JP2010087159A - Nonvolatile semiconductor storage and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、素子分離絶縁膜中にエアギャップを備えた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 an air gap in an element isolation insulating film and a method for manufacturing the same.
例えば、フラッシュメモリ装置などの不揮発性半導体記憶装置は、微細な素子分離構造を形成するためSTI(Shallow Trench Isolation)による素子分離構造を採用している。このSTI構造では、半導体基板の表面に細長い素子分離溝を形成し当該素子分離溝内に素子分離用の絶縁膜を形成することで素子領域を分離するように構成している。近年、半導体装置は大容量化への需要拡大に伴い、トランジスタやセル構造の微細化が急速に進められている。その中でセル配線ピッチが狭くなることによる隣接セル間の影響は、微細化が進むにつれて大きな課題の一つになっている。そこで、隣接セル間干渉を抑制する、即ち、隣接セル間のキャパシタ容量を小さくするため、素子間を空洞部、即ち、エアギャップで絶縁するようにした構造が知られている(例えば、特許文献1参照)。 For example, a nonvolatile semiconductor memory device such as a flash memory device employs an element isolation structure by STI (Shallow Trench Isolation) in order to form a fine element isolation structure. In this STI structure, a device isolation region is formed by forming an elongated device isolation groove on the surface of a semiconductor substrate and forming an element isolation insulating film in the device isolation trench. 2. Description of the Related Art In recent years, with the expansion of demand for increasing the capacity of semiconductor devices, transistors and cell structures have been rapidly miniaturized. Among them, the influence between adjacent cells due to the narrowing of the cell wiring pitch is one of the major issues as miniaturization progresses. Therefore, in order to suppress interference between adjacent cells, that is, to reduce the capacitance of the capacitor between adjacent cells, a structure is known in which elements are insulated by a cavity, that is, an air gap (for example, Patent Documents). 1).
この特許文献1に開示されている構成においては、素子分離溝内に埋め込まれたシリコン酸化膜内にエアギャップを設けている。この構成の場合、エアギャップの上端部の位置は、半導体基板の活性領域の上面の位置とほほ同じ位置になっている。上記特許文献1が出願された頃は、微細化が今ほど進んでいないので、上記構成のエアギャップで隣接セル間干渉を十分抑制することができた。しかし、微細化が更に進むと、デザインのシュリンクが進み、上記構成のエアギャップでは、隣接セル間干渉を十分抑制することができないという問題点が発生する。
本発明は、メモリセル間の結合容量を小さくし隣接セル間干渉を抑制できるようにした不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a nonvolatile semiconductor memory device and a method for manufacturing the same, which can reduce the coupling capacitance between memory cells and suppress interference between adjacent cells.
本発明の一態様は、表面に素子分離溝が当該表面内の所定の第1方向に沿って形成され当該素子分離溝により第1の活性領域と第2の活性領域とが前記第1方向に直交する前記表面内の第2方向に複数に区画形成された半導体基板と、前記半導体基板の第1の活性領域上にゲート絶縁膜を介して形成された電荷蓄積層であって前記第1方向に並設された第1、第2の電荷蓄積層と、前記半導体基板の第2の活性領域上にゲート絶縁膜を介して形成された電荷蓄積層であって前記第1の電荷蓄積層と第2方向に並設された第3の電荷蓄積層と、前記半導体基板の第2の活性領域上にゲート絶縁膜を介して形成された電荷蓄積層であって前記第2の電荷蓄積層と第2方向に並設された第4の電荷蓄積層と、前記素子分離溝に埋込まれた下部および前記半導体基板の表面から突出した上部からなる素子分離絶縁膜であって、前記半導体基板の上面からの高さが前記第1ないし第4の電荷蓄積層の上面の高さよりも低い上面部とを有した素子分離絶縁膜とを備え、前記素子分離絶縁膜内には、前記第2方向および前記半導体基板表面に直交する第3方向の合成方向に対向した前記第1の電荷蓄積層と前記第2の活性領域との間、前記第2の電荷蓄積層と前記第2の活性領域との間、前記第3の電荷蓄積層と前記第1の活性領域との間、前記第4の電荷蓄積層と前記第1の活性領域との少なくとも何れかの間において前記下部内から前記上部内にかけて空洞部が形成されていることを特徴としている。 According to one embodiment of the present invention, an element isolation groove is formed on a surface along a predetermined first direction in the surface, and the first active region and the second active region are formed in the first direction by the element isolation groove. A plurality of semiconductor substrates partitioned in a second direction within the surface perpendicular to each other; and a charge storage layer formed on a first active region of the semiconductor substrate via a gate insulating film, the first direction And a charge storage layer formed on the second active region of the semiconductor substrate via a gate insulating film, the first charge storage layer A third charge storage layer arranged in parallel in the second direction; and a charge storage layer formed on a second active region of the semiconductor substrate via a gate insulating film, the second charge storage layer, A fourth charge storage layer arranged in parallel in the second direction, a lower portion embedded in the element isolation trench, and An element isolation insulating film comprising an upper portion protruding from the surface of the semiconductor substrate, wherein the upper surface portion has a height from the upper surface of the semiconductor substrate lower than the height of the upper surfaces of the first to fourth charge storage layers. An element isolation insulating film, and the element isolation insulating film includes the first charge storage layer opposed to the second direction and a synthesis direction of a third direction orthogonal to the surface of the semiconductor substrate, and the first charge storage layer. Between the second active region, between the second charge storage layer and the second active region, between the third charge storage layer and the first active region, and in the fourth charge storage. A cavity is formed between the lower part and the upper part between at least one of the layer and the first active region.
本発明の一態様は、半導体基板上にゲート絶縁膜を介して電荷蓄積層を形成する工程と、前記電荷蓄積層、前記ゲート絶縁膜、前記半導体基板の上部に第1方向に沿って第1溝を形成する工程と、前記第1溝内に、上面が前記電荷蓄積層の上面よりも下方で且つ前記ゲート絶縁膜の上面より上方に位置するように前記第1方向に沿って素子分離絶縁膜を形成する工程と、前記電荷蓄積層、前記素子分離絶縁膜について前記第1方向に直交する第2方向に沿って第2溝を形成する工程であって、前記素子分離絶縁膜に形成される第2溝の底部が前記半導体基板の上面よりも下方に位置するように第2溝を形成する工程と、前記第2溝を覆うように層間絶縁膜を形成する工程とを備えたことを特徴としている。 One embodiment of the present invention includes a step of forming a charge storage layer over a semiconductor substrate via a gate insulating film, and a first portion along the first direction on the charge storage layer, the gate insulating film, and the semiconductor substrate. A step of forming a trench, and an element isolation insulation along the first direction so that the upper surface is located below the upper surface of the charge storage layer and above the upper surface of the gate insulating film in the first trench. Forming a film, and forming a second groove along a second direction orthogonal to the first direction for the charge storage layer and the element isolation insulating film, wherein the second groove is formed in the element isolation insulating film. A step of forming the second groove so that a bottom portion of the second groove is positioned below the upper surface of the semiconductor substrate, and a step of forming an interlayer insulating film so as to cover the second groove. It is a feature.
本発明によれば、隣接セル間干渉を抑制できる。 According to the present invention, it is possible to suppress interference between adjacent cells.
以下、本発明の一実施形態についてNAND型のフラッシュメモリ装置に適用した一実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、以下に参照する図面内の記載において、同一または類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。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、各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる。 Hereinafter, an embodiment of the present invention applied to a NAND flash memory device will be described with reference to the drawings. In the following description in 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.
図1は、NAND型のフラッシュメモリ装置におけるメモリセルアレイの一部の等価回路を示している。図1に示すように、NAND型のフラッシュメモリ装置1のメモリセルアレイAr内には、NANDセルユニットUCが行列状に構成されている。このNANDセルユニットUCは、2個(複数)の選択ゲートトランジスタTrs1、Trs2と、当該2個の選択ゲートトランジスタTrs1、Trs2間に位置して隣接するもの同士でソース/ドレイン領域を共用して直列接続された複数個(例えば32個)のメモリセルトランジスタTrmとから構成されている。
FIG. 1 shows an equivalent circuit of a part of a memory cell array in a NAND flash memory device. As shown in FIG. 1, NAND cell units UC are arranged in a matrix in the memory cell array Ar of the NAND
図1中、X方向(ワード線方向、チャネル幅方向)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で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、共通の選択ゲート線SGL1で共通接続されている。さらに、選択ゲートトランジスタTrs2は、共通の選択ゲート線SGL2で共通接続されている。 In FIG. 1, the memory cell transistors Trm arranged in the X direction (word line direction, channel width direction) are commonly connected by a word line (control gate line) WL. Further, the select gate transistors Trs1 arranged in the X direction in FIG. 1 are commonly connected by a common select gate line SGL1. Further, the selection gate transistors Trs2 are commonly connected by a common selection gate line SGL2.
図2は、メモリセル領域の一部のレイアウトパターンを示している。この図2に示すように、複数のNANDセルユニットUCは、Y方向に延びるSTI(Shallow Trench Isolation)構造の素子分離領域Sbにより互いに分断されたアクティブエリアSaに形成されている。選択ゲート線SGL1と活性領域Saとの平面的な交差領域には選択ゲート電極SGDが構成されている。選択ゲート線SGL2と活性領域Saとの平面的な交差領域には選択ゲート電極SGSが構成されている。ワード線WLと活性領域Saとの平面的な交差領域にはメモリセルゲート電極MGが構成されている。尚、X方向とY方向は互いに半導体基板2の表面内で直交する方向である。
FIG. 2 shows a partial layout pattern of the memory cell region. As shown in FIG. 2, the plurality of NAND cell units UC are formed in an active area Sa separated from each other by an element isolation region Sb having an STI (Shallow Trench Isolation) structure extending in the Y direction. A selection gate electrode SGD is formed in a planar intersection region between the selection gate line SGL1 and the active region Sa. A selection gate electrode SGS is formed in a planar intersection region between the selection gate line SGL2 and the active region Sa. A memory cell gate electrode MG is formed in a planar intersection region between the word line WL and the active region Sa. The X direction and the Y direction are directions orthogonal to each other within the surface of the
図3は、図2のA−A線に沿う縦断面図を模式的に示している。この図3に示すように、半導体基板2(例えばp型のシリコン基板)の表層にはウェル(図示せず)が形成され当該半導体基板2の上面上にはゲート絶縁膜5が形成されている。このゲート絶縁膜5の上面上には、互いに離間して2つ(複数)のゲート電極SGD、SGSが形成されている。尚、図3にはゲート電極SGSは図示していない。また、2つの選択ゲート電極SGD−SGS間においては、半導体基板2の上面上にゲート絶縁膜5が形成されており、当該ゲート絶縁膜5の上面上には互いに離間して複数(例えば32個、64個)のメモリセルゲート電極MGが形成されている。尚、半導体基板2はn型のシリコン基板であっても良い。
FIG. 3 schematically shows a longitudinal sectional view taken along line AA of FIG. As shown in FIG. 3, a well (not shown) is formed on the surface layer of a semiconductor substrate 2 (for example, a p-type silicon substrate), and a
メモリセルゲート電極MGは、電荷蓄積層としての浮遊ゲート電極FG、ゲート間絶縁膜7、制御電極CGが積層されることにより構成されている。また、選択ゲート電極SGD,SGSは、メモリセルゲート電極MGの構成材料と同様の材料でほぼ同様の構造をなしているが、ゲート間絶縁膜7の中央に開口が形成されており、当該開口を通じて浮遊ゲート電極FGと制御電極CGとが一体形成されたゲート電極として構成されている。
The memory cell gate electrode MG is configured by stacking a floating gate electrode FG as a charge storage layer, an inter-gate
浮遊ゲート電極FGは、例えば多結晶シリコン層6により構成されており電荷蓄積層として機能する。ゲート間絶縁膜7は、例えばONO膜(シリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜)により形成されている。尚、ONO膜の成膜前または/および成膜後にラジカル窒化処理を施すことによりNONON膜(シリコン窒化膜−シリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜−シリコン窒化膜)として形成されていても良いし、アルミナを含有した膜により形成されていても良い。制御電極CGは、例えば多結晶シリコン層8および当該多結晶シリコン層8の上部がコバルト(Co)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)などの何れか一種類の金属によってシリサイド化されたシリサイド層9を積層した構造をなしている。尚、制御電極CGはポリゲートに適用しても良いし、金属ゲートに適用しても良い。
The floating gate electrode FG is composed of, for example, the
これらのメモリセルゲート電極MG、選択ゲート電極SGD、SGSは、層6〜9がY方向に複数に分断されることによって構成されている。ゲート電極MG−MG間、SGD−MG間には、層6〜9の側面に沿ってシリコン酸化膜10が形成されていると共に、当該シリコン酸化膜10の内側の側面に沿ってシリコン酸化膜11が形成されている。シリコン酸化膜11は、ゲート電極MG−MG間、SGD−MG間において半導体基板2の上面上に沿って形成されている。
These memory cell gate electrode MG and select gate electrodes SGD, SGS are configured by dividing the
ビット線コンタクトCBb側においては、シリコン酸化膜10が選択ゲート電極SGDの側面に沿って形成されており、当該シリコン酸化膜10の外側面に沿ってシリコン酸化膜11が形成されている。このシリコン酸化膜11はビット線コンタクトCBbの形成領域およびその周辺領域に渡って形成される。シリコン酸化膜11の外側面に沿ってスペーサ用のシリコン酸化膜12が形成されている。このシリコン酸化膜12は、ビット線コンタクトCBbの形成領域内にコンタクト領域を形成するためのLDD構造形成用のスペーサ膜である。シリコン窒化膜13がシリコン酸化膜12の外面およびシリコン酸化膜11の上面上に沿って形成されている。シリコン窒化膜13は、不純物の通過抑制用のバリア膜として機能する。シリコン窒化膜13の内側にはBPSG(Boro-phospho silicate glass)膜14が形成されている。
On the bit line contact CBb side, the
空洞部15は、ゲート電極MG−MG間、SGD−MG間においてシリコン酸化膜11の内側に設けられている。空洞部15はエアギャップでありY方向に隣り合う浮遊ゲート電極FG−FG間に生じる寄生容量を極力抑制できる。空洞部15は、メモリセルゲート電極MG−MG間においては浮遊ゲート電極FG−FG間の上面より下方に位置して下端が設けられており、ゲート間絶縁膜7の上面より上方でワード線WLの上端より下方に位置するように形成されている。
The
ゲート電極MG、SGD、シリコン酸化膜10〜12、シリコン窒化膜13、BPSG膜14の上面上にはシリコン酸化膜16が形成されている。このシリコン酸化膜16は空洞部15を覆うように形成されている。
A
ゲート電極MG、SGD、SGSのY方向の両脇には半導体基板2の表層に位置してソース/ドレイン領域2aが形成されている。尚、これらのソース/ドレイン領域2aは、第2導電型(N型)の不純物が導入拡散されている領域を示している。隣り合うソース/ドレイン領域2a−2a間がチャネル領域2bとして構成されている。活性領域Saは、これらのソース/ドレイン領域2a、チャネル領域2bを含む領域である。
Source /
ビット線コンタクトCBbが、シリコン酸化膜16、BPSG膜14、シリコン窒化膜13、シリコン酸化膜11を貫通して半導体基板2の表層に形成されたソース/ドレイン領域2aに接触して形成されている。図示しないが、ビット線コンタクトCBbの上面上にはビット線BLの構造がY方向に沿って形成されている。
A bit line contact CBb is formed in contact with the source /
図4は、図2のB−B線に沿う断面を模式的に示している。この図4に示すように、半導体基板2には素子分離溝3が形成されており、当該素子分離溝3の内側に素子分離絶縁膜4が形成されている。この素子分離絶縁膜4は、HTO(High Temperature Oxide)によるシリコン酸化膜4aと、当該シリコン酸化膜4aの内側に形成されたSOG膜4bとを備えて構成されている。素子分離絶縁膜4は、半導体基板2に形成された素子分離溝3の内側に埋込み形成されると共に、半導体基板2の表面から上方に突出した上部を備えている。
FIG. 4 schematically shows a cross section taken along line BB in FIG. As shown in FIG. 4, an
このSOG膜4bの上面上にはゲート間絶縁膜7を介して多結晶シリコン層8、シリサイド層9がワード線WLとして積層されている。溝18が、これらのゲート間絶縁膜7、多結晶シリコン層8、シリサイド層9の各側面が面一になるように形成されている。また、溝18はSOG膜4bの上部にも形成されている。
On the upper surface of the
シリコン酸化膜11は溝18の内面に沿って形成されており、空洞部15がシリコン酸化膜11の内側に設けられている。空洞部15は、最下部にY方向に膨らんだ膨部を備えている。この膨部は、隣り合うワード線WLの側縁の下方に張り出して設けられている。この膨部は、ある所定の浮遊ゲート電極FGと、当該浮遊ゲート電極FGの配設位置からX方向および下方の合成方向に対向する活性領域Saとの間に位置して形成されており、これらの浮遊ゲート電極FGと活性領域Saとの間にエアギャップを形成でき結合容量を抑制できる。図3に示す空洞部15はX方向に延在して設けられており、図4に示す空洞部15に連通している。
The
空洞部15は、図2に平面的な形成領域Rを示すように、X方向に沿うワード線WL−WL間のY方向中央付近にX方向に沿って設けられると共に、素子分離領域Sb内においては、ワード線WLのY方向側縁の直下領域に一部張り出して設けられている。したがって、ある所定の浮遊ゲート電極FGaに対しそれぞれY方向、X方向、X方向とY方向の合成方向に離間して対向する浮遊ゲート電極FGを、図2に示すように、それぞれ浮遊ゲート電極FGb、FGc、FGdとして定義すると、空洞部15は、その形成領域Rが浮遊ゲート電極FGa−FGb間、FGa−FGd間、FGc−FGb間、FGc−FGd間に設けられている。
The
尚、図2中に示す形成領域Rは、一部のワード線WL−WL間、ワード線WL−選択ゲート線SGL1間には図示しているものの、他のワード線WL−WL間、選択ゲート線SGL2−ワード線WL間の図示を省略しているが、実際にはこれらの領域にも空洞部15の形成領域Rが設けられている。
Note that the formation region R shown in FIG. 2 is shown between some word lines WL-WL and between word lines WL-select gate lines SGL1, but between other word lines WL-WL, select gates. Although the illustration between the line SGL2 and the word line WL is omitted, actually, the formation region R of the
以下、上記構造の製造方法について説明する。尚、本実施形態に係る特徴部分について主に説明し、その前後工程の説明を省略する。本発明の課題を解決できれば、一般的な工程であれば付加しても良いし、必要に応じて省いても良いし、必要に応じて工程を入れ替えても良い。 Hereinafter, the manufacturing method of the said structure is demonstrated. In addition, the characteristic part which concerns on this embodiment is mainly demonstrated, and description of the process before and behind is abbreviate | omitted. If the problem of the present invention can be solved, it may be added as long as it is a general process, may be omitted as necessary, and the process may be replaced as necessary.
図5に示すように、半導体基板2にウェル、チャネル形成のためのイオン注入を行った後、半導体基板2上にゲート絶縁膜5として例えばシリコン酸化膜を熱酸化処理によって形成する。次に、図6に示すように、ゲート絶縁膜5上に浮遊ゲート電極FG用の非晶質シリコンをLP−CVD法により堆積する。尚、浮遊ゲート電極FG用の非晶質シリコンは、後の熱処理で多結晶化するため、図6以降の図面には多結晶シリコン層6として符号を付しており、後の説明では多結晶シリコン層6として説明する。
As shown in FIG. 5, after ion implantation for forming wells and channels in the
次に、図7に示すように、多結晶シリコン層6上にマスク材(図示せず)を形成し、リソグラフィ技術によりパターンニングし、図7に示すように、X方向に離間して複数の素子分離溝3を形成し、当該素子分離溝3内に素子分離絶縁膜4を埋込む。この素子分離絶縁膜4は、その上面が多結晶シリコン層6の上面より下方で且つゲート絶縁膜5の上面より上方に位置するように形成する。
Next, as shown in FIG. 7, a mask material (not shown) is formed on the
次に、図8に示すように、ONO膜(シリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜による積層膜)からなるゲート間絶縁膜7、制御ゲート電極CG用の非晶質シリコン、ゲート加工用のマスク材としてシリコン窒化膜17を順次堆積する。尚、制御ゲート電極CG用の非晶質シリコンは、後の熱処理で多結晶化するため、図8以降の図面には、多結晶シリコン層8として符号を付しており、後の説明では多結晶シリコン層8として説明する。また、ゲート間絶縁膜7は、ONO膜の成膜前後にラジカル窒化処理を施すことでNONON膜としても良いし、アルミナを含有する膜により形成しても良い。図9は、この製造段階における斜視図を模式的に示している。
Next, as shown in FIG. 8, an intergate
図10(a)、図12(a)〜図14(a)、図16(a)〜図17(a)はメモリセルゲート電極MGおよびその周辺構造の一製造段階(図2のA−A線に沿う一部断面)を模式的に示しており、図18(a)〜図24(a)は図2のA−A線に沿う断面を模式的に示しており、さらに、図10(b)、図12(b)〜図14(b)、図16(b)〜図24(b)は素子分離絶縁膜4およびその上部の構造の一製造段階を図2のB−B線に沿って模式的に示している。
10 (a), 12 (a) to 14 (a), and 16 (a) to 17 (a) show one manufacturing stage of the memory cell gate electrode MG and its peripheral structure (AA in FIG. 2). 18 (a) to FIG. 24 (a) schematically show cross sections along the line AA in FIG. 2, and FIG. b), FIG. 12B to FIG. 14B, and FIG. 16B to FIG. 24B show one manufacturing stage of the element
図9に示す構造を形成した後、シリコン窒化膜17の上にレジスト(図示せず)をパターンニングし、図10(a)および図10(b)に示すように、RIE法によりシリコン窒化膜17、多結晶シリコン層8、ゲート間絶縁膜7、多結晶シリコン層6、ゲート絶縁膜5を順次RIE法により異方性エッチング処理することでメモリセルゲート電極MGを構成する層6〜8を複数に分断する。このとき同時に、図10(b)に示すように、素子分離絶縁膜4の上部も除去する。
After the structure shown in FIG. 9 is formed, a resist (not shown) is patterned on the
図11は、この製造段階における要部の斜視図を模式的に示している。この図11に示すように、素子分離絶縁膜4は、層6〜8を分断した分断領域において半導体基板2の上面より下方にその上面が位置するように除去処理され溝4cが形成されるようになる。
FIG. 11 schematically shows a perspective view of the main part in this manufacturing stage. As shown in FIG. 11, the element
次に、図12(a)および図12(b)に示すように、多結晶シリコン層6の側面、ゲート間絶縁膜7の側面、多結晶シリコン層8の側面、シリコン窒化膜17の側面および上面、素子分離絶縁膜4の溝4cを覆うようにLP−CVD法によりHTOによるシリコン酸化膜10を所定膜厚(例えば10nm)だけ等方的に形成する。
Next, as shown in FIGS. 12A and 12B, the side surface of the
次に、図13(a)および図13(b)に示すように、シリコン酸化膜10をRIE法により異方性エッチング処理することでスペーサ状に加工する。
次に、図14(a)および図14(b)に示すように、SOG膜4bに形成された溝4cについて等方的にウェットエッチング処理する。このとき、希フッ酸を用いてSOG膜4bの溝4cの底部を等方的にウェットエッチングすることによって多結晶シリコン層8の下方の中央部脇のSOG膜4bへのエッチング処理の侵食が進むと同時にシリコン酸化膜10の露出側面も処理が進行する。
Next, as shown in FIGS. 13A and 13B, the
Next, as shown in FIGS. 14A and 14B, the
この処理を施すことによって溝4cの底部に溝18が球状に形成される。SOG膜4bは、一般にHTOによるシリコン酸化膜10よりもエッチング選択性が高いため、SOG膜4bのエッチング処理速度はシリコン酸化膜10のエッチング処理速度よりも素早く進行するが、この処理は層4〜8の側面に沿って形成されたシリコン酸化膜10の側部膜厚分のエッチング処理量を限度として行うと良い。
By performing this process, the
図15(a)は、溝の形成領域Rを模式的な平面図により示しており、図15(b)は、処理後の状態を模式的な斜視図によって示している。これらの図15(a)および図15(b)に示すように、SOG膜4bは、シリコン酸化膜10および4aによってその外面が覆われた状態で等方的にエッチング処理され、処理後の溝18は溝4cがY方向および下方向に膨張するように設けられる。
FIG. 15A shows a groove formation region R by a schematic plan view, and FIG. 15B shows a state after processing by a schematic perspective view. As shown in FIGS. 15 (a) and 15 (b), the
次に、図16(a)および図16(b)に示すように、シリコン酸化膜11をライナー状に形成する。このシリコン酸化膜11は、図16(a)に示すように半導体基板2の上面上、シリコン酸化膜10の外面上、シリコン窒化膜17の上面および上側面上に沿って形成されると共に、図16(b)に示すように溝18の内面に沿って形成される。
Next, as shown in FIGS. 16A and 16B, the
次に、図17(a)および図17(b)に示すように、シリコン酸化膜11の上にSOG膜19を塗布技術により成膜する。次に、図18(a)および図18(b)に示すように、SOG膜19をCMP法により平坦化処理する。
Next, as shown in FIGS. 17A and 17B, an
次に、図19(a)および図19(b)に示すように、レジスト20を塗布しビット線コンタクトCBの形成領域を開口するようにレジスト20をパターンニングする。次に、図20(a)および図20(b)に示すように、希フッ酸処理などを用いて露出した領域のSOG膜19を選択的に除去する。
Next, as shown in FIGS. 19A and 19B, a resist 20 is applied, and the resist 20 is patterned so as to open the formation region of the bit line contact CB. Next, as shown in FIGS. 20A and 20B, the exposed
次に、図21(a)および図21(b)に示すように、層6〜9の外側に沿ってシリコン酸化膜12をスペーサとして形成し、次に、シリコン酸化膜12上にシリコン窒化膜13をバリア膜として形成し、さらにBPSG膜14を堆積し、シリコン窒化膜13をストッパとしてCMP法により平坦化処理する。
Next, as shown in FIGS. 21A and 21B, the
次に、図22(a)および図22(b)に示すように、多結晶シリコン層8の上面上およびその周辺に形成されたシリコン窒化膜13、17をRIE法等を用いて除去処理する。次に、スパッタ法により金属を成膜し、熱処理を行うことでシリサイド層9を形成し、未反応の金属を剥離する。
Next, as shown in FIGS. 22A and 22B, the
次に、図23(a)および図23(b)に示すように、レジスト21を塗布し、ビット線コンタクトCBa、CBbの形成領域およびその周辺に残留させ、ワード線WL−WL間(メモリセルゲート電極MGの形成領域、および、ゲート電極MG−MG間、SGD−MG間)のSOG膜19の上面を開口して露出させるようにレジスト21をパターンニングする。
Next, as shown in FIGS. 23A and 23B, a resist 21 is applied and left in the formation region of the bit line contacts CBa and CBb and the periphery thereof, and between the word lines WL and WL (memory cells). The resist 21 is patterned so that the formation region of the gate electrode MG and the upper surface of the
次に、図24(a)および図24(b)に示すように、ゲート電極MG−MG間、SGD−MG間に充填されているSOG膜19を希フッ酸などで処理して除去することで空洞部15を形成する。この空洞部15は、溝18の内面に沿って形成されたシリコン酸化膜11の内側に設けられ、図24(b)に示すように、SOG膜4bの内部にも設けられる。空洞部15は、ワード線WL−WL間に設けられるものの、当該空洞部15の下側端がゲート間絶縁膜7の側端下方に位置して設けられる。
Next, as shown in FIGS. 24A and 24B, the
次に、図3および図4に示すように、カバレッジの比較的悪い条件下のプラズマCVD法を用いて空洞部15を覆うようにシリコン酸化膜16を形成する。このとき図3に示すように、空洞部15は、隣り合うワード線WL−WL間、浮遊ゲート電極FG−FG間に埋め込まれることはなく、隣り合う浮遊ゲート電極FG−FG間の寄生容量を抑制できる。また図4に示すように、空洞部15は、隣り合うワード線WL−WL間、浮遊ゲート電極FG−FG間に埋め込まれることはなく、SOG膜4bの溝18の内側にも設けられるため、当該空洞部15を間に挟んだ浮遊ゲート電極FG−活性領域Sa間の結合容量を抑制することができる。
Next, as shown in FIGS. 3 and 4, a
次に、シリコン酸化膜16、BPSG膜14、シリコン窒化膜13、シリコン酸化膜12を貫通するようにビット線コンタクトCBbを形成し、その上にY方向に沿うようにビット線BLの構造を形成するがこの製造方法の詳細は省略する。
Next, the bit line contact CBb is formed so as to penetrate the
本実施形態によれば、素子分離絶縁膜4の空洞部15が、浮遊ゲート電極FGaと、浮遊ゲート電極FGc、FGdの直下方に位置する活性領域Saとの間に対向した領域内に設けられるため、当該浮遊ゲート電極FGaと素子分離絶縁膜4を挟んで対向する活性領域Saとの間の結合容量値を低減でき、隣り合うメモリセル間の干渉を抑制できる。浮遊ゲート電極FGbと、浮遊ゲート電極FGc、FGdの直下方に位置する活性領域Saとの関係でも同様の効果を奏する。
According to the present embodiment, the
また、浮遊ゲート電極FGcと、浮遊ゲート電極FGa、FGbの直下方に位置する活性領域Saとの間に対向した領域内に設けられるため、当該浮遊ゲート電極FGcと素子分離絶縁膜4を挟んで対向する活性領域Saとの間の結合容量値を低減でき、隣り合うメモリセル間の干渉を抑制できる。浮遊ゲート電極FGdと、浮遊ゲート電極FGa、FGbの直下方に位置する活性領域Saとの関係でも同様の効果を奏する。
In addition, since the floating gate electrode FGc and the active region Sa located immediately below the floating gate electrodes FGa and FGb are provided in a region facing each other, the floating gate electrode FGc and the element
素子分離絶縁膜4内の空洞部15が、対向する浮遊ゲート電極FGa−FGd間、対向する浮遊ゲート電極FGb−FGc間、浮遊ゲート電極FGa−浮遊ゲート電極FGd下の活性領域Sa間、浮遊ゲート電極FGd−浮遊ゲート電極FGa下の活性領域Sa間、浮遊ゲート電極FGb−浮遊ゲート電極FGc下の活性領域Sa間、浮遊ゲート電極FGc−浮遊ゲート電極FGb下の活性領域Sa間に形成されており、浮遊ゲート電極FGa−FGd間、FGa−FGc間に連通して形成されている。これにより、前述と同様の作用効果を奏する。
The
半導体基板2の上にゲート絶縁膜5を介して多結晶シリコン層6を形成し、多結晶シリコン層6、ゲート絶縁膜5、半導体基板2の上部にY方向に沿って素子分離溝3を形成し、当該素子分離溝3の内に素子分離絶縁膜4を形成し、多結晶シリコン層6、素子分離絶縁膜4についてX方向に沿って素子分離絶縁膜4内の溝18の底部が半導体基板2の上面よりも下方に位置するように溝18を形成し、溝18を覆うようにシリコン酸化膜16を形成しているため、溝18内の空洞部15をエアギャップとして作用させることができ、隣り合うメモリセル間の結合容量を抑制することができる。また、溝18は、その底部がウェットエッチング処理により等方的にSOG膜18を除去処理することにより形成されているため、溝18内の空洞部15をX方向および下方向の合成方向に対向する活性領域Saおよび浮遊ゲート電極FG間のエアギャップとして作用させることができ、同様の作用効果が得られる。
A
溝18を形成した後、溝18内に犠牲層としてSOG膜19を形成し、シリサイド層9を形成した後にSOG膜19を除去処理することで空洞部15を形成し、当該空洞部15を覆うようにプラズマCVD法によりシリコン酸化膜16を形成しているため、前述同様の作用効果が得られる。
After forming the
(他の実施形態)
本発明は、上記実施形態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。
フラッシュメモリ装置1に適用したが、NOR型のフラッシュメモリ装置など他の不揮発性半導体記憶装置に適用できる。
浮遊ゲート電極FGに多結晶シリコン層6を適用した実施形態を示したが、浮遊ゲート電極FGに代わる電荷蓄積層としてシリコン窒化膜を適用したMONOS(Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon)構造、SONOS構造(Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon)を適用しても良い。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified or expanded as follows.
Although applied to the
Although the embodiment in which the
犠牲層としてSOG膜19を適用したが、これに代えて、例えばシリサイド層9の形成後にウェットエッチング処理などで除去できるような他の材質膜(例えばポリシリコン)を適用しても良い。このような材料膜であれば空洞部15を良好に形成できる。制御電極CGはポリゲートに適用しても良いし、金属ゲートに適用しても良い。
Although the
図面中、1はフラッシュメモリ装置(不揮発性半導体記憶装置)、2は半導体基板、3は素子分離溝、4は素子分離絶縁膜、5はゲート絶縁膜、15は空洞部、FG、FGa、FGb、FGc、FGdは浮遊ゲート電極(電荷蓄積層)、Saは活性領域を示す。 In the drawings, 1 is a flash memory device (nonvolatile semiconductor memory device), 2 is a semiconductor substrate, 3 is an element isolation trench, 4 is an element isolation insulating film, 5 is a gate insulating film, 15 is a cavity, FG, FGa, FGb , FGc and FGd are floating gate electrodes (charge storage layers), and Sa is an active region.
Claims (5)
前記半導体基板の第1の活性領域上にゲート絶縁膜を介して形成された電荷蓄積層であって前記第1方向に並設された第1、第2の電荷蓄積層と、
前記半導体基板の第2の活性領域上にゲート絶縁膜を介して形成された電荷蓄積層であって前記第1の電荷蓄積層と第2方向に並設された第3の電荷蓄積層と、
前記半導体基板の第2の活性領域上にゲート絶縁膜を介して形成された電荷蓄積層であって前記第2の電荷蓄積層と第2方向に並設された第4の電荷蓄積層と、
前記素子分離溝に埋込まれた下部および前記半導体基板の表面から突出した上部からなる素子分離絶縁膜であって、前記半導体基板の上面からの高さが前記第1ないし第4の電荷蓄積層の上面の高さよりも低い上面部とを有した素子分離絶縁膜とを備え、
前記素子分離絶縁膜内には、前記第2方向および前記半導体基板表面に直交する第3方向の合成方向に対向した前記第1の電荷蓄積層と前記第2の活性領域との間、前記第2の電荷蓄積層と前記第2の活性領域との間、前記第3の電荷蓄積層と前記第1の活性領域との間、前記第4の電荷蓄積層と前記第1の活性領域との少なくとも何れかの間において前記下部内から前記上部内にかけて空洞部が形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。 An element isolation groove is formed on the surface along a predetermined first direction in the surface, and the first active region and the second active region are perpendicular to the first direction by the element isolation groove. A semiconductor substrate partitioned into a plurality of two directions;
A charge storage layer formed on a first active region of the semiconductor substrate via a gate insulating film, the first and second charge storage layers arranged in parallel in the first direction;
A charge storage layer formed on a second active region of the semiconductor substrate via a gate insulating film, the third charge storage layer arranged in parallel with the first charge storage layer in a second direction;
A charge storage layer formed on a second active region of the semiconductor substrate via a gate insulating film, the fourth charge storage layer arranged in parallel with the second charge storage layer in a second direction;
An element isolation insulating film comprising a lower part embedded in the element isolation trench and an upper part protruding from the surface of the semiconductor substrate, the height from the upper surface of the semiconductor substrate being the first to fourth charge storage layers And an element isolation insulating film having an upper surface portion lower than the height of the upper surface of
In the element isolation insulating film, between the first charge storage layer and the second active region facing each other in the second direction and the third direction orthogonal to the surface of the semiconductor substrate, Between the second charge storage layer and the second active region, between the third charge storage layer and the first active region, between the fourth charge storage layer and the first active region. A non-volatile semiconductor memory device, characterized in that a cavity is formed from the lower part to the upper part between at least one of them.
前記第1の電荷蓄積層と第3の電荷蓄積層との間、前記第1の電荷蓄積層と第4の電荷蓄積層との間、前記第2の電荷蓄積層と第4の電荷蓄積層との間に連通して形成されていることを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。 The element isolation insulating film has a cavity portion opposed to the synthesis direction in which the oblique direction along the surface of the semiconductor substrate obtained by synthesizing the first direction and the second direction and the third direction are synthesized. Between the charge storage layer and the second active region, between the second charge storage layer and the second active region, between the third charge storage layer and the first active region, Provided between the fourth charge storage layer and the first active region;
Between the first charge storage layer and the third charge storage layer, between the first charge storage layer and the fourth charge storage layer, and between the second charge storage layer and the fourth charge storage layer. 2. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the non-volatile semiconductor memory device is formed in communication with the non-volatile semiconductor memory device.
前記電荷蓄積層、前記ゲート絶縁膜、前記半導体基板の上部に第1方向に沿って第1溝を形成する工程と、
前記第1溝内に、上面が前記電荷蓄積層の上面よりも下方で且つ前記ゲート絶縁膜の上面より上方に位置するように前記第1方向に沿って素子分離絶縁膜を形成する工程と、
前記電荷蓄積層、前記素子分離絶縁膜について前記第1方向に直交する第2方向に沿って第2溝を形成する工程であって、前記素子分離絶縁膜に形成される第2溝の底部が前記半導体基板の上面よりも下方に位置するように第2溝を形成する工程と、
前記第2溝を覆うように層間絶縁膜を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 charge storage layer on a semiconductor substrate via a gate insulating film;
Forming a first trench along a first direction on the charge storage layer, the gate insulating film, and the semiconductor substrate;
Forming an element isolation insulating film along the first direction in the first trench so that the upper surface is located below the upper surface of the charge storage layer and above the upper surface of the gate insulating film;
Forming a second groove along a second direction orthogonal to the first direction for the charge storage layer and the element isolation insulating film, wherein a bottom of the second groove formed in the element isolation insulating film is Forming a second groove so as to be positioned below the upper surface of the semiconductor substrate;
And a step of forming an interlayer insulating film so as to cover the second groove.
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