JP2010263086A - Semiconductor device - Google Patents

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Tetsuya Kai
徹哉 甲斐
Yoshio Ozawa
良夫 小澤
Katsuaki Natori
克晃 名取
Katsuyuki Sekine
克行 関根
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of suppressing degradation of charge retention characteristics of a nonvolatile memory cell. <P>SOLUTION: The nonvolatile memory cell includes a tunnel insulation film 2, a charge storage layer 3, an insulation layer 4 (4<SB>1</SB>, 4<SB>2</SB>), a control electrode 5, and a source/drain region 6, and also includes element isolation insulation films 7, wherein the insulation layer 4 includes, in a channel width direction, a first insulation layer 4<SB>1</SB>in contact with the upper surface of the charge storage layer 3, and a second insulation layer 4<SB>2</SB>in contact with an end of the charge storage layer 3; and the upper surfaces of the element isolation insulation films 7 located outside the second insulation layer 4<SB>2</SB>are located above an interface between the tunnel insulation film 2 and the charge storage layer 3. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリセルを備えた半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device including an electrically rewritable nonvolatile memory cell.

電気的に書き換え可能な半導体メモリの一つとして、NAND型フラッシュメモリが知られている(特許文献1)。NAND型フラッシュメモリは微細化に有利であるため、その大容量化が進んでいる。   A NAND flash memory is known as one of electrically rewritable semiconductor memories (Patent Document 1). Since NAND flash memory is advantageous for miniaturization, its capacity is increasing.

NAND型フラッシュメモリでは、ワード線方向に複数のメモリセルが素子分離絶縁膜を介して並んだメモリセル列が設けられている。複数のメモリセルの各々は、半導体基板上に設けられたトンネル絶縁膜と、トンネル絶縁膜上に設けられた浮遊ゲート電極(電荷蓄積層)と、浮遊ゲート電極上に設けられた電極間絶縁膜と、電極間絶縁膜上に設けられた制御ゲート電極(ワード線)とを備えている。ワード線方向において制御ゲート電極は隣接メモリセルに連続して設けられている。   In the NAND type flash memory, a memory cell column is provided in which a plurality of memory cells are arranged in the word line direction through an element isolation insulating film. Each of the plurality of memory cells includes a tunnel insulating film provided on the semiconductor substrate, a floating gate electrode (charge storage layer) provided on the tunnel insulating film, and an interelectrode insulating film provided on the floating gate electrode And a control gate electrode (word line) provided on the interelectrode insulating film. In the word line direction, the control gate electrode is continuously provided in adjacent memory cells.

NAND型フラッシュメモリにおいて、リーク電流の抑制は重要課題の一つである。何故なら、リーク電流は、NAND型フラッシュメモリを構成する不揮発性メモリセルの電荷保持特性の劣化を招くからである。   In a NAND flash memory, suppression of leakage current is one of important issues. This is because the leakage current causes deterioration of charge retention characteristics of the nonvolatile memory cells constituting the NAND flash memory.

上記リーク電流の原因としては、例えば、使用する製造プロセスや、使用する膜の種類にある。具体的には、RIE(Reactive Ion Etching)プロセスもしくは化学機械研磨法(CMP(Chemical Mechanical Polishing))によりデバイスを構成する膜がダメージを受けたり、または、電極間絶縁膜として誘電率は高いが欠陥を無視できないという欠点を持つhigh−k膜と呼ばれる誘電体膜を使用することがあげられる。   The cause of the leak current is, for example, the manufacturing process used and the type of film used. Specifically, the film constituting the device is damaged by the RIE (Reactive Ion Etching) process or chemical mechanical polishing (CMP), or the inter-electrode insulating film has a high dielectric constant but a defect. It is possible to use a dielectric film called a high-k film that has a disadvantage that cannot be ignored.

特開平8−125148号公報JP-A-8-125148

本発明の目的は、不揮発性メモリセルの電荷保持特性の劣化の抑制を図れる半導体装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of suppressing deterioration of charge retention characteristics of a nonvolatile memory cell.

本発明の一態様による半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板に形成された不揮発性メモリセルであって、前記半導体基板上に形成されたトンネル絶縁膜と、前記トンネル絶縁膜上に形成された電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された制御電極と、前記半導体基板の表面に一定の距離を隔てて形成された一対のソース/ドレイン領域とを含み、前記一対のソース/ドレイン領域が隔たれている方向をチャネル長方向とする前記不揮発性メモリセルと、前記半導体基板に形成された素子分離溝を埋め込む素子分離絶縁膜とを具備してなり、前記チャネル長方向と直交する方向において、前記素子分離絶縁膜の上面は前記トンネル絶縁膜と前記電荷蓄積層との界面よりも上にあり、前記チャネル長方向と直交する方向において、前記絶縁層は、前記電荷蓄積層の上面に接した第1の絶縁層と、前記電荷蓄積層の側面に接する第2の絶縁層とを含み、前記電荷蓄積層の側面と対向する前記素子分離絶縁膜の上端部は、前記第2の絶縁層を介して、前記電荷蓄積層の側面に接していることを特徴とする。   A semiconductor device according to one embodiment of the present invention is a semiconductor substrate, a nonvolatile memory cell formed on the semiconductor substrate, a tunnel insulating film formed on the semiconductor substrate, and formed on the tunnel insulating film A charge storage layer, an insulating layer formed on the charge storage layer, a control electrode formed on the insulating layer, and a pair of sources / sources formed on the surface of the semiconductor substrate at a predetermined distance. A non-volatile memory cell including a drain region and having a channel length direction as a direction in which the pair of source / drain regions are separated, and an element isolation insulating film filling an element isolation groove formed in the semiconductor substrate The upper surface of the element isolation insulating film is above the interface between the tunnel insulating film and the charge storage layer in a direction perpendicular to the channel length direction, In a direction orthogonal to the direction, the insulating layer includes a first insulating layer in contact with the upper surface of the charge storage layer and a second insulating layer in contact with a side surface of the charge storage layer, An upper end portion of the element isolation insulating film facing the side surface is in contact with the side surface of the charge storage layer through the second insulating layer.

また、本発明の他の態様による半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板に形成された不揮発性メモリセルであって、前記半導体基板上に形成されたトンネル絶縁膜と、前記トンネル絶縁膜上に形成された電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に形成され、シリコン酸化物よりも誘電率が高い高誘電率絶縁層と、前記高誘電率絶縁層上に形成された制御電極と、前記半導体基板の表面に一定の距離を隔てて形成された一対のソース/ドレイン領域とを含み、前記一対のソース/ドレイン領域が隔たれている方向をチャネル長方向とする前記不揮発性メモリセルと、前記半導体基板に形成された素子分離溝を埋め込む素子分離絶縁膜とを具備してなり、前記チャネル長方向と直交する方向において、前記高誘電率絶縁層と対向する前記電荷蓄積層の上面上に、前記電荷蓄積層と前記高誘電率絶縁層との間のリーク電流を抑制するためのリーク電流抑制層が選択的に設けられていることを特徴とする。   A semiconductor device according to another aspect of the present invention includes a semiconductor substrate, a nonvolatile memory cell formed on the semiconductor substrate, a tunnel insulating film formed on the semiconductor substrate, and the tunnel insulating film A charge storage layer formed on the charge storage layer, a high dielectric constant insulating layer formed on the charge storage layer and having a higher dielectric constant than silicon oxide, a control electrode formed on the high dielectric constant insulating layer, A non-volatile memory cell including a pair of source / drain regions formed on a surface of a semiconductor substrate at a predetermined distance, and a direction in which the pair of source / drain regions are separated is a channel length direction; An element isolation insulating film embedded in an element isolation groove formed in a semiconductor substrate, and the charge storage facing the high dielectric constant insulating layer in a direction orthogonal to the channel length direction On the top surface of, wherein the leakage current suppressing layer for suppressing a leakage current between the charge storage layer and the high dielectric constant insulating layer is selectively provided.

本発明によれば、リーク電流の抑制を図れる半導体装置を実現できるようになる。   According to the present invention, a semiconductor device capable of suppressing leakage current can be realized.

第1の実施形態による不揮発性半導体記憶装置を構成する不揮発性メモリセルの断面を模式的に示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a nonvolatile memory cell constituting the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment. 第1の実施形態による不揮発性半導体記憶装置を構成する不揮発性メモリセルの効果を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the effect of the non-volatile memory cell which comprises the non-volatile semiconductor memory device by 1st Embodiment. 第1の実施形態の不揮発性半導体記憶装置を構成する不揮発性メモリセルの製造工程を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the non-volatile memory cell which comprises the non-volatile semiconductor memory device of 1st Embodiment. 図3に続く製造工程を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing process following FIG. 図4に続く製造工程を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing process following FIG. 図5に続く製造工程を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing process following FIG. 図6に続く製造工程を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing process following FIG. 図7に続く製造工程を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing process following FIG. 図8に続く製造工程を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing process following FIG. 図9に続く製造工程を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing process following FIG. 図10に続く製造工程を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing process following FIG. 図11に続く製造工程を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing process following FIG. 図12に続く製造工程を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing process following FIG. 図13に続く製造工程を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing process following FIG. 図14に続く製造工程を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing process following FIG. 図15に続く製造工程を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing process following FIG. 図16に続く製造工程を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing process following FIG. 第2の実施形態による不揮発性半導体記憶装置を構成する不揮発性メモリセルの断面を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the cross section of the non-volatile memory cell which comprises the non-volatile semiconductor memory device by 2nd Embodiment. 第2の実施形態による不揮発性半導体記憶装置を構成する不揮発性メモリセルのエネルギーバンド図。The energy band figure of the non-volatile memory cell which comprises the non-volatile semiconductor memory device by 2nd Embodiment. 第2の実施形態の不揮発性半導体記憶装置を構成する不揮発性メモリセルの製造工程を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the non-volatile memory cell which comprises the non-volatile semiconductor memory device of 2nd Embodiment. 図20に続く製造工程を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing process following FIG. 図21に続く製造工程を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing process following FIG. 図23に続く製造工程を説明するための断面図。FIG. 24 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing step following FIG. 23. 比較例の不揮発性メモリセルの断面を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the cross section of the non-volatile memory cell of a comparative example.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態による不揮発性半導体記憶装置を構成する不揮発性メモリセルの断面を模式的に示す断面図である。本実施形態では、MONOS(Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor)構造の不揮発性メモリセルを例にあげて説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a non-volatile memory cell constituting the non-volatile semiconductor memory device according to the first embodiment. In the present embodiment, a nonvolatile memory cell having a MONOS (Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor) structure will be described as an example.

図1(a)は、ワード線方向(チャネル幅方向)における不揮発性メモリセルの断面を模式的に示す断面図である。図1(b)は、ビット線方向(チャネル長方向)における不揮発性メモリセルの断面を模式的に示す断面図である。   FIG. 1A is a cross-sectional view schematically showing a cross section of the nonvolatile memory cell in the word line direction (channel width direction). FIG. 1B is a cross-sectional view schematically showing a cross section of the nonvolatile memory cell in the bit line direction (channel length direction).

図中、1はシリコン基板を示しており、このシリコン基板1上にはトンネル絶縁膜2が形成されている。トンネル絶縁膜2上には電荷蓄積絶縁膜(電荷蓄積層)3が形成されている。電荷蓄積絶縁膜3上にはブロック絶縁膜4が形成されている。ブロック絶縁膜4上には制御ゲート電極5が形成されている。   In the figure, reference numeral 1 denotes a silicon substrate, and a tunnel insulating film 2 is formed on the silicon substrate 1. A charge storage insulating film (charge storage layer) 3 is formed on the tunnel insulating film 2. A block insulating film 4 is formed on the charge storage insulating film 3. A control gate electrode 5 is formed on the block insulating film 4.

図1(b)に示すように、シリコン基板1の表面には一定の距離を隔てて一対のソース/ドレイン領域6が形成されている。一対のソース/ドレイン領域6の間のシリコン基板1の表面(チャネル領域)上にはトンネル絶縁膜2が形成されている。   As shown in FIG. 1B, a pair of source / drain regions 6 are formed on the surface of the silicon substrate 1 at a predetermined distance. A tunnel insulating film 2 is formed on the surface (channel region) of the silicon substrate 1 between the pair of source / drain regions 6.

シリコン基板1には素子分離絶縁膜7が形成されている。素子分離絶縁膜7はシリコン基板1に形成した素子分離溝を埋め込んでいる。   An element isolation insulating film 7 is formed on the silicon substrate 1. The element isolation insulating film 7 fills an element isolation groove formed in the silicon substrate 1.

また、一対のソース/ドレイン領域6が隔たれている方向(チャネル長方向)と直交する方向、つまり、ワード線方向(チャネル幅方向)において、ブロック絶縁膜4は、電荷蓄積絶縁膜3の上面に接した第1のブロック絶縁膜41 (第1の絶縁層)と、電荷蓄積絶縁膜3の端部(側面)に接した第2のブロック絶縁膜42 (第2の絶縁層)とを含む。 Further, the block insulating film 4 is formed on the upper surface of the charge storage insulating film 3 in a direction orthogonal to the direction in which the pair of source / drain regions 6 are separated (channel length direction), that is, in the word line direction (channel width direction). The first block insulating film 4 1 (first insulating layer) in contact with the second block insulating film 4 2 (second insulating layer) in contact with the end (side surface) of the charge storage insulating film 3 Including.

図1(a)には、電荷蓄積絶縁膜3の端部(側面)全体に接した第2のブロック絶縁膜42 が示されているが、電荷蓄積絶縁膜3の端部(側面)の一部に接した第2のブロック絶縁膜42 であっても構わない。 The FIG. 1 (a), but the second block insulating film 4 2 is shown in contact with the entire end portion of the charge storage insulating film 3 (the side surface), the end of the charge storage insulating film 3 (the side surface) it may be a second block insulating film 4 2 in contact with the part.

また、ここでは、第2のブロック絶縁膜42 はさらにトンネル絶縁膜2の端部にも接している。図1(a)には、第2のブロック絶縁膜42 がトンネル絶縁膜2の端部の一部(端部上部)に接する例が示されているが、第2のブロック絶縁膜42 は、トンネル絶縁膜2の端部の全体に接していても構わないし、さらに、トンネル絶縁膜2下のシリコン基板1の端部(素子分離溝の側面)の一部または全体に接しても構わない。 Further, here, the second block insulating film 4 2 is further also in contact with the end of the tunnel insulating film 2. FIG. 1A shows an example in which the second block insulating film 4 2 is in contact with part of the end portion (upper end portion) of the tunnel insulating film 2, but the second block insulating film 4 2 is shown. May be in contact with the entire end portion of the tunnel insulating film 2, or may be in contact with a part or all of the end portion (side surface of the element isolation trench) of the silicon substrate 1 under the tunnel insulating film 2. Absent.

第2のブロック絶縁膜42 の外側にある素子分離絶縁膜7の上面は、トンネル絶縁膜2と電荷蓄積絶縁膜3との界面よりも上にある。図1(a)には、素子分離絶縁膜7の上面が電荷蓄積絶縁膜3の上面と同じ高さ(または略同じ高さ)の例が示されている。 Upper surface of the element isolation insulating film 7 on the outside of the second block insulating film 4 2, is above the interface between the tunnel insulating film 2 and the charge storage insulating film 3. FIG. 1A shows an example in which the upper surface of the element isolation insulating film 7 is the same height (or substantially the same height) as the upper surface of the charge storage insulating film 3.

図24は比較例の不揮発性メモリセルの断面を模式的に示す断面図である。図24は図1(a)のチャネル幅方向の断面図に相当する。比較例には、第2のブロック絶縁膜42 はない。図24において、参照符号8は素子分離絶縁膜7中の欠陥を含む欠陥領域を示している。素子分離領域の形成途中で、素子分離絶縁膜7がRIEで加工されることで、上記欠陥は生じる。 FIG. 24 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a nonvolatile memory cell of a comparative example. FIG. 24 corresponds to a cross-sectional view in the channel width direction of FIG. The comparative example, the second block insulating film 4 2 no. In FIG. 24, reference numeral 8 indicates a defect region including a defect in the element isolation insulating film 7. During the formation of the element isolation region, the element isolation insulating film 7 is processed by RIE, thereby causing the above defects.

比較例の場合、制御ゲート電極5に正のバイアスのゲート電圧を印加し、シリコン基板1からトンネル絶縁膜2を介して電荷蓄積絶縁膜3に電子を注入し、電荷蓄積絶縁膜3に電子を蓄積させると、以下のような問題が発生する。   In the case of the comparative example, a positive bias gate voltage is applied to the control gate electrode 5, electrons are injected from the silicon substrate 1 through the tunnel insulating film 2 into the charge storage insulating film 3, and electrons are injected into the charge storage insulating film 3. When accumulated, the following problems occur.

すなわち、電荷蓄積絶縁膜3は欠陥領域8と直接接接しているため、電荷蓄積絶縁膜3に蓄積された電子(e-)の一部は欠陥領域8を介して素子分離絶縁膜7中に移動する。このような電子の移動9によってリーク電流が流れ、その結果として電荷保持特性は劣化する。   That is, since the charge storage insulating film 3 is in direct contact with the defect region 8, some of the electrons (e −) stored in the charge storage insulating film 3 enter the element isolation insulating film 7 through the defect region 8. Moving. Such electron movement 9 causes a leak current to flow, and as a result, the charge retention characteristics deteriorate.

一方、本実施形態の場合においても、図2に示すように、素子分離絶縁膜7中の欠陥領域8は存在するが、電荷蓄積絶縁膜3は第2のブロック絶縁膜42 を介して欠陥領域8に接し、電荷蓄積絶縁膜3は欠陥領域8と直接には接接していない。そのため、制御ゲート電極5に正のバイアスのゲート電圧を印加しても、図2に示すように、電荷蓄積絶縁膜3に蓄積された電子(e-)は第2のブロック絶縁膜42 によってブロックされ、電荷蓄積絶縁膜3の外には移動しない。したがって、本実施形態によれば、リーク電流の抑制を図れるようになる。リーク電流の抑制を図れるので、電荷保持特性の劣化も抑制できるようになる。 On the other hand, even in the case of this embodiment, as shown in FIG. 2, although the defect region 8 exists in the element isolation insulating film 7, the charge storage insulating film 3 is defective through the second block insulating film 42. The charge storage insulating film 3 is in contact with the region 8 and is not in direct contact with the defect region 8. Therefore, even if a positive bias gate voltage is applied to the control gate electrode 5, as shown in FIG. 2, the electrons (e ) accumulated in the charge storage insulating film 3 are caused by the second block insulating film 4 2 . It is blocked and does not move out of the charge storage insulating film 3. Therefore, according to the present embodiment, the leakage current can be suppressed. Since leakage current can be suppressed, deterioration of charge retention characteristics can also be suppressed.

図2には、電荷蓄積絶縁膜3の端部(側面)の全体が欠陥領域8に直接接していない構造が示されているが、電荷蓄積絶縁膜3の端部(側面)の一部が欠陥領域8に直接接している構造であっても、従来構造に比べて、電荷保持特性の劣化は抑制される。電荷蓄積絶縁膜3の端部(側面)の一部が欠陥領域8に直接接している構造は、例えば、上述した電荷蓄積絶縁膜3の端部(側面)の一部に接した第2のブロック絶縁膜42 とすることで、実現される。 FIG. 2 shows a structure in which the entire end portion (side surface) of the charge storage insulating film 3 is not in direct contact with the defect region 8, but a part of the end portion (side surface) of the charge storage insulating film 3 is shown. Even in the structure directly in contact with the defect region 8, the deterioration of the charge retention characteristics is suppressed as compared with the conventional structure. The structure in which a part of the end portion (side surface) of the charge storage insulating film 3 is in direct contact with the defect region 8 is, for example, the second structure in contact with a part of the end portion (side surface) of the charge storage insulating film 3 described above. This is realized by using the block insulating film 4 2 .

なお、第1のブロック絶縁膜41 と第2のブロック絶縁膜42 とは同じ材料で形成されていても構わないし、あるいは、それぞれ別々の材料で形成されていても構わない。同じ材料の場合、プロセスの簡略化を図れるようになる。別々の材料の場合、第1のブロック絶縁膜41 に対してはブロック絶縁膜として最適な材料を、第2のブロック絶縁膜42 に対してはリーク電流の抑制に対して効果が高い材料を使用できるという利点がある。 Note that the first block insulating film 4 1 and the second block insulating film 4 2 It may be formed of the same material, or may be formed respectively of different materials. In the case of the same material, the process can be simplified. For different materials, optimum materials for the first block insulating film 4 1 as the block insulating film, the effect is highly material to suppress the leakage current with respect to the second block insulating film 42 There is an advantage that it can be used.

次に、本実施形態の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of this embodiment is demonstrated.

[図3]
シリコン基板1上にトンネル絶縁膜2を形成する。ここでは、トンネル絶縁膜2としてシリコン酸化膜を形成する。このようなシリコン酸化膜は、例えば、600−1000℃でドライO2 雰囲気または水蒸気雰囲気で熱酸化することにより形成することができる。上記シリコン酸化膜はCVD法やALD法により形成してもよい。上記シリコン酸化膜の膜厚は、例えば、3−9nm程度であるが、この範囲外の膜厚でもよい。
[Fig. 3]
A tunnel insulating film 2 is formed on the silicon substrate 1. Here, a silicon oxide film is formed as the tunnel insulating film 2. Such a silicon oxide film can be formed, for example, by thermal oxidation at 600-1000 ° C. in a dry O 2 atmosphere or a water vapor atmosphere. The silicon oxide film may be formed by a CVD method or an ALD method. The film thickness of the silicon oxide film is, for example, about 3-9 nm, but may be a film thickness outside this range.

[図4]
トンネル絶縁膜2上に電荷蓄積層3を形成する。ここでは、電荷蓄積層3としてシリコン窒化膜を形成する。このようなシリコン窒化膜は、例えば、温度が600−800℃に設定された反応炉内にジクロルシラン(SiH2 Cl2 )とアンモニア(NH3 )を導入し、0.1−1Torrに圧力を維持して行うCVD法により形成する。ここでは、電荷蓄積層3としてシリコン窒化膜を用いたが、フローティングゲート構造の不揮発性メモリセルの場合には、電荷蓄積層3として例えば多結晶シリコン膜を用いる。
[Fig. 4]
A charge storage layer 3 is formed on the tunnel insulating film 2. Here, a silicon nitride film is formed as the charge storage layer 3. In such a silicon nitride film, for example, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and ammonia (NH 3 ) are introduced into a reaction furnace set at a temperature of 600 to 800 ° C., and the pressure is maintained at 0.1-1 Torr. Then, the CVD method is used. Here, a silicon nitride film is used as the charge storage layer 3. However, in the case of a nonvolatile memory cell having a floating gate structure, for example, a polycrystalline silicon film is used as the charge storage layer 3.

[図5]
電荷蓄積層3上にCVD法によりシリコン酸化膜10を形成する。このシリコン酸化膜10は、例えば、温度が600−800℃に設定された反応炉内にジクロルシラン(SiH2 Cl2 )と2酸化窒素(N2 O)を導入し、0.1−5Torrに圧力を維持して行うCVD法により形成する。次にシリコン酸化膜10上にシリコン窒化膜11を形成する。このシリコン窒化膜11は、例えば、温度が600−800℃に設定された反応炉内にジクロルシラン(SiH2 Cl2 )とアンモニア(NH3 )を導入し、0.1−1Torrに圧力を維持して行うCVD法により形成する。
[Fig. 5]
A silicon oxide film 10 is formed on the charge storage layer 3 by CVD. For example, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and nitrogen dioxide (N 2 O) are introduced into a reaction furnace whose temperature is set to 600 to 800 ° C., and the silicon oxide film 10 is pressurized to 0.1-5 Torr. It is formed by the CVD method performed while maintaining the above. Next, a silicon nitride film 11 is formed on the silicon oxide film 10. For example, this silicon nitride film 11 introduces dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and ammonia (NH 3 ) into a reaction furnace set at a temperature of 600-800 ° C., and maintains the pressure at 0.1-1 Torr. The CVD method is used.

[図6]
シリコン窒化膜11上にフォトレジスト膜12を塗布法により堆積する。
[Fig. 6]
A photoresist film 12 is deposited on the silicon nitride film 11 by a coating method.

[図7]
フォトリソグラフィプロセス(露光、現像)によりトランジスタ形成領域のみフォトレジスト膜12を残す。
[Fig. 7]
The photoresist film 12 is left only in the transistor formation region by a photolithography process (exposure, development).

[図8]
RIEプロセスにより、フォトレジスト膜(レジストパターン)12が残った部分以外の領域のシリコン酸化膜10とシリコン窒化膜11を除去する。
[Fig. 8]
By the RIE process, the silicon oxide film 10 and the silicon nitride film 11 in a region other than the portion where the photoresist film (resist pattern) 12 remains are removed.

[図9]
上記フォトレジスト膜を除去し、その後、シリコン酸化膜10とシリコン窒化膜11(ハードマスク)をマスクに用いてRIEプロセスにより、電荷蓄積層3、シリコン酸化膜2およびシリコン基板1をエッチングし、素子分離溝を開口する。
[Fig. 9]
The photoresist film is removed, and thereafter, the charge storage layer 3, the silicon oxide film 2 and the silicon substrate 1 are etched by an RIE process using the silicon oxide film 10 and the silicon nitride film 11 (hard mask) as a mask. Open the separation groove.

[図10]
600−750℃でテトラエトキシシラン(TEOS)を反応炉内に導入して0.1−5Torr程度の圧力とすることにより、上記素子分離溝が埋め込まれるように素子分離絶縁膜7となるシリコン酸化膜を全面に堆積し、その後、CMPにより表面を平坦化することにより、上記素子分離溝を素子分離絶縁膜7で埋め込んでなる素子分離領域(STI(Shallow Trench Isolation))を形成する。上記CMP時において、素子分離絶縁膜7の表面(上面部)には欠陥が発生する。
[FIG. 10]
By introducing tetraethoxysilane (TEOS) into the reaction furnace at 600-750 ° C. and setting the pressure to about 0.1-5 Torr, silicon oxide that becomes the element isolation insulating film 7 is embedded so that the element isolation trench is embedded. A film is deposited on the entire surface, and then the surface is planarized by CMP to form an element isolation region (STI (Shallow Trench Isolation)) in which the element isolation trench is filled with the element isolation insulating film 7. During the CMP, a defect occurs on the surface (upper surface portion) of the element isolation insulating film 7.

[図11]
シリコン窒化膜と選択比が取れる条件でのRIEプロセスにより、素子分離絶縁膜(シリコン酸化膜)7を電荷蓄積層3の上面と同じ高さまでエッチングする。
[Fig. 11]
The element isolation insulating film (silicon oxide film) 7 is etched to the same height as the upper surface of the charge storage layer 3 by an RIE process under conditions that allow a selection ratio with the silicon nitride film.

[図12]
200℃程度の燐酸と水との混合液を用いたウエットエッチングにより、シリコン酸化膜10上に残っているシリコン窒化膜11を選択的に除去する。
[Fig. 12]
The silicon nitride film 11 remaining on the silicon oxide film 10 is selectively removed by wet etching using a mixed solution of phosphoric acid and water at about 200 ° C.

[図13]
フォトレジスト膜を塗布法で全面に堆積し、その後、フォトリソグラフィプロセス(露光、現像)によりトランジスタ形成領域とその近傍以外の領域のみフォトレジスト膜(レジストパターン)13を残す。
[FIG. 13]
A photoresist film is deposited on the entire surface by a coating method, and then the photoresist film (resist pattern) 13 is left only in the transistor formation region and other regions in the vicinity thereof by a photolithography process (exposure and development).

[図14]
レジストパターン13をマスクに用いてRIEプロセスにより、トランジスタ形成領域近傍の素子分離絶縁膜(シリコン酸化膜)7を選択的にエッチングし、トランジスタ形成領域近傍の素子分離絶縁膜(シリコン酸化膜)7の表面(上面)の高さを電荷蓄積層3の下面まで、または、該下面より低い位置まで下げる。図14には、電荷蓄積層3の下面と同じ高さの例が示されている。
[FIG. 14]
The element isolation insulating film (silicon oxide film) 7 in the vicinity of the transistor formation region is selectively etched by the RIE process using the resist pattern 13 as a mask, and the element isolation insulating film (silicon oxide film) 7 in the vicinity of the transistor formation region is etched. The height of the surface (upper surface) is lowered to the lower surface of the charge storage layer 3 or to a position lower than the lower surface. FIG. 14 shows an example of the same height as the lower surface of the charge storage layer 3.

なお、CMP時に素子分離絶縁膜7に生じた欠陥の多くは、素子分離絶縁膜7の上面部に存在するので、電荷蓄積層3の側面と対向する素子分離絶縁膜7の上面部をエッチングにより除去すれば十分である。   It should be noted that most of the defects generated in the element isolation insulating film 7 at the time of CMP exist on the upper surface portion of the element isolation insulating film 7, so that the upper surface portion of the element isolation insulating film 7 facing the side surface of the charge storage layer 3 is etched. It is sufficient to remove it.

[図15]
フォトレジスト膜(レジストパターン)13を除去する。
[FIG. 15]
The photoresist film (resist pattern) 13 is removed.

[図16]
全面にブロック絶縁膜4を形成する。ここでは、ブロック絶縁膜4としてシリコン酸化膜を形成する。このようなシリコン酸化膜は、例えば、上記のように温度が600−00℃に設定された反応炉内にジクロルシラン(SiH2 Cl2 )と2酸化窒素(N2 O)を導入し、0.1−5Torrに圧力を維持して行うCVD法により形成することができる。
[FIG. 16]
A block insulating film 4 is formed on the entire surface. Here, a silicon oxide film is formed as the block insulating film 4. Such a silicon oxide film is obtained, for example, by introducing dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and nitrogen dioxide (N 2 O) into the reaction furnace set at a temperature of 600-00 ° C. as described above. It can be formed by a CVD method performed while maintaining the pressure at 1-5 Torr.

ブロック絶縁膜4としてはシリコン酸化膜の他に高誘電体膜でもよく、例えば、アルミナ膜などでもよい。アルミナ膜の形成方法としては、例えば、温度が500−700℃に設定された反応炉内にトリメチルアルミニウム(TMA)とオゾン(O3 )をいっしょに導入し、0.1−5Torrに圧力を維持して行うCVD法がある。 The block insulating film 4 may be a high dielectric film in addition to the silicon oxide film, for example, an alumina film. As a method for forming an alumina film, for example, trimethylaluminum (TMA) and ozone (O 3 ) are introduced together into a reaction furnace set at a temperature of 500-700 ° C., and the pressure is maintained at 0.1-5 Torr. There is a CVD method.

また、よりステップカバレッジのよいアルミナ膜の形成方法としては、例えば、温度を100−500℃、圧力を0.1−5Torrとした反応炉内にトリメチルアルミニウム(TMA)とオゾン(O3 )を交互に導入して行うALD法がある。 As a method for forming an alumina film with better step coverage, for example, trimethylaluminum (TMA) and ozone (O 3 ) are alternately placed in a reaction furnace at a temperature of 100 to 500 ° C. and a pressure of 0.1 to 5 Torr. There is an ALD method introduced in

[図17]
ブロック絶縁膜4上に制御ゲート電極5を形成する。制御ゲート電極5としては、例えば、P添加シリコン膜を用いる。このようなP添加シリコン膜は、例えば、温度を400−700℃、圧力を0.1−5Torrとした反応炉内にモノシラン(SiH4 )とフォスフィン(PH3 )を導入して行うCVD法により形成することができる。制御ゲート電極5に金属膜を用いても構わない。これ以降、ワードライン方向の加工を行いフラッシュメモリセルとなるトランジスタを形成する工程などの周知の工程が行われる。
[Fig. 17]
A control gate electrode 5 is formed on the block insulating film 4. As the control gate electrode 5, for example, a P-added silicon film is used. Such a P-added silicon film is formed by, for example, a CVD method in which monosilane (SiH 4 ) and phosphine (PH 3 ) are introduced into a reaction furnace at a temperature of 400 to 700 ° C. and a pressure of 0.1 to 5 Torr. Can be formed. A metal film may be used for the control gate electrode 5. Thereafter, known steps such as a step of forming a transistor to be a flash memory cell by performing processing in the word line direction are performed.

上記のような実施形態によれば、図11の工程において、RIEによるダメージで素子分離絶縁膜7の表面に欠陥が形成されるが、図12以降の工程で電荷蓄積層3の近傍領域では欠陥が形成された素子分離絶縁膜7を除去しているので、電荷蓄積層3中に蓄積された電荷が素子分離絶縁膜7中の欠陥を介して抜け出すことがなくなってリーク電流が抑制され、電荷保持特性の向上を図れるようになる。   According to the embodiment as described above, in the step of FIG. 11, defects are formed on the surface of the element isolation insulating film 7 due to damage by RIE. However, in the steps after FIG. Since the element isolation insulating film 7 formed with is removed, the charge stored in the charge storage layer 3 does not escape through the defects in the element isolation insulating film 7, and the leakage current is suppressed, and the charge is reduced. The retention characteristics can be improved.

(第2の実施形態)
図18は、第2の実施形態による不揮発性半導体記憶装置を構成する不揮発性メモリセルの断面を模式的に示す断面図である。図18は図1(a)のチャネル幅方向の断面図に相当する。
(Second Embodiment)
FIG. 18 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a nonvolatile memory cell constituting the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment. FIG. 18 corresponds to a cross-sectional view in the channel width direction of FIG.

なお、以下の図において、前出した図と同一符号は同一符号または相当部分を示しており、詳細な説明は省略する。   In the following drawings, the same reference numerals as those in the previous drawings indicate the same reference numerals or corresponding parts, and detailed description thereof will be omitted.

第1の実施形態ではブロック絶縁膜としてシリコン酸化膜4を用いたが、本実施形態ではブロック絶縁膜として高誘電体膜(high-k膜)4h(例えばアルミナ膜)を用いる。本実施形態では電荷蓄積層3と高誘電体膜4hとの間にバリア絶縁膜(リーク電流抑制層)20を設けている。以下、バリア絶縁膜20についてさらに説明する。   In the first embodiment, the silicon oxide film 4 is used as the block insulating film, but in this embodiment, a high dielectric film (high-k film) 4h (for example, an alumina film) is used as the block insulating film. In the present embodiment, a barrier insulating film (leakage current suppressing layer) 20 is provided between the charge storage layer 3 and the high dielectric film 4h. Hereinafter, the barrier insulating film 20 will be further described.

MONOS型不揮発性メモリセルでは、制御ゲート電極5に正のバイアスのゲート電圧を印加し、シリコン基板1からトンネル絶縁膜2を介して電荷蓄積層3に電子を注入し、電荷蓄積層3に電子を蓄積することが行われる。   In the MONOS type nonvolatile memory cell, a positive bias gate voltage is applied to the control gate electrode 5, electrons are injected from the silicon substrate 1 through the tunnel insulating film 2, and electrons are injected into the charge storage layer 3. Is done.

ここで、ブロック絶縁膜が高誘電体膜の場合、高誘電体膜はシリコン酸化膜等の絶縁膜に比べて欠陥が多いために、電荷蓄積層に蓄積された電子は高誘電体膜中の欠陥を介して制御ゲート電極に抜けるという現象(リーク電流)が生じ、その結果として電荷保持特性が劣化するという問題点が生じる。   Here, when the block insulating film is a high dielectric film, since the high dielectric film has more defects than the insulating film such as a silicon oxide film, the electrons accumulated in the charge storage layer are in the high dielectric film. A phenomenon (leakage current) that the control gate electrode is pulled out through a defect occurs, and as a result, there arises a problem that charge retention characteristics deteriorate.

そこで、本実施形態では、電荷蓄積層3と高誘電体膜4hとの間にバリア絶縁膜20を設けている。図19のエネルギーバンド図に示すように、バリア絶縁膜20は、電荷蓄積層3および高誘電体膜4hに比べ、電子(e- )に対するエネルギー障壁が高い。そのため、電荷蓄積層3に蓄積された電子が高誘電体膜4h中の欠陥を介して制御ゲート電極5に抜けるというリーク電流は抑制される。したがって、本実施形態によれば、ブロック絶縁膜として高誘電体膜を用いても、リーク電流は抑制され、電荷保持特性の劣化は抑制される。 Therefore, in this embodiment, the barrier insulating film 20 is provided between the charge storage layer 3 and the high dielectric film 4h. As shown in the energy band diagram of FIG. 19, the barrier insulating film 20 has a higher energy barrier against electrons (e ) than the charge storage layer 3 and the high dielectric film 4h. Therefore, the leakage current that electrons stored in the charge storage layer 3 escape to the control gate electrode 5 through defects in the high dielectric film 4h is suppressed. Therefore, according to the present embodiment, even when a high dielectric film is used as the block insulating film, the leakage current is suppressed and the deterioration of the charge retention characteristics is suppressed.

本実施形態では、電荷蓄積層3と高誘電体膜4hとの間のエネルギー障壁を高くするバリア絶縁膜20をリーク電流抑制層として使用したが、他のメカニズムでリーク電流を抑制するリーク電流抑制層を使用しても構わない。   In the present embodiment, the barrier insulating film 20 that increases the energy barrier between the charge storage layer 3 and the high dielectric film 4h is used as the leakage current suppression layer. However, the leakage current suppression that suppresses the leakage current by other mechanisms. Layers may be used.

図20−図23は、本実施形態の不揮発性半導体記憶装置を構成する不揮発性メモリセルの製造工程を説明するための断面図である。   20 to 23 are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the nonvolatile memory cell constituting the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment.

まず、第1の実施形態で説明した図3および図4の工程を行う。   First, the steps of FIG. 3 and FIG. 4 described in the first embodiment are performed.

[図20]
電荷蓄積層3上にCVD法によりバリア絶縁膜20を形成する。バリア絶縁膜20は、例えば、シリコン酸化薄膜である。このシリコン酸化薄膜の厚さは、例えば、1−10nmの範囲で選ばれ、例えば、2−3nmである。
[FIG. 20]
A barrier insulating film 20 is formed on the charge storage layer 3 by a CVD method. The barrier insulating film 20 is, for example, a silicon oxide thin film. The thickness of this silicon oxide thin film is selected, for example, in the range of 1-10 nm, and is, for example, 2-3 nm.

この後、第1の実施形態の図5と同様にシリコン窒化膜11を形成し、さらに、第1の実施形態の図6から図10までの工程を行う。   Thereafter, a silicon nitride film 11 is formed in the same manner as in FIG. 5 of the first embodiment, and further, the steps from FIG. 6 to FIG. 10 of the first embodiment are performed.

[図21]
シリコン窒化膜11と選択比の取れる条件のRIEプロセスにより、素子分離絶縁膜(シリコン酸化膜)7の上面がバリア絶縁膜20の上面と同じ高さになるまで、素子分離絶縁膜(シリコン酸化膜)7をエッチングする。
[FIG. 21]
The element isolation insulating film (silicon oxide film) is kept until the upper surface of the element isolation insulating film (silicon oxide film) 7 is flush with the upper surface of the barrier insulating film 20 by the RIE process under conditions that allow a selection ratio with the silicon nitride film 11. ) 7 is etched.

[図22]
次に200℃程度の燐酸と水との混合液を用いたウエットエッチングにより、バリア絶縁膜20上に残っているシリコン窒化膜11を選択的に除去する。
[FIG. 22]
Next, the silicon nitride film 11 remaining on the barrier insulating film 20 is selectively removed by wet etching using a mixed solution of phosphoric acid and water at about 200.degree.

[図23]
ブロック絶縁膜としての高誘電体絶縁膜4hを全面に形成する。
[FIG. 23]
A high dielectric insulating film 4h as a block insulating film is formed on the entire surface.

高誘電体絶縁膜4hは、例えば、アルミナ膜(酸化アルミニウム膜)である。   The high dielectric insulating film 4h is, for example, an alumina film (aluminum oxide film).

上記アルミナ膜は、CVD法により形成することができる。このようなアルミナ膜(CVDアルミナ膜)は、例えば、500−700℃とした反応炉内にトリメチルアルミニウム(TMA)とオゾン(O3 )を同時に導入し、0.1−5Torrの範囲内に圧力を維持することで形成することができる。 The alumina film can be formed by a CVD method. Such an alumina film (CVD alumina film) is formed by, for example, simultaneously introducing trimethylaluminum (TMA) and ozone (O 3 ) into a reaction furnace set at 500 to 700 ° C. and pressure within a range of 0.1-5 Torr. It can be formed by maintaining

上記アルミナ膜は、ALD法により形成することもできる。このようなアルミナ膜(ALDアルミナ膜)は、例えば、温度を100−500℃、圧力を0.1−5Torrとした反応炉内にトリメチルアルミニウム(TMA)とオゾン(O3 )を交互に導入することで形成することができる。ALD法を用いることでステップカバレッジのよいアルミナ膜を形成することができる。 The alumina film can also be formed by an ALD method. Such an alumina film (ALD alumina film), for example, alternately introduces trimethylaluminum (TMA) and ozone (O 3 ) into a reaction furnace at a temperature of 100 to 500 ° C. and a pressure of 0.1 to 5 Torr. Can be formed. By using the ALD method, an alumina film with good step coverage can be formed.

この後、第1の実施形態と同様に、制御ゲート電極の形成工程、ワードライン方向の加工工程などの周知の工程を経てフラッシュメモリセルが得られる。   Thereafter, as in the first embodiment, a flash memory cell is obtained through known processes such as a control gate electrode forming process and a processing process in the word line direction.

なお、本発明は以上述べた実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、MONOS構造の不揮発性メモリセルについて説明したが、本発明はフローティングゲート構造の不揮発性メモリセルにも適用できる。この場合、電荷蓄積絶縁膜を浮遊ゲート電極、ブロック絶縁膜を電極間絶縁膜(インターポリ)と読み替える。   The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, in the above embodiment, the MONOS structure nonvolatile memory cell has been described. However, the present invention can also be applied to a floating gate structure nonvolatile memory cell. In this case, the charge storage insulating film is read as a floating gate electrode, and the block insulating film is read as an interelectrode insulating film (interpoly).

また、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。   In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

1…シリコン基板、2…トンネル絶縁膜、3…電荷蓄積絶縁膜(電荷蓄積層)、4…ブロック絶縁膜、41 …第1のブロック絶縁膜(第2の絶縁層)、42 …第2のブロック絶縁膜(第2の絶縁層)、4h…ブロック絶縁膜(高誘電体膜)、5…制御ゲート電極、6…ソース/ドレイン領域、7…素子分離絶縁膜、8…欠陥領域、9…電子の移動、10…シリコン酸化膜、11…シリコン窒化膜、12,13…フォトレジスト膜、20…バリア絶縁膜(リーク電流抑制層)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... Tunnel insulating film, 3 ... Charge storage insulating film (charge storage layer), 4 ... Block insulating film, 4 1 ... 1st block insulating film (2nd insulating layer), 4 2 ... 1st 2 block insulating film (second insulating layer), 4h... Block insulating film (high dielectric film), 5... Control gate electrode, 6... Source / drain region, 7. DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... Electron transfer, 10 ... Silicon oxide film, 11 ... Silicon nitride film, 12, 13 ... Photoresist film, 20 ... Barrier insulating film (leakage current suppression layer).

Claims (5)

半導体基板と、
前記半導体基板に形成された不揮発性メモリセルであって、前記半導体基板上に形成されたトンネル絶縁膜と、前記トンネル絶縁膜上に形成された電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された制御電極と、前記半導体基板の表面に一定の距離を隔てて形成された一対のソース/ドレイン領域とを含み、前記一対のソース/ドレイン領域が隔たれている方向をチャネル長方向とする前記不揮発性メモリセルと、
前記半導体基板に形成された素子分離溝を埋め込む素子分離絶縁膜とを具備してなり、
前記チャネル長方向と直交する方向において、前記素子分離絶縁膜の上面は前記トンネル絶縁膜と前記電荷蓄積層との界面よりも上にあり、
前記チャネル長方向と直交する方向において、前記絶縁層は、前記電荷蓄積層の上面に接した第1の絶縁層と、前記電荷蓄積層の側面に接する第2の絶縁層とを含み、前記電荷蓄積層の側面と対向する前記素子分離絶縁膜の上端部は、前記第2の絶縁層を介して、前記電荷蓄積層の側面に接していることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
A nonvolatile memory cell formed on the semiconductor substrate, comprising: a tunnel insulating film formed on the semiconductor substrate; a charge storage layer formed on the tunnel insulating film; and a charge storage layer formed on the charge storage layer. An insulating layer, a control electrode formed on the insulating layer, and a pair of source / drain regions formed at a certain distance on the surface of the semiconductor substrate, the pair of source / drain regions being The nonvolatile memory cell having a channel length direction as a separated direction; and
An element isolation insulating film embedded in an element isolation groove formed in the semiconductor substrate,
In the direction orthogonal to the channel length direction, the upper surface of the element isolation insulating film is above the interface between the tunnel insulating film and the charge storage layer,
In a direction orthogonal to the channel length direction, the insulating layer includes a first insulating layer in contact with an upper surface of the charge storage layer, and a second insulating layer in contact with a side surface of the charge storage layer, and the charge An upper end portion of the element isolation insulating film facing the side surface of the storage layer is in contact with the side surface of the charge storage layer through the second insulating layer.
前記チャネル長方向と直交する方向において、前記素子分離絶縁膜の前記上端部より下の部分も、前記第2の絶縁層を介して、前記電荷蓄積層の側面に接していることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   In the direction orthogonal to the channel length direction, a portion below the upper end portion of the element isolation insulating film is also in contact with a side surface of the charge storage layer through the second insulating layer. The semiconductor device according to claim 1. 前記第1の絶縁層と前記第2の絶縁層とは材料が同じであることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the first insulating layer and the second insulating layer are made of the same material. 半導体基板と、
前記半導体基板に形成された不揮発性メモリセルであって、前記半導体基板上に形成されたトンネル絶縁膜と、前記トンネル絶縁膜上に形成された電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に形成され、シリコン酸化物よりも誘電率が高い高誘電率絶縁層と、前記高誘電率絶縁層上に形成された制御電極と、前記半導体基板の表面に一定の距離を隔てて形成された一対のソース/ドレイン領域とを含み、前記一対のソース/ドレイン領域が隔たれている方向をチャネル長方向とする前記不揮発性メモリセルと、
前記半導体基板に形成された素子分離溝を埋め込む素子分離絶縁膜とを具備してなり、
前記チャネル長方向と直交する方向において、前記高誘電率絶縁層と対向する前記電荷蓄積層の上面上にリーク電流抑制層が選択的に設けられていることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
A nonvolatile memory cell formed on the semiconductor substrate, comprising: a tunnel insulating film formed on the semiconductor substrate; a charge storage layer formed on the tunnel insulating film; and a charge storage layer formed on the charge storage layer. A high dielectric constant insulating layer having a dielectric constant higher than that of silicon oxide, a control electrode formed on the high dielectric constant insulating layer, and a pair of sources formed on the surface of the semiconductor substrate at a predetermined distance A non-volatile memory cell having a channel length direction as a direction in which the pair of source / drain regions are separated,
An element isolation insulating film embedded in an element isolation groove formed in the semiconductor substrate,
A semiconductor device, wherein a leakage current suppressing layer is selectively provided on an upper surface of the charge storage layer facing the high dielectric constant insulating layer in a direction orthogonal to the channel length direction.
前記電荷蓄積層はシリコン窒化膜またはシリコン膜、前記リーク電流抑制層はシリコン酸化膜で構成されていることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the charge storage layer is formed of a silicon nitride film or a silicon film, and the leakage current suppression layer is formed of a silicon oxide film.
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