JP3764177B2 - Semiconductor memory device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体記憶装置およびその製造方法に係わり、特にトレンチ構造による素子分離領域に対して電荷蓄積層やゲート電極などの電極を自己整合的に形成した半導体記憶装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体記憶装置は高集積化の一途を辿っており、微細な半導体記憶装置の研究が盛んである。例えば各種半導体記憶装置のうち不揮発性メモリ素子はハードディスク装置の代替品として期待されており、さらなる高集積化が望まれている。
【0003】
この不揮発性メモリ素子は、他の半導体記憶装置には見られない浮遊ゲートを用いる特殊な構造を有しており、素子微細化の上で、この浮遊ゲートを微細形成する技術が重要な要素の一つである。
【0004】
浮遊ゲートは堆積した膜を分離して形成するが、シリコン半導体基板上に不揮発性メモリ素子を形成する場合には、この浮遊ゲート分離に写真触刻法が用いられる。しかしながら、写真触刻法では、最新の技術を用いても0.4μm以下の幅(スリット)で浮遊ゲートの分離を行うことは極めて困難である。
【0005】
さらに、写真触刻法を用いた場合、合わせずれが生じてしまうため、64M以降の高密度素子では、素子上で浮遊ゲート分離を行うおそれが生ずる。この場合、トンネル酸化膜上に直接制御ゲートが形成されるため、素子動作時にトンネル酸化膜の絶縁破壊を起こすので、素子動作に致命的な影響を与えてしまう。また、これを回避しようとすると、素子形成領域を大きくせざるを得ない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の不揮発性メモリ素子において浮遊ゲートを分離・形成する方法では、微細な幅で浮遊ゲートの分離を行うことは極めて困難であった。また、該方法における写真触刻工程時の合わせずれにより、素子形状や素子動作特性の変動を生じる問題があった。
【0007】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、素子動作特性に変動を与えることのない、微細に分離された電極を備えた半導体記憶装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体記憶装置の態様は、半導体基板表面に設けた溝と、前記溝を絶縁物で埋め込んで形成され、前記溝の側壁部分の第1の部分と溝の残り部分の第2の部分を有する素子分離領域と、前記素子分離領域により互いに分離された素子領域と、前記素子領域上に形成された第1のゲート絶縁膜と、前記第1のゲート絶縁膜上に形成され、一部分が前記素子分離領域の前記第1の部分上にオーバーラップし、前記素子分離領域の前記第2の部分と自己整合的に形成された電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層の上面、側面及び前記素子分離領域の前記第2の部分上に形成された第2のゲート絶縁膜と、前記第2のゲート絶縁膜上に形成された制御ゲート電極とを具備し、前記素子分離領域は、互いに選択的にエッチングできる2種類の絶縁物で前記溝を順次埋め込んで形成されていることを特徴とする。
【0009】
また、好ましくは、前記素子分離領域は、互いに選択的にエッチングできる2種類の絶縁物で前記溝を順次埋め込んで形成すると良い。この場合、前記素子分離領域は、前記溝の側壁部分に形成された第1の絶縁膜と、該溝の残りの部分を埋め込んだ、該第1の絶縁膜とは異なる材料からなる第2の絶縁膜から構成され、前記溝の下部には、前記第1の絶縁膜に対して自己整合的に拡散層が形成されているようにしても良い。
【0010】
また、前記素子分離領域は、前記溝を1種類の絶縁物で埋め込んで形成しても良い。
【0011】
また、本発明の半導体記憶装置の態様は、半導体基板表面に設けた溝と、前記溝を絶縁物で埋め込んで形成され、前記溝の側壁部分で溝の上部と一致された第1の部分及び前記溝の残りの部分で前記溝より突出した前記第1の部分とは異なる材料からなる第2の部分を有する素子分離領域と、前記素子分離領域により互いに分離された素子領域と、前記素子領域上に形成された第1のゲート絶縁膜と、前記第1のゲート絶縁膜上に形成され、一部分が前記素子分離領域の前記第1の部分上にオーバーラップして前記第2の部分と自己整合的に形成され、前記素子分離領域の前記第2の部分の上面と一致された全体が平坦な上面を有する電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層の上面、及び前記素子分離領域の上面に形成された第2のゲート絶縁膜と、前記第2のゲート絶縁膜上に形成された制御ゲート電極とを具備することを特徴とする。
【0012】
また、本発明の半導体記憶装置の製造方法の態様は、半導体基板表面に、熱酸化膜、所定の材料からなる第1のマスク層、該第1のマスク層に対して選択的に除去することが可能な他の材料からなる第2のマスク層を順次形成する第1の工程と、素子形成領域以外の前記熱酸化膜、前記第1のマスク層および前記第2のマスク層を除去する第2の工程と、前記素子形成領域上に残った第2のマスク層をマスクとし、前記第2の工程によって露出された半導体基板表面をエッチングして溝を形成する第3の工程と、この溝の内壁に該溝を埋め尽くさない程度に第1の絶縁膜を形成する第4の工程と、前記第1の絶縁膜に対して選択的に除去することが可能な第2の絶縁膜を、前記溝に形成された第1の絶縁膜上から前記第2のマスク層上に形成された第1の絶縁膜の上方まで堆積し、前記溝を前記第2の絶縁膜で埋め込む第5の工程と、前記第1のマスク層の上端部と同じ高さになるまで、前記第2の絶縁膜を除去する第6の工程と、前記第2のマスク層および前記第1の絶縁膜を、前記第1のマスク層の上端部が露出するまで除去する第の工程と、前記溝から突出した第1の絶縁膜および第2の絶縁膜の部分を残すように、前記第1のマスク層を選択的に除去する第の工程と、前記第1の絶縁膜を、第2の絶縁膜はエッチングされない条件で、前記溝の上端面まで選択的に除去する第の工程と、第1の伝導性膜を成膜する第10の工程と、前記第1の伝導性膜を、前記第2の絶縁膜の上端面が露出するまで除去する第11の工程と前記第1の伝導性膜の側壁に位置する前記第2の絶縁膜を除去し、前記第1の伝導性膜の側壁を露出させる第12の工程と、前記第1の伝導性膜の上面、側壁、及び前記第2の絶縁膜の上面に第3の絶縁膜を形成する第13の工程と、前記第3の絶縁膜の上面に第2の伝導性膜を形成する第14の工程とを備えたことを特徴とする。
【0013】
さらに、本発明の半導体記憶装置の製造方法の態様は、半導体基板表面に、熱酸化膜、所定の材料からなる第1のマスク層、該第1のマスク層に対して選択的に除去することが可能な他の材料からなる第2のマスク層を順次形成する第1の工程と、素子形成領域以外の前記熱酸化膜、前記第1のマスク層および前記第2のマスク層を除去する第2の工程と、前記素子形成領域上に残った第2のマスク層をマスクとし、前記第2の工程によって露出された半導体基板表面をエッチングして溝を形成する第3の工程と、この溝の内壁に該溝を埋め尽くさない程度に第1の絶縁膜を形成する第4の工程と、前記第1の絶縁膜に対して選択的に除去することが可能な第2の絶縁膜を、前記溝に形成された第1の絶縁膜上から前記第2のマスク層上に形成された第1の絶縁膜の上方まで堆積し、前記溝を前記第2の絶縁膜で埋め込む第5の工程と、前記第1のマスク層の上端部と同じ高さになるまで、前記第2の絶縁膜を除去する第6の工程と、前記第2のマスク層および前記第1の絶縁膜を、前記第1のマスク層の上端部が露出するまで除去する第の工程と、前記溝から突出した第1の絶縁膜および第2の絶縁膜の部分を残すように、前記第1のマスク層を選択的に除去する第の工程と、前記第1の絶縁膜を、第2の絶縁膜はエッチングされない条件で、前記溝の上端面まで選択的に除去する第の工程と、第1の伝導性膜を成膜する第10の工程と、前記第1の伝導性膜を、前記第2の絶縁膜の上端面が露出するまで研磨することにより、前記第1の伝導性膜の上面全体が平坦な上面となるように平坦化する第11の工程と、前記第1の伝導性膜の上面、及び前記第2の絶縁膜の上面に第3の絶縁膜を形成する第12の工程と、前記第3の絶縁膜の上面に第2の伝導性膜を形成する第13の工程とを備えたことを特徴とする。
また、本発明の半導体記憶装置の製造方法の態様は、半導体基板表面に、熱酸化膜、所定の材料からなる第1のマスク層、該第1のマスク層に対して選択的に除去することが可能な他の材料からなる第2のマスク層を順次形成する第1の工程と、素子形成領域以外の前記熱酸化膜、前記第1のマスク層および前記第2のマスク層を除去する第2の工程と、前記素子形成領域上に残った第2のマスク層をマスクとし、前記第2の工程によって露出された半導体基板表面をエッチングして溝を形成する第3の工程と、この溝の内壁に該溝を埋め尽くさない程度に第1の絶縁膜を形成する第4の工程と、前記第1の絶縁膜に対して選択的に除去することが可能な第2の絶縁膜を、前記溝に形成された第1の絶縁膜上から前記第2のマスク層上に形成された第1の絶縁膜の上方まで堆積し、前記溝を前記第2の絶縁膜で埋め込む第5の工程と、前記第1のマスク層の上端部と同じ高さになるまで、前記第2の絶縁膜を除去する第6の工程と、前記第2のマスク層および前記第1の絶縁膜を、前記第1のマスク層の上端部が露出するまで除去する第7の工程と、前記溝から突出した第1の絶縁膜および第2の絶縁膜の部分を残すように、前記第1のマスク層を選択的に除去する第8の工程と、前記第1の絶縁膜を、第2の絶縁膜はエッチングされない条件で、前記溝の上端面まで選択的に除去する第9の工程と、第1の伝導性膜を成膜する第10の工程と、前記第1の伝導性膜を、前記第2の絶縁膜の上端面が露出するまで除去する第11の工程と前記第1の伝導性膜の側壁に位置する前記第2の絶縁膜を除去し、前記第1の伝導性膜の側壁を露出させる第12の工程と、前記第1の伝導性膜の上面、側壁、及び前記第2の絶縁膜の上面に第3の絶縁膜を形成する第13の工程と、前記第3の絶縁膜の上面に第2の伝導性膜を形成する第14の工程とを備え、前記第6、第7の工程を同時に行なうことを特徴とする。
【0015】
好ましくは、前記マスク層にはシリコン窒化膜を、前記絶縁膜にはCVD法により形成されたシリコン酸化膜を、前記伝導性膜には伝導性多結晶シリコン膜をそれぞれ用いても良い。
【0016】
【作用】
本発明によれば、電極を隣り合う素子分離領域間に自己整合的に形成するので、極めて微細に分離・形成された電極を得ることができるとともに、従来問題であった写真触刻時の合わせずれ等による素子形状の変動を生じることなく動作特性の変動も完全になくすことができる。
【0017】
本発明によれば、半導体基板上に形成された溝および第1のマスク層を第1の絶縁膜および第2の絶縁膜で埋め込み、その後第1の絶縁膜および第1のマスク層を取り除いた箇所(隣り合う第2の絶縁膜の間)に、電極を形成するので、電極を隣り合う素子分離領域間に自己整合的に形成することができる。
【0018】
この結果、極めて微細に分離・形成された電極を得ることができるとともに、写真触刻時の合わせずれ等による素子形状および動作特性の変動の回避を完全になくすことができる。
【0019】
また、電極間のスリット幅は、第1の絶縁膜および第2の絶縁膜の膜厚を制御することで、極めて制御性良く形成できる。
【0020】
さらに、写真触刻工程数の減少をも図ることができる。
【0025】
【実施例】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
【0026】
(第1の実施例)
図1に、本発明の第1の実施例に係るNAND型EEPROMの平面図を示す。また、図2および図3にはそれぞれ、図1のNAND型EEPROMのA−A´断面図およびB−B´断面図を示す。
【0027】
図1および2のように、このNAND型EEPROMでは、複数のコントロール・ゲート9と複数の活性層30が直交配列され、両者が交差する部分にトンネル酸化膜22とONO膜8を介してフローティング・ゲート7が挟まれた形で設けられており、各交差部分が記憶ノードを形成している。
【0028】
また、本実施例では、図1および図3のように、素子分離領域31は、半導体基板1の表面に設けた溝12を上端面まで2種類の絶縁膜5,6で埋め込んで形成するとともに、隣り合う素子分離領域31間に浮遊ゲート電極7が自己整合的に形成されている。なお、本実施例では、浮遊ゲート電極7が素子分離領域31の第1の絶縁膜5にオーバーラップしたウイング型の構造になっている。
【0029】
本実施例では、浮遊ゲート電極を隣り合う素子分離領域間に自己整合的に形成するので、極めて微細に分離・形成された浮遊ゲート電極を得ることができるとともに、従来問題であった写真触刻時の合わせずれ等による素子形状の変動を生じることなく動作特性の変動も完全になくすことができる。
【0030】
なお、本実施例では、浮遊ゲート電極をウイング型の構造にするので、コントロール・ゲート電極との間の容量を大きく設けることができる。また本実施例では、図3のように浮遊ゲート電極側壁部と浮遊ゲート電極側壁間に形成されたコントロール・ゲート電極との間にも容量が形成されるので、さらなる容量の増加を図ることができる。
【0031】
以下、図3のような構造を有するEEPROMを得るための製造工程について説明する。
【0032】
まず、例えば面方位(100)、比抵抗5〜50Ω・cmのN型シリコン基板1上に、P型ウェルを形成し、例えば厚さ25nmの熱酸化膜2をHCl雰囲気中で成膜し、さらに多結晶シリコンを400nm程度形成して第一マスク層3とし、CVD法で酸化シリコン膜を500nm程度形成して第二マスク層4とする。
【0033】
その後、写真触刻法で、選択的にレジスト膜(図示せず)で覆い、これをマスクとして使用し、CVD酸化シリコン膜4をエッチングし、その後レジストを剥離する。そして、このCVD酸化シリコン膜4をマスクにして、先の工程によって露出した第一マスク層である多結晶シリコン膜3をエッチングし、さらに下の熱酸化膜2をエッチングする。
【0034】
次に、残ったCVDシリコン酸化膜4および多結晶シリコン膜3をマスクにして、露出したシリコン基板1の表面を例えばHBr/SiF4 /O2 雰囲気中でエッチングし、深さ0.5μm程度、幅0.4μm程度の溝12を形成する。
【0035】
そして、フィールドI/Iを行った後、トレンチを埋め込む第一の素子分離絶縁膜5として、例えばCVD法で成膜したシリコン酸化膜を100nm成膜する。このシリコン酸化膜5は、膜質を向上させるために、例えばN2 雰囲気中において1000℃前後で焼き固めるのが好ましい。
【0036】
上記までの工程が完了した時点での半導体装置の概略断面図を図4に示す。なお、後に示す図4〜図11においては、p+ 型層20を省略した。
【0037】
次に、シリコン窒化膜6を200nm程度成膜し、図5のように溝12を完全に埋め込む。この時、シリコン窒化膜6をボイドが発生しない様に埋め込むことが望ましい。
【0038】
さらに、シリコン窒化膜6をCDE(ケミカル・ドライ・エッチング)法などによりエッチバックし、第一マスク層である多結晶シリコン層3に挟まれた部分およびシリコン基板1表面に形成された溝12の中に成膜された部分のみを残すようにする(図6)。
【0039】
この後、CVD法により成膜したシリコン酸化膜である第一絶縁膜5および同様に成膜したシリコン酸化膜である第二マスク層4を例えばRIE法などにより選択的にエッチングすることにより、第一マスク層である多結晶シリコン層3および第二絶縁膜であるシリコン窒素化膜6はエッチングされないようにし、第一マスク層である多結晶シリコン層3の上端部まで、第一絶縁膜であるCVDシリコン酸化膜5と第二絶縁膜であるシリコン窒化膜6により埋め込まれているようにする(図7)。
【0040】
この後、例えばCDE法等により第一マスク層である多結晶シリコン層3を除去し、さらに例えばフッ化アンモニウム等の溶液でエッチングすることにより、シリコン基板1上に形成されている熱酸化膜2および第一絶縁膜であるCVDシリコン酸化膜5のうちシリコン基板1に形成された溝12に埋め込まれた部分以外は除去する。その後、ゲート酸化膜22を形成する(図8)。
【0041】
次に、リンをドープした多結晶シリコン膜7を形成し(図9)、表面を例えばCMP(ケミカル・メカニカル・ポリッシング)法により平坦化する(図10)。これにより、浮遊ゲート電極7を形成すると同時に、浮遊ゲート電極7間の分離を、第二絶縁膜のシリコン窒化膜6により自己整合的に行うことが可能である。
【0042】
この後、例えばCDE法により浮遊ゲート側壁部のシリコン窒素化膜6をエッチングし(図11)、ONO膜8を形成した後に、制御ゲート電極9を形成し、CVD絶縁膜10を堆積して、素子形成を完了する(図3)。
【0043】
以上説明した実施例によれば、半導体基板上に形成された溝および第1のマスク層を第1の絶縁膜および第2の絶縁膜で埋め込み、その後第1の絶縁膜および第1のマスク層を取り除いた箇所(隣り合う第2の絶縁膜の間)に、電極を形成するので、電極を隣り合う素子分離領域間に自己整合的に形成することができる。この結果、極めて微細に分離・形成された電極を得ることができるとともに、写真触刻時の合わせずれ等による素子形状および動作特性の変動の回避を完全になくすことができる。
【0044】
また、電極間のスリット幅は、第1の絶縁膜および第2の絶縁膜の膜厚を制御することで、極めて制御性良く形成できる。
【0045】
さらに、写真触刻工程数の減少をも図ることができる。
【0046】
<変形例1>
ここで、上記製造方法において、図5までの工程を上記実施例と同様に行った後、第二マスク層であるシリコン酸化膜4、第一絶縁膜であるCVDシリコン酸化膜5と第二絶縁膜であるシリコン窒化膜6が同一のエッチングレートになる条件で、第一マスク層である多結晶シリコン層3の上端部において終了するようにエッチングを行った後、図6に示される工程を省略し、図7の以下の工程を進めることが可能である。
【0047】
この場合、上述した実施例の利点に加え、プロセスを簡略化することができる利点がある。
【0048】
<変形例2>
ここで、第1の実施例に係る製造方法においては、図4に示すように第一絶縁膜5を形成する前にフィールドI/Iを行ったが、その代りに先に第一絶縁膜5を形成し、溝12の底部が露出するように軽くエッチングした後、フィールドI/Iを行い(図12)、第二絶縁膜6を形成しても良い(図13)。
【0049】
このようにすれば、上記実施例に比較してp型層21の領域を小さく設けることができるので、p型層21と図1に示すn型層19との間でのジャンクション・ブレークダウンを発生し難くすることができる。もちろん、上述した実施例の利点も同時に得られる。
【0050】
<変形例3>
浮遊ゲート電極7間(浮遊ゲート側壁部)のシリコン窒化膜6をエッチングせずに、図10の構造の上にONO膜8を形成しても良い(図14)。
【0051】
このようにすれば、さらに工程を簡略化することができる。
【0052】
(参考例)
図22に、本発明の参考例に係るNAND型EEPROMの断面図を示す。本参考例は、第1の実施例に比較して工程をさらに簡略化したものである。
【0053】
図22のように本参考例において、素子分離領域は、半導体基板1の表面に設けた溝12を絶縁膜16で埋め込んで形成するとともに、隣り合う素子分離領域間にゲート電極7が自己整合的に形成されている。なお、本参考例では、ゲート電極7が素子分離領域31の第1の絶縁膜5にオーバーラップしていない非ウイング型の構造になっている。
【0054】
参考例では、浮遊ゲート電極を隣り合う素子分離領域間に自己整合的に形成するので、極めて微細に分離・形成された浮遊ゲート電極を得ることができるとともに、従来問題であった写真触刻時の合わせずれ等による素子形状の変動を生じることなく動作特性の変動も完全になくすことができる。
【0055】
以下、図22のような構造を有するEEPROMを得るための製造工程について説明する。
【0056】
まず、例えば面方位(100)、比抵抗5〜50Ω・cmのP型シリコン基板1上に例えば厚さ25nmの熱酸化膜2をHCl雰囲気中で成膜し、さらにシリコン窒素化膜14を400nm程度形成してマスク層とする。
【0057】
その後、写真触刻法で、選択的にレジスト膜40で覆う(図15)。
【0058】
これをマスクとして使用し、シリコン窒化膜14と下の熱酸化膜2を順次エッチングする(図16)。その後、レジスト40を剥離する。
【0059】
次に、残ったシリコン窒化膜14をマスクにして、露出したシリコン基板1表面を例えばHBr/SiF4 /O2 雰囲気中でエッチングし、深さ0.5μm程度、幅0.4μm程度の溝12を形成する。そして、フィールドI/Iを行う(図17)。
【0060】
次に、トレンチを埋め込む素子分離絶縁膜16として、例えばCVD法で成膜したシリコン酸化膜を1000nm程度成膜し、溝12の底面からシリコン窒化膜からなるマスク層14の上方まで完全に埋め込む。
【0061】
さらに、CVD法により成膜したCVDシリコン酸化膜16のうち、マスク層であるシリコン窒化膜14に挟まれた部分およびシリコン基板1により形成された溝12の中に成膜された部分のみを残すようにCVDエッチバックを行う(図18)。
【0062】
この後、例えばCDE法等によりマスク層であるシリコン窒素化膜14を除去する(図19)。
【0063】
さらに、フッ化アンモニウム等の溶液でエッチングすることにより、シリコン基板1上に形成されている熱酸化膜2を除去する。そして、ダミー酸化、チャネルI/I、ダミー酸化剥離を順次行う(図20)。
【0064】
そして、トンネル酸化膜22を形成した後、リンをドープした多結晶シリコン膜7を形成し、表面を例えばCMP(ケミカル・メカニカル・ポリッシング)法により平坦化する(図21)。
【0065】
これにより、浮遊ゲート電極7を形成すると同時に、浮遊ゲート電極7間の分離を、絶縁膜であるCVDシリコン酸化膜16により自己整合的に行うことが可能である。
【0066】
この後、ONO膜8を形成した後に、制御ゲート電極9を形成し、後酸化を行い、CVD絶縁膜14を堆積して素子形成を完了する(図22)。
【0067】
<変形例>
ここで、図21の構造において、例えばCDE法により浮遊ゲート7側壁部のCVDシリコン酸化膜16をエッチングし、ONO膜8を形成した後に、コントロール・ゲート電極9を形成しても良い(図23)。
【0068】
このようにすれば、浮遊ゲート電極側壁部と浮遊ゲート電極側壁間に形成されたコントロール・ゲート電極との間に容量が形成されるので、容量の増加を図ることができる。この場合、マスク層を厚く積むと、その後に形成する浮遊ゲート電極側壁がより高くなり、容量がより大きくなるので好ましい。
【0069】
もちろん、上述した実施例の利点も同時に得られる。
【0070】
なお、本実施例では、本発明をEEPROM(浮遊ゲート)に適用した例について説明したが、MISトランジスタのゲート電極にも適用することが可能である。
【0071】
また、本発明は上述した各実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【0072】
【発明の効果】
本発明によれば、電極を隣り合う素子分離領域間に自己整合的に形成するので、極めて微細に分離・形成された電極を得ることができるとともに、従来問題であった写真触刻時の合わせずれ等による素子形状の変動を生じることなく動作特性の変動も完全になくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例に係るEEPROMの平面図
【図2】 同実施例に係るEEPROMのA−A´断面図
【図3】 同実施例に係るEEPROMのB−B´断面図
【図4】 同実施例に係るEEPROMの製造方法を示す工程断面図
【図5】 同実施例に係るEEPROMの製造方法を示す工程断面図
【図6】 同実施例に係るEEPROMの製造方法を示す工程断面図
【図7】 同実施例に係るEEPROMの製造方法を示す工程断面図
【図8】 同実施例に係るEEPROMの製造方法を示す工程断面図
【図9】 同実施例に係るEEPROMの製造方法を示す工程断面図
【図10】 同実施例に係るEEPROMの製造方法を示す工程断面図
【図11】 同実施例に係るEEPROMの製造方法を示す工程断面図
【図12】 同実施例の一変形例に係るEEPROMの製造方法を示す工程断面図
【図13】 同実施例の一変形例に係るEEPROMの製造方法を示す工程断面図
【図14】 同実施例の他の変形例に係るEEPROMの断面図
【図15】 本発明の参考例に係るEEPROMの製造方法を示す工程断面図
【図16】 同参考例に係るEEPROMの製造方法を示す工程断面図
【図17】 同参考例に係るEEPROMの製造方法を示す工程断面図
【図18】 同参考例に係るEEPROMの製造方法を示す工程断面図
【図19】 同参考例に係るEEPROMの製造方法を示す工程断面図
【図20】 同参考例に係るEEPROMの製造方法を示す工程断面図
【図21】 同参考例に係るEEPROMの製造方法を示す工程断面図
【図22】 同参考例に係るEEPROMの断面図
【図23】 同参考例の一変形例に係るEEPROMの断面図
【符号の説明】
1…シリコン基板、2…熱酸化膜、3…第一マスク層、4…第二マスク層、5…第1の素子分離絶縁膜、6…第2の素子分離絶縁膜、7…フローティング・ゲート、8…ONO膜、9…コントロール・ゲート、10…CVD絶縁膜、12…溝、13…酸化膜、14…CVD絶縁膜、16…素子分離絶縁膜、19…n+ 型層、20,21,23…p+ 型層、22…トンネル酸化膜、30…素子分離領域、31…素子形成領域、32…コンタクト・ホール、40…レジスト膜
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a semiconductor memory device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor memory device in which electrodes such as a charge storage layer and a gate electrode are formed in a self-aligned manner with respect to an element isolation region having a trench structure.
[0002]
[Prior art]
In recent years, semiconductor memory devices have been highly integrated, and research on fine semiconductor memory devices has been actively conducted. For example, a nonvolatile memory element is expected as an alternative to a hard disk device among various semiconductor memory devices, and further higher integration is desired.
[0003]
This non-volatile memory element has a special structure using a floating gate that is not found in other semiconductor memory devices, and the technology for finely forming the floating gate is an important element in element miniaturization. One.
[0004]
The floating gate is formed by separating the deposited film. When a nonvolatile memory element is formed on a silicon semiconductor substrate, a photolithography method is used for the floating gate separation. However, it is extremely difficult to separate floating gates with a width (slit) of 0.4 μm or less even with the latest technology using the photographic contact method.
[0005]
Further, when using the photo-engraving method, misalignment occurs, and therefore, in a high-density element of 64M or later, there is a risk of performing floating gate isolation on the element. In this case, since the control gate is directly formed on the tunnel oxide film, the dielectric breakdown of the tunnel oxide film occurs during the operation of the element, which has a fatal effect on the element operation. In order to avoid this, the element formation region must be enlarged.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional method of separating and forming the floating gate in the nonvolatile memory element, it is extremely difficult to separate the floating gate with a fine width. In addition, there is a problem in that variations in element shape and element operation characteristics occur due to misalignment during the photolithography process in the method.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor memory device including finely separated electrodes that does not change the element operating characteristics.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to an aspect of the semiconductor memory device of the present invention, a groove provided on the surface of a semiconductor substrate, the groove is filled with an insulator, a first portion of the sidewall portion of the groove, and a second portion of the remaining portion of the groove. An element isolation region having the element isolation region, an element region isolated from the element isolation region, a first gate insulating film formed on the element region, and a portion formed on the first gate insulating film. A charge storage layer overlapping the first portion of the element isolation region and formed in self-alignment with the second portion of the element isolation region; an upper surface, a side surface of the charge storage layer; and the element A second gate insulating film formed on the second portion of the isolation region; and a control gate electrode formed on the second gate insulating film , wherein the element isolation regions are mutually selective Two kinds of insulators that can be etched Characterized in that it is sequentially embedded form Kimizo.
[0009]
Preferably, the element isolation region is formed by sequentially filling the groove with two kinds of insulators that can be selectively etched with each other. In this case, the element isolation region includes a first insulating film formed on a side wall portion of the groove and a second material made of a material different from that of the first insulating film embedded in the remaining portion of the groove. It may be made of an insulating film, and a diffusion layer may be formed below the trench in a self-aligned manner with respect to the first insulating film.
[0010]
The element isolation region may be formed by embedding the groove with one kind of insulator.
[0011]
According to another aspect of the semiconductor memory device of the present invention, a groove provided on a surface of a semiconductor substrate, a first portion formed by embedding the groove with an insulator, and aligned with an upper portion of the groove at a side wall portion of the groove, and An element isolation region having a second portion made of a material different from the first portion protruding from the groove in the remaining portion of the groove, an element region separated from each other by the element isolation region, and the element region A first gate insulating film formed on the first gate insulating film; and a portion of the first gate insulating film overlaps the first portion of the element isolation region to self-adhere to the second portion. alignment manner is formed, formed on the upper surface of the charge storage layer which is entirely having a flat top surface of the upper surface and is matched to the second portion, the upper surface of the charge storage layer, and the isolation region of the isolation region A second gate insulating film formed; Characterized by comprising a serial second control gate electrode formed on the gate insulating film of.
[0012]
In the semiconductor memory device manufacturing method according to the present invention, the thermal oxide film, the first mask layer made of a predetermined material, and the first mask layer are selectively removed from the surface of the semiconductor substrate. A first step of sequentially forming a second mask layer made of another material capable of being removed, and a first step of removing the thermal oxide film, the first mask layer, and the second mask layer other than the element formation region And a third step of forming a groove by etching the surface of the semiconductor substrate exposed by the second step, using the second mask layer remaining on the element formation region as a mask. A fourth step of forming the first insulating film to such an extent that the groove is not filled in the inner wall of the first insulating film, and a second insulating film that can be selectively removed with respect to the first insulating film, Formed on the second mask layer from the first insulating film formed in the trench Deposited to above the first insulating film, a fifth step of filling the groove with the second insulating film, until it is flush with the upper end portion of the first mask layer, said second of a sixth step of removing the insulating film, the second mask layer and said first insulating film, and a seventh step of removing to the upper end portion of the first mask layer is exposed, said groove An eighth step of selectively removing the first mask layer so as to leave portions of the first insulating film and the second insulating film projecting from the first insulating film; and The ninth step of selectively removing the insulating film up to the upper end surface of the groove under the condition that the insulating film is not etched, the tenth step of forming the first conductive film, and the first conductive film, the position on the side wall of the eleventh step and the first conductive film to be removed to the upper end surface of the second insulating film is exposed first Insulating film is removed, and a twelfth step of exposing the sidewalls of the first conductive film, the upper surface of the first conductive film, side walls, and a third on the upper surface of the second insulating film A thirteenth step of forming an insulating film and a fourteenth step of forming a second conductive film on the upper surface of the third insulating film are provided.
[0013]
Furthermore, according to the aspect of the method for manufacturing a semiconductor memory device of the present invention, the thermal oxide film, the first mask layer made of a predetermined material, and the first mask layer are selectively removed from the surface of the semiconductor substrate. A first step of sequentially forming a second mask layer made of another material capable of being removed, and a first step of removing the thermal oxide film, the first mask layer, and the second mask layer other than the element formation region And a third step of forming a groove by etching the surface of the semiconductor substrate exposed by the second step, using the second mask layer remaining on the element formation region as a mask. A fourth step of forming the first insulating film to such an extent that the groove is not filled in the inner wall of the first insulating film, and a second insulating film that can be selectively removed with respect to the first insulating film, Formed on the second mask layer from the first insulating film formed in the trench. Deposited to above the first insulating film, a fifth step of filling the groove with the second insulating film, until it is flush with the upper end portion of the first mask layer, said second of a sixth step of removing the insulating film, the second mask layer and said first insulating film, and a seventh step of removing to the upper end portion of the first mask layer is exposed, said groove An eighth step of selectively removing the first mask layer so as to leave portions of the first insulating film and the second insulating film projecting from the first insulating film; and insulating film under a condition that is not etched, a ninth step of selectively removing to the upper end surface of the groove, a tenth step of forming a film of the first conductive film, the first conductive film, wherein by the upper end surface of the second insulating film is polished to expose the upper surface entirely flat upper surface of the first conductive film A eleventh step of planarizing so, the upper surface of the first conductive film, and a twelfth step of forming a third insulating film on the upper surface of the second insulating film, the third And a thirteenth step of forming a second conductive film on the upper surface of the insulating film.
In the semiconductor memory device manufacturing method according to the present invention , the thermal oxide film, the first mask layer made of a predetermined material, and the first mask layer are selectively removed from the surface of the semiconductor substrate. A first step of sequentially forming a second mask layer made of another material capable of being removed, and a first step of removing the thermal oxide film, the first mask layer, and the second mask layer other than the element formation region And a third step of forming a groove by etching the surface of the semiconductor substrate exposed by the second step, using the second mask layer remaining on the element formation region as a mask. A fourth step of forming the first insulating film to such an extent that the groove is not filled in the inner wall of the first insulating film, and a second insulating film that can be selectively removed with respect to the first insulating film, Formed on the second mask layer from the first insulating film formed in the trench A second step of depositing the upper portion of the first insulating film and filling the groove with the second insulating film until the height of the second step is the same as the upper end of the first mask layer. A sixth step of removing the insulating film; a seventh step of removing the second mask layer and the first insulating film until an upper end portion of the first mask layer is exposed; and the groove An eighth step of selectively removing the first mask layer so as to leave portions of the first insulating film and the second insulating film projecting from the first insulating film; and The ninth step of selectively removing the insulating film up to the upper end surface of the groove under the condition that the insulating film is not etched, the tenth step of forming the first conductive film, and the first conductive film, An eleventh step of removing until the upper end surface of the second insulating film is exposed; and the first step located on a sidewall of the first conductive film. A twelfth step of removing the insulating film and exposing a side wall of the first conductive film; and a third step on the upper surface, the side wall, and the upper surface of the second insulating film of the first conductive film. A thirteenth step of forming an insulating film; and a fourteenth step of forming a second conductive film on the upper surface of the third insulating film, wherein the sixth and seventh steps are performed simultaneously. Features.
[0015]
Preferably, a silicon nitride film may be used for the mask layer, a silicon oxide film formed by a CVD method may be used for the insulating film, and a conductive polycrystalline silicon film may be used for the conductive film.
[0016]
[Action]
By the present invention lever, since the self-aligned manner between the device isolation regions adjacent the electrodes, it is possible to obtain is very finely divided, forming electrodes, problems in a photographic tactile clocking conventional Variations in operating characteristics can be completely eliminated without causing variations in element shape due to misalignment or the like.
[0017]
According to the onset bright, the grooves and the first mask layer formed on the semiconductor substrate embedded in the first insulating film and the second insulating film, removing the subsequent first insulating film and the first mask layer Since the electrodes are formed at the locations (between adjacent second insulating films), the electrodes can be formed in a self-aligned manner between the adjacent element isolation regions.
[0018]
As a result, it is possible to obtain electrodes that are separated and formed extremely finely, and it is possible to completely eliminate variations in element shape and operating characteristics due to misalignment during photo-engraving.
[0019]
Further, the slit width between the electrodes can be formed with extremely good controllability by controlling the film thicknesses of the first insulating film and the second insulating film.
[0020]
In addition, the number of photo-engraving steps can be reduced.
[0025]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0026]
(First embodiment)
FIG. 1 is a plan view of a NAND type EEPROM according to the first embodiment of the present invention. 2 and FIG. 3 show an AA ′ sectional view and a BB ′ sectional view of the NAND type EEPROM of FIG. 1, respectively.
[0027]
As shown in FIGS. 1 and 2, in this NAND type EEPROM, a plurality of control gates 9 and a plurality of active layers 30 are arranged in an orthogonal arrangement, and a floating oxide film 22 and an ONO film 8 are interposed at the intersection of the two. Gates 7 are provided in a sandwiched manner, and each intersection forms a storage node.
[0028]
Further, in this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 3, the element isolation region 31 is formed by embedding the groove 12 provided on the surface of the semiconductor substrate 1 with two kinds of insulating films 5 and 6 up to the upper end surface. The floating gate electrode 7 is formed in a self-aligned manner between the adjacent element isolation regions 31. In this embodiment, the floating gate electrode 7 has a wing type structure in which the first insulating film 5 in the element isolation region 31 is overlapped.
[0029]
In this embodiment, since the floating gate electrode is formed in a self-aligned manner between the adjacent element isolation regions, it is possible to obtain a floating gate electrode that is extremely finely separated and formed, and at the same time, a photographic contact that has been a problem in the past. It is possible to completely eliminate fluctuations in operating characteristics without causing fluctuations in the element shape due to misalignment of time.
[0030]
In this embodiment, since the floating gate electrode has a wing structure, a large capacitance can be provided between the control gate electrode and the floating gate electrode. Further, in this embodiment, as shown in FIG. 3, a capacitance is also formed between the side wall of the floating gate electrode and the control gate electrode formed between the side walls of the floating gate electrode, so that the capacitance can be further increased. it can.
[0031]
A manufacturing process for obtaining an EEPROM having the structure as shown in FIG. 3 will be described below.
[0032]
First, for example, a P-type well is formed on an N-type silicon substrate 1 having a plane orientation (100) and a specific resistance of 5 to 50 Ω · cm. For example, a thermal oxide film 2 having a thickness of 25 nm is formed in an HCl atmosphere. Further, polycrystalline silicon is formed to a thickness of about 400 nm to form the first mask layer 3, and a silicon oxide film is formed to a thickness of about 500 nm by the CVD method to form the second mask layer 4.
[0033]
Thereafter, it is selectively covered with a resist film (not shown) by photolithography, and this is used as a mask, the CVD silicon oxide film 4 is etched, and then the resist is peeled off. Then, using this CVD silicon oxide film 4 as a mask, the polycrystalline silicon film 3 which is the first mask layer exposed by the previous process is etched, and the thermal oxide film 2 below is further etched.
[0034]
Next, using the remaining CVD silicon oxide film 4 and polycrystalline silicon film 3 as a mask, the exposed surface of the silicon substrate 1 is etched, for example, in an HBr / SiF 4 / O 2 atmosphere, and the depth is about 0.5 μm. A groove 12 having a width of about 0.4 μm is formed.
[0035]
Then, after performing the field I / I, as the first element isolation insulating film 5 for burying the trench, a silicon oxide film formed by, for example, a CVD method is formed to a thickness of 100 nm. In order to improve the film quality, this silicon oxide film 5 is preferably baked and hardened at about 1000 ° C. in an N 2 atmosphere, for example.
[0036]
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device at the time when the above steps are completed. 4 to 11 described later, the p + type layer 20 is omitted.
[0037]
Next, a silicon nitride film 6 is formed to a thickness of about 200 nm, and the groove 12 is completely buried as shown in FIG. At this time, it is desirable to bury the silicon nitride film 6 so as not to generate voids.
[0038]
Further, the silicon nitride film 6 is etched back by a CDE (Chemical Dry Etching) method or the like, and a portion sandwiched between the polycrystalline silicon layers 3 as the first mask layer and the grooves 12 formed on the surface of the silicon substrate 1 are formed. Only the film-formed part is left inside (FIG. 6).
[0039]
Thereafter, the first insulating film 5 which is a silicon oxide film formed by the CVD method and the second mask layer 4 which is a silicon oxide film similarly formed are selectively etched by, for example, the RIE method, so that the first The polycrystalline silicon layer 3 as one mask layer and the silicon nitride film 6 as the second insulating film are not etched, and are the first insulating film up to the upper end portion of the polycrystalline silicon layer 3 as the first mask layer. It is embedded with the CVD silicon oxide film 5 and the silicon nitride film 6 as the second insulating film (FIG. 7).
[0040]
Thereafter, the polycrystalline silicon layer 3 which is the first mask layer is removed by, for example, the CDE method, and further etched by a solution such as ammonium fluoride, for example, to thereby form the thermal oxide film 2 formed on the silicon substrate 1. The portions other than the portion embedded in the trench 12 formed in the silicon substrate 1 are removed from the CVD silicon oxide film 5 as the first insulating film. Thereafter, a gate oxide film 22 is formed (FIG. 8).
[0041]
Next, a polycrystalline silicon film 7 doped with phosphorus is formed (FIG. 9), and the surface is planarized by, for example, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method (FIG. 10). Thereby, at the same time as forming the floating gate electrode 7, it is possible to perform the separation between the floating gate electrodes 7 in a self-aligned manner by the silicon nitride film 6 as the second insulating film.
[0042]
Thereafter, the silicon nitride film 6 on the sidewall of the floating gate is etched by, for example, the CDE method (FIG. 11), the ONO film 8 is formed, the control gate electrode 9 is formed, the CVD insulating film 10 is deposited, The element formation is completed (FIG. 3).
[0043]
According to the embodiment described above, the trench and the first mask layer formed on the semiconductor substrate are filled with the first insulating film and the second insulating film, and then the first insulating film and the first mask layer are formed. Since the electrode is formed at a place where the electrode is removed (between adjacent second insulating films), the electrode can be formed in a self-aligned manner between the adjacent element isolation regions. As a result, it is possible to obtain electrodes that are separated and formed extremely finely, and it is possible to completely eliminate variations in element shape and operating characteristics due to misalignment during photo-engraving.
[0044]
Further, the slit width between the electrodes can be formed with extremely good controllability by controlling the film thicknesses of the first insulating film and the second insulating film.
[0045]
In addition, the number of photo-engraving steps can be reduced.
[0046]
<Modification 1>
Here, in the above manufacturing method, after performing the steps up to FIG. 5 in the same manner as in the above embodiment, the silicon oxide film 4 as the second mask layer, the CVD silicon oxide film 5 as the first insulating film, and the second insulating film. Etching is performed so that the upper end portion of the polycrystalline silicon layer 3 as the first mask layer is finished under the condition that the silicon nitride film 6 as the film has the same etching rate, and then the step shown in FIG. 6 is omitted. However, it is possible to proceed with the following steps of FIG.
[0047]
In this case, in addition to the advantages of the above-described embodiments, there is an advantage that the process can be simplified.
[0048]
<Modification 2>
Here, in the manufacturing method according to the first embodiment, the field I / I is performed before the first insulating film 5 is formed as shown in FIG. Then, light etching is performed so that the bottom of the trench 12 is exposed, and then field I / I is performed (FIG. 12) to form the second insulating film 6 (FIG. 13).
[0049]
Thus, it is possible to provide small area of the p + -type layer 21 as compared to the above embodiment, junction between the n + -type layer 19 shown in the p + -type layer 21 and Figure 1 Breakdown can be made difficult to occur. Of course, the advantages of the above-described embodiment can be obtained at the same time.
[0050]
<Modification 3>
The ONO film 8 may be formed on the structure of FIG. 10 without etching the silicon nitride film 6 between the floating gate electrodes 7 (floating gate sidewalls) (FIG. 14).
[0051]
In this way, the process can be further simplified.
[0052]
(Reference example)
FIG. 22 is a sectional view of a NAND type EEPROM according to a reference example of the present invention. In this reference example , the process is further simplified as compared with the first embodiment.
[0053]
As shown in FIG. 22, in this reference example, the element isolation region is formed by embedding the groove 12 provided on the surface of the semiconductor substrate 1 with the insulating film 16, and the gate electrode 7 is self-aligned between adjacent element isolation regions. Is formed. In this reference example, the gate electrode 7 has a non-wing structure in which it does not overlap the first insulating film 5 in the element isolation region 31.
[0054]
In this reference example, the floating gate electrode is formed in a self-aligned manner between adjacent element isolation regions, so that it is possible to obtain a floating gate electrode that is extremely finely separated and formed, and at the same time, a photographic contact that has been a problem in the past. It is possible to completely eliminate fluctuations in operating characteristics without causing fluctuations in the element shape due to misalignment of time.
[0055]
Hereinafter, a manufacturing process for obtaining an EEPROM having the structure as shown in FIG. 22 will be described.
[0056]
First, for example, a thermal oxide film 2 having a thickness of, for example, 25 nm is formed in a HCl atmosphere on a P-type silicon substrate 1 having, for example, a plane orientation (100) and a specific resistance of 5 to 50 Ω · cm, and further a silicon nitride film 14 having a thickness of 400 nm. A mask layer is formed to some extent.
[0057]
Thereafter, it is selectively covered with a resist film 40 by photolithography (FIG. 15).
[0058]
Using this as a mask, the silicon nitride film 14 and the underlying thermal oxide film 2 are sequentially etched (FIG. 16). Thereafter, the resist 40 is peeled off.
[0059]
Next, using the remaining silicon nitride film 14 as a mask, the exposed surface of the silicon substrate 1 is etched in, for example, an HBr / SiF 4 / O 2 atmosphere to form a groove 12 having a depth of about 0.5 μm and a width of about 0.4 μm. Form. Then, field I / I is performed (FIG. 17).
[0060]
Next, as the element isolation insulating film 16 for burying the trench, for example, a silicon oxide film formed by the CVD method is formed to a thickness of about 1000 nm and completely buried from the bottom surface of the groove 12 to above the mask layer 14 made of a silicon nitride film.
[0061]
Further, of the CVD silicon oxide film 16 formed by the CVD method, only a portion sandwiched between the silicon nitride films 14 which are mask layers and a portion formed in the groove 12 formed by the silicon substrate 1 are left. As shown in FIG. 18, CVD etch back is performed.
[0062]
Thereafter, the silicon nitride film 14 as a mask layer is removed by, for example, the CDE method (FIG. 19).
[0063]
Further, the thermal oxide film 2 formed on the silicon substrate 1 is removed by etching with a solution such as ammonium fluoride. Then, dummy oxidation, channel I / I, and dummy oxidation peeling are sequentially performed (FIG. 20).
[0064]
Then, after forming the tunnel oxide film 22, a polycrystalline silicon film 7 doped with phosphorus is formed, and the surface is planarized by, for example, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method (FIG. 21).
[0065]
As a result, the floating gate electrodes 7 can be formed, and at the same time, the separation between the floating gate electrodes 7 can be performed in a self-aligned manner by the CVD silicon oxide film 16 which is an insulating film.
[0066]
Thereafter, after the ONO film 8 is formed, the control gate electrode 9 is formed, post-oxidation is performed, and the CVD insulating film 14 is deposited to complete the element formation (FIG. 22).
[0067]
<Modification>
In the structure shown in FIG. 21, the control gate electrode 9 may be formed after the ONO film 8 is formed by etching the CVD silicon oxide film 16 on the sidewall of the floating gate 7 by, for example, the CDE method (FIG. 23). ).
[0068]
In this way, the capacitance is formed between the floating gate electrode sidewall and the control gate electrode formed between the floating gate electrode sidewalls, so that the capacitance can be increased. In this case, it is preferable that the mask layer is stacked thick because the side wall of the floating gate electrode to be formed later becomes higher and the capacitance becomes larger.
[0069]
Of course, the advantages of the above-described embodiment can be obtained at the same time.
[0070]
In this embodiment, an example in which the present invention is applied to an EEPROM (floating gate) has been described. However, the present invention can also be applied to a gate electrode of a MIS transistor.
[0071]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
[0072]
【The invention's effect】
According to the onset bright, since the self-aligned manner between the device isolation regions adjacent the electrodes, it is possible to obtain is very finely divided, forming electrodes, problems in a photographic tactile clocking conventional Variations in operating characteristics can be completely eliminated without causing variations in element shape due to misalignment or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of an EEPROM according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the EEPROM according to the embodiment. Sectional view [FIG. 4] Cross-sectional view of a process showing the manufacturing method of the EEPROM according to the embodiment. [FIG. 5] Cross-sectional view of the process showing a manufacturing method of the EEPROM according to the embodiment. FIG. 7 is a process cross-sectional view showing a method for manufacturing an EEPROM according to the embodiment. FIG. 8 is a process cross-sectional view showing a method for manufacturing an EEPROM according to the embodiment. FIG. 10 is a process cross-sectional view showing a method for manufacturing an EEPROM according to the same embodiment. FIG. 11 is a process cross-sectional view showing a method for manufacturing the EEPROM according to the same embodiment. One of the examples Process sectional view showing a method for manufacturing an EEPROM according to a modification. FIG. 13 is a process sectional view showing a method for manufacturing an EEPROM according to a modification of the embodiment. FIG. 14 is an EEPROM according to another modification of the embodiment. according to process cross-sectional view and FIG. 17 the reference example illustrating the method of manufacturing the EEPROM of the cross-sectional views [16] the reference example illustrating the method of manufacturing the EEPROM according to a reference example of a cross-sectional view and FIG. 15 the present invention Process cross-sectional view showing an EEPROM manufacturing method [FIG. 18] Process cross-sectional view showing an EEPROM manufacturing method according to the same reference example [FIG. 19] Process cross-sectional view showing an EEPROM manufacturing method according to the same reference example [FIG. section of EEPROM according to the reference example cross sectional views FIG. 22 showing a manufacturing process of an EEPROM according to the process cross-sectional view and FIG. 21 the reference example illustrating the method of manufacturing the EEPROM according to a reference example FIG. 23 is a sectional view of an EEPROM according to a modification of the reference example.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... Thermal oxide film, 3 ... 1st mask layer, 4 ... 2nd mask layer, 5 ... 1st element isolation insulating film, 6 ... 2nd element isolation insulating film, 7 ... Floating gate 8 ... ONO film, 9 ... control gate, 10 ... CVD insulating film, 12 ... groove, 13 ... oxide film, 14 ... CVD insulating film, 16 ... element isolation insulating film, 19 ... n + type layer, 20, 21 , 23 ... p + -type layer, 22 ... tunnel oxide film, 30 ... element isolation region, 31 ... element formation region, 32 ... contact hole, 40 ... resist film .

Claims (7)

半導体基板表面に設けた溝と、
前記溝を絶縁物で埋め込んで形成され、前記溝の側壁部分の第1の部分と溝の残り部分の第2の部分を有する素子分離領域と、
前記素子分離領域により互いに分離された素子領域と、
前記素子領域上に形成された第1のゲート絶縁膜と、
前記第1のゲート絶縁膜上に形成され、一部分が前記素子分離領域の前記第1の部分上にオーバーラップし、前記素子分離領域の前記第2の部分と自己整合的に形成された電荷蓄積層と、
前記電荷蓄積層の上面、側面及び前記素子分離領域の前記第2の部分上に形成された第2のゲート絶縁膜と、
前記第2のゲート絶縁膜上に形成された制御ゲート電極とを具備し、
前記素子分離領域は、互いに選択的にエッチングできる2種類の絶縁物で前記溝を順次埋め込んで形成されていることを特徴とする半導体記憶装置。
A groove provided on the surface of the semiconductor substrate;
An isolation region formed by embedding the trench with an insulator, and having a first portion of the sidewall portion of the trench and a second portion of the remaining portion of the trench;
Element regions separated from each other by the element isolation region;
A first gate insulating film formed on the element region;
Charge storage formed on the first gate insulating film, partly overlapping the first portion of the element isolation region, and formed in a self-aligned manner with the second portion of the element isolation region Layers,
A second gate insulating film formed on an upper surface and side surfaces of the charge storage layer and the second portion of the element isolation region;
A control gate electrode formed on the second gate insulating film,
2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the element isolation region is formed by sequentially filling the groove with two kinds of insulators that can be selectively etched.
前記素子分離領域は、前記溝の側壁部分に形成された第1の絶縁膜と、該溝の残りの部分を埋め込んだ、該第1の絶縁膜とは異なる材料からなる第2の絶縁膜から構成され、
前記溝の下部には、前記第1の絶縁膜に対して自己整合的に拡散層が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
The element isolation region includes a first insulating film formed on a side wall portion of the groove, and a second insulating film made of a material different from the first insulating film embedded in the remaining portion of the groove. Configured,
2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein a diffusion layer is formed below the groove in a self-aligned manner with respect to the first insulating film.
前記素子分離領域上にオーバーラップする前記電荷蓄積層の幅は、前記素子領域の両側で実効的に同じであることを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。  2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the width of the charge storage layer overlapping the element isolation region is effectively the same on both sides of the element region. 半導体基板表面に設けた溝と、
前記溝を絶縁物で埋め込んで形成され、前記溝の側壁部分で溝の上部と一致された第1の部分及び前記溝の残りの部分で前記溝より突出した前記第1の部分とは異なる材料からなる第2の部分を有する素子分離領域と、
前記素子分離領域により互いに分離された素子領域と、
前記素子領域上に形成された第1のゲート絶縁膜と、
前記第1のゲート絶縁膜上に形成され、一部分が前記素子分離領域の前記第1の部分上にオーバーラップして前記第2の部分と自己整合的に形成され、前記素子分離領域の前記第2の部分の上面と一致された全体が平坦な上面を有する電荷蓄積層と、
前記電荷蓄積層の上面、及び前記素子分離領域の上面に形成された第2のゲート絶縁膜と、
前記第2のゲート絶縁膜上に形成された制御ゲート電極と
を具備することを特徴とする半導体記憶装置。
A groove provided on the surface of the semiconductor substrate;
A material that is formed by embedding the groove with an insulator, and is different from the first part that protrudes from the groove in the remaining part of the groove and the first part that coincides with the upper part of the groove in the side wall part of the groove An element isolation region having a second portion consisting of:
Element regions separated from each other by the element isolation region;
A first gate insulating film formed on the element region;
Formed on the first gate insulating film, partially overlapping the first portion of the element isolation region and formed in a self-aligned manner with the second portion; A charge storage layer having a generally flat top surface coincident with the top surface of the two portions;
A second gate insulating film formed on the upper surface of the charge storage layer and the upper surface of the element isolation region;
And a control gate electrode formed on the second gate insulating film.
半導体基板表面に、熱酸化膜、所定の材料からなる第1のマスク層、該第1のマスク層に対して選択的に除去することが可能な他の材料からなる第2のマスク層を順次形成する第1の工程と、
素子形成領域以外の前記熱酸化膜、前記第1のマスク層および前記第2のマスク層を除去する第2の工程と、
前記素子形成領域上に残った第2のマスク層をマスクとし、前記第2の工程によって露出された半導体基板表面をエッチングして溝を形成する第3の工程と、
この溝の内壁に該溝を埋め尽くさない程度に第1の絶縁膜を形成する第4の工程と、
前記第1の絶縁膜に対して選択的に除去することが可能な第2の絶縁膜を、前記溝に形成された第1の絶縁膜上から前記第2のマスク層上に形成された第1の絶縁膜の上方まで堆積し、前記溝を前記第2の絶縁膜で埋め込む第5の工程と、
前記第1のマスク層の上端部と同じ高さになるまで、前記第2の絶縁膜を除去する第6 の工程と、
前記第2のマスク層および前記第1の絶縁膜を、前記第1のマスク層の上端部が露出するまで除去する第の工程と、
前記溝から突出した第1の絶縁膜および第2の絶縁膜の部分を残すように、前記第1のマスク層を選択的に除去する第の工程と、
前記第1の絶縁膜を、第2の絶縁膜はエッチングされない条件で、前記溝の上端面まで選択的に除去する第の工程と、
第1の伝導性膜を成膜する第10の工程と、
前記第1の伝導性膜を、前記第2の絶縁膜の上端面が露出するまで除去する第11の工程と
前記第1の伝導性膜の側壁に位置する前記第2の絶縁膜を除去し、前記第1の伝導性膜の側壁を露出させる第12の工程と、
前記第1の伝導性膜の上面、側壁、及び前記第2の絶縁膜の上面に第3の絶縁膜を形成する第13の工程と、
前記第3の絶縁膜の上面に第2の伝導性膜を形成する第14の工程と
を備えたことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
A thermal oxide film, a first mask layer made of a predetermined material, and a second mask layer made of another material that can be selectively removed with respect to the first mask layer are sequentially formed on the surface of the semiconductor substrate. A first step of forming;
A second step of removing the thermal oxide film other than the element formation region, the first mask layer, and the second mask layer;
A third step of forming a groove by etching the surface of the semiconductor substrate exposed in the second step using the second mask layer remaining on the element formation region as a mask;
A fourth step of forming the first insulating film to such an extent that the groove does not fill the inner wall of the groove;
A second insulating film that can be selectively removed with respect to the first insulating film is formed on the second mask layer from the first insulating film formed in the trench. Depositing the upper part of the first insulating film and filling the groove with the second insulating film ;
A sixth step of removing the second insulating film until the same height as the upper end of the first mask layer ;
A seventh step of removing the second mask layer and the first insulating film until an upper end portion of the first mask layer is exposed;
An eighth step of selectively removing the first mask layer so as to leave portions of the first insulating film and the second insulating film protruding from the groove;
A ninth step of selectively removing the first insulating film up to an upper end surface of the groove under a condition that the second insulating film is not etched;
A tenth step of forming a first conductive film;
An eleventh step of removing the first conductive film until an upper end surface of the second insulating film is exposed; and removing the second insulating film located on a side wall of the first conductive film. A twelfth step of exposing a sidewall of the first conductive film;
A thirteenth step of forming a third insulating film on an upper surface, a sidewall, and an upper surface of the second insulating film of the first conductive film;
And a fourteenth step of forming a second conductive film on the upper surface of the third insulating film.
半導体基板表面に、熱酸化膜、所定の材料からなる第1のマスク層、該第1のマスク層に対して選択的に除去することが可能な他の材料からなる第2のマスク層を順次形成する第1の工程と、
素子形成領域以外の前記熱酸化膜、前記第1のマスク層および前記第2のマスク層を除去する第2の工程と、
前記素子形成領域上に残った第2のマスク層をマスクとし、前記第2の工程によって露出された半導体基板表面をエッチングして溝を形成する第3の工程と、
この溝の内壁に該溝を埋め尽くさない程度に第1の絶縁膜を形成する第4の工程と、
前記第1の絶縁膜に対して選択的に除去することが可能な第2の絶縁膜を、前記溝に形成された第1の絶縁膜上から前記第2のマスク層上に形成された第1の絶縁膜の上方まで堆積し、前記溝を前記第2の絶縁膜で埋め込む第5の工程と、
前記第1のマスク層の上端部と同じ高さになるまで、前記第2の絶縁膜を除去する第6の工程と、
前記第2のマスク層および前記第1の絶縁膜を、前記第1のマスク層の上端部が露出するまで除去する第の工程と、
前記溝から突出した第1の絶縁膜および第2の絶縁膜の部分を残すように、前記第1のマスク層を選択的に除去する第の工程と、
前記第1の絶縁膜を、第2の絶縁膜はエッチングされない条件で、前記溝の上端面まで選択的に除去する第の工程と、
第1の伝導性膜を成膜する第10の工程と、
前記第1の伝導性膜を、前記第2の絶縁膜の上端面が露出するまで研磨することにより、前記第1の伝導性膜の上面全体が平坦な上面となるように平坦化する第11の工程と、
前記第1の伝導性膜の上面、及び前記第2の絶縁膜の上面に第3の絶縁膜を形成する第12の工程と、
前記第3の絶縁膜の上面に第2の伝導性膜を形成する第13の工程と
を備えたことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
A thermal oxide film, a first mask layer made of a predetermined material, and a second mask layer made of another material that can be selectively removed with respect to the first mask layer are sequentially formed on the surface of the semiconductor substrate. A first step of forming;
A second step of removing the thermal oxide film other than the element formation region, the first mask layer, and the second mask layer;
A third step of forming a groove by etching the surface of the semiconductor substrate exposed in the second step using the second mask layer remaining on the element formation region as a mask;
A fourth step of forming the first insulating film to such an extent that the groove does not fill the inner wall of the groove;
A second insulating film that can be selectively removed with respect to the first insulating film is formed on the second mask layer from the first insulating film formed in the trench. Depositing the upper part of the first insulating film and filling the groove with the second insulating film ;
A sixth step of removing the second insulating film until the same height as the upper end of the first mask layer;
A seventh step of removing the second mask layer and the first insulating film until an upper end portion of the first mask layer is exposed;
An eighth step of selectively removing the first mask layer so as to leave portions of the first insulating film and the second insulating film protruding from the groove;
A ninth step of selectively removing the first insulating film up to an upper end surface of the groove under a condition that the second insulating film is not etched;
A tenth step of forming a film of the first conductive film,
Said first conductive film, by the upper end surface of the second insulating film is polished to expose, eleventh entire top surface of the first conductive film is planarized such that the flat top surface And the process of
A twelfth step of forming a third insulating film on the upper surface of the first conductive film and the upper surface of the second insulating film;
And a thirteenth step of forming a second conductive film on the upper surface of the third insulating film.
半導体基板表面に、熱酸化膜、所定の材料からなる第1のマスク層、該第1のマスク層に対して選択的に除去することが可能な他の材料からなる第2のマスク層を順次形成する第1の工程と、A thermal oxide film, a first mask layer made of a predetermined material, and a second mask layer made of another material that can be selectively removed with respect to the first mask layer are sequentially formed on the surface of the semiconductor substrate. A first step of forming;
素子形成領域以外の前記熱酸化膜、前記第1のマスク層および前記第2のマスク層を除去する第2の工程と、A second step of removing the thermal oxide film other than the element formation region, the first mask layer, and the second mask layer;
前記素子形成領域上に残った第2のマスク層をマスクとし、前記第2の工程によって露Using the second mask layer remaining on the element formation region as a mask, exposure is performed in the second step. 出された半導体基板表面をエッチングして溝を形成する第3の工程と、A third step of etching the exposed semiconductor substrate surface to form a groove;
この溝の内壁に該溝を埋め尽くさない程度に第1の絶縁膜を形成する第4の工程と、A fourth step of forming the first insulating film to such an extent that the groove does not fill the inner wall of the groove;
前記第1の絶縁膜に対して選択的に除去することが可能な第2の絶縁膜を、前記溝に形成された第1の絶縁膜上から前記第2のマスク層上に形成された第1の絶縁膜の上方まで堆積し、前記溝を前記第2の絶縁膜で埋め込む第5の工程と、A second insulating film that can be selectively removed with respect to the first insulating film is formed on the second mask layer from the first insulating film formed in the trench. Depositing the upper part of the first insulating film and filling the groove with the second insulating film;
前記第1のマスク層の上端部と同じ高さになるまで、前記第2の絶縁膜を除去する第6の工程と、A sixth step of removing the second insulating film until the same height as the upper end of the first mask layer;
前記第2のマスク層および前記第1の絶縁膜を、前記第1のマスク層の上端部が露出するまで除去する第7の工程と、A seventh step of removing the second mask layer and the first insulating film until an upper end portion of the first mask layer is exposed;
前記溝から突出した第1の絶縁膜および第2の絶縁膜の部分を残すように、前記第1のマスク層を選択的に除去する第8の工程と、An eighth step of selectively removing the first mask layer so as to leave portions of the first insulating film and the second insulating film protruding from the groove;
前記第1の絶縁膜を、第2の絶縁膜はエッチングされない条件で、前記溝の上端面まで選択的に除去する第9の工程と、A ninth step of selectively removing the first insulating film up to an upper end surface of the groove under a condition that the second insulating film is not etched;
第1の伝導性膜を成膜する第10の工程と、A tenth step of forming a first conductive film;
前記第1の伝導性膜を、前記第2の絶縁膜の上端面が露出するまで除去する第11の工程とAn eleventh step of removing the first conductive film until an upper end surface of the second insulating film is exposed;
前記第1の伝導性膜の側壁に位置する前記第2の絶縁膜を除去し、前記第1の伝導性膜の側壁を露出させる第12の工程と、A twelfth step of removing the second insulating film located on the side wall of the first conductive film and exposing the side wall of the first conductive film;
前記第1の伝導性膜の上面、側壁、及び前記第2の絶縁膜の上面に第3の絶縁膜を形成する第13の工程と、A thirteenth step of forming a third insulating film on an upper surface, a sidewall, and an upper surface of the second insulating film of the first conductive film;
前記第3の絶縁膜の上面に第2の伝導性膜を形成する第14の工程とA fourteenth step of forming a second conductive film on the upper surface of the third insulating film;
を備え、With
前記第6、第7の工程を同時に行なうことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。A method of manufacturing a semiconductor memory device, wherein the sixth and seventh steps are simultaneously performed.
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