JP2010080497A - Non-volatile semiconductor memory device and its manufacturing method - Google Patents
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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およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device in which data is electrically written and erased and has a stacked gate structure, and a method for manufacturing the same.
NAND型フラッシュメモリ装置に代表される不揮発性半導体記憶装置においては、メモリセルトランジスタのゲート電極として採用している膜構成に対して、他のトランジスタでは浮遊ゲート電極や電極間絶縁膜が不要であることから、たとえば特許文献1に示されるように、電極間絶縁膜に開口部を形成して制御ゲート電極と浮遊ゲート電極とを短絡状態とする構成が採用されている。
In a nonvolatile semiconductor memory device typified by a NAND flash memory device, a floating gate electrode or an interelectrode insulating film is not required in other transistors as compared to a film configuration adopted as a gate electrode of a memory cell transistor. Therefore, for example, as disclosed in
一方、設計ルールの微細化が進行するにしたがって、メモリセルトランジスタの制御ゲート電極を連結したワード線の幅寸法が小さくなり、配線抵抗が大きくなるので、より抵抗値の小さい金属シリサイド層を形成する構成が考えられている。金属シリサイド層を形成する場合でも、低抵抗化を実現するために、たとえばニッケル(Ni)などの金属を多結晶シリコンと合金化してシリサイドを形成することが考えられている。 On the other hand, as the design rule becomes finer, the width dimension of the word line connecting the control gate electrodes of the memory cell transistors becomes smaller and the wiring resistance becomes larger, so that a metal silicide layer having a smaller resistance value is formed. Configuration is considered. Even in the case of forming a metal silicide layer, in order to reduce the resistance, it is considered to form a silicide by alloying a metal such as nickel (Ni) with polycrystalline silicon.
ところが、前述の特許文献1に示される構成を採用しながら、ゲート電極を積層形成した後にシリサイド化処理をする場合に、シリサイド化の進行の制御が難しくなる。メモリセルトランジスタのように、電極間絶縁膜によりシリサイド化反応の進行を抑制する部分がある場合には、シリサイド反応が電極間絶縁膜に達するのは素子の特性として問題が発生していないが、メモリセルトランジスタ以外のトランジスタでは、電極間絶縁膜に開口部を形成しているので、その開口部を介して下層の浮遊ゲート電極となる多結晶シリコン膜にシリサイド反応が進行する。浮遊ゲート電極の中間部位でシリサイド反応が確実に停止させることができれば問題ないが、ストッパなどの構成要素が存在しないため、場合によってはゲート絶縁膜まで達することが予想される。このため、ゲート酸化膜の信頼性劣化や、選択ゲートトランジスタの閾値変動などの悪影響が発生するなどの素子の特性に悪影響が発生することが考えられる。
本発明の目的は、ゲート電極のシリサイド膜を後工程で形成する場合でもシリサイド化の進行を適切に制御することができるようにし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にある。 An object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device and a method for manufacturing the same, which can appropriately control the progress of silicidation even when a silicide film of a gate electrode is formed in a later step.
本発明の不揮発性半導体記憶装置の一態様は、半導体基板と、前記半導体基板の上面に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成された浮遊ゲート電極部、前記浮遊ゲート電極部上に形成された第1の電極間絶縁膜、前記電極間絶縁膜に形成された制御ゲート電極部からなる第1のゲート電極と、前記第1のゲート電極に隣接して設けられ、前記ゲート絶縁膜上に形成され前記浮遊ゲート電極部の膜厚と同じ膜厚を有する下部電極部、前記下部電極部上に形成され前記第1の電極間絶縁膜の膜厚と同じ膜厚を有し第1の開口部が形成された第2の電極間絶縁膜、前記第2の電極間絶縁膜上に形成され前記制御ゲート電極部の膜厚と同じ膜厚を有し前記第1の開口を介して前記下部電極部と接続された中間電極部と、前記中間電極部上に形成され前記第1の開口部に対応する第2の開口部が形成された第3の電極間絶縁膜と、前記第3の電極間絶縁膜上に形成され前記第2の開口部を介して前記中間電極部に接続された上部電極部とからなる第2のゲート電極とを備え、前記制御ゲート電極部、前記上部電極部、前記中間電極部の前記第1の開口部と前記第2の開口部との間に位置する部分はシリサイド膜により構成されたところに特徴を有する。 One aspect of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention includes a semiconductor substrate, a gate insulating film formed on an upper surface of the semiconductor substrate, a floating gate electrode portion formed on the gate insulating film, and the floating gate electrode portion. A first gate electrode formed on the first inter-electrode insulating film, a control gate electrode portion formed on the inter-electrode insulating film, and adjacent to the first gate electrode; A lower electrode part formed on the insulating film and having the same film thickness as the floating gate electrode part, and having a film thickness equal to the film thickness of the first inter-electrode insulating film formed on the lower electrode part A second inter-electrode insulating film in which a first opening is formed, and the first opening is formed on the second inter-electrode insulating film and has the same film thickness as the control gate electrode part. An intermediate electrode part connected to the lower electrode part via the intermediate electrode part A third interelectrode insulating film formed thereon and having a second opening corresponding to the first opening, and the second opening formed on the third interelectrode insulating film. A second gate electrode including an upper electrode portion connected to the intermediate electrode portion, and the control gate electrode portion, the upper electrode portion, the first opening portion of the intermediate electrode portion, and the second gate electrode The portion located between the two openings is characterized by being formed of a silicide film.
また、本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法の一態様は、メモリセルトランジスタおよび選択ゲートトランジスタを有する不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、半導体基板の上面にゲート絶縁膜、第1の多結晶シリコン膜、加工用絶縁膜を順次形成する工程と、前記加工用絶縁膜を所定パターンにパターニングし、パターニングされた前記加工用絶縁膜をマスクに、前記第1の多結晶シリコン膜、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、第1の溝部を形成する工程と、前記第1の溝部に絶縁膜を埋め込み、上端の高さが前記第1の多結晶シリコン膜の上面の高さより低くかつ前記半導体基板の表面の高さより高い素子分離絶縁膜を形成する工程と、前記加工用絶縁膜を除去した後に、前記第1の多結晶シリコン膜および前記素子分離絶縁膜の上面に電極間絶縁膜、第2の多結晶シリコン膜およびシリコン酸化膜を順次形成する工程と、前記選択ゲートトランジスタのゲート電極形成領域に、前記シリコン酸化膜、第2の多結晶シリコン膜、前記電極間絶縁膜および前記第1の多結晶シリコン膜の一部にわたる第2の溝部を形成する工程と、前記シリコン酸化膜の上面および前記第2の溝部を埋めるように第3の多結晶シリコン膜を形成する工程と、前記第3の多結晶シリコン膜、前記シリコン酸化膜、前記第2の多結晶シリコン膜、前記電極間絶縁膜および前記第1の多結晶シリコン膜を加工して前記メモリセルトランジスタのゲート電極形成領域に第1のゲート電極を形成すると共に前記選択ゲートトランジスタのゲート電極形成領域に第2のゲート電極を形成する工程と、前記第1および第2のゲート電極の間に層間絶縁膜を埋め込み形成する工程と、前記第1のゲート電極の前記第3の多結晶シリコン膜および前記シリコン酸化膜を除去し、前記第1のゲート電極の前記第2の多結晶シリコン膜の上面を露出させる工程と、前記第1のゲート電極の前記第2の多結晶シリコン膜をシリサイド化すると共に、前記第2のゲート電極の前記電極間絶縁膜上および前記第2の溝部内の前記第3の多結晶シリコン膜をシリサイド化する工程とを順次実行するところに特徴を有する。 Another embodiment of the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention is a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device having a memory cell transistor and a select gate transistor, wherein a gate insulating film is formed on the upper surface of the semiconductor substrate, and the first Sequentially forming the polycrystalline silicon film and the processing insulating film, patterning the processing insulating film into a predetermined pattern, and using the patterned processing insulating film as a mask, the first polycrystalline silicon film, Etching the gate insulating film and the semiconductor substrate to form a first groove; and embedding the insulating film in the first groove; the height of the upper end is the height of the upper surface of the first polycrystalline silicon film; Forming an element isolation insulating film lower than the height and higher than the height of the surface of the semiconductor substrate; and after removing the processing insulating film, the first polycrystalline silicon A step of sequentially forming an interelectrode insulating film, a second polycrystalline silicon film and a silicon oxide film on the upper surface of the film and the element isolation insulating film; and a step of forming the silicon oxide film, Forming a second trench over a portion of the polycrystalline silicon film, the interelectrode insulating film, and the first polycrystalline silicon film, and filling the upper surface of the silicon oxide film and the second trench. Forming a third polycrystalline silicon film, and the third polycrystalline silicon film, the silicon oxide film, the second polycrystalline silicon film, the interelectrode insulating film, and the first polycrystalline silicon film. The film is processed to form a first gate electrode in the gate electrode formation region of the memory cell transistor and a second gate electrode in the gate electrode formation region of the selection gate transistor. Forming a first electrode, embedding and forming an interlayer insulating film between the first and second gate electrodes, the third polycrystalline silicon film and the silicon oxide film of the first gate electrode And exposing the upper surface of the second polycrystalline silicon film of the first gate electrode, siliciding the second polycrystalline silicon film of the first gate electrode, and And a step of silicidizing the third polycrystalline silicon film on the inter-electrode insulating film of the second gate electrode and in the second groove portion.
本発明によれば、ゲート電極のシリサイド膜を後工程で形成する場合でもシリサイド化の進行を適切に制御することができる。 According to the present invention, the progress of silicidation can be appropriately controlled even when the silicide film of the gate electrode is formed in a later step.
(第1の実施形態)
以下、本発明の不揮発性半導体記憶装置を、積層ゲート構造を備えた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ないし図13を参照しながら説明する。なお、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。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention is applied to a NAND flash memory device having a stacked gate structure will be described with reference to FIGS. 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.
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。
図1において、メモリセル領域のメモリセルアレイは、複数のNANDセルユニットSuを並べた構成とされている。NANDセルユニットSuは、2個の選択ゲートトランジスタTrs1およびTrs2と、選択ゲートトランジスタTrs1およびTrs2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。また、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(図3の符号1a参照)を共用して形成されている。
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.
In FIG. 1, the memory cell array in the memory cell region has a configuration in which a plurality of NAND cell units Su are arranged. The NAND cell unit Su includes two select gate transistors Trs1 and Trs2, and a plurality of select gate transistors Trs1 and Trs2 connected in series (for example, 8: n to the power of 2 (n is a positive number)). Memory cell transistor Trm. In the NAND cell unit Su, a plurality of memory cell transistors Trm are formed by sharing adjacent source / drain regions (see reference numeral 1a in FIG. 3).
図1中、X方向(ワード線方向、第2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で共通接続されている。同様に、図1中X方向に配列された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。 In FIG. 1, the memory cell transistors Trm arranged in the X direction (corresponding to the word line direction and the second direction) are commonly connected by a word line WL. Further, the select gate transistors Trs1 arranged in the X direction in FIG. 1 are commonly connected by a select gate line SGL1. Similarly, the select gate transistors Trs2 arranged in the X direction in FIG. 1 are commonly connected by a select gate line SGL2.
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(ビット線方向、第1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。 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 a Y direction (bit line direction, corresponding to the first 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す平面図であり、図2(b)は周辺回路領域のトランジスタのレイアウトパターンを示す平面図である。まず、図2(a)において、半導体基板としてのシリコン基板1に、STI(shallow trench isolation)構造により形成された素子分離絶縁膜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(素子形成領域)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。
2A is a plan view showing a layout pattern of a part of the memory cell region, and FIG. 2B is a plan view showing a layout pattern of transistors in the peripheral circuit region. First, in FIG. 2A, a plurality of element
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。
A selection gate line SGL1 of a pair of selection gate transistors is formed along the X direction in FIG. Bit line contacts CB are formed in the
図3(a)は、図2中切断線A−Aで示す部分の断面図で、メモリセル領域におけるメモリセルトランジスタの活性領域3のワード線WLの形成方向(図2中Y方向)に沿った断面図である。図3(b)は、図2中切断線B−Bで示す部分の断面図で、選択ゲートトランジスタのゲート電極の形成方向に沿った断面図である。図3(c)は、図2中切断線C−Cで示す部分の断面図で、メモリセルトランジスタのゲート電極の形成方向に沿った断面図である。
FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the section line AA in FIG. 2, along the direction in which the word line WL is formed in the
図3(a)において、シリコン基板1の表層部には、前述のように素子分離絶縁膜2により素子形成領域である複数の活性領域3が分離形成されている。この活性領域3の上面にはゲート絶縁膜4が形成され、その上に第1のゲート電極であるメモリセルトランジスタのゲート電極MGおよび選択ゲートトランジスタのゲート電極SGが所定間隔を存して形成されている。
3A, in the surface layer portion of the
ゲート電極MGは、下から浮遊ゲート電極膜として多結晶シリコン膜から構成される浮遊ゲート電極部51、電極間絶縁膜6、制御ゲート電極膜としてシリサイド膜から構成される制御ゲート電極部71が積層された構成である。なお、制御ゲート電極部71を構成するシリサイド膜は、多結晶シリコン膜を金属膜と合金化反応(シリサイド化)させて形成されたものである。
The gate electrode MG has a floating
ゲート電極SGは、ゲート絶縁膜4上に形成された下部電極部5、下部電極部上に形成された電極間絶縁膜6、電極間絶縁膜6上に形成された中間電極部7、中間電極部7上に形成された電極願絶縁膜8、電極間絶縁膜8上に形成された上部電極部9から構成されている。下部電極部5は、多結晶シリコン膜5aおよびシリサイド膜5bから構成されている。電極間絶縁膜6はONO(oxide-nitride-oxide)膜により構成されている。中間電極部7は多結晶シリコン膜7aおよびシリサイド膜7bにより構成されている。電極間絶縁膜8はシリコン酸化膜により構成されている。上部電極部9はシリサイド膜9により構成されている。ゲート電極SGの中央部にはワード線WL方向に沿って溝部Vが形成されることにより、電極間絶縁膜6の中央部に開口部6aが、電極間絶縁膜8の中央に開口部6aに対応して開口部8aが形成ている。
The gate electrode SG includes a
下部電極部5のシリサイド膜5bは開口部6aにに接する部分に所定膜厚で形成されている。シリサイド膜5bは、ゲート絶縁膜4に達する膜厚に形成されると電気的特性上で好ましくないが、ゲート絶縁膜4に達しない範囲の膜厚であれば膜厚は特に限定されることはない。なお、下部電極部5はシリサイド膜5bが形成されていない構成としても良い。
The
中間電極部7のシリサイド膜7bは開口部6aと開口部8aの間の領域に形成されている。シリサイド膜7bは、電極間絶縁膜6側の底面の幅寸法より電極間絶縁膜8側の上面の幅寸法が大きくなるよう形成されている。すなわち、シリサイド膜7bは電極間絶縁膜6に近い下部では狭い幅に形成され上方に向かうにしたがって徐々に広がり、電極間絶縁膜8と接する部分が最も広い幅になるように形成されている。このシリサイド膜7bの形状については、説明した図示の形状に限らず、製造工程上でシリサイド化されるもので、シリサイド化される膜厚や形状は問わないし、中間電極部7がすべてシリサイド膜7bとして形成されても良い。
The
ゲート電極SGを構成する上部電極部9の上面のシリコン基板1の表面に対する高さはゲート電極MGを構成する制御ゲート電極部7の上面の高さよりも高くなるように形成されている。すなわち、ゲート電極SGの方が、ゲート電極MGに比べて電極間絶縁膜8および上部電極部9が積層されている分だけ高くなっている。
The height of the upper surface of the
ゲート電極MGとゲート電極SGの間にはシリコン酸化膜などからなる層間絶縁膜10が埋め込み形成されている。図示の状態では、加工の途中段階で示す関係で層間絶縁膜10の上面の高さは、ゲート電極SGの上部電極部9の上面より低くかつ下面より高く、またゲート電極MGの制御ゲート電極部71の上面の高さよりも高くなるように形成されている。
An interlayer insulating
次に、図3(b)、(c)において、シリコン基板1は、表層部に複数のトレンチが形成されこのトレンチ内にシリコン酸化膜などからなる素子分離絶縁膜2が埋め込み形成されている。この素子分離絶縁膜2により前述した活性領域3が分離形成されている。各活性領域3の上面にはゲート絶縁膜4が形成され、その上面にゲート電極SGの下部電極部5、ゲート電極MGの浮遊ゲート電極部51が形成されている。
Next, in FIGS. 3B and 3C, the
図3(b)に示すように、ゲート電極SGの部分では、下部電極部5は素子分離絶縁膜2の高さと同程度に形成され、上部がシリサイド膜5bとされている。電極間絶縁膜6は、素子分離絶縁膜2の上面のみに形成され、活性領域3部分で分断された状態である。これらシリサイド膜5bおよび電極間絶縁膜6の上面にシリサイド膜からなる上部電極部9が積層形成されている。
As shown in FIG. 3B, in the gate electrode SG portion, the
なお、上記の構成は、製造工程の途中段階で示したものであり、実際には、この後、コンタクト形成工程、層間配線工程などの各種工程を経てウエハ工程が終了し、チップに切断してNAND型フラッシュメモリ装置が形成される。 The above configuration is shown in the middle of the manufacturing process. Actually, after this, the wafer process is completed through various processes such as a contact formation process and an interlayer wiring process, and then cut into chips. A NAND flash memory device is formed.
次に、上記構成を製造する場合の製造工程について図4〜図13も参照して概略的に説明する。なお、図4〜図13の各分図(a)〜(c)は、図3(a)〜(c)と同じ部分を示している。 Next, a manufacturing process for manufacturing the above configuration will be schematically described with reference to FIGS. Each of FIGS. 4A to 13C (a) to (c) shows the same part as FIGS. 3A to 3C.
まず、図4に示すように、シリコン基板1の上面に熱酸化技術を用いて膜厚10nm程度のゲート絶縁膜4を形成する。次に、減圧CVD(chemical vapor deposition)法を用いて膜厚70〜80nmで不純物としてリン(P)を添加した多結晶シリコン膜5aを堆積する。多結晶シリコン膜5aはゲート電極MGの浮遊ゲート電極部、ゲート電極SGの下部電極部として形成されるものである。続いて、同じく減圧CVD法により膜厚70nm程度の加工用のシリコン窒化膜11を積層形成する。
First, as shown in FIG. 4, a
次に、図5に示すように、シリコン基板1にトレンチ1aを形成する。まず、リソグラフィ技術にてフォトレジスト(図示せず)を所望のパターンに加工する。フォトレジストをマスクとして、RIE(reactive ion etching)法により、シリコン窒化膜11、多結晶シリコン膜5a、ゲート絶縁膜4をエッチングして除去すると共に、シリコン基板1をエッチングしてトレンチ1aを形成する。続いて、アッシング技術をもちいてフォトレジストを除去し、図示のようにシリコン基板1の表層部を分離して素子形成領域すなわち活性領域3を形成する。
Next, as shown in FIG. 5, a trench 1 a is formed in the
続いて、図6に示すように、素子分離絶縁膜2を形成する。まず、酸素雰囲気中で熱処理を行なってトレンチ1aの内壁面に薄い熱酸化膜を形成し、その後HDP(high density plasma)法などにより素子分離絶縁膜2としてのシリコン酸化膜などをトレンチ1a内に埋め込むように堆積する。次に、CMP(chemical mechanical polishing)法を用いて、シリコン窒化膜11をストッパとして研磨する。これにより、シリコン窒化膜11の上面より上に形成された素子分離絶縁膜2を除去して、トレンチ1a内のみに素子分離絶縁膜2を埋め込んで平坦化した図6に示した構成を得る。
Subsequently, as shown in FIG. 6, an element
次に、図7に示すように、素子分離絶縁膜2の高さを低く加工すると共に、加工用シリコン窒化膜11を除去する。ここでは、RIE法によりシリコン酸化膜をエッチングする条件で素子分離絶縁膜2をエッチングしてその高さを多結晶シリコン膜5aの側面の中位程度まで落とし込む。さらに、シリコン窒化膜11をウェット処理などによりエッチングして除去する。素子分離絶縁膜2の上面を落とし込むのは、ゲート電極MGの構成において浮遊ゲート電極膜となる多結晶シリコン膜5aと電極間絶縁膜6とが接触する面積を大きくするためである。
Next, as shown in FIG. 7, the element
続いて、図8に示すように、上記構成の上面に電極間絶縁膜6、多結晶シリコン膜7a、シリコン酸化膜8を順次積層形成する。電極間絶縁膜6は、減圧CVD法により、例えばONO(oxide-nitride-oxide)膜やNONON(nitride-oxide-nitride-oxide-nitride)膜や高誘電体膜(high-k)などの材料を堆積させて形成する。多結晶シリコン膜7aは、同じく減圧CVD法により、膜厚40nm程度で、不純物としてリン(P)を添加したものとして形成する。多結晶シリコン膜7aの堆積後に、酸化性雰囲気にて熱処理を行い、多結晶シリコン膜7aを熱酸化して膜厚5nm程度の薄いシリコン酸化膜8を形成している。
Subsequently, as shown in FIG. 8, an interelectrode
次に、図9に示すように、ゲート電極SGの形成領域に溝部Vを形成する。リソグラフィ処理により電極間絶縁膜6に形成するスリット状の短絡用開口部6aの形成位置に対応してフォトレジストをパターンニングする。このフォトレジストをマスクとしてRIE法によりシリコン酸化膜8、多結晶シリコン膜7a、電極間絶縁膜6をスリット状にエッチングすると共に、多結晶シリコン膜5aを所定深さまでエッチングして溝部Vを形成する。この後、アッシング処理によりフォトレジストを除去する。これにより、図9(b)に示したように、溝部Vを形成した部分の断面としては、多結晶シリコン膜5aが所定深さまでエッチングされて、多結晶シリコン膜5aの上面の高さが素子分離絶縁膜2の上に形成された電極間絶縁膜6の上面とほぼ同じ程度まで落とし込まれた状態となる。また、電極間絶縁膜6にスリット状の短絡用開口部6aが、シリコン酸化膜8にスリット状の短絡用開口部8aが形成される。
Next, as shown in FIG. 9, a trench V is formed in the formation region of the gate electrode SG. The photoresist is patterned corresponding to the formation position of the slit-like
次に、図10に示すように、多結晶シリコン膜9aおよび加工用のシリコン窒化膜12を積層形成する。多結晶シリコン膜9aは、減圧CVD法により所定膜厚で不純物としてリン(P)を添加した膜として形成する。これにより、短絡用開口部8aを介してゲート電極SGの形成領域に形成された溝部V内に多結晶シリコン膜9aが埋め込み形成された状態となる。この後、減圧CVD法によりシリコン窒化膜12を所定膜厚で形成する。
Next, as shown in FIG. 10, a
続いて、図11に示すように、第1のゲート電極であるゲート電極MGおよび第2のゲート電極であるゲート電極SGを分離形成する。まず、リソグラフィ処理により、フォトレジストをゲート電極のパターンに加工する。次に、フォトレジストをマスクとしてRIE法により、シリコン窒化膜12、多結晶シリコン膜9a、シリコン酸化膜8、多結晶シリコン膜7a、電極間絶縁膜6、多結晶シリコン膜5aをエッチング加工する。この後、アッシング技術を用いてフォトレジストを除去してゲート電極MG、SGを形成する。この場合、ゲート電極SG側においては、前述した電極間絶縁膜6の短絡用開口部6aおよびシリコン酸化膜8の短絡用開口部8aが残るようにパターンニングされている。
Subsequently, as shown in FIG. 11, the gate electrode MG as the first gate electrode and the gate electrode SG as the second gate electrode are separately formed. First, a photoresist is processed into a gate electrode pattern by lithography. Next, the
次に、図12に示すように、ゲート電極MG−SG間や、MG−MG間、SG−SG間などの図示していないゲート電極間に層間絶縁膜10を埋め込むように堆積する。続いて、シリコン窒化膜12を除去するとともに、層間絶縁膜10の上層の一部をRIE法などのイオンエッチング法を用いて除去し、多結晶シリコン膜9aの上面および側面の一部を露出させる。この後、リソグラフィ処理により、フォトレジスト13をパターンニングしてワード線WLつまりゲート電極MGの多結晶シリコン膜9aの部分以外を覆うようにする。
Next, as shown in FIG. 12, the
次に、図13に示すように、RIE法を用いてフォトレジスト13をマスクとしてワード線WLに対応するメモリセルトランジスタのゲート電極MGの上部に形成されていた多結晶シリコン膜9aをエッチングし、フォトレジスト13をアッシング処理により除去する。このとき、ゲート電極MGの多結晶シリコン膜7aと9aとの間に形成されたシリコン酸化膜8が多結晶シリコン膜9aをエッチングする際のストッパとして機能する。
Next, as shown in FIG. 13, the
この後、図3に示したように、ゲート電極MGの多結晶シリコン膜9aをシリサイド膜9bにシリサイド化すると共に、ゲート電極SGの多結晶シリコン膜9a、7a、5aの一部をシリサイド膜9b、7b、5bにシリサイド化する。すなわち、まずゲート電極MGの上面に残っているシリコン酸化膜8を除去する。このとき、ゲート電極MGおよびSGのそれぞれの上面に露出している多結晶シリコン膜7a、9aの表面は自然酸化膜などが除去されるように表面処理がなされる。
Thereafter, as shown in FIG. 3, the
この後、スパッタ法を用いてシリサイド膜9b、7b、5bを形成するための金属材たとえばニッケル(Ni)、コバルト(Co)などの金属膜を成膜する。続いて、熱処理を行うことで金属膜と多結晶シリコン膜9a、7a、5aを反応させて低抵抗なシリサイド膜9b、7b、5bを形成する。このとき、熱処理によるシリサイド化を行う場合の温度および時間は、たとえばゲート電極MGの多結晶シリコン膜7aの全体がシリサイド膜7bとなる程度に制御され、過剰なシリサイド反応が起こらないようにしている。
Thereafter, a metal material such as nickel (Ni) or cobalt (Co) for forming the
これにより、ゲート電極MG側においては、金属膜と接触している多結晶シリコン膜7aは、シリサイド反応が進行してシリサイド膜7bとなるが、その進行は電極間絶縁膜6の上面で停止する。したがって、図3(c)にも示しているように、多結晶シリコン膜7aは、浮遊ゲート電極膜となる多結晶シリコン膜5aおよび素子分離絶縁膜2の段差に沿う形状にシリサイド化される。
Thereby, on the gate electrode MG side, the
一方、ゲート電極SGにおいては、金属膜と接触している多結晶シリコン膜9aは、シリサイド反応が進行してシリサイド膜9bとなり、さらに、シリコン酸化膜8の開口部分を介して下層側の溝部V内に形成されている多結晶シリコン膜9aを通じて多結晶シリコン膜7aに進行していく。ゲート電極SGは、構成上ゲート電極MGと異なり、ストッパとなる電極間絶縁膜6に短絡用開口部6aが形成されているため、この短絡用開口部6aを介してさらに下層の多結晶シリコン膜5aもシリサイド化されてシリサイド膜5bが形成される。この場合、多結晶シリコン膜9a、7a、5aは同じ材料で形成されているが、成膜時が異なるため自然酸化膜が境界部分に形成されるなどで、同じ膜内のシリサイド反応の進行に比べてややシリサイド反応の進行が遅くなることが予想される。
On the other hand, in the gate electrode SG, the
ゲート電極MGの高さに比べてゲート電極SGの高さは電極間絶縁膜8および多結晶シリコン膜9aの膜厚の分だけ高く形成されており、しかも、ゲート電極MG側の多結晶シリコン膜7aがシリサイド化される程度で熱処理が終了するので、ゲート電極SGにおけるシリサイド反応の進行は、電極間絶縁膜6の短絡用開口部6aを介して多結晶シリコン膜5aのシリサイド化を進行させたとしても、その途中でシリサイド反応が終了し、ゲート絶縁膜4までシリサイド反応が進行するのを抑制できる。したがって、ゲート電極SGにおける多結晶シリコン膜7aおよび5aのシリサイド化の進行は、溝部Vに接する部分から一定量シリサイド反応が進行して停止する。また、溝部V内の多結晶シリコン膜9aのシリサイド化は、シリコン酸化膜8の開口部8aから多結晶シリコン膜5a側に向かって進行するので、溝部V内の多結晶シリコン膜9aに接する多結晶シリコン膜7aにおいては、シリコン酸化膜8側のシリサイド化の進行が電極間絶縁膜6側のシリサイド化の進行に比べて進む。したがって、シリサイド膜7bは、電極間絶縁膜6と接する底面の幅寸法よりシリコン酸化膜8に接する上面の幅寸法が大きくなり、シリサイド膜7bは電極間絶縁膜6に近い下部では狭い幅に形成され上方に向かうにしたがって徐々に広がり、シリコン酸化膜8と接する部分が最も広い幅になるように形成されている。これによって、図3(a)に示しているようなシリサイド膜7b、5bが形成される。
The height of the gate electrode SG is higher than the height of the gate electrode MG by the film thickness of the interelectrode
この後、コンタクト形成工程、層間配線工程などの各種工程を経てウエハ工程が終了し、チップに切断してNAND型フラッシュメモリ装置が形成される。なお、上記の説明においては、メモリセルトランジスタや選択ゲートトランジスタについてソース/ドレイン領域となる不純物拡散領域などの形成工程については説明および図示を省略しているが、実際にはこれらの工程についても適宜のタイミングで実施されている。 Thereafter, the wafer process is completed through various processes such as a contact formation process and an interlayer wiring process, and the NAND flash memory device is formed by cutting into chips. In the above description, the description and illustration of the formation process of the impurity diffusion region, which becomes the source / drain region, is omitted for the memory cell transistor and the select gate transistor. It is carried out at the timing.
このような第1の実施形態によれば、メモリセルトランジスタのゲート電極MG以外のトランジスタである選択ゲートトランジスタのゲート電極SGについて、相対的に制御ゲート電極膜となる多結晶シリコン膜の高さを高くした構成としているので、制御ゲート電極となる多結晶シリコン膜の上部をシリサイド化する際に、シリサイド反応の進行が短絡用開口部6aを介して浮遊ゲート電極膜である多結晶シリコン膜5aに進行する場合でも、ゲート絶縁膜4に達するのを抑制できる。
According to such a first embodiment, the gate electrode SG of the selection gate transistor, which is a transistor other than the gate electrode MG of the memory cell transistor, has a relatively high height of the polycrystalline silicon film serving as the control gate electrode film. Since the height is increased, when the upper portion of the polycrystalline silicon film serving as the control gate electrode is silicided, the progress of the silicidation reaction is transferred to the
これにより、メモリセルトランジスタのゲート電極MGにおいて、多結晶シリコン膜7aを確実にシリサイド膜7bとして形成することでワード線WLの抵抗を低減できると共に、他のトランジスタのゲート電極SGなどにおいてはシリサイド反応を過剰に進行させることのない安定した加工プロセスとすることができる。
Thereby, the resistance of the word line WL can be reduced by reliably forming the
また、ゲート電極MGの多結晶シリコン膜9aをエッチングする際に、多結晶シリコン膜7aとの間にシリコン酸化膜8をエッチングストッパ用の膜として形成しているので、確実に多結晶シリコン膜9aのみをエッチングし、且つ多結晶シリコン膜7aをエッチングしない状態として残すことができる。
Further, when the
(第2の実施形態)
図14〜図17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。
図14は、第1の実施形態における図3と同等の状態における構成図である。この図14において、第1の実施形態と異なるところは、層間絶縁膜10の上面の高さがメモリセルトランジスタのゲート電極MG側部分で低く形成された段差部10aを有するところである。これにより、ゲート電極MGの上部のシリサイド膜からなる制御ゲート電極部71は、上面が露出した状態であると共に、上面から少し下がった位置まで側面が露出した状態に形成されている。
なお、この状態では、製造工程の途中段階であるから、NAND型フラッシュメモリ装置が形成された状態においては、上記した段差部分10aが解消された構成となる場合もある。
(Second Embodiment)
FIGS. 14 to 17 show a second embodiment of the present invention. Hereinafter, parts different from the first embodiment will be described.
FIG. 14 is a configuration diagram in a state equivalent to FIG. 3 in the first embodiment. In FIG. 14, the difference from the first embodiment is that it has a
Since this state is an intermediate stage of the manufacturing process, there may be a configuration in which the stepped
次に、上記構成の製造工程について、第1の実施形態と異なる部分について図14〜図17も参照して説明する。
図15は、第1の実施形態における図11に示した製造工程の図に続く工程を示すものであり、したがって図11に示した工程までは第1の実施形態と同様である。図15に示すように、ゲート電極MG−SG間や、MG−MG間、SG−SG間などの図示していないゲート電極間に層間絶縁膜10を埋め込むように堆積させる。続いて、CMP法によりシリコン窒化膜12をストッパとして研磨し、余分な層間絶縁膜10を除去してゲート電極MG、SGの間のみに層間絶縁膜10が埋め込まれた状態とする。この後、リソグラフィ処理により、フォトレジスト14をパターンニングしてワード線WLつまりゲート電極MGの部分以外を覆うようにする。
Next, regarding the manufacturing process having the above-described configuration, parts different from those of the first embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 15 illustrates a process following the manufacturing process illustrated in FIG. 11 in the first embodiment, and therefore, the processes up to the process illustrated in FIG. 11 are the same as those in the first embodiment. As shown in FIG. 15, the
次に、図16に示すように、RIE法によりフォトレジスト14をマスクとしてエッチングを行う。このエッチングでは、ワード線WLつまりメモリセルトランジスタのシリコン窒化膜12が除去されて多結晶シリコン膜9aの上面が露出されると共に、フォトレジスト14のパターンで露出している部分のシリコン酸化膜である層間絶縁膜10の一部もエッチングされて段差10aが形成される。続いて、RIE法によりシリコン酸化膜8をストッパとして多結晶シリコン膜9aをエッチングして除去し、シリコン酸化膜8の上面を露出させる。この後、フォトレジスト14をアッシング処理により除去する。
Next, as shown in FIG. 16, etching is performed by the RIE method using the
続いて、図17に示すように、RIE法により、ワード線WL以外つまり他のトランジスタのゲート電極SGの上面に形成されているシリコン窒化膜12をエッチングして除去し、多結晶シリコン膜9aの上面部を露出させる。また、このエッチングでは、同時にゲート電極MGの上面に露出していたシリコン酸化膜8が除去されると共に、層間絶縁膜10もエッチングにより上面の高さが低くなる。たとえば、図示のように、層間絶縁膜10の上面高さは、ゲート電極SG側においては、多結晶シリコン膜9aの上面よりも少し下がった位置となり、ゲート電極MG側においては、多結晶シリコン膜7aの上面よりも少し下がった位置となる。
Subsequently, as shown in FIG. 17, the
この後、図14に示したように、ゲート電極MGの多結晶シリコン膜9をシリサイド膜9aにシリサイド化すると共に、ゲート電極SGの多結晶シリコン膜9a、7a、5aの一部をシリサイド膜9、7b、5bにシリサイド化する。この処理工程は第1の実施形態とほぼ同じである。
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効果を得ることができるものである。
Thereafter, as shown in FIG. 14, the
The effect similar to 1st Embodiment can be acquired also by such 2nd 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。
上記実施形態においては、選択ゲートトランジスタのゲート電極SGを例にとって説明したが、周辺回路のトランジスタなどの他のトランジスタが存在する場合にも適用できる。
上記実施形態においては、多結晶シリコン膜7aの膜厚を80nmとした場合で示したが、必ずしも80nmに限らず、これよりも厚く形成しても良いし、薄く形成しても良い。
多結晶シリコン膜7a上に形成するシリコン酸化膜8については、必ずしも酸化雰囲気での熱処理による熱酸化膜に限定されるものではなく、減圧CVD法を用いて堆積することで形成する方法を採用することもできる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified or expanded as follows.
In the above embodiment, the gate electrode SG of the selection gate transistor has been described as an example. However, the present invention can also be applied to the case where other transistors such as a peripheral circuit transistor exist.
In the above-described embodiment, the
The
また、シリコン酸化膜8は、ゲート電極MG側の多結晶シリコン膜9aをエッチングする際にストッパとして必要であるが、ゲート電極の加工での難易性つまり制御ゲート電極膜としての多結晶シリコン膜7aと9aとの間にシリコン酸化膜8が存在する構成であることを考慮すると、その膜厚は2nm以上で且つ5nm以下の範囲で形成することが好ましい。
Further, the
図面中、1はシリコン基板(半導体基板)、2は素子分離絶縁膜、3は活性領域(素子形成領域)、4はゲート絶縁膜、5は下部電極部、6は電極間絶縁膜、7は中間電極部、8はシリコン酸化膜、9は上部電極部、5a、7a、9aは多結晶シリコン膜、5b、7b、9bはシリサイド膜、51は浮遊ゲート電極部、71は制御ゲート電極部、MGはメモリセルトランジスタのゲート電極、SGは選択ゲートトランジスタのゲート電極である。 In the drawings, 1 is a silicon substrate (semiconductor substrate), 2 is an element isolation insulating film, 3 is an active region (element forming region), 4 is a gate insulating film, 5 is a lower electrode portion, 6 is an interelectrode insulating film, and 7 is an interelectrode insulating film. Intermediate electrode portion, 8 is a silicon oxide film, 9 is an upper electrode portion, 5a, 7a and 9a are polycrystalline silicon films, 5b, 7b and 9b are silicide films, 51 is a floating gate electrode portion, 71 is a control gate electrode portion, MG is a gate electrode of the memory cell transistor, and SG is a gate electrode of the selection gate transistor.
Claims (5)
前記半導体基板の上面に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された浮遊ゲート電極部、前記浮遊ゲート電極部上に形成された第1の電極間絶縁膜、前記電極間絶縁膜に形成された制御ゲート電極部からなる第1のゲート電極と、
前記第1のゲート電極に隣接して設けられ、前記ゲート絶縁膜上に形成され前記浮遊ゲート電極部の膜厚と同じ膜厚を有する下部電極部、前記下部電極部上に形成され前記第1の電極間絶縁膜の膜厚と同じ膜厚を有し第1の開口部が形成された第2の電極間絶縁膜、前記第2の電極間絶縁膜上に形成され前記制御ゲート電極部の膜厚と同じ膜厚を有し前記第1の開口を介して前記下部電極部と接続された中間電極部と、前記中間電極部上に形成され前記第1の開口部に対応する第2の開口部が形成された第3の電極間絶縁膜と、前記第3の電極間絶縁膜上に形成され前記第2の開口部を介して前記中間電極部に接続された上部電極部とからなる第2のゲート電極とを備え、
前記制御ゲート電極部、前記上部電極部、前記中間電極部の前記第1の開口部と前記第2の開口部との間に位置する部分はシリサイド膜により構成された
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A semiconductor substrate;
A gate insulating film formed on the upper surface of the semiconductor substrate;
A floating gate electrode portion formed on the gate insulating film; a first inter-electrode insulating film formed on the floating gate electrode portion; and a control gate electrode portion formed on the inter-electrode insulating film. A gate electrode;
A lower electrode portion provided adjacent to the first gate electrode, formed on the gate insulating film and having the same thickness as the floating gate electrode portion, and formed on the lower electrode portion. A second inter-electrode insulating film having the same thickness as the inter-electrode insulating film and having a first opening formed thereon, and is formed on the second inter-electrode insulating film. An intermediate electrode portion having the same thickness as the film thickness and connected to the lower electrode portion through the first opening; and a second electrode formed on the intermediate electrode portion and corresponding to the first opening portion A third inter-electrode insulating film in which an opening is formed; and an upper electrode portion formed on the third inter-electrode insulating film and connected to the intermediate electrode through the second opening. A second gate electrode;
Nonvolatile, characterized in that portions of the control gate electrode portion, the upper electrode portion, and the intermediate electrode portion that are located between the first opening and the second opening are formed of a silicide film. Semiconductor memory device.
前記第1および第2の電極間絶縁膜はシリコン酸化膜とシリコン窒化膜を有する積層膜により構成されており、前記第3の電極間絶縁膜はシリコン酸化膜により構成とされていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1,
The first and second interelectrode insulating films are composed of a laminated film having a silicon oxide film and a silicon nitride film, and the third interelectrode insulating film is composed of a silicon oxide film. A nonvolatile semiconductor memory device.
前記下部電極膜は、前記第1の電極間絶縁膜に到達しない範囲で一部がシリサイド膜により構成されていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1,
A part of the lower electrode film is formed of a silicide film within a range not reaching the first inter-electrode insulating film.
半導体基板の上面にゲート絶縁膜、第1の多結晶シリコン膜、加工用絶縁膜を順次形成する工程と、
前記加工用絶縁膜を所定パターンにパターニングし、パターニングされた前記加工用絶縁膜をマスクに、前記第1の多結晶シリコン膜、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、第1の溝部を形成する工程と、
前記第1の溝部に絶縁膜を埋め込み、上端の高さが前記第1の多結晶シリコン膜の上面の高さより低くかつ前記半導体基板の表面の高さより高い素子分離絶縁膜を形成する工程と、
前記加工用絶縁膜を除去した後に、前記第1の多結晶シリコン膜および前記素子分離絶縁膜の上面に電極間絶縁膜、第2の多結晶シリコン膜およびシリコン酸化膜を順次形成する工程と、
前記選択ゲートトランジスタのゲート電極形成領域に、前記シリコン酸化膜、第2の多結晶シリコン膜、前記電極間絶縁膜および前記第1の多結晶シリコン膜の一部にわたる第2の溝部を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜の上面および前記第2の溝部を埋めるように第3の多結晶シリコン膜を形成する工程と、
前記第3の多結晶シリコン膜、前記シリコン酸化膜、前記第2の多結晶シリコン膜、前記電極間絶縁膜および前記第1の多結晶シリコン膜を加工して前記メモリセルトランジスタのゲート電極形成領域に第1のゲート電極を形成すると共に前記選択ゲートトランジスタのゲート電極形成領域に第2のゲート電極を形成する工程と、
前記第1および第2のゲート電極の間に層間絶縁膜を埋め込み形成する工程と、
前記第1のゲート電極の前記第3の多結晶シリコン膜および前記シリコン酸化膜を除去し、前記第1のゲート電極の前記第2の多結晶シリコン膜の上面を露出させる工程と、
前記第1のゲート電極の前記第2の多結晶シリコン膜をシリサイド化すると共に、前記第2のゲート電極の前記電極間絶縁膜上および前記第2の溝部内の前記第3の多結晶シリコン膜をシリサイド化する工程と
を順次実行す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。 A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device having a memory cell transistor and a select gate transistor,
Sequentially forming a gate insulating film, a first polycrystalline silicon film, and a processing insulating film on the upper surface of the semiconductor substrate;
The processing insulating film is patterned into a predetermined pattern, and the first polycrystalline silicon film, the gate insulating film and the semiconductor substrate are etched using the patterned processing insulating film as a mask, and the first groove is formed. Forming, and
Embedding an insulating film in the first trench, and forming an element isolation insulating film having an upper end height lower than the upper surface height of the first polycrystalline silicon film and higher than the surface height of the semiconductor substrate;
Forming an interelectrode insulating film, a second polycrystalline silicon film, and a silicon oxide film on the top surfaces of the first polycrystalline silicon film and the element isolation insulating film after removing the processing insulating film;
Forming a second groove over the silicon oxide film, the second polycrystalline silicon film, the interelectrode insulating film, and a part of the first polycrystalline silicon film in a gate electrode formation region of the select gate transistor; When,
Forming a third polycrystalline silicon film so as to fill the upper surface of the silicon oxide film and the second groove;
Processing the third polycrystalline silicon film, the silicon oxide film, the second polycrystalline silicon film, the interelectrode insulating film, and the first polycrystalline silicon film to form a gate electrode formation region of the memory cell transistor Forming a first gate electrode and a second gate electrode in a gate electrode formation region of the select gate transistor;
Embedding and forming an interlayer insulating film between the first and second gate electrodes;
Removing the third polycrystalline silicon film and the silicon oxide film of the first gate electrode and exposing an upper surface of the second polycrystalline silicon film of the first gate electrode;
The second polycrystalline silicon film of the first gate electrode is silicided, and the third polycrystalline silicon film on the interelectrode insulating film of the second gate electrode and in the second groove portion And a step of silicidizing the semiconductor in order.
前記シリコン酸化膜は、前記第2の多結晶シリコン膜の上面を熱酸化により形成す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 4,
The method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, wherein the silicon oxide film is formed by thermally oxidizing the upper surface of the second polycrystalline silicon film.
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-
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- 2008-09-24 JP JP2008244106A patent/JP2010080497A/en active Pending
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