JP2012069651A - 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】スプリットゲート型の不揮発性メモリのメモリゲート電極MGとp型ウエルPW1との間および制御ゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間には、絶縁膜5が形成されている。この絶縁膜5のうち、メモリゲート電極MGの下面と半導体基板1の上面との間の部分は、酸化シリコン膜9a,9bと酸化シリコン膜9a,9bに挟まれた窒化シリコン膜10aとを有している。絶縁膜5のうち、制御ゲート電極CGの側面とメモリゲート電極MGの側面との間の部分は、酸化シリコン膜6aからなり、窒化シリコン膜10aを有していない。
【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。
本実施の形態は、上記実施の形態1の変形例に対応している。
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
4,4n シリコン膜
5 絶縁膜
5a ゲート絶縁膜部分
5b 絶縁部分
5c 角部分
5d,5e 部分
6,6a 酸化シリコン膜
6b 端部
6c 上端部
7 シリコン膜
8 絶縁膜
8a 側壁絶縁膜
9,9a,9b,9c,9d,9e,9f 酸化シリコン膜
10,10a,10b,10c 窒化シリコン膜
11,11a,11b 酸化シリコン膜
12a,12b,12c n+型半導体領域
13 金属シリサイド層
13a 金属膜
14,15,16 絶縁膜
20 矢印
23 端部
24 下面
25 側面
26 側面
27 側面
101 半導体基板
103 絶縁膜
105 絶縁膜
105a,105c 酸化シリコン膜
105b 窒化シリコン膜
112a,112b n+型半導体領域
113 金属シリサイド層
122 領域
CAV 空洞
CAVa 隙間
CG,CG101 制御ゲート電極
CNT コンタクトホール
EXa,EXb,EXc,EX101a,EX101b n−型半導体領域
GE ゲート電極
M1 配線
MC メモリセル
MD,MS 半導体領域
MG,MG101 メモリゲート電極
MG101a 角部
PG プラグ
SP1 シリコンスペーサ
SD 半導体領域
PW1,PW2,PW101 p型ウエル
SW,SW1,SW2,SW3,SW101,SW102 サイドウォールスペーサ
Claims (25)
- 不揮発性メモリのメモリセルを備える半導体装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板の上部に形成された、前記メモリセルを構成する第1ゲート電極と、
前記半導体基板の上部に形成され、前記第1ゲート電極と隣り合い、前記メモリセルを構成する第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第1ゲート電極と前記第2ゲート電極との間に形成された絶縁膜と、
を有し、
前記絶縁膜のうち、前記第2ゲート電極の下面と前記半導体基板の上面との間の第1の部分は、第1酸化シリコン膜と第2酸化シリコン膜と前記第1および第2酸化シリコン膜に挟まれた第1窒化シリコン膜とを有し、
前記第1窒化シリコン膜は、前記メモリセルの電荷蓄積部として機能し、
前記絶縁膜のうち、前記第1ゲート電極の側面と前記第2ゲート電極の側面との間の第2の部分は、酸化シリコンからなり、前記第1窒化シリコン膜を有し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酸化シリコン膜は、前記半導体基板の表面に形成され、
前記第2酸化シリコン膜は、前記第2ゲート電極の下面に形成され、
前記第1窒化シリコン膜は、前記半導体基板の表面上の前記第1酸化シリコン膜と前記第2ゲート電極の下面上の前記第2酸化シリコン膜との間に形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項2記載の半導体装置において、
前記第2ゲート電極の側壁であって、前記第1ゲート電極に隣接する側とは反対側の側壁上に、サイドウォールスペーサが形成されており、
前記サイドウォールスペーサは、前記第1窒化シリコン膜と一体的に形成された第2窒化シリコン膜を有していることを特徴とする半導体装置。 - 請求項3記載の半導体装置において、
前記第1酸化シリコン膜は、前記第2ゲート電極の下方から前記サイドウォールスペーサの下部に延在していることを特徴とする半導体装置。 - 請求項4記載の半導体装置において、
前記第2酸化シリコン膜は、前記第2ゲート電極の前記下面から前記側壁に延在し、
前記第2ゲート電極の前記側壁上の前記第2酸化シリコン膜は、前記サイドウォールスペーサの一部を構成している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、
前記第1窒化シリコン膜の端部が、前記第2ゲート電極の直下に位置している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、
前記絶縁膜のうち、前記第1の部分と前記第2の部分との間の第3の部分は、酸化シリコンからなり、前記第1窒化シリコン膜を有していないことを特徴とする半導体装置。 - 請求項7記載の半導体装置において、
前記第1窒化シリコン膜の前記端部は、前記第2ゲート電極の側面の直下の位置よりも、前記第1ゲート電極から遠い側に位置することを特徴とする半導体装置。 - 請求項8記載の半導体装置において、
前記半導体基板の前記サイドウォールスペーサの下方に形成されたエクステンション領域と、
前記半導体基板の前記エクステンション領域の外側に形成され、前記エクステンション領域よりも高不純物濃度のソースまたはドレイン領域と、
を有し、
前記第1窒化シリコン膜の前記端部は、前記エクステンション領域から、前記第2ゲート電極のゲート長方向に離間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窒化シリコン膜にホットエレクトロンを注入することによって前記メモリセルの書込みを行い、
前記第1窒化シリコン膜に、ホットホールを注入することによって前記メモリセルの消去を行う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窒化シリコン膜にホットエレクトロンを注入することによって前記メモリセルの書込みを行い、
前記第1窒化シリコン膜にFNトンネル効果によりホールを注入することによって前記メモリセルの消去を行う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窒化シリコン膜にFNトンネル効果により電子を注入することによって前記メモリセルの書込みを行い、
前記第1窒化シリコン膜に、ホットホールを注入することによって前記メモリセルの消去を行う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窒化シリコン膜にFNトンネル効果により電子を注入することによって前記メモリセルの書込みを行い、
前記第1窒化シリコン膜にFNトンネル効果によりホールを注入することによって前記メモリセルの消去を行うことを特徴とする半導体装置。 - 不揮発性メモリのメモリセルを備える半導体装置の製造方法であって、
(a)半導体基板を用意する工程、
(b)前記半導体基板の主面上に第1ゲート絶縁膜を介して前記メモリセルを構成する第1ゲート電極を形成する工程、
(c)前記半導体基板の主面と前記第1ゲート電極の側面上に、酸化シリコン膜を形成する工程、
(d)前記酸化シリコン膜上に、前記第1ゲート電極と前記酸化シリコン膜を介して隣り合い、前記メモリセルを構成する第2ゲート電極を形成する工程、
(e)前記第2ゲート電極で覆われていない部分の前記酸化シリコン膜を除去する工程、
(f)前記(e)工程後、前記酸化シリコン膜のうち、前記第2ゲート電極の下面と前記半導体基板との間の部分の前記酸化シリコン膜の少なくとも一部を除去して空洞を形成する工程、
(g)前記空洞で露出する前記半導体基板の表面上に第1酸化シリコン膜を、前記空洞で露出する前記第2ゲート電極の下面に第2酸化シリコン膜を形成する工程、
(h)前記半導体基板の表面上の前記第1酸化シリコン膜と前記第2ゲート電極の下面上の前記第2酸化シリコン膜との間に、窒化シリコン膜を形成する工程、
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14記載の半導体装置の製造方法において、
前記(h)工程では、前記半導体基板上に、前記第1および第2ゲート電極を覆うように前記窒化シリコン膜を形成し、前記窒化シリコン膜の一部が、前記半導体基板の表面上の前記第1酸化シリコン膜と前記第2ゲート電極の下面上の前記第2酸化シリコン膜との間に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15記載の半導体装置の製造方法において、
前記(h)工程後に、
(i)前記窒化シリコン膜を異方性エッチングして、前記第1および第2ゲート電極の互いに隣接する側とは反対側の側壁上にサイドウォールスペーサを形成する工程、
を更に有し、
前記第2ゲート電極と前記半導体基板との間の領域の前記窒化シリコン膜は、前記メモリセルの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の製造方法。 - 請求項16記載の半導体装置の製造方法において、
前記(f)工程では、前記酸化シリコン膜のうち、前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極との間の部分を残存させることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項17記載の半導体装置の製造方法において、
前記(e)工程後で、前記(f)工程前に、
(f1)前記半導体基板上に、前記第2ゲート電極の一部と前記第1ゲート電極とを覆うレジストパターンを形成する工程、
を有し、
前記(f1)工程で形成された前記レジストパターンは、前記酸化シリコン膜における前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極とで挟まれた側の第1端部を覆い、
前記(f)工程では、前記レジストパターンをエッチングマスクとして用い、前記酸化シリコン膜における前記第2ゲート電極と前記半導体基板とで挟まれた側の第2端部側から、前記酸化シリコン膜を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18記載の半導体装置の製造方法において、
前記(f)工程では、ウェットエッチングにより前記酸化シリコン膜を除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項19記載の半導体装置の製造方法において、
前記(g)工程では、前記空洞で露出する前記半導体基板の表面および前記第2ゲート電極の下面を酸化することにより、前記第1および第2酸化シリコン膜を形成す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(g)工程では、熱酸化により、前記第1および第2酸化シリコン膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項21記載の半導体装置の製造方法において、
前記(c)工程では、CVD法により前記酸化シリコン膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項22記載の半導体装置の製造方法において、
前記(c)工程では、前記半導体基板上に、前記第1ゲート電極を覆うように、前記酸化シリコン膜を形成し、
前記(d)工程は、
(d1)前記酸化シリコン膜上にシリコン膜を形成する工程、
(d2)前記(d1)工程後、前記シリコン膜を異方性エッチングして、前記第1ゲート電極と前記酸化シリコン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23記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d2)工程では、前記酸化シリコン膜をエッチングストッパとして前記シリコン膜を異方性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24記載の半導体装置の製造方法において、
前記(f1)工程で形成された前記レジストパターンは、前記第2ゲート電極に隣接するソース領域の形成予定領域の少なくとも一部を露出し、
前記(f1)工程後で、前記(g)工程前に、
(f2)前記レジストパターンをイオン注入阻止マスクとして、前記ソース領域の一部を形成するためのイオン注入を行う工程、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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