の真空領域に移動する。その結果として、図6中に示すような電荷の偏りが生じ、仕事関数の低下が起こる。同様な現象が物質同士の界面でも起こると考えられる。つまり、本発明の一実施形態の製造方法においては、酸素が粒界に入ることで、NiSi2と絶縁膜との界面に原子密度が低い領域が形成された結果、NiSi2の仕事関数が低下したと考えられる。図5に示したように、この現象はNiSi2に限らず組成の異なるNi2Si、NiSiでも観測されている。同様な現象は、他のシリサイドでも起こることが推定されるが、シリサイドの耐酸化性があまりにも低い場合には、酸素がグレイン中に取り込まれて絶縁体となる可能性が考えられる。ここで、耐酸化性のひとつの指標として仕事関数が挙げられ、仕事関数が大きいほど耐酸化性が高いと考えられる。したがって、仕事関数が5eV以上であるCo、Pd、Ptのシリサイドに関しては、NiSi2と同様な現象が起こると考えられる。 This mechanism is considered as follows. Considering a simple substance, as shown in FIG. 6, when the density of atoms on the surface of the substance is low, the charge density is smoothed in the direction parallel to the substance surface (Smoluchowski smoothing), and the electrons are Wigner-Seitz. Move to the vacuum area between cells. As a result, a charge bias as shown in FIG. 6 occurs and a work function is lowered. A similar phenomenon is considered to occur at the interface between materials. That is, in the manufacturing method according to an embodiment of the present invention, oxygen enters the grain boundary, and as a result, a region having a low atomic density is formed at the interface between NiSi 2 and the insulating film, resulting in a decrease in the work function of NiSi 2. It is thought that. As shown in FIG. 5, this phenomenon is observed not only in NiSi 2 but also in Ni 2 Si and NiSi having different compositions. A similar phenomenon is estimated to occur in other silicides, but if the oxidation resistance of the silicide is too low, oxygen may be taken into the grains and become an insulator. Here, a work function is mentioned as one index of oxidation resistance, and it is thought that oxidation resistance is so high that a work function is large. Therefore, regarding the silicide of Co, Pd, and Pt having a work function of 5 eV or more, it is considered that the same phenomenon as NiSi 2 occurs.
以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は発明の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol shall be attached | subjected to a common structure through embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted. Each figure is a schematic diagram for promoting explanation and understanding of the invention, and its shape, dimensions, ratio, and the like are different from those of an actual device. However, these are in consideration of the following explanation and known techniques. The design can be changed as appropriate.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による不揮発性半導体記憶装置について説明する。本実施形態の不揮発性半導体記憶装置は、NAND型不揮発性半導体記憶装置であって、図14に示すように、複数のメモリセルMを有している。これらの複数のメモリセルMは、隣接するもの同士でソース・ドレインを共有する形で直列接続されてNAND列を構成する。このようなNAND列がマトリクス状に配列されてメモリセルアレイが構成される。
(First embodiment)
A nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention will be described. The nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment is a NAND nonvolatile semiconductor memory device, and has a plurality of memory cells M as shown in FIG. The plurality of memory cells M are connected in series so that adjacent ones share a source / drain to form a NAND string. Such NAND strings are arranged in a matrix to form a memory cell array.
メモリセルアレイの列方向に並ぶNAND列の一端側のドレインは、選択トランジスタS1を介してビット線BLに共通に接続され、他端側ソースはやはり選択トランジスタS2を介して共通ソース線(図示せず)に接続される。図14に示す横方向に並ぶメモリセルMの制御ゲートは、共通にワード線WLに接続される。選択トランジスタS1、S2のゲートも同様に選択ゲート線SSL、GSLに共通接続される。一つのワード線により駆動されるNAND列の範囲がNAND列ブロックを構成している。通常、この様なNAND列ブロックがビット線方向に複数個配置されてメモリセルアレイが構成される。 The drain on one end side of the NAND column arranged in the column direction of the memory cell array is connected in common to the bit line BL via the selection transistor S1, and the source on the other end is also a common source line (not shown) via the selection transistor S2. ). The control gates of the memory cells M arranged in the horizontal direction shown in FIG. 14 are commonly connected to the word line WL. Similarly, the gates of the selection transistors S1 and S2 are commonly connected to the selection gate lines SSL and GSL. A range of NAND strings driven by one word line constitutes a NAND string block. Usually, a plurality of such NAND column blocks are arranged in the bit line direction to constitute a memory cell array.
本実施形態においては、各メモリセルはMONOS型のメモリセルであって、その断面構造を図7(a)、7(b)に示す。図7(a)はビット線に平行な方向の断面図、図7(b)はワード線に平行な方向の断面図である。なお、各メモリセルのコントロールゲート電極はワード線となっている。図7(a)と図7(b)とは互いに直交する断面を示している。 In this embodiment, each memory cell is a MONOS type memory cell, and its cross-sectional structure is shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b). 7A is a cross-sectional view in a direction parallel to the bit line, and FIG. 7B is a cross-sectional view in a direction parallel to the word line. The control gate electrode of each memory cell is a word line. FIG. 7A and FIG. 7B show cross sections orthogonal to each other.
図7(a)に示すように、p型シリコン基板1にソース領域4a、ドレイン領域4bが形成されている。ソース領域4aとドレイン領域4bとの間のチャネル領域6となるp型シリコン基板1上には、MONOS構造のゲート10が形成されている。このゲート10は、トンネル絶縁膜12、電荷トラップ膜(電荷蓄積膜とも云う)13、電荷をブロックする絶縁体からなる電荷ブロック膜14、およびコントロールゲート電極18がこの順序で形成された積層構造を有している。なお、本実施形態においては、コントロールゲート電極18上にはマスク材19が形成されているが、マスク材19は無くても良い。 As shown in FIG. 7A, a source region 4a and a drain region 4b are formed in a p-type silicon substrate 1. On the p-type silicon substrate 1 which becomes the channel region 6 between the source region 4a and the drain region 4b, a gate 10 having a MONOS structure is formed. The gate 10 has a laminated structure in which a tunnel insulating film 12, a charge trapping film (also referred to as a charge storage film) 13, a charge blocking film 14 made of an insulator that blocks charges, and a control gate electrode 18 are formed in this order. Have. In the present embodiment, the mask material 19 is formed on the control gate electrode 18, but the mask material 19 may be omitted.
本実施形態では、トンネル絶縁膜12として、SiO2膜が用いられるが、SiON膜や、SiO2/SiN/SiO2の積層膜(以下、ONO膜と云う)であっても構わない。また、電荷トラップ膜13として、SiN膜が用いられるが、HfO2膜やHfON膜などのhigh−k膜であっても構わない。さらに、電荷ブロック膜14として、Al2O3膜が用いられ、コントロールゲート電極18として、酸素を含有するNiSi2膜が用いられる。 In this embodiment, a SiO 2 film is used as the tunnel insulating film 12, but it may be a SiON film or a laminated film of SiO 2 / SiN / SiO 2 (hereinafter referred to as ONO film). Further, although a SiN film is used as the charge trapping film 13, it may be a high-k film such as an HfO 2 film or an HfON film. Further, an Al 2 O 3 film is used as the charge blocking film 14, and a NiSi 2 film containing oxygen is used as the control gate electrode 18.
ゲート10の最上面および側面は、側壁酸化膜と呼ばれるシリコン酸化膜21で覆われており、さらに、全面を覆うように層間絶縁膜22が形成されている。図7(b)に示すように、隣り合うメモリセルのチャネル領域6、トンネル絶縁膜12から電荷ブロック膜14までの積層部分は、互いにシリコン酸化膜で構成される素子分離領域27によって隔てられている。ワード線方向に並ぶ各メモリセルはコントロール電極18が共通であり、これらは素子分離領域27上に延在している。すなわち、ワード線がコントロール電極18となっている。 The top and side surfaces of the gate 10 are covered with a silicon oxide film 21 called a sidewall oxide film, and an interlayer insulating film 22 is formed so as to cover the entire surface. As shown in FIG. 7B, the channel region 6 of adjacent memory cells and the stacked portion from the tunnel insulating film 12 to the charge block film 14 are separated from each other by an element isolation region 27 composed of a silicon oxide film. Yes. Each memory cell arranged in the word line direction has a common control electrode 18, which extends on the element isolation region 27. That is, the word line is the control electrode 18.
次に、図8(a)乃至図11(b)を参照して、本実施形態の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を説明する。なお、図8(a)〜図11(b)においては、図7(a)、7(b)と同様、図8(a)、9(a)、10(a)、11(a)はビット線に平行な方向の断面図、図8(b)、9(b)、10(b)、11(b)はワード線に平行な方向の断面図の図面を示している。 Next, with reference to FIGS. 8A to 11B, a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment will be described. 8 (a) to 11 (b), FIGS. 8 (a), 9 (a), 10 (a), and 11 (a) are similar to FIGS. 7 (a) and 7 (b). Cross-sectional views in the direction parallel to the bit lines, FIGS. 8B, 9B, 10B, and 11B show the cross-sectional views in the direction parallel to the word lines.
まず、例えばp型のシリコン基板1の表面に、トンネル絶縁膜12となる膜厚3nm〜5nmのSiO2膜を熱酸化により形成する。ここで、トンネル絶縁膜12は、CVD法などで形成されるEOT(Equivalent Oxide Thickness)が3nm〜5nmのSiON膜あるいはONO膜であっても構わない。次に、電荷トラップ膜13として、膜厚4nm〜10nmのSiN膜をCVD法などにより形成する。ここで、電荷トラップ膜13としては、CVD法やスパッタ法などで形成される膜厚15nm〜25nmのHfO2などのhigh−k膜であっても構わない。更に、電荷ブロック膜14として、膜厚10nm〜20nmのAl2O3膜をスパッタ法などで形成し、素子分離のためのマスク材15をCVD法により堆積する。その後、レジストマスク(図示せず)を用いたRIE法により、マスク材15、電荷ブロック膜14、電荷トラップ膜13、トンネル絶縁膜12を順次エッチング加工し、さらにシリコン基板1の露出領域をエッチングして、深さ60nmの素子分離溝26を形成する(図8(a)、8(b)参照)。 First, for example, a 3 nm to 5 nm thick SiO 2 film to be the tunnel insulating film 12 is formed on the surface of the p-type silicon substrate 1 by thermal oxidation. Here, the tunnel insulating film 12 may be a SiON film or ONO film having an EOT (Equivalent Oxide Thickness) of 3 nm to 5 nm formed by a CVD method or the like. Next, a SiN film having a thickness of 4 nm to 10 nm is formed as the charge trapping film 13 by a CVD method or the like. Here, the charge trapping film 13 may be a high-k film such as HfO 2 having a film thickness of 15 nm to 25 nm formed by CVD or sputtering. Further, an Al 2 O 3 film having a film thickness of 10 nm to 20 nm is formed as the charge blocking film 14 by sputtering or the like, and a mask material 15 for element isolation is deposited by CVD. Thereafter, the mask material 15, the charge block film 14, the charge trap film 13, and the tunnel insulating film 12 are sequentially etched by RIE using a resist mask (not shown), and the exposed region of the silicon substrate 1 is further etched. Thus, an element isolation trench 26 having a depth of 60 nm is formed (see FIGS. 8A and 8B).
次に、全面に素子分離領域27となるシリコン酸化膜を堆積して、素子分離溝26を完全に埋め込み、その後、表面部分のシリコン酸化膜をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法で除去して、表面を平坦化する(図9(a)、9(b)参照)。このとき、素子分離領域27に用いる材料はシリコン酸化膜に限定されるものではなく、シリコンと酸素を含む絶縁体であれば良く、例えば、シリコン酸窒化膜であっても良い。 Next, a silicon oxide film to be an element isolation region 27 is deposited on the entire surface to completely fill the element isolation groove 26, and thereafter, the silicon oxide film on the surface portion is removed by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. Is flattened (see FIGS. 9A and 9B). At this time, the material used for the element isolation region 27 is not limited to the silicon oxide film, but may be an insulator containing silicon and oxygen, and may be a silicon oxynitride film, for example.
次に、露出したマスク材15を選択的にエッチング除去した後、素子分離領域27の露出表面を希フッ酸溶液でエッチング除去し、素子分離領域27と電荷ブロック膜14の表面を平坦化する(図示せず)。 Next, the exposed mask material 15 is selectively removed by etching, and then the exposed surface of the element isolation region 27 is etched away with a diluted hydrofluoric acid solution to flatten the surfaces of the element isolation region 27 and the charge blocking film 14 ( Not shown).
平坦面を形成後、コントロールゲート電極18として、全面にNiとSiのコスパッタで膜厚100nmのNiSi2膜を、室温〜100℃の温度で形成する。コスパッタは、ArとO2の混合ガス雰囲気中で行い、ArとO2の流量比を調整することで、全圧が約1mTorr〜4.5mTorr、O2分圧が10−4Pa台となるようにする。また、コスパッタの代わりにニッケルシリサイドのスパッタリングを用いてもよい。ここでは、NiSi2を例にとって説明したが、コントロールゲート電極18としては、CoSi2でも構わず、この場合の成膜温度は室温〜200℃の範囲となる。続いて、素子分離のためのマスク材19をCVD法により堆積する(図10(a)、10(b)参照)。 After forming the flat surface, a NiSi 2 film having a thickness of 100 nm is formed on the entire surface by co-sputtering Ni and Si as the control gate electrode 18 at a temperature of room temperature to 100 ° C. Co-sputtering is carried out in a mixed gas atmosphere of Ar and O 2, by adjusting the flow rate ratio of Ar and O 2, a total pressure of about 1mTorr~4.5mTorr, O 2 partial pressure is 10 -4 Pa stand Like that. Further, nickel silicide sputtering may be used instead of co-sputtering. Here, NiSi 2 has been described as an example, but the control gate electrode 18 may be CoSi 2 , and the film formation temperature in this case is in the range of room temperature to 200 ° C. Subsequently, a mask material 19 for element isolation is deposited by the CVD method (see FIGS. 10A and 10B).
この後、レジストマスク(図示せず)を用いたRIE法により、マスク材19、コントロールゲート電極18、電荷ブロック膜14、電荷トラップ膜13、トンネル絶縁膜12を順次エッチング加工して、ワード線に沿った方向のスリット部29を形成する(図11(a)、11(b)参照)。 Thereafter, the mask material 19, the control gate electrode 18, the charge blocking film 14, the charge trapping film 13, and the tunnel insulating film 12 are sequentially etched by RIE using a resist mask (not shown) to form word lines. A slit portion 29 is formed along the direction (see FIGS. 11A and 11B).
最後に、図7(a)、7(b)に示したように、露出面に側壁酸化膜と呼ばれるシリコン酸化膜21をCVD法で形成する。その後、シリコン基板1に対してイオン注入法を用いてソース領域4aおよびドレイン領域4bを形成する。さらに、全面を覆うように層間絶縁膜22をCVD法で形成し、その後は、周知の方法で配線層等を形成して不揮発性半導体記憶装置が完成する。 Finally, as shown in FIGS. 7A and 7B, a silicon oxide film 21 called a sidewall oxide film is formed on the exposed surface by a CVD method. Thereafter, the source region 4a and the drain region 4b are formed on the silicon substrate 1 by using an ion implantation method. Further, the interlayer insulating film 22 is formed by the CVD method so as to cover the entire surface, and thereafter, a wiring layer and the like are formed by a known method to complete the nonvolatile semiconductor memory device.
このようにして形成された本実施形態の不揮発性半導体記憶装置は、コントロールゲート電極として酸素が添加されたNiSi2膜が用いられ、このNiSi2膜はグレイン粒径が10nm程度の微小柱状構造を有しており、添加された酸素は主に粒界に存在することになる。 In the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment formed as described above, a NiSi 2 film to which oxygen is added is used as a control gate electrode, and this NiSi 2 film has a micro-columnar structure with a grain size of about 10 nm. The added oxygen is mainly present at the grain boundaries.
これにより、本実施形態の不揮発性半導体記憶装置は、適切な閾値電圧を有することができる。 Thereby, the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment can have an appropriate threshold voltage.
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態による不揮発性半導体記憶装置を説明する。本実施形態の不揮発性半導体記憶装置は、NAND型不揮発性半導体記憶装置であって、第1実施形態と同様に、図14に示すように複数のメモリセルが直列に接続されたNAND列を備えている。本実施形態においては、各メモリセルはMONOS型のメモリセルであって、その断面構造を図12(a)、12(b)に示す。図12(a)はビット線に平行な方向の断面図、図12(b)はワード線に平行な方向の断面図である。図12(a)と図12(b)とは互いに直交する断面を示している。
(Second Embodiment)
Next, a nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention is described. The nonvolatile semiconductor memory device of the present embodiment is a NAND nonvolatile semiconductor memory device, and includes a NAND string in which a plurality of memory cells are connected in series as shown in FIG. 14 as in the first embodiment. ing. In this embodiment, each memory cell is a MONOS type memory cell, and its cross-sectional structure is shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b). 12A is a cross-sectional view in a direction parallel to the bit line, and FIG. 12B is a cross-sectional view in a direction parallel to the word line. 12A and 12B show cross sections orthogonal to each other.
従来、多結晶シリコンとAl2O3が反応を起こすことが知られている。第1実施形態においては、Al2O3で構成される電荷ブロック膜14上にシリサイドで構成されるコントロールゲート電極18を直接形成しているため、シリサイドから構成されるコントロールゲート電極18中のSiと、Al2O3からなる電荷ブロック膜14が反応を起こす可能性が考えられる。そこで、第2実施形態においては、コントロールゲート電極18と電荷ブロック膜14との間に、例えばSiNからなる反応防止膜17を形成した。これにより、コントロールゲート電極18中のSiと、電荷ブロック膜14中のAl2O3との反応を防止することができる。 Conventionally, it is known that polycrystalline silicon and Al 2 O 3 react. In the first embodiment, since the control gate electrode 18 made of silicide is directly formed on the charge block film 14 made of Al 2 O 3 , the Si in the control gate electrode 18 made of silicide is formed. Then, there is a possibility that the charge blocking film 14 made of Al 2 O 3 reacts. Therefore, in the second embodiment, the reaction preventing film 17 made of, for example, SiN is formed between the control gate electrode 18 and the charge blocking film 14. Thereby, the reaction between Si in the control gate electrode 18 and Al 2 O 3 in the charge blocking film 14 can be prevented.
図12(a)、12(b)に示す本実施形態の不揮発性半導体記憶装置の製造に関しては、基本的には、第1実施形態で説明した図8(a)乃至図11(b)に示すプロセスを適用することで形成することができる。第1実施形態で説明したプロセス法と異なる部分としては、Al2O3からなる電荷ブロック膜14を形成した後、膜厚1nm〜3nmのSiN膜をCVD法などにより形成する。更に、素子分離のためのマスク材15をCVD法により堆積した後は、第1実施形態で説明した製造方法と同様の方法を用いて図12(a)、12(b)に示す不揮発性半導体記憶装置を作製することができる。 Regarding the manufacture of the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment shown in FIGS. 12A and 12B, basically, FIGS. 8A to 11B described in the first embodiment are used. It can be formed by applying the process shown. As a part different from the process method described in the first embodiment, after forming the charge block film 14 made of Al 2 O 3 , a SiN film having a thickness of 1 nm to 3 nm is formed by a CVD method or the like. Further, after the mask material 15 for element isolation is deposited by the CVD method, the nonvolatile semiconductor shown in FIGS. 12A and 12B is used by using a method similar to the manufacturing method described in the first embodiment. A memory device can be manufactured.
本実施形態の不揮発性半導体記憶装置も、第1実施形態と同様に、コントロールゲート電極として酸素が添加されたNiSi2膜が用いられ、このNiSi2膜はグレイン粒径が10nm程度の微小柱状構造を有しており、添加された酸素は主に粒界に存在することになるので、適切な閾値電圧を有することができる。 Similarly to the first embodiment, the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment uses a NiSi 2 film to which oxygen is added as a control gate electrode, and this NiSi 2 film has a micro-columnar structure with a grain size of about 10 nm. Since the added oxygen is mainly present at the grain boundary, it can have an appropriate threshold voltage.
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態による不揮発性半導体記憶装置を説明する。本実施形態の不揮発性半導体記憶装置は、NAND型不揮発性半導体記憶装置であって、第1実施形態と同様に、図14に示すように複数のメモリセルが直列に接続されたNAND列を備えている。本実施形態においては、各メモリセルはフローティングゲート型のメモリセルであって、その断面構造を図13(a)、13(b)に示す。図13(a)はビット線に平行な方向の断面図、図13(b)はワード線に平行な方向の断面図である。図13(a)と図13(b)とは互いに直交する断面を示している。
(Third embodiment)
Next, a non-volatile semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention is described. The nonvolatile semiconductor memory device of the present embodiment is a NAND nonvolatile semiconductor memory device, and includes a NAND string in which a plurality of memory cells are connected in series as shown in FIG. 14 as in the first embodiment. ing. In this embodiment, each memory cell is a floating gate type memory cell, and its cross-sectional structure is shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b). 13A is a cross-sectional view in a direction parallel to the bit line, and FIG. 13B is a cross-sectional view in a direction parallel to the word line. FIG. 13A and FIG. 13B show cross sections orthogonal to each other.
本実施形態に係るフローティングゲート型のメモリセルは、図7(a)および図12(a)に示す第1および第2実施形態に係るMONOS型のメモリセルのゲート10をゲート10Aに置き換えた構成となっている。このゲート10Aは、チャネル領域6上、トンネル絶縁膜12、電荷が蓄積されるフローティングゲート電極(電荷蓄積膜)33、電極間絶縁膜34、コントロールゲート電極18をこの順序で積層した積層構造を有している。 The floating gate type memory cell according to the present embodiment has a configuration in which the gate 10 of the MONOS type memory cell according to the first and second embodiments shown in FIGS. 7A and 12A is replaced with a gate 10A. It has become. This gate 10A has a laminated structure in which a tunnel insulating film 12, a floating gate electrode (charge accumulating film) 33 for accumulating charges, an interelectrode insulating film 34, and a control gate electrode 18 are laminated in this order on the channel region 6. is doing.
本実施形態に係るフローティングゲート型メモリセルを形成する場合には、トンネル絶縁膜12を形成した後、フローティングゲート電極33として、厚さ60nmのn+型ポリシリコンを形成し、さらにマスク材(図示せず)をCVD法により形成する。その後、レジストマスク(図示せず)を用いたRIE法により、マスク材(図示せず)、フローティングゲート電極33、トンネル絶縁膜12を順次、エッチング加工し、さらにシリコン基板1の露出領域をエッチングして、深さ60nmの素子分離溝(図示せず)を形成する。 When forming the floating gate type memory cell according to the present embodiment, after forming the tunnel insulating film 12, an n + type polysilicon having a thickness of 60 nm is formed as the floating gate electrode 33, and a mask material (FIG. (Not shown) is formed by a CVD method. Thereafter, the mask material (not shown), the floating gate electrode 33 and the tunnel insulating film 12 are sequentially etched by RIE using a resist mask (not shown), and the exposed region of the silicon substrate 1 is further etched. Then, an element isolation trench (not shown) having a depth of 60 nm is formed.
次に、全面に素子分離領域27となるシリコン酸化膜を堆積して、上記素子分離溝を完全に埋め込み、その後、表面部分のシリコン酸化膜をCMP法で除去して、表面を平坦化する。このとき、素子分離領域27に用いる材料はシリコン酸化膜に限定されるものではなく、シリコンと酸素を含む絶縁体であれば良く、例えば、シリコン酸窒化膜であっても良い。 Next, a silicon oxide film to be an element isolation region 27 is deposited on the entire surface to completely fill the element isolation groove, and then the surface portion of the silicon oxide film is removed by CMP to planarize the surface. At this time, the material used for the element isolation region 27 is not limited to the silicon oxide film, but may be an insulator containing silicon and oxygen, and may be a silicon oxynitride film, for example.
続いて、露出したマスク材を選択的にエッチング除去し、素子分離領域27の露出表面を希フッ酸溶液でエッチング除去したのち、電極間絶縁膜34、コントロールゲート電極18、マスク材19を堆積する。その後は、第1実施形態で説明したMONOS型半導体記憶装置の製造方法と同様の方法を用いれば、図13(a)、13(b)に示す本実施形態に係るメモリセルを作製することができる。 Subsequently, the exposed mask material is selectively removed by etching, and the exposed surface of the element isolation region 27 is removed by etching with a diluted hydrofluoric acid solution, and then the interelectrode insulating film 34, the control gate electrode 18, and the mask material 19 are deposited. . Thereafter, by using a method similar to the method for manufacturing the MONOS type semiconductor memory device described in the first embodiment, the memory cell according to this embodiment shown in FIGS. 13A and 13B can be manufactured. it can.
本実施形態の不揮発性半導体記憶装置も、第1実施形態と同様に、コントロールゲート電極として酸素が添加されたNiSi2膜が用いられ、このNiSi2膜はグレイン粒径が10nm程度の微小柱状構造を有しており、添加された酸素は主に粒界に存在することになるので、適切な閾値電圧を有することができる。 Similarly to the first embodiment, the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment uses a NiSi 2 film to which oxygen is added as a control gate electrode, and this NiSi 2 film has a micro-columnar structure with a grain size of about 10 nm. Since the added oxygen is mainly present at the grain boundary, it can have an appropriate threshold voltage.
1 シリコン基板
4a ソース領域
4b ドレイン領域
6 チャネル領域
10 MONOS構造のゲート
12 トンネル絶縁膜
13 電荷トラップ膜
14 電荷ブロック膜
15 マスク材
17 反応防止膜
18 コントロールゲート電極
19 マスク材
21 シリコン酸化膜
22 層間絶縁膜
26 素子分離溝
27 素子分離領域
29 スリット部
33 フローティングゲート電極
34 電極間絶縁膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 4a Source region 4b Drain region 6 Channel region 10 MONOS structure gate 12 Tunnel insulating film 13 Charge trap film 14 Charge block film 15 Mask material 17 Reaction prevention film 18 Control gate electrode 19 Mask material 21 Silicon oxide film 22 Interlayer insulation Film 26 Element isolation groove 27 Element isolation region 29 Slit portion 33 Floating gate electrode 34 Interelectrode insulating film
Claims (8)
前記半導体基板に離間して設けられたソース領域およびドレイン領域と、
前記ソース領域と前記ドレイン領域との間のチャネル領域となる前記半導体基板上に設けられた第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜上に設けられた電荷蓄積膜と、
前記電荷蓄積膜上に設けられた第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜上に設けられ、Ni、Co、Pd、Ptのグループから選択されたいずれか一つの元素と、Siと、Oとを含むコントロールゲート電極と、
を備えていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A semiconductor substrate;
A source region and a drain region provided apart from the semiconductor substrate;
A first insulating film provided on the semiconductor substrate to be a channel region between the source region and the drain region;
A charge storage film provided on the first insulating film;
A second insulating film provided on the charge storage film;
A control gate electrode provided on the second insulating film and including any one element selected from the group of Ni, Co, Pd, and Pt, Si, and O;
A non-volatile semiconductor memory device comprising:
前記第2絶縁膜と、前記コントロールゲート電極との間に前記第2絶縁膜と異なる材料の第3絶縁膜が設けられていることを特徴とする請求項3記載の不揮発性半導体記憶装置。 The second insulating film includes Al 2 O 3 ;
4. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 3, wherein a third insulating film made of a material different from that of the second insulating film is provided between the second insulating film and the control gate electrode.
前記第1絶縁膜上に電荷蓄積膜を形成する工程と、
前記電荷蓄積膜上に第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第2絶縁膜上に、Ni、Co、Pd、Ptのグループから選択されたいずれか一つの元素と、Siと、Oとを含むコントロールゲート電極をスパッタリングにより形成する工程と、
を備え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。 Forming a first insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a charge storage film on the first insulating film;
Forming a second insulating film on the charge storage film;
Forming a control gate electrode including any one element selected from the group of Ni, Co, Pd, and Pt, Si, and O on the second insulating film by sputtering;
A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising:
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