JP3914034B2 - 半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子の製造方法、より具体的にはサイドウオールフローティングゲート型フラッシュメモリセルの形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図1に本発明が適用されるフラッシュメモリセル(半導体素子)の構造を示す。従来のスタック型とは異なり、コントロールゲート(CG)の側壁に、絶縁膜(SiN膜及びSiO2膜)を介してサイドウォール状のフローティングゲート(FG)を配置した構造である。図10は、本構造のフラッシュメモリセルを形成する従来の手法を示し、簡単のためにインプラ工程は省略している。例えば、所望のトンネル酸化膜厚を9nm、CG−FG絶縁膜厚をSiN7nm+SiO2膜6nmとする。P型Si基板200表面に、熱酸化膜201を5.5nm(例えば850℃Wet条件)、及びリンドープPo1y−Siを160nm順次形成し、微細加工技術によりPo1y−Siコントロールゲート(CG)202を形成する。そこにLP−CVD法によりSiN膜203を7nm堆積する(図10(a))。LP−SiN膜203形成条件としては、690℃、NH3/SiH2C12=150/30(ccm)、20.00Pa(0.15Torr)とすることができる。前記条件でSiN膜を形成する前に、800℃以上,NH3=2000ccm、533.28Pa(4Torr)の条件でコントロールゲートPoly−Si202を直接窒化させてもよいし(ISN:In−Situ Nitridation)、或いは、APM又はHPM洗浄でケミカル酸化膜や拡散炉による熱酸化膜を形成しても構わない。次に、異方性ドライエッチングによりPo1y−Siコントロールゲート202のサイドにのみSiN膜203aを残す(図10(b))。その際、Po1y−Siコントロールゲート202に覆われていない熱酸化膜201も残すようにし、前記のSiN膜サイドウオール203a形成後、希フッ酸により除去する(図10(c))。
【0003】
次に、前記酸化膜を除去した部分のSi基板200を800℃、Wet条件にて酸化し、熱酸化膜204、204’を3nm形成する(図10(d))。その際、Po1y−Siコントロールゲート202の上部も酸化され、サイドウオールSiN膜203aはヒーリングされる。そして、LP−CVD法によりNSG膜205を6nm堆積し、所望の膜厚のトンネル酸化膜9nm(熱酸化膜204+NSG膜205)とCG−FG絶縁膜(サイドウオールSiN膜203a+NSG膜205)を得ることができる(図10(e))。更に、膜質を向上させるために窒素雰囲気中でアニールを行い、(例えば、900℃、N2、15分又は1000℃、RTN 10sec in N2O)全面にリンドープPoly−Si膜を130nm堆積し、異方性ドライエッチングによりPoly−Siサイドウォールフローティングゲート208を形成する(図10(f))。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法で形成した、熱酸化膜204とLP−TEOSNSG膜205混合のトンネル酸化膜206では、図11に示すように、熱酸化膜単層に比べ著しくTDDB寿命が劣り、フラッシュメモリとして使用することが困難である。また、LP−SiN膜203aとLP−TEOS NSG膜205積層のCG−FG絶縁膜207についても同様である。
本発明は、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明の目的は、サイドウォールフローティングゲート型フラッシュメモリセルにおいて、信頼性の高いトンネル酸化膜およびCG−FG絶縁膜を同時に形成する方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する手段は以下の通りである。
<1> Si基板表面に、熱酸化膜、及びリンドープPo1y−Siを順次成膜し、前記熱酸化膜が全面に残るようにPo1y−Siコントロールゲート電極を形成する工程;SiN膜を全面に堆積し、異方性ドライエッチングにより、前記Po1y−Siコントロールゲート電極の側壁にサイドウォールSiN膜を形成し、Si基板上に残った前記熱酸化膜を除去する工程;1nm〜5nmの薄膜アモルファスSiを全面に堆積し、前記サイドウォールSiN膜上のアモルファスSiを全部酸化させると同時に、Si基板上のアモルファスSiを基板と共に酸化させトンネル酸化膜を形成する工程;及びリンドープPo1y−Si膜を堆積し、異方性ドライエッチングによりPo1y−Siサイドウオールフローティングゲートを形成する工程;を有することを特徴とする半導体素子の製造方法である。
【0006】
<2> Si基板表面に、熱酸化膜、及びリンドープPo1y−Siを順次成膜し、熱酸化膜が全面に残るようにPo1y−Siコントロールゲート電極を形成する工程;SiN膜を全面に堆積し、異方性ドライエッチングにより、前記Po1y−Siコントロールゲート電極の側壁にサイドウオールSiN膜を形成し、Si基板上に残った前記熱酸化膜を除去する工程;5nm〜12nmのアモルファスSiを全面に堆積し、等方性のドライエッチング又はウエットエッチングで前記アモルファスSiが1nm〜5nm残るようにエッチングし、サイドウオールSiN膜上のアモルファスSiを全部酸化させると同時に、Si基板上のアモルファスSiは基板と共に酸化させトンネル酸化膜を形成する工程;及びリンドープPo1y−Si膜を堆積し、異方性ドライエッチングによりPo1y−Siサイドウオールフローティングゲートを形成する工程;を有することを特徴とする半導体素子の製造方法である。
【0007】
<3> Si基板表面に、熱酸化膜、リンドープPo1y−Si、及びWSix膜を順次成膜し、熱酸化膜が全面に残るようにWSixポリサイドコントロールゲート電極を形成する工程;SiN膜を全面に堆積し、異方性ドライエッチングによりWSixポリサイドコントロールゲート電極の側壁にSiN膜サイドウオールを形成し、Si基板上に残った前記熱酸化膜を除去する工程;LP−CVD法で直接に、またはLP−CVD法と等方性ドライまたはウエットエッチングの組み合わせにより1nm〜5nmの薄膜アモルファスSiを全面に形成し、サイドウオールSiN膜上のアモルファスSiを全部酸化させると同時に、Si基板上のアモルファスSiは基板と共に酸化させトンネル酸化膜を形成する工程;及びリンドープPo1y−Si膜を堆積し、異方性ドライエッチングによりPo1y−Siサイドウオールフローティングゲートを形成する工程;を有することを特徴とする半導体素子の製造方法である。
【0008】
<4> Si基板表面に、熱酸化膜、リンドープPo1y−Si、CVD一酸化膜、及びCVD−SiN膜を順次成膜し、熱酸化膜が全面に残るようにCVD−酸化膜/CVD−SiN膜でキャップされたPo1y−Siコントロールゲート電極を形成する工程;SiN膜を全面に堆積し、異方性ドライエッチングによりCVD−酸化膜/CVD−SiN膜でキャップされたPo1y−Siコントロールゲート電極の側壁にSiN膜サイドウォールを形成し、Si基板上に残った前記熱酸化膜を除去する工程;LP−CVD法で直接に、またはLP−CVD法と等方性ドライまたはウエットエッチングの組み合わせにより1nm〜5nmの薄膜アモルファスSiを全面に形成し、サイドウオールSiN膜上のアモルファスSiを全部酸化させると同時に、Si基板上のアモルファスSiは基板と共に酸化させトンネル酸化膜を形成する工程;及びリンドープPo1y−Si膜を堆積し、異方性ドライエッチングによりPo1y−Siサイドウオールフローティングゲートを形成する工程;を有することを特徴とする半導体素子の製造方法である。
【0009】
<5> Si基板表面に、熱酸化膜、リンドープPo1y−Si、WSix膜、CVD−酸化膜、CVD−SiN膜を順次成膜し、熱酸化膜が全面に残るようにCVD−酸化膜/CVD−SiN膜でキャップされたWSixポリサイドコントロールゲート電極を形成する工程;SiN膜を全面に堆積し、異方性ドライエッチングによりCVD−酸化膜/CVD−SiN膜でキャップされたWSixポリサイドコントロールゲート電極の側壁にSiN膜サイドウォールを形成し、Si基板上に残った前記熱酸化膜を除去する工程;LP−CVD法で直接に、またはLP−CVD法と等方性ドライエッチングまたはウエットエッチングの組み合わせにより1nm〜5nmの薄膜アモルファスSiを全面に形成し、サイドウオールSiN膜上のアモルファスSiを全部酸化させると同時に、Si基板上のアモルファスSiは基板と共に酸化させトンネル酸化膜を形成する工程;及びリンドープPo1y−Si膜を堆積し、異方性ドライエッチングによりPo1y−Siサイドウオールフローティングゲートを形成する工程;を有することを特徴とする半導体素子の製造方法である。
【0010】
<6> Si基板表面に、熱酸化膜を形成し、Po1y−Si単層、Po1y−Si/WSix積層、またはPo1y−Si/WSix/NSG/SiN積層構造からなるコントロールゲートを形成する工程;SiN膜および1nm〜5nmの薄膜アモルファスSi膜を順次形成し、異方性ドライエッチングによりアモルファスSiをエッチングしコントロールゲートの側壁にのみアモルファスSiを残す工程;異方性ドライエッチングによりSiN膜をエッチングしコントロールゲートの側壁にのみSiN膜を残し、希フッ酸でSi基板上に残った前記熱酸化膜を除去し、サイドウォールSiN膜上のアモルファスSiを全部酸化させると同時に、Si基板を酸化させトンネル酸化膜を形成する工程;及びリンドープPo1y−Si膜を堆積し、異方性ドライエッチングによりPo1y−Siサイドウオールフローティングゲートを形成する工程;を有することを特徴とする半導体素子の製造方法である。
【0011】
<7> Si基板表面に、熱酸化膜を形成し、Po1y−Si単層、Po1y−Si/WSix積層、またはPo1y−Si/WSix/NSG/SiN積層構造からなるコントロールゲートを形成する工程;SiN膜を全面に堆積し、異方性ドライエッチングによりコントロールゲート電極の側壁にSiN膜サイドウォールを形成し、Si基板上に残った前記熱酸化膜を希フッ酸により除去し、SiH4を材料ガスとしたCVD法によりSi基板上に1nm〜5nmの薄膜エピタキシャルSi膜、およびサイドウオールSiN膜上には薄膜アモルファスSi膜を堆積しサイドウォールSiN膜上のアモルファスSiを全部酸化させると同時に、Si基板上のエピタキシャルSiは基板と共に酸化させトンネル酸化膜を形成する工程;及びリンドープPo1y−Si膜を堆積し、異方性ドライエッチングによりPo1y−Siサイドウオールフローティングゲートを形成する工程;を有することを特徴とする半導体素子の製造方法である。
【0012】
<8> Si基板表面に、熱酸化膜を形成し、Po1y−Si単層、Po1y−Si/WSix積層、またはPo1y−Si/WSix/NSG/SiN積層構造からなるコントロールゲートを形成する工程;SiN膜を全面に堆積し、異方性ドライエッチングによりコントロールゲート電極の側壁にSiN膜サイドウオールを形成し、Si基板上に残った前記熱酸化膜を除去し、SiH2C12を材料ガスとしたCVD法によりSi基板上に選択的にエピタキシャルSi膜を堆積する工程;SiH4を材料ガスとしたCVD法によりエピタキシャルSi上に1mm〜5mmの薄膜エピタキシャルまたはアモルファスSiを堆積し、サイドウオールSiN膜上のアモルファスSiを全部酸化させると同時に、エピタキシャルSi膜上のエピタキシャルまたはアモルファスSiを下地エピタキシャルSiまたはSi基板/エピタキシャルSiと共に酸化させトンネル酸化膜を形成する工程;及びリンドープPoly−Si膜を堆積し、異方性ドライエッチングによりPoly−Siサイドウオールフローティングゲートを形成する工程;を有することを特徴とする半導体素子の製造方法である。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図2に本発明を適用した半導体素子の製造方法の第1の実施形態の工程図を示す。本実施形態における半導体素子は、Si基板10の表面に、熱酸化膜11、Po1y−Siコントロールゲート12を堆積している。そして、従来の技術で説明した図10と同様に、Po1y−Siコントロールゲート12の側壁にサイドウォールSiN膜13aを形成し(図2(a))、その上全面にLP−CVD法によりアモルファスSi14を3nm堆積する(図2(b))。この薄膜のアモルファスSi膜14は、例えば図12に示すように、525℃,SiH4=250ccm、26.66Pa(0.20Torr)の条件下、約12分で得られる。次に、850℃、Wet条件でこのアモルファスSi膜14とSi基板10とを合わせて酸化させ、トータル9nmの熱酸化膜(トンネル酸化膜:14a)を形成させる。その際、側壁SiN膜13a上のアモルファスSi膜14も同時にすべて酸化され約6nmのTop酸化膜が形成される。従って、所望のトンネル酸化膜14aとCG−FG絶縁膜15が同時に形成される(図2(c))。最後に、リンドープPo1y−Si膜16を130nm堆積し、異方性ドライエッチングによりサイドウオールPo1y−Siフローティングゲート16を形成する(図2(d))。
【0014】
以上のように、第1の実施形態によれば、LP−TEOS NSG膜ではなく、アモルファスSi14の熱酸化膜と基板Si10の熱酸化膜をトンネル酸化膜14aとして利用できるため、トンネル酸化膜の信頼性が向上する。また、CG−FG絶縁膜15のTop酸化膜にもアモルファスSi14の熱酸化膜が使えるため信頼性の高いCG−FG絶縁膜が得ることができる。以上のように、サイドウォールフローティングゲート型フラッシュメモリセルの高品質、高信頼性のトンネル酸化膜およびCG−FG絶縁膜が同時に形成することができる。
【0015】
図3に、本発明を適用した半導体素子の製造方法の第2の実施形態の工程図の1部を示し、第1の実施形態と実質的に同一構成要素には同一の符号を付している。第1の実施形態に示したような薄膜のアモルファスSi膜が形成できない場合は、次のような方法を用いることができる。第1の実施形態と同様、Po1y−Siコントロールゲート12の側壁にSiN膜13aを形成し、全面にLP−CVD法によりアモルファスSi膜14を厚めに、例えば6nm堆積する(図3(a))。その後、等方性ドライエッチングまたはウェットエッチング(例えばTMAH溶液)により、アモルファスSi膜を均一にエッチングしアモルファスSi膜を例えば3nm残しアモルファスSi膜14’を形成する(図3(b))。その後は、第1の実施形態と同じ方法で、トンネル酸化膜とCG−FG絶縁膜のTop酸化膜を同時に形成する。
【0016】
以上のように、第2の実施形態によれば、LP−CVD法で直接、所望の薄膜アモルファスSi膜が形成できない場合でも、少々厚めのアモルファスSi膜14の堆積と等方性エッチングとの組み合わせにより、所望の薄膜アモルファスSi層14aが形成でき、第1の実施形態と同様、高品質、高信頼性の、サイドウオールフローティングゲート型フラッシュメモリセルのトンネル酸化膜およびCG−FG絶縁膜の同時形成が可能となる。
【0017】
図4に、本発明を適用した半導体素子の製造方法の第3の実施形態の工程図の1部を示し、第1の実施形態と実質的に同一構成要素には同一の符号を付している。前記第1、第2の実施形態では、単層のPo1y−Siコントロールゲートであったが、本実施形態はPo1y−Siコントロールゲート表面にWSixポリサイドコントロールゲートを積層している。P型Si基板10表面に、熱酸化膜11を5.5nm、リンドープPo1y−Si12を160nm、WSix20を100nm順次形成し、微細加工技術によりWSixポリサイドコントロールゲート電極を形成する。この場合、酸化膜11は全面に残すようにエッチングする。そこに、LP−CVD法によりSiN膜を7nm堆積する。この場合、ISNは行わない方が好ましい。何故なら高温のISNではWSix膜中のWがSiN膜に拡散し、SiN膜の信頼性を劣化させるからである。次に、酸化膜との選択比の高い異方性ドライエッチングにより、リンドープPo1y−Si12とWSixポリサイドゲート電極20の側壁にのみSiN膜13aを残す。WSixポリサイドゲート電極20下以外に残った酸化膜11は希フッ酸で除去する(図4(a))。ここまでは従来技術における(図10で説明)、Po1y−Siコントロールゲート202がWSixポリサイドコントロールゲートに置き換わっただけである(詳細は図10(a)〜(c)を参照)。次に、第1の実施形態または第2の実施形態で示したような方法で薄膜のアモルファスSi膜14を3nm形成する(図4(b))。その後は第1の実施形態同様、850℃、Wet酸化によりアモルファスSi膜の熱酸化膜をべ一スとしたトンネル酸化膜とCG−FG絶縁膜を同時に形成し、リンドープPo1y−Si膜堆積とその異方性ドライエッチングによりサイドウォールPo1y−Siフローティングゲートを形成する(図2参照)。
【0018】
以上のように、第3の実施形態によれば、WSixポリサイドコントロールゲート電極に対しても、アモルファスSi14の熱酸化膜とSi基板10の熱酸化膜をトンネル酸化膜として利用できるため、トンネル酸化膜の信頼性が向上する。また、CG−FG絶縁膜のTop酸化膜にもアモルファスSi14の熱酸化膜が使えるため信頼性の高いCG−FG絶縁膜が得ることができる。以上のように、サイドウォールフローティングゲート型フラッシュメモリセルの高品質、高信頼性のトンネル酸化膜およびCG−FG絶縁膜がWSixポリサイドコントロールゲート電極にも対しても同時に形成でき、WSixポリサイドコントロールゲート電極をもつデバイスヘの混載が可能となる。
【0019】
図5に、本発明を適用した半導体素子の製造方法の第4の実施形態の工程の1部を示し、第1の実施形態と実質的に同一構成要素には同一の符号を付している。第1、2の実施形態ではPo1y−Siコントロールゲートを用いた例で示したが、微細加工上Po1y−Siの上にハードマスクをすることが多い。ハードマスクとしてはSiN膜やNSG膜、或いはこれらの積層膜を用いる。P型Si基板10の表面に、熱酸化膜11を5.5nm、Po1y−Si膜12を160nm、P−TEOS NSG膜21を100nm、P−SiN膜22を100nm順次形成し、微細加工技術によりコントロールゲートを形成する。この際、酸化膜11は全面に残るようにする。次に、従来技術と同様(図10(a)〜(c)参照)、LP−CVD法によりSiN膜を7nm全面に堆積し、酸化膜との選択比が高い異方性ドライエッチングでコントロールゲートの側壁にのみSiN膜13aを残す。残ったSi基板10上の酸化膜は希フッ酸で除去する(図5(a))。次に、第1、2の実施形態と同じ方法で薄膜のアモルファスSi膜14を形成し(図5(b))、熱酸化によりトンネル酸化膜とCG−FG絶縁膜のTop酸化膜を同時に形成する。
【0020】
以上のように、第4の実施形態によれば、アモルファスSi14の熱酸化膜とSi基板10の熱酸化膜をトンネル酸化膜として利用できるため、トンネル酸化膜の信頼性が向上する。また、CG−FG絶縁膜のTop酸化膜にもアモルファスSi14の熱酸化膜が使えるため信頼性の高いCG−FG絶縁膜が得ることができる。以上のように、P−TEOS NSG膜21/P−SiN膜22をハードマスクに用いたPo1y−Siコントロールゲートのサイドウオールフローティングゲート型フラッシュメモリセル対応の高品質、高信頼性のトンネル酸化膜およびCG−FG絶縁膜が同時に形成できる。
【0021】
図6に、本発明を適用した半導体素子の製造方法の第5の実施形態の工程の1部を示し、第1の実施形態と実質的に同一構成要素には同一の符号を付している。第3の実施形態ではWSixポリサイドコントロールゲートを用いた例で示したが、微細加工上WSixの上にハードマスクを使用することが多い。ハードマスクとしてはSiN膜やNSG膜、或いはこれらの積層膜を用いる。P型Si基板10の表面に、熱酸化膜11を5.5nm、Po1y−Si膜12を160nm、WSix膜20を100nm、P−TEOS NSG膜21を100nm、P−SiN膜22を100nm順次形成し、微細加工技術によりコントロールゲートを形成する。この際、ゲート酸化膜(熱酸化膜)11は全面に残るようにする。次に、従来技術と同様(図10(a)〜(c)参照)、LP−CVD法によりSiN膜を7nm全面に堆積し、異方性ドライエッチングでコントロールゲートの側壁にのみSiN膜13aを残し、Si基板10上に残った酸化膜は希フッ酸で除去する(図6(a))。次に、第1、2の実施形態と同じ方法で薄膜のアモルファスSi膜14を形成し(図6(b))、熱酸化によりトンネル酸化膜とCG−FG絶縁膜のTop酸化膜を同時に形成する。
【0022】
以上のように、第5の実施形態によれば、アモルファスSi14の熱酸化膜とSi基板10の熱酸化膜をトンネル酸化膜として利用できるため、トンネル酸化膜の信頼性が向上する。また、CG−FG絶縁膜のTop酸化膜にもアモルファスSi14の熱酸化膜が使えるため信頼性の高いCG−FG絶縁膜が得ることができる。以上のように、P−TEOS NSG膜21/P−SiN膜22をハードマスクに用いたWSixポリサイドコントロールゲートのサイドウオールフローティングゲート型フラッシュメモリセル対応の高品質、高信頼性のトンネル酸化膜およびCG−FG絶縁膜が同時に形成できる。
【0023】
図7に、本発明を適用した半導体素子の製造方法の第6の実施形態の工程図の1部を示す。これまでの実施形態同様、まずPo1y−Si単層、Po1y−Si/WSix積層、またはPo1y−Si/WSin−TEOS NSG/P−SiN積層構造からなるコントロールゲート12を形成する。その際、ゲート酸化膜11は全面に残るようにする。LP−CVD法によりSiN膜23を7nm、アモルファスSi膜14を3nm順次堆積し(図7(a))、SiNとの選択比が高い異方性ドライエッチング条件によりアモルファスSi14をエッチングしコントロールゲート12の側壁にのみアモルファスSi14’を残す(図7(b))。引き続き、酸化膜との選択比が高い異方性ドライエッチング条件にてSiN膜23をエッチングしコントロールゲート12の側壁にのみSiN23aを残す(図7(c))。次に、希フッ酸に浸しSi基板10上に残った酸化膜11を除去し(図7(d))、例えば850℃,Wet条件にてSi基板10を酸化させ9nmのトンネル酸化膜30を形成する(図7(e))。この際、サイドウォールSiN膜23a上のアモルファスSi14’は完全に酸化され、約6nmのTop酸化膜31となる(図7(e))。最後に、リンドープPo1y−Si膜を130nm堆積し、異方性ドライエッチングによりサイドウオール状のフローティングゲート16を形成する(図7(f))。
【0024】
以上のように、第6の実施形態によれば、トンネル酸化膜としてSi基板10の熱酸化膜を100%利用できるようにしたので、さらに信頼性の高いトンネル酸化膜が得られる。
【0025】
図8に、本発明を適用した半導体素子の製造方法の第7の実施形態の工程図の1部を示し、第1の実施形態と実質的に同一構成要素には同一の符号を付している。これまでの実施形態と同様に、まずPo1y−Si単層、Po1y−Si/WSix積層、またはPo1y−Si/WSix/P−TEOSNSGlP−SiN積層構造からなるコントロールゲート12を形成する。その際、ゲート酸化膜11は全面に残るようにする。次に、LP−CVD法によりSiN膜を全面に堆積し、酸化膜との選択比が高い異方性ドライエッチングによりコントロールゲート12の側壁にのみSiN膜13aを残す。Si基板10上に残った酸化膜11は希フッ酸で除去する。次に、SiH4を材料ガスとしたCVD法により、Si基板10上にエピタキシャルSi膜31を3nm堆積させる。その際、コントロールゲート12の側壁のSiN膜13a上にはアモルファスSi膜14’、コントロールゲート12上には最上層の膜種によりアモルファスSi膜またはPo1y−Si膜(33)がほぼ3nm堆積する(図8(a))。次に、例えば850℃、Wet条件にて、Si基板10上に堆積したエピタキシャルSi31をSi基板10と共に酸化させ、9nmのトンネル酸化膜31’を形成する。その際、コントロールゲート12上および側壁のPo1yまたはアモルファスSi膜はすべて酸化され約6nmの酸化膜が形成される(図8(b))。最後に、リンドープPo1y−Si膜を堆積し、異方性ドライエッチングによりサイドウォール状のフローティングゲート16を形成する(図8(c))。
【0026】
以上ように、第7の実施形態によれば、Si基板10上にエピタキシャルSi31を成長させ、基板と共に酸化することで、所望の膜厚のトンネル酸化膜を形成しているため、信頼性の高いトンネル酸化膜が得られる。
【0027】
図9に、本発明を適用した半導体素子の製造方法の第8の実施形態の工程図の1部を示し、第1の実施形態と実質的に同一構成要素には同一の符号を付している。これまでの実施形態同様、まずPo1y−Si単層、Po1y−Si/WSix積層、またはPo1y−Si/WSix/P−TEOS NSG/P−SiN積層構造からなるコントロールゲート12を形成する。その際、ゲート酸化膜11は全面に残るようにする。次に、LP−CVD法によりSiN膜を全面に堆積し、酸化膜との選択比が高い異方性ドライエッチングによりコントロールゲート12の側壁にのみSiN膜13aを残す。Si基板10上に残った酸化膜11は希フッ酸で除去する。次に、SiH2C12を材料ガスとしたCVD法によりSi基板10上に選択的にエピタキシャルSi膜31を堆積させる。次に、SiH4を材料ガスとしたCVD法のより全面に(非選択的に)Siを堆積する。この際、コントロールゲート12の側壁のSiN膜13a上はアモルファスSi膜14となるが、最初に堆積したエピタキシャルSi31上は条件によってはアモルファスSiであったりエピタキシャルSiであったりするがどちらでも構わない(図9(a))。次に、例えば850℃、Wet条件にて、堆積したSi層(31、14)を酸化膜34に変える(図9(b))。この際、コントロールゲート12側壁のアモルファスSi層33はすべて酸化させ、Si基板10上のSi層(31、14)は酸化時間により、様々な酸化膜厚に仕上げることができる(図9(b’)(b’’)参照)。最後に、リンドープPo1y−Si膜を堆積し、異方性ドライエッチングによりサイドウオール状のフローティングゲート16を形成する(図9(c))。
【0028】
以上のように、第8の実施形態によれば、Si基板10上に選択的にエピタキシャルSi31を成長させ、基板表面を嵩上げしたために、トンネル酸化膜と基板との界面の位置を自由に制御でき、新しいデバイス形成が可能となる。
【0029】
【発明の効果】
本発明によれば、サイドウォールフローティングゲート型フラッシュメモリセルにおいて、信頼性の高いトンネル酸化膜およびCG−FG絶縁膜を同時に形成することができる半導体素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の半導体素子の製造方法により得られる半導体素子の模式断面図である。
【図2】 本発明の半導体素子の製造方法の第1の実施形態の工程の一部を示す工程図である。
【図3】 本発明の半導体素子の製造方法の第2の実施形態の工程の一部を示す工程図である。
【図4】 本発明の半導体素子の製造方法の第3の実施形態の工程の一部を示す工程図である。
【図5】 本発明の半導体素子の製造方法の第4の実施形態の工程の一部を示す工程図である。
【図6】 本発明の半導体素子の製造方法の第5の実施形態の工程の一部を示す工程図である。
【図7】 本発明の半導体素子の製造方法の第6の実施形態の工程の一部を示す工程図である。
【図8】 本発明の半導体素子の製造方法の第7の実施形態の工程の一部を示す工程図である。
【図9】 本発明の半導体素子の製造方法の第8の実施形態の工程の一部を示す工程図である。
【図10】 従来の半導体素子の製造方法の工程の一部を示す工程図である。
【図11】 LP−TEOS NSG膜と熱酸化膜のTDDB特性を示すグラフである。
【図12】 LP−CVD法による薄膜アモルファスSiの堆積速度を示すグラフである。
【符号の説明】
10 Si基板
11 熱酸化膜
12 Po1y−Siコントロールゲート
13a サイドウォールSiN膜
14 アモルファスSi(膜)
14a トンネル酸化膜
15 CG−FG絶縁膜
16 リンドープPo1y−Si膜
20 WSix膜
21 P−TEOS NSG膜
22 P−SiN膜
23 SiN膜
31 エピタキシャルSi膜
33 Po1y−Si膜
34 酸化膜
200 Si基板
201 熱酸化膜
202 Po1y−Siコントロールゲート
203 SiN膜
204 熱酸化膜
205 NFG膜
206 トンネル酸化膜
207 CG−FG絶縁膜
208 Poly−Siサイドウォールフローティングゲート
Claims (8)
- Si基板表面に、熱酸化膜、及びリンドープPo1y−Siを順次成膜し、前記熱酸化膜が全面に残るようにPo1y−Siコントロールゲート電極を形成する工程;
SiN膜を全面に堆積し、異方性ドライエッチングにより、前記Po1y−Siコントロールゲート電極の側壁にサイドウォールSiN膜を形成し、Si基板上に残った前記熱酸化膜を除去する工程;
1nm〜5nmの薄膜アモルファスSiを全面に堆積し、前記サイドウォールSiN膜上のアモルファスSiを全部酸化させると同時に、Si基板上のアモルファスSiを基板と共に酸化させトンネル酸化膜を形成する工程;及び
リンドープPo1y−Si膜を堆積し、異方性ドライエッチングによりPo1y−Siサイドウオールフローティングゲートを形成する工程;
を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。 - Si基板表面に、熱酸化膜、及びリンドープPo1y−Siを順次成膜し、熱酸化膜が全面に残るようにPo1y−Siコントロールゲート電極を形成する工程;
SiN膜を全面に堆積し、異方性ドライエッチングにより、前記Po1y−Siコントロールゲート電極の側壁にサイドウオールSiN膜を形成し、Si基板上に残った前記熱酸化膜を除去する工程;
5nm〜12nmのアモルファスSiを全面に堆積し、等方性のドライエッチング又はウエットエッチングで前記アモルファスSiが1nm〜5nm残るようにエッチングし、サイドウオールSiN膜上のアモルファスSiを全部酸化させると同時に、Si基板上のアモルファスSiは基板と共に酸化させトンネル酸化膜を形成する工程;及び
リンドープPo1y−Si膜を堆積し、異方性ドライエッチングによりPo1y−Siサイドウオールフローティングゲートを形成する工程;
を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。 - Si基板表面に、熱酸化膜、リンドープPo1y−Si、及びWSix膜を順次成膜し、熱酸化膜が全面に残るようにWSixポリサイドコントロールゲート電極を形成する工程;
SiN膜を全面に堆積し、異方性ドライエッチングによりWSixポリサイドコントロールゲート電極の側壁にSiN膜サイドウオールを形成し、Si基板上に残った前記熱酸化膜を除去する工程;
LP−CVD法で直接に、またはLP−CVD法と等方性ドライまたはウエットエッチングの組み合わせにより1nm〜5nmの薄膜アモルファスSiを全面に形成し、サイドウオールSiN膜上のアモルファスSiを全部酸化させると同時に、Si基板上のアモルファスSiは基板と共に酸化させトンネル酸化膜を形成する工程;及び
リンドープPo1y−Si膜を堆積し、異方性ドライエッチングによりPo1y−Siサイドウオールフローティングゲートを形成する工程;
を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。 - Si基板表面に、熱酸化膜、リンドープPo1y−Si、CVD一酸化膜、及びCVD−SiN膜を順次成膜し、熱酸化膜が全面に残るようにCVD−酸化膜/CVD−SiN膜でキャップされたPo1y−Siコントロールゲート電極を形成する工程;
SiN膜を全面に堆積し、異方性ドライエッチングによりCVD−酸化膜/CVD−SiN膜でキャップされたPo1y−Siコントロールゲート電極の側壁にSiN膜サイドウォールを形成し、Si基板上に残った前記熱酸化膜を除去する工程;
LP−CVD法で直接に、またはLP−CVD法と等方性ドライまたはウエットエッチングの組み合わせにより1nm〜5nmの薄膜アモルファスSiを全面に形成し、サイドウオールSiN膜上のアモルファスSiを全部酸化させると同時に、Si基板上のアモルファスSiは基板と共に酸化させトンネル酸化膜を形成する工程;及び
リンドープPo1y−Si膜を堆積し、異方性ドライエッチングによりPo1y−Siサイドウオールフローティングゲートを形成する工程;
を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。 - Si基板表面に、熱酸化膜、リンドープPo1y−Si、WSix膜、CVD−酸化膜、CVD−SiN膜を順次成膜し、熱酸化膜が全面に残るようにCVD−酸化膜/CVD−SiN膜でキャップされたWSixポリサイドコントロールゲート電極を形成する工程;
SiN膜を全面に堆積し、異方性ドライエッチングによりCVD−酸化膜/CVD−SiN膜でキャップされたWSixポリサイドコントロールゲート電極の側壁にSiN膜サイドウォールを形成し、Si基板上に残った前記熱酸化膜を除去する工程;
LP−CVD法で直接に、またはLP−CVD法と等方性ドライエッチングまたはウエットエッチングの組み合わせにより1nm〜5nmの薄膜アモルファスSiを全面に形成し、サイドウオールSiN膜上のアモルファスSiを全部酸化させると同時に、Si基板上のアモルファスSiは基板と共に酸化させトンネル酸化膜を形成する工程;及び
リンドープPo1y−Si膜を堆積し、異方性ドライエッチングによりPo1y−Siサイドウオールフローティングゲートを形成する工程;
を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。 - Si基板表面に、熱酸化膜を形成し、Po1y−Si単層、Po1y−Si/WSix積層、またはPo1y−Si/WSix/NSG/SiN積層構造からなるコントロールゲートを形成する工程;
SiN膜および1nm〜5nmの薄膜アモルファスSi膜を順次形成し、異方性ドライエッチングによりアモルファスSiをエッチングしコントロールゲートの側壁にのみアモルファスSiを残す工程;
異方性ドライエッチングによりSiN膜をエッチングしコントロールゲートの側壁にのみSiN膜を残し、希フッ酸でSi基板上に残った前記熱酸化膜を除去し、サイドウォールSiN膜上のアモルファスSiを全部酸化させると同時に、Si基板を酸化させトンネル酸化膜を形成する工程;及び
リンドープPo1y−Si膜を堆積し、異方性ドライエッチングによりPo1y−Siサイドウオールフローティングゲートを形成する工程;
を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。 - Si基板表面に、熱酸化膜を形成し、Po1y−Si単層、Po1y−Si/WSix積層、またはPo1y−Si/WSix/NSG/SiN積層構造からなるコントロールゲートを形成する工程;
SiN膜を全面に堆積し、異方性ドライエッチングによりコントロールゲート電極の側壁にSiN膜サイドウォールを形成し、Si基板上に残った前記熱酸化膜を希フッ酸により除去し、SiH4を材料ガスとしたCVD法によりSi基板上に1nm〜5nmの薄膜エピタキシャルSi膜、およびサイドウオールSiN膜上には薄膜アモルファスSi膜を堆積しサイドウォールSiN膜上のアモルファスSiを全部酸化させると同時に、Si基板上のエピタキシャルSiは基板と共に酸化させトンネル酸化膜を形成する工程;及び
リンドープPo1y−Si膜を堆積し、異方性ドライエッチングによりPo1y−Siサイドウオールフローティングゲートを形成する工程;
を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。 - Si基板表面に、熱酸化膜を形成し、Po1y−Si単層、Po1y−Si/WSix積層、またはPo1y−Si/WSix/NSG/SiN積層構造からなるコントロールゲートを形成する工程;
SiN膜を全面に堆積し、異方性ドライエッチングによりコントロールゲート電極の側壁にSiN膜サイドウオールを形成し、Si基板上に残った前記熱酸化膜を除去し、SiH2C12を材料ガスとしたCVD法によりSi基板上に選択的にエピタキシャルSi膜を堆積する工程;
SiH4を材料ガスとしたCVD法によりエピタキシャルSi上に1mm〜5mmの薄膜エピタキシャルまたはアモルファスSiを堆積し、サイドウオールSiN膜上のアモルファスSiを全部酸化させると同時に、エピタキシャルSi膜上のエピタキシャルまたはアモルファスSiを下地エピタキシャルSiまたはSi基板/エピタキシャルSiと共に酸化させトンネル酸化膜を形成する工程;及び
リンドープPoly−Si膜を堆積し、異方性ドライエッチングによりPoly−Siサイドウオールフローティングゲートを形成する工程;
を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
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