JP2011114048A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体基板1の上部に、制御ゲート電極CGとその上の絶縁膜5とその上の絶縁膜6とを有する積層パターン7が形成され、半導体基板1の上部に、積層パターン7と隣り合うメモリゲート電極MGが形成されている。制御ゲート電極CGと半導体基板1との間にはゲート絶縁膜用の絶縁膜3が形成され、メモリゲート電極MGと半導体基板1との間および積層パターン7とメモリゲート電極MGとの間には、酸化シリコン膜9a、窒化シリコン膜9bおよび酸化シリコン膜9cの積層膜からなる絶縁膜9が形成されている。積層パターン7のメモリゲート電極MGに隣接する側の側壁では、絶縁膜5が制御ゲート電極CGおよび絶縁膜6よりも後退しており、制御ゲート電極CGの上端角部C1が丸みを帯びている。
【選択図】図1
Description
本発明は、不揮発性メモリ(不揮発性記憶素子、フラッシュメモリ、不揮発性半導体記憶装置)を備えた半導体装置であり、不揮発性メモリは、主として電荷蓄積部にトラップ性絶縁膜(電荷を蓄積可能な絶縁膜)を用いたものである。以下の実施の形態では、不揮発性メモリは、nチャネル型MISFET(MISFET:Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)を基本としトラップ性絶縁膜を用いたメモリセルをもとに説明を行う。また、以下の実施の形態での極性(書込・消去・読出時の印加電圧の極性やキャリアの極性)は、nチャネル型MISFETを基本としたメモリセルの場合の動作を説明するためのものであり、pチャネル型MISFETを基本とする場合は、印加電位やキャリアの導電型等の全ての極性を反転させることで、原理的には同じ動作を得ることができる。
本実施の形態2では、上記実施の形態1で説明した半導体装置を製造するための他の製造工程について説明する。
1A メモリセル領域
1B 周辺回路領域
2 素子分離領域
3 絶縁膜
4 シリコン膜
4n n型のシリコン膜
5 絶縁膜
6 絶縁膜
7 積層パターン
7a,7b 側壁
8 犠牲酸化膜
9 絶縁膜
9a 酸化シリコン膜
9b 窒化シリコン膜
9c 酸化シリコン膜
10n n型のシリコン膜
11a,11b,11c n−型半導体領域
12a,12b,12c n+型半導体領域
20 金属膜
21 金属シリサイド層
22,23 絶縁膜
24 ストッパ絶縁膜
25 絶縁膜
26 配線溝
29 矢印(エッチング方向)
30a,30b,30c,30d 領域
31 領域
103,203 絶縁膜
109,209 絶縁膜
109a,209a 酸化シリコン膜
109b,209b 窒化シリコン膜
109c,209c 酸化シリコン膜
121,221 金属シリサイド層
231 領域
C1,C2,C201 上端角部
CG,CG101,CG201 制御ゲート電極
CNT コンタクトホール
L1 距離
M1 配線
MC メモリセル
MD,MS 半導体領域
MG,MG101,MG201 メモリゲート電極
PG プラグ
PS1 多結晶シリコンスペーサ
PW1,PW2,PW101,PW201 p型ウエル
SW 側壁絶縁膜
T1,T2,T3,T4 厚み
Claims (24)
- 半導体基板と、
前記半導体基板の上部に形成され、第1ゲート電極と前記第1ゲート電極上の第1絶縁膜と前記第1絶縁膜上の第2絶縁膜とを有する積層パターンと、
前記半導体基板の上部に形成され、前記積層パターンと隣り合う第2ゲート電極と、
前記第1ゲート電極と前記半導体基板との間に形成された第1ゲート絶縁膜と、
前記第2ゲート電極と前記半導体基板との間および前記積層パターンと前記第2ゲート電極との間に形成された第3絶縁膜であって、その内部に電荷蓄積部を有する前記第3絶縁膜と、
を有し、
前記積層パターンの前記第2ゲート電極に隣接する側の側壁では、前記第1絶縁膜が前記第1ゲート電極および前記第2絶縁膜よりも後退しており、前記第1ゲート電極の上端角部が丸みを帯びていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第1ゲート電極は、第1シリコン膜からなることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第1絶縁膜は酸化シリコン膜からなり、
前記第2絶縁膜は窒化シリコン膜からなることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記積層パターンの前記第2ゲート電極に隣接する側の側壁における前記第1絶縁膜が後退している領域に、前記第3絶縁膜の一部が入り込んでいることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第1絶縁膜の厚みは、前記第1ゲート絶縁膜の厚みよりも厚いことを特徴とする半導体装置。 - 請求項5記載の半導体装置において、
前記積層パターンの前記第2ゲート電極に隣接する側の側壁において、前記第1ゲート電極の上端角部の丸み度合いは、前記第1ゲート電極の下端角部の丸み度合いよりも大きいことを特徴とする半導体装置。 - 請求項6記載の半導体装置において、
前記積層パターンの前記第2ゲート電極に隣接する側の側壁において、前記第1ゲート電極の下端角部は丸まっていないことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第1ゲート絶縁膜は、酸窒化シリコン膜からなることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第3絶縁膜は、第1酸化シリコン膜と前記第1酸化シリコン膜上の第1窒化シリコン膜と前記第1窒化シリコン膜上の第2酸化シリコン膜とを有する積層膜からなり、
前記第1窒化シリコン膜が前記電荷蓄積部として機能することを特徴とする半導体装置。 - 請求項9記載の半導体装置において、
前記積層パターンの前記第2ゲート電極に隣接する側の側壁における前記第1絶縁膜が後退している領域に、前記第1窒化シリコン膜の一部が入り込んでいることを特徴とする半導体装置。 - 請求項9記載の半導体装置において、
前記積層パターンの前記第2ゲート電極に隣接する側の側壁で、前記第1絶縁膜が前記第1ゲート電極および前記第2絶縁膜よりも後退している距離は、前記第1酸化シリコン膜の厚み以上であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第2ゲート電極は、第2シリコン膜と、前記第2シリコン膜の上部に形成された金属シリサイド層とを有していることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第1ゲート電極の上部には金属シリサイド層が形成されていないことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記半導体装置は、不揮発性メモリを有し、
前記第1および第2ゲート電極は、前記不揮発性メモリを構成するゲート電極であることを特徴とする半導体装置。 - 半導体基板と、
前記半導体基板の上部に形成され、互いに隣り合う第1ゲート電極および第2ゲート電極と、
前記第1ゲート電極と前記半導体基板との間に形成された第1ゲート絶縁膜と、
前記第2ゲート電極と前記半導体基板との間に形成され、内部に電荷蓄積部を有する第2ゲート絶縁膜と、
を有する半導体装置の製造方法であって、
(a)前記半導体基板を用意する工程、
(b)前記半導体基板の主面に前記第1ゲート絶縁膜用の絶縁膜を形成する工程、
(c)前記絶縁膜上に前記第1ゲート電極用の第1導体膜を形成する工程、
(d)前記第1導体膜上に第1絶縁膜を形成する工程、
(e)前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜を形成する工程、
(f)前記第2絶縁膜、前記第1絶縁膜および前記第1導体膜をパターニングして、前記第1ゲート電極を形成する前記第1導体膜と前記第1導体膜上の前記第1絶縁膜と前記第1絶縁膜上の前記第2絶縁膜とを有する積層パターンを形成する工程、
(g)前記積層パターンの側壁において、前記第1絶縁膜をサイドエッチングして前記第1導体膜および前記第2絶縁膜よりも後退させる工程、
(h)前記(g)工程後、前記半導体基板の主面と前記積層パターンの側壁上に、前記第2ゲート絶縁膜用でかつ内部に電荷蓄積部を有する第3絶縁膜を形成する工程、
(i)前記第3絶縁膜上に、前記積層パターンと前記第3絶縁膜を介して隣り合う前記第2ゲート電極を形成する工程、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項15記載の半導体装置の製造方法において、
前記(c)工程で形成された前記第1導体膜はシリコン膜からなり、
前記(d)工程で形成された前記第1絶縁膜は酸化シリコン膜からなり、
前記(e)工程で形成された前記第2絶縁膜は窒化シリコン膜からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項15記載の半導体装置の製造方法において、
前記(g)工程では、フッ酸を用いたウェット処理により、前記第1絶縁膜をサイドエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項15記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程で形成された前記第1絶縁膜の厚みは、前記(b)工程で形成された前記絶縁膜の厚みよりも厚いことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項15記載の半導体装置の製造方法において、
前記(f)工程後で、前記(g)工程前に、
(f1)前記半導体基板を酸化処理して犠牲酸化膜を形成する工程、
を更に有し、
前記(g)工程では、前記(f1)工程で形成された前記犠牲酸化膜を除去するとともに、前記第1絶縁膜をサイドエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項15記載の半導体装置の製造方法において、
前記(h)工程では、第1酸化シリコン膜と前記第1酸化シリコン膜上の第1窒化シリコン膜と前記第1窒化シリコン膜上の第2酸化シリコン膜とを有する積層膜からなる前記第3絶縁膜が形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項20記載の半導体装置の製造方法において、
前記(h)工程で前記第1酸化シリコン膜を形成する際に、前記積層パターンの側壁において、前記第1ゲート電極を形成する前記第1導体膜の表面が酸化されて、前記第1導体膜の上端角部が丸みを帯びることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項15記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程で形成された前記絶縁膜は、酸窒化シリコン膜からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項15記載の半導体装置の製造方法において、
前記(g)工程後で、(h)工程前に、
(g1)前記半導体基板を酸化処理して犠牲酸化膜を形成する工程、
(g2)前記(g1)工程後に、前記(g1)工程で形成された前記犠牲酸化膜を除去する工程、
を更に有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項23記載の半導体装置の製造方法において、
前記(g1)工程で前記犠牲酸化膜を形成する際に、前記積層パターンの側壁において、前記第1ゲート電極を形成する前記第1導体膜の表面が酸化されて、前記第1導体膜の上端角部が丸みを帯びることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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