JP2012174907A - Semiconductor device - Google Patents

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Futoshi Hiroya
太志 廣谷
Junichi Tonotani
純一 戸野谷
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of improving reliability in operation characteristics.SOLUTION: A semiconductor device 1 comprises a substrate 7 containing silicon and a stacked body 6 provided on the substrate 7. The stacked body 6 includes a suppress region 13 containing fluorine at least on the side of the substrate of a sidewall of the stacked body 6. The suppress region 13 is provided on the side of the sidewall of the insulating film 2 provided on the substrate 7, and has a fluorine concentration greater than that of a channel region 11.

Description

後述する実施形態は、概ね、半導体装置に関する。   Embodiments described below generally relate to semiconductor devices.

不揮発性半導体記憶装置の製造において、チャネル領域に発生したダングリングボンドにフッ素を導入する技術が提案されている。
ここで、不揮発性半導体記憶装置などの半導体装置の製造においては、RIE(Reactive Ion Etching)法を用いたエッチング処理が行われている。
このRIE法を用いたエッチング処理においては、加速したイオンを基板上に積層された積層膜に衝突させることで積層膜から所望の形状を有する積層体を形成するようにしている。そのため、形成された積層体の側壁の基板側にダメージ層やエッチング残渣が発生しやすくなる。この様な部分に発生したダメージ層やエッチング残渣は、酸化などされることによりダングリングボンドなどの欠陥を有する絶縁体となるので、この絶縁体が電子をトラップするトラップサイトとなる場合がある。
そして、このようなトラップサイトが形成されると、半導体装置の動作時にトラップサイトに電子がトラップされることにより、動作特性に対する信頼性が低下するおそれがある。例えば、不揮発性半導体記憶装置などの場合には、トンネル絶縁膜付近の電子の振る舞いに影響が及び、書き込み電圧の上昇などが生じることで、動作特性に対する信頼性が低下するおそれがある。
In the manufacture of nonvolatile semiconductor memory devices, a technique for introducing fluorine into dangling bonds generated in a channel region has been proposed.
Here, in the manufacture of a semiconductor device such as a nonvolatile semiconductor memory device, an etching process using an RIE (Reactive Ion Etching) method is performed.
In the etching process using this RIE method, a laminated body having a desired shape is formed from the laminated film by causing accelerated ions to collide with the laminated film laminated on the substrate. Therefore, a damage layer or an etching residue is likely to be generated on the substrate side of the side wall of the formed laminate. A damaged layer or etching residue generated in such a portion becomes an insulator having defects such as dangling bonds by being oxidized or the like, so that the insulator may serve as a trap site for trapping electrons.
When such a trap site is formed, electrons are trapped in the trap site during the operation of the semiconductor device, which may reduce the reliability of the operation characteristics. For example, in the case of a nonvolatile semiconductor memory device or the like, the behavior of electrons in the vicinity of the tunnel insulating film is affected, and the write voltage is increased, so that the reliability with respect to operation characteristics may be lowered.

特開2010−40635号公報JP 2010-40635 A

本発明の実施形態が解決しようとする課題は、動作特性に対する信頼性を向上させることができる半導体装置を提供することである。   A problem to be solved by an embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device capable of improving reliability with respect to operating characteristics.

実施形態に係る半導体装置は、シリコンを含む基板と、前記基板上に設けられた積層体と、を有する半導体装置であって、前記積層体は、少なくとも前記積層体の側壁の前記基板側にフッ素を含む抑制領域を有している。   A semiconductor device according to an embodiment is a semiconductor device including a substrate including silicon and a stacked body provided on the substrate, and the stacked body includes fluorine on at least the substrate side of the sidewall of the stacked body. The suppression area | region containing is included.

本実施の形態に係る半導体装置を例示するための模式部分断面図である。1 is a schematic partial cross-sectional view for illustrating a semiconductor device according to an embodiment. 電子がトラップされる様子を例示するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating a mode that an electron is trapped. 積層体におけるフッ素の導入量分布を例示するための模式グラフ図である。It is a schematic graph for demonstrating the introduction amount distribution of the fluorine in a laminated body. 熱処理後の積層体におけるフッ素の分布を例示するための模式グラフ図である。(a)は酸素雰囲気中において熱処理を行った場合、(b)はアルゴンガス雰囲気中において熱処理を行った場合である。It is a schematic graph for demonstrating distribution of the fluorine in the laminated body after heat processing. (A) is a case where heat treatment is performed in an oxygen atmosphere, and (b) is a case where heat treatment is performed in an argon gas atmosphere.

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
なお、以下においては、一例として、本実施の形態に係る半導体装置がフラッシュメモリである場合について例示をする。
Hereinafter, embodiments will be illustrated with reference to the drawings. In addition, in each drawing, the same code | symbol is attached | subjected to the same component and detailed description is abbreviate | omitted suitably.
In the following, as an example, a case where the semiconductor device according to the present embodiment is a flash memory will be described.

図1は、本実施の形態に係る半導体装置を例示するための模式部分断面図である。
なお、図1においては、主にメモリセルの部分を表すものとし、フラッシュメモリに設けられる既知のワード線、ビット線、保護膜、層間絶縁膜、コンタクト、周辺回路部などは省略している。
図1に示すように、半導体装置1におけるメモリセルの部分には、トンネル絶縁膜2、浮遊ゲート3、ゲート間絶縁膜4、制御ゲート5がこの順で積層された積層体6が設けられている。
また、積層体6の少なくとも積層体6の側壁の基板7側には、電子がトラップされることを抑制するためにフッ素を含む抑制領域13が形成されている。
FIG. 1 is a schematic partial cross-sectional view for illustrating a semiconductor device according to the present embodiment.
In FIG. 1, memory cell portions are mainly shown, and known word lines, bit lines, protective films, interlayer insulating films, contacts, peripheral circuit portions, etc. provided in the flash memory are omitted.
As shown in FIG. 1, a memory cell portion of the semiconductor device 1 is provided with a stacked body 6 in which a tunnel insulating film 2, a floating gate 3, an inter-gate insulating film 4, and a control gate 5 are stacked in this order. Yes.
In addition, a suppression region 13 containing fluorine is formed on at least the side wall of the multilayer body 6 on the substrate 7 side in order to suppress trapping of electrons.

シリコンを含む基板7の上層部には、n形シリコン領域(n−Well)8が形成されている。
そして、積層体6は、n形シリコン領域(n−Well)8に囲まれたp形シリコン領域(p−Well)9上に設けられている。半導体装置1をこのような構成とすれば、基板7から独立してp形シリコン領域9に電圧を印加することができるようになるので、データ消去時の消費電力を抑えることができるようになる。
An n-type silicon region (n-well) 8 is formed in the upper layer portion of the substrate 7 containing silicon.
The stacked body 6 is provided on a p-type silicon region (p-well) 9 surrounded by an n-type silicon region (n-well) 8. If the semiconductor device 1 has such a configuration, it becomes possible to apply a voltage to the p-type silicon region 9 independently from the substrate 7, so that power consumption during data erasing can be suppressed. .

積層体6の両側には、n形拡散層を用いたソース・ドレイン領域10が設けられている。ソース・ドレイン領域10は、隣接する積層体6により共有されている。また、積層体6の下方であってソース・ドレイン領域10同士の間がチャネル領域11となる。
また、ソース・ドレイン領域10の下方には、チャネル領域11よりも不純物濃度の高いp形シリコン領域12が設けられている。p形シリコン領域12を設けるようにすれば、いわゆるハローイオン注入またはポケットイオン注入を行うことができるので閾電圧Vthの低下や閾電圧Vthのばらつきの抑制を図ることができる。
A source / drain region 10 using an n-type diffusion layer is provided on both sides of the stacked body 6. The source / drain region 10 is shared by the adjacent stacked bodies 6. Further, the channel region 11 is formed between the source / drain regions 10 below the stacked body 6.
A p-type silicon region 12 having an impurity concentration higher than that of the channel region 11 is provided below the source / drain region 10. If the p-type silicon region 12 is provided, so-called halo ion implantation or pocket ion implantation can be performed, so that the threshold voltage Vth can be lowered and variations in the threshold voltage Vth can be suppressed.

積層体6に設けられたトンネル絶縁膜2は、例えば、厚みが3nm〜15nm程度のシリコン酸化膜やシリコン酸窒化膜などから形成されるものとすることができる。なお、トンネル絶縁膜2を形成するためのシリコン酸化膜やシリコン酸窒化膜などは、熱酸化法などを用いて基板7の上層部に形成するようにすることができる。   The tunnel insulating film 2 provided in the stacked body 6 can be formed of, for example, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film having a thickness of about 3 nm to 15 nm. Note that a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, or the like for forming the tunnel insulating film 2 can be formed in the upper layer portion of the substrate 7 using a thermal oxidation method or the like.

浮遊ゲート3は、例えば、厚みが10nm〜500nm程度のポリシリコン膜などから形成されるものとすることができる。なお、浮遊ゲート3を形成するためのポリシリコン膜などは、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法などを用いて形成するようにすることができる。この場合、導電性を得るための不純物として、例えば、リンやヒ素などが、1018atoms/cm−3〜1021atoms/cm−3程度の濃度となるようにドープされるようにすることができる。 The floating gate 3 can be formed of, for example, a polysilicon film having a thickness of about 10 nm to 500 nm. The polysilicon film or the like for forming the floating gate 3 can be formed using, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. In this case, as impurities for obtaining conductivity, for example, phosphorus, arsenic, or the like is doped so as to have a concentration of about 10 18 atoms / cm −3 to 10 21 atoms / cm −3. it can.

ゲート間絶縁膜4は、例えば、厚みが5nm〜30nm程度の絶縁膜から形成されるものとすることができる。この場合、ゲート間絶縁膜4は、例えば、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜などから形成されるものとすることができる。また、ゲート間絶縁膜4は、例えば、シリコン酸化膜/シリコン窒化膜/シリコン酸化膜(ONO膜)や、HfAlO、AlO、HfSiO、ZrSiOなどを用いた積層膜から形成されるものとすることもできる。ゲート間絶縁膜4を形成するための絶縁膜は、例えば、CVD法などを用いて形成するようにすることができる。   The intergate insulating film 4 can be formed of an insulating film having a thickness of about 5 nm to 30 nm, for example. In this case, the inter-gate insulating film 4 can be formed of, for example, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, or the like. Further, the inter-gate insulating film 4 may be formed of, for example, a silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film (ONO film), or a laminated film using HfAlO, AlO, HfSiO, ZrSiO, or the like. it can. The insulating film for forming the inter-gate insulating film 4 can be formed using, for example, a CVD method.

制御ゲート5は、例えば、厚みが10nm〜500nm程度のポリシリコン膜などから形成されるものとすることができる。なお、制御ゲート5を形成するためのポリシリコン膜などは、例えば、CVD法などを用いて形成するようにすることができる。この場合、導電性を得るための不純物として、例えば、リン、ヒ素、ボロンなどが、1018atoms/cm−3〜1021atoms/cm−3程度の濃度となるようにドープされるようにすることができる。
あるいは、形成されたポリシリコン膜上にW、Ni、Mo、Ti、Coなどの金属膜を形成し、その後、熱処理を行いシリサイド膜とすることで、シリサイド膜とポリシリコン膜とが積層された積層構造を有する制御ゲート5とすることもできる。
The control gate 5 can be formed of, for example, a polysilicon film having a thickness of about 10 nm to 500 nm. Note that a polysilicon film or the like for forming the control gate 5 can be formed using, for example, a CVD method. In this case, as impurities for obtaining conductivity, for example, phosphorus, arsenic, boron, or the like is doped so as to have a concentration of about 10 18 atoms / cm −3 to 10 21 atoms / cm −3. be able to.
Alternatively, a silicide film and a polysilicon film are laminated by forming a metal film such as W, Ni, Mo, Ti, and Co on the formed polysilicon film and then performing a heat treatment to form a silicide film. A control gate 5 having a laminated structure may be used.

ここで、積層体6は、PEP(Photo Engraving Process)およびRIE法を用いて形成される。
例えば、まず、トンネル絶縁膜2、浮遊ゲート3、ゲート間絶縁膜4、制御ゲート5を形成するための膜をこの順でそれぞれ積層する。そして、制御ゲート5を形成するための膜の上に形成されたレジストパターンをマスクとして、RIE法を用いて所望の形状を有する積層体6を形成するようにすることができる。
Here, the laminated body 6 is formed using PEP (Photo Engraving Process) and RIE method.
For example, first, films for forming the tunnel insulating film 2, the floating gate 3, the inter-gate insulating film 4, and the control gate 5 are stacked in this order. Then, using the resist pattern formed on the film for forming the control gate 5 as a mask, the stacked body 6 having a desired shape can be formed by using the RIE method.

本発明者の得た知見によれば、RIE法を用いて積層体6を形成するようにすれば、イオンの衝突により積層体6の側壁の基板7側にはダメージ層やエッチング残渣が発生しやすくなる。この様な部分に発生したダメージ層やエッチング残渣は、酸化などされることによりダングリングボンドなどの欠陥を有する絶縁体となるので、この絶縁体が電子をトラップするトラップサイトとなる場合がある。   According to the knowledge obtained by the present inventor, if the laminated body 6 is formed by using the RIE method, a damage layer or an etching residue is generated on the substrate 7 side of the side wall of the laminated body 6 due to ion collision. It becomes easy. A damaged layer or etching residue generated in such a portion becomes an insulator having defects such as dangling bonds by being oxidized or the like, so that the insulator may serve as a trap site for trapping electrons.

図2は、電子がトラップされる様子を例示するための模式図である。
なお、電子がトラップされるほど電界強度が高くなるので、電子がトラップされる様子を電界強度で表すようにしている。また、電界強度分布をモノトーン色の濃淡で表し、電界強度が高い程濃く、低いほど淡くなるように表示した。
図2に示すように、積層体6の側壁の基板7側の領域Aにおける電界強度が最も高くなる。このことは、この部分に形成されたトラップサイトにより多くの電子がトラップされていることを意味している。
FIG. 2 is a schematic diagram for illustrating how electrons are trapped.
Since the electric field strength increases as electrons are trapped, the state in which electrons are trapped is represented by the electric field strength. In addition, the electric field strength distribution is represented by monotone shading, and is displayed so that the higher the electric field strength is, the lighter the lower the electric field strength is.
As shown in FIG. 2, the electric field strength is highest in the region A on the substrate 7 side of the side wall of the laminate 6. This means that many electrons are trapped by the trap site formed in this portion.

この場合、半導体装置の動作時にトラップサイトに電子がトラップされることになるので、例えば、前述した構成を有するメモリセルを備えたフラッシュメモリなどの場合には、トンネル絶縁膜2付近の電子の振る舞いに影響が及び、書き込み電圧の上昇などが生じるおそれがある。そのため、フラッシュメモリの動作特性に対する信頼性が低下するおそれがある。   In this case, since electrons are trapped at the trap site during the operation of the semiconductor device, for example, in the case of a flash memory having a memory cell having the above-described configuration, the behavior of electrons in the vicinity of the tunnel insulating film 2. May be affected, and the write voltage may increase. As a result, the reliability of the operation characteristics of the flash memory may be reduced.

そこで、本実施の形態においては、電子がトラップされることを抑制するために、フッ素を含む抑制領域13を設けるようにしている。
前述したように、積層体6の側壁の基板7側においては、ダングリングボンドなどの欠陥を有するトラップサイトが発生しやすくなる。そのため、この部分にフッ素を導入することで、ダングリングボンドとなっている部分にフッ素を結合させて、電子がトラップされ難くなるようにしている。
なお、抑制領域13は、積層体6にフッ素を導入し、導入されたフッ素を抑制領域13に集めるための熱処理を行うことで形成するようにすることができる。なお、この熱処理に関する詳細は後述する。
Therefore, in the present embodiment, the suppression region 13 containing fluorine is provided in order to suppress trapping of electrons.
As described above, trap sites having defects such as dangling bonds are likely to occur on the substrate 7 side of the side wall of the stacked body 6. Therefore, by introducing fluorine into this portion, the fluorine is bonded to the portion that is a dangling bond so that electrons are not easily trapped.
The suppression region 13 can be formed by introducing fluorine into the stacked body 6 and performing a heat treatment for collecting the introduced fluorine in the suppression region 13. Details of this heat treatment will be described later.

この場合、抑制領域13は、少なくともトンネル絶縁膜2の側壁側に形成されるようにすることができる。
また、例えば、積層体6同士の間における基板7の表面や、積層体6の側壁全域などにフッ素が導入されることで、これらの領域を含む抑制領域13が形成されてもよい。
In this case, the suppression region 13 can be formed at least on the side wall side of the tunnel insulating film 2.
For example, the suppression area | region 13 containing these area | regions may be formed by introduce | transducing fluorine into the surface of the board | substrate 7 between the laminated bodies 6, the side wall whole area of the laminated body 6, etc. FIG.

また、例えば、積層体6の側壁の基板7側や、積層体6同士の間などにエッチング残渣が形成されている場合には、エッチング残渣にフッ素が導入されることで、これを含む抑制領域13が形成されてもよい。
すなわち、抑制領域13は、少なくとも積層体6の側壁の基板7側に形成されていればよい。
Further, for example, in the case where an etching residue is formed on the substrate 7 side of the side wall of the stacked body 6 or between the stacked bodies 6, fluorine is introduced into the etching residue, so that the suppression region including this is included. 13 may be formed.
That is, the suppression region 13 may be formed at least on the substrate 7 side of the side wall of the stacked body 6.

ただし、浮遊ゲート3、制御ゲート5、ソース・ドレイン領域10、チャネル領域11は、電気が流れる部分であるため余り多くのフッ素が導入されると、これらにおける抵抗変動が大きくなり動作特性に対する信頼性が低下するおそれがある。
そのため、導入されたフッ素がトラップサイトが発生しやすい部分に集まるようにすることが好ましい。
However, since the floating gate 3, the control gate 5, the source / drain region 10 and the channel region 11 are portions through which electricity flows, if too much fluorine is introduced, the resistance variation in these becomes large and the reliability with respect to the operating characteristics is increased. May decrease.
Therefore, it is preferable that the introduced fluorine is collected in a portion where trap sites are likely to be generated.

本発明者の得た知見によれば、フッ素の導入後に所定の熱処理を行うことで、導入されたフッ素をトラップサイトが発生しやすい部分に集めるようにすることができる。
図3は、積層体におけるフッ素の導入量分布を例示するための模式グラフ図である。
なお、積層体は、ポリシリコン膜、シリコン酸化膜、ポリシリコン膜、シリコン酸化膜、シリコン膜、が積層体の表面側からこの順で積層されたものである。この場合、積層体の表面側のポリシリコン膜から裏面側のシリコン酸化膜までが前述した積層体6の構成に相当し、裏面側のシリコン膜がチャネル領域11に相当する。
また、横軸は積層体の厚み方向寸法を表し、「0」が積層体の表面、「0〜T1」がポリシリコン膜、「T1〜T2」がシリコン酸化膜、「T2〜T3」がポリシリコン膜、「T3〜T4」がシリコン酸化膜、「T4」以降がシリコン膜となっている。
また、フッ素はイオン注入法を用いて、積層体の表面側から導入するようにした。
According to the knowledge obtained by the present inventor, the introduced fluorine can be collected in a portion where trap sites are likely to be generated by performing a predetermined heat treatment after the introduction of fluorine.
FIG. 3 is a schematic graph for illustrating the introduction amount distribution of fluorine in the laminate.
Note that the stacked body is formed by stacking a polysilicon film, a silicon oxide film, a polysilicon film, a silicon oxide film, and a silicon film in this order from the surface side of the stacked body. In this case, the structure from the polysilicon film on the front surface side to the silicon oxide film on the back surface side of the stacked body corresponds to the configuration of the stacked body 6 described above, and the silicon film on the back surface side corresponds to the channel region 11.
Also, the horizontal axis represents the thickness direction dimension of the laminated body, “0” is the surface of the laminated body, “0 to T1” is a polysilicon film, “T1 to T2” is a silicon oxide film, and “T2 to T3” is poly. The silicon film, “T3 to T4” is a silicon oxide film, and “T4” and subsequent are silicon films.
Fluorine was introduced from the surface side of the laminate using an ion implantation method.

図3に示すように、積層体の表面側からフッ素を導入する様にしても注入エネルギーに応じて積層体の裏面側にまでフッ素を導入することができる。このことは、積層体6のみならず、チャネル領域11にまでフッ素を導入することができることを意味する。   As shown in FIG. 3, even if fluorine is introduced from the surface side of the laminate, fluorine can be introduced to the back side of the laminate according to the implantation energy. This means that fluorine can be introduced not only into the laminate 6 but also into the channel region 11.

図4は、熱処理後の積層体におけるフッ素の分布を例示するための模式グラフ図である。
なお、図4(a)は酸素雰囲気中において熱処理を行った場合、図4(b)はアルゴンガス雰囲気中において熱処理を行った場合である。
FIG. 4 is a schematic graph for illustrating the distribution of fluorine in the laminate after the heat treatment.
4A shows a case where heat treatment is performed in an oxygen atmosphere, and FIG. 4B shows a case where heat treatment is performed in an argon gas atmosphere.

図4(a)、(b)から分かるように、所定の熱処理を行うようにすれば、ポリシリコン膜やシリコン膜におけるフッ素の量を減少させることができる。
このことは、所定の熱処理を行うようにすれば、浮遊ゲート3、制御ゲート5、ソース・ドレイン領域10、チャネル領域11に導入されたフッ素の量を減少させることができることを意味する。
そのため、電気が流れるこれらの部分にフッ素が導入されることで生じ得る抵抗変動を抑制することができるので、動作特性に対する信頼性の低下を抑制することができる。
As can be seen from FIGS. 4A and 4B, if a predetermined heat treatment is performed, the amount of fluorine in the polysilicon film or silicon film can be reduced.
This means that the amount of fluorine introduced into the floating gate 3, the control gate 5, the source / drain region 10, and the channel region 11 can be reduced by performing a predetermined heat treatment.
Therefore, resistance fluctuations that can be caused by introducing fluorine into these portions through which electricity flows can be suppressed, and a decrease in reliability with respect to operating characteristics can be suppressed.

また、図4(a)、(b)から分かるように、所定の熱処理を行うようにすれば、シリコン酸化膜におけるフッ素の量を増加させることができる。
このことは、所定の熱処理を行うようにすれば、トンネル絶縁膜2、ゲート間絶縁膜4に導入されたフッ素を集めることができることを意味する。
また、積層体6の基板7側に位置しトラップサイトが発生しやすいトンネル絶縁膜2におけるフッ素の量を熱処理の前と比べて格段に多くすることができる。
なお、熱処理を行う雰囲気の違いがフッ素の分布に与える影響は少ないことも分かる。 すなわち、まず、熱処理を行うことで導入されたフッ素を拡散させて、積層体6に存在するダングリングボンドなどにフッ素を結合させるようにすることができる。
そしてさらに、導入されたフッ素を拡散させた後にも熱処理を続けることで、浮遊ゲート3、制御ゲート5、ソース・ドレイン領域10、チャネル領域11などにおいて拡散されたフッ素をトンネル絶縁膜2、ゲート間絶縁膜4に集めることが可能となる。
このような熱処理を行うようにすれば、フッ素の導入が望ましくない部分(例えば、チャネル領域11など)から、フッ素の導入が望ましい部分(例えば、トンネル絶縁膜2など)に導入されたフッ素を移動させることができる。
そのため、半導体装置1の動作特性に対する信頼性を大幅に向上させることができる。
As can be seen from FIGS. 4A and 4B, the amount of fluorine in the silicon oxide film can be increased by performing a predetermined heat treatment.
This means that the fluorine introduced into the tunnel insulating film 2 and the inter-gate insulating film 4 can be collected by performing a predetermined heat treatment.
In addition, the amount of fluorine in the tunnel insulating film 2 that is located on the substrate 7 side of the stacked body 6 and easily generates trap sites can be significantly increased as compared with that before the heat treatment.
It can also be seen that the difference in the atmosphere in which the heat treatment is performed has little effect on the fluorine distribution. That is, first, the fluorine introduced by the heat treatment can be diffused to bond the fluorine to dangling bonds or the like existing in the laminate 6.
Further, by continuing the heat treatment after diffusing the introduced fluorine, the fluorine diffused in the floating gate 3, the control gate 5, the source / drain region 10, the channel region 11, etc. The insulating film 4 can be collected.
If such heat treatment is performed, fluorine introduced into a portion where fluorine introduction is desired (for example, the tunnel insulating film 2) is moved from a portion where fluorine introduction is not desirable (for example, the channel region 11). Can be made.
Therefore, the reliability with respect to the operating characteristics of the semiconductor device 1 can be greatly improved.

次に、抑制領域13についてさらに例示をする。
抑制領域13は、絶縁膜(例えば、トンネル絶縁膜2など)に導入されたフッ素と、熱処理により、導電性の膜(例えば、浮遊ゲート3など)およびチャネル領域11の少なくともいずれかからこの絶縁膜に移動したフッ素と、を含んでいる。
また、抑制領域13のフッ素濃度は、チャネル領域11のフッ素濃度よりも高くされている。
本発明者の得た知見によれば、抑制領域13におけるフッ素濃度を1019atoms/cm−3以上、1021atoms/cm−3以下とすれば、書き込み電圧の上昇などを抑制することができるので、動作特性に対する信頼性を向上させることができる。
Next, the suppression region 13 will be further illustrated.
The suppression region 13 is formed from at least one of a conductive film (for example, the floating gate 3) and the channel region 11 by fluorine introduced into the insulating film (for example, the tunnel insulating film 2) and heat treatment. And moved to fluorine.
Further, the fluorine concentration in the suppression region 13 is set higher than the fluorine concentration in the channel region 11.
According to the knowledge obtained by the present inventors, when the fluorine concentration in the suppression region 13 is set to 10 19 atoms / cm −3 or more and 10 21 atoms / cm −3 or less, an increase in write voltage can be suppressed. Therefore, the reliability with respect to the operating characteristics can be improved.

また、以下のようにすれば、この様なフッ素濃度を有する抑制領域13を形成することができるとともに、浮遊ゲート3、制御ゲート5、ソース・ドレイン領域10、チャネル領域11などに導入されたフッ素の量を減少させることができる。また、積層体6の基板7側に位置し、トラップサイトが発生しやすいトンネル絶縁膜2におけるフッ素の量を増加させることができる。   In the following manner, the suppression region 13 having such a fluorine concentration can be formed, and fluorine introduced into the floating gate 3, the control gate 5, the source / drain region 10, the channel region 11 and the like. The amount of can be reduced. Further, it is possible to increase the amount of fluorine in the tunnel insulating film 2 that is located on the substrate 7 side of the stacked body 6 and easily generates trap sites.

まず、フッ素の導入方法に関して例示をする。
例えば、RIE法を用いて積層体6を形成した後に、フッ素を含むガスを積層体6が形成された基板7に供給することで、フッ素を導入するようにすることができる。
また、フッ素を含むガスを用いたプラズマ処理を施すことでフッ素を導入するようにすることができる。
First, the method for introducing fluorine will be exemplified.
For example, after forming the stacked body 6 using the RIE method, fluorine can be introduced by supplying a gas containing fluorine to the substrate 7 on which the stacked body 6 is formed.
In addition, fluorine can be introduced by performing plasma treatment using a gas containing fluorine.

また、RIE法を用いて積層体を形成した後に、積層体の側壁に5Å〜100Å程度の絶縁膜を形成し、フッ素を含むガスを供給するなどして積層体の側壁に形成された絶縁膜にフッ素を導入するようにすることができる。
この場合、積層体と側壁に形成された絶縁膜とは一体化されるため、この絶縁膜が形成されたが積層体が前述した積層体6に相当することになる。
また、この様な絶縁膜を形成するようにすれば、浮遊ゲート3、制御ゲート5、ソース・ドレイン領域10、チャネル領域11などにフッ素が導入されることを抑制することができる。
In addition, after forming the stacked body using the RIE method, an insulating film having a thickness of about 5 to 100 mm is formed on the side wall of the stacked body, and a gas containing fluorine is supplied to the insulating film formed on the side wall of the stacked body. Fluorine can be introduced into the.
In this case, since the laminated body and the insulating film formed on the side wall are integrated, the insulating film is formed, but the laminated body corresponds to the laminated body 6 described above.
If such an insulating film is formed, it is possible to suppress the introduction of fluorine into the floating gate 3, the control gate 5, the source / drain region 10, the channel region 11, and the like.

また、RIE法を用いて積層体6を形成した後に、イオン注入法を用いて、フッ素の導入を行うようにすることができる。
ソースガスとしては、例えば、BFなどを例示することができる。この場合、注入されるイオンとしてはF、BF、BF2+となる。また、フッ素イオンのドーズ量は、1011atoms/cm−2以上、5×1013atoms/cm−2以下とすることができる。
なお、積層体6を形成した後に、積層体6の両側にn形不純物を注入してソース・ドレイン領域10を形成するが、この際、ソースガスとしてBFなどを用いるものとすれば、ソース・ドレイン領域10の形成とともに、フッ素の導入を行うようにすることができる。
Moreover, after forming the stacked body 6 using the RIE method, fluorine can be introduced using the ion implantation method.
As the source gas, for example, BF 3 can be exemplified. In this case, the implanted ions are F + , BF + , and BF 2+ . In addition, the dose amount of fluorine ions can be set to 10 11 atoms / cm −2 or more and 5 × 10 13 atoms / cm −2 or less.
After forming the stacked body 6, n-type impurities are implanted on both sides of the stacked body 6 to form the source / drain regions 10. At this time, if BF 3 or the like is used as a source gas, the source In addition to the formation of the drain region 10, fluorine can be introduced.

また、RIE法を用いて積層体6を形成する際に、フッ素の導入を行うようにすることができる。
例えば、RIE法を用いて積層体6を形成するための最終工程において、CH系のガスと酸素ガスとを用いることで、積層体6の形成とともに、フッ素の導入を行うようにすることができる。
なお、これらの各方法における処理条件などは、半導体装置の構成や膜の材質などに応じて適宜変更することができる。そのため、これらの各方法における処理条件などは、予め実験やシミュレーションを行うことで求めるようにすることができる。
Moreover, when forming the laminated body 6 using RIE method, it is possible to introduce fluorine.
For example, in the final step for forming the stacked body 6 using the RIE method, a CH X F Y- based gas and an oxygen gas are used so that fluorine is introduced together with the formation of the stacked body 6. be able to.
Note that the processing conditions and the like in each of these methods can be changed as appropriate according to the configuration of the semiconductor device, the material of the film, and the like. Therefore, the processing conditions in each of these methods can be obtained by conducting experiments and simulations in advance.

次に、熱処理について例示をする。
この熱処理は、導入されたフッ素を拡散させることのみならず、トラップサイトが発生しやすい部分(例えば、トンネル絶縁膜2)におけるフッ素の量を増加させるために行われる。また、フッ素が導入されない方が望ましい部分(例えば、浮遊ゲート3、制御ゲート5、ソース・ドレイン領域10、チャネル領域11など)におけるフッ素の量を減少させるために行われる。
Next, the heat treatment will be exemplified.
This heat treatment is performed not only to diffuse the introduced fluorine, but also to increase the amount of fluorine in the portion where the trap site is likely to be generated (for example, the tunnel insulating film 2). Further, it is performed in order to reduce the amount of fluorine in a portion where it is desirable not to introduce fluorine (for example, floating gate 3, control gate 5, source / drain region 10, channel region 11 and the like).

ここで、熱処理における温度は、例えば、750℃以上、1000℃以下とすることができる。
この熱処理は、例えば、急速加熱法(RTA;Rapid Thermal Annealing)を用いて行うようにすることができる。この場合、他のドーパント元素のプロファイルを設計通りにするために熱処理時間が10秒以上、30秒以下となるような短時間の処理とされる。
そして、例えば、処理時間などを制御することで積層体6におけるフッ素の分布状態が適正となるようにすることができる。すなわち、フッ素の導入が望ましくない部分(例えば、チャネル領域11など)から、フッ素の導入が望ましい部分(例えば、トンネル絶縁膜2など)に導入されたフッ素を移動させるようにすることができる。
なお、熱処理における処理条件(例えば、処理温度、処理時間など)は、半導体装置の構成、膜の材質、膜の厚み、要求されるフッ素の分布状態などに応じて適宜変更することができる。そのため、熱処理における処理条件などは、予め実験やシミュレーションを行うことで求めるようにすることができる。
Here, the temperature in heat processing can be 750 degreeC or more and 1000 degrees C or less, for example.
This heat treatment can be performed using, for example, a rapid heating method (RTA; Rapid Thermal Annealing). In this case, in order to make the profiles of the other dopant elements as designed, the heat treatment time is set to a short time so as to be 10 seconds or more and 30 seconds or less.
For example, the distribution state of fluorine in the stacked body 6 can be made appropriate by controlling the processing time and the like. That is, fluorine introduced into a portion where fluorine introduction is desired (for example, the tunnel insulating film 2) can be moved from a portion where fluorine introduction is not desirable (for example, the channel region 11).
Note that treatment conditions (for example, treatment temperature and treatment time) in the heat treatment can be changed as appropriate in accordance with the structure of the semiconductor device, the material of the film, the thickness of the film, the required distribution state of fluorine, and the like. Therefore, the processing conditions in the heat treatment can be obtained by conducting experiments and simulations in advance.

以上に例示をした実施形態によれば、動作特性に対する信頼性を向上させることができる半導体装置を実現することができる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
例えば、半導体装置1が備える各要素の形状、寸法、材質、配置、数などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、半導体装置1がフラッシュメモリである場合を例示したが、これに限定されるわけではない。例えば、MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)、ReRAM(Resistance Random Access Memory)などの他の不揮発性記憶装置(不揮発性メモリ)であってもよいし、DRAM(Dynamic Random Access Memory)などの揮発性記憶装置(揮発性メモリ)であってもよい。また、記憶装置(メモリ)のみならず、ロジックIC(Logic Integrated Circuit)などであってもよい。
すなわち、RIE法を用いて積層体を形成する半導体装置に広く適用させることができる。
According to the embodiment exemplified above, it is possible to realize a semiconductor device capable of improving reliability with respect to operation characteristics.
As mentioned above, although several embodiment of this invention was illustrated, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and the like can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and equivalents thereof. Further, the above-described embodiments can be implemented in combination with each other.
For example, the shape, size, material, arrangement, number, and the like of each element included in the semiconductor device 1 are not limited to those illustrated, but can be changed as appropriate.
Moreover, although the case where the semiconductor device 1 was a flash memory was illustrated, it is not necessarily limited to this. For example, other non-volatile storage devices (nonvolatile memory) such as MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory) and ReRAM (Resistance Random Access Memory) may be used, and volatile storage devices such as DRAM (Dynamic Random Access Memory). (Volatile memory). Further, not only a storage device (memory) but also a logic IC (Logic Integrated Circuit) may be used.
That is, the present invention can be widely applied to semiconductor devices in which a stacked body is formed using the RIE method.

1 半導体装置、2 トンネル絶縁膜、3 浮遊ゲート、4 ゲート間絶縁膜、5 制御ゲート、6 積層体、7 基板、8 n形シリコン領域、9 p形シリコン領域、10 ソース・ドレイン領域、11 チャネル領域、12 p形シリコン領域、13 抑制領域   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device, 2 Tunnel insulating film, 3 Floating gate, 4 Gate insulating film, 5 Control gate, 6 Laminated body, 7 Substrate, 8 n-type silicon region, 9 p-type silicon region, 10 source-drain region, 11 channel Region, 12 p-type silicon region, 13 suppression region

Claims (5)

シリコンを含む基板と、前記基板上に設けられた積層体と、を有する半導体装置であって、
前記積層体は、少なくとも前記積層体の側壁の前記基板側にフッ素を含む抑制領域を有することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having a substrate containing silicon and a stacked body provided on the substrate,
The stacked body includes a suppression region containing fluorine on at least the substrate side of the side wall of the stacked body.
前記積層体は、前記基板上に設けられた絶縁膜を有し、
前記抑制領域は、少なくとも前記絶縁膜の前記側壁側に設けられたことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
The laminate has an insulating film provided on the substrate,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the suppression region is provided at least on the side wall side of the insulating film.
前記積層体は、前記基板に設けられたチャネル領域の上側に設けられ、
前記抑制領域のフッ素濃度は、前記チャネル領域のフッ素濃度よりも高いこと、を特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
The laminate is provided on the upper side of a channel region provided in the substrate,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a fluorine concentration in the suppression region is higher than a fluorine concentration in the channel region.
前記積層体は、前記絶縁膜の前記基板側とは反対側に設けられたシリコンを含む導電性の膜をさらに有し、
前記抑制領域は、前記絶縁膜に導入されたフッ素と、熱処理により、前記導電性の膜および前記チャネル領域の少なくともいずれかから前記絶縁膜に移動したフッ素と、を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体装置。
The laminate further includes a conductive film containing silicon provided on the opposite side of the insulating film from the substrate side,
The suppression region includes fluorine introduced into the insulating film and fluorine moved from at least one of the conductive film and the channel region to the insulating film by heat treatment. The semiconductor device according to any one of 1 to 3.
前記抑制領域のフッ素濃度は、1019atoms/cm−3以上、1021atoms/cm−3以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体装置。 5. The semiconductor device according to claim 1, wherein a fluorine concentration in the suppression region is 10 19 atoms / cm −3 or more and 10 21 atoms / cm −3 or less.
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