JP3599500B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP3599500B2
JP3599500B2 JP28369196A JP28369196A JP3599500B2 JP 3599500 B2 JP3599500 B2 JP 3599500B2 JP 28369196 A JP28369196 A JP 28369196A JP 28369196 A JP28369196 A JP 28369196A JP 3599500 B2 JP3599500 B2 JP 3599500B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
conductive layer
region
insulating film
semiconductor device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP28369196A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH10135414A (en
Inventor
利之 峰
和男 矢野
智之 石井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renesas Technology Corp
Original Assignee
Renesas Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renesas Technology Corp filed Critical Renesas Technology Corp
Priority to JP28369196A priority Critical patent/JP3599500B2/en
Publication of JPH10135414A publication Critical patent/JPH10135414A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3599500B2 publication Critical patent/JP3599500B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体記憶装置およびその製造方法に係り、特に半導体記憶装置を用いた単一電子メモリの構造、およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子1一つでも動作する単一電子素子は、究極の電子素子として期待されているが、数多くの研究が行われてきたにもかかわらず極低温でしか動作しないという大きな障害があった。1993年、日立の矢野等は、世界に先駆け超薄膜多結晶Siトランジスタを用いた単一電子素子(単一電子メモリも含め)の室温動作に成功した(IEEE International Electron Devices Meeting 1993, 541 (1993))。以下、図を用いて矢野等が開発した単一電子メモリの構造とその製造方法を説明する。
【0003】
図24に超薄膜多結晶Siトランジスタの平面図(a)、及びA−A’断面図(b),(c)を示す。先ず最初に、単結晶Si基板601を熱酸化して500nmのSiO膜602を形成した後、減圧化学気相成長法(以下LP−CVD法という)により、50nmのSiO膜603を堆積する。続いて、モノシラン(SiH)とフォスフィン(PH)を用いたLP−CVD法により、リンを含んだ多結晶Si膜604を50nm堆積した後、周知のリソグラフィー及びドライエッチング技術により、上記リンドープ多結晶Si膜604を所望の形状に加工してソース604(a)、ドレイン配線604(b)を形成する。
【0004】
続いて、約500℃の温度でモノシランの熱分解を用いたLP−CVD法によりチャネル層605となる非晶質Si膜を約4nm堆積した後、SiO膜606を約10nm連続して堆積する。ここで、非晶質Si膜はSiO膜606を堆積する温度(750℃)において多結晶Si膜605に変換される。上記SiO膜606は、ゲート絶縁膜の一部として作用するが、後にチャネル層605を加工する際の保護膜としての役割も担っている。
【0005】
超薄膜多結晶Siをチャネル層とする単一電子メモリの特性、すなわち、しきい値シフト量、及び電荷保持時間は、上記チャネル多結晶Si膜605の膜厚が薄いほど望ましく、具体的には5nm以下であることが好ましい。次に、電子線(EB)リソグラフィー及びドライエッチング法により、上記超薄膜多結晶Si膜605、及びSiO膜606を所望の形状に加工してチャネル層605を形成する(図24(b))。
【0006】
次にCVD法により、ゲート絶縁膜607となる約30nmのSiO膜607を堆積した後、リンを含んだ多結晶Si膜608を約100m堆積する。最後に、リソグラフィー及びドライエッチング法により、上記リンドープ多結晶Si膜608を所望の形状に加工してゲート電極配線608(ワード線608)とする(図24(c))。
【0007】
超薄膜多結晶Si膜を用いた単一電子メモリは、1つのトランジスタで記憶素子が構成されるため、セル面積を非常に小さくできる。図24(a)は、単一電子メモリのメモリアレーの平面図に示したものである。隣接するトランジスタのソース配線604(a)を共通とした、共通ソース線レイアウトを用いている。本図においては、各メモリセルのデータ線(ドレイン配線)をD1〜D5で、共通ソース線(ソース配線)をS1〜S4で、また、ワード線(ゲート電極)をW1,W2で示している。図に示すように、最小化工寸法0.2μmのデザインルールでメモリセルを試作した場合、4ビットで0.96μm(2.4×0.4μm)の投影面積、すなわち0.24μmで1ビットを実現できる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
現状の単一電子メモリは、動作速度に関してはSRAMやDRAMに比べ2〜3桁程度遅いものの、不揮発性であること、メモリセル構造が簡素で従来プロセスがそのまま適用できること、及び極限まで微細化しても動作可能である等、従来の半導体メモリに比べ大きな利点を有する。従って、将来の半導体メモリの中でも、最も高集積化に適した半導体メモリといえる。
【0009】
しかし、現状のメモリセル構造は平面構造、すなわちにソース、ドレイン配線を同層で形成するプロセスであるため、セルサイズはDRAM等と同様に最小加工寸法で律速される。つまり、現状の構造では、DRAMの3〜4倍程度の集積度が限界(同じデザインルールを用いた場合)であり、極限まで微細化しても動作可能という単一電子メモリの特徴を十分に活かすことができない。
【0010】
一方、EBリソグラフィーを適用すれば更なる微細化、具体的には0.05〜0.1μmの加工も可能であるが、EBリソグラフィーの多数回使用は量産性の面で実現性に欠ける。従って、単一電子メモリを現状の平面セル構造で大量生産する際には、エキシマレーザリソグラフィーで実現可能な最小加工寸法(約0.15μm)が高集積化を阻む一つの障壁になると予想される。
【0011】
すなわち、量産性の高い光リソグラフィーを用いて如何にセル面積を縮少するかが、単一電子メモリを汎用メモリとして用いる際の重要課題の一つとなる。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題はセル構造の立体化、すなわち絶縁膜を介してソース、ドレインのレイアウトを平面的に重複させることによって達成できる。また、その立体セル構造において、平面的に重複した隣接するソース、ドレイン積層配線間を絶縁膜で埋め込み平坦化した後、ソース、ドレイン配線側壁部が露出する孔パターンを形成し、その中にメモリセルを形成することで、高段差上でのチャネル層、及びゲート電極の加工を容易にすることが可能となる。
【0013】
具体的には、チャネル長に相当する厚さの絶縁膜を介して平面的に重複するソース、ドレイン積層配線を形成する工程と、隣接する積層配線間を絶縁膜で埋め込む工程と、上記平面的に重複したソース、ドレイン積層配線の側壁部が露出する孔パターンを形成する工程と、チャネル層及び保護絶縁膜を堆積した後、異方性全面ドライエッチングにより、自己整合的に孔パターン側壁部のみにチャネル層を残す工程と、ゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程により、孔パターン内だけにメモリセルを形成することが可能となる。
【0014】
また、孔パターン内のソース配線とドレイン配線を絶縁分離している絶縁膜、すなわちチャネル層の下地となる絶縁膜の側壁部を、ソース、ドレイン配線側壁部エッジより、所望の長さだけ後退させた後、チャネル層の堆積及び異方性全面ドライエッチングを行うことでソース、ドレイン間のみにチャネル層を形成することが可能となる。
【0015】
以上記述したように、メモリセル構造を立体化することで、データ線(ドレイン配線)とワード線(ゲート配線)の交点にメモリセルを形成することが可能となり、従来の平面構造に比べ約70%にセル面積を縮少できる。また、データ線とワード線の交点に2つのメモリセルを形成する構造、すなわち縦方向に、ドレイン配線1/共通ソース配線/ドレイン配線2構造にすることにより、セル面積を平面構造の約35%に縮少できる。
【0016】
しかし、単純にセル構造を縦型にすると、高段差上でのチャネル層、及びゲート電極配線の加工に問題が生じる。その具体的例を図25を用いて説明する。図25(a)、(b)は、レジスト708をマスクとしてチャネル層707(多結晶Si)をエッチングしたときの理想的な図を示したものである。ソース配線703とドレイン配線705が、チャネル長に相当する厚さの絶縁膜704を介して平面的に重複するように配置され、その積層配線の片側の側壁部にチャネル多結晶Si膜707を形成すれば、セル面積を大幅に減少できる。しかし、このような形状においてはチャネル多結晶Si膜707の加工が非常に困難となる。通常Si膜の加工に用いられている異方性ドライエッチングは横方向のエッチングが殆ど進行しないため、チャネルSi707を完全に除去するには、段差の高さに対応するだけのオーバエッチングが必要となる。しかし、オーバエッチングを行なっても、薄い多結晶Si膜の垂直段差上の加工は非常に困難で、同図(c)に示したようにエッチング残りが生じる。 一方、横方向のエッチングも進行する等方性ドライエッチング方によれば、チャネル多結晶Si膜707と同じ材料で形成されているソース703、ドレイン配線705が大幅にエッチングされる不良が生じる(図25(c))。更に、チャネル加工後に行なうゲート電極配線形成においても、高段差上の加工は非常に困難で、エッチ残り等は、ゲート間短絡等の致命傷となる。
【0017】
本発明によればチャネル層の全面ドライエッチングにより、自己整合的に孔パターンの側壁部だけにチャネルを形成できるので、上記したチャネル層形成に伴う問題は生じない。また、ゲート電極配線の加工においても、高段差上での加工を回避できるので、エッチ残りなどの問題は生じない。
【0018】
【発明の実施の形態】
(実施例1)
本発明の第1の実施例を図1〜図7を用いて説明する。先ず図2(a)において、最初にP型、(100)単結晶Si基板101を1000℃の水蒸気雰囲気中で熱酸化して、厚さ500nmのSiO膜102を形成した後、化学気相成長法(以後CVD法という)により、厚さ50nmのリン(P)を高濃度に含んだリンドープ多結晶Si膜103、150nmのSiO膜104、80nmのリンドープ多結晶Si膜105、及び100nmのSiO膜106を順次堆積する。上記リンドープ多結晶Si膜103,105のリン濃度は、3×1020/cmとした。また、堆積には原料ガスとしてモノシラン(SiH)とフォスフィン(PH)を用い、620℃の温度で堆積を行った。またSiO膜104,106は、モノシラン(SiH)と亜酸化窒素(NO)を原料ガスとして用い、750℃の温度で堆積を行った。
【0019】
次にクリプトンフロライド(KrF)エキシマレーザリソグラフィー及びドライエッチング法を用いて、上記SiO膜106/リンドープ多結晶Si膜105/SiO膜104/リンドープ多結晶Si膜103からなる積層膜のパターンニングを行い、幅0.2μm、間隔0.3μmのライン/スペースを形成する(図2(a))。ここで、最下層のリンドープ多結晶Si配線103は単一電子メモリのソース配線103、またSiO膜104を介して形成された上層のリンドープ多結晶Si配線105はドレイン配線105となる。ここでは、下層をソース配線、上層をドレイン配線としたが、ソース、ドレイン配線は上下逆であっても特に問題は無い。以後、上記ソース/ドレイン積層膜の配線を積層配線110と記す。
【0020】
次にCVD法により、厚さ250nmのSi膜107を堆積する(図2(b))。Si膜107の堆積は、ジクロルシラン(SiHCl)とアンモニア(NH)を原料ガスとして用い、770℃の温度で堆積を行った。
【0021】
次にドライエッチング法により、積層配線110最上層のSiO膜106表面が露出するまで上記Si膜107の全面エッチバックを行い、積層配線110間をSi膜107で埋め込み表面を平坦化する(図2(c))。本実施例では、上記埋め込み絶縁膜107のエッチングにドライエッチング法を適用したが、化学機械研磨(CMP)法を用いた場合、更に良好な平坦性が得られた。
【0022】
次に、図3(a)平面図に示したように、積層配線110の片方の側面が露出するように、長方形のレジスト孔パターン108を形成した後、ドライエッチング法によりSi膜107のエッチングを行う(図3(b))。本実施例では、上記レジスト孔パターン108を電子線(EB)リソグラフィーを用いて形成し、長辺長を0.25μm、短辺長を0.1μmとした。図3(b)に示したように、積層配線110の最上層にはSi膜107エッチングのマスクとなるSiO膜106が存在するため、実際にはSi膜107だけがエッチングされ、孔パターン109の側壁部には、ソース103、ドレイン配線105、及びSiO104膜の側壁部が露出する構造になる。
【0023】
次に、上記レジストパターン108の除去、及び基板表面の洗浄を行った後、CVD法によりチャネル層111となる3nmの非晶質Si膜、チャネル保護膜となる10nmのSiO膜112を順次堆積する。本実施例においては、上記非晶質Si膜の堆積にモノシラン(SiH)ガスを用い、480℃、80Paの条件で堆積を行った。なお、上記非晶質Si膜は保護膜となるSiO膜112を堆積する温度(750℃)において、多結晶Si膜111に変換される(図3(c))。ここで重要なことはチャネル多結晶Si膜111の膜厚であり、十分なしきい値シフトを得るには、膜厚は薄いほど好ましく、我々の検討によれば5nm以下の領域で良好な特性が得られた。
【0024】
次に異方性ドライエッチング法により、上記SiO膜112及びチャネル多結晶Si膜111を順次エッチングする。異方性ドライエッチングによれば横方向のエッチングは殆ど進行しないため、図4(a)及び図4(b)に示したように、孔パターン109の側壁部だけにチャネル多結晶Si膜111とSiO膜112が残る構造となる。チャネル多結晶Si膜111は図4(b)に示したように、絶縁膜104(本図ではSiO膜104)を介してソース配線103側壁部とドレイン配線105側壁部に接続される。
【0025】
次にゲート絶縁膜113となる15nmのSiO膜113をCVD法により堆積する図4(c)。本実施例では、チャネル多結晶Si膜111の保護膜として形成したSiO膜112もゲート絶縁膜の一部となるが、ゲート絶縁膜113形成前に、希フッ酸水溶液により、上記SiO膜112を除去してもかまわない。
【0026】
次にゲート電極114となる、150nmのリンドープ多結晶Si膜114をCVD法により堆積した後、KrFエキシマレーザリソグラフィー及びドライエッチング法により上記リンドープ多結晶Si膜114を所定の形状に加工してゲート電極配線線114とする(図1(a),(b))。
【0027】
本実施例においては、ゲート電極配線配線114としてリンを高濃度に含んだリンドープ多結晶Si膜114を用いたが、その上にタングステン(W)やチタン(Ti)等を形成した積層膜やそれらのシリサイド膜、または、4塩化チタン(TiCl)とアンモニア(NH)を原料がスとする、CVD法で形成したチタンナイトライド(TiN)を用いた場合、更なる低抵抗化が図れた。
【0028】
本発明におけるゲート電極配線配線114の加工は、図1(a)、図1(b)に示したように、孔パターン109を覆い平坦部上で行うため、エッチング残り等の不良が殆ど生じることがない。また、この後の工程においても、ゲート電極配線の膜厚程度の段差しかないので、ワード線、データ線等の配線形成工程における短絡等の不良も防止することができる。
【0029】
図1(c)は、平面図である図1(a)のA部を拡大して示した図である。メモリセルは孔パターン内109の側壁部に形成されることになるが、チャネルはソース配線103とドレイン配線104の距離が最も短い部分、すなわち積層配線110とチャネル多結晶Si膜111が接触する領域に形成される(図1(c)の実効チャネル幅と記載した部分)。
【0030】
次に、単一電子メモリセルのソース/ドレイン配線と周辺回路を接続する方法について記述する。図5(a)は、上述した方法で形成した2つのメモリセルの平面図を、図5(b)は断面図を示したものである。図5(b)の断面図は、ゲート電極配線114形成後、CVD法により100nmのSiO膜115を堆積した断面図を示している。従って、メモリセルの両端(図5(a)のb−b’、c−c’)は図5(c)、図5(d)に示したように、積層配線の上に、上記SiO膜115を堆積した構造となる。 先ず、エキシマレーザリソグラフィー法によりソース配線103を取り出すための孔パターン116を形成した後、ドライエッチング法によりSiO膜115/SiO膜106/リンドープ多結晶Si膜105/SiO膜104を順次エッチングし、ソース配線103表面を露出させる(図6(c))。続いて、レジストパターンを除去した後、ドレイン配線105を取り出すための孔パターン117を形成する。次に、ドライエッチング法によりSiO膜115/SiO膜106をエッチングし、ドレイン配線105表面を露出させる(図6(d))。本実施例においては、上記孔パターンの直径を0.35μmとした。
【0031】
次にCVD法により80nmのSiO膜118を堆積した後、異方性ドライエッチング法により上記SiO膜118をエッチングして、孔パターン116,117側壁部にSiO膜118のサイドウォールを形成する。このエッチングにより、再びソース配線103、及びドレイン配線105表面を露出させる。次に、希フッ酸水溶液で、ソース103/ドレイン配線105表面の自然酸化膜を除去した後、CVD法によりリンを高濃度に含んだリンドープ多結晶Si膜119を150nm堆積する。最後に、上記リンドープ多結晶Si膜を所定の形状に加工して、ソース線119(a)、及びデータ線119(b)とする(図7)。
【0032】
本実施例においては、メモリセルに接続するソース線119(a)やデータ線119(b)としてリンを高濃度に含んだリンドープ多結晶Si膜119を用いたが、その上にタングステン(W)やチタン(Ti)等を形成した積層膜やそれらのシリサイド膜、または、4塩化チタン(TiCl)とアンモニア(NH)を原料がスとする、CVD法で形成したチタンナイトライド(TiN)を用いても同様の結果が得られた。
【0033】
また、本実施例では図示していないが、ドレイン配線105に直行するゲート電極配線114に接続するコンタクト孔を形成すれば、ソース線(a)、データ線119(b)と同時にワード線も一括して形成することができる。
【0034】
(実施例2)
次に、図8、図9を用いて本発明の第2の実施例を説明する。単結晶Si基板201を熱酸化して500nmのSiO膜202を形成した後、実施例1に示した方法で、SiO膜206/ドレイン配線205/SiO膜204/ソース配線203からなる積層配線210、埋め込み絶縁膜207、及び孔パターン209を形成する。次に、CVD法により5nmの非晶質Si膜、及び5nmのSiO膜212を順次堆積する。非晶質Si膜の堆積には、窒素で20%に希釈したSiHを用い、温度480℃、圧力、80Paの条件で形成を行なった。なお、上記非晶質Si膜は、SiO膜212を堆積する温度(750℃)において、多結晶Si膜211に変換される。
【0035】
次に、異方性ドライエッチング法により上記SiO膜212/多結晶Si膜211を、各膜厚分だけ全面エッチングして、孔パターン209の側壁部だけにSiO膜212/多結晶Si膜211を残す(図8(b))。続いて、希フッ酸水溶液により、チャネル多結晶Si膜211上のSiO膜212を、2nmエッチングして3nmに薄膜化する(図8(b))。
【0036】
次に、CVD法により微小なSi粒213を全面に堆積する。ここでは、ヘリウム(He)で10%に希釈したSiHを用い、温度580℃、圧力、20Paの条件で形成を行なった。SiHによる多結晶Si膜の堆積は、下地表面に形成されるSiの核を中心に成長が始まる。この核生成密度は、堆積温度、堆積圧力と相関があり、薄い連続を得るには低温、高圧力の条件が好ましい。これに対し、微小なSi粒を得るには核生成密度を小さくする条件、すなわち高温、低圧力で堆積すれば連続膜にならず、微小なSiの粒が形成される。また、GeHを少量添加することにより、より核生成密度は小さくなり、微小なSiGeの粒を形成することが可能となる(図8(c))。
【0037】
次にCVD法によりゲート絶縁膜214となる、20nmのSiO膜214、及びゲート電極215となるリンドープ多結晶Si膜215を順次堆積した後、上記リンドープ多結晶Si膜215を所定の形状に加工して、ゲート電極配線215とする(図9(b))。 (図9(c))に、(図9(b))断面図B部の拡大図を示す。チャネル多結晶Si膜211は、ソース配線203とドレイン配線205を縦方向に絶縁分離している絶縁膜204の側壁部に形成され、ソース203、ドレイン配線205の側壁部に接続される。また、微粒Si213は、トンネル絶縁膜212となる3nmのSiO膜212上に形成され、さらにゲート絶縁膜214となるSiO膜214で覆われている。
【0038】
本実施例で作製した単一電子素子においては、ゲート電極215に電圧を印加していくと微細幅のチャネルがチャネル多結晶Si膜211内に形成される。更に電圧を印加していくと、チャネルから電子がはじき出され、微粒Si213内に捕獲される。即ち、微粒Si213は、キャリア閉じ込め領域として作用する。電子が微粒Si213に捕獲されると、クーロン反発力によりチャネルに電流が流れなくなる。従って、微粒Si213内のキャリアの有無により情報を記憶することが可能となる。
【0039】
本発明で重要なことは、微粒Si213とチャネル多結晶Si膜211を分離しているトンネル絶縁膜212の膜厚、微粒Si213の直径、及び微粒Si213の間隔(面密度)である。トンネル絶縁膜212が厚くなるとキャリアの注入時間の増大、及びしきい値シフト量の減少を招く。本実施例では、上記トンネル絶縁膜212の膜厚が、5nm以下の領域で良好な結果を得た。
【0040】
一方、微粒Si213の直径は、電荷保持時間の面から小さいほど好ましい。また、微粒Si213の間隔もキャリア注入時間のバラツキを抑制する上で小さいほど好ましい。本実施例では、上記微粒Si213の直径、及びその間隔が10nm以下の領域で良好な特性を示した。
【0041】
(実施例3)
次に、図10〜図12を用いて本発明の第3の実施例を説明する。実施例1と同様に、P型、(100)単結晶Si基板301を水蒸気雰囲気中で熱酸化して500nmのSiO膜302を形成した後、CVD法により共通ソースプレート303となる80nmのリンドープ多結晶Si膜303を堆積する。次に、リソグラフィーとドライエッチング法により上記リンドープ多結晶Si膜303を所定の形状にパターンニングする。続いて、CVD法により150nmのSiO膜304、ドレイン配線305となる50nmのリンドープ多結晶Si膜305、及び50nmのSi膜306を順次堆積する。次に、上記Si膜306、及びリンドープ多結晶Si膜305を周知の方法で所定形状にパターンニングしてドレイン配線305を形成した後、CVD法により30nmのSiO膜307の堆積を行う。本実施例においては、複数のメモリセルがソース線303を共用する構造、すなわち共通ソース線構造とするために、ソース線303をプレート状に加工している(図10(a),(b))。
【0042】
次に、図10(a)平面図に示したように、ドレイン配線305の片側だけが露出するように、長方形のレジスト孔パターン308を形成した後、ドライエッチング法によりSiO膜304、及び共通ソースプレート303のエッチングを行う。本実施例では、上記レジスト孔パターン308を電子線(EB)リソグラフィーを用いて形成し、長辺長を0.2μm、短辺長を0.1μmとした(図10(c))。
【0043】
次に、実施例1に示した方法で、チャネル多結晶Si膜311、及び保護膜312となるSiO膜312を形成する(図11(b))。本実施例においては、上記チャネル多結晶Si膜311の膜厚を2.5nm、SiO膜312を7nmとした。続いて、異方性ドライエッチング法により、上記SiO膜312、及び多結晶Si膜311のエッチングを行い、孔パターン309の側壁部のみにチャネル多結晶Si膜311を形成する(図11(a),(c))。
【0044】
次に、CVD法によりゲート絶縁膜313となる15nmのSiO膜313、及びゲート電極314となる100nmのリンドープ多結晶Si膜314を堆積した後、上記リンドープ多結晶膜314を所定の形状に加工してゲート電極配線314とする(図12(a),(b))。この後、実施例1に示した方法で、ソース線、データ線、及びワード線の形成を行なう。
【0045】
本実施例によれば、ソースプレート303を用いて複数のメモリセルのソースを共通化しているので、ソース線の数を大幅に減少できる。また、共通ソースプレート構造にすることで埋込絶縁膜形成工程が不用となるので、メモリセル間の平坦化工程を大幅に簡略化できる。
【0046】
(実施例4)
次に図13〜図16を用いて本発明の第4の実施例の説明を行う。実施例1では、ドレイン配線とゲート電極配線の交点に位置する1つの孔パターン内に1つのメモリセルを配置する構造を形成したが、本実施例は1つの孔パターン内に2つのメモリセルを配置するものである。すなわち、中間に共通ソース線を、その上下に絶縁膜を介して独立した2つのドレイン配線を配置したものである。従って、2つドレイン配線と1つのソース配線が平面的に重複した構造となり、実施例1に示した構造の半分のセル面積を実現できる。
【0047】
先ず、P型、(100)単結晶Si基板401を熱酸化して、500nmのSiO膜402を形成した後、CVD法により50nmのリンドープ多結晶Si膜403、100nmのSiO膜404、50nmのリンドープ多結晶Si膜405、100nmのSiO膜406、80nmのリンドープ多結晶Si膜407、及び70nmのSiO膜408を順次堆積する。次に、KrFエキシマレーザリソグラフィー及びドライエッチング法により、上記CVD法で堆積した積層膜403,404,405,406,407,408を所定の形状に加工する。図13(a)に示したように、中間に位置するリンドープ多結晶Si膜405が共通ソース配線405となり、その上下に絶縁膜404,406(本図ではSiO膜404,406)を介して配置されたリンドープ多結晶Si膜403,407がそれぞれ2つの独立したデータ線403,407(ドレイン配線403,407)となる。以後、上記積層膜を積層配線410と呼ぶ。
【0048】
次に、CVD法により積層配線410間を埋め込むためのSi膜409を250nm堆積する(図13(b))。続いてドライエッチング法により、積層配線410最上層のSiO膜408表面が露出するまで上記Si膜409を全面エッチバックし、表面の平坦化を行う(図13(c))。
【0049】
次に、実施例1で示したように積層配線410の片側の側壁部が露出するように、孔レジストパターン411を形成した後、埋込絶縁膜であるSi膜409のエッチングを行う(図14(a))。続いて、レジストパターン411を除去した後、CVD法により2.5nmのチャネル多結晶Si膜413、及び7nmのSiO保護膜414を堆積する。この後、異方性ドライエッチング法により上記SiO膜414/チャネル多結晶Si膜413のエッチングを行い、孔パターン412側壁部のみにチャネル多結晶Si膜413を形成する(図14(c))。
【0050】
次に、CVD法によりゲート絶縁膜415となる15nmのSiO膜415、及び100nmのリンドープ多結晶Si膜416を堆積した後、リンドープ多結晶Si膜416を所定の形状に加工してゲート電極配線416を形成する。続いて、CVD法により80nmのSiO膜417を堆積した後、実施例1に示した方法でソース配線405と2つのドレイン配線403,407の取り出しを行う。但し、本実施例では1本の積層配線410について、共通ソース線4051本とドレイン配線403,407が2本あるため、3つコンタクト孔418,419,420が必要になる(図15)。
【0051】
図15(a)はソース、ドレイン配線形成後の平面図を、図15(b)はメモリセル部の断面図を示したものである。また、図16(a),(b),(c)は、図15(a)平面図のb−b’、c−c’、d−d’の断面をそれぞれ示した図である。図16(b)は、一方のドレイン配線403(最下層のドレイン配線403)、図16(d)は、もう一方のドレイン配線407(最上層のドレイン配線407)、また図16(c)は、共通ソース配線405(中間層)の取り出し部を示している。実施例1に示したように、各配線403,405,407は側壁絶縁膜421であるSiO膜421により、それぞれ絶縁分離されている。また、各配線403,405,407の取り出しには、CVD法で形成したリンドープ多結晶Si膜422を用い、所定の形状にパターンニングして、それぞれ共通ソース線422(b)、及びデータ線422(a),(c)を形成している。
【0052】
本実施例においては、ゲート電極配線416とワード線の接続に関して図示していないが、実施例1に示したように、コンタクト孔を一つ増加するだけで、ソース線、データ線と同一工程でワード線を形成できる。
【0053】
(実施例5)
次に、図17〜図23を用いて本発明の第5の実施例の説明を行う。単結晶Si基板501を熱酸化して500nmのSiO膜502を形成した後、CVD法により50nmのリンドープ多結晶Si膜503、100nmのSiO膜504、50nmのリンドープ多結晶Si膜505、50nmのSi膜506、及び50nmの多結晶Si膜507を順次堆積する。次に、位相シフトを併用したKrFエキシマレーザリソグラフィー技術、及びドライエッチング法により、上記CVD法で形成した積層膜510(503〜507)をパターンニングして、線幅0.15μm、間隔0.15μmのラインスペースパターンを形成する(図17(a),(b))。次に、CVD法により200nmのSi膜508を堆積した後、積層配510線最上層の多結晶Si膜507表面が露出するまで上記Si膜508のエッチバックを行い、表面を平坦化する(図17(a),(c))。
【0054】
次に、図18(a)に示したように、隣接する積層配線510のどちらか一方との中央部に孔レジストパターン509を形成する。この際、各積層配線510の片側の側壁部だけが露出する位置にレジストパターン509を形成することが重要となる。本実施例では、上記レジストパターン509の形成にEBリソグラフィー技術を適用し、短辺の長さ0.1μm、長辺の長さ0.2μmの孔パターン509を形成した。
【0055】
次に、上記孔レジストパターン509をマスクとして、Si膜508のエッチングを行う。積層配線510最上層の多結晶Si膜507は、Si膜508エッチング時のマスクとなるので、孔パターン511は隣接する積層配線510間のSi膜508だけがエッチングされ、積層配線側壁部が露出する(図18)。
【0056】
次に、レジストパターン509を除去した後、2.5%の希フッ酸水溶液により、積層配線側壁部のSiO膜504をエッチングして、側壁部エッジ511よりSiO膜504側壁表面を約30nm後退させる。Si膜506,508や多結晶Si膜503,505,507は、希フッ酸水溶液によりほとんどエッチングされないため、孔パターン511側壁部は、SiO膜504だけがエッチングされ、図19に示したようにオーバハング形状となる。
【0057】
次に、CVD法によりチャネル層512となる2.5nmの非晶質Si膜を堆積する。本実施例においては、非晶質Si膜512の堆積にモノシラン(SiH)を用い、480℃の温度で堆積を行った。モノシランの熱分解で堆積したSi膜の段差被覆性は非常に良好で、本実施例のような、オーバハング形状の下地においても均一な膜が形成できる(図20)。
【0058】
次に、異方性ドライエッチング法によりSi膜512、507の全面エッチングを行い、積層配線510最上層の多結晶Si507、及び孔パターン側壁部の非晶質Si膜512を除去する。異方性ドライエッチングでは、横方向のエッチングがほとんど進行しないため、孔パターン側壁部の非晶質Si膜512が除去されるまでオーバエッチングを行った(図21)。
【0059】
図23は、図21断面図C部を拡大した図である。積層配線510最上層の多結晶Si膜507、及び孔パターン側壁部の非晶質Si膜512は、上記オーバエッチングにより除去されるが、積層配線510エッジよりフッ酸エッチングで後退させたSiO膜504の側壁部にある非晶質Si膜512は、ドレイン配線505となる多結晶Si膜505がエッチングのひさしとなるためエッチングされない。従って、自己整合的にソース503、ドレイン505間にチャネルSi膜512が形成されることになる。同図に示したように、異方性ドライエッチングのイオン種は、ウェーハの垂直面に対し2〜5°の角度で入射される。従って、絶縁膜504(本図ではSiO膜504)の膜厚をd、イオンの入射角度をθとした場合、側壁エッジ部からの横方向のエッチング量ΔXは、ΔX=d・tanθとなる。すなわち、絶縁膜の後退長さXを、X≫ΔXとすれば、自己整合的にチャネル膜を形成することが可能となる。
【0060】
本実施例ではSiO膜504の膜厚がd=100nmであるので、ΔX=8.75nm(θ=5°)となる。従って、約10nm以上パターンエッジより後退させれば、オーバエッチングを行ってもチャネルSi膜512がエッチングされることはない(本実施例ではX≒30nm)。
【0061】
次に、CVD法によりゲート絶縁膜513となる15nmのSiO膜513、及びゲート電極514となる100nmのリンドープ多結晶Si膜514を堆積する。非晶質Si膜512は、上記SiO膜513堆積の際に多結晶Si膜512となる。最後に、位相シフトによるKrFエキシマレーザリソグラフィー、及びドライエッチング法により上記リンドープ多結晶Si膜514を所定の形状に加工してゲート配線とする(図22)。
【0062】
この後、実施例1に示した方法で、ソース線、データ線、及びワード線を接続し、単一電子素子の形成を終了する。
【0063】
【発明の効果】
本発明によれば、小面積で高集積化に適した単一電子素子、及び半導体記憶装置を高い歩留まりで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す平面図と断面図。
【図2】本発明の第1の実施例を示す断面図。
【図3】本発明の第1の実施例を示す平面図と断面図。
【図4】本発明の第1の実施例を示す平面図と断面図。
【図5】本発明の第1の実施例を示す平面図と断面図。
【図6】本発明の第1の実施例を示す平面図と断面図。
【図7】本発明の第1の実施例を示す平面図と断面図。
【図8】本発明の第2の実施例を示す平面図と断面図。
【図9】本発明の第2の実施例を示す平面図と断面図。
【図10】本発明の第3の実施例を示す平面図と断面図。
【図11】本発明の第3の実施例を示す平面図と断面図。
【図12】本発明の第3の実施例を示す平面図と断面図。
【図13】本発明の第4の実施例を示す断面図。
【図14】本発明の第4の実施例を示す平面図と断面図。
【図15】本発明の第4の実施例を示す平面図と断面図。
【図16】本発明の第4の実施例を示す平面図と断面図。
【図17】本発明の第5の実施例を示す平面図と断面図。
【図18】本発明の第5の実施例を示す平面図と断面図。
【図19】本発明の第5の実施例を示す平面図と断面図。
【図20】本発明の第5の実施例を示す平面図と断面図。
【図21】本発明の第5の実施例を示す平面図と断面図。
【図22】本発明の第5の実施例を示す平面図と断面図。
【図23】本発明の第5の実施例を示す断面図。
【図24】従来の構造を示す平面図と断面図。
【図25】高段差上でのチャネル層形成の問題点を示す図。
【符号の説明】
101,201,301,401,501,601−−−−−−−−−−−−−−−−−−−単結晶Si基板
102,202,302,402,502,602−−−−−−−−−−−−−−−−−−−SiO膜(Si熱酸化膜)
103,203,303,405,503,604(a)−−−−−−−−−−−−−−−−ソース領域(ソース配線)
105,205,305,403,407,505,604(b)−−−−−−−−−−−−ドレイン領域(ドレイン配線)
111,211,311,413,512,605−−−−−−−−−−−−−−−−−−−チャネル多結晶Si膜
112,113,214,312,313,414,415,513,606,607−−−ゲート絶縁膜
114,215,314,416,514,608−−−−−−−−−−−−−−−−−−−ゲート電極
213−−−−−−−−微小Si粒 214−−−−−−−−−−−−−トンネル絶縁膜。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a structure of a single electronic memory using the semiconductor memory device and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Although a single electronic device that can operate with only one electron is expected as the ultimate electronic device, there has been a major obstacle that it operates only at a very low temperature despite many studies. In 1993, Yano et al. Of Hitachi succeeded in operating a single-electron device (including a single-electron memory) using an ultra-thin polycrystalline Si transistor at room temperature for the first time in the world (IEEE International Electron Devices Meeting 1993, 541 (1993)). )). Hereinafter, the structure of a single-electron memory developed by Yano et al. And a manufacturing method thereof will be described with reference to the drawings.
[0003]
FIG. 24 shows a plan view (a) and an AA ′ cross-sectional view (b) and (c) of an ultra-thin polycrystalline Si transistor. First, the single crystal Si substrate 601 is thermally oxidized to form a 500 nm SiO 2 After the film 602 is formed, 50 nm SiO 2 is formed by a low pressure chemical vapor deposition method (hereinafter, referred to as an LP-CVD method). 2 A film 603 is deposited. Subsequently, monosilane (SiH 4 ) And phosphine (PH 3 ), A polycrystalline Si film 604 containing phosphorus is deposited to a thickness of 50 nm by an LP-CVD method, and the phosphorus-doped polycrystalline Si film 604 is processed into a desired shape by a well-known lithography and dry etching technique. 604 (a) and a drain wiring 604 (b) are formed.
[0004]
Subsequently, an amorphous Si film to be a channel layer 605 is deposited to a thickness of about 4 nm by an LP-CVD method using thermal decomposition of monosilane at a temperature of about 500 ° C. 2 A film 606 is continuously deposited for about 10 nm. Here, the amorphous Si film is made of SiO 2 At the temperature (750 ° C.) at which the film 606 is deposited, it is converted to a polycrystalline Si film 605. The above SiO 2 The film 606 functions as a part of the gate insulating film, but also serves as a protective film when the channel layer 605 is processed later.
[0005]
The characteristics of the single-electron memory using the ultra-thin polycrystalline Si as the channel layer, that is, the threshold shift amount and the charge retention time, are more desirably as the thickness of the channel polycrystalline Si film 605 is smaller. It is preferably 5 nm or less. Next, the ultra-thin polycrystalline Si film 605 and SiO 2 are formed by electron beam (EB) lithography and dry etching. 2 The film 606 is processed into a desired shape to form a channel layer 605 (FIG. 24B).
[0006]
Next, about 30 nm of SiO to be the gate insulating film 607 is formed by the CVD method. 2 After depositing the film 607, a polycrystalline Si film 608 containing phosphorus is deposited for about 100 m. Finally, the phosphorus-doped polycrystalline Si film 608 is processed into a desired shape by lithography and dry etching to form a gate electrode wiring 608 (word line 608) (FIG. 24C).
[0007]
In a single-electron memory using an ultra-thin polycrystalline Si film, a memory element is formed by one transistor, so that the cell area can be extremely reduced. FIG. 24A is a plan view of a memory array of a single electronic memory. A common source line layout is used in which the source wiring 604 (a) of adjacent transistors is common. In the figure, the data lines (drain lines) of the respective memory cells are indicated by D1 to D5, the common source lines (source lines) are indicated by S1 to S4, and the word lines (gate electrodes) are indicated by W1 and W2. . As shown in the figure, when a memory cell was prototyped with a design rule of a minimum processing size of 0.2 μm, 0.96 μm with 4 bits 2 (2.4 × 0.4 μm) projected area, ie 0.24 μm 2 Can realize one bit.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The current single-electron memory is about two to three orders of magnitude slower than an SRAM or DRAM in terms of operating speed, but is non-volatile, has a simple memory cell structure, can be applied to conventional processes as it is, and has been miniaturized to the limit. It has a great advantage over conventional semiconductor memories, such as being operable. Therefore, it can be said that it is the semiconductor memory most suitable for high integration among future semiconductor memories.
[0009]
However, since the current memory cell structure is a planar structure, that is, a process in which source and drain wirings are formed in the same layer, the cell size is limited by the minimum processing size as in DRAM and the like. That is, in the current structure, the integration degree of about 3 to 4 times that of the DRAM is the limit (when the same design rule is used), and the feature of the single electronic memory that can be operated even if it is miniaturized to the limit is fully utilized. I can't.
[0010]
On the other hand, if EB lithography is applied, further miniaturization, specifically processing of 0.05 to 0.1 μm is possible, but using EB lithography many times lacks feasibility in terms of mass productivity. Therefore, when mass-producing a single-electron memory with the current planar cell structure, the minimum processing size (approximately 0.15 μm) achievable by excimer laser lithography is expected to be one barrier to high integration. .
[0011]
That is, how to reduce the cell area by using photolithography with high mass productivity is one of the important issues when using a single-electron memory as a general-purpose memory.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The above object can be achieved by making the cell structure three-dimensional, that is, by overlapping the layout of the source and the drain two-dimensionally via the insulating film. Further, in the three-dimensional cell structure, an insulating film fills a gap between adjacent stacked source and drain wirings which are planarly overlapped with each other, flattens the surface, and then forms a hole pattern in which side walls of the source and drain wirings are exposed. By forming a cell, processing of a channel layer and a gate electrode over a high step can be facilitated.
[0013]
Specifically, a step of forming a source / drain stacked wiring which overlaps two-dimensionally via an insulating film having a thickness corresponding to the channel length, a step of embedding an adjacent stacked wiring with an insulating film, Forming a hole pattern that exposes the side wall portions of the source and drain stacked wiring overlapped with the above, and after depositing the channel layer and the protective insulating film, anisotropically dry etching the entire surface to form only the hole pattern side wall portions in a self-aligned manner. The step of leaving the channel layer in the first step and the step of forming the gate insulating film and the gate electrode make it possible to form a memory cell only in the hole pattern.
[0014]
In addition, the insulating film that insulates and separates the source wiring and the drain wiring in the hole pattern, that is, the side wall of the insulating film serving as the base of the channel layer is recessed by a desired length from the edge of the side wall of the source and drain wirings. After that, the channel layer can be formed only between the source and the drain by depositing the channel layer and performing anisotropic dry etching on the entire surface.
[0015]
As described above, by making the memory cell structure three-dimensional, it becomes possible to form a memory cell at the intersection of a data line (drain wiring) and a word line (gate wiring). % Of the cell area can be reduced. In addition, a structure in which two memory cells are formed at the intersection of a data line and a word line, that is, a drain line 1 / common source line / drain line 2 structure in the vertical direction can reduce the cell area by about 35% of the planar structure. Can be reduced to
[0016]
However, if the cell structure is simply made vertical, a problem arises in processing the channel layer and the gate electrode wiring on the high step. A specific example will be described with reference to FIG. FIGS. 25A and 25B are ideal diagrams when the channel layer 707 (polycrystalline Si) is etched using the resist 708 as a mask. A source wiring 703 and a drain wiring 705 are arranged so as to overlap in a plane with an insulating film 704 having a thickness corresponding to a channel length, and a channel polycrystalline Si film 707 is formed on one side wall of the stacked wiring. Then, the cell area can be greatly reduced. However, in such a shape, processing of the channel polycrystalline Si film 707 becomes very difficult. Since anisotropic dry etching, which is usually used for processing a Si film, hardly progresses in the lateral direction, overetching corresponding to the height of the step is required to completely remove the channel Si707. Become. However, even if the over-etching is performed, it is very difficult to process the thin polycrystalline Si film on the vertical step, and an etching residue is left as shown in FIG. On the other hand, according to the isotropic dry etching method in which the etching in the lateral direction also proceeds, a defect occurs in which the source 703 and the drain wiring 705 formed of the same material as the channel polycrystalline Si film 707 are largely etched (FIG. 25 (c)). Further, even in the formation of the gate electrode wiring performed after the channel processing, the processing on the high step is very difficult, and the remaining etch or the like is fatal such as a short circuit between gates.
[0017]
According to the present invention, since the channel can be formed only on the side wall portion of the hole pattern in a self-aligned manner by dry etching the entire surface of the channel layer, the above-described problem associated with the formation of the channel layer does not occur. Also, in the processing of the gate electrode wiring, processing on a high step can be avoided, so that problems such as remaining etch do not occur.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Example 1)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, in FIG. 2A, a P-type (100) single-crystal Si substrate 101 is first thermally oxidized in a steam atmosphere at 1000 ° C. to form a 500-nm thick SiO 2 substrate. 2 After the film 102 is formed, a phosphorus-doped polycrystalline Si film 103 containing a high concentration of phosphorus (P) having a thickness of 50 nm and a SiO film having a thickness of 150 nm are formed by a chemical vapor deposition method (hereinafter referred to as a CVD method). 2 Film 104, 80 nm phosphorus doped polycrystalline Si film 105, and 100 nm SiO 2 Films 106 are sequentially deposited. The phosphorus concentration of the phosphorus-doped polycrystalline Si films 103 and 105 is 3 × 10 20 / Cm 3 And For deposition, monosilane (SiH 4 ) And phosphine (PH 3 ) Was deposited at a temperature of 620 ° C. In addition, SiO 2 The films 104 and 106 are made of monosilane (SiH 4 ) And nitrous oxide (N 2 O) was used as a source gas, and deposition was performed at a temperature of 750 ° C.
[0019]
Next, using the krypton fluoride (KrF) excimer laser lithography and dry etching, the SiO 2 2 Film 106 / phosphorus-doped polycrystalline Si film 105 / SiO 2 A layered film composed of the film 104 and the phosphorus-doped polycrystalline Si film 103 is patterned to form a line / space having a width of 0.2 μm and an interval of 0.3 μm (FIG. 2A). Here, the lowermost phosphorus-doped polycrystalline Si wiring 103 is a source wiring 103 of a single-electron memory, 2 The upper layer phosphorus-doped polycrystalline Si wiring 105 formed via the film 104 becomes the drain wiring 105. Here, the lower layer is a source wiring and the upper layer is a drain wiring, but there is no particular problem even if the source and drain wirings are upside down. Hereinafter, the wiring of the source / drain laminated film is referred to as a laminated wiring 110.
[0020]
Next, a 250 nm thick Si 3 N 4 The film 107 is deposited (FIG. 2B). Si 3 N 4 The film 107 is deposited by using dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) And ammonia (NH 3 ) Was used as a source gas, and deposition was performed at a temperature of 770 ° C.
[0021]
Next, by dry etching, the uppermost layer of SiO 2 The above Si is used until the surface of the film 106 is exposed. 3 N 4 The entire surface of the film 107 is etched back, and Si 3 N 4 The buried surface is flattened by the film 107 (FIG. 2C). In this embodiment, the dry etching method is applied to the etching of the buried insulating film 107. However, when the chemical mechanical polishing (CMP) method is used, even better flatness is obtained.
[0022]
Next, as shown in the plan view of FIG. 3A, a rectangular resist hole pattern 108 is formed so that one side surface of the laminated wiring 110 is exposed, and then the Si is formed by dry etching. 3 N 4 The film 107 is etched (FIG. 3B). In this embodiment, the resist hole pattern 108 was formed by using electron beam (EB) lithography, and the long side length was set to 0.25 μm and the short side length was set to 0.1 μm. As shown in FIG. 3B, the uppermost layer of the stacked wiring 110 is made of Si. 3 N 4 SiO serving as a mask for etching the film 107 2 Since the film 106 is present, Si 3 N 4 Only the film 107 is etched, and the source 103, the drain wiring 105, and the SiO 2 The structure is such that the side wall of the 104 film is exposed.
[0023]
Next, after removing the resist pattern 108 and cleaning the substrate surface, a 3 nm amorphous Si film serving as the channel layer 111 and a 10 nm SiO serving as the channel protective film are formed by the CVD method. 2 Films 112 are sequentially deposited. In the present embodiment, monosilane (SiH 4 ) Deposition was performed using gas at 480 ° C. and 80 Pa. Note that the above-mentioned amorphous Si film is formed of SiO 2 serving as a protective film. 2 At the temperature (750 ° C.) at which the film 112 is deposited, it is converted into a polycrystalline Si film 111 (FIG. 3C). What is important here is the thickness of the channel polycrystalline Si film 111. In order to obtain a sufficient threshold shift, the thinner the film thickness is, the better it is. According to our study, good characteristics are obtained in a region of 5 nm or less. Obtained.
[0024]
Next, the anisotropic dry etching method 2 The film 112 and the channel polycrystalline Si film 111 are sequentially etched. According to the anisotropic dry etching, the etching in the lateral direction hardly proceeds, so that the channel polycrystalline Si film 111 is formed only on the side wall of the hole pattern 109 as shown in FIGS. SiO 2 The structure in which the film 112 remains is obtained. As shown in FIG. 4B, the channel polycrystalline Si film 111 has an insulating film 104 (SiO 2 in this figure). 2 It is connected to the side wall of the source wiring 103 and the side wall of the drain wiring 105 via the film 104).
[0025]
Next, a 15-nm SiO film serving as the gate insulating film 113 is formed. 2 FIG. 4C in which the film 113 is deposited by the CVD method. In this embodiment, SiO 2 formed as a protective film for the channel polycrystalline Si film 111 is used. 2 The film 112 also becomes a part of the gate insulating film, but before the gate insulating film 113 is formed, the above SiO 2 is formed with a diluted hydrofluoric acid aqueous solution. 2 The film 112 may be removed.
[0026]
Next, a 150-nm phosphorus-doped polycrystalline Si film 114 serving as a gate electrode 114 is deposited by a CVD method, and the phosphorus-doped polycrystalline Si film 114 is processed into a predetermined shape by a KrF excimer laser lithography and a dry etching method. The wiring lines 114 (FIGS. 1A and 1B).
[0027]
In this embodiment, the phosphorus-doped polycrystalline Si film 114 containing phosphorus at a high concentration is used as the gate electrode wiring line 114. However, a stacked film in which tungsten (W), titanium (Ti), or the like is formed thereon, Silicide film or titanium tetrachloride (TiCl 4 ) And ammonia (NH 3 In the case of using titanium nitride (TiN) formed by a CVD method using) as a raw material, the resistance was further reduced.
[0028]
As shown in FIGS. 1A and 1B, the processing of the gate electrode wiring 114 according to the present invention covers the hole pattern 109 and is performed on a flat portion. There is no. Also, in the subsequent steps, since there is only a step of about the thickness of the gate electrode wiring, it is possible to prevent defects such as short-circuits in the step of forming word lines and data lines.
[0029]
FIG. 1C is an enlarged view of a portion A of FIG. 1A which is a plan view. The memory cell is formed on the side wall portion of the hole pattern 109. The channel is a portion where the distance between the source wiring 103 and the drain wiring 104 is the shortest, that is, the region where the stacked wiring 110 and the channel polycrystalline Si film 111 are in contact. (The portion described as the effective channel width in FIG. 1C).
[0030]
Next, a method for connecting a source / drain wiring of a single-electron memory cell and a peripheral circuit will be described. FIG. 5A is a plan view of two memory cells formed by the above-described method, and FIG. 5B is a cross-sectional view. The cross-sectional view in FIG. 5B shows that 100 nm of SiO 2 FIG. 4 shows a cross-sectional view in which a film 115 has been deposited. Therefore, as shown in FIGS. 5C and 5D, both ends of the memory cell (bb 'and cc' in FIG. 2 The structure is such that the film 115 is deposited. First, a hole pattern 116 for taking out the source wiring 103 is formed by excimer laser lithography, and then SiO 2 is formed by dry etching. 2 Film 115 / SiO 2 Film 106 / phosphorus-doped polycrystalline Si film 105 / SiO 2 The film 104 is sequentially etched to expose the surface of the source wiring 103 (FIG. 6C). Subsequently, after removing the resist pattern, a hole pattern 117 for extracting the drain wiring 105 is formed. Next, the dry etching method 2 Film 115 / SiO 2 The film 106 is etched to expose the surface of the drain wiring 105 (FIG. 6D). In this example, the diameter of the hole pattern was 0.35 μm.
[0031]
Next, 80 nm of SiO is formed by CVD. 2 After the film 118 is deposited, the SiO 2 is deposited by anisotropic dry etching. 2 The film 118 is etched to form SiO on the side walls of the hole patterns 116 and 117. 2 A sidewall of the film 118 is formed. By this etching, the surfaces of the source wiring 103 and the drain wiring 105 are exposed again. Next, after removing the natural oxide film on the surface of the source 103 / drain wiring 105 with a diluted hydrofluoric acid aqueous solution, a phosphorus-doped polycrystalline Si film 119 containing phosphorus at a high concentration is deposited to a thickness of 150 nm by a CVD method. Finally, the above-mentioned phosphorus-doped polycrystalline Si film is processed into a predetermined shape to form a source line 119 (a) and a data line 119 (b) (FIG. 7).
[0032]
In the present embodiment, a phosphorus-doped polycrystalline Si film 119 containing a high concentration of phosphorus is used as the source line 119 (a) and the data line 119 (b) connected to the memory cell, and tungsten (W) is formed thereon. , Titanium (Ti) or other laminated films or silicide films thereof, or titanium tetrachloride (TiCl 4 ) And ammonia (NH 3 The same result was obtained by using titanium nitride (TiN) formed by CVD method using ()) as a raw material.
[0033]
Although not shown in the present embodiment, if a contact hole is formed to connect to the gate electrode wiring 114 which is perpendicular to the drain wiring 105, the word line is formed simultaneously with the source line (a) and the data line 119 (b). Can be formed.
[0034]
(Example 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The single crystal Si substrate 201 is thermally oxidized to 500 nm SiO 2 After the formation of the film 202, SiO 2 is formed by the method described in the first embodiment. 2 Film 206 / drain wiring 205 / SiO 2 A laminated wiring 210 composed of the film 204 and the source wiring 203, a buried insulating film 207, and a hole pattern 209 are formed. Next, a 5-nm amorphous Si film and a 5-nm SiO 2 Films 212 are sequentially deposited. For deposition of an amorphous Si film, SiH diluted to 20% with nitrogen is used. 4 Was formed under the conditions of temperature 480 ° C., pressure and 80 Pa. The amorphous Si film is made of SiO 2 At a temperature (750 ° C.) at which the film 212 is deposited, the film 212 is converted into a polycrystalline Si film 211.
[0035]
Next, the above-mentioned SiO 2 was formed by anisotropic dry etching. 2 The film 212 / polycrystalline Si film 211 is entirely etched by an amount corresponding to each film thickness, and SiO 2 is formed only on the side wall of the hole pattern 209. 2 The film 212 / polycrystalline Si film 211 is left (FIG. 8B). Subsequently, the SiO 2 on the channel polycrystalline Si film 211 is diluted with a diluted hydrofluoric acid aqueous solution. 2 The film 212 is thinned to 3 nm by etching 2 nm (FIG. 8B).
[0036]
Next, minute Si grains 213 are deposited on the entire surface by the CVD method. Here, SiH diluted to 10% with helium (He) is used. 4 Was formed under the conditions of a temperature of 580 ° C., a pressure and 20 Pa. SiH 4 Of the polycrystalline Si film according to (1), the growth starts around the nucleus of Si formed on the base surface. The nucleation density has a correlation with the deposition temperature and the deposition pressure, and low-temperature and high-pressure conditions are preferable for obtaining a thin continuous structure. On the other hand, in order to obtain fine Si grains, if the nucleation density is reduced, that is, if deposition is performed at a high temperature and a low pressure, a continuous film is not formed, and fine Si grains are formed. Also, GeH 4 By adding a small amount of, the nucleation density is further reduced, and fine SiGe grains can be formed (FIG. 8C).
[0037]
Next, 20 nm of SiO to be the gate insulating film 214 by the CVD method. 2 After sequentially depositing a film 214 and a phosphorus-doped polycrystalline Si film 215 to be a gate electrode 215, the phosphorus-doped polycrystalline Si film 215 is processed into a predetermined shape to form a gate electrode wiring 215 (FIG. 9B). . FIG. 9 (c) is an enlarged view of a section B in FIG. 9 (b). The channel polycrystalline Si film 211 is formed on the side wall of the insulating film 204 that vertically separates the source wiring 203 and the drain wiring 205 and is connected to the side wall of the source 203 and the drain wiring 205. The fine-grain Si 213 is made of 3 nm SiO 2 serving as the tunnel insulating film 212. 2 SiO formed on the film 212 and further serving as the gate insulating film 214 2 Covered with film 214.
[0038]
In the single-electron element manufactured in this embodiment, as a voltage is applied to the gate electrode 215, a channel having a fine width is formed in the channel polycrystalline Si film 211. When a voltage is further applied, electrons are repelled from the channel and are captured in the fine Si 213. That is, the fine Si 213 functions as a carrier confinement region. When the electrons are captured by the fine Si213, current stops flowing through the channel due to Coulomb repulsion. Therefore, it is possible to store information depending on the presence or absence of the carrier in the fine Si213.
[0039]
What is important in the present invention is the thickness of the tunnel insulating film 212 separating the fine Si 213 and the channel polycrystalline Si film 211, the diameter of the fine Si 213, and the interval (area density) between the fine Si 213. When the thickness of the tunnel insulating film 212 is increased, the carrier injection time is increased and the threshold shift amount is reduced. In this example, good results were obtained in a region where the thickness of the tunnel insulating film 212 was 5 nm or less.
[0040]
On the other hand, the diameter of the fine Si 213 is preferably as small as possible in view of the charge retention time. Further, the interval between the fine Si 213 is preferably as small as possible in order to suppress the variation of the carrier injection time. In the present example, good characteristics were exhibited in the region where the diameter of the fine Si213 and the interval thereof were 10 nm or less.
[0041]
(Example 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As in the first embodiment, a P-type (100) single-crystal Si substrate 301 is thermally oxidized in a steam atmosphere to form a 500 nm SiO 2 After forming the film 302, an 80 nm phosphorus-doped polycrystalline Si film 303 serving as a common source plate 303 is deposited by a CVD method. Next, the phosphorus-doped polycrystalline Si film 303 is patterned into a predetermined shape by lithography and dry etching. Subsequently, 150 nm SiO 2 was formed by CVD. 2 A film 304, a 50 nm phosphorus-doped polycrystalline Si film 305 serving as a drain wiring 305, and a 50 nm Si 3 N 4 Films 306 are sequentially deposited. Next, the Si 3 N 4 After the film 306 and the phosphorus-doped polycrystalline Si film 305 are patterned into a predetermined shape by a known method to form a drain wiring 305, a 30 nm SiO 2 film is formed by a CVD method. 2 The film 307 is deposited. In the present embodiment, the source line 303 is processed into a plate shape so that a plurality of memory cells share the source line 303, that is, a common source line structure (FIGS. 10A and 10B). ).
[0042]
Next, as shown in the plan view of FIG. 10A, a rectangular resist hole pattern 308 is formed so that only one side of the drain wiring 305 is exposed, and then SiO 2 is formed by dry etching. 2 The film 304 and the common source plate 303 are etched. In the present embodiment, the resist hole pattern 308 was formed using electron beam (EB) lithography, and the long side length was set to 0.2 μm and the short side length was set to 0.1 μm (FIG. 10C).
[0043]
Next, the channel polycrystalline Si film 311 and the SiO film serving as the protective film 312 are formed by the method described in the first embodiment. 2 A film 312 is formed (FIG. 11B). In this embodiment, the thickness of the channel polycrystalline Si film 311 is 2.5 nm, 2 The thickness of the film 312 was 7 nm. Subsequently, the SiO 2 is removed by anisotropic dry etching. 2 The film 312 and the polycrystalline Si film 311 are etched to form the channel polycrystalline Si film 311 only on the side wall of the hole pattern 309 (FIGS. 11A and 11C).
[0044]
Next, 15 nm of SiO to be the gate insulating film 313 by the CVD method. 2 After depositing a film 313 and a 100-nm phosphorus-doped polycrystalline Si film 314 to be a gate electrode 314, the phosphorus-doped polycrystalline film 314 is processed into a predetermined shape to form a gate electrode wiring 314 (FIGS. 12A and 12B). b)). Thereafter, source lines, data lines, and word lines are formed by the method described in the first embodiment.
[0045]
According to the present embodiment, since the sources of a plurality of memory cells are shared by using the source plate 303, the number of source lines can be significantly reduced. In addition, since the common source plate structure eliminates the step of forming a buried insulating film, the step of flattening between memory cells can be greatly simplified.
[0046]
(Example 4)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the first embodiment, the structure in which one memory cell is arranged in one hole pattern located at the intersection of the drain wiring and the gate electrode wiring is formed. In this embodiment, two memory cells are arranged in one hole pattern. It is to arrange. That is, a common source line is disposed in the middle, and two independent drain lines are disposed above and below the common source line via an insulating film. Therefore, a structure in which two drain wirings and one source wiring are overlapped in a plane is obtained, and a cell area which is half of the structure shown in the first embodiment can be realized.
[0047]
First, a P-type (100) single crystal Si substrate 401 is thermally oxidized to form a 500 nm SiO 2 After the film 402 is formed, a 50 nm phosphorus-doped polycrystalline Si film 403 and a 100 nm SiO 2 Film 404, 50 nm phosphorus-doped polycrystalline Si film 405, 100 nm SiO 2 Film 406, 80 nm phosphorus-doped polycrystalline Si film 407 and 70 nm SiO 2 Films 408 are sequentially deposited. Next, the laminated films 403, 404, 405, 406, 407, and 408 deposited by the CVD method are processed into a predetermined shape by KrF excimer laser lithography and dry etching. As shown in FIG. 13A, the phosphorus-doped polycrystalline Si film 405 located in the middle becomes the common source wiring 405, and insulating films 404 and 406 (in this figure, SiO 2 2 The phosphorus-doped polycrystalline Si films 403 and 407 arranged via the films 404 and 406 become two independent data lines 403 and 407 (drain wirings 403 and 407), respectively. Hereinafter, the laminated film is referred to as a laminated wiring 410.
[0048]
Next, Si for filling the space between the stacked wirings 410 by the CVD method is used. 3 N 4 A film 409 is deposited to a thickness of 250 nm (FIG. 13B). Subsequently, the uppermost layer of SiO 2 2 The above Si is used until the surface of the film 408 is exposed. 3 N 4 The entire surface of the film 409 is etched back to planarize the surface (FIG. 13C).
[0049]
Next, as shown in the first embodiment, after forming a hole resist pattern 411 such that one side wall portion of the laminated wiring 410 is exposed, Si as a buried insulating film is formed. 3 N 4 The film 409 is etched (FIG. 14A). Subsequently, after removing the resist pattern 411, a 2.5-nm channel polycrystalline Si film 413 and a 7-nm SiO 2 A protective film 414 is deposited. Thereafter, the SiO 2 is removed by anisotropic dry etching. 2 The film 414 / channel polycrystalline Si film 413 is etched to form a channel polycrystalline Si film 413 only on the side wall of the hole pattern 412 (FIG. 14C).
[0050]
Next, a 15-nm SiO film serving as a gate insulating film 415 is formed by CVD. 2 After depositing the film 415 and the phosphorus-doped polycrystalline Si film 416 of 100 nm, the gate electrode wiring 416 is formed by processing the phosphorus-doped polycrystalline Si film 416 into a predetermined shape. Subsequently, 80 nm SiO 2 was formed by CVD. 2 After the film 417 is deposited, the source wiring 405 and the two drain wirings 403 and 407 are taken out by the method described in the first embodiment. However, in this embodiment, three contact holes 418, 419, and 420 are required for one stacked wiring 410 because there are 4051 common source lines and two drain wirings 403 and 407 (FIG. 15).
[0051]
FIG. 15A is a plan view after forming source and drain wirings, and FIG. 15B is a cross-sectional view of a memory cell portion. FIGS. 16 (a), (b), and (c) are cross-sectional views taken along the lines bb ', cc', and dd 'of the plan view of FIG. FIG. 16B shows one drain wiring 403 (the lowermost drain wiring 403), FIG. 16D shows the other drain wiring 407 (the uppermost drain wiring 407), and FIG. , The extraction portion of the common source wiring 405 (intermediate layer). As described in the first embodiment, each of the wirings 403, 405, and 407 is made of SiO which is the sidewall insulating film 421. 2 The films 421 are insulated from each other. The wirings 403, 405, and 407 are taken out by patterning them into a predetermined shape using a phosphorus-doped polycrystalline Si film 422 formed by a CVD method, and the common source line 422 (b) and the data line 422, respectively. (A) and (c) are formed.
[0052]
In this embodiment, the connection between the gate electrode wiring 416 and the word line is not shown, but as shown in the first embodiment, only one contact hole is added and the same process as the source line and the data line is performed. Word lines can be formed.
[0053]
(Example 5)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The single-crystal Si substrate 501 is thermally oxidized to 500 nm SiO 2 After forming the film 502, a 50 nm phosphorus-doped polycrystalline Si film 503 and a 100 nm SiO 2 Film 504, 50 nm phosphorus-doped polycrystalline Si film 505, 50 nm Si 3 N 4 A film 506 and a 50 nm polycrystalline Si film 507 are sequentially deposited. Next, the laminated film 510 (503 to 507) formed by the above-mentioned CVD method is patterned by a KrF excimer laser lithography technique using a phase shift together and a dry etching method, so that a line width is 0.15 μm and an interval is 0.15 μm. (FIGS. 17A and 17B). Next, a 200 nm Si 3 N 4 After the film 508 is deposited, the above-described Si 3 N 4 The film 508 is etched back to flatten the surface (FIGS. 17A and 17C).
[0054]
Next, as shown in FIG. 18A, a hole resist pattern 509 is formed at the center of one of the adjacent stacked wirings 510. At this time, it is important to form a resist pattern 509 at a position where only one side wall of each laminated wiring 510 is exposed. In this embodiment, the EB lithography technique was applied to the formation of the resist pattern 509, and a hole pattern 509 having a short side length of 0.1 μm and a long side length of 0.2 μm was formed.
[0055]
Next, using the hole resist pattern 509 as a mask, 3 N 4 The film 508 is etched. The uppermost polycrystalline Si film 507 of the laminated wiring 510 is made of Si 3 N 4 Since the hole pattern 511 serves as a mask at the time of etching the film 508, the hole pattern 511 is formed between adjacent stacked wirings 510. 3 N 4 Only the film 508 is etched, and the side wall of the laminated wiring is exposed (FIG. 18).
[0056]
Next, after removing the resist pattern 509, a 2.5% dilute hydrofluoric acid aqueous solution is used to remove the SiO 2 on the side walls of the laminated wiring. 2 The film 504 is etched and SiO 2 is formed from the side wall edge 511. 2 The surface of the side wall of the film 504 is receded by about 30 nm. Si 3 N 4 Since the films 506, 508 and the polycrystalline Si films 503, 505, 507 are hardly etched by the diluted hydrofluoric acid aqueous solution, the side wall of the hole pattern 511 is 2 Only the film 504 is etched, resulting in an overhang shape as shown in FIG.
[0057]
Next, a 2.5 nm amorphous Si film to be a channel layer 512 is deposited by a CVD method. In the present embodiment, monosilane (SiH 4 ) Was deposited at a temperature of 480 ° C. The step coverage of the Si film deposited by thermal decomposition of monosilane is very good, and a uniform film can be formed even on an overhang-shaped base as in this embodiment (FIG. 20).
[0058]
Next, the entire surfaces of the Si films 512 and 507 are etched by an anisotropic dry etching method to remove the polycrystalline Si 507 on the uppermost layer of the laminated wiring 510 and the amorphous Si film 512 on the side wall of the hole pattern. In the anisotropic dry etching, since the lateral etching hardly progresses, over-etching was performed until the amorphous Si film 512 on the side wall of the hole pattern was removed (FIG. 21).
[0059]
FIG. 23 is an enlarged view of a section C in FIG. 21. The polycrystalline Si film 507 on the uppermost layer of the stacked wiring 510 and the amorphous Si film 512 on the side wall of the hole pattern are removed by the over-etching, but the SiO 2 is recessed from the edge of the stacked wiring 510 by hydrofluoric acid etching. 2 The amorphous Si film 512 on the side wall of the film 504 is not etched because the polycrystalline Si film 505 serving as the drain wiring 505 becomes the eaves of the etching. Therefore, the channel Si film 512 is formed between the source 503 and the drain 505 in a self-aligned manner. As shown in the figure, the ionic species of the anisotropic dry etching are incident at an angle of 2 to 5 ° with respect to the vertical plane of the wafer. Therefore, the insulating film 504 (in this figure, SiO 2 2 When the film thickness of the film 504) is d and the incident angle of ions is θ, the lateral etching amount ΔX from the side wall edge is ΔX = d · tan θ. That is, if the receding length X of the insulating film is X≫ΔX, the channel film can be formed in a self-aligned manner.
[0060]
In this embodiment, SiO 2 2 Since the thickness of the film 504 is d = 100 nm, ΔX = 8.75 nm (θ = 5 °). Therefore, if the trench is retracted from the pattern edge by about 10 nm or more, the channel Si film 512 is not etched even if over-etching is performed (X ≒ 30 nm in this embodiment).
[0061]
Next, 15 nm of SiO to be the gate insulating film 513 by the CVD method. 2 A film 513 and a 100-nm phosphorus-doped polycrystalline Si film 514 to be a gate electrode 514 are deposited. The amorphous Si film 512 is formed of the SiO 2 2 When the film 513 is deposited, it becomes a polycrystalline Si film 512. Finally, the phosphorus-doped polycrystalline Si film 514 is processed into a predetermined shape by KrF excimer laser lithography by phase shift and dry etching to form a gate wiring (FIG. 22).
[0062]
Thereafter, the source line, the data line, and the word line are connected by the method described in the first embodiment, and the formation of the single electronic element is completed.
[0063]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a single electronic element suitable for high integration with a small area, and a semiconductor memory device can be provided with high yield.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view and a sectional view showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view and a cross-sectional view showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan view and a sectional view showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a plan view and a sectional view showing the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a plan view and a sectional view showing the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan view and a sectional view showing the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a plan view and a sectional view showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a plan view and a sectional view showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a plan view and a sectional view showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a plan view and a sectional view showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a plan view and a sectional view showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a sectional view showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a plan view and a sectional view showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a plan view and a sectional view showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a plan view and a sectional view showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a plan view and a sectional view showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a plan view and a sectional view showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a plan view and a sectional view showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a plan view and a sectional view showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a plan view and a sectional view showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a plan view and a sectional view showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a sectional view showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 24 is a plan view and a cross-sectional view showing a conventional structure.
FIG. 25 is a view showing a problem of forming a channel layer on a high step.
[Explanation of symbols]
101, 201, 301, 401, 501, 601 ---- Single-crystal Si substrate
102, 202, 302, 402, 502, 602 --------------- SiO 2 Film (Si thermal oxide film)
103, 203, 303, 405, 503, 604 (a)----------source area (source wiring)
105, 205, 305, 403, 407, 505, 604 (b) Drain region (drain wiring)
111, 211, 311, 413, 512, 605------------------poly-Si film
112, 113, 214, 312, 313, 414, 415, 513, 606, 607 --- gate insulating film
114, 215, 314, 416, 514, 608 -------- Gate electrode
213-------Fine Si particles 214----------Tunnel insulating film.

Claims (8)

第1導電層と第2導電層に接続されたチャル領域を設け、該チャネル領域と一体化された領域にキャリア閉じ込め領域を有し、該キャリア閉じ込め領域にキャリアを保持することにより、しきい値電圧を変化させる絶縁ゲート型電界効果トランジスタにおいて、該第1導電層がチャルの長さに相当する厚さの絶縁物を介して該第2導電層の上あるいは下に配置され、該チャネル領域の少なくとも一部が該第1導電層および該第2導電層領域を絶縁分離している絶縁膜の側壁部に形成されて、かつ該第1および第2導電層は少なくとも一部が平面的に重複していることを特徴とする半導体装置。 Channelization Le region connected to the first conductive layer and the second conductive layer is provided, having a carrier confinement region in a region which is integrated with the channel region, by holding the carrier in said carrier confinement region, teeth in an insulated gate field effect transistor to vary the threshold voltage, it is arranged above or below the second conductive layer through the thickness of the insulating material first conductive layer corresponds to the length of the channelization Le, At least a portion of the channel region is formed on a side wall of an insulating film that insulates and separates the first conductive layer and the second conductive layer region, and the first and second conductive layers have at least a portion thereof. A semiconductor device characterized by being planarly overlapped. 請求項1に記載の半導体装置において、前記チャル領域は多結晶珪素からなり厚さは5nm以下であることを特徴とする半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein a said channelization Le region thickness as polycrystalline silicon is 5nm or less. 請求項1または2に記載の半導体装置において、前記第1導電層または前記第2導電層は隣接するそれぞれ第1導電層あるいは第2導電層と一体形成されていることを特徴とする半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein said first conductive layer or said second conductive layer is formed integrally with an adjacent first conductive layer or second conductive layer, respectively. 第1導電層と第2導電層に接続されたチャル領域が形成され、該チャネル領域上にトンネル絶縁膜が形成され、該トンネル絶縁膜上に微粒子で形成されたキャリア閉じ込め領域を有し、該キャリア閉じ込め領域上にゲート酸化膜が形成され、該キャリア閉じ込め領域にキャリアを保持することにより、しきい値電圧を変化させる絶縁ゲート型電界効果トランジスタにおいて、該第1導電層がチャルの長さに相当する厚さの絶縁物を介して該第2導電層の上あるいは下に配置され、該チャネル領域の少なくとも一部が該第1導電層および該第2導電層領域を絶縁分離している絶縁膜の側壁部に形成されて、かつ該第1および第2導電層は少なくとも一部が平面的に重複していることを特徴とする半導体装置。Connected channelization Le regions are formed in the first conductive layer and the second conductive layer, the tunnel insulating film in a channel region is formed, having a carrier confinement region formed in fine particles on the tunnel insulating film a gate oxide film on said carrier confinement region is formed by holding a carrier in the carrier confinement region, the insulated gate field effect transistor to vary the threshold voltage, the first conductive layer channelization Le The second conductive layer is disposed above or below the second conductive layer via an insulator having a thickness corresponding to the length of the first conductive layer and the second conductive layer region. A semiconductor device formed on a side wall of the insulating film, wherein at least a part of the first and second conductive layers overlaps in a plane. 請求項4に記載の半導体装置において、前記微粒子の直径、及び微粒子間の距離は10nm以下であることを特徴とする半導体装置。5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the diameter of the fine particles and the distance between the fine particles are 10 nm or less. 請求項4に記載の半導体装置において、前記微粒子はシリコン微粒子あるいはシリコン・ゲルマニウム微粒子で形成されていることを特徴とする半導体装置。5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the fine particles are formed of silicon fine particles or silicon-germanium fine particles. 第1導電層と第2導電層に接続されたチャル領域を設け、該チャネル領域近傍にキャリア閉じ込め領域を有し、該キャリア閉じ込め領域を覆うゲート絶縁膜を有し、該ゲート絶縁膜を覆う筒状のゲート電極を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタにおいて、該第1および第2導電層は少なくとも一部が平面的に重複しているおり、該第1導電層はチャルの長さに相当する厚さの絶縁物を介して該第2導電層の上あるいは下に配置され、該チャネル領域の少なくとも一部は前記絶縁膜の側壁部に形成されて、該チャネル領域を含む層は筒状のゲート電極を囲繞するように形成されていることを特徴とする半導体装置。 Channelization Le region connected to the first conductive layer and the second conductive layer is provided, having a carrier confinement region in the vicinity of the channel region, a gate insulating film covering the carrier confinement region, the gate insulating film in an insulated gate field effect transistor having a cylindrical gate electrode, said first and second conductive layers are at least partially overlap in plan view, the first conductive layer channelization Le length covering Is disposed above or below the second conductive layer with an insulator having a thickness corresponding to that of at least a portion of the channel region formed on a side wall of the insulating film, and a layer including the channel region is A semiconductor device formed so as to surround a cylindrical gate electrode. 請求項6に記載の半導体装置において、キャリア閉じ込め領域はチャネル層含まれるように形成されているか、あるいはチャネル層の外側に形成されていることを特徴とする半導体装置。The semiconductor device according to claim 6, the semiconductor device carrier confinement region, characterized in that formed on the outside of or are made form to be in the channel layer, or channel layer.
JP28369196A 1996-10-25 1996-10-25 Semiconductor device Expired - Fee Related JP3599500B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28369196A JP3599500B2 (en) 1996-10-25 1996-10-25 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28369196A JP3599500B2 (en) 1996-10-25 1996-10-25 Semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH10135414A JPH10135414A (en) 1998-05-22
JP3599500B2 true JP3599500B2 (en) 2004-12-08

Family

ID=17668837

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP28369196A Expired - Fee Related JP3599500B2 (en) 1996-10-25 1996-10-25 Semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3599500B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5248819B2 (en) * 2006-08-07 2013-07-31 三星電子株式会社 Transistor and manufacturing method thereof
JP2020064969A (en) 2018-10-17 2020-04-23 キオクシア株式会社 Semiconductor device and method for manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JPH10135414A (en) 1998-05-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102342709B1 (en) Three-dimensional memory device and its manufacturing methods using alternative drain select gate electrodes
US6037223A (en) Stack gate flash memory cell featuring symmetric self aligned contact structures
TW202201739A (en) Memory device and manufacturing method thereof
US7768061B2 (en) Self aligned 1 bit local SONOS memory cell
US8390051B2 (en) Methods of forming semiconductor device structures and semiconductor device structures including a uniform pattern of conductive lines
JP3860582B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US20060091556A1 (en) Semiconductor device and its manufacturing method
US20110260288A1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
TW202218129A (en) Method of manufacturing three-dimensional memory device
JP2001044390A (en) Vertical sidewall device aligned to crystal axis and manufacture thereof
WO2014011415A1 (en) Three dimensional nand device and method of charge trap layer separation and floating gate formation in the nand device
KR20060028765A (en) Non-volatile memory device
TWI771954B (en) Memory array and method for forming the same
TWI743784B (en) Processes for forming 3-dimensional horizontal nor memory arrays
US20220367198A1 (en) Semiconductor Device and Method
JP3531641B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2007110088A (en) Semiconductor integrated circuit device and method for manufacturing the same
TW200828515A (en) Transistor surround gate structure with silicon-on-insulator isolation for memory cells, memory arrays, memory devices and systems and methods of forming same
JP3147108B2 (en) Method for manufacturing semiconductor memory device
TW200406044A (en) Floating gate memory structures and fabrication methods
US7705390B2 (en) Dual bit flash memory devices and methods for fabricating the same
JP4600836B2 (en) Manufacturing method of semiconductor memory device
JP2007158297A (en) Memory device
US20240371689A1 (en) Transistor gate contacts
JP3599500B2 (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20040309

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040601

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040727

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040831

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040914

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080924

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080924

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090924

Year of fee payment: 5

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees