JP2017135217A - Nonvolatile semiconductor memory device and manufacturing method therefor - Google Patents

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真司 山下
六月生 森門
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六月生 森門
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Itsuhiro Utsuno
五大 宇津野
立也 小倉
Tatsuya Ogura
立也 小倉
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile semiconductor memory device having a structure in which a leak current of an inter-electrode insulating film in writing is reduced.SOLUTION: A nonvolatile semiconductor memory device of an embodiment, comprises: a semiconductor substrate; a first insulator layer formed on the semiconductor substrate; a plurality of charge storage layers formed on the first insulator layer; an element isolation insulating film that is arranged between lower part side surfaces of the plurality of charge storage layers adjacent to each other in a first direction, and is formed up to a depth reaching the semiconductor substrate through the first isolation layer below; a metal film that is formed on the plurality of charge storage layers along an upper part side surface and an upper part that are extended to an upper part from the lower part side surface in the plurality of charge storage layers, and is divided on the element isolation insulation film; a second insulator layer that is formed on the metal film and the element isolation insulating film; and a control gate that is formed on the second insulator layer, and is extended in the first direction. The upper part side surface and the upper surface in the plurality of charge storage layers is opposed to the control gate via the metal film and the second isolation layer.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

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

不揮発性半導体記憶装置は半導体基板上にトンネル絶縁膜を介して浮遊ゲートを形成し、浮遊ゲート上に電極間絶縁膜を介して制御ゲートを形成したスタックゲート構造のトランジスタを直列に接続したNAND型メモリセルが知られている。   A nonvolatile semiconductor memory device is a NAND type in which a floating gate is formed on a semiconductor substrate through a tunnel insulating film, and a stacked gate structure transistor in which a control gate is formed on the floating gate through an interelectrode insulating film is connected in series. Memory cells are known.

特開2006−310662号公報JP 2006-310661 A

本発明が解決しようとする課題は、書き込み時の電極間絶縁膜のリーク電流を低減した構造を有する不揮発性半導体記憶装置を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device having a structure in which the leakage current of the interelectrode insulating film during writing is reduced.

実施形態の不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第1絶縁層と、前記第1絶縁層上に形成された複数の電荷蓄積層と、第1方向に隣接する前記複数の電荷蓄積層の下部側面間に配置されるとともに、その下方の前記第1絶縁層を通して前記半導体基板内に達する深さまで形成された素子分離絶縁膜と、前記複数の電荷蓄積層における前記下部側面より上方に延在した上部側面及び上部に沿って、前記複数の電荷蓄積層上に形成されるとともに、前記素子分離絶縁膜上で分断された金属膜と、前記金属膜及び前記素子分離絶縁膜上に形成された第2絶縁層と、前記第2絶縁層上に形成され、前記第1方向に延在する制御ゲートと、を備え、前記複数の電荷蓄積層における前記上部側面及び上面は前記金属膜及び前記第2絶縁層を介して前記制御ゲートと対向する。   The nonvolatile semiconductor memory device according to the embodiment includes a semiconductor substrate, a first insulating layer formed on the semiconductor substrate, and a plurality of charge storage layers formed on the first insulating layer, adjacent in the first direction. An element isolation insulating film disposed between the lower side surfaces of the plurality of charge storage layers and formed to a depth reaching the semiconductor substrate through the first insulating layer below the plurality of charge storage layers; and A metal film formed on the plurality of charge storage layers along the upper side surface and the upper part extending upward from the lower side surface and divided on the element isolation insulating film, and the metal film and the element A second insulating layer formed on the isolation insulating film; and a control gate formed on the second insulating layer and extending in the first direction. The upper side surface of the plurality of charge storage layers and The upper surface is the metal film Opposed to the control gate via a fine second insulating layer.

本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の概略構成を示す平面図。1 is a plan view showing a schematic configuration of a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment. 図1のA−A‘方向及びB−B‘方向に切断した断面図。Sectional drawing cut | disconnected in the AA 'direction and B-B' direction of FIG. 本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のエネルギーバンド図。FIG. 3 is an energy band diagram of the nonvolatile semiconductor memory device according to the embodiment. 本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第1工程を説明する断面図。Sectional drawing explaining the 1st process of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第2工程を説明する断面図。Sectional drawing explaining the 2nd process of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第3工程を説明する断面図。Sectional drawing explaining the 3rd process of the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device which concerns on this embodiment.

以下、本実施形態について図1〜図6を参照して説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号で表している。ただし、図面は厚さと平面寸法との関係、各層の厚さの比率等は現実のものとは異なり、模式的なものである。   Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to FIGS. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, in the drawings, the relationship between the thickness and the planar dimension, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones and are schematic.

本実施形態においては、不揮発性半導体記憶装置として、NAND型フラッシュメモリを例に説明する。   In the present embodiment, a NAND flash memory will be described as an example of a nonvolatile semiconductor memory device.

図1は、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイの概略構成を示す平面図である。図1に示すように、半導体基板1の表面領域は、素子分離絶縁膜STI(Shallow Trench Isolation)に挟まれた素子領域AA(アクティブ領域)から構成されている。素子領域上には、複数のメモリセルMC及び選択トランジスタSTD、STSが設けられている。   FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a memory cell array of the nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the surface region of the semiconductor substrate 1 is composed of an element region AA (active region) sandwiched between element isolation insulating films STI (Shallow Trench Isolation). A plurality of memory cells MC and selection transistors STD and STS are provided on the element region.

図2(a)は図1のA−A’方向で切断したメモリセルの断面図、図2(b)は図1のB−B’方向で切断したメモリセルの断面図である。図2(a)は、メモリセルMCのチャネル長方向(ゲート長方向)断面に対応し、図2(b)はメモリセルのチャネル幅方向(ゲート幅方向)断面に対応している。なお、図2(a)、(b)では4つメモリセルを図示しているが、実際の数とは異なる。   2A is a cross-sectional view of the memory cell cut along the A-A ′ direction in FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the memory cell cut along the B-B ′ direction in FIG. 1. 2A corresponds to a cross section in the channel length direction (gate length direction) of the memory cell MC, and FIG. 2B corresponds to a cross section in the channel width direction (gate width direction) of the memory cell. 2A and 2B, four memory cells are illustrated, but the actual number is different.

図2(a)、(b)に示すように、本実施形態で用いられる不揮発性半導体記憶装置のメモリセルは、浮遊ゲート3上に制御ゲート6が積層されたスタックゲート構造のトランジスタである。   As shown in FIGS. 2A and 2B, the memory cell of the nonvolatile semiconductor memory device used in the present embodiment is a transistor having a stack gate structure in which a control gate 6 is stacked on a floating gate 3.

メモリセルは半導体基板1のチャネル領域上に設けられたトンネル酸化膜2と、トンネル酸化膜2上に設けられ側部3aと頂部3bとを有する浮遊ゲート3と、浮遊ゲート3の側部3aと頂部3bとを覆う金属膜4とを有する。金属膜4上には金属膜4を覆うように設けられた電極間絶縁膜5と電極間絶縁膜5上に設けられた制御ゲート6とを有する。このようなスタックゲート構造が図2(a)に示すように素子領域AAが延びる方向に沿って複数配列される。これら複数のスタックゲート構造は隣接するスタックゲート構造間の半導体基板1表面に設けられたソース・ドレイン領域(図示しない)を介して直列接続されNANDセル列を構成する。図2(b)において、浮遊ゲート3の頂部3bは浮遊ゲート3の底部と比較して細い構造を有する。つまり、浮遊ゲート3の下部よりも上部のほうがそのチャネル幅方向の長さが小さい。このような構造はメモリセルが微細化されても図2(b)において隣接する浮遊ゲート3間への制御ゲート6の充填が阻害されにくいため有効に用いられる。   The memory cell includes a tunnel oxide film 2 provided on the channel region of the semiconductor substrate 1, a floating gate 3 provided on the tunnel oxide film 2 and having side portions 3a and top portions 3b, and a side portion 3a of the floating gate 3. A metal film 4 covering the top 3b. An interelectrode insulating film 5 provided so as to cover the metal film 4 and a control gate 6 provided on the interelectrode insulating film 5 are provided on the metal film 4. A plurality of such stacked gate structures are arranged along the direction in which the element region AA extends as shown in FIG. The plurality of stack gate structures are connected in series via source / drain regions (not shown) provided on the surface of the semiconductor substrate 1 between adjacent stack gate structures to form a NAND cell string. In FIG. 2B, the top 3 b of the floating gate 3 has a narrower structure than the bottom of the floating gate 3. That is, the length in the channel width direction is smaller in the upper part than in the lower part of the floating gate 3. Such a structure is effectively used because even if the memory cell is miniaturized, the filling of the control gate 6 between the adjacent floating gates 3 in FIG.

トンネル酸化膜2は例えばシリコン酸化膜(SiO2)等の任意の酸化膜で、膜厚は7nm程度である。   The tunnel oxide film 2 is an arbitrary oxide film such as a silicon oxide film (SiO 2) and has a thickness of about 7 nm.

浮遊ゲート3は、例えばN+型ポリシリコンを用いるがこれに限定されない。なお、本実施形態において、浮遊ゲート3とは電荷を蓄積する層のことである。   The floating gate 3 uses, for example, N + type polysilicon, but is not limited to this. In the present embodiment, the floating gate 3 is a layer for accumulating charges.

金属膜4は、浮遊ゲート3のN+型ポリシリコンよりも仕事関数が高い、例えばルテニウム(Ru)を用いる。N+型ポリシリコンの仕事関数は4.17eVである。Ruの仕事関数は4.68eVである。   For the metal film 4, for example, ruthenium (Ru) having a work function higher than that of the N + type polysilicon of the floating gate 3 is used. The work function of N + type polysilicon is 4.17 eV. The work function of Ru is 4.68 eV.

金属膜4はRuに限定されず、N+型ポリシリコンよりも高い仕事関数を有する金属またはそれらの化合物であれば可能である。金属であれば、金(Au)、白金(Pt)、コバルト(Co)、ベリリウム(Be)、ニッケル(Ni)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、テルル(Te)、レニウム(Re)、モリブデン(Mo)等が考えられる。   The metal film 4 is not limited to Ru, and can be any metal having a higher work function than N + type polysilicon or a compound thereof. For metals, gold (Au), platinum (Pt), cobalt (Co), beryllium (Be), nickel (Ni), rhodium (Rh), palladium (Pd), tellurium (Te), rhenium (Re), Molybdenum (Mo) or the like is conceivable.

なお、本実施形態において金属膜4はシリサイド化した金属である。シリサイド化させる理由は、後で説明する製造方法のWetエッチング工程において金属膜4がシリサイド化していない場合エッチングによって金属が溶解してしまうためである。また、素子分離絶縁膜7上は金属膜4が分断されるため、金属膜4は無い。金属膜4の膜厚は例えば0.1nm程度が望ましいが、金属膜4の厚さはこれに限定されず、0.05〜0.3nmであれば可能である。   In the present embodiment, the metal film 4 is a silicided metal. The reason for silicidation is that the metal is dissolved by etching when the metal film 4 is not silicided in the wet etching process of the manufacturing method described later. Further, since the metal film 4 is divided on the element isolation insulating film 7, there is no metal film 4. The thickness of the metal film 4 is preferably about 0.1 nm, for example, but the thickness of the metal film 4 is not limited to this, and can be 0.05 to 0.3 nm.

電極間絶縁膜5は、例えばシリコン酸化膜(SiO2)/シリコン酸窒化膜(SiN)/シリコン酸化膜(SiO2)の3層構造(ONO構造)を有するがこれに限定されない。他の絶縁材料を用いても良いし、4層以上であっても良い。高誘電体膜の単層膜でもよい。電極間絶縁膜5の膜厚は、例えば7nm程度である。   The interelectrode insulating film 5 has, for example, a three-layer structure (ONO structure) of silicon oxide film (SiO 2) / silicon oxynitride film (SiN) / silicon oxide film (SiO 2), but is not limited thereto. Other insulating materials may be used, or four or more layers may be used. A single-layer film of a high dielectric film may be used. The film thickness of the interelectrode insulating film 5 is, for example, about 7 nm.

制御ゲート6には、電気抵抗を減らすため、例えばシリサイド膜が用いられる。ただし、それに限定されるものではなく、ポリシリコン膜の単層構造や、ポリシリコン膜とこのポリシリコン膜上にシリサイド膜とが積層された2層構造(ポリサイド構造)となってもよい。シリサイド膜としては、例えばタングステンシリサイド(WSi2)が用いられる。   For example, a silicide film is used for the control gate 6 in order to reduce electric resistance. However, the present invention is not limited to this, and a single-layer structure of a polysilicon film or a two-layer structure (polycide structure) in which a polysilicon film and a silicide film are stacked on the polysilicon film may be used. For example, tungsten silicide (WSi2) is used as the silicide film.

制御ゲート6はワード線WLとして機能し、素子分離絶縁膜7を挟んで隣接するメモリセル間で共有されている。そのため、制御ゲート6は、浮遊ゲート3上だけではなく素子分離絶縁膜7上にも設けられる。   The control gate 6 functions as a word line WL and is shared between adjacent memory cells with the element isolation insulating film 7 interposed therebetween. Therefore, the control gate 6 is provided not only on the floating gate 3 but also on the element isolation insulating film 7.

次に、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の動作について説明する。   Next, the operation of the nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment will be described.

図3は図1及び図2に示したメモリセルにおいて浮遊ゲート3と制御ゲート6とが電極間絶縁膜5及び金属膜4を介して対向した状態(a)と図3(a)に書き込み電圧Vpgmが印加された状態(b)を示すエネルギーバンド図である。   3 shows a state in which the floating gate 3 and the control gate 6 face each other through the interelectrode insulating film 5 and the metal film 4 in the memory cell shown in FIGS. 1 and 2, and FIG. It is an energy band figure which shows the state (b) to which Vpgm was applied.

なお、不揮発性半導体記憶装置における書き込み動作は、半導体基板1に対して正の電圧を制御ゲート6に印加し、電子を浮遊ゲート3に注入する動作である。   Note that the write operation in the nonvolatile semiconductor memory device is an operation in which a positive voltage is applied to the control gate 6 with respect to the semiconductor substrate 1 and electrons are injected into the floating gate 3.

図3(a)では半導体基板1であるシリコン基板(Si−Sub)と浮遊ゲート3であるN+型ポリシリコン(N+ poly−Si)とのフェルミ準位はトンネル酸化膜(TNL)を介して一定に保たれている。一方図3(b)では電圧を印加することによって電界が生じ、N+型ポリシリコンのフェルミ準位が小さくなる。そのためトンネル酸化膜2にFN(Fowler−Nordheim)トンネル電流が流れ、半導体基板1から浮遊ゲート3に電子eが注入される(S1)。   In FIG. 3A, the Fermi level between the silicon substrate (Si-Sub) as the semiconductor substrate 1 and the N + type polysilicon (N + poly-Si) as the floating gate 3 is constant via the tunnel oxide film (TNL). It is kept in. On the other hand, in FIG. 3B, an electric field is generated by applying a voltage, and the Fermi level of N + type polysilicon is reduced. Therefore, an FN (Fowler-Nordheim) tunnel current flows through the tunnel oxide film 2, and electrons e are injected from the semiconductor substrate 1 into the floating gate 3 (S1).

同様に、N+型ポリシリコンと金属膜(Metal layer)4について図3(a)では、ショットキー接合が形成され、フェルミ準位が均等に保たれているが、図3(b)では電圧の印加によって電界が生じ、金属膜4のフェルミ準位はN+ポリシリコンと比較して小さくなる。つまり、電極間絶縁膜(IPD)5に対するエネルギー障壁は、N+型ポリシリコンよりも金属膜4のほうが大きい。この時N+型ポリシリコンのフェルミ準位は金属膜4のフェルミ準位よりも高い状態にあるので、金属膜4側へ電子が流れ込む(S2)。金属膜4があることで金属膜4が無い場合と比較して電極間絶縁膜5のエネルギー障壁が大きいため、電子は電極間絶縁膜5を透過することができない(S3)。そのため、金属膜4を浮遊ゲート3と電極間絶縁膜5間に配置することで電極間絶縁膜5のリーク電流を低減することができる。   Similarly, in FIG. 3A, a Schottky junction is formed for the N + type polysilicon and the metal film 4 (Metal layer) 4, and the Fermi level is kept uniform. In FIG. An electric field is generated by the application, and the Fermi level of the metal film 4 becomes smaller than that of N + polysilicon. That is, the energy barrier for the interelectrode insulating film (IPD) 5 is larger in the metal film 4 than in the N + type polysilicon. At this time, since the Fermi level of the N + type polysilicon is higher than the Fermi level of the metal film 4, electrons flow into the metal film 4 side (S2). Due to the presence of the metal film 4, the energy barrier of the interelectrode insulating film 5 is larger than when the metal film 4 is not present, and thus electrons cannot pass through the interelectrode insulating film 5 (S3). Therefore, the leakage current of the interelectrode insulating film 5 can be reduced by disposing the metal film 4 between the floating gate 3 and the interelectrode insulating film 5.

次に、本実施形態にかかる不揮発性半導体記憶装置の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment will be described.

図4〜図6は本実施形態の不揮発性半導体記憶装置の製造方法の一連の工程を示す図で、図1のB−B‘切断線に沿った部分の模式的な断面を示している。   4 to 6 are diagrams showing a series of steps of the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device of the present embodiment, and show a schematic cross section of a portion along the line B-B 'in FIG.

図4(a)に示すように、p型シリコンからなる半導体基板1の表面に熱酸化により厚さ約7nm程度のトンネル酸化膜2を形成する。続けてCVD(Chemical Vapor Deposition)法によりトンネル酸化膜2上に不純物を含むN+型ポリシリコンからなる浮遊ゲート3を厚さ70nm程度で形成する。   As shown in FIG. 4A, a tunnel oxide film 2 having a thickness of about 7 nm is formed on the surface of a semiconductor substrate 1 made of p-type silicon by thermal oxidation. Subsequently, the floating gate 3 made of N + type polysilicon containing impurities is formed on the tunnel oxide film 2 with a thickness of about 70 nm by the CVD (Chemical Vapor Deposition) method.

その後素子分離絶縁膜7を、図1のB−B‘方向に隣接する浮遊ゲート3間に配置されるように形成する。素子分離絶縁膜7は、トンネル酸化膜2を通して半導体基板1内に達する深さまで形成される。素子分離絶縁膜7はCVD法によるシリコン酸化膜(SiO2)形成またはSOG(Spin On Glass)法によるポリシラザン塗布によって形成する。後の工程で素子分離絶縁膜7をエアギャップ化する場合はSOG法による素子分離絶縁膜7形成が好ましい。   Thereafter, the element isolation insulating film 7 is formed so as to be disposed between the floating gates 3 adjacent to each other in the B-B ′ direction of FIG. 1. The element isolation insulating film 7 is formed to a depth reaching the semiconductor substrate 1 through the tunnel oxide film 2. The element isolation insulating film 7 is formed by forming a silicon oxide film (SiO 2) by CVD or applying polysilazane by SOG (Spin On Glass). When forming the element isolation insulating film 7 in an air gap in a later process, it is preferable to form the element isolation insulating film 7 by the SOG method.

次に、図4(b)に示すようにリソグラフィとRIE(Reactive Ion Etching)によって素子分離絶縁膜7の一部を除去し、浮遊ゲート3の側部3aを露出させる。この時浮遊ゲート3の頂部3bが底部と比較して細くなるように加工する。なお、ここで露出されるのは浮遊ゲート3の側面の上部側のみで、浮遊ゲート3の側面の下部側に隣接して配置された素子分離絶縁膜7は除去せずに残った状態となる。つまり、浮遊ゲート3の下部側面は素子分離絶縁膜7と接する。ここでは浮遊ゲート3の側面のうち露出された上部側面について側部3aと表し、以下についても同様に扱うものとする。頂部3bは側部3aから連続した浮遊ゲート3の上面のことを表す。   Next, as shown in FIG. 4B, a part of the element isolation insulating film 7 is removed by lithography and RIE (Reactive Ion Etching) to expose the side portion 3a of the floating gate 3. At this time, the top 3b of the floating gate 3 is processed so as to be thinner than the bottom. Here, only the upper side of the side surface of the floating gate 3 is exposed, and the element isolation insulating film 7 disposed adjacent to the lower side of the side surface of the floating gate 3 remains without being removed. . That is, the lower side surface of the floating gate 3 is in contact with the element isolation insulating film 7. Here, the exposed upper side surface among the side surfaces of the floating gate 3 is represented as a side portion 3a, and the following is also treated in the same manner. The top 3b represents the upper surface of the floating gate 3 continuous from the side 3a.

次に、図5(a)に示すように、スパッタ法により浮遊ゲート3及び素子分離絶縁膜7上に金属膜4aを形成する。金属膜4aは例えば厚さ0.1nm程度のルテニウム(Ru)膜である。浮遊ゲート3の側部3aと頂部3bに金属膜4aが接する。   Next, as shown in FIG. 5A, a metal film 4a is formed on the floating gate 3 and the element isolation insulating film 7 by sputtering. The metal film 4a is, for example, a ruthenium (Ru) film having a thickness of about 0.1 nm. The metal film 4a is in contact with the side 3a and the top 3b of the floating gate 3.

次に図5(b)に示すようにアニール処理によって、浮遊ゲート3の側部3aと頂部3bと接する金属膜4aをシリサイド化し、シリサイド化した金属膜4を形成する。シリサイド化は後の工程でWetエッチングする際に金属膜4が溶解することを抑制するために行う。なお、素子分離絶縁膜7上の金属膜4aはシリコンと接しないためシリサイド化しない。   Next, as shown in FIG. 5B, the metal film 4a in contact with the side 3a and the top 3b of the floating gate 3 is silicided by annealing to form the silicided metal film 4. Silicidation is performed in order to prevent the metal film 4 from being dissolved during wet etching in a later step. Note that the metal film 4a on the element isolation insulating film 7 is not silicided because it does not contact silicon.

次に、図6(a)に示すように不要な金属膜4aをWetエッチングで除去する。この時、素子分離絶縁膜7上のシリサイド化していない金属膜4aが除去される。この工程を行わない場合、浮遊ゲート3間に電子を通す金属膜4aが位置することになり、電子を浮遊ゲート3に溜めておくことができなくなる。また、浮遊ゲート3間でショートする原因にもなる。   Next, as shown in FIG. 6A, the unnecessary metal film 4a is removed by wet etching. At this time, the non-silicided metal film 4a on the element isolation insulating film 7 is removed. If this step is not performed, the metal film 4a through which electrons pass is positioned between the floating gates 3, and the electrons cannot be stored in the floating gate 3. In addition, this may cause a short circuit between the floating gates 3.

次に、図6(b)に示すようにCVD法によってシリサイド化した金属膜4及び素子分離絶縁膜7上に電極間絶縁膜5を形成する。電極間絶縁膜5上にはCVD法により不純物を含むN+型ポリシリコンからなる制御ゲート6を形成する。その後浮遊ゲート3、金属膜4、電極間絶縁膜5及び制御ゲート6を含むスタックゲート構造を、図1のB−B‘方向に沿って延びるラインアンドスペース状に加工する。   Next, as shown in FIG. 6B, an interelectrode insulating film 5 is formed on the metal film 4 and the element isolation insulating film 7 which are silicided by the CVD method. A control gate 6 made of N + type polysilicon containing impurities is formed on the interelectrode insulating film 5 by CVD. Thereafter, the stack gate structure including the floating gate 3, the metal film 4, the interelectrode insulating film 5, and the control gate 6 is processed into a line and space shape extending along the B-B ′ direction in FIG. 1.

このようにして本実施形態の不揮発性半導体記憶装置が完成する。   Thus, the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment is completed.

本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置によると、電極間絶縁膜5の下に金属膜4を形成することで、電極間絶縁膜5の膜厚を小さくする際に生じていたリーク電流を低減することができる。金属膜4の膜厚は例えば0.1nmであり、金属膜4がある場合、電極間絶縁膜5の膜厚は例えば(元々の)10nmから7nmまで小さくできる。そのため金属膜4を形成しても、結果としてメモリセルを微細化することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる
According to the nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment, the leakage current generated when the film thickness of the interelectrode insulating film 5 is reduced is reduced by forming the metal film 4 under the interelectrode insulating film 5. can do. The film thickness of the metal film 4 is, for example, 0.1 nm. When the metal film 4 is present, the film thickness of the interelectrode insulating film 5 can be reduced from, for example, 10 nm to 7 nm (original). Therefore, even if the metal film 4 is formed, the memory cell can be miniaturized as a result.
Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1 半導体基板
2 トンネル酸化膜
3 浮遊ゲート
3a 側部
3b 頂部
4 シリサイド化した金属膜
4a 金属膜
5 電極間絶縁膜
6 制御ゲート
7 素子分離絶縁膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Tunnel oxide film 3 Floating gate 3a Side part 3b Top part 4 Silicided metal film
4a Metal film 5 Interelectrode insulating film 6 Control gate 7 Element isolation insulating film

Claims (6)

半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第1絶縁層と、
前記第1絶縁層上に形成された複数の電荷蓄積層と、
第1方向に隣接する前記複数の電荷蓄積層の下部側面間に配置されるとともに、その下方の前記第1絶縁層を通して前記半導体基板内に達する深さまで形成された素子分離絶縁膜と、
前記複数の電荷蓄積層における前記下部側面より上方に延在した上部側面及び上部に沿って前記複数の電荷蓄積層上に形成されるとともに、前記素子分離絶縁膜上で分断された金属膜と、
前記金属膜及び前記素子分離絶縁膜上に形成された第2絶縁層と、
前記第2絶縁層上に形成され、前記第1方向に延在する制御ゲートと、
を備え、
前記複数の電荷蓄積層における前記上部側面及び上面は前記金属膜及び前記第2絶縁層を介して前記制御ゲートと対向する不揮発性半導体記憶装置。
A semiconductor substrate;
A first insulating layer formed on the semiconductor substrate;
A plurality of charge storage layers formed on the first insulating layer;
An element isolation insulating film disposed between the lower side surfaces of the plurality of charge storage layers adjacent in the first direction and formed to a depth reaching the semiconductor substrate through the first insulating layer below the charge storage layer;
A metal film formed on the plurality of charge storage layers along an upper side surface and an upper part extending upward from the lower side surface of the plurality of charge storage layers, and divided on the element isolation insulating film;
A second insulating layer formed on the metal film and the element isolation insulating film;
A control gate formed on the second insulating layer and extending in the first direction;
With
The nonvolatile semiconductor memory device in which the upper side surface and the upper surface of the plurality of charge storage layers are opposed to the control gate through the metal film and the second insulating layer.
前記金属膜はシリサイド化した金属を含むことを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。   2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the metal film includes a silicided metal. 前記金属膜はルテニウムを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の不揮発性半導体記憶装置。   The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the metal film contains ruthenium. 半導体基板上に第1絶縁層を形成する工程と、
前記第1絶縁層上に第1方向に隣接する複数の電荷蓄積層を形成する工程と、
前記複数の電荷蓄積層間に前記第1絶縁層を通して前期半導体基板内に達する深さまで素子分離絶縁膜を形成する工程と、
前記素子分離絶縁膜をエッチバックする工程と、
前記複数の電荷蓄積層の上部側面、上面及び前記素子分離絶縁膜の上部に沿って金属膜を形成する工程と、
前記複数の電荷蓄積層と接する前記金属膜をシリサイド化する工程と、
前記素子分離絶縁膜の上部の前記金属膜を除去する工程と、
前記シリサイド化した金属膜及び前記素子分離絶縁膜の上部に第2絶縁層及び制御ゲートとなる膜を形成する工程と、
前記複数の電荷蓄積層、前記シリサイド化した金属膜、前記第2絶縁層及び前記制御ゲートとなる膜を前記第1方向に沿って延びるラインアンドスペース状に加工する工程と、
を含むことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
Forming a first insulating layer on the semiconductor substrate;
Forming a plurality of charge storage layers adjacent in a first direction on the first insulating layer;
Forming an element isolation insulating film to a depth reaching the semiconductor substrate through the first insulating layer between the plurality of charge storage layers;
Etching back the element isolation insulating film;
Forming a metal film along the upper side surface, the upper surface, and the upper portion of the element isolation insulating film of the plurality of charge storage layers;
Siliciding the metal film in contact with the plurality of charge storage layers;
Removing the metal film on the element isolation insulating film;
Forming a second insulating layer and a film serving as a control gate on the silicided metal film and the element isolation insulating film;
Processing the plurality of charge storage layers, the silicided metal film, the second insulating layer, and the film serving as the control gate into a line and space shape extending along the first direction;
A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising:
前記素子分離絶縁膜をエッチバックする工程の際、前記複数の電荷蓄積層における上部側を下部側より細らせることを特徴とする請求項4に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。   5. The method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 4, wherein, in the step of etching back the element isolation insulating film, an upper side of the plurality of charge storage layers is narrowed from a lower side. 前記金属膜はルテニウムを含むことを特徴とする請求項4または5に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。   6. The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 4, wherein the metal film contains ruthenium.
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