JP2010263086A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
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.
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.
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,
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 /
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
[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
[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
[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
[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
[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
[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
[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
[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
[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
[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
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
[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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
[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
[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
[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
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
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
Claims (5)
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.
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