JP3641596B2 - Semiconductor memory device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体記憶装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、デジタルカメラを初めとする記録媒体や携帯電話を初めとする携帯オーディオ機器市場の急激な拡大に伴い、フラッシュメモリの需要は急速に拡大しつつある。現在、これら機器の小型化、軽量化、高機能化の要求がますます厳しくなってきており、それに伴いフラッシュメモリの微細化、高集積化、低電源電圧化、信頼性の向上が益々要求されるようになってきている。なかでも、NAND型フラッシュメモリは、その高速性、高集積化の容易化のために、需要が急激に伸びている。
【0003】
NAND型フラッシュメモリにおいては、通常のMOSトランジスタの場合に比べて電源電圧が高いので、信頼性の向上が不可欠である。例えば、待機時における誤書き込みの抑制や選択ゲートトランジスタにおける耐圧の向上がフラッシュメモリの信頼性を向上させるためにも重要である。
【0004】
信頼性向上のための方策として、ソース・ドレイン拡散層濃度を低くすることが行われている。この方法は、耐圧向上、誤書き込み抑制の点で現在のところ最も有効な手段である。
【0005】
図8は、従来のフラッシュメモリの断面図である。
【0006】
図8に示すように、半導体基板10上にトンネル絶縁膜3が形成されている。トンネル絶縁膜3上にフローティングゲート2が形成されている。フローティングゲート2上にはゲート絶縁膜4が形成されている。ゲート絶縁膜4上にはコントロールゲート1が形成されている。トンネル絶縁膜3を挟むように半導体基板10中にはソース領域8及びドレイン領域9が形成されている。ソース領域8及びドレイン領域9は耐圧向上、誤書き込み抑制のために拡散濃度が低く抑えられている。
【0007】
フローティングゲート2及びコントロールゲート1表面は絶縁膜5で覆われている。フローティングゲート2及びコントロールゲート1からなる積層構造の側壁には窒化シリコンからなる側壁絶縁膜7が形成されている。
【0008】
しかし、この製造方法は、デバイスの電気特性上問題を引き起こす場合がある。NAND型フラッシュメモリでは、選択ゲートトランジスタにセルフアラインコンタクトを形成する。その際、選択比をとるため、側壁絶縁膜7に窒化膜を形成する。しかしながら、側壁絶縁膜7下に位置する絶縁膜6に接する領域には、トラップサイトが多数形成される。フラッシュの動作時には、大部分の電子はトンネル絶縁膜3を介してフローティングゲート2と半導体基板10との間でやり取りされるが、側壁絶縁膜7と絶縁膜6を介してやり取りされる電子も存在する。
【0009】
側壁窒化膜7が窒化物で形成されているために絶縁膜6との界面領域にトラップサイトが形成され、このトラップサイトに電子がトラップされることで、界面準位となる。ソース領域8とドレイン領域9は上述した理由で濃度が低くなっているため、このトラップされた電子によってソース領域8とドレイン領域9の側壁絶縁膜7下に空乏層が形成される。この空乏層は寄生抵抗を増大させるため、ドレイン電流値を低下させるという問題がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
従来、耐圧向上、誤書き込み防止の観点から拡散層濃度の低下が必要とされている。しかしながら、拡散層濃度の低下は、側壁窒化膜下の界面準位による拡散層表面の空乏化による寄生抵抗の増大をもたらす問題がある。
【0011】
本発明は、上記問題を解決するために成されたもので、側壁絶縁膜下の界面準位による拡散層表面空乏化を防ぎ、耐圧向上、誤書き込み防止とともに駆動力の向上をはかり得る半導体記憶装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、シリコン半導体基板と、前記シリコン半導体基板上に形成されたトンネル絶縁膜と、前記トンネル絶縁膜上に形成されたフローティングゲートと、前記フローティングゲート上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたコントロールゲートと、前記フローティングゲート及び前記コントロールゲートを被覆する絶縁膜と、前記トンネル絶縁膜下の前記シリコン半導体基板中に形成されたチャネル領域と、前記シリコン半導体基板中に離間し、前記チャネル領域が間に位置するように形成されたソース領域及びドレイン領域と、前記ソース領域及びドレイン領域上の前記フローティングゲートに対向する位置に形成されたアンドープシリコン半導体領域と、前記ソース領域及びドレイン領域上の前記アンドープシリコン半導体領域に接する位置に形成されたドープシリコン半導体領域と、前記ドープシリコン半導体領域上には形成されることなく前記アンドープシリコン半導体領域上に形成されたシリコン窒化膜とを具備することを特徴とする半導体記憶装置。を提供する。
【0014】
また、本発明は、シリコン半導体基板上にトンネル絶縁膜を形成する工程と、前記トンネル絶縁膜上にフローティングゲートを形成する工程と、前記フローティングゲート上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にコントロールゲートを形成する工程と、前記フローティングゲート、コントロールゲート及び前記シリコン半導体基板上を絶縁膜で被覆する工程と、前記フローティングゲート及びコントロールゲートをマスクとして前記シリコン半導体基板中にソース領域及びドレイン領域を形成する工程と、前記フローティングゲート及びコントロールゲートからなる積層構造に隣接するシリコン半導体基板表面を露出する工程と、前記露出されたシリコン半導体基板表面上にシリコン層を選択成長する工程と、前記コントロールゲートの側壁にシリコン窒化膜を形成する工程と、前記シリコン窒化膜をマスクとして不純物を注入することによって前記フローティングゲートに対向する前記シリコン層をアンドープ領域とし前記シリコン窒化膜に覆われていない前記シリコン層をドープ領域とする工程とを具備することを特徴とする半導体記憶装置の製造方法を提供する。
【0015】
また、本発明は、シリコン半導体基板上にトンネル絶縁膜を形成する工程と、前記トンネル絶縁膜上にフローティングゲートを形成する工程と、前記フローティングゲート上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にコントロールゲートを形成する工程と、前記フローティングゲート、コントロールゲート及び前記シリコン半導体基板上を絶縁膜で被覆する工程と、前記シリコン半導体基板全面にシリコン層を堆積する工程と、前記シリコン層をエッチングして前記フローティングゲート及びコントロールゲートからなる積層構造に隣接する前記シリコン半導体基板表面上に前記シリコン層を残す工程と、前記コントロールゲートの側壁にシリコン窒化膜を形成する工程と、前記シリコン窒化膜をマスクとして不純物を注入することによって前記フローティングゲートに対向する前記シリコン層をアンドープ領域とし前記シリコン窒化膜に覆われていない前記シリコン層をドープ領域としつつソース領域及びドレイン領域を同時に形成する工程とを具備することを特徴とする半導体記憶装置の製造方法を提供する。
【0019】
本発明によれば、シリコン窒化膜とシリコン半導体基板表面との間にアンドープのシリコン半導体領域が設けられているので、シリコン窒化膜下部の界面準位とシリコン基板表面との距離を離すことができる。このため、微細フラッシュメモリのようにソース拡散層及びドレイン拡散層の濃度が低い場合でも、シリコン窒化膜下部の界面準位に起因する拡散層表面の空乏化を抑制することができる。従って、微細フラッシュメモリなどにおいて益々顕著となる拡散濃度の低下に伴う電流駆動力の低下を抑制することができ、耐圧向上、誤書き込み防止と共に駆動力の向上をはかることが可能となる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【0021】
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に関わる不揮発性半導体記憶装置の素子構造を示す断面図である。図1では1セル部分の構成を示すが、このセル構造はNAND型、NOR型、OR型、AND型の各種メモリセルユニットに適用できる。
【0022】
図1に示すように、p型のシリコン基板10上に、トンネル絶縁膜3が形成されている。このトンネル絶縁膜3上にフローティングゲート2が形成されている。フローティングゲート2上にはゲート絶縁膜4が形成されている。このゲート絶縁膜4上にはコントロールゲート1が形成されている。フローティングゲート2及びコントロールゲート1は被覆用の酸化シリコンからなる絶縁膜5によって覆われている。コントロールゲート1の側面には窒化シリコンからなる側壁絶縁膜7が絶縁膜5を介して形成されている。
【0023】
トンネル絶縁膜3下のチャネル領域を挟む位置のシリコン基板10中にはn型不純物拡散層からなるソース領域8及びドレイン領域9が形成されている。ソース領域8及びドレイン領域9上にはシリコンからなる領域17及び18が形成されている。シリコンからなる領域のうち窒化シリコンからなる側壁絶縁膜7の下でありフローティングゲート2に対向する領域18は、アンドープの絶縁領域となっている。またシリコンからなる領域のうち側壁絶縁膜7に覆われていない領域17は、n型の不純物がドーピングされた導電領域となっている。シリコンの領域17は側壁絶縁膜7をマスクとして、イオン注入することによってドープされる。シリコンの領域18は側壁絶縁膜7がマスクされているので、不純物がドーピングされていないアンドープ領域となる。このように領域17は側壁絶縁膜の下に形成されていないことが絶縁性を保つ上で望ましい。
【0024】
この半導体記憶装置は、シリコン窒化膜からなる側壁絶縁膜7の下のシリコン基板10上にアンドープのシリコン領域18が設けられている。このことにより、側壁絶縁膜7下部に存在する界面準位とシリコン基板10の表面との距離を離すことができる。このため、ソース領域8及びドレイン領域9の濃度が低い場合でも、側壁絶縁膜7下部に存在する界面準位により、ソース領域8及びドレイン領域9の表面が空乏化することを抑制することが可能になる。
【0025】
図2に、ソース領域8及びドレイン領域9の不純物プロファイルを示す。図2中、Aで示す曲線は本半導体記憶装置のソース領域8及びドレイン領域9のプロファイルである。Bで示す曲線は、シリコン領域17及び18がなく側壁絶縁膜7が直接半導体基板10上に形成された構造の場合のソース領域8及びドレイン領域9のプロファイルである。
【0026】
図2からわかるように、Aで示す曲線では、不純物プロファイルがBで示す曲線よりも、より急峻に、より浅くなっている。従って、本半導体記憶装置の構造では、より浅い接合を形成することができ、ソース領域8及びドレイン領域9間のリーク電流を抑制できる。さらにソース領域8及びドレイン領域9間の耐圧を向上させることが可能になる。
【0027】
実際に、側壁絶縁膜7とシリコン基板10との間の距離をどれくらいにすればよいのかは、設計事項であり、ドレイン領域表面の寄生抵抗の大きさが設計上どれだけ許されるか、による。これによりアンドープのシリコンの領域18の厚さを決定すればよい。
【0028】
次に、図3を用いて本実施形態の半導体記憶装置の製造方法の一例を説明する。
【0029】
先ず、図3(a)に示すように、p型シリコン基板10上にトンネル絶縁膜3を形成する。次に、このトンネル絶縁膜3上にフローティングゲート2を形成する。次に、このフローティングゲート2上にゲート絶縁膜4を形成する。次に、このゲート絶縁膜4上にコントロールゲート1を形成する。
【0030】
トンネル絶縁膜3及びゲート絶縁膜4は、例えば酸化シリコンを用いればよい。フローティングゲート2及びコントロールゲートは例えば多結晶シリコンを用いればよい。それぞれの膜の形成方法はCVDやスパッタ等を用いればよい。またこの積層構造は、マスクを用いてパターニングしても良いし、選択成長を用いて整形しても良い。
【0031】
次に、図3(b)に示すように、フローティングゲート2及びコントロールゲート1からなる積層構造の表面を、酸化シリコンからなる絶縁膜5で被覆する。
【0032】
次に、図3(c)に示すように、被覆用絶縁膜5を介して1回目のイオン注入により、フローティングゲート2を挟む位置に、n型不純物拡散領域からなるソース領域8及びドレイン領域9を形成する。
【0033】
次に、図3(d)に示すように、ソース領域8及びドレイン領域9上の絶縁膜5をエッチングし、フローティングゲート2近傍のシリコン基板10の表面を露出する。次に、このシリコン基板10の露出された表面から、シリコン層11を選択エピタキシャル成長させる。
【0034】
次に、図3(e)に示すように、コントロールゲート1の側壁に窒化シリコンからなる側壁絶縁膜7を形成する。側壁絶縁膜7は窒化シリコンをシリコン基板10の全面に堆積した後、RIEによってコントロールゲート1の側壁に残すようにすればよい。
【0035】
次に、図3(f)に示すように、2回目の浅いイオン注入により、シリコン層11中に、高濃度に不純物がドープされた領域17を形成する。このとき側壁絶縁膜7がマスクとなり、フローティングゲート2に対向している領域18は、不純物がドープされていない絶縁領域となる。このようにして、図1に示した半導体記憶装置を形成することができる。
【0036】
本実施形態ではアンドープのシリコンの領域18が窒化シリコンからなる側壁絶縁膜下全てに形成されている。これは2回目の浅いイオン注入後のアニールをしないか、アニールをする場合でもランプアニールを用い拡散をできるだけ小さく抑える方法を用いたためである。こうすることで十分に耐圧を持たせることが可能となる。また耐圧をより持たせるために側壁絶縁膜7下から外側に広がるようにアンドープのシリコンの領域18を形成しても良い。形成方法としてはリソグラフィーを追加してマスクを側壁絶縁膜7よりも大きく形成して用いる。
【0037】
(第2の実施形態)
図4は、本発明の第2の実施形態に関わる不揮発性半導体記憶装置の素子構造を示す断面図である。図4では1セル部分の構成を示すが、このセル構造はNAND型、NOR型、OR型、AND型の各種メモリセルユニットに適用できる。
【0038】
第2の実施形態に関わる不揮発性半導体記憶装置の素子構造と、第1の実施形態で説明した素子構造との違いは、製造プロセスの違いに起因する。
【0039】
図4に示すように、p型のシリコン基板10上に、トンネル絶縁膜3が形成されている。このトンネル絶縁膜3上にフローティングゲート2が形成されている。フローティングゲート2上にはゲート絶縁膜4が形成されている。このゲート絶縁膜4上にはコントロールゲート1が形成されている。フローティングゲート2及びコントロールゲート1は被覆用の絶縁膜5によって覆われている。コントロールゲート1の側面には窒化シリコンからなる側壁絶縁膜7が絶縁膜5を介して形成されている。
【0040】
シリコン基板10上のフローティングゲート2に対向する位置には不純物がドーピングされていないシリコンの領域16が形成されている。この絶縁領域16の隣には、n型の不純物がドーピングされたシリコンの領域15が形成されている。このように領域15は側壁絶縁膜7の下に形成されていないことが絶縁性を保つ上で望ましい。
【0041】
本実施形態では、シリコンの領域を堆積してRIEにてエッチングしてゲート部近傍に残す。このシリコンの領域上のコントロールゲート1の側壁に側壁絶縁膜7を形成する。この後に不純物をドーピングすることで不純物ドープ領域15と不純物がドープされていない領域16に分ける。このように先ずシリコン領域をRIEで整形する点が第1の実施形態と異なる。
【0042】
トンネル絶縁膜3下のチャネル領域を挟む位置のシリコン基板10中にはn型不純物拡散層からなるソース領域8及びドレイン領域9が形成されている。ソース領域8及びドレイン領域9上にはシリコンからなる領域15及び16が形成されている。シリコンからなる領域のうち側壁絶縁膜7の下部でありフローティングゲート2に対向する領域16は、アンドープの絶縁領域となっている。またシリコンからなる領域のうち側壁絶縁膜7に覆われていない領域15は、n型の不純物がドーピングされた導電領域となっている。
【0043】
ソース領域8及びドレイン領域9は、シリコンの不純物ドープ領域15と同時に側壁絶縁膜7をマスクとして、イオン注入することによってドープされる。従って、シリコンのドープ領域15にはソース領域8及びドレイン領域9と同じ導電型の不純物がドーピングされている。シリコンの領域16は側壁絶縁膜7がマスクされているので、不純物がドーピングされていないアンドープ領域となる。
【0044】
この半導体記憶装置は、側壁絶縁膜7とシリコン基板10の表面との間にアンドープのシリコン領域16が設けられている。このことにより、側壁絶縁膜7下部に存在する界面準位とシリコン基板10表面との距離を離すことができる。このため、ソース領域8及びドレイン領域9の濃度が低い場合でも、側壁絶縁膜7下部に存在する界面準位により、ソース領域8及びドレイン領域9の表面が空乏化することを抑制することが可能になる。
【0045】
次に、図5を用いて本実施形態の半導体記憶装置の製造方法の一例を説明する。
【0046】
先ず、図5(a)に示すように、p型シリコン基板10上にトンネル絶縁膜3を形成する。次に、このトンネル絶縁膜3上にフローティングゲート2を形成する。次に、このフローティングゲート2上にゲート絶縁膜4を形成する。次に、このゲート絶縁膜4上にコントロールゲート1を形成する。
【0047】
トンネル絶縁膜3及びゲート絶縁膜4は、例えば酸化シリコンを用いればよい。フローティングゲート2及びコントロールゲートは例えば多結晶シリコンを用いればよい。それぞれの膜の形成方法はCVDやスパッタ等を用いればよい。またこの積層構造は、マスクを用いてパターニングしても良いし、選択成長を用いて整形しても良い。
【0048】
次に、図5(b)に示すように、フローティングゲート2及びコントロールゲート1からなる積層構造の表面を、酸化シリコンからなる絶縁膜5で被覆する。
【0049】
次に、図5(c)に示すように、シリコン層14をシリコン基板10全面に堆積させる。
【0050】
次に、図5(d)に示すように、RIEによりシリコン層14をエッチングしてゲート部近傍に残す。
【0051】
次に、図5(e)に示すように、コントロールゲート1の側壁として、シリコン層14上の一部に窒化シリコンからなる側壁絶縁膜7を形成する。側壁絶縁膜7は窒化シリコンをシリコン基板10の全面に堆積した後、RIEによってコントロールゲート1の側壁に残すようにすればよい。
【0052】
次に、イオン注入によりn型ソース領域8及びn型ドレイン領域9を形成する。この際、シリコン領域14は、ソース領域8及びドレイン領域9と同じ導電型の不純物がドープされた領域15と不純物がドープされておらず、かつフローティングゲート2に対向している領域16とからなる。このようにして、図4に示した半導体記憶装置を形成することができる。
【0053】
(第3の実施形態)
図6は、本発明の第3の実施形態に関わる不揮発性半導体記憶装置の素子構造を示す断面図である。図6では1セル部分の構成を示すが、このセル構造はNAND型、NOR型、OR型、AND型の各種メモリセルユニットに適用できる。
【0054】
第3の実施形態に関わる不揮発性半導体記憶装置の素子構造と、第1及び第2の実施形態で説明した素子構造との違いは、窒化シリコンからなる側壁絶縁膜下にシリコン酸化膜からなる領域が設けられていることである。
【0055】
図6に示すように、p型のシリコン基板10上に、トンネル絶縁膜3が形成されている。このトンネル絶縁膜3上にフローティングゲート2が形成されている。フローティングゲート2上にはゲート絶縁膜4が形成されている。このゲート絶縁膜4上にはコントロールゲート1が形成されている。フローティングゲート2及びコントロールゲート1は被覆用の絶縁膜5によって覆われている。コントロールゲート1の側面には窒化シリコンからなる側壁絶縁膜7が絶縁膜5を介して形成されている。
【0056】
シリコン基板10上に、窒化シリコンからなる側壁絶縁膜下にシリコン酸化膜からなる領域20が形成されている。本実施形態では、シリコン酸化膜からなるの領域20をシリコン基板10の全面に堆積してRIEにてエッチングしてゲート部近傍に残す。
【0057】
トンネル絶縁膜3下のチャネル領域を挟む位置のシリコン基板10中にはn型不純物拡散層からなるソース領域8及びドレイン領域9が形成されている。ソース領域8及びドレイン領域9上にはSiO2からなる領域20が形成されている。ソース領域8及びドレイン領域9は、フローティングゲート2及びコントロールゲート1からなる形成領域をマスクとして、イオン注入することによってドープされる。
この半導体記憶装置は、側壁絶縁膜7とシリコン基板10表面との間にシリコン酸化膜からなる領域20が設けられている。このことにより、側壁絶縁膜7下部に存在する界面準位とシリコン基板10表面との距離を離すことができる。このため、ソース領域8及びドレイン領域9の濃度が低い場合でも、側壁絶縁膜7下部に存在する界面準位により、ソース領域8及びドレイン領域9の表面が空乏化することを抑制することが可能になる。
【0058】
次に、図7を用いて本実施形態の半導体記憶装置の製造方法の一例を説明する。
【0059】
先ず、図7(a)に示すように、p型シリコン基板10上にトンネル絶縁膜3を形成する。次に、このトンネル絶縁膜3上にフローティングゲート2を形成する。次に、このフローティングゲート2上にゲート絶縁膜4を形成する。次に、このゲート絶縁膜4上にコントロールゲート1を形成する。
【0060】
トンネル絶縁膜3及びゲート絶縁膜4は、例えば酸化シリコンを用いればよい。フローティングゲート2及びコントロールゲートは例えば多結晶シリコンを用いればよい。それぞれの膜の形成方法はCVDやスパッタ等を用いればよい。またこの積層構造は、マスクを用いてパターニングしても良いし、選択成長を用いて整形しても良い。
【0061】
次に、図7(b)に示すように、フローティングゲート2及びコントロールゲート1からなる積層構造の表面を、酸化シリコンからなる絶縁膜5で被覆する。次にこのゲート構造をマスクとしてイオン注入することで、ソース領域8及びドレイン領域9を形成する。
【0062】
次に、図7(c)に示すように、シリコン酸化膜20をシリコン基板10の全面に堆積させる。
【0063】
次に、図7(d)に示すように、RIEによりシリコン酸化膜20をエッチングしてゲート部近傍に残す。
【0064】
次に、図7(e)に示すように、コントロールゲート1の側壁として、シリコン酸化膜20上の一部に窒化シリコンからなる側壁絶縁膜7を形成する。側壁絶縁膜7は窒化シリコンをシリコン基板10全面に堆積した後、RIEによってコントロールゲート1の側壁に残すようにすればよい。
このようにして、図6に示した半導体記憶装置を形成することができる。
【0065】
【発明の効果】
ソース領域及びドレイン領域の濃度が低い場合でも、側壁窒化膜下部に存在する界面準位による拡散層表面の空乏化を抑制することができ、耐圧向上、誤書き込み防止と共に駆動力の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態にかかる半導体記憶装置の断面図。
【図2】 半導体基板と側壁絶縁膜間にシリコン層がない場合のソース領域及びドレイン領域の不純物プロファイルとシリコン層がある場合のソース領域及びドレイン領域の不純物プロファイル。
【図3】 第1の実施形態にかかる半導体記憶装置の製造工程を説明するための各断面図。
【図4】 本発明の第2の実施形態にかかる半導体記憶装置の断面図。
【図5】 第2の実施形態にかかる半導体記憶装置の製造工程を説明するための各断面図。
【図6】 本発明の第3の実施形態にかかる半導体記憶装置の断面図。
【図7】 第3の実施形態にかかる半導体記憶装置の製造工程を説明するための各断面図。
【図8】 従来の半導体記憶装置の断面図。
【符号の説明】
1…コントロールゲート
2…フローティングゲート
3…トンネル絶縁膜
4…ゲート絶縁膜
5…絶縁膜
6…絶縁膜
7…側壁絶縁膜
8…ソース領域
9…ドレイン領域
10…シリコン基板
17…ドープされたシリコンの領域
18…アンドープシリコンの領域
20…シリコン酸化膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor memory device and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the rapid expansion of the market for digital audio cameras and other portable audio devices such as mobile phones, the demand for flash memory is rapidly expanding. At present, the demands for smaller, lighter, and higher functionality of these devices are becoming more and more demanding, and accordingly, the miniaturization, higher integration, lower power supply voltage, and higher reliability of flash memory are increasingly required. It is becoming. In particular, the demand for NAND-type flash memories is growing rapidly because of their high speed and easy integration.
[0003]
In a NAND flash memory, since the power supply voltage is higher than that of a normal MOS transistor, improvement in reliability is indispensable. For example, suppression of erroneous writing during standby and improvement of the breakdown voltage of the select gate transistor are important for improving the reliability of the flash memory.
[0004]
As a measure for improving the reliability, the concentration of the source / drain diffusion layer is lowered. This method is currently the most effective means in terms of improving the breakdown voltage and suppressing erroneous writing.
[0005]
FIG. 8 is a cross-sectional view of a conventional flash memory.
[0006]
As shown in FIG. 8, the tunnel
[0007]
The surfaces of the
[0008]
However, this manufacturing method may cause problems in the electrical characteristics of the device. In the NAND flash memory, a self-aligned contact is formed on the selection gate transistor. At this time, a nitride film is formed on the
[0009]
Since the
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, a reduction in diffusion layer concentration has been required from the viewpoint of improving breakdown voltage and preventing erroneous writing. However, a reduction in the diffusion layer concentration has a problem of increasing parasitic resistance due to depletion of the diffusion layer surface due to the interface state under the sidewall nitride film.
[0011]
The present invention has been made to solve the above problems, and prevents the depletion of the diffusion layer surface due to the interface state under the sidewall insulating film, and can improve the breakdown voltage, prevent erroneous writing, and improve the driving force. An object is to provide an apparatus and a method for manufacturing the same.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the present invention provides a silicon semiconductor substrate, a tunnel insulating film formed on the silicon semiconductor substrate, a floating gate formed on the tunnel insulating film, and formed on the floating gate. A gate insulating film, a control gate formed on the gate insulating film, an insulating film covering the floating gate and the control gate, and a channel formed in the silicon semiconductor substrate under the tunnel insulating film A source region and a drain region formed in such a manner as to be spaced apart from each other in the silicon semiconductor substrate and the channel region being located therebetween, and at a position facing the floating gate on the source region and the drain region. Undoped silicon semiconductor region, source region and drain A doped silicon semiconductor region formed on the undoped silicon semiconductor region at a position in contact with the undoped silicon semiconductor region, and a silicon nitride film formed on the undoped silicon semiconductor region without being formed on the doped silicon semiconductor region. A semiconductor memory device comprising: I will provide a.
[0014]
The present invention also includes a step of forming a tunnel insulating film on a silicon semiconductor substrate, a step of forming a floating gate on the tunnel insulating film, a step of forming a gate insulating film on the floating gate, and the gate A step of forming a control gate on the insulating film; a step of covering the floating gate, the control gate and the silicon semiconductor substrate with an insulating film; and a source region in the silicon semiconductor substrate using the floating gate and the control gate as a mask. And a step of forming a drain region, a step of exposing a silicon semiconductor substrate surface adjacent to the stacked structure including the floating gate and the control gate, and a step of selectively growing a silicon layer on the exposed surface of the silicon semiconductor substrate. , the controlling Forming a silicon nitride film on the side wall of Rugeto, the silicon which is not covered with the silicon nitride film and the undoped region of the silicon layer facing the floating gate by implanting impurity of the silicon nitride film as a mask And a method of manufacturing a semiconductor memory device, comprising: forming a layer as a doped region.
[0015]
The present invention also includes a step of forming a tunnel insulating film on a silicon semiconductor substrate, a step of forming a floating gate on the tunnel insulating film, a step of forming a gate insulating film on the floating gate, and the gate forming a controls the gate on an insulating film, a step of covering said floating gate, a control gate and the silicon semiconductor substrate over an insulating layer, depositing a silicon layer on the silicon semiconductor substrate over the entire surface, the silicon Etching the layer to leave the silicon layer on the surface of the silicon semiconductor substrate adjacent to the stacked structure comprising the floating gate and the control gate ; forming a silicon nitride film on a side wall of the control gate; and Impurities are implanted using the nitride film as a mask. And simultaneously forming a source region and a drain region while using the silicon layer facing the floating gate as an undoped region and the silicon layer not covered by the silicon nitride film as a doped region. A method for manufacturing a semiconductor memory device is provided.
[0019]
According to the present invention, since the undoped silicon semiconductor region is provided between the silicon nitride film and the silicon semiconductor substrate surface, the distance between the interface state below the silicon nitride film and the silicon substrate surface can be increased. . For this reason, even when the concentration of the source diffusion layer and the drain diffusion layer is low as in a fine flash memory, depletion of the diffusion layer surface due to the interface state below the silicon nitride film can be suppressed. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in current driving force accompanying a decrease in diffusion concentration, which becomes more noticeable in a micro flash memory or the like, and it is possible to improve driving voltage while improving breakdown voltage and preventing erroneous writing.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.
[0021]
(First embodiment)
FIG. 1 is a sectional view showing an element structure of a nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention. Although FIG. 1 shows the configuration of one cell portion, this cell structure can be applied to various memory cell units of NAND type, NOR type, OR type, and AND type.
[0022]
As shown in FIG. 1, a
[0023]
A
[0024]
In this semiconductor memory device, an
[0025]
FIG. 2 shows impurity profiles of the
[0026]
As can be seen from FIG. 2, in the curve indicated by A, the impurity profile is steeper and shallower than the curve indicated by B. Therefore, in the structure of this semiconductor memory device, a shallower junction can be formed, and the leakage current between the
[0027]
Actually, the distance between the
[0028]
Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor memory device of this embodiment will be described with reference to FIG.
[0029]
First, as shown in FIG. 3A, the
[0030]
For example, silicon oxide may be used for the
[0031]
Next, as shown in FIG. 3B, the surface of the laminated structure including the floating
[0032]
Next, as shown in FIG. 3 (c), by ion implantation of the first through the insulating
[0033]
Next, as shown in FIG. 3D, the insulating
[0034]
Next, as shown in FIG. 3E, a
[0035]
Next, as shown in FIG. 3F, a
[0036]
In this embodiment, the
[0037]
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a sectional view showing an element structure of a nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention. Although FIG. 4 shows the configuration of one cell portion, this cell structure can be applied to various memory cell units of NAND type, NOR type, OR type, and AND type.
[0038]
The difference between the element structure of the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment and the element structure described in the first embodiment is caused by a difference in manufacturing process.
[0039]
As shown in FIG. 4, a
[0040]
A
[0041]
In the present embodiment, a silicon region is deposited and etched by RIE and left in the vicinity of the gate portion. A
[0042]
A
[0043]
The
[0044]
In this semiconductor memory device, an
[0045]
Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor memory device of this embodiment will be described with reference to FIG.
[0046]
First, as shown in FIG. 5A, the
[0047]
For example, silicon oxide may be used for the
[0048]
Next, as shown in FIG. 5B, the surface of the laminated structure including the floating
[0049]
Next, as shown in FIG. 5C, a
[0050]
Next, as shown in FIG. 5D, the
[0051]
Next, as shown in FIG. 5E, a
[0052]
Next, an n-
[0053]
(Third embodiment)
FIG. 6 is a sectional view showing an element structure of a nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention. Although FIG. 6 shows the configuration of one cell portion, this cell structure can be applied to various memory cell units of NAND type, NOR type, OR type, and AND type.
[0054]
The difference between the element structure of the nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment and the element structure described in the first and second embodiments is that a region made of a silicon oxide film under a side wall insulating film made of silicon nitride. Is provided.
[0055]
As shown in FIG. 6, a
[0056]
A
[0057]
A
In this semiconductor memory device, a
[0058]
Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor memory device of this embodiment will be described with reference to FIG.
[0059]
First, as shown in FIG. 7A, a
[0060]
For example, silicon oxide may be used for the
[0061]
Next, as shown in FIG. 7B, the surface of the laminated structure including the floating
[0062]
Next, as shown in FIG. 7C, a
[0063]
Next, as shown in FIG. 7D, the
[0064]
Next, as shown in FIG. 7E, a
In this manner, the semiconductor memory device shown in FIG. 6 can be formed.
[0065]
【The invention's effect】
Even when the concentration of the source region and the drain region is low, depletion of the surface of the diffusion layer due to the interface state existing under the sidewall nitride film can be suppressed, and the driving force is improved while improving the breakdown voltage and preventing erroneous writing. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows an impurity profile of a source region and a drain region when there is no silicon layer between a semiconductor substrate and a sidewall insulating film, and an impurity profile of a source region and a drain region when there is a silicon layer.
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the semiconductor memory device according to the first embodiment;
FIG. 4 is a cross-sectional view of a semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of a semiconductor memory device according to a second embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of a semiconductor memory device according to a third embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor memory device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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