JP2010129740A - Non-volatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、不揮発性半導体記憶装置に係り、特に、キャパシタ(容量)素子を備えたMONOS(Metal−Oxide−Nitride−Oxide−Silicon)型メモリセルの不揮発性半導体記憶装置とその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly, to a nonvolatile semiconductor memory device of a MONOS (Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon) type memory cell including a capacitor element and a manufacturing method thereof. is there.
不揮発性半導体記憶装置(例えば、NAND型フラッシュメモリ)を微細化する際に、従来の浮遊ゲート型のメモリセルにおいては、隣接メモリセル間の干渉によって、当該メモリセルに書き込まれたしきい値が変動するという問題が発生する。これを解決するために、隣接セル間の干渉が少ないMONOS型のメモリセルが提案されている。 When miniaturizing a nonvolatile semiconductor memory device (for example, a NAND flash memory), in a conventional floating gate type memory cell, the threshold value written in the memory cell is reduced due to interference between adjacent memory cells. The problem of fluctuations occurs. In order to solve this problem, a MONOS type memory cell with less interference between adjacent cells has been proposed.
しかし、MONOS型メモリセルを採用すると、キャパシタ素子におけるキャパシタ絶縁膜にはメモリセルのゲート絶縁膜と同じ絶縁膜が用いられる(特許文献1)。この場合、浮遊ゲートの上下の絶縁膜をキャパシタ絶縁膜とすることができる浮遊ゲート型メモリセルに比べて、キャパシタ素子の単位面積当たりのキャパシタ容量が低下するので、キャパシタ素子の面積が増大し、ひいてはチップ面積も増大するという問題点がある。
本発明は、上記のような問題点を鑑み、キャパシタ素子の単位面積当たりのキャパシタ容量を増加させ、キャパシタ素子の面積を低減することを目的としている。 An object of the present invention is to increase the capacitance of a capacitor element per unit area and reduce the area of the capacitor element in view of the above problems.
上記目的を達成するために、本発明の一態様の不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板と、前記半導体基板上にトンネル絶縁膜を介して形成された電荷トラップ膜と前記電荷トラップ膜上に電荷ブロック膜を介して積層された第1のゲート電極とを有するメモリセルトランジスタと、前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成された多結晶シリコン膜とシリサイド膜からなる第2のゲート電極を有する周辺回路トランジスタと、(a)前記半導体基板からなる下部電極(b)前記半導体基板上に形成された、前記ゲート絶縁膜と同一の膜からなる第1の絶縁膜(c)前記第1の絶縁膜上に形成された、前記第2のゲート電極の多結晶シリコン膜と同一の膜種である中間電極(d)前記中間電極上に形成された、前記電荷ブロック膜と同一の膜を有する第2の絶縁膜(e)前記第2の絶縁膜上に形成された、前記第1のゲート電極と同一の膜からなる上部電極、によって構成されるキャパシタ素子とを有することを特徴としている。 In order to achieve the above object, a nonvolatile semiconductor memory device of one embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate, a charge trap film formed over the semiconductor substrate with a tunnel insulating film interposed therebetween, and a charge on the charge trap film. A memory cell transistor having a first gate electrode laminated via a block film; and a second gate electrode comprising a polycrystalline silicon film and a silicide film formed on the semiconductor substrate via a gate insulating film. A peripheral circuit transistor having: (a) a lower electrode made of the semiconductor substrate; (b) a first insulating film formed on the semiconductor substrate and made of the same film as the gate insulating film; An intermediate electrode formed on the insulating film and having the same film type as the polycrystalline silicon film of the second gate electrode; and (d) the same as the charge blocking film formed on the intermediate electrode A second insulating film having a film; and (e) a capacitor element formed on the second insulating film and formed by an upper electrode made of the same film as the first gate electrode. It is said.
また、本発明の他の態様の不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、メモリセルトランジスタを形成する領域とキャパシタ素子を形成する領域を有する半導体基板上に前記半導体基板上の全領域にわたって第一の絶縁膜を形成する工程と、前記第一の絶縁膜上に前記半導体基板上の全領域にわたって第一の導電膜を形成し、前記第一の導電膜上に前記半導体基板上の全領域にわたって電荷トラップ絶縁膜を積層形成した後、前記キャパシタ素子を形成する領域において前記電荷トラップ絶縁膜を剥離する工程と、前記第一の導電膜上に前記半導体基板上の全領域にわたって第二の絶縁膜を形成し、前記第二の絶縁膜上に前記半導体基板上の全領域にわたって第二の導電膜を積層形成する工程と、前記第二の導電膜および前記第二の絶縁膜をキャパシタ素子の上部電極の形状に加工する工程と、前記第一の導電膜および第一の絶縁膜を前記キャパシタ素子の中間電極の形状に加工する工程と、前記第一の導電膜上に前記半導体基板上の全領域にわたって層間絶縁膜を堆積する工程と、前記層間絶縁膜を貫通して前記第一の導電膜にコンタクトを形成する工程と、を有することを特徴としている。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device including: a first semiconductor region including a region for forming a memory cell transistor and a region for forming a capacitor element; Forming an insulating film; forming a first conductive film over the entire region of the semiconductor substrate on the first insulating film; and charging the entire region of the semiconductor substrate over the first conductive film. After stacking the trap insulating film, a step of peeling the charge trap insulating film in a region where the capacitor element is formed; and a second insulating film over the entire region of the semiconductor substrate on the first conductive film. Forming a second conductive film on the second insulating film over the entire region of the semiconductor substrate, and forming the second conductive film and the second insulating film Processing the shape of the upper electrode of the scita element, processing the first conductive film and the first insulating film into the shape of the intermediate electrode of the capacitor element, and the semiconductor on the first conductive film The method includes a step of depositing an interlayer insulating film over the entire region on the substrate, and a step of forming a contact with the first conductive film through the interlayer insulating film.
周辺トランジスタのゲート絶縁膜とメモリセルトランジスタのブロック絶縁膜の両方をキャパシタ絶縁膜として使用することにより、キャパシタ素子の単位面積当たりのキャパシタ容量を増加させ、キャパシタ素子の面積を低減することができる。 By using both the gate insulating film of the peripheral transistor and the block insulating film of the memory cell transistor as the capacitor insulating film, the capacitor capacity per unit area of the capacitor element can be increased and the area of the capacitor element can be reduced.
以下、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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るMONOS型メモリセルを備えたNAND型フラッシュメモリの平面図であり、図1(a)はメモリセルトランジスタ、図1(b)は周辺トランジスタ、図1(c)はキャパシタ素子を示している。また、図2は図1の断面図であり、図2(a)は図1(a)のA−A線に沿った断面図、図2(b)は図1(b)のB1−B1線に沿った断面図、図2(c)は図1(c)のC1−C1線に沿った断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a plan view of a NAND flash memory including a MONOS type memory cell according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a memory cell transistor, FIG. 1B is a peripheral transistor, FIG. 1C shows a capacitor element. 2 is a cross-sectional view of FIG. 1, FIG. 2 (a) is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1 (a), and FIG. 2 (b) is B1-B1 of FIG. 1 (b). FIG. 2C is a cross-sectional view taken along line C1-C1 in FIG. 1C.
まず、図1(a)および図2(a)を用いてメモリセルトランジスタの構造を説明する。 First, the structure of the memory cell transistor will be described with reference to FIGS. 1 (a) and 2 (a).
図1(a)に示すように、メモリセルトランジスタが形成されるメモリセルアレイ領域においては、半導体基板100の主面に複数の素子領域20が設けられている。これらの素子領域20は、互いに離間して、それぞれ所定方向、すなわち図1(a)中の横方向に沿って帯状に形成されている。
As shown in FIG. 1A, a plurality of
これらの素子領域20は、素子分離溝22(図2(b)参照)に埋め込まれた素子分離絶縁膜24からなる素子分離領域23によって絶縁分離されている。素子領域20には、メモリセルトランジスタのソース/ドレインとなるn型半導体領域101が複数個、互いに離間して形成されている。隣接するn型半導体領域101を共有することにより複数のメモリセルトランジスタが直列に接続され、NANDストリングを形成している。
These
素子領域20および素子分離領域23上には、複数のメモリセルトランジスタCのワード線WLが、離間したソース/ドレインの間に、上記所定方向と直交する方向、すなわち図1(a)中の上下方向に沿って配置され、選択ゲートトランジスタSの選択ゲート線SLがワード線WLと並行して配置されている。
On the
そして、各素子領域20と交差するワード線WL下には、メモリセルトランジスタCのチャネルがそれぞれ形成され、また各素子領域20と交差する選択ゲート線SL下には、選択ゲートトランジスタSのチャネルがそれぞれ形成されている。選択ゲートトランジスタSのn型拡散領域101は、ソース線コンタクト40およびビット線コンタクト41にそれぞれ接続されている。図1(a)に示すように、これらのメモリセルトランジスタはアレイ状に配置され、メモリセルアレイ領域を構成している。
A channel of the memory cell transistor C is formed below the word line WL that intersects each
図2(a)に示すように、メモリセルトランジスタのワード線WLは、半導体基板100(素子領域20)の上面にトンネル絶縁膜21を介して電荷トラップ窒化膜3、パッド酸化膜4、電荷ブロック絶縁膜としてのAl2O3膜10、ゲート電極としてTaN膜11、多結晶シリコン膜12、およびNiSi膜18が堆積されることにより構成されている。すなわち、メモリセルトランジスタは、Metal(ゲート電極)−Oxide(Al2O3)−Nitride(電荷トラップ窒化膜)−Oxide(トンネル絶縁膜)−Silicon(半導体基板)構造になっている。
As shown in FIG. 2A, the word line WL of the memory cell transistor is connected to the upper surface of the semiconductor substrate 100 (element region 20) via the tunnel
メモリセルトランジスタのワード線WLおよび選択ゲートトランジスタの選択ゲート線SLの側壁には二酸化シリコン膜19が堆積されている。また、メモリセルトランジスタのワード線WLおよび選択ゲートトランジスタの選択ゲート線SLのスペースは、層間絶縁膜17を用いて平坦化されている。
A
次に、図1(b)および図2(b)を用いて、周辺トランジスタの構造を説明する。 Next, the structure of the peripheral transistor will be described with reference to FIGS. 1B and 2B.
図1(b)に示すように、周辺トランジスタが形成される周辺トランジスタ領域においては、半導体基板100の主面に形成された素子分離領域に取り囲まれるように素子領域20が形成されている。この素子領域20には、周辺トランジスタのソース/ドレインとなるn型半導体領域101が複数個、互いに離間して形成されている。
As shown in FIG. 1B, in the peripheral transistor region where the peripheral transistor is formed, an
素子領域20および素子分離絶縁領域上には、離間したソース/ドレインの間に周辺トランジスタのゲート電極G4が配置されている。周辺トランジスタは、メモリセルアレイ領域の周辺に配置されている。
On the
図2(b)に示すように、周辺トランジスタは、半導体基板100(素子領域20)の上面にゲート酸化膜1を介して多結晶シリコン膜2およびNiSi膜18が順次堆積されることにより構成されている。この多結晶シリコン膜2およびNiSi膜18は、周辺トランジスタのゲート電極G4となる。また、素子分離領域23は、半導体基板100の主面に形成された素子分離溝22内に素子分離絶縁膜24が埋め込まれることにより構成されている。
As shown in FIG. 2B, the peripheral transistor is configured by sequentially depositing the
周辺トランジスタのゲート電極G4の側壁には二酸化シリコン膜19が堆積されている。また、周辺トランジスタのゲート電極G4のスペースは、層間絶縁膜17を用いて平坦化されている。
A
次に、図1(c)および図2(c)を用いて、本実施形態のキャパシタ素子の構造を説明する。 Next, the structure of the capacitor element of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1C and 2C.
キャパシタ素子が形成されるキャパシタ素子領域においては、半導体基板100の主面に設けられた素子分離領域に取り囲まれるように素子領域20が形成されている。この素子領域20は、キャパシタ素子の下部電極G1となる。また、前記素子領域20の上面には、ゲート絶縁膜1を介して、多結晶シリコン膜2が堆積されている。このゲート絶縁膜1は、前述の周辺トランジスタのゲート絶縁膜1と同一の膜である。また、この多結晶シリコン膜2は、前述の周辺トランジスタのゲート電極G4の一部である多結晶シリコン膜2と同一の膜種であり、キャパシタ素子の中間電極G2となる。
In the capacitor element region where the capacitor element is formed, an
多結晶シリコン膜2の上面には、前述の選択ゲートトランジスタのゲート酸化膜(SG酸化膜)9、Al2O3膜10、TaN膜11、多結晶シリコン膜12、NiSi膜18が順次堆積されている。このAl2O3膜10は、前述のメモリセルトランジスタの電荷ブロック絶縁膜10と同一の膜である。また、TaN膜11、多結晶シリコン膜12、NiSi膜18は前述のメモリセルトランジスタのゲート電極と同一の膜であり、キャパシタ素子の上部電極G3となる。また、素子分離領域23は、半導体基板100の主面に形成された素子分離溝22の中に素子分離絶縁膜24が埋め込まれることにより構成されている。
On the upper surface of the
キャパシタ素子は、下部電極G1である素子領域20と中間電極G2である多結晶シリコン膜2とを第1のキャパシタ電極としゲート絶縁膜1を第1のキャパシタ絶縁膜とする第1のキャパシタ構造と、多結晶シリコン膜2(中間電極G2)とTaN膜11、多結晶シリコン膜12、NiSi膜18(上部電極G3)とを第2のキャパシタ電極とし、SG酸化膜9、Al2O3膜10とを第2のキャパシタ絶縁膜とする第2のキャパシタ構造とを有する。通常は、前記第1のキャパシタ構造と第2のキャパシタ構造を合わせて、下部電極G1と上部電極G3とを同電位のノード、中間電極G2を対向するノードとした一つのキャパシタ素子として用いられる。キャパシタ素子の側壁には二酸化シリコン膜19が堆積されている。また、キャパシタ素子の周囲は層間絶縁膜17を用いて平坦化されている。
The capacitor element includes a first capacitor structure in which the
次に、本発明の第1の実施形態に係るMONOS型メモリセルを備えたNAND型フラッシュメモリの製造方法を図3から図11までの工程断面図を参照して説明する。図3(a)〜図11(a)はそれぞれ図1(a)のA−A線に沿って切断し矢印方向に眺めた工程断面図、図3(b)〜図11(b)はそれぞれ図1(b)のB−B線に沿って切断し矢印方向に眺めた工程断面図、図3(c)〜図11(c)はそれぞれ図1(c)のC−C線に沿って切断し矢印方向に眺めた工程断面図である。 Next, a method for manufacturing a NAND flash memory including the MONOS memory cell according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to process cross-sectional views from FIG. 3 to FIG. 3 (a) to 11 (a) are cross-sectional views taken along the line AA in FIG. 1 (a) and viewed in the direction of the arrows, and FIGS. 3 (b) to 11 (b) are respectively illustrated. FIG. 3B is a sectional view taken along the line BB in FIG. 1B and viewed in the direction of the arrow, and FIGS. 3C to 11C are taken along the line CC in FIG. It is process sectional drawing cut | disconnected and looked at the arrow direction.
まず、キャパシタ素子領域、メモリセルアレイ領域、周辺トランジスタ領域それぞれの半導体基板100の上にウェルおよびチャネルイオン注入のための犠牲酸化膜(不図示)を形成する。次に、フォトリソグラフィ技術を用いて犠牲酸化膜上にフォトレジスト(不図示)を形成した後、このフォトレジストをマスクとして、ボロン(B)のイオン注入を行う。
First, a well and a sacrificial oxide film (not shown) for channel ion implantation are formed on the
次に、図3に示すように、フォトレジストおよび犠牲酸化膜を剥離した後、キャパシタ素子領域、メモリセルアレイ領域、周辺トランジスタ領域それぞれの半導体基板100の上にゲート絶縁膜1を形成する。次に、ゲート絶縁膜上に、多結晶シリコン膜2を堆積する。次に、多結晶シリコン膜2上にフォトレジスト501を塗布した後、フォトリソグラフィ技術によりメモリセルアレイ領域のフォトレジストのみを開口する。図3は、この工程終了時の断面図である。
Next, as shown in FIG. 3, after removing the photoresist and the sacrificial oxide film, the
次に、フォトレジストをマスクとして、RIE(Reactive Ion Etching)法によって、メモリセルアレイ領域の多結晶シリコン膜2およびゲート絶縁膜1をエッチングし、半導体基板100を露出する。その後、フォトレジスト501を剥離する。
Next, the
次に、図4に示すように、メモリセルアレイ領域の半導体基板100上およびキャパシタ素子領域、周辺トランジスタ領域の多結晶シリコン膜2の上にトンネル絶縁膜21を形成する。次に、トンネル絶縁膜21の上に、電荷トラップ窒化膜3、パッド酸化膜4、非晶質シリコン膜5を堆積する。次に、非晶質シリコン膜5上にフォトレジスト503を塗布した後、フォトリソグラフィ技術によりメモリセルアレイ領域以外のフォトレジストを開口する。図4は、この工程終了時の断面図である。
Next, as shown in FIG. 4, a
次に、フォトレジスト503をマスクとして、RIE法によって、キャパシタ素子領域および周辺トランジスタ領域の非晶質シリコン膜5をエッチングして、キャパシタ素子領域および周辺トランジスタ領域の非晶質シリコン膜5の上面の高さをメモリセルアレイ領域の非晶質シリコン膜5の上面の高さに揃える。その後、フォトレジスト503を剥離する。
Next, with the
次に、図5に示すように、非晶質シリコン膜5の上に、パッド窒化膜6、マスクTEOS(Tetraethoxysilane)膜7、マスク窒化膜8、非晶質シリコン膜26を堆積する。
Next, as shown in FIG. 5, a
次に、非晶質シリコン膜26の上にフォトレジスト(不図示)を塗布した後、フォトリソグラフィ技術によりキャパシタ素子領域、メモリセルアレイ領域、周辺トランジスタ領域それぞれの素子領域20の形状にフォトレジストを加工し、そのフォトレジストをマスクとして、RIE法によってキャパシタ素子領域、メモリセルアレイ領域、周辺トランジスタ領域それぞれの非晶質シリコン膜26、マスク窒化膜8、マスクTEOS膜7をエッチングし、フォトレジストを剥離する。続いて、非晶質シリコン膜26、マスク窒化膜8、マスクTEOS膜7をマスクとして、RIE法によって、キャパシタ素子領域、メモリセルアレイ領域、周辺トランジスタ領域それぞれのパッド窒化膜6、非晶質シリコン膜5、パッド酸化膜4、電荷トラップ窒化膜3、多結晶シリコン膜2、ゲート絶縁膜1、半導体基板100をそれぞれエッチングして、半導体基板100に素子分離領域の素子分離溝22(図2参照)を形成する(素子領域形成工程)。この素子分離溝の形成時に残ったマスクTEOS膜7は後処理のウェット工程にて除去される。
Next, after applying a photoresist (not shown) on the
次に、素子分離溝22の中にHDP(High Density Prasma)法による酸化シリコン膜等の素子分離絶縁膜24(図2参照)を堆積し、パッド窒化膜6をストッパーとしてCMP(Chemical Mechanical Polishing)法によって素子分離絶縁膜24の平坦化を行う。
Next, an element isolation insulating film 24 (see FIG. 2) such as a silicon oxide film by HDP (High Density Plasma) method is deposited in the
なお、素子領域20のパターン形成の際に、メモリセルアレイ領域でフォトリソグラフィ技術の解像限界以下の微細パターンを作るために、側壁加工プロセスを用いてもよい。
In forming the pattern of the
次に、キャパシタ素子領域、メモリセルアレイ領域、周辺トランジスタ領域それぞれについて、RIE法によって素子分離絶縁膜24を非晶質シリコン膜5と同じ高さまでエッチバックした後、燐酸等を用いたウェット工程によってパッド窒化膜6を、RIE法によって非晶質シリコン膜5を剥離する。
Next, in each of the capacitor element region, the memory cell array region, and the peripheral transistor region, the element
次に、図6に示すように、パッド酸化膜4上に、フォトレジスト505を塗布した後、フォトリソグラフィ技術によりメモリセルアレイ領域以外のフォトレジストを開口する。
Next, as shown in FIG. 6, after applying a
フォトレジスト505をマスクとして、RIE法により、メモリセルアレイ領域以外のパッド酸化膜4、電荷トラップ窒化膜3をエッチングする。なお、この際、選択ゲートトランジスタ領域に形成されていたトンネル絶縁膜も除去される。その後、フォトレジスト505を剥離する。
Using the
次に、図7に示すように、選択ゲートトランジスタ形成領域に熱酸化法によって選択ゲートトランジスタのゲート絶縁膜(SGゲート絶縁膜)9を形成する。この際、キャパシタ素子領域および周辺トランジスタ領域の多結晶シリコン膜2上にもSGゲート絶縁膜9が形成される。次に、キャパシタ素子領域および周辺トランジスタ領域のSGゲート絶縁膜9上およびメモリセルアレイ領域のパッド酸化膜4上にAl2O3膜10、TaN膜11、多結晶シリコン膜12を順次堆積する。次に、多結晶シリコン膜12上に、フォトレジスト507を塗布した後、フォトリソグラフィ技術により周辺トランジスタ領域のフォトレジスト507を開口する。
Next, as shown in FIG. 7, a gate insulating film (SG gate insulating film) 9 of the select gate transistor is formed in the select gate transistor formation region by thermal oxidation. At this time, the SG
次に、フォトレジスト507をマスクとして、RIE法により、周辺トランジスタ領域の多結晶シリコン膜12、TaN膜11、Al2O3膜10、SGゲート絶縁膜9をエッチングする。その後、フォトレジスト507を剥離する。
Next, the
次に、図8に示すように、周辺トランジスタ領域の多結晶シリコン膜2の上面、キャパシタ素子領域およびメモリセルアレイ領域の多結晶シリコン膜12の上面に多結晶シリコン膜13、パッド窒化膜14、マスクTEOS膜15、非晶質シリコン膜16を順次堆積する。
Next, as shown in FIG. 8, on the upper surface of the
次に、非晶質シリコン膜16の上にフォトレジスト(不図示)を塗布した後、フォトリソグラフィ技術によりフォトレジストをキャパシタ素子領域、メモリセルアレイ領域、周辺トランジスタ領域それぞれのゲート電極の形状に加工する。次に、前記フォトレジストをマスクとして、RIE法によって非晶質シリコン膜16、マスクTEOS膜15をエッチングし、フォトレジストを剥離する。続いて、非晶質シリコン膜16とマスクTEOS膜15をマスクとして、RIE法によって、パッド窒化膜14をエッチングする(ゲート電極形成工程)。
Next, after applying a photoresist (not shown) on the
次に、図9に示すように、パッド窒化膜14の上にフォトレジスト509を塗布し、フォトリソグラフィ技術により、周辺トランジスタ領域以外のフォトレジスト509を開口する。周辺トランジスタ領域以外のメモリセルアレイ領域およびキャパシタ素子領域では、パッド窒化膜14をマスクとして、多結晶シリコン膜13および12、TaN膜11、Al2O3膜10、SG酸化膜9(キャパシタ素子領域の場合)を、または多結晶シリコン膜13および12、TaN膜11、Al2O3膜10、パッド酸化膜4、電荷トラップ窒化膜3(メモリセルアレイ領域の場合)をエッチングする。エッチング終了後、フォトレジスト509を剥離する。
Next, as shown in FIG. 9, a
次に、図10に示すように、半導体基板100上にフォトレジスト511を塗布し、フォトリソグラフィ技術により、周辺トランジスタ領域のフォトレジスト511を開口する。周辺トランジスタ領域では、パッド窒化膜14をマスクとして、多結晶シリコン膜13および多結晶シリコン膜2をエッチングする。エッチング終了後、フォトレジスト511を剥離する。図11は、本工程終了後の断面図である。
Next, as shown in FIG. 10, a
なお、各ゲート電極パターン形成の際に、メモリセルアレイ領域でフォトリソグラフィ技術の解像限界以下の微細パターンを作るために、側壁加工プロセスを用いてもよい。 In forming each gate electrode pattern, a sidewall processing process may be used in order to create a fine pattern below the resolution limit of the photolithography technique in the memory cell array region.
キャパシタ素子においては、図9のメモリセルトランジスタのゲート電極最終加工工程で多結晶シリコン膜2がエッチングされていないため、図10の周辺トランジスタのゲート電極最終加工工程では、多結晶シリコン膜2はフォトレジスト511で覆われずにエッチングされなければならない。しかし、多結晶シリコン膜2はキャパシタ素子の中間電極G2であるから、コンタクトを配置して電位を与えるために、コンタクトが配置される部分をフォトレジストで覆ってエッチングを受けないようにする必要がある。そこで、素子領域形成工程、ゲート電極形成工程、メモリセルトランジスタのゲート電極最終加工工程、周辺トランジスタのゲート電極最終加工工程の各工程におけるキャパシタ素子のフォトレジストパターンの平面図は図12のようになる。素子領域形成工程と周辺トランジスタのゲート電極最終加工工程におけるフォトレジストパターンの重なりからゲート電極形成工程のフォトレジストパターンを除いた部分が、キャパシタ素子の中間電極G2でコンタクトが配置される部分となる。
In the capacitor element, since the
次に、図2に示すように、ソース/ドレイン拡散領域101形成のための側壁となる二酸化シリコン膜19を各ゲート電極上に堆積し、ソース/ドレイン拡散領域101形成のためのイオン注入を行う。次に、層間絶縁膜17を堆積して、キャップ窒化膜14をストッパーとしてCMP法による層間絶縁膜17の平坦化を行う。次に、各ゲート電極上のキャップ窒化膜14をRIE法によって除去して、多結晶シリコン膜13を露出する。次に、多結晶シリコン膜13上にNiを堆積して、350℃から500℃程度のアニールを行い、多結晶シリコン膜13の一部をシリサイド化し、NiSi膜18を形成する。図2は、このシリサイド化工程終了時点での断面図である。
Next, as shown in FIG. 2, a
なお、多結晶シリコン膜13をシリサイド化するための金属は、Co、W、Tiなど、シリコンと反応して低抵抗のシリサイドを形成するならば、どのような金属でもよい。
The metal for siliciding the
次に、NiSi膜18上に層間絶縁膜を堆積して、CMPにより平坦化を行う。通常のNAND型フラッシュメモリ作成工程と同様に、ビット線コンタクト、周辺コンタクト、ビット線等の配線層を形成して、NAND型フラッシュメモリが作成される。
Next, an interlayer insulating film is deposited on the
以上のように、本発明の第1の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリによれば、MONOS型メモリセルを採用しながらも、中間電極G2を有するキャパシタ素子によって単位面積当たりの容量が増加するので、キャパシタ素子の占有面積が低減できる。 As described above, according to the NAND flash memory according to the first embodiment of the present invention, the capacitance per unit area is increased by the capacitor element having the intermediate electrode G2 while adopting the MONOS memory cell. The area occupied by the capacitor element can be reduced.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係るMONOS型メモリセルを備えたNAND型フラッシュメモリについて説明する。
(Second Embodiment)
Next, a NAND flash memory including the MONOS memory cell according to the second embodiment of the present invention will be described.
図13は、本発明の第2の実施形態に係るMONOS型メモリセルを備えたNAND型フラッシュメモリの断面図である。この実施形態は、基本的な構成は第1の実施形態と同じであるが、キャパシタ素子領域の半導体基板100をRIE法によってエッチングした後にキャパシタ素子を形成することを特徴とする。
FIG. 13 is a cross-sectional view of a NAND flash memory including a MONOS type memory cell according to the second embodiment of the present invention. This embodiment has the same basic configuration as that of the first embodiment, but is characterized in that the capacitor element is formed after the
本発明のキャパシタ素子の構造は、メモリセルトランジスタに周辺トランジスタの多結晶シリコン膜2を追加した積層構造のようになっているために、メモリセルトランジスタのゲート電極よりもキャパシタ素子(ゲート絶縁膜1、中間電極G2、SG酸化膜9、Al2O3膜10、上部電極G3の積層構造)のゲート電極の高さが高くなっている。しかし、キャパシタ素子部分の半導体基板100を多結晶シリコン膜2と電荷トラップ窒化膜3の厚さの差分だけあらかじめエッチングしておけば、キャパシタ素子領域とメモリセルトランジスタ領域でキャップ窒化膜14の上面の高さがほぼ同程度となる。こうすることにより、層間絶縁膜17の平坦化工程が容易となるという効果が得られる。
Since the structure of the capacitor element of the present invention is a laminated structure in which the
次に、本発明の第2の実施形態に係るMONOS型メモリセルを備えたNAND型フラッシュメモリの製造方法を図14と図15の工程断面図を参照して説明する。 Next, a method for manufacturing a NAND flash memory having a MONOS memory cell according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the process cross-sectional views of FIGS.
まず、キャパシタ素子領域、メモリセルアレイ領域、周辺トランジスタ領域それぞれの半導体基板100の上に犠牲酸化膜(不図示)を形成する。次に、フォトレジスト(不図示)を塗布した後に、フォトリソグラフィ技術によってキャパシタ素子領域のフォトレジストを開口する。このフォトレジストをマスクとして、半導体基板100をRIE法によってエッチングする。エッチング量は、例えば、多結晶シリコン膜2の膜厚が35nm、電荷トラップ窒化膜3の膜厚が5nmの場合には30nm程度となる。
First, a sacrificial oxide film (not shown) is formed on the
次に、フォトレジストおよび犠牲酸化膜を剥離し、キャパシタ素子領域、メモリセルアレイ領域、周辺トランジスタ領域それぞれの半導体基板100上に再度犠牲酸化膜を形成する。フォトリソグラフィ技術を用いて犠牲酸化膜上にフォトレジスト(不図示)を形成した後、このフォトレジストをマスクとして、ボロン(B)のイオン注入を行う。
Next, the photoresist and the sacrificial oxide film are removed, and a sacrificial oxide film is formed again on the
次に、フォトレジストおよび犠牲酸化膜を剥離した後、キャパシタ素子領域、メモリセルアレイ領域、周辺トランジスタ領域それぞれの半導体基板100の上にゲート絶縁膜1を形成する。次に、ゲート絶縁膜1上に、多結晶シリコン膜2を堆積する。次に、多結晶シリコン膜2上にフォトレジスト501を塗布した後、フォトリソグラフィ技術によりメモリセル部分のフォトレジストのみを開口する。図14は、この工程終了時の断面図である。
Next, after removing the photoresist and the sacrificial oxide film, the
以後の工程は実施例1と同様に行う。電荷トラップ窒化膜剥離工程終了後はメモリセルアレイ領域のパッド酸化膜4とキャパシタ素子領域の多結晶シリコン膜2の上面の高さがほぼ同じとなる。図15に示すように、周辺トランジスタ領域のAl2O3等剥離工程時は多結晶シリコン膜12の上面の高さがキャパシタ素子領域とメモリセルアレイ領域とでほぼ同じとなる。
The subsequent steps are performed in the same manner as in Example 1. After completion of the charge trap nitride film peeling step, the heights of the upper surfaces of the
以上のように、本発明の第2の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリによれば、キャパシタ素子領域の半導体基板100を多結晶シリコン膜2と電荷トラップ窒化膜3の厚さの差分だけあらかじめエッチングすることにより、ゲート電極形成後にキャパシタ素子領域とメモリセルアレイ領域でキャップ窒化膜14の上面の高さがほぼ同程度となり、層間絶縁膜17の平坦化工程が容易になるという効果が得られる。
As described above, according to the NAND flash memory according to the second embodiment of the present invention, the
1 ゲート絶縁膜
2、12、13 多結晶シリコン膜
3 電荷トラップ窒化膜
4 パッド酸化膜
5、16、26 非晶質シリコン膜
6 パッド窒化膜
7、15 マスクTEOS膜
8 マスク窒化膜
9 SG酸化膜
10 Al2O3膜
11 TaN膜
14 キャップ窒化膜
17 層間絶縁膜
18 NiSi膜
19 二酸化シリコン膜
20 素子領域
21 トンネル絶縁膜
22 素子分離溝
23 素子分離絶縁領域
24 素子分離絶縁膜
30 素子領域形成工程のフォトレジストパターン
31 ゲート電極形成工程のフォトレジストパターン
32 メモリセルトランジスタのゲート電極最終加工工程のフォトレジストの開口部
33 周辺トランジスタのゲート電極最終加工工程のフォトレジストパターン
100 半導体基板(p−sub)/P−well
101 n型拡散領域
501、503、505、507、509、511 フォトレジスト
G1 キャパシタ素子の下部電極
G2 キャパシタ素子の中間電極
G3 キャパシタ素子の上部電極
G4 周辺トランジスタのゲート電極
C メモリセルトランジスタ
S 選択ゲートトランジスタ
WL メモリセルトランジスタのワード線(ゲート電極)
SL 選択ゲート線
DESCRIPTION OF
101 n-
SL selection gate line
Claims (3)
前記半導体基板上にトンネル絶縁膜を介して形成された電荷トラップ膜と前記電荷トラップ膜上に電荷ブロック膜を介して積層された第1のゲート電極とを有するメモリセルトランジスタと、
前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成された多結晶シリコン膜とシリサイド膜からなる第2のゲート電極を有する周辺回路トランジスタと、
(a)前記半導体基板からなる下部電極
(b)前記半導体基板上に形成された、前記ゲート絶縁膜と同一の膜からなる第1の絶縁膜
(c)前記第1の絶縁膜上に形成された、前記第2のゲート電極の多結晶シリコン膜と同一の膜種である中間電極
(d)前記中間電極上に形成された、前記電荷ブロック膜と同一の膜を有する第2の絶縁膜
(e)前記第2の絶縁膜上に形成された、前記第1のゲート電極と同一の膜からなる上部電極
によって構成されるキャパシタ素子と、
を有することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A semiconductor substrate;
A memory cell transistor having a charge trap film formed on the semiconductor substrate via a tunnel insulating film and a first gate electrode stacked on the charge trap film via a charge block film;
A peripheral circuit transistor having a second gate electrode made of a polycrystalline silicon film and a silicide film formed on the semiconductor substrate via a gate insulating film;
(A) a lower electrode made of the semiconductor substrate; (b) a first insulating film formed on the semiconductor substrate and made of the same film as the gate insulating film; and (c) formed on the first insulating film. Further, an intermediate electrode (d) which is the same film type as the polycrystalline silicon film of the second gate electrode, and a second insulating film (d) formed on the intermediate electrode and having the same film as the charge blocking film ( e) a capacitor element formed of an upper electrode made of the same film as the first gate electrode, formed on the second insulating film;
A non-volatile semiconductor memory device comprising:
前記第一の絶縁膜上に前記半導体基板上の全領域にわたって第一の導電膜を形成し、前記第一の導電膜上に前記半導体基板上の全領域にわたって電荷トラップ絶縁膜を積層形成した後、前記キャパシタ素子を形成する領域において前記電荷トラップ絶縁膜を剥離する工程と、
前記第一の導電膜上に前記半導体基板上の全領域にわたって第二の絶縁膜を形成し、前記第二の絶縁膜上に前記半導体基板上の全領域にわたって第二の導電膜を積層形成する工程と、
前記第二の導電膜および前記第二の絶縁膜をキャパシタ素子の上部電極の形状に加工する工程と、
前記第一の導電膜および第一の絶縁膜を前記キャパシタ素子の中間電極の形状に加工する工程と、
前記第一の導電膜上に前記半導体基板上の全領域にわたって層間絶縁膜を堆積する工程と、
前記層間絶縁膜を貫通して前記第一の導電膜にコンタクトを形成する工程と、
を有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。 Forming a first insulating film over the entire region of the semiconductor substrate on a semiconductor substrate having a region for forming a memory cell transistor and a region for forming a capacitor element;
After forming a first conductive film over the entire region on the semiconductor substrate on the first insulating film and stacking a charge trap insulating film over the entire region on the semiconductor substrate on the first conductive film Peeling the charge trap insulating film in a region where the capacitor element is formed;
A second insulating film is formed on the first conductive film over the entire region on the semiconductor substrate, and a second conductive film is stacked on the second insulating film over the entire region on the semiconductor substrate. Process,
Processing the second conductive film and the second insulating film into the shape of the upper electrode of the capacitor element;
Processing the first conductive film and the first insulating film into the shape of the intermediate electrode of the capacitor element;
Depositing an interlayer insulating film over the entire region of the semiconductor substrate on the first conductive film;
Forming a contact with the first conductive film through the interlayer insulating film;
A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising:
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---|---|---|---|
JP2008302102A JP2010129740A (en) | 2008-11-27 | 2008-11-27 | Non-volatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same |
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Cited By (2)
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US8715891B2 (en) | 2011-11-24 | 2014-05-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Mask and pattern forming method |
US8957501B2 (en) | 2011-11-08 | 2015-02-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Non-volatile semiconductor storage device |
-
2008
- 2008-11-27 JP JP2008302102A patent/JP2010129740A/en active Pending
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