JP2013149647A - Semiconductor nonvolatile storage device manufacturing method and semiconductor nonvolatile storage device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem that microfabrication of a MONOS memory transistor cannot be achieved because a channel width finer than a pattern resolution limit of a photolithographic technique using vacuum-ultraviolet light as an exposure light source cannot be manufactured.SOLUTION: In a semiconductor nonvolatile storage device manufacturing method, a channel width finer than a pattern resolution limit of a photolithographic technique using vacuum-ultraviolet light as an exposure light source by using a cavity generated when an insulation film for forming a sidewall is formed is formed in a facing space between a pair of thin film structures. When the thin film structures are used as components of other elements, the semiconductor nonvolatile storage device can be applied to various memory cells and circuit structures.

Description

本発明は半導体基板上に設ける半導体不揮発性記憶装置の製造方法および構造に関する。特に、露光光源として真空紫外光を用いるホトリソ技術では製造が困難な狭いチャネル幅を有する半導体不揮発性記憶装置の製造方法および構造に関するものである。   The present invention relates to a manufacturing method and a structure of a semiconductor nonvolatile memory device provided on a semiconductor substrate. In particular, the present invention relates to a manufacturing method and a structure of a semiconductor nonvolatile memory device having a narrow channel width which is difficult to manufacture by a photolithography technique using vacuum ultraviolet light as an exposure light source.

半導体不揮発性記憶装置は、一般にMIS型構造のメモリトランジスタ(以後、MIS型メモリトランジスタと記載する)構造を有している。
MIS型メモリトランジスタは、例えば、半導体基板に設けた素子分離膜により規定された素子領域に、ソース領域とドレイン領域と、これらに挟まれたチャネル領域を備え、このチャネル領域の上部にメモリ絶縁膜とメモリゲート電極とを積層して設ける構造である。
このメモリ絶縁膜に電荷を蓄積させたときの閾値電圧と、電荷を蓄積していないときの閾値電圧との違いを利用して、情報の記憶を行っている。
A semiconductor nonvolatile memory device generally has a MIS type memory transistor (hereinafter referred to as MIS type memory transistor) structure.
The MIS type memory transistor includes, for example, a source region, a drain region, and a channel region sandwiched between them in an element region defined by an element isolation film provided on a semiconductor substrate, and a memory insulating film above the channel region. And a memory gate electrode are stacked.
Information is stored using the difference between the threshold voltage when charges are accumulated in the memory insulating film and the threshold voltage when charges are not accumulated.

このような構造のMIS型メモリトランジスタは、そのメモリ絶縁膜を、複数の絶縁膜を積層させた構造とし、その絶縁膜の1つを電荷蓄積膜として、この電荷蓄積膜内の電荷トラップに蓄積する電荷量を制御することによって情報の記憶を行うMNOS(Metal−Nitride−Oxide−Silicon)型やMONOS(Metal−Oxide−Nitride−Oxide−Silicon)型が知られている。
特にMONOS型は、低い電圧でデータの読み書きができるという特徴を有するため、低消費電力化を目指す電子機器に適するものとして注目されている。
In the MIS type memory transistor having such a structure, the memory insulating film has a structure in which a plurality of insulating films are stacked, and one of the insulating films is used as a charge storage film, and is stored in a charge trap in the charge storage film. There are known a MNOS (Metal-Nitride-Oxide-Silicon) type and a MONOS (Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon) type that store information by controlling the amount of charge to be generated.
In particular, since the MONOS type has a feature that data can be read and written at a low voltage, it is attracting attention as being suitable for an electronic device aiming at low power consumption.

一般に、MIS型メモリトランジスタは、素子分離膜に囲まれた素子領域に形成されるが、素子分離法としてよく知られるLOCOS(Local−Oxidation−of−Silicon)法により素子領域を設ける場合、その製造方法の特徴として、素子領域を取り囲む素子分離膜の端部が素子領域端部に向かい徐々に薄くなる傾斜構造となる。このような傾斜部分を鳥のくちばし(Birds−Beak)の形状に準えて、バーズビークという。   In general, a MIS type memory transistor is formed in an element region surrounded by an element isolation film. When an element region is provided by a LOCOS (Local-Oxidation-of-Silicon) method, which is well known as an element isolation method, the manufacture thereof is performed. As a feature of the method, there is an inclined structure in which the end of the element isolation film surrounding the element region is gradually thinned toward the end of the element region. Such an inclined portion is referred to as a bird's beak in accordance with the shape of a bird's beak.

MIS型メモリトランジスタを、LOCOS法により形成された素子分離膜により規定された素子領域に設ける場合、メモリゲート電極の端部では、平面的には素子領域端部のバーズビーク領域を跨ぐように、素子分離領域上に設ける構造となる。
このような構造は良く知られたものであるが、例えば、特許文献1に断面図が例示されている。
When the MIS type memory transistor is provided in the element region defined by the element isolation film formed by the LOCOS method, the element is arranged so that the end of the memory gate electrode straddles the bird's beak region at the end of the element region in plan view. The structure is provided on the separation region.
Such a structure is well known. For example, Patent Document 1 illustrates a cross-sectional view.

特許文献1に示した従来技術を、図15を用いて説明する。
図15は、特許文献1に記載の技術を説明し易いように書き直した図であって、LOCOS法により素子分離膜を形成することにより設ける素子領域に代表的なMIS型メモリトランジスタであるMONOS型メモリトランジスタを形成する代表的な形成技術を工程順に示した断面図である。
The prior art shown in Patent Document 1 will be described with reference to FIG.
FIG. 15 is a diagram rewritten for easy explanation of the technique described in Patent Document 1, and is a MONOS type transistor which is a typical MIS type memory transistor in an element region provided by forming an element isolation film by the LOCOS method. It is sectional drawing which showed the typical formation technique which forms a memory transistor to process order.

まず、図15(a)に示したように、半導体基板101の表面にパッド酸化膜102を形成する。次に、後の工程で素子領域となる領域にシリコン窒化膜よりなる耐酸化マスク103を所定の線幅Waで形成する。線幅Waは、後の工程を経て完成するMONOS型メモリトランジスタのチャネル幅となるように目論んだものであって、設計上のチャネル幅である。   First, as shown in FIG. 15A, a pad oxide film 102 is formed on the surface of the semiconductor substrate 101. Next, an oxidation-resistant mask 103 made of a silicon nitride film is formed with a predetermined line width Wa in a region to be an element region in a later process. The line width Wa is intended to be the channel width of a MONOS type memory transistor completed through a later process, and is a designed channel width.

チャネル幅とは、ソース領域とドレイン領域とが対向している距離をいう。例えば、チャネル幅0.5μmといえば、ソース領域とドレイン領域とが0.5μmに亘って対向していることになる。なお、チャネル長とは、ソース領域からドレイン領域までの距離をいう。   The channel width refers to the distance between the source region and the drain region. For example, when the channel width is 0.5 μm, the source region and the drain region face each other over 0.5 μm. Note that the channel length refers to the distance from the source region to the drain region.

知られているように、チャネル長方向に電流が流れ、チャネル幅方向にその電流経路が存在するから、チャネル幅の大小は、MIS型メモリトランジスタの電流駆動能力に関係し、チャネル長の大小は、動作速度に関係する。一般的に、高速動作が可能で小型のMIS型メモリトランジスタは、チャネル幅およびチャネル長が短いものになる。   As is known, since a current flows in the channel length direction and a current path exists in the channel width direction, the magnitude of the channel width is related to the current driving capability of the MIS type memory transistor, and the magnitude of the channel length is , Related to the operating speed. Generally, a small MIS type memory transistor capable of high-speed operation has a short channel width and channel length.

次に、図15(b)に示したように、水蒸気を用いた既知の熱酸化法により耐酸化マスク103に覆われていない領域にシリコン酸化膜よりなる素子分離膜104を形成する。素子分離膜104の形成が終了すると、耐酸化マスク103端部はめくれ上がったような形状となる。これは、耐酸化マスクの端部下にシリコン酸化膜が成長し、距離Wbで示す距離だけバーズビークが形成されるためである。
なお、耐酸化マスク103直下の部分は、酸化が進行しないのでパッド酸化膜102の膜厚となっている。
Next, as shown in FIG. 15B, an element isolation film 104 made of a silicon oxide film is formed in a region not covered with the oxidation resistant mask 103 by a known thermal oxidation method using water vapor. When the formation of the element isolation film 104 is completed, the end portion of the oxidation resistant mask 103 is turned up. This is because a silicon oxide film grows under the end portion of the oxidation-resistant mask and a bird's beak is formed by a distance indicated by a distance Wb.
Note that the portion immediately below the oxidation-resistant mask 103 has the thickness of the pad oxide film 102 because the oxidation does not proceed.

次に、図15(c)に示したように、素子分離膜104形成後に耐酸化マスク103とパッド酸化膜102とを除去して素子領域105が形成されるのである。その後、素子領域105から素子分離膜104上にかけてバーズビーク領域を跨ぐようにメモリ絶縁膜106とメモリゲート電極107とが形成される。   Next, as shown in FIG. 15C, the element region 105 is formed by removing the oxidation resistant mask 103 and the pad oxide film 102 after the element isolation film 104 is formed. Thereafter, the memory insulating film 106 and the memory gate electrode 107 are formed so as to straddle the bird's beak region from the element region 105 to the element isolation film 104.

MONOS型メモリトランジスタの場合、メモリ絶縁膜106は、電荷を蓄える電荷蓄積層をトンネル酸化膜として機能する第1の絶縁膜とトップ酸化膜である第2の絶縁膜とで挟んだ積層膜であり、半導体基板101方向から順に、第1の絶縁膜、電荷蓄積層、第2の絶縁膜の順に積層されている。   In the case of a MONOS memory transistor, the memory insulating film 106 is a laminated film in which a charge storage layer that stores charges is sandwiched between a first insulating film that functions as a tunnel oxide film and a second insulating film that is a top oxide film. The first insulating film, the charge storage layer, and the second insulating film are stacked in this order from the semiconductor substrate 101 direction.

その後、図示しないが、メモリゲート電極107をマスクとして素子領域105にソース領域およびドレイン領域を形成してMONOS型メモリトランジスタが完成する。   Thereafter, although not shown, a source region and a drain region are formed in the element region 105 using the memory gate electrode 107 as a mask to complete a MONOS type memory transistor.

MONOS型メモリトランジスタのチャネル領域は、メモリゲート電極と素子領域との整合する領域として、所定のチャネル長とチャネル幅とで、例えば矩形状に形成される。図15(c)の場合、図面手前から奥方向がチャネル長方向となり、図面左右方向がチャネル幅方向となる。
図15(c)に示した例では、チャネル幅は、実際にはバーズビーク部分の距離Wbだけ図面横方向にも酸化が進行してチャネル領域内側に食い込むため、実効的なチャネル幅Wc(実際にチャネル幅として機能する距離)は、線幅Waから距離Wbを差し引いた距離となる。
The channel region of the MONOS memory transistor is formed in, for example, a rectangular shape with a predetermined channel length and channel width as a region where the memory gate electrode and the element region are aligned. In the case of FIG. 15C, the depth direction from the front of the drawing is the channel length direction, and the horizontal direction of the drawing is the channel width direction.
In the example shown in FIG. 15C, the channel width is actually the effective channel width Wc (actually because the oxidation proceeds in the lateral direction of the drawing by the distance Wb of the bird's beak portion and bites into the channel region. The distance that functions as the channel width is a distance obtained by subtracting the distance Wb from the line width Wa.

特開平5−343695号公報(第2頁、図6)JP-A-5-343695 (page 2, FIG. 6)

MIS型メモリトランジスタを設計する場合、LOCOS法を用いた素子領域の形成では、このバーズビークの生成、つまり、バーズビーク部分の距離Wbだけチャネル領域にも酸化が進行することを鑑みてチャネル幅を設計する必要がある。   When designing an MIS type memory transistor, in forming an element region using the LOCOS method, a channel width is designed in consideration of generation of this bird's beak, that is, oxidation proceeds to the channel region by a distance Wb of the bird's beak portion. There is a need.

図15に示した例では、バーズビーク部分の距離Wbは、例えば素子分離膜104の膜厚が500nmの場合、200nm程度である。
この例では、チャネル幅が大きい素子の場合(例えば、線幅Waが10000nm)、バーズビーク部分は無視できるほど小さい。しかしながら、チャネル幅が小さい素子の場合(例えば、線幅Waが1000nm)、実効的なチャネル幅が極端に小さくなってしまう。この場合にあっては、素子分離膜の形成にて生じるばらつきは、実効的なチャネル幅のばらつきを生じさせ、結果として素子としての電気特性もばらついてしまうのである。
In the example shown in FIG. 15, the distance Wb of the bird's beak portion is, for example, about 200 nm when the thickness of the element isolation film 104 is 500 nm.
In this example, in the case of an element having a large channel width (for example, the line width Wa is 10,000 nm), the bird's beak portion is negligibly small. However, in the case of an element with a small channel width (for example, the line width Wa is 1000 nm), the effective channel width becomes extremely small. In this case, the variation caused by the formation of the element isolation film causes the variation of the effective channel width, and as a result, the electric characteristics as the element also vary.

ところで、MIS型メモリトランジスタを、LOCOS法を用いないで製造する手法も知られている。しかし、そのような手法は、製造工程がより複雑になったり、製造に際して特別な加工装置が必要になったりするため、すべての半導体不揮発性記憶装置に適用できるものとは言えない。   By the way, a method of manufacturing an MIS type memory transistor without using the LOCOS method is also known. However, such a method cannot be applied to all semiconductor nonvolatile memory devices because the manufacturing process becomes more complicated and a special processing apparatus is required for manufacturing.

半導体不揮発性記憶装置の製造にあって、LOCOS法を用いる手法であっても用いない手法であっても、チャネル幅などのMIS型メモリトランジスタの主要部分のサイズを決めるのは、マスクパターンそのものである。知ってのとおり、真空紫外光を露光光源として用いるホトリソ技術では、パターン解像の限界がある。より微細な素子領域を得ようとして、より細い線幅のパターンを形成しようとしても、パターン解像の限界よりも小さいパターンを形成することはできない。   Whether or not the LOCOS method is used in the manufacture of a semiconductor nonvolatile memory device, the mask pattern itself determines the size of the main part of the MIS type memory transistor such as the channel width. is there. As you know, the photolithographic technology that uses vacuum ultraviolet light as an exposure light source has the limitations of pattern resolution. Even if an attempt is made to obtain a finer element region to form a pattern with a narrower line width, a pattern smaller than the limit of pattern resolution cannot be formed.

したがって、低消費電力化および高集積化という昨今の半導体不揮発性記憶装置の流れで、より微細で電気特性もばらつかないMIS型メモリトランジスタを得ようとしても、使用するホトリソ技術で決まるパターン解像の限界よりも小さいチャネル幅を有するMIS型メモリトランジスタを形成することはできなかった。   Therefore, even if an attempt is made to obtain a MIS-type memory transistor that is finer and does not vary in electrical characteristics due to the recent trend of semiconductor non-volatile memory devices with low power consumption and high integration, pattern resolution determined by the photolithography technology used. An MIS type memory transistor having a channel width smaller than the above limit could not be formed.

本発明の半導体不揮発性記憶装置の製造方法と構造は、このような課題を解決するためにある。そして、その目的はパターン加工に用いる露光装置のパターン解像限界よりも微細なチャネル幅を有するMIS型メモリトランジスタを安定して提供することである。   The manufacturing method and structure of the semiconductor nonvolatile memory device of the present invention are for solving such problems. The object is to stably provide an MIS type memory transistor having a channel width finer than the pattern resolution limit of an exposure apparatus used for pattern processing.

上記目的を達成するために、本発明の半導体不揮発性記憶装置の製造方法は、以下に示すものを採用する。   In order to achieve the above object, a method for manufacturing a semiconductor nonvolatile memory device according to the present invention employs the following.

半導体基板にソース領域、チャネル領域、ドレイン領域を設け、チャネル領域上部の半導体基板上にメモリ絶縁膜を備え、メモリ絶縁膜の上部にメモリゲート電極を有する半導体不揮発性記憶装置の製造方法であって、
チャネル領域を形成する部分の上部の半導体基板上部に、所定の間隔にて一組の薄膜構造体を形成する構造体形成工程と、
一組の薄膜構造体を覆い、間隔には空隙を形成するように絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
絶縁膜を半導体基板方向にエッチング除去して空隙を露出させ、間隔に面する薄膜構造体の縦端面に絶縁膜をサイドウォールとして残すエッチバック工程と、
間隔の前記半導体基板上にメモリ絶縁膜を形成するメモリ絶縁膜形成工程と、
メモリ絶縁膜上部にメモリゲート電極を形成するメモリゲート電極形成工程と、
薄膜構造体およびサイドウォールとメモリゲート電極とをマスクにして、半導体基板に所定の不純物イオンを注入し、ソース領域、チャネル領域、ドレイン領域をそれぞれ形成する領域形成工程と、
を有することを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor nonvolatile memory device, wherein a source region, a channel region, and a drain region are provided on a semiconductor substrate, a memory insulating film is provided on the semiconductor substrate above the channel region, and a memory gate electrode is provided on the memory insulating film. ,
A structure forming step of forming a set of thin film structures at a predetermined interval on the upper portion of the semiconductor substrate above the portion for forming the channel region;
An insulating film forming step of covering the set of thin film structures and forming an insulating film so as to form a gap in the gap;
Etching back the insulating film in the direction of the semiconductor substrate to expose the air gap, leaving the insulating film as a sidewall on the vertical end surface of the thin film structure facing the interval;
A memory insulating film forming step of forming a memory insulating film on the semiconductor substrate at an interval;
A memory gate electrode forming step of forming a memory gate electrode on the memory insulating film;
Using the thin film structure and sidewalls and the memory gate electrode as a mask, a predetermined impurity ion is implanted into the semiconductor substrate to form a source region, a channel region, and a drain region,
It is characterized by having.

このような構成にすることによって、露光光源として真空紫外光を用いるホトリソ工程のパターン解像限界より微細なチャネル幅を有する半不導体不揮発性記憶装置を形成することができる。   With such a configuration, it is possible to form a semi-nonconductive nonvolatile memory device having a channel width finer than the pattern resolution limit of the photolithography process using vacuum ultraviolet light as an exposure light source.

半導体基板にソース領域、チャネル領域、ドレイン領域を設け、チャネル領域上部の半導体基板上にメモリ絶縁膜を備え、メモリ絶縁膜の上部にメモリゲート電極を有する半導体不揮発性記憶装置の製造方法であって、
半導体基板の表面に素子分離膜を形成する素子分離工程と、
チャネル領域を形成する部分の上部の素子分離膜上部に、所定の間隔にて一組の薄膜構造体を形成する構造体形成工程と、
一組の薄膜構造体を覆い、間隔には空隙を形成するように絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
絶縁膜を半導体基板方向にエッチング除去して前記空隙を露出させ、前記間隔に面する前記薄膜構造体の縦端面に絶縁膜をサイドウォールとして残すエッチングバック工程と、
薄膜構造体およびサイドウォールをマスクとして間隔の素子分離膜をエッチング除去して半導体基板の表面を露出させる露出工程と、
間隔の半導体基板上にメモリ絶縁膜を形成するメモリ絶縁膜形成工程と、
メモリ絶縁膜上部にメモリゲート電極を形成するメモリゲート電極形成工程と、
薄膜構造体およびサイドウォールとメモリゲート電極とをマスクにして、半導体基板に所定の不純物イオンを注入し、ソース領域、チャネル領域、ドレイン領域をそれぞれ形成する領域形成工程と、
を有することを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor nonvolatile memory device, wherein a source region, a channel region, and a drain region are provided on a semiconductor substrate, a memory insulating film is provided on the semiconductor substrate above the channel region, and a memory gate electrode is provided on the memory insulating film. ,
An element isolation step of forming an element isolation film on the surface of the semiconductor substrate;
A structure forming step of forming a set of thin film structures at a predetermined interval on the upper portion of the element isolation film above the portion forming the channel region;
An insulating film forming step of covering the set of thin film structures and forming an insulating film so as to form a gap in the gap;
An etching back step of etching away the insulating film in the direction of the semiconductor substrate to expose the voids and leaving the insulating film as a sidewall on the vertical end surface of the thin film structure facing the interval;
An exposure step of exposing the surface of the semiconductor substrate by etching away the element isolation film at intervals using the thin film structure and sidewalls as a mask;
A memory insulating film forming step of forming a memory insulating film on the semiconductor substrate at intervals;
A memory gate electrode forming step of forming a memory gate electrode on the memory insulating film;
Using the thin film structure and sidewalls and the memory gate electrode as a mask, a predetermined impurity ion is implanted into the semiconductor substrate to form a source region, a channel region, and a drain region,
It is characterized by having.

このような構成にすることによって、素子分離領域に微細なチャネル幅の半導体不揮発性記憶装置を形成することができる。   With such a configuration, a semiconductor nonvolatile memory device having a fine channel width can be formed in the element isolation region.

領域形成工程の後、チャネル領域に所定の不純物イオンを注入してチャネル領域の不純物濃度を変更する不純物濃度変更工程を有するようにしてもよい。   After the region forming step, there may be provided an impurity concentration changing step of changing the impurity concentration of the channel region by implanting predetermined impurity ions into the channel region.

このような構成にすることによって、本発明の半導体不揮発性記憶装置の閾値電圧を任意に調整することができる。   With such a configuration, the threshold voltage of the semiconductor nonvolatile memory device of the present invention can be arbitrarily adjusted.

上記目的を達成するために、本発明の半導体不揮発性記憶装置の構成は、以下に示すものを採用する。   In order to achieve the above object, the semiconductor nonvolatile memory device of the present invention employs the following configuration.

半導体基板にソース領域、チャネル領域、ドレイン領域を設け、チャネル領域上部の該半導体基板上にメモリ絶縁膜を備え、メモリ絶縁膜の上部にメモリゲート電極を有する半導体不揮発性記憶装置であって、
チャネル領域上部の半導体基板上部に、その縦端面にサイドウォールを有する一組の薄膜構造体を所定の間隔で備え、
一組の薄膜構造体は、その対向方向とチャネル領域のチャネル幅方向とが一致しており、
チャネル幅は、間隔よりも狭く、間隔に面するサイドウォール同士が対向する距離と同じかそれよりも広いことを特徴とする。
A semiconductor nonvolatile memory device having a source region, a channel region, and a drain region in a semiconductor substrate, a memory insulating film on the semiconductor substrate above the channel region, and a memory gate electrode on the memory insulating film,
A set of thin film structures having sidewalls on the vertical end surfaces of the semiconductor substrate above the channel region are provided at predetermined intervals,
In the pair of thin film structures, the facing direction thereof matches the channel width direction of the channel region,
The channel width is narrower than the interval, and is characterized by being equal to or wider than the distance between the sidewalls facing the interval.

このような構成にすることによって、半導体不揮発性記憶装置の面積効率が向上する。   With such a configuration, the area efficiency of the semiconductor nonvolatile memory device is improved.

半導体基板の表面に素子分離膜を備え、
素子分離膜上部に薄膜構造体を有し、前記素子分離膜の下部に前記チャネル領域を設けるようにしてもよい。
An element isolation film is provided on the surface of the semiconductor substrate,
A thin film structure may be provided above the element isolation film, and the channel region may be provided below the element isolation film.

このような構成にすることによって、素子分離領域に設ける半導体不揮発性記憶装置の面積効率が向上する。   With such a configuration, the area efficiency of the semiconductor nonvolatile memory device provided in the element isolation region is improved.

本発明によれば、露光光源として真空紫外光を用いるホトリソ工程のパターン解像限界より小さな寸法のチャネル幅を有する半導体不揮発性記憶装置を形成することができる。このため、従来技術では実現できなかった微細な半導体不揮発性記憶装置をばらつきなく形成することができる。   According to the present invention, a semiconductor nonvolatile memory device having a channel width smaller than the pattern resolution limit of a photolithography process using vacuum ultraviolet light as an exposure light source can be formed. For this reason, fine semiconductor nonvolatile memory devices that could not be realized by the prior art can be formed without variation.

本発明の概要を説明する図であって、製造方法順に断面の様子を説明した断面図である。It is a figure explaining the outline | summary of this invention, Comprising: It is sectional drawing explaining the mode of a cross section in order of the manufacturing method. 本発明の第1の実施形態における半導体不揮発性装置の製造方法を示す図であり、製造方法を構成する工程を順に示すフローチャートである。It is a figure which shows the manufacturing method of the semiconductor non-volatile device in the 1st Embodiment of this invention, and is a flowchart which shows the process which comprises a manufacturing method in order. 本発明の第1の実施形態における構造体形成工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure formation process in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における絶縁膜形成工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the insulating film formation process in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態におけるエッチバック工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the etch-back process in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態におけるメモリ絶縁膜形成工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the memory insulating film formation process in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態におけるメモリゲート電極形成工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the memory gate electrode formation process in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における領域形成工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the area | region formation process in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における配線形成工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the wiring formation process in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における絶縁膜形成工程の詳細を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the detail of the insulating film formation process in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態における半導体不揮発性記憶装置の製造方法を示す図であり、製造方法を構成する工程を順に示すフローチャートである。It is a figure which shows the manufacturing method of the semiconductor non-volatile memory device in the 2nd Embodiment of this invention, and is a flowchart which shows the process which comprises a manufacturing method in order. 本発明の第2の実施形態における露出工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the exposure process in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における半導体不揮発性記憶装置の製造方法による半導体不揮発性記憶装置の構造で、薄膜構造体をメモリセルのアドレストランジスタのゲート電極とする構造を示す平面図である。1 is a plan view showing a structure of a semiconductor nonvolatile memory device according to a manufacturing method of a semiconductor nonvolatile memory device according to a first embodiment of the present invention, in which a thin film structure is used as a gate electrode of an address transistor of a memory cell. 本発明の第2の実施形態における半導体不揮発性記憶装置の製造方法による半導体不揮発性記憶装置の構造で、薄膜構造体をMONOS型メモリトランジスタのソース領域と接続する負荷抵抗とする構造を示す平面図である。11 is a plan view showing a structure of a semiconductor nonvolatile memory device according to a method for manufacturing a semiconductor nonvolatile memory device according to a second embodiment of the present invention, in which a thin film structure is a load resistor connected to a source region of a MONOS type memory transistor. It is. 従来より知られている半導体不揮発性記憶装置の製造方法を示す図であり、LOCOS法を用いてMONOS型メモリトランジスタを形成する過程を説明する断面図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the semiconductor non-volatile memory device known conventionally, and is sectional drawing explaining the process of forming a MONOS type | mold memory transistor using the LOCOS method.

本発明の半導体不揮発性記憶装置の製造方法および半導体不揮発性記憶装置は、一組の薄膜構造体の向かい合う間隔に、後に薄膜構造体のサイドウォールとなる絶縁膜の形成時に発生する空隙を利用し、露光光源として真空紫外光を用いたホトリソ工程のパターン解像限界より微細なチャネル幅の半導体不揮発性記憶装置を形成するものである。
大きな特徴は、チャネル幅に該当する素子領域部の距離を、パターニングで形成した所定のパターンによって決めるのではなく、別の膜を形成するときに生じる空隙を利用している点である。
A method for manufacturing a semiconductor nonvolatile memory device and a semiconductor nonvolatile memory device according to the present invention utilize voids that are generated when an insulating film that later becomes a sidewall of a thin film structure is formed in a space between a pair of thin film structures. Then, a semiconductor nonvolatile memory device having a channel width finer than the pattern resolution limit of the photolithography process using vacuum ultraviolet light as an exposure light source is formed.
A major feature is that the distance between the element regions corresponding to the channel width is not determined by a predetermined pattern formed by patterning, but a gap generated when another film is formed is used.

まず、本発明の半導体不揮発性記憶装置の特徴を説明する。次に、製造方法を実施例1とし、構造を実施例2として詳述する。   First, features of the semiconductor nonvolatile memory device of the present invention will be described. Next, the manufacturing method will be described in detail as Example 1, and the structure will be described in detail as Example 2.

以下、図1を用いて本発明の特徴を説明する。
図1は、本発明の製造方法を工程順に示す断面図であり、説明に必要無い構成を省き模式的に表した図である。この断面図は、半導体不揮発性記憶装置の一部を切断するように表した図であり、図面の手前方向と奥方向との間で電流が流れるような向き(チャネル長方向)を示している。つまり、ソース領域とドレイン領域との間、すなわちチャネル長方向に電流が流れる構造にて、チャネル幅方向で切ったときの断面を見た図であって、従来技術を説明した図である図15と同じ向きの断面図である。
Hereinafter, the features of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the present invention in the order of steps, and is a diagram schematically showing a configuration unnecessary for explanation. This cross-sectional view is a diagram in which a part of the semiconductor nonvolatile memory device is cut, and shows a direction (channel length direction) in which a current flows between the front side and the back side of the drawing. . That is, FIG. 15 is a view illustrating a cross section when a current flows between a source region and a drain region, that is, a structure in which a current flows in a channel length direction, and is cut in a channel width direction, and is a diagram illustrating a conventional technique. FIG.

図1(a)は、構造体形成工程、図1(b)は、絶縁膜形成工程、図1(c)は、エッチバック工程、図1(d)は、メモリ絶縁膜形成工程、図1(e)は、メモリゲート電極形成工程、図1(f)は、領域形成工程、をそれぞれ示す。
符号は、1は半導体基板、2aは薄膜構造体、4は絶縁膜を示す。4aと4bとは絶縁膜4をエッチバックして形成するサイドウォールである。5は空隙、6はチャネル領域、7はメモリ絶縁膜、8aはメモリゲート電極、9aはソース領域およびドレイン領域である拡散領域、をそれぞれ示す。
1A is a structure forming process, FIG. 1B is an insulating film forming process, FIG. 1C is an etch back process, FIG. 1D is a memory insulating film forming process, and FIG. FIG. 1E shows a memory gate electrode forming step, and FIG. 1F shows a region forming step.
Reference numeral 1 denotes a semiconductor substrate, 2a denotes a thin film structure, and 4 denotes an insulating film. 4a and 4b are side walls formed by etching back the insulating film 4. Reference numeral 5 denotes a gap, 6 denotes a channel region, 7 denotes a memory insulating film, 8a denotes a memory gate electrode, and 9a denotes a diffusion region which is a source region and a drain region.

まず、図1(a)に示すように、例えば、導電型がP型であるシリコンからなる半導体基板1上に一組の薄膜構造体2aを対向して形成する。薄膜構造体2aは、例えば、多結晶シリコンで形成する。
薄膜構造体2a同士が対向する間隔の距離W0は、露光光源として真空紫外光を用いたホトリソ工程のパターン解像限界と一致するかそれに近い距離である。例えば、薄膜構造体2aの膜厚が350nm程度であれば、450nm程度である。
First, as shown in FIG. 1A, for example, a pair of thin film structures 2a are formed oppositely on a semiconductor substrate 1 made of silicon having a P-type conductivity. The thin film structure 2a is made of, for example, polycrystalline silicon.
The distance W0 at which the thin film structures 2a face each other is equal to or close to the pattern resolution limit of the photolithography process using vacuum ultraviolet light as an exposure light source. For example, if the thickness of the thin film structure 2a is about 350 nm, it is about 450 nm.

この距離をホトリソ工程のパターン解像限界よりも狭くしてしまうと、薄膜構造体2a自体が正しく形成できないため、パターン解像限界と同じにするのが好ましい。もちろん、加工誤差などを鑑みてやや広くしてもかまわないが、そのやや広くする距離は、用いる露光装置の性能や薄膜構造体2aの材質、後述する絶縁膜の材質により変わってくるため、一概に数値で表しにくい。このため、実験などをして予めその距離を決めておくとよい。   If this distance is narrower than the pattern resolution limit of the photolithography process, the thin film structure 2a itself cannot be formed correctly. Of course, it may be slightly widened in view of processing errors and the like, but the slightly widened distance varies depending on the performance of the exposure apparatus used, the material of the thin film structure 2a, and the material of the insulating film described later. It is difficult to express numerically. For this reason, it is advisable to determine the distance in advance through experiments or the like.

次に、図1(b)に示すように、絶縁膜4を所定の膜厚で形成する。この形成は、知られている化学気相成長法で行う。この手法は、以後、CVD(Chemical−Vapor−Deposition)法と記載する。絶縁膜4は、例えば、シリコン酸化膜で形成する。   Next, as shown in FIG. 1B, the insulating film 4 is formed with a predetermined thickness. This formation is performed by a known chemical vapor deposition method. This technique is hereinafter referred to as a CVD (Chemical-Vapor-Deposition) method. The insulating film 4 is formed of, for example, a silicon oxide film.

一組の薄膜構造体2aは、露光光源として真空紫外光を用いたホトリソ工程のパターン解像限界と一致するかそれに近い距離W0で対向しているため、絶縁膜4を形成しようとすると、薄膜構造体2aの間隔に絶縁膜4のない空隙5が形成される。
これは、絶縁膜4が薄膜構造体2aの側壁部に十分な膜厚で形成される前に、薄膜構造体2aの上端部付近同士が庇のように伸びて繋がるように形成され、薄膜構造体2aの間隔上に蓋をしてしまうようになるためである。そして、結果として空隙5が形成されるのである。
The pair of thin film structures 2a are opposed to each other at a distance W0 that matches or is close to the pattern resolution limit of the photolithography process using vacuum ultraviolet light as an exposure light source. A gap 5 without the insulating film 4 is formed in the interval between the structures 2a.
This is because the insulating film 4 is formed so that the vicinity of the upper end portions of the thin film structure 2a are stretched and connected to each other before the insulating film 4 is formed on the side wall of the thin film structure 2a with a sufficient film thickness. This is because a lid is placed on the space between the bodies 2a. As a result, the gap 5 is formed.

このような空隙5は、薄膜構造体2aをホトリソ工程のパターン解像限界と一致するかそれに近い距離W0で対向して形成しているからこそできるものである。この空隙5の形成に関しては、より詳しく後述する。   Such a gap 5 can be formed because the thin film structure 2a is formed opposite to the pattern resolution limit of the photolithography process or at a distance W0 close thereto. The formation of the void 5 will be described later in more detail.

次に、図1(c)に示すように絶縁膜4をエッチバック(エッチングバックとも言う)することにより薄膜構造体2aの側壁にサイドウォール4a、4bを形成する。
絶縁膜4を半導体基板1方向にエッチング除去して空隙5を露出させ、薄膜構造体2a
の間隔に面する薄膜構造体2aの縦端面に絶縁膜4をサイドウォールとして残すのである。
Next, as shown in FIG. 1C, the insulating film 4 is etched back (also referred to as etching back) to form side walls 4a and 4b on the side walls of the thin film structure 2a.
The insulating film 4 is removed by etching in the direction of the semiconductor substrate 1 to expose the gap 5, and the thin film structure 2 a
The insulating film 4 is left as a sidewall on the vertical end face of the thin film structure 2a facing the gap.

サイドウォールは薄膜構造体2a同士が対向する側が4aであり、対向しない側が4bである。薄膜構造体2aが対向する側のサイドウォール4aは、空隙5の存在により対向しない側のサイドウォール4bに比べ平面的な膜厚は小さく、サイドウォール4a同士は距離Wで離間して対向する。このサイドウォール4a同士が対向する距離Wは、露光光源として真空紫外光を用いたホトリソ工程のパターン解像限界より小さな寸法である(図1の例では、距離W0>距離Wとなる。)。   As for the side wall, the side where the thin film structures 2a oppose each other is 4a, and the side which does not oppose is 4b. The side wall 4a on the side facing the thin film structure 2a has a smaller planar film thickness than the side wall 4b on the side not facing due to the presence of the gap 5, and the side walls 4a face each other with a distance W apart. The distance W at which the sidewalls 4a face each other is smaller than the pattern resolution limit of the photolithography process using vacuum ultraviolet light as the exposure light source (distance W0> distance W in the example of FIG. 1).

本発明の特徴は、まさにこの点である。絶縁膜4の形成にあたり、対向する薄膜構造体2aの間隔に意図的に空隙5を設けることで、露光光源として真空紫外光を用いたホトリソ工程のパターン解像限界より小さな寸法でサイドウォール4a同士を対向する距離Wを作り出すことにあり、この距離Wが本発明の製造方法により形成する半導体不揮発性記憶装置のチャネル領域6のチャネル幅に相当するのである。   This is the feature of the present invention. In forming the insulating film 4, the gaps 5 are intentionally provided in the space between the opposing thin film structures 2a, so that the side walls 4a have a size smaller than the pattern resolution limit of the photolithography process using vacuum ultraviolet light as an exposure light source. The distance W corresponds to the channel width of the channel region 6 of the semiconductor nonvolatile memory device formed by the manufacturing method of the present invention.

次に、図1(d)に示すように、チャネル領域6上に、サイドウォール4aと薄膜構造体2aまで覆うメモリ絶縁膜7を形成する。
メモリ絶縁膜7は、例えば、半導体基板1側から、シリコン酸化膜である第1の絶縁膜と、電荷蓄積層と、シリコン酸化膜である第2の絶縁膜とを積層して、所謂ONO構造の積層膜とするものである。図示しないが、成膜後に所定のホトマスクを用いたホトリソ工程とエッチング工程により加工され、図1(d)に示す構造となる。
Next, as shown in FIG. 1D, a memory insulating film 7 is formed on the channel region 6 so as to cover the sidewalls 4a and the thin film structure 2a.
The memory insulating film 7 is, for example, a so-called ONO structure in which a first insulating film that is a silicon oxide film, a charge storage layer, and a second insulating film that is a silicon oxide film are stacked from the semiconductor substrate 1 side. This is a laminated film. Although not shown, the film is processed by a photolithography process using a predetermined photomask and an etching process after film formation, resulting in the structure shown in FIG.

その後、図1(e)に示すように、メモリ絶縁膜7上に、例えば多結晶シリコンよりなるメモリゲート電極8aを形成する。多結晶シリコン膜は、例えば、既知のCVD法により形成され、図示しないが、成膜後に所定のホトマスクを用いたホトリソ工程とエッチング工程により加工され、図1(e)に示す構造となる。   Thereafter, as shown in FIG. 1E, a memory gate electrode 8 a made of, for example, polycrystalline silicon is formed on the memory insulating film 7. The polycrystalline silicon film is formed by, for example, a known CVD method and is processed by a photolithography process and an etching process using a predetermined photomask after the film formation, which is not shown, and has a structure shown in FIG.

さらに、図1(f)に示すように、イオン注入法により半導体基板1に不純物を添加し、不活性気体雰囲気中にてアニール処理を実施することにより不純物を電気的に活性化し、ソース領域とドレイン領域とに相当する拡散領域9aを形成する。   Further, as shown in FIG. 1 (f), an impurity is added to the semiconductor substrate 1 by an ion implantation method, and an annealing process is performed in an inert gas atmosphere to electrically activate the impurity. A diffusion region 9a corresponding to the drain region is formed.

図1(f)で示すイオン注入工程にて、マスクとして使用した対向するサイドウォール4aの離間である距離Wが、露光光源として真空紫外光を用いたホトリソ工程では実現できなかった微細な寸法であるため、チャネル領域6は従来よりも微細に形成することができる。
すでに説明したように、図1は、図面の手前方向と奥方向との間で電流が流れるような向きを示しているから、チャネル領域6の幅(図面左右方向)が狭いほど、半導体不揮発性記憶装置を微細化することができるのである。
In the ion implantation process shown in FIG. 1 (f), the distance W, which is the distance between the opposing sidewalls 4a used as a mask, is a fine dimension that could not be realized by a photolithography process using vacuum ultraviolet light as an exposure light source. Therefore, the channel region 6 can be formed more finely than in the past.
As already described, FIG. 1 shows a direction in which a current flows between the front side and the back side of the drawing. Therefore, as the width of the channel region 6 (the horizontal direction in the drawing) becomes narrower, the semiconductor nonvolatile The memory device can be miniaturized.

サイドウォールおよび薄膜構造体は、本来、チャネル幅の狭い半導体不揮発性記憶装置を形成するために必要な要素であるから、可能な範囲にて拡散領域9a形成後に除去してもかまわない。しかし、これらを配線として運用することもできる。
例えば、薄膜構造体2aを導電型がN型の多結晶シリコンで構成すると、この薄膜構造体2aは、配線やトランジスタのゲート電極として機能させることもできる。一例を挙げると、アドレストランジスタや読み出し用負荷トランジスタのゲート電極に用いることができる。この場合、半導体基板と薄膜構造体、メモリゲート電極と薄膜構造体との間に、十分な絶縁性を確保することが必要となり、シリコン酸化膜等の絶縁膜を界面に設ける。
Since the sidewall and the thin film structure are elements necessary for forming a semiconductor nonvolatile memory device having a narrow channel width, the sidewall and the thin film structure may be removed after forming the diffusion region 9a as much as possible. However, these can also be used as wiring.
For example, when the thin film structure 2a is made of polycrystalline silicon having an N conductivity type, the thin film structure 2a can also function as a wiring or a gate electrode of a transistor. For example, it can be used as a gate electrode of an address transistor or a read load transistor. In this case, it is necessary to ensure sufficient insulation between the semiconductor substrate and the thin film structure and between the memory gate electrode and the thin film structure, and an insulating film such as a silicon oxide film is provided at the interface.

以下、図面を用いて本発明の製造方法を実施例1として詳述する。説明にあっては、特に導電型がP型の半導体基板1表面に、半導体不揮発性記憶装置として導電型がN型のMONOS型メモリトランジスタを形成する場合を例にして説明する。なお、説明に使用する断面図は、図1と同じ方向の断面図である。   Hereinafter, the manufacturing method of the present invention will be described in detail as Example 1 with reference to the drawings. In the description, a case where a MONOS type memory transistor having a conductivity type N is formed as a semiconductor nonvolatile memory device on the surface of the semiconductor substrate 1 having a conductivity type P will be described as an example. The cross-sectional view used for the description is a cross-sectional view in the same direction as FIG.

[製造方法の第1の実施形態の詳細説明;図2〜図10]
第1の実施形態は、一組の薄膜構造体2aを直接半導体基板上に形成する製造方法である。
以下、第1の実施形態における半導体不揮発性記憶装置の製造方法を、図2から図10を用いて説明する。
図2は、第1の実施形態の概要を構成する工程順に示す製造方法のフローチャートである。図3から図10は、図2に示すフローチャートを構成する工程を詳しく説明する断面図であって、図1と同様に説明し易いように模式的に示す図である。図10は空隙が形成される経緯を説明する図となっている。
[Detailed Description of First Embodiment of Manufacturing Method; FIGS. 2 to 10]
The first embodiment is a manufacturing method for forming a set of thin film structures 2a directly on a semiconductor substrate.
Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor nonvolatile memory device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a flowchart of the manufacturing method shown in the order of steps constituting the outline of the first embodiment. 3 to 10 are cross-sectional views for explaining in detail the steps constituting the flowchart shown in FIG. 2, and are diagrams schematically showing the steps in the same manner as in FIG. FIG. 10 is a diagram for explaining how the air gap is formed.

図2に示す製造方法のフローチャートは、構造体形成工程P10、絶縁膜形成工程P20、エッチバック工程P30、メモリ絶縁膜形成工程P40、メモリゲート電極形成工程P50、領域形成工程P60、配線形成工程P01の流れを示すものである。この図を参照しつつ図3から図10を用いて各製造工程を説明する。   The flow chart of the manufacturing method shown in FIG. 2 includes a structure forming process P10, an insulating film forming process P20, an etch back process P30, a memory insulating film forming process P40, a memory gate electrode forming process P50, a region forming process P60, and a wiring forming process P01. It shows the flow. Each manufacturing process will be described with reference to FIGS.

また、図3から図10において、その符号は、1は半導体基板、2は第1の多結晶シリコン膜を示す。2aは薄膜構造体を示し、第1の多結晶シリコン膜2を加工して形成する。3はホトレジストパターン、4は絶縁膜を示す。4aと4bとは絶縁膜4をエッチバックして薄膜構造体2aの縦端面に形成するサイドウォールである。5は空隙、6はチャネル領域を示す。7はメモリ絶縁膜であり、シリコン酸化膜である第1の絶縁膜7aと、電荷蓄積層である第2の絶縁膜7bと、シリコン酸化膜である第3の絶縁膜7cとからなる積層構造を有する。8は第2の多結晶シリコン膜を示し、8aは第2の多結晶シリコン膜を加工して形成するメモリゲート電極である。9は不純物を示し、9aは不純物9を活性化して形成する拡散領域である。10は層間絶縁膜、11はコンタクトホール、12は金属配線をそれぞれ示す。   Further, in FIGS. 3 to 10, the reference numeral 1 denotes a semiconductor substrate, and 2 denotes a first polycrystalline silicon film. Reference numeral 2a denotes a thin film structure, which is formed by processing the first polycrystalline silicon film 2. 3 represents a photoresist pattern, and 4 represents an insulating film. Reference numerals 4a and 4b denote sidewalls formed on the vertical end surface of the thin film structure 2a by etching back the insulating film 4. Reference numeral 5 denotes a gap, and 6 denotes a channel region. Reference numeral 7 denotes a memory insulating film, which is a laminated structure including a first insulating film 7a that is a silicon oxide film, a second insulating film 7b that is a charge storage layer, and a third insulating film 7c that is a silicon oxide film. Have Reference numeral 8 denotes a second polycrystalline silicon film, and 8a denotes a memory gate electrode formed by processing the second polycrystalline silicon film. Reference numeral 9 denotes an impurity, and 9a denotes a diffusion region formed by activating the impurity 9. Reference numeral 10 denotes an interlayer insulating film, 11 denotes a contact hole, and 12 denotes a metal wiring.

[構造体形成工程P10の説明:図2、図3]
まず、構造体形成工程P10を図2および図3を用いて説明する。この製造工程は、所定の間隔を有する一組の薄膜構造体を形成する工程である。
[Description of Structure Forming Step P10: FIGS. 2 and 3]
First, the structure forming step P10 will be described with reference to FIGS. This manufacturing process is a process of forming a set of thin film structures having a predetermined interval.

まず、図3(a)に示すように半導体基板1上に第1の多結晶シリコン膜2を形成する。第1の多結晶シリコン膜2は、反応ガスとしてモノシラン(SiH)を用いるCVD法により、350nmの膜厚で形成する。
次に、第1の多結晶シリコン膜2上に既知の回転塗布法によりホトレジストをコーティングする。その後、所定のホトマスクを用いて既知のホトリソグラフィ技術を用いてホトレジストを所定の形状に露光、現像することにより、第1の多結晶シリコン膜2の上部の所定の部分に、一組のホトレジストパターン3を形成する。
First, as shown in FIG. 3A, a first polycrystalline silicon film 2 is formed on a semiconductor substrate 1. The first polycrystalline silicon film 2 is formed with a thickness of 350 nm by a CVD method using monosilane (SiH 4 ) as a reaction gas.
Next, a photoresist is coated on the first polycrystalline silicon film 2 by a known spin coating method. Thereafter, a predetermined photoresist mask is used to expose and develop the photoresist into a predetermined shape using a known photolithography technique, and a set of photoresist patterns is formed on a predetermined portion of the first polycrystalline silicon film 2. 3 is formed.

この一組のホトレジストパターン3同士の距離は、露光光源として真空紫外光を用いたホトリソ工程のパターン解像限界と一致するかそれに近い距離であり、例えば、450nm程度である。   The distance between the pair of photoresist patterns 3 is equal to or close to the pattern resolution limit of the photolithography process using vacuum ultraviolet light as an exposure light source, and is, for example, about 450 nm.

次に、図3(b)に示すように、ホトレジストパターン3を耐エッチングマスクとし、反応ガスに塩素(Cl)と臭化水素(HBr)とを用いるドライエッチングにより第1の多結晶シリコン膜2を加工する。
ホトレジストパターン3は、その間隔を450nm程度で対向しているため、ホトレジストパターン3に対する選択性の高いドライエッチングにより加工された一組の薄膜構造体3aの間隔も450nm程度となる。この距離は、図1で言えば、距離W0であるので、図3(b)にもその旨表示している。
Next, as shown in FIG. 3B, the first polycrystalline silicon film is formed by dry etching using the photoresist pattern 3 as an etching resistant mask and using chlorine (Cl 2 ) and hydrogen bromide (HBr) as reaction gases. 2 is processed.
Since the photoresist patterns 3 are opposed to each other with an interval of about 450 nm, the interval between the pair of thin film structures 3a processed by dry etching with high selectivity to the photoresist pattern 3 is also about 450 nm. Since this distance is the distance W0 in FIG. 1, this is also shown in FIG.

ところで、一組の薄膜構造体2aの対向する間隔のアスペクト比(薄膜構造体2aの膜厚と間隔との比であり、膜厚を間隔で割った値)は、約0.78である。
図示しないが、その後ホトレジストパターン3は除去する。
By the way, the aspect ratio (the ratio between the film thickness and the interval of the thin film structure 2a and the value obtained by dividing the film thickness by the interval) of the interval between the pair of thin film structures 2a is about 0.78.
Although not shown, the photoresist pattern 3 is removed thereafter.

[絶縁膜形成工程P20の説明:図2、図4、図10]
次に、絶縁膜形成工程P20を図2および図4、図10を用いて説明する。この製造工程は、薄膜構造体を覆い、一組の薄膜構造体の間隔に空隙を設けるように絶縁膜を形成する工程である。
[Description of Insulating Film Forming Step P20: FIGS. 2, 4, and 10]
Next, the insulating film forming step P20 will be described with reference to FIGS. This manufacturing process is a process of covering the thin film structure and forming an insulating film so as to provide a gap between the pair of thin film structures.

図4に示すように、反応ガスとして、モノシラン(SiH)と酸素(O)とを用いるCVD法により、シリコン酸化膜である絶縁膜4を300nmの膜厚で薄膜構造体2aを覆うように形成する。この際、一組の薄膜構造体2aの間隔に空隙5が形成される。
発明者によれば、薄膜構造体2aの膜厚が350nmの場合、アスペクト比が0.7以上で空隙が形成することを確認している。
As shown in FIG. 4, the insulating film 4 which is a silicon oxide film is covered with a film thickness of 300 nm so as to cover the thin film structure 2a by a CVD method using monosilane (SiH 4 ) and oxygen (O 2 ) as reaction gases. To form. At this time, gaps 5 are formed at intervals between the pair of thin film structures 2a.
According to the inventors, when the film thickness of the thin film structure 2a is 350 nm, it has been confirmed that voids are formed with an aspect ratio of 0.7 or more.

空隙5が形成される経緯を、図10を用いて詳しく説明する。
図10は、一組の薄膜構造体2aを絶縁膜4で覆うと同時に、一組の薄膜構造体2aの間隔に空隙が形成される経緯を詳細に示す断面図であり、その経過を図10(a)から図10(e)の順で図示している。
The process of forming the gap 5 will be described in detail with reference to FIG.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing in detail the process of forming a gap in the space between the pair of thin film structures 2a while simultaneously covering the pair of thin film structures 2a with the insulating film 4. FIG. It is illustrated in the order from (a) to FIG. 10 (e).

図10(a)に示すように、半導体基板1の表面に一組の薄膜構造体2aが対向して形成している。その膜厚は350nm程度、その間隔の距離は450nm程度である。   As shown in FIG. 10A, a set of thin film structures 2 a are formed on the surface of the semiconductor substrate 1 so as to face each other. The film thickness is about 350 nm, and the distance between the distances is about 450 nm.

図10(b)は、絶縁膜4形成の初期過程であり、50nm程度の膜厚を形成した状態である。薄膜構造体2aの対向する間隔は狭小であるため、絶縁膜4を形成するための前駆体が入り込むのが難しく、平面的に間隔に位置する半導体基板1表面に絶縁膜4が均一に形成できず、薄膜構造体2aの上端部(上部角部)に、より多く絶縁膜4が形成されている。   FIG. 10B shows an initial process of forming the insulating film 4 in a state where a film thickness of about 50 nm is formed. Since the distance between the thin film structures 2a facing each other is narrow, it is difficult for a precursor for forming the insulating film 4 to enter, and the insulating film 4 can be uniformly formed on the surface of the semiconductor substrate 1 that is positioned in a plane. First, more insulating films 4 are formed at the upper end (upper corner) of the thin film structure 2a.

図10(c)は、絶縁膜4を150nm程度の膜厚で形成した状態である。薄膜構造体2aの対向する間隔では、薄膜構造体2aの縦端面および半導体基板1表面と、上端部との膜厚差が徐々に拡大する。薄膜構造体2aの上端部では、絶縁膜4が庇のように薄膜構造体2aの間隔方向に突出して形成され始める。   FIG. 10C shows a state in which the insulating film 4 is formed with a film thickness of about 150 nm. In the opposing space of the thin film structure 2a, the film thickness difference between the vertical end surface of the thin film structure 2a, the surface of the semiconductor substrate 1, and the upper end portion gradually increases. At the upper end portion of the thin film structure 2a, the insulating film 4 starts to protrude in the interval direction of the thin film structure 2a like a ridge.

図10(d)は、絶縁膜4を250nm程度の膜厚で形成した状態である。薄膜構造体2aの対向する上端部の絶縁膜4同士が成長してまさに接触する様子を示している。このような形状であるから、薄膜構造体2a同士の間隔には絶縁膜4を形成するための前駆体が入り込まなくなる。したがって、薄膜構造体2aの縦端面および半導体基板1表面への絶縁膜4の堆積による膜厚の増加が停止する。   FIG. 10D shows a state in which the insulating film 4 is formed with a film thickness of about 250 nm. It shows a state in which the insulating films 4 at the upper end portions of the thin film structure 2a that are opposed to each other grow and are in contact with each other. Since it is such a shape, the precursor for forming the insulating film 4 does not enter the space between the thin film structures 2a. Therefore, the increase in film thickness due to the deposition of the insulating film 4 on the vertical end surface of the thin film structure 2a and the surface of the semiconductor substrate 1 is stopped.

図10(e)は、絶縁膜4を300nm程度の膜厚保で形成した最終的な状態である。薄膜構造体2aの対向する間隔には空隙5が形成された後、空隙の上部に絶縁膜4がより厚く堆積している。薄膜構造体2aが対向する間隔の領域では、図10(d)に示すように絶縁膜4の膜厚が250nmの膜厚を超えるとほとんど膜の堆積が停止することから一組の薄膜構造体2aの縦端面に堆積する絶縁膜4の膜厚は、対向する側と反対側とで非対
称となる。
FIG. 10E shows a final state in which the insulating film 4 is formed with a film thickness of about 300 nm. After the gap 5 is formed in the opposing space of the thin film structure 2a, the insulating film 4 is deposited thicker above the gap. In the region where the thin film structures 2a face each other, as shown in FIG. 10 (d), the film deposition almost stops when the film thickness of the insulating film 4 exceeds 250 nm. The film thickness of the insulating film 4 deposited on the vertical end face 2a is asymmetric between the opposite side and the opposite side.

以上、このような経過をたどり、薄膜構造体2aの間隔には絶縁膜4の無い空隙5が形成されるのである。この空隙5は、一組の薄膜構造体2a同士の間隔が決まれば精度良く形成することができる。一例であるが、この空隙5の幅(図面左右方向)は、150nmである。   As described above, following this process, the gap 5 without the insulating film 4 is formed in the interval between the thin film structures 2a. The gap 5 can be formed with high accuracy if the distance between the pair of thin film structures 2a is determined. Although it is an example, the width | variety (drawing left-right direction) of this space | gap 5 is 150 nm.

[エッチバック工程P30の説明:図2、図5]
次に、エッチバック工程P30を図2および図5を用いて説明する。この製造工程は、絶縁膜4を半導体基板1方向にエッチング除去して空隙5を露出させ、間隔に面する薄膜構造体2aの縦端面に絶縁膜4をサイドウォール4a、4bとして残すと共に薄膜構造体2aの間隔に平面的に位置する半導体基板1の表面を露出させる工程である。
[Description of Etchback Process P30: FIGS. 2 and 5]
Next, the etch-back process P30 will be described with reference to FIGS. In this manufacturing process, the insulating film 4 is etched away in the direction of the semiconductor substrate 1 to expose the gap 5, and the insulating film 4 is left as the side walls 4a and 4b on the vertical end surface of the thin film structure 2a facing the space and the thin film structure is formed. This is a step of exposing the surface of the semiconductor substrate 1 positioned in a plane at the interval between the bodies 2a.

反応ガスとして、三フッ化メタン(CHF)と四フッ化メタン(CF)とを用いるドライエッチングにより絶縁膜4を垂直方向に半導体基板1の表面が露出するまでエッチングする。
絶縁膜4の垂直方向の膜厚は、半導体基板1の表面および薄膜構造体2aの上部表面と、薄膜構造体2aの縦端面とで異なり、薄膜構造体2aの縦端面では薄膜構造体2aの膜厚分だけ厚くなる。したがって、ドライエッチングにより絶縁膜4を垂直方向にエッチングすると、薄膜構造体2aの縦端面に絶縁膜4が残りサイドウォール4a、4bが形成される。
The insulating film 4 is etched in the vertical direction until the surface of the semiconductor substrate 1 is exposed by dry etching using trifluoride methane (CHF 3 ) and tetrafluoromethane (CF 4 ) as reaction gases.
The thickness of the insulating film 4 in the vertical direction differs between the surface of the semiconductor substrate 1 and the upper surface of the thin film structure 2a and the vertical end surface of the thin film structure 2a. It becomes thicker by the film thickness. Therefore, when the insulating film 4 is etched in the vertical direction by dry etching, the insulating film 4 remains on the vertical end surface of the thin film structure 2a, and the sidewalls 4a and 4b are formed.

絶縁膜形成工程P20で形成した絶縁膜4の一組の薄膜構造体2aの縦端面に堆積する膜厚は、対向する側と反対側で非対称となるであることから、エッチバック後、一組の薄膜構造体2aの縦端面に形成される絶縁膜4よりなるサイドウォールの膜厚は、対向する側と反対側とで非対称となる。符号4aは対向する側のサイドウォールを、符号4bは反対側のサイドウォールをそれぞれ示している。
一例であるが、サイドウォール4aのおおよその膜厚は、150nm、サイドウォール4bのおおよその膜厚は、250nmである。
Since the film thickness deposited on the vertical end surface of the pair of thin film structures 2a of the insulating film 4 formed in the insulating film forming step P20 is asymmetric on the opposite side and the opposite side, The thickness of the sidewall made of the insulating film 4 formed on the vertical end surface of the thin film structure 2a is asymmetric between the opposite side and the opposite side. Reference numeral 4a indicates the opposite side wall, and reference numeral 4b indicates the opposite side wall.
As an example, the approximate film thickness of the sidewall 4a is 150 nm, and the approximate film thickness of the sidewall 4b is 250 nm.

一組の薄膜構造体2aの対向する間隔に平面的に位置する半導体基板1が150nm程度の幅で露出する。この露出した領域が素子領域で、後の工程で形成されるメモリ絶縁膜およびメモリゲート電極とが平面的に位置する領域がチャネル領域6である。一組の薄膜構造体2aの対向する間隔に平面的に位置する半導体基板1の露出した150nm程度の幅がMONOS型メモリトランジスタのチャネル幅となる。150nmの幅は、露光光源として真空紫外光を用いたホトリソ技術のパターン解像限界より小さな寸法である。
すなわち、一組の薄膜構造体2aの対向する間隔に平面的に位置する半導体基板1表面の露出する幅は、空隙5の幅と一致している。空隙5がホトリソ技術を使ったパターニングで形成されたものではないから、このような極小寸法で半導体基板1の表面を露出することができるのである。
The semiconductor substrate 1 that is positioned in a plane at an interval between the pair of thin film structures 2a is exposed with a width of about 150 nm. This exposed region is an element region, and a channel region 6 is a region where a memory insulating film and a memory gate electrode, which will be formed in a later step, are planarly located. The exposed width of about 150 nm of the semiconductor substrate 1 that is positioned in a plane at a distance between the pair of thin film structures 2a is the channel width of the MONOS memory transistor. The width of 150 nm is a size smaller than the pattern resolution limit of the photolithography technique using vacuum ultraviolet light as an exposure light source.
That is, the exposed width of the surface of the semiconductor substrate 1 positioned in a plane at the interval between the pair of thin film structures 2 a coincides with the width of the gap 5. Since the gap 5 is not formed by patterning using the photolithography technique, the surface of the semiconductor substrate 1 can be exposed with such a minimum dimension.

[メモリ絶縁膜形成工程P40の説明:図2、図6]
次に、メモリ絶縁膜形成工程P40を図2および図6を用いて説明する。この製造工程は、エッチバック工程P30により露出した半導体基板1の表面にメモリ絶縁膜を形成する工程である。
[Description of Memory Insulating Film Forming Step P40: FIGS. 2 and 6]
Next, the memory insulating film formation process P40 will be described with reference to FIGS. This manufacturing process is a process of forming a memory insulating film on the surface of the semiconductor substrate 1 exposed by the etch-back process P30.

まず、図6(a)に示すように、酸素雰囲気下で900℃の処理を行うことにより半導体基板1の全面にシリコン酸化膜からなる第1の絶縁膜7aを2nmの膜厚で形成する。
次に、ジクロルシラン(SiHCl)とアンモニア(NH)とを反応ガスとして用いるCVD法により第1の絶縁膜7a上に電荷蓄積層であるシリコン窒化膜を、第2の
絶縁膜7bとして10nmの膜厚で形成する。
その後、水蒸気雰囲気下で1000℃の処理を行うことにより第2の絶縁膜7bを酸化し、シリコン酸化膜である第3の絶縁膜7cを3nmの膜厚で形成する。
第1の絶縁膜7aと第2の絶縁膜7bと第3の絶縁膜7cとが順に積層した構造の膜がMONOS型メモリトランジスタのメモリ絶縁膜7である。
First, as shown in FIG. 6A, a first insulating film 7a made of a silicon oxide film is formed to a thickness of 2 nm on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by performing a treatment at 900 ° C. in an oxygen atmosphere.
Next, a silicon nitride film as a charge storage layer is formed as a second insulating film 7b on the first insulating film 7a by a CVD method using dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and ammonia (NH 3 ) as reaction gases. It is formed with a film thickness of 10 nm.
Thereafter, the second insulating film 7b is oxidized by processing at 1000 ° C. in a water vapor atmosphere, and a third insulating film 7c, which is a silicon oxide film, is formed to a thickness of 3 nm.
The memory insulating film 7 of the MONOS memory transistor is a film having a structure in which the first insulating film 7a, the second insulating film 7b, and the third insulating film 7c are sequentially stacked.

その後、メモリ絶縁膜7上に既知の回転塗布法によりホトレジストをコーティングする。その後、所定のホトマスクを用いて既知のホトリソグラフィ技術を用いてホトレジストを所定の形状に露光、現像することにより、メモリ絶縁膜7の上部の所定の部分に、ホトレジストパターン3を形成する。   Thereafter, a photoresist is coated on the memory insulating film 7 by a known spin coating method. Thereafter, a photoresist pattern 3 is formed on a predetermined portion of the upper portion of the memory insulating film 7 by exposing and developing the photoresist into a predetermined shape using a known photolithography technique using a predetermined photomask.

次に、図6(b)に示すように、ホトレジストパターン3を耐エッチングマスクとして、第3の絶縁膜7cをフッ化水素(HF)溶液にて除去し、その後、第2の絶縁膜7bを反応ガスとして六フッ化硫黄(SF)を用いるドライエッチングにて除去する。さらに第1の絶縁膜7aをフッ化水素(HF)溶液にて除去する。その後、図示しないが、ホトレジストパターン3を除去する。 Next, as shown in FIG. 6B, using the photoresist pattern 3 as an etching resistant mask, the third insulating film 7c is removed with a hydrogen fluoride (HF) solution, and then the second insulating film 7b is removed. Removal is performed by dry etching using sulfur hexafluoride (SF 6 ) as a reaction gas. Further, the first insulating film 7a is removed with a hydrogen fluoride (HF) solution. Thereafter, although not shown, the photoresist pattern 3 is removed.

[メモリゲート電極形成工程P50の説明:図2、図7]
次に、メモリゲート電極形成工程P50を図2および図7を用いて説明する。この製造工程は、メモリ絶縁膜形成工程で形成したメモリ絶縁膜上にメモリゲート電極を形成する工程である。
[Description of Memory Gate Electrode Formation Step P50: FIGS. 2 and 7]
Next, the memory gate electrode formation step P50 will be described with reference to FIGS. This manufacturing process is a process of forming a memory gate electrode on the memory insulating film formed in the memory insulating film forming process.

まず、図7(a)に示すように半導体基板1上に第2の多結晶シリコン膜8を形成する。第2の多結晶シリコン膜8は、反応ガスとしてモノシラン(SiH)を用いるCVD法により、350nmの膜厚で形成する。
次に、第2の多結晶シリコン膜8上に既知の回転塗布法によりホトレジストをコーティングする。その後、所定のホトマスクを用いて既知のホトリソグラフィ技術を用いてホトレジストを所定の形状に露光、現像することにより、第2の多結晶シリコン膜8の上部の所定の部分に、ホトレジストパターン3を形成する。
First, as shown in FIG. 7A, a second polycrystalline silicon film 8 is formed on the semiconductor substrate 1. The second polycrystalline silicon film 8 is formed with a thickness of 350 nm by a CVD method using monosilane (SiH 4 ) as a reaction gas.
Next, a photoresist is coated on the second polycrystalline silicon film 8 by a known spin coating method. Thereafter, a photoresist pattern 3 is formed on a predetermined portion of the second polycrystalline silicon film 8 by exposing and developing the photoresist into a predetermined shape using a known photolithography technique using a predetermined photomask. To do.

次に、図7(b)に示すように、ホトレジストパターン3を耐エッチングマスクとし、反応ガスに塩素(Cl)と臭化水素(HBr)とを用いるドライエッチングにより第2の多結晶シリコン膜8を加工し、メモリゲート電極8aを形成する。その後、図示しないが、ホトレジストパターン3を除去する。 Next, as shown in FIG. 7B, the second polycrystalline silicon film is formed by dry etching using the photoresist pattern 3 as an etching resistant mask and using chlorine (Cl 2 ) and hydrogen bromide (HBr) as reaction gases. 8 is processed to form a memory gate electrode 8a. Thereafter, although not shown, the photoresist pattern 3 is removed.

[領域形成工程P60の説明:図2、図8]
次に、領域形成工程P60を図2および図8を用いて説明する。この製造工程は、半導体基板に所定の不純物イオンを注入し、ソース領域およびドレイン領域である拡散領域を形成する工程である。
[Description of Region Formation Step P60: FIGS. 2 and 8]
Next, the region forming step P60 will be described with reference to FIGS. This manufacturing process is a process in which predetermined impurity ions are implanted into the semiconductor substrate to form diffusion regions which are a source region and a drain region.

まず、図8(a)に示すように、全面に導電型がN型の不純物9として砒素(As)を、イオン注入により露出した半導体基板1表面に添加する。ところで、このイオン注入ではメモリゲート電極8aにも不純物9が添加される。   First, as shown in FIG. 8A, arsenic (As) as an N-type impurity 9 is added to the entire surface of the semiconductor substrate 1 exposed by ion implantation, as shown in FIG. By the way, in this ion implantation, the impurity 9 is also added to the memory gate electrode 8a.

次に、図8(b)に示すように、窒素雰囲気中で温度900℃のアニール処理を実施することによりイオン注入した不純物9である砒素(As)を電気的に活性化し、MONOS型メモリトランジスタのソース領域およびドレイン領域である拡散領域9aを形成する。この際、メモリゲート電極8aに添加された不純物9も電気的に活性化され、メモリゲート電極8aは導電型がN型の電極として機能することができるのである。   Next, as shown in FIG. 8 (b), arsenic (As), which is an impurity 9 implanted, is electrically activated by performing an annealing process at a temperature of 900 ° C. in a nitrogen atmosphere, so that the MONOS memory transistor is activated. A diffusion region 9a which is a source region and a drain region is formed. At this time, the impurity 9 added to the memory gate electrode 8a is also electrically activated, and the memory gate electrode 8a can function as an N-type electrode.

[配線形成工程P01の説明:図2、図9]
次に、配線形成工程P01を図2および図9を用いて説明する。この製造工程は、MONOS型メモリトランジスタの任意の箇所に電圧を印加する金属配線を形成する工程である。
[Description of Wiring Formation Step P01: FIGS. 2 and 9]
Next, the wiring formation process P01 will be described with reference to FIGS. This manufacturing process is a process of forming a metal wiring for applying a voltage to an arbitrary portion of the MONOS type memory transistor.

まず、図9に示すように、反応ガスとして、モノシラン(SiH)と酸素(O)とを用いるCVD法により、半導体基板1の上部全面にシリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜10を、例えば600nmの膜厚で形成する。 First, as shown in FIG. 9, an interlayer insulating film 10 made of a silicon oxide film is formed on the entire upper surface of the semiconductor substrate 1 by a CVD method using monosilane (SiH 4 ) and oxygen (O 2 ) as reaction gases, for example. It is formed with a film thickness of 600 nm.

次に、既知のホトリソ工程とエッチング工程とを用い、層間絶縁膜10の所定の領域にメモリゲート電極8aが金属配線と接続するためのコンタクトホール11を形成する。その後、コンタクトホール11を介し、メモリゲート電極8aと接続するアルミニウム材料よりなる金属配線12を形成することで本発明の半導体不揮発性記憶装置であるMONOS型メモリトランジスタが完成する。   Next, a contact hole 11 for connecting the memory gate electrode 8a to the metal wiring is formed in a predetermined region of the interlayer insulating film 10 by using a known photolithography process and etching process. Thereafter, a metal wiring 12 made of an aluminum material connected to the memory gate electrode 8a is formed through the contact hole 11, thereby completing a MONOS type memory transistor which is a semiconductor nonvolatile memory device of the present invention.

このような金属配線形成工程はすでに知られているものであるから詳細な説明は省略する。さらに、金属配線12はソース領域およびドレイン領域である拡散領域9aと接続するが、メモリゲート電極8aと接続する金属配線12と同様に製造されるものであるから、断面図の構成上省略する。   Since such a metal wiring forming process is already known, detailed description thereof is omitted. Furthermore, although the metal wiring 12 is connected to the diffusion region 9a which is the source region and the drain region, the metal wiring 12 is manufactured in the same manner as the metal wiring 12 connected to the memory gate electrode 8a.

図9に示すように、距離W1は、薄膜構造体2a同士が対向する距離である。真空紫外光を用いたホトリソ工程のパターン解像限界と一致するかそれに近い距離である。この例では、450nm程度である。距離W2は、サイドウォール4a同士が対向する距離であり、すでに説明した空隙5の幅そのものである。この例では、すでに説明した通り150nm程度であり、本発明の半導体不揮発記憶装置であるMONOS型メモリトランジスタのチャネル幅に相当する。   As shown in FIG. 9, the distance W1 is a distance at which the thin film structures 2a face each other. The distance is equal to or close to the pattern resolution limit of the photolithography process using vacuum ultraviolet light. In this example, it is about 450 nm. The distance W2 is a distance where the sidewalls 4a face each other, and is the width of the gap 5 already described. In this example, it is about 150 nm as already described, and corresponds to the channel width of the MONOS type memory transistor which is the semiconductor nonvolatile memory device of the present invention.

以上、説明した第1の実施形態の製造方法では、チャネル領域6を導電型がP型の半導体基板1としているが、チャネル領域6に閾値電圧を制御するための不純物を添加しても同様の効果が得られる。   As described above, in the manufacturing method of the first embodiment described above, the channel region 6 is the semiconductor substrate 1 having the conductivity type of P type. However, even if an impurity for controlling the threshold voltage is added to the channel region 6, the same applies. An effect is obtained.

[製造方法の第2の実施形態の詳細説明:図11、図12]
次に、半導体装置の製造方法の第2の実施形態について説明する。
第2の実施形態は、一組の薄膜構造体2aを素子分離膜上に形成する。すでに説明した第1の実施形態では、薄膜構造体2aを半導体基板1の上部に直接設けるが、その点が異なる。
[Detailed Description of Second Embodiment of Manufacturing Method: FIGS. 11 and 12]
Next, a second embodiment of the semiconductor device manufacturing method will be described.
In the second embodiment, a set of thin film structures 2a is formed on an element isolation film. In the first embodiment already described, the thin film structure 2a is provided directly on the semiconductor substrate 1, but the point is different.

つまり、第1の実施形態の製造方法にて、構造体形成工程P10前に素子分離膜を形成する素子分離工程と、エッチバック工程P30後、薄膜構造体2aおよびサイドウォール4a、4bをマスクとして薄膜構造体2aの間隔の素子分離膜をエッチング除去して半導体基板1の表面を露出させる露出工程とを加えた製造方法である。このような製造方法とすることで、素子分離膜13領域でも真空紫外光を用いたホトリソ技術のパターン解像限界より小さなチャネル幅の半導体不揮発性記憶装置を形成することができるのである。   That is, in the manufacturing method of the first embodiment, an element isolation step for forming an element isolation film before the structure forming step P10, and an etch back step P30, after which the thin film structure 2a and the sidewalls 4a and 4b are used as masks. This is a manufacturing method in which an element isolation film having an interval between the thin film structures 2a is removed by etching to expose the surface of the semiconductor substrate 1. By adopting such a manufacturing method, a semiconductor nonvolatile memory device having a channel width smaller than the pattern resolution limit of the photolithography technique using vacuum ultraviolet light can be formed even in the element isolation film 13 region.

以下、第2の実施形態の製造方法を、図11および図12を用いて説明する。
図11は、本発明の第2の実施形態の概要を構成する工程順に示す製造方法のフローチャートである。図11に示す製造方法のフローチャートは、図2に示す第1の実施形態の製造方法を示すフローチャートに、素子分離工程P100、露出工程200を加えたものである。なお、すでに説明した第1の実施形態の構成と同一の構成には同一の番号を付与している。
Hereinafter, the manufacturing method of 2nd Embodiment is demonstrated using FIG. 11 and FIG.
FIG. 11 is a flowchart of the manufacturing method shown in the order of steps constituting the outline of the second embodiment of the present invention. The flowchart of the manufacturing method shown in FIG. 11 is obtained by adding an element isolation step P100 and an exposure step 200 to the flowchart showing the manufacturing method of the first embodiment shown in FIG. The same number is assigned to the same configuration as that of the first embodiment already described.

図12は、第2の実施形態の製造方法を示す断面図であり、図11に示すフローチャートを構成する工程より露出工程200について詳しく説明する断面図である。符号は、13が素子分離膜、14が溝をそれぞれ示す。また、図12において、層間絶縁膜10など、説明に関係の無い部分は図面を見やすくするために省略している。   FIG. 12 is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the second embodiment, and is a cross-sectional view for explaining the exposure step 200 in more detail than the steps constituting the flowchart shown in FIG. Reference numerals 13 indicate an element isolation film, and 14 indicates a groove. Further, in FIG. 12, portions not related to the description such as the interlayer insulating film 10 are omitted for easy understanding of the drawing.

図11に示す第2の実施形態は、まず素子分離工程P100にて半導体基板1の所定の領域に素子分離膜13を形成する。素子分離工程P100では、素子分離膜13で囲まれた領域が素子領域として形成されるのであるが、第2の実施形態では、素子分離膜13の形成された領域に半導体不揮発性記憶装置を形成するので、特に図12にて素子領域の記載はしない。その後、構造体形成工程P10では、薄膜構造体2aを素子分離膜13の上部に形成する。   In the second embodiment shown in FIG. 11, first, an element isolation film 13 is formed in a predetermined region of the semiconductor substrate 1 in an element isolation step P100. In the element isolation process P100, a region surrounded by the element isolation film 13 is formed as an element region. In the second embodiment, a semiconductor nonvolatile memory device is formed in the area where the element isolation film 13 is formed. Therefore, the element region is not particularly described in FIG. Thereafter, in the structure forming step P <b> 10, the thin film structure 2 a is formed on the element isolation film 13.

さらに、絶縁膜形成工程P20、エッチバック工程P30、メモリ絶縁膜形成工程P40、メモリゲート電極形成工程P50、領域形成工程P60に関する工程の詳細は同一であるが、薄膜構造体2aを設けている場所が素子分離膜13の上部ではあるため、露出工程P200を実施するのである。   Further, the details of the steps relating to the insulating film forming step P20, the etch back step P30, the memory insulating film forming step P40, the memory gate electrode forming step P50, and the region forming step P60 are the same, but the place where the thin film structure 2a is provided Is the upper part of the element isolation film 13, and therefore the exposure process P200 is performed.

図12に示すように、素子分離工程100で形成した素子分離膜13上に設けた一組の薄膜構造体2aの対向する間隔に平面的に位置する素子分離膜13を、薄膜構造体2aとサイドウォール4aとを耐エッチングマスクとし、反応ガスとして、三フッ化メタン(CHF)と四フッ化メタン(CF)とを用いるドライエッチングにより、垂直方向に半導体基板1の表面が露出するまでエッチングする。
素子分離膜13は、水蒸気雰囲気にて1000℃程度の温度でシリコンである半導体基板1を酸化して設ける、例えば膜厚500nmのシリコン酸化膜である。
As shown in FIG. 12, the element isolation film 13 that is positioned in a plane at an opposing interval between a pair of thin film structures 2 a provided on the element isolation film 13 formed in the element isolation process 100 is connected to the thin film structure 2 a. Until the surface of the semiconductor substrate 1 is exposed in the vertical direction by dry etching using the sidewall 4a as an etching resistant mask and using trifluoride methane (CHF 3 ) and tetrafluoromethane (CF 4 ) as reaction gases. Etch.
The element isolation film 13 is a silicon oxide film having a thickness of, for example, 500 nm, which is provided by oxidizing the semiconductor substrate 1 made of silicon at a temperature of about 1000 ° C. in a water vapor atmosphere.

一組の薄膜構造体2aの対向する間隔に平面的に位置する素子分離膜13に半導体基板1が150nm程度の幅で露出する垂直な溝14が形成される。この垂直な溝14の幅が、MONOS型メモリトランジスタのチャネル幅であり、150nmの幅は、露光光源として真空紫外光を用いたホトリソ技術のパターン解像限界より小さな寸法である。   A vertical groove 14 in which the semiconductor substrate 1 is exposed with a width of about 150 nm is formed in the element isolation film 13 which is positioned in a plane at a distance between the pair of thin film structures 2a. The width of the vertical groove 14 is the channel width of the MONOS type memory transistor, and the width of 150 nm is smaller than the pattern resolution limit of the photolithography technique using vacuum ultraviolet light as an exposure light source.

ところで、すでに説明したように、空隙5の幅の一例は150nmであり、サイドウォール4aの幅の一例もまた150nmである。そうすると、図12では空隙5により生成される溝14の幅とサイドウォール4aの幅とに違いがあるように見えるが、これは図面を見やすくするためにあえて表現した結果である。他の図面においても同様である。   By the way, as already explained, an example of the width of the gap 5 is 150 nm, and an example of the width of the sidewall 4a is also 150 nm. Then, in FIG. 12, it seems that there is a difference between the width of the groove 14 generated by the gap 5 and the width of the sidewall 4a, but this is a result expressed in order to make the drawing easier to see. The same applies to other drawings.

以後、図示しないが、メモリ絶縁膜形成工程P40、メモリゲート電極形成工程P50、領域形成工程P60、配線形成工程P01を経て半導体装置が完成する。   Thereafter, although not shown, the semiconductor device is completed through a memory insulating film formation step P40, a memory gate electrode formation step P50, a region formation step P60, and a wiring formation step P01.

以上説明した第2の実施形態の製造方法でも、薄膜構造体2aとサイドウォール4a、4bとは、第1の実施形態の製造方法と同様に、不要であれば既知の方法により除去してもよい。   Even in the manufacturing method of the second embodiment described above, the thin film structure 2a and the sidewalls 4a and 4b can be removed by a known method if unnecessary, as in the manufacturing method of the first embodiment. Good.

以上、説明した第2の実施形態の製造方法でも、チャネル領域6を導電型がP型の半導体基板1としているが、第1の実施形態の製造方法と同様、チャネル領域6に閾値電圧を制御するための不純物を添加しても同様の効果が得られる。   As described above, also in the manufacturing method of the second embodiment described above, the channel region 6 is the semiconductor substrate 1 having a conductivity type of P type, but the threshold voltage is controlled in the channel region 6 as in the manufacturing method of the first embodiment. The same effect can be obtained even if an impurity is added.

以下、図面を用いて本発明の半導体不揮発性記憶装置の構造を実施例2として詳述する。なお、すでに説明した構成には同一の番号を付与している。   Hereinafter, the structure of the semiconductor nonvolatile memory device of the present invention will be described in detail as a second embodiment with reference to the drawings. The same numbers are assigned to the configurations already described.

[第1の実施形態の製造方法により形成した半導体不揮発性記憶装置:図9、図13]
図9および図13を用いて、すでに説明した第1の実施形態の製造方法により形成した半導体不揮発性記憶装置の構造の詳細を説明する。第1の実施形態の製造方法は、一組の薄膜構造体を半導体基板上に形成する製造方法である。
[Semiconductor Nonvolatile Memory Device Formed by Manufacturing Method of First Embodiment: FIGS. 9 and 13]
Details of the structure of the semiconductor nonvolatile memory device formed by the manufacturing method of the first embodiment described above will be described with reference to FIGS. The manufacturing method of the first embodiment is a manufacturing method for forming a set of thin film structures on a semiconductor substrate.

説明する構造は、薄膜構造体2aの1つをメモリセルを構成するアドレストランジスタのゲート電極として用い、ドレイン領域を共有するMONOS型メモリトランジスタとメモリセルを構成する例である。
アドレストランジスタは、導電型がN型(所謂Nチャネル型)のMOSトランジスタ(以後、N型MOSトランジスタと記載する)である。
The structure to be described is an example in which one of the thin film structures 2a is used as a gate electrode of an address transistor constituting a memory cell, and a memory cell and a MONOS memory transistor sharing a drain region are constituted.
The address transistor is an N-type (so-called N-channel type) MOS transistor (hereinafter referred to as an N-type MOS transistor).

図13は、すでに説明した製造方法により形成した半導体不揮発性記憶装置の平面図であり、破断線A−A´に位置する断面図が、第1の実施形態の半導体不揮発性記憶装置の製造方法にて完成する半導体不揮発性記憶装置の断面図である図9に相当する。
図13にて、符号2aaは、図9で示す一組の薄膜構造体2aの1つであり、Nチャネルトランジスタのゲート電極として機能する。符号9a1、9a2は、図9で示す拡散領域であり、9a1はMONOS型メモリトランジスタとアドレストランジスタとが共有するドレイン領域を示す。9a2はソース領域を示す。
FIG. 13 is a plan view of the semiconductor nonvolatile memory device formed by the manufacturing method described above, and the cross-sectional view located at the broken line AA ′ shows the method for manufacturing the semiconductor nonvolatile memory device of the first embodiment. 9 corresponds to FIG. 9, which is a cross-sectional view of the semiconductor nonvolatile memory device completed by.
In FIG. 13, reference numeral 2aa is one of a set of thin film structures 2a shown in FIG. 9, and functions as a gate electrode of an N-channel transistor. Reference numerals 9a1 and 9a2 denote diffusion regions shown in FIG. 9, and 9a1 denotes a drain region shared by the MONOS type memory transistor and the address transistor. Reference numeral 9a2 denotes a source region.

図9および図13に示すように、形成したメモリセルは、半導体基板1上に離間して設ける一組の薄膜構造体2aと、薄膜構造体2aの対向する間隔に設ける露光光源として真空紫外光のパターン解像限界より微細なチャネル幅を有するMONOS型メモリトランジスタと、MONOS型メモリトランジスタのドレイン領域である拡散領域を共有して設けるアドレストランジスタとからなる構造である。
特に薄膜構造体2aaは、導電型がN型である多結晶シリコンよりなり、アドレストランジスタのゲート電極として機能する。この場合、図9には図示しないが、半導体基板1と薄膜構造体2aとの間にはゲート絶縁膜として機能するシリコン酸化膜が存在する。
As shown in FIG. 9 and FIG. 13, the formed memory cell has a pair of thin film structures 2a provided on the semiconductor substrate 1 apart from each other, and vacuum ultraviolet light as an exposure light source provided at an opposing interval between the thin film structures 2a. The MONOS type memory transistor has a channel width finer than the pattern resolution limit, and an address transistor provided in common with a diffusion region which is a drain region of the MONOS type memory transistor.
In particular, the thin film structure 2aa is made of polycrystalline silicon having an N conductivity type, and functions as a gate electrode of the address transistor. In this case, although not shown in FIG. 9, a silicon oxide film functioning as a gate insulating film exists between the semiconductor substrate 1 and the thin film structure 2a.

すでに説明した製造方法により、拡散領域9aは導電型がN型とするために、イオン注入工程にて導電型がN型の不純物である砒素(As)を注入されている。このとき薄膜構造体2aにも同様に不純物がイオン注入されるので、この薄膜構造体2aも導電型がN型となり、アドレストランジスタであるN型MOSトランジスタのゲート電極として機能することができる。   By the manufacturing method already described, the diffusion region 9a is implanted with arsenic (As), which is an N-type impurity in the ion implantation process, so that the conductivity type is N-type. At this time, since impurities are also ion-implanted into the thin film structure 2a, the thin film structure 2a also has an N conductivity type and can function as a gate electrode of an N type MOS transistor that is an address transistor.

図13に示すように、コンタクトホール11をメモリゲート電極8a、アドレストランジスタのゲート電極として機能する薄膜構造体2aa、MONOS型メモリトランジスタとアドレストランジスタのそれぞれのソース領域である拡散領域9a2表面に設け、コンタクトホール11を介してそれぞれの箇所に電圧を印加するための金属配線12と接続する構造となっている。   As shown in FIG. 13, the contact hole 11 is provided on the surface of the memory gate electrode 8a, the thin film structure 2aa functioning as the gate electrode of the address transistor, the diffusion region 9a2 which is the source region of each of the MONOS type memory transistor and the address transistor, The structure is connected to the metal wiring 12 for applying a voltage to each location via the contact hole 11.

以上説明した半導体不揮発性記憶装置であるMONOS型メモリトランジスタでは、チャネル幅が露光光源として真空紫外光を用いたホトリソ技術のパターン解像限界より小さな寸法である。さらに、構造的に、チャネル領域端部に従来技術で説明したくちばし状の絶縁膜部分が存在しない。したがって、安定した特性を実現することができる。   In the MONOS type memory transistor that is the semiconductor nonvolatile memory device described above, the channel width is smaller than the pattern resolution limit of the photolithography technique using vacuum ultraviolet light as the exposure light source. Further, structurally, the beak-like insulating film portion described in the prior art does not exist at the end of the channel region. Therefore, stable characteristics can be realized.

[第2の実施形態の製造方法により形成した半導体不揮発性記憶装置:図14]
図14を用いて、すでに説明した第2の実施形態の製造方法により形成した半導体不揮発性記憶装置の構造の詳細を説明する。第2の実施形態の製造方法は、一組の薄膜構造体を素子分離膜上に形成する製造方法である。
その構造は、薄膜構造体2aの1つをMONOS型メモリトランジスタの負荷抵抗として用い、ソース領域である拡散領域と接続することで、メモリの書き込み時における電荷の注入効率を向上させる構成とした例である。
[Semiconductor Nonvolatile Memory Device Formed by Manufacturing Method of Second Embodiment: FIG. 14]
Details of the structure of the semiconductor nonvolatile memory device formed by the manufacturing method of the second embodiment already described will be described with reference to FIG. The manufacturing method of the second embodiment is a manufacturing method in which a set of thin film structures is formed on an element isolation film.
The structure is an example in which one of the thin film structures 2a is used as a load resistance of a MONOS type memory transistor and is connected to a diffusion region which is a source region, thereby improving the charge injection efficiency at the time of memory writing. It is.

図14は、すでに説明した製造方法により形成した半導体不揮発性記憶装置の平面図であり、破断線B−B´に位置する断面図が、第2の実施形態の製造方法にて完成する半導体不揮発性記憶装置の断面に相当する。したがって、図14に示す構成は、素子分離膜13上に設けてある。
図14にて、符号2abは、一組の薄膜構造体2aの一つであり、負荷抵抗として機能する。符号9a3、9a4は拡散領域であり、9a3はMONOS型メモリトランジスタのソース領域である拡散領域であり、9a4はドレイン領域である拡散領域である。
FIG. 14 is a plan view of a semiconductor nonvolatile memory device formed by the manufacturing method already described, and a cross-sectional view located at a broken line BB ′ is a semiconductor nonvolatile memory completed by the manufacturing method of the second embodiment. This corresponds to the cross section of the sexual memory device. Therefore, the configuration shown in FIG. 14 is provided on the element isolation film 13.
In FIG. 14, reference numeral 2ab is one of a set of thin film structures 2a and functions as a load resistance. Reference numerals 9a3 and 9a4 are diffusion regions, 9a3 is a diffusion region which is a source region of the MONOS type memory transistor, and 9a4 is a diffusion region which is a drain region.

図14に示すように、形成した半導体不揮発性記憶装置は、素子分離膜13上に離間して設ける一組の薄膜構造体2aと、薄膜構造体2aの対向する間隔に設ける露光光源として真空紫外光のパターン解像限界より微細なチャネル幅を有するMONOS型メモリトランジスタと、MONOS型メモリトランジスタのソース領域と接続する負荷抵抗とからなる構造である。特に薄膜構造体2abは、導電型がP型である多結晶シリコンで形成することにより、負荷抵抗として用いていることを特徴とする。   As shown in FIG. 14, the formed semiconductor nonvolatile memory device is a vacuum ultraviolet ray as an exposure light source provided at a distance between a pair of thin film structures 2a provided on the element isolation film 13 and the thin film structures 2a facing each other. This is a structure comprising a MONOS memory transistor having a channel width finer than the light pattern resolution limit and a load resistor connected to the source region of the MONOS memory transistor. In particular, the thin film structure 2ab is characterized in that it is used as a load resistance by being formed of polycrystalline silicon whose conductivity type is P type.

すでに説明した製造方法において、薄膜構造体の導電型をP型とするために、薄膜構造体形成工程にて、薄膜構造体の材料として導電型がP型の多結晶シリコンを用いる。イオン注入工程にて導電型がN型の不純物である砒素(As)を注入されているので、薄膜構造体がP型の負荷抵抗として機能するためには、砒素(As)の不純物濃度を相殺するだけのP型の不純物濃度を有することが重要である。   In the manufacturing method already described, in order to set the conductivity type of the thin film structure to P type, polycrystalline silicon having the conductivity type of P type is used as the material of the thin film structure in the thin film structure forming step. Since arsenic (As), which is an N-type impurity, is implanted in the ion implantation process, the arsenic (As) impurity concentration is canceled in order for the thin film structure to function as a P-type load resistor. It is important to have a P-type impurity concentration sufficient.

図14に示すように、コンタクトホール11をメモリゲート電極8a、負荷抵抗として機能する薄膜構造体2ab、MONOS型メモリトランジスタのソース領域およびドレイン領域である拡散領域9a3、9a4の表面に設け、コンタクトホール11を介してそれぞれの箇所に電圧を印加するための金属配線12と接続する構造となっている。   As shown in FIG. 14, the contact hole 11 is provided on the surface of the memory gate electrode 8a, the thin film structure 2ab functioning as a load resistance, and the diffusion regions 9a3 and 9a4 which are the source region and the drain region of the MONOS type memory transistor. 11 is connected to a metal wiring 12 for applying a voltage to each location via 11.

本発明は、微細かつ電気特性の安定した半導体不揮発性記憶装置を形成することができるため、高集積かつ低消費電力化を要求された電子機器用の記憶装置に好適である。   The present invention can form a semiconductor non-volatile memory device that is fine and has stable electric characteristics, and is therefore suitable for a memory device for electronic equipment that is required to have high integration and low power consumption.

1、101 半導体基板
2、104 素子分離膜
2 第1の多結晶シリコン膜
2a 薄膜構造体
3 ホトレジストパターン
4 絶縁膜
4a、4b サイドウォール
5 空隙
6 チャネル領域
7、106 メモリ絶縁膜
7a 第1の絶縁膜
7b 第2の絶縁膜
7c 第3の絶縁膜
8 第2の多結晶シリコン膜
8a、107 メモリゲート電極
9 不純物
9a 拡散領域
10 層間絶縁膜
11 コンタクトホール
12 金属配線
13 素子分離膜
14 溝
102 パッド酸化膜
103 耐酸化マスク
105 素子領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Semiconductor substrate 2,104 Element isolation film 2 1st polycrystalline silicon film 2a Thin film structure
3 Photoresist pattern 4 Insulating film 4a, 4b Side wall
5 Gaps 6 Channel region 7, 106 Memory insulating film 7a First insulating film 7b Second insulating film 7c Third insulating film 8 Second polycrystalline silicon film 8a, 107 Memory gate electrode 9 Impurity 9a Diffusion region 10 Interlayer Insulating film 11 Contact hole 12 Metal wiring
13 Device isolation film 14 Groove 102 Pad oxide film 103 Anti-oxidation mask 105 Device region

Claims (5)

半導体基板にソース領域、チャネル領域、ドレイン領域を設け、該チャネル領域上部の該半導体基板上にメモリ絶縁膜を備え、該メモリ絶縁膜の上部にメモリゲート電極を有する半導体不揮発性記憶装置の製造方法であって、
前記チャネル領域を形成する部分の上部の前記半導体基板上部に、所定の間隔にて一組の薄膜構造体を形成する構造体形成工程と、
前記一組の薄膜構造体を覆い、前記間隔には空隙を形成するように絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜を前記半導体基板方向にエッチング除去して前記空隙を露出させ、前記間隔に面する前記薄膜構造体の縦端面に前記絶縁膜をサイドウォールとして残すエッチバック工程と、
前記間隔の前記半導体基板上にメモリ絶縁膜を形成するメモリ絶縁膜形成工程と、
前記メモリ絶縁膜上部にメモリゲート電極を形成するメモリゲート電極形成工程と、
前記薄膜構造体および前記サイドウォールと前記メモリゲート電極とをマスクにして、前記半導体基板に所定の不純物イオンを注入し、前記ソース領域、前記チャネル領域、前記ドレイン領域をそれぞれ形成する領域形成工程と、
を有することを特徴とする半導体不揮発性記憶装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor nonvolatile memory device, wherein a source region, a channel region, and a drain region are provided on a semiconductor substrate, a memory insulating film is provided on the semiconductor substrate above the channel region, and a memory gate electrode is provided on the memory insulating film Because
A structure forming step of forming a set of thin film structures at a predetermined interval on the semiconductor substrate above the portion for forming the channel region;
An insulating film forming step of covering the set of thin film structures and forming an insulating film so as to form a gap in the gap;
Etching back the insulating film in the direction of the semiconductor substrate to expose the air gap, and leaving the insulating film as a sidewall on the vertical end surface of the thin film structure facing the interval; and
Forming a memory insulating film on the semiconductor substrate at the interval;
A memory gate electrode forming step of forming a memory gate electrode on the memory insulating film;
A region forming step of implanting predetermined impurity ions into the semiconductor substrate using the thin film structure and the sidewalls and the memory gate electrode as a mask, thereby forming the source region, the channel region, and the drain region, respectively. ,
A method for manufacturing a semiconductor nonvolatile memory device, comprising:
半導体基板にソース領域、チャネル領域、ドレイン領域を設け、該チャネル領域上部の該半導体基板上にメモリ絶縁膜を備え、該メモリ絶縁膜の上部にメモリゲート電極を有する半導体不揮発性記憶装置の製造方法であって、
前記半導体基板の表面に素子分離膜を形成する素子分離工程と、
前記チャネル領域を形成する部分の上部の前記素子分離膜上部に、所定の間隔にて一組の薄膜構造体を形成する構造体形成工程と、
前記一組の薄膜構造体を覆い、前記間隔には空隙を形成するように絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜を前記半導体基板方向にエッチング除去して前記空隙を露出させ、前記間隔に面する前記薄膜構造体の縦端面に前記絶縁膜をサイドウォールとして残すエッチバック工程と、
前記薄膜構造体および前記サイドウォールをマスクとして前記間隔の前記素子分離膜をエッチング除去して前記半導体基板の表面を露出させる露出工程と、
前記間隔の前記半導体基板上にメモリ絶縁膜を形成するメモリ絶縁膜形成工程と、
前記メモリ絶縁膜上部にメモリゲート電極を形成するメモリゲート電極形成工程と、
前記薄膜構造体および前記サイドウォールと前記メモリゲート電極とをマスクにして、前記半導体基板に所定の不純物イオンを注入し、前記ソース領域、前記チャネル領域、前記ドレイン領域をそれぞれ形成する領域形成工程と、
を有することを特徴とする半導体不揮発性記憶装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor nonvolatile memory device, wherein a source region, a channel region, and a drain region are provided on a semiconductor substrate, a memory insulating film is provided on the semiconductor substrate above the channel region, and a memory gate electrode is provided on the memory insulating film Because
An element isolation step of forming an element isolation film on the surface of the semiconductor substrate;
A structure forming step of forming a set of thin film structures at a predetermined interval on the element isolation film above the portion forming the channel region;
An insulating film forming step of covering the set of thin film structures and forming an insulating film so as to form a gap in the gap;
Etching back the insulating film in the direction of the semiconductor substrate to expose the air gap, and leaving the insulating film as a sidewall on the vertical end surface of the thin film structure facing the interval; and
An exposure step of exposing the surface of the semiconductor substrate by etching away the element isolation film at the interval using the thin film structure and the sidewall as a mask;
Forming a memory insulating film on the semiconductor substrate at the interval;
A memory gate electrode forming step of forming a memory gate electrode on the memory insulating film;
A region forming step of implanting predetermined impurity ions into the semiconductor substrate using the thin film structure and the sidewalls and the memory gate electrode as a mask, thereby forming the source region, the channel region, and the drain region, respectively. ,
A method for manufacturing a semiconductor nonvolatile memory device, comprising:
前記領域形成工程の後、前記チャネル領域に所定の不純物イオンを注入して前記チャネル領域の不純物濃度を変更する不純物濃度変更工程を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体不揮発性記憶装置の製造方法。   3. The semiconductor nonvolatile semiconductor device according to claim 1, further comprising an impurity concentration changing step of changing the impurity concentration of the channel region by implanting predetermined impurity ions into the channel region after the region forming step. A method for manufacturing a storage device. 半導体基板にソース領域、チャネル領域、ドレイン領域を設け、該チャネル領域上部の該半導体基板上にメモリ絶縁膜を備え、該メモリ絶縁膜の上部にメモリゲート電極を有する半導体不揮発性記憶装置であって、
前記チャネル領域上部の前記半導体基板上部に、その縦端面にサイドウォールを有する一組の薄膜構造体を所定の間隔で備え、
前記一組の薄膜構造体は、その対向方向と前記チャネル領域のチャネル幅方向とが一致しており、
前記チャネル幅は、前記間隔よりも狭く、前記間隔に面する前記サイドウォール同士が対向する距離と同じかそれよりも広いことを特徴とする半導体不揮発性記憶装置。
A semiconductor nonvolatile memory device having a source region, a channel region, and a drain region on a semiconductor substrate, a memory insulating film on the semiconductor substrate above the channel region, and a memory gate electrode on the memory insulating film. ,
A set of thin film structures having sidewalls on the longitudinal end surfaces of the semiconductor substrate above the channel region are provided at predetermined intervals.
In the set of thin film structures, a facing direction thereof matches a channel width direction of the channel region,
2. The semiconductor nonvolatile memory device according to claim 1, wherein the channel width is narrower than the interval and equal to or wider than a distance between the sidewalls facing the interval.
前記半導体基板の表面に素子分離膜を備え、
前記素子分離膜上部に前記薄膜構造体を有し、前記素子分離膜の下部に前記チャネル領域を設けることを特徴とする請求項4に記載の半導体不揮発性記憶装置。
An element isolation film is provided on the surface of the semiconductor substrate,
5. The semiconductor nonvolatile memory device according to claim 4, wherein the thin film structure is provided above the element isolation film, and the channel region is provided below the element isolation film.
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