JP2013004675A - Semiconductor storage device and manufacturing method of the same - Google Patents

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口 武 史 坂
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor storage device and a manufacturing method of the semiconductor storage device, which inhibit variation in impurity density of a well diffusion layer caused by formation of STI (Shallow Trench Isolation) and inhibits a dose loss of the well diffusion layer.SOLUTION: A semiconductor storage device comprises: a semiconductor substrate; a plurality of memory cells formed on the semiconductor substrate in a memory cell region; a plurality of semiconductor elements controlling the plurality of memory cells and formed in a peripheral circuit region; and an element isolation region isolating the plurality of memory cells from each other or isolating the plurality of semiconductor elements from each other. An impurity density of an active area where the semiconductor elements are formed in the peripheral circuit region lowers, in a horizontal direction with respect to a surface of the semiconductor substrate, from a lateral face of the element isolation region toward an inner portion of the active area.

Description

本発明の実施形態は、半導体記憶装置およびその製造方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a semiconductor memory device and a method for manufacturing the same.

NAND型EEPROM等の半導体記憶装置は、メモリセルアレイとメモリセルアレイを駆動させる周辺回路とを備える。メモリセルアレイおよび周辺回路の領域には、ウェル拡散層が形成される。さらに、メモリセルアレイ内の隣接するメモリセル間を分離し、あるいは、周辺回路内の半導体素子間を分離するためにSTI(Shallow Trench Isolation)がウェル拡散層内に形成されている。   A semiconductor memory device such as a NAND type EEPROM includes a memory cell array and a peripheral circuit for driving the memory cell array. A well diffusion layer is formed in the region of the memory cell array and the peripheral circuit. Furthermore, STI (Shallow Trench Isolation) is formed in the well diffusion layer in order to isolate adjacent memory cells in the memory cell array or to isolate semiconductor elements in the peripheral circuit.

従来からSTIの形成は、ウェル拡散層の形成後に行われていた。しかし、ウェル拡散層を形成した後にSTIを形成すると、STIの形成時にウェル拡散層の不純物の一部が除去されるため、ドーズロス(Dose Loss)が生じる。従って、ウェル拡散層の不純物濃度を予め高く設定する必要があった。また、STIの形成前後においてウェル拡散層の不純物濃度が変化すること自体も問題であった。   Conventionally, the formation of STI has been performed after the formation of the well diffusion layer. However, if the STI is formed after the well diffusion layer is formed, a part of the impurities in the well diffusion layer is removed during the formation of the STI, resulting in a dose loss. Therefore, it is necessary to set the impurity concentration of the well diffusion layer high in advance. Another problem is that the impurity concentration of the well diffusion layer changes before and after the formation of STI.

特開2007−208152号公報JP 2007-208152 A

STIの形成によるウェル拡散層の不純物濃度の変化を抑制し、かつ、ウェル拡散層のドーズロスを抑制した半導体記憶装置およびその製造方法を提供する。   Provided are a semiconductor memory device and a method for manufacturing the same, in which a change in impurity concentration of a well diffusion layer due to the formation of STI is suppressed and a dose loss of the well diffusion layer is suppressed.

本実施形態による半導体記憶装置は、半導体基板を備える。メモリセル領域には、複数のメモリセルが半導体基板上に形成されている。周辺回路領域には、複数のメモリ素子を制御する複数の半導体素子が形成されている。素子分離領域は、複数のメモリセル間を分離し、あるいは、複数の半導体素子間を分離する。周辺回路領域において半導体素子が形成されているアクティブエリアの不純物濃度は、半導体基板の表面に対して水平方向に素子分離領域の側面からアクティブエリアの内部へ向かって低下している。   The semiconductor memory device according to the present embodiment includes a semiconductor substrate. In the memory cell region, a plurality of memory cells are formed on a semiconductor substrate. A plurality of semiconductor elements that control the plurality of memory elements are formed in the peripheral circuit region. The element isolation region separates a plurality of memory cells or separates a plurality of semiconductor elements. The impurity concentration of the active area in which the semiconductor element is formed in the peripheral circuit region decreases from the side surface of the element isolation region toward the inside of the active area in the horizontal direction with respect to the surface of the semiconductor substrate.

本実施形態によるNAND型EEPROMの平面図。FIG. 2 is a plan view of a NAND type EEPROM according to the present embodiment. 図1(A)のA−A線に沿った断面図および図1(B)のB−B線に沿った断面図。Sectional drawing along the AA line of FIG. 1 (A), and sectional drawing along the BB line of FIG. 1 (B). ウェル拡散層20の濃度分布を示す図。The figure which shows the density | concentration distribution of the well diffusion layer. 本実施形態による半導体記憶装置の製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor memory device by this embodiment. 図4に続く、半導体記憶装置の製造方法を示す断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor memory device following FIG. 4. 図5に続く、半導体記憶装置の製造方法を示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor memory device, following FIG. 5. 図6に続く、半導体記憶装置の製造方法を示す断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor memory device, following FIG. 6.

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。   Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. This embodiment does not limit the present invention.

図1(A)および図1(B)は、本実施形態によるNAND型EEPROMの平面図である。図1(A)は、メモリセル領域の部分的な平面図を示し、図1(B)は、周辺回路領域に形成された1つのトランジスタの平面図を示す。   FIG. 1A and FIG. 1B are plan views of the NAND type EEPROM according to the present embodiment. 1A shows a partial plan view of the memory cell region, and FIG. 1B shows a plan view of one transistor formed in the peripheral circuit region.

メモリセル領域において、素子分離領域STI(Shallow Trench Isolation)およびアクティブエリアAAが交互にストライプ状に形成されている。メモリセル領域では、素子分離領域STIおよびアクティブエリアAAの各幅は、リソグラフィ技術または側壁加工技術によって非常に狭く形成されており、例えば、F(Feature size)である。   In the memory cell region, element isolation regions STI (Shallow Trench Isolation) and active areas AA are alternately formed in a stripe shape. In the memory cell region, each width of the element isolation region STI and the active area AA is formed very narrow by a lithography technique or a sidewall processing technique, and is, for example, F (Feature size).

メモリセル領域には、複数のメモリセルMCがアクティブエリアAA上に形成されており、マトリクス状に二次元配置されている。 コントロールゲートCG(ワード線WL)は、素子分離領域STIおよびアクティブエリアAAの延伸方向に対して垂直方向に延伸している。メモリセルMCは、それぞれアクティブエリアAAとコントロールゲートCGとの交点に対応して設けられている。複数のメモリセルMCは、アクティブエリアAAの延伸方向に直列に接続されており、NANDストリングを構成する。   In the memory cell region, a plurality of memory cells MC are formed on the active area AA and are two-dimensionally arranged in a matrix. The control gate CG (word line WL) extends in a direction perpendicular to the extending direction of the element isolation region STI and the active area AA. The memory cells MC are provided corresponding to the intersections of the active area AA and the control gate CG, respectively. The plurality of memory cells MC are connected in series in the extending direction of the active area AA, and constitute a NAND string.

ビット線BLは、各アクティブエリアAAに対応するようにコントロールゲートCGの上方に設けられ、アクティブエリアAAと同一方向に延伸している。図では、便宜的に、ビット線BLの図示を省略している。   The bit line BL is provided above the control gate CG so as to correspond to each active area AA, and extends in the same direction as the active area AA. In the drawing, the bit line BL is not shown for convenience.

一方、周辺回路領域には、メモリセル領域を制御するために複数の半導体素子が形成されている。図1(B)では、便宜的にアクティブエリアAA上に形成された1つのトランジスタを示している。周辺回路領域のアクティブエリアAAの幅は、メモリセル領域におけるアクティブエリアAAの幅よりも広く形成されている箇所が多い。   On the other hand, a plurality of semiconductor elements are formed in the peripheral circuit region in order to control the memory cell region. FIG. 1B shows one transistor formed on the active area AA for convenience. In many cases, the active area AA in the peripheral circuit area is formed wider than the active area AA in the memory cell area.

IPD(Inter Poly-Si Dielectric)エッチング領域EIは、コントロールゲートの材料とフローティングゲートの材料とを電気的に接続する領域である。IPDエッチング領域EIによって、コントロールゲートの材料およびフローティングゲートの材料は、周辺回路領域のトランジスタにおいては同一のゲート電極Gとして機能する。   An IPD (Inter Poly-Si Dielectric) etching region EI is a region that electrically connects the material of the control gate and the material of the floating gate. Due to the IPD etching region EI, the material of the control gate and the material of the floating gate function as the same gate electrode G in the transistors in the peripheral circuit region.

図2(A)は、図1(A)のA−A線に沿った断面図である。図2(B)は、図1(B)のB−B線に沿った断面図である。   FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.

図2(A)に示すように、本実施形態によるNAND型EEPROMは、半導体基板としてのシリコン基板10上に形成された複数のメモリセルMCを含む。素子分離領域STIは、アクティブエリアAA間に設けられており、複数のメモリセルMC間を電気的に分離する。   As shown in FIG. 2A, the NAND-type EEPROM according to the present embodiment includes a plurality of memory cells MC formed on a silicon substrate 10 as a semiconductor substrate. The element isolation region STI is provided between the active areas AA and electrically isolates a plurality of memory cells MC.

各アクティブエリアAAには、ウェル拡散層20が形成されている。ウェル拡散層20は、アクティブエリアAAの全体および素子分離領域STIの底部に亘って設けられている。   In each active area AA, a well diffusion layer 20 is formed. The well diffusion layer 20 is provided over the entire active area AA and the bottom of the element isolation region STI.

メモリセル領域において、アクティブエリアAAにおけるウェル拡散層20の不純物濃度は、アクティブエリアAAの表面から素子分離領域STIの底部に向かって増大している。これにより、隣接するメモリセルMC間において電荷が往来することを抑制することができる。即ち、隣接するメモリセルMC間におけるデータのディスターブを抑制する。   In the memory cell region, the impurity concentration of the well diffusion layer 20 in the active area AA increases from the surface of the active area AA toward the bottom of the element isolation region STI. As a result, it is possible to suppress the charge from passing between adjacent memory cells MC. In other words, data disturbance between adjacent memory cells MC is suppressed.

また、ワード線WLの延伸方向におけるアクティブエリアAAの幅Waaは、アクティブエリアAAの底部から表面に向かって狭くなっている。即ち、アクティブエリアAAは、ワード線WLの延伸方向における断面において、アクティブエリアAAの底部から表面に向かってテーパーを有する。幅Waaは、隣接する複数の素子分離領域STI間の幅と換言してもよい。素子分離領域STIは、素子分離領域STIの表面から底面に向かって狭くなっている。即ち、素子分離領域STIは、ワード線WLの延伸方向における断面において、素子分離領域STIの表面から底面に向かってテーパーを有する。これにより、素子分離領域STIのトレンチ形成後、アクティブエリアAAの傾斜した側面に対して不純物をイオン注入することができる。それによって、メモリセル領域にウェル拡散層20を形成することができる。   Further, the width Waa of the active area AA in the extending direction of the word line WL is narrowed from the bottom of the active area AA toward the surface. That is, the active area AA has a taper from the bottom to the surface of the active area AA in the cross section in the extending direction of the word line WL. The width Waa may be rephrased as a width between a plurality of adjacent element isolation regions STI. The element isolation region STI is narrowed from the surface to the bottom surface of the element isolation region STI. That is, the element isolation region STI has a taper from the surface to the bottom surface of the element isolation region STI in the cross section in the extending direction of the word line WL. Thereby, after forming the trench in the element isolation region STI, impurities can be ion-implanted into the inclined side surface of the active area AA. Thereby, the well diffusion layer 20 can be formed in the memory cell region.

アクティブエリアAA上には、トンネル絶縁膜30が形成されている。トンネル絶縁膜30は、例えば、シリコン酸化膜等を用いて形成されている。トンネル絶縁膜30上には、フローティングゲートFGが設けられている。フローティングゲートFGは、例えば、ポリシリコン等を用いて形成されている。   A tunnel insulating film 30 is formed on the active area AA. The tunnel insulating film 30 is formed using, for example, a silicon oxide film. A floating gate FG is provided on the tunnel insulating film 30. The floating gate FG is formed using, for example, polysilicon.

フローティングゲートFGの上面上および側面の一部には、IPD膜40が設けられている。IPD膜40は、例えば、シリコン酸化膜、シリコン酸化膜よりも誘電率の高いhigh−k膜を用いて形成されている。   An IPD film 40 is provided on the upper surface and part of the side surface of the floating gate FG. The IPD film 40 is formed using, for example, a silicon oxide film or a high-k film having a dielectric constant higher than that of the silicon oxide film.

IPD膜40上には、コントロールゲートCG(ワード線WL)が設けられている。コントロールゲートCGは、例えば、ポリシリコン、シリサイド、金属等の低抵抗材料を用いて形成されている。また、コントロールゲートCGは、コントロールゲートCGとフローティングゲートFG間のカップリング容量を増大させるために、隣接する複数のフローティングゲートFG間に埋め込まれている。   A control gate CG (word line WL) is provided on the IPD film 40. The control gate CG is formed using a low-resistance material such as polysilicon, silicide, or metal. Further, the control gate CG is buried between a plurality of adjacent floating gates FG in order to increase the coupling capacitance between the control gate CG and the floating gate FG.

フローティングゲートFG上には、さらに層間絶縁膜、配線、ビット線等(図示せず)が形成される。   On the floating gate FG, an interlayer insulating film, a wiring, a bit line, etc. (not shown) are further formed.

周辺回路領域において、トンネル絶縁膜30は、トランジスタTrのゲート絶縁膜として機能する。コントロールゲートCGの材料とフローティングゲートFGの材料とは、IPDエッチング領域EIにおいて電気的に接続されている。これにより、コントロールゲートCGおよびフローティングゲートFGは、周辺回路領域においてトランジスタTrのゲート電極Gとして機能する。IPD膜40は、IPDエッチング領域EIにおいて除去されている。   In the peripheral circuit region, the tunnel insulating film 30 functions as a gate insulating film of the transistor Tr. The material of the control gate CG and the material of the floating gate FG are electrically connected in the IPD etching region EI. Thereby, the control gate CG and the floating gate FG function as the gate electrode G of the transistor Tr in the peripheral circuit region. The IPD film 40 is removed in the IPD etching region EI.

周辺回路領域において、ウェル拡散層20は、アクティブエリアAAの側部および素子分離領域STIの底部に形成されているが、アクティブエリアAAの全体には形成されていない。周辺回路領域のアクティブエリアAAの幅は、メモリセル領域のアクティブエリアAAの幅よりも大きい。従って、素子分離領域STIのトレンチを介してアクティブエリアAAの側面から不純物をイオン注入した場合、周辺回路領域においては、不純物はアクティブエリアAAの側部に拡散され、その全体には拡散しない。周辺回路領域のアクティブエリアAAには、メモリセル領域のウェル拡散層20とは別にウェル拡散層を形成することができる。   In the peripheral circuit region, the well diffusion layer 20 is formed on the side portion of the active area AA and the bottom portion of the element isolation region STI, but is not formed on the entire active area AA. The width of the active area AA in the peripheral circuit area is larger than the width of the active area AA in the memory cell area. Therefore, when an impurity is ion-implanted from the side surface of the active area AA through the trench of the element isolation region STI, the impurity is diffused in the side portion of the active area AA in the peripheral circuit region, but not diffused in its entirety. In the active area AA in the peripheral circuit region, a well diffusion layer can be formed separately from the well diffusion layer 20 in the memory cell region.

図3(A)および図3(B)は、ウェル拡散層20の濃度分布を示す図である。図3(A)において、アクティブエリアAAの側面の傾斜角度は、シリコン基板10の表面を基準(0度)として89度である。図3(B)において、アクティブエリアAAの側面の傾斜角度は、シリコン基板10の表面を基準(0度)として88度である。図3(A)および図3(B)に示すデバイスは、アクティブエリアAAの側面の傾斜角度が異なるのみであり、その他の構成は同じでよい。   FIG. 3A and FIG. 3B are diagrams showing the concentration distribution of the well diffusion layer 20. In FIG. 3A, the inclination angle of the side surface of the active area AA is 89 degrees with the surface of the silicon substrate 10 as a reference (0 degree). In FIG. 3B, the inclination angle of the side surface of the active area AA is 88 degrees with the surface of the silicon substrate 10 as a reference (0 degree). The devices shown in FIGS. 3A and 3B only differ in the inclination angle of the side surface of the active area AA, and the other configurations may be the same.

この具体例で用いたNAND型EEPROMでは、シリコン基板10の表面におけるメモリセル領域のアクティブエリアAAの幅Waa1は、約30nmであり、素子分離領域STIの幅Wsti1は、約20nmであった。素子分離領域STIのトレンチTRの深さは、約270nmであった。尚、トレンチTRの深さは、ウェル拡散層20の不純物がイオン注入されるときのトレンチの深さである。よって、トレンチTRの深さは、トンネル絶縁膜(ゲート絶縁膜)30、フローティングゲートFGおよびマスク材料110のそれぞれの厚みを含む。   In the NAND type EEPROM used in this specific example, the width Waa1 of the active area AA of the memory cell region on the surface of the silicon substrate 10 is about 30 nm, and the width Wsti1 of the element isolation region STI is about 20 nm. The depth of the trench TR in the element isolation region STI was about 270 nm. Note that the depth of the trench TR is the depth of the trench when the impurity of the well diffusion layer 20 is ion-implanted. Therefore, the depth of trench TR includes the thicknesses of tunnel insulating film (gate insulating film) 30, floating gate FG, and mask material 110.

シリコン基板10の表面における周辺回路領域のアクティブエリアAAの幅Waa2は、約120nmであり、素子分離領域STIの幅Wsti2は、約100nmであった。素子分離領域STIのトレンチの深さは、上記のとおり約270nmであった。また、ウェル拡散層20の不純物は、シリコン基板10の表面に対してほぼ垂直方向から注入されている。   The width Waa2 of the active area AA in the peripheral circuit region on the surface of the silicon substrate 10 was about 120 nm, and the width Wsti2 of the element isolation region STI was about 100 nm. The depth of the trench in the element isolation region STI was about 270 nm as described above. Further, the impurities in the well diffusion layer 20 are implanted from a direction substantially perpendicular to the surface of the silicon substrate 10.

図3(A)に示すように、アクティブエリアAAの側面の傾斜角度が89度の場合、ウェル拡散層20の不純物は、メモリセル領域のアクティブエリアAAに充分に注入されず、トレンチTRの底部に高濃度で注入されている。例えば、図3(A)では、トレンチTRの底部おいて不純物濃度は、約1018cm−3であるが、アクティブエリアAAにおいて約1015cm−3〜1016cm−3である。これは、アクティブエリアAAの側面の傾斜が急さであるからである。 As shown in FIG. 3A, when the inclination angle of the side surface of the active area AA is 89 degrees, the impurities in the well diffusion layer 20 are not sufficiently implanted into the active area AA in the memory cell region, and the bottom of the trench TR Is injected at a high concentration. For example, in FIG. 3A, the impurity concentration at the bottom of the trench TR is about 10 18 cm −3 , but is about 10 15 cm −3 to 10 16 cm −3 in the active area AA. This is because the slope of the side surface of the active area AA is steep.

これに対し、図3(B)に示すように、アクティブエリアAAの側面の傾斜角度が88度の場合、ウェル拡散層20の不純物は、メモリセル領域のアクティブエリアAAに充分に注入されていることが分かる。トレンチTRの底部にも高濃度で注入されている。例えば、図3(B)では、アクティブエリアAAにおいて約1017cm−3〜1018cm−3である。トレンチTRの底部おいて不純物濃度は、約1018cm−3である。即ち、メモリセル領域のアクティブエリアAAに充分な不純物濃度を有するウェル拡散層20を形成するためには、アクティブエリアAAの側面の傾斜角度が88度以下(0度以上)であることが好ましい。 On the other hand, as shown in FIG. 3B, when the inclination angle of the side surface of the active area AA is 88 degrees, the impurity of the well diffusion layer 20 is sufficiently implanted into the active area AA of the memory cell region. I understand that. High concentration is also injected into the bottom of the trench TR. For example, in FIG.3 (B), it is about 10 < 17 > cm < -3 > -10 < 18 > cm < -3 > in active area AA. The impurity concentration at the bottom of the trench TR is about 10 18 cm −3 . That is, in order to form the well diffusion layer 20 having a sufficient impurity concentration in the active area AA of the memory cell region, it is preferable that the inclination angle of the side surface of the active area AA is 88 degrees or less (0 degrees or more).

この場合、図3(B)に示すように、周辺回路領域においては、アクティブエリアAAの不純物濃度は、シリコン基板10の表面に対して水平方向D1に素子分離領域STIのトレンチTRの内側面からアクティブエリアAAの内部へ向かって次第に低下している。即ち、周辺回路領域において、トレンチTRの内側面近傍におけるアクティブエリアAAの不純物濃度は約1017cm−3以上と高い。そして、不純物濃度は、トレンチTRの内側面から方向D1にアクティブエリアAAの内部へ向かって次第に低下し、アクティブエリアAAの中心部の不純物濃度は、約1015cm−3である。メモリセル領域においては、アクティブエリアAAの不純物濃度は、シリコン基板10の表面に対してトレンチTRの底部に向かって次第に増大している。 In this case, as shown in FIG. 3B, in the peripheral circuit region, the impurity concentration of the active area AA is from the inner surface of the trench TR of the element isolation region STI in the horizontal direction D1 with respect to the surface of the silicon substrate 10. It gradually decreases toward the inside of the active area AA. That is, in the peripheral circuit region, the impurity concentration of the active area AA in the vicinity of the inner surface of the trench TR is as high as about 10 17 cm −3 or more. The impurity concentration gradually decreases from the inner side surface of the trench TR toward the inside of the active area AA in the direction D1, and the impurity concentration at the center of the active area AA is about 10 15 cm −3 . In the memory cell region, the impurity concentration of active area AA gradually increases toward the bottom of trench TR with respect to the surface of silicon substrate 10.

このように、シリコン基板10の表面に対するアクティブエリアAAの側面の傾斜を88度以下にすることによって、微細なメモリセルMCを有するメモリセル領域のアクティブエリアAAに充分な不純物濃度のウェル拡散層20が選択的に形成され得る。一方、周辺回路領域の比較的大きなアクティブエリアAAには、ウェル拡散層は形成されない。   Thus, by making the inclination of the side surface of the active area AA with respect to the surface of the silicon substrate 10 equal to or less than 88 degrees, the well diffusion layer 20 having a sufficient impurity concentration in the active area AA of the memory cell region having the fine memory cells MC. Can be selectively formed. On the other hand, no well diffusion layer is formed in the relatively large active area AA in the peripheral circuit region.

本実施形態によれば、素子分離領域STIのトレンチTRがテーパーを有するので、トレンチTRを介して不純物を注入し、それによりウェル拡散層20を形成することができる。従って、素子分離領域STIの形成時にドーズロスが生じにくい。   According to this embodiment, since the trench TR of the element isolation region STI has a taper, impurities can be implanted through the trench TR, thereby forming the well diffusion layer 20. Accordingly, dose loss is unlikely to occur when the element isolation region STI is formed.

周辺回路領域におけるアクティブエリアAAの幅Waa2は、メモリセル領域におけるアクティブエリアAAの幅Waa1よりも広い。このため、ウェル拡散層20は、メモリセル領域RmcのアクティブエリアAAの全体に形成されるものの、周辺回路領域のアクティブエリアAAにはウェルとして形成されない。従って、ウェル拡散層20は、必要な不純物濃度でメモリセル領域Rmcに選択的に形成され得る。   The width Waa2 of the active area AA in the peripheral circuit region is wider than the width Waa1 of the active area AA in the memory cell region. Therefore, the well diffusion layer 20 is formed in the entire active area AA in the memory cell region Rmc, but is not formed as a well in the active area AA in the peripheral circuit region. Therefore, the well diffusion layer 20 can be selectively formed in the memory cell region Rmc with a necessary impurity concentration.

図4から図7は、本実施形態による半導体記憶装置の製造方法を示す断面図である。図4から図7において、Rmcは、メモリセル領域の断面を示し、Rppは、周辺回路領域の断面を示す。   4 to 7 are sectional views showing the method for manufacturing the semiconductor memory device according to the present embodiment. 4 to 7, Rmc represents a cross section of the memory cell region, and Rpp represents a cross section of the peripheral circuit region.

まず、P型シリコン基板10を準備し、周辺回路領域Rppに必要に応じてN型ウェル拡散層(図示せず)を形成する。このとき、N型ウェル拡散層は、リソグラフィ技術および不純物注入技術を用いて形成される。   First, a P-type silicon substrate 10 is prepared, and an N-type well diffusion layer (not shown) is formed in the peripheral circuit region Rpp as necessary. At this time, the N-type well diffusion layer is formed using a lithography technique and an impurity implantation technique.

次に、熱酸化法またはCVD(Chemical Vapor Deposition)法等を用いて、シリコン基板10上に第1の絶縁膜としてのトンネル絶縁膜30を形成する。トンネル絶縁膜30は、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜またはシリコン酸窒化膜でよい。   Next, a tunnel insulating film 30 as a first insulating film is formed on the silicon substrate 10 using a thermal oxidation method or a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. The tunnel insulating film 30 may be, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film.

続いて、LPCVD(Low Pressure-CVD)法を用いて第1の導体膜としてのフローティングゲートFGの材料を、トンネル絶縁膜30上に堆積する。フローティングゲートFGの材料としては、例えば、燐、砒素またはボロン等の不純物を含むドープトポリシリコンを用いる。次に、CDV法を用いて、フローティングゲートFG上にマスク材料110を堆積する。これにより図4に示す構造が得られる。マスク材料110は、例えば、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜等を用いて形成される。   Subsequently, the material of the floating gate FG as the first conductor film is deposited on the tunnel insulating film 30 by using LPCVD (Low Pressure-CVD) method. As a material of the floating gate FG, for example, doped polysilicon containing impurities such as phosphorus, arsenic, or boron is used. Next, a mask material 110 is deposited on the floating gate FG by using the CDV method. Thereby, the structure shown in FIG. 4 is obtained. The mask material 110 is formed using, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film.

次に、リソグラフィ技術およびRIE(Reactive Ion Etching)法を用いて、マスク材料110をメモリセルMCのフローティングゲートFGの平面パターンおよびトランジスタTrのゲート電極の平面パターンに加工する。即ち、メモリセルMC間を分離し、あるいは、周辺回路領域の素子間を分離する素子分離領域STIのマスク材料110を除去するようにマスク材料110を加工する。   Next, the mask material 110 is processed into a plane pattern of the floating gate FG of the memory cell MC and a plane pattern of the gate electrode of the transistor Tr by using a lithography technique and RIE (Reactive Ion Etching) method. That is, the mask material 110 is processed so as to separate the memory cells MC or remove the mask material 110 in the element isolation region STI that separates elements in the peripheral circuit region.

さらに、マスク材料110をマスクとして用いて、フローティングゲートFGの材料、トンネル絶縁膜30およびシリコン基板10をRIE法でエッチングする。これにより、図5に示すように、トレンチTRが形成される。このとき、トレンチTRの内側面(アクティブエリアAAの側面)は、シリコン基板10の表面に対して0度以上88度以下の傾斜を有する。これにより、トレンチTRは、テーパーを有するように形成される。   Further, using the mask material 110 as a mask, the material of the floating gate FG, the tunnel insulating film 30 and the silicon substrate 10 are etched by the RIE method. As a result, a trench TR is formed as shown in FIG. At this time, the inner side surface of trench TR (side surface of active area AA) has an inclination of 0 degree or more and 88 degrees or less with respect to the surface of silicon substrate 10. Thereby, trench TR is formed to have a taper.

次に、マスク材料110をそのままマスクとして用いて、ウェル拡散層20を形成するために、P型不純物(例えば、ボロン等)をシリコン基板10にイオン注入する。このとき、不純物は、シリコン基板10の表面に対してほぼ垂直方向に注入される(0度イオン注入)。不純物は、トレンチTRを介してトレンチTRの底部に注入される。それとともに、トレンチTRがテーパーを有することによって、不純物は、トレンチTRの内側面(アクティブエリアAAの側面)からも注入される。そして、シリコン基板10を熱処理することによって、アクティブエリアAA内に不純物を拡散させ、かつ、不純物を活性化させる。これにより、図6に示すようにウェル拡散層20が得られる。   Next, using the mask material 110 as a mask as it is, a P-type impurity (for example, boron) is ion-implanted into the silicon substrate 10 in order to form the well diffusion layer 20. At this time, the impurities are implanted in a direction substantially perpendicular to the surface of the silicon substrate 10 (0 degree ion implantation). Impurities are implanted into the bottom of trench TR through trench TR. At the same time, since the trench TR has a taper, impurities are also injected from the inner side surface (side surface of the active area AA) of the trench TR. Then, by heat-treating the silicon substrate 10, impurities are diffused in the active area AA and the impurities are activated. Thereby, the well diffusion layer 20 is obtained as shown in FIG.

ここで、メモリセル領域Rmcでは、比較的狭小のアクティブエリアAA全体にウェル拡散層20が形成される。一方、周辺回路領域Rppでは、比較的広いアクティブエリアAAの側部に不純物が注入され、その内部まで不純物は拡散されていない。   Here, in the memory cell region Rmc, the well diffusion layer 20 is formed in the entire relatively small active area AA. On the other hand, in the peripheral circuit region Rpp, impurities are implanted into the side portion of the relatively wide active area AA, and the impurities are not diffused to the inside.

次に、マスク材料110を除去した後、トレンチTRへ素子分離用絶縁膜120を埋め込む。素子分離用絶縁膜120は、例えば、シリコン酸化膜等である。素子分離用絶縁膜120をエッチングバックすることよって素子分離領域STIが形成される。このとき、素子分離用絶縁膜120は、フローティングゲートFGの上面および側面の上部が露出されるまでエッチングされる。   Next, after removing the mask material 110, an element isolation insulating film 120 is embedded in the trench TR. The element isolation insulating film 120 is, for example, a silicon oxide film. The element isolation region STI is formed by etching back the element isolation insulating film 120. At this time, the element isolation insulating film 120 is etched until the upper surface and the upper portion of the side surface of the floating gate FG are exposed.

次に、CVD法等を用いて、第2の絶縁膜としてのIPD膜40をフローティングゲートFGの上面および側面上に堆積する。次に、リソグラフィ技術およびRIE法を用いてIPDエッチング領域EIにあるIPD膜40を除去する。これにより、周辺回路領域においてコントロールゲートCGの材料がフローティングゲートFGの材料に電気的に接続され得る。   Next, an IPD film 40 as a second insulating film is deposited on the upper surface and side surfaces of the floating gate FG by using a CVD method or the like. Next, the IPD film 40 in the IPD etching region EI is removed using a lithography technique and an RIE method. Thereby, the material of the control gate CG can be electrically connected to the material of the floating gate FG in the peripheral circuit region.

次に、LPCVD法等を用いて、第2の導体膜としてのコントロールゲートCG(ワード線WL)の材料をIPD膜40上に堆積する。これにより、図7に示す構造が得られる。   Next, a material for the control gate CG (word line WL) as the second conductor film is deposited on the IPD film 40 using LPCVD or the like. Thereby, the structure shown in FIG. 7 is obtained.

リソグラフィ技術およびRIE法を用いて、コントロールゲートCGの材料およびIPD膜40の材料をワード線WLのパターンに加工する。これにより、コントロールゲートCG(ワード線WL)およびIPD膜40が形成される。   Using the lithography technique and the RIE method, the material of the control gate CG and the material of the IPD film 40 are processed into a pattern of the word line WL. Thereby, the control gate CG (word line WL) and the IPD film 40 are formed.

その後、層間絶縁膜、配線、ビット線等を形成することによって、本実施形態によるNAND型EEPROMが完成する。   After that, by forming an interlayer insulating film, wiring, bit line, etc., the NAND type EEPROM according to the present embodiment is completed.

本実施形態によれば、素子分離領域STIのトレンチTRを形成した後に、ウェル拡散層20を形成する。従って、素子分離領域STIの形成時にドーズロスが生じにくい。従って、ウェル拡散層20形成時のイオン注入工程において、注入される不純物濃度は、従来と比べて低い濃度でよい。これにより、イオン注入工程のスループットが改善される。   According to the present embodiment, the well diffusion layer 20 is formed after the trench TR of the element isolation region STI is formed. Accordingly, dose loss is unlikely to occur when the element isolation region STI is formed. Therefore, the impurity concentration to be implanted in the ion implantation process when forming the well diffusion layer 20 may be lower than the conventional one. This improves the throughput of the ion implantation process.

また、ウェル拡散層20形成時のイオン注入は、トレンチTRの形成時に用いられたマスク材料110をそのままマスクとして用いて実行される。従って、ウェル拡散層20を形成するためのリソグラフィ工程が不要となり、製造工程が従来よりも短縮される。その結果、半導体記憶装置の製造コストを削減することができる。   Further, the ion implantation for forming the well diffusion layer 20 is performed using the mask material 110 used for forming the trench TR as it is as a mask. Therefore, a lithography process for forming the well diffusion layer 20 is not required, and the manufacturing process is shortened compared with the conventional process. As a result, the manufacturing cost of the semiconductor memory device can be reduced.

周辺回路領域におけるアクティブエリアAAの幅Waa2は、メモリセル領域RmcにおけるアクティブエリアAAの幅Waa1よりも広い。このため、ウェル拡散層20は、メモリセル領域RmcおアクティブエリアAAの全体に形成されるものの、周辺回路領域のアクティブエリアAAには形成されない。従って、ウェル拡散層20は、必要な不純物濃度でメモリセル領域Rmcに選択的に形成され得る。一方、周辺回路領域のアクティブエリアAAには、トレンチTR形成前に必要に応じてウェル拡散層を形成すればよい。   The width Waa2 of the active area AA in the peripheral circuit region is wider than the width Waa1 of the active area AA in the memory cell region Rmc. Therefore, the well diffusion layer 20 is formed in the entire memory cell region Rmc and the active area AA, but not in the active area AA in the peripheral circuit region. Therefore, the well diffusion layer 20 can be selectively formed in the memory cell region Rmc with a necessary impurity concentration. On the other hand, a well diffusion layer may be formed in the active area AA in the peripheral circuit region as necessary before forming the trench TR.

10・・・シリコン基板、20・・・ウェル拡散層、30・・・トンネル絶縁膜、40・・・IPD膜、AA・・・アクティブエリア、STI・・・素子分離領域、FG・・・フローティングゲート、CG・・・コントロールゲート、MC・・・メモリセル、Tr・・・トランジスタ、TR・・・トレンチ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Silicon substrate, 20 ... Well diffusion layer, 30 ... Tunnel insulating film, 40 ... IPD film, AA ... Active area, STI ... Element isolation region, FG ... Floating Gate, CG ... Control gate, MC ... Memory cell, Tr ... Transistor, TR ... Trench

Claims (7)

半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された複数のメモリセルを含むメモリセル領域と、
前記複数のメモリ素子を制御する複数の半導体素子を含む周辺回路領域と、
複数の前記メモリセル間を分離し、あるいは、複数の前記半導体素子間を分離する素子分離領域とを備え、
前記周辺回路領域において前記半導体素子が形成されているアクティブエリアの不純物濃度は、前記半導体基板の表面に対して水平方向に前記素子分離領域の側面から前記アクティブエリアの内部へ向かって低下していることを特徴とする半導体記憶装置。
A semiconductor substrate;
A memory cell region including a plurality of memory cells formed on the semiconductor substrate;
A peripheral circuit region including a plurality of semiconductor elements for controlling the plurality of memory elements;
An element isolation region for isolating a plurality of the memory cells, or isolating a plurality of the semiconductor elements,
The impurity concentration of the active area in which the semiconductor element is formed in the peripheral circuit region is decreased from the side surface of the element isolation region toward the inside of the active area in the horizontal direction with respect to the surface of the semiconductor substrate. A semiconductor memory device.
前記メモリセル領域において前記メモリセルが形成されているアクティブエリアの不純物濃度は、前記半導体基板の表面から前記素子分離領域の底部に向かって増大していることを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。   2. The impurity concentration of an active area in which the memory cell is formed in the memory cell region increases from the surface of the semiconductor substrate toward the bottom of the element isolation region. Semiconductor memory device. 前記メモリセル領域および前記周辺回路領域の前記アクティブエリアは、テーパーを有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体記憶装置。   3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the active areas of the memory cell region and the peripheral circuit region have a taper. 前記半導体基板の表面に対する前記アクティブエリアの側面の傾斜は、88°以下であることを特徴とする請求項3に記載の半導体記憶装置。   The semiconductor memory device according to claim 3, wherein an inclination of a side surface of the active area with respect to a surface of the semiconductor substrate is 88 ° or less. 複数のメモリセルを含むメモリセル領域と、前記複数のメモリ素子を制御する複数の半導体素子を含む周辺回路領域とを備えた半導体記憶装置の製造方法であって、
半導体基板上に少なくとも第1の絶縁膜および第1の導体膜を形成し、
前記第1の導体膜の上方にマスク材料を堆積し、
複数の前記メモリセル間を分離し、あるいは、複数の前記半導体素子間を分離する素子分離領域にある前記マスク材料を除去するように前記マスク材料を加工し、
前記マスク材料をマスクとして用いて前記第1の導体膜、前記第1の絶縁膜および前記半導体基板をエッチングして内側面が傾斜を有するように素子分離用のトレンチを形成し、
前記マスク材料をマスクとして用いて前記トレンチを介して前記トレンチの内側面に対して不純物を注入するように前記半導体基板へ不純物を導入してウェル拡散層を形成し、
前記トレンチへ素子分離用絶縁膜を埋め込むことによって素子分離を形成することを具備した半導体記憶装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor memory device, comprising: a memory cell region including a plurality of memory cells; and a peripheral circuit region including a plurality of semiconductor elements that control the plurality of memory elements,
Forming at least a first insulating film and a first conductor film on a semiconductor substrate;
Depositing a mask material over the first conductor film;
The mask material is processed so as to separate the memory cells or to remove the mask material in an element isolation region that separates the semiconductor elements,
Using the mask material as a mask, the first conductor film, the first insulating film, and the semiconductor substrate are etched to form an element isolation trench so that an inner surface has an inclination,
Introducing impurities into the semiconductor substrate to inject impurities into the inner surface of the trench through the trench using the mask material as a mask to form a well diffusion layer,
A method for manufacturing a semiconductor memory device, comprising: isolating elements by embedding an isolation insulating film in the trench.
前記半導体基板の表面に対する前記トレンチの内側面の傾斜は、88°以下であることを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 5, wherein an inclination of an inner side surface of the trench with respect to a surface of the semiconductor substrate is 88 ° or less. 前記ウェル拡散層の形成において、不純物は、前記半導体基板の表面に対してほぼ垂直方向に注入されることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の半導体記憶装置の製造方法。   7. The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 5, wherein in forming the well diffusion layer, impurities are implanted in a direction substantially perpendicular to the surface of the semiconductor substrate.
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