JP4490939B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device.

近年、EEPROM等の不揮発性半導体記憶装置の需要が増大してきている。不揮発性半導体記憶装置において、ワード線方向で隣接するメモリセル間の距離が近づいてくると、隣接するフローティングゲート間の容量結合が増大するという問題が生じる。   In recent years, the demand for nonvolatile semiconductor memory devices such as EEPROMs has increased. In the nonvolatile semiconductor memory device, when the distance between adjacent memory cells in the word line direction becomes closer, there arises a problem that capacitive coupling between adjacent floating gates increases.

このような問題を解決するために、メモリセル間に設けられた素子分離絶縁膜に凹部を形成し、この凹部内にコントロールゲート線(ワード線)を形成する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。以下、このような方法について、図13〜図15を参照して説明する。   In order to solve such a problem, a method has been proposed in which a recess is formed in an element isolation insulating film provided between memory cells and a control gate line (word line) is formed in the recess (for example, Patent Document 1). Hereinafter, such a method will be described with reference to FIGS.

図13において、101は素子分離溝103及び素子形成部102を有する半導体基板、104は素子分離絶縁膜、105は下部ゲート絶縁膜(トンネル絶縁膜)、106a及び106bはフローティングゲートとなるポリシリコン膜を示している。図13の工程では、素子分離絶縁膜104及びポリシリコン膜106a上にポリシリコン膜106bを形成した後、ポリシリコン膜106b上にシリコン酸化膜111を形成する。さらに、リソグラフィ及びエッチングによってシリコン酸化膜111をパターニングした後、全面にサイドスペーサ用の膜を形成し、RIE等によってシリコン酸化膜111の側面にサイドスペーサ112を形成する。このようにして、シリコン酸化膜111及びサイドスペーサ112からなり、開口部113を有するエッチングマスクが形成される。   In FIG. 13, 101 is a semiconductor substrate having an element isolation trench 103 and an element forming portion 102, 104 is an element isolation insulating film, 105 is a lower gate insulating film (tunnel insulating film), and 106a and 106b are polysilicon films that become floating gates. Is shown. In the process of FIG. 13, after the polysilicon film 106b is formed on the element isolation insulating film 104 and the polysilicon film 106a, the silicon oxide film 111 is formed on the polysilicon film 106b. Further, after patterning the silicon oxide film 111 by lithography and etching, a side spacer film is formed on the entire surface, and the side spacer 112 is formed on the side surface of the silicon oxide film 111 by RIE or the like. In this manner, an etching mask including the silicon oxide film 111 and the side spacer 112 and having the opening 113 is formed.

次に、図14に示すように、上記エッチングマスクをマスクとして、ポリシリコン膜106b及び素子分離絶縁膜104をエッチングし、凹部114を形成する。   Next, as shown in FIG. 14, using the etching mask as a mask, the polysilicon film 106 b and the element isolation insulating film 104 are etched to form a recess 114.

次に、図15に示すように、エッチングマスクを除去した後、上部ゲート絶縁膜(ONO膜)107を形成し、さらにコントロールゲート線となるポリシリコン膜108a及びWSi膜108bを形成する。その後、WSi膜108b、ポリシリコン膜108a、上部ゲート絶縁膜107、ポリシリコン膜106b及びポリシリコン膜106aをパターニングして、メモリセルの分離を行う。   Next, as shown in FIG. 15, after removing the etching mask, an upper gate insulating film (ONO film) 107 is formed, and further, a polysilicon film 108a and a WSi film 108b to be control gate lines are formed. Thereafter, the WSi film 108b, the polysilicon film 108a, the upper gate insulating film 107, the polysilicon film 106b, and the polysilicon film 106a are patterned to separate the memory cells.

このように、上述した従来技術では、素子分離絶縁膜104に形成した凹部114をポリシリコン膜108aで埋めることで、隣接するフローティングゲート(ポリシリコン膜106a及び106b)間の容量結合を抑制することが一応可能である。   As described above, in the above-described conventional technology, the concave portion 114 formed in the element isolation insulating film 104 is filled with the polysilicon film 108a, thereby suppressing the capacitive coupling between the adjacent floating gates (polysilicon films 106a and 106b). Is possible.

しかしながら、上述した従来技術では、シリコン酸化膜111のパターンはリソグラフィ技術を用いて形成されるため、シリコン酸化膜111のパターンと素子分離溝103(素子分離絶縁膜104)のパターンとの間には位置合わせ誤差が生じ得る。したがって、凹部114を素子分離絶縁膜104内に確実に形成するためには、位置合わせ誤差を考慮して、シリコン酸化膜111及びサイドスペーサ112からなるエッチングマスクの幅にマージンを持たせる必要がある。すなわち、エッチングマスクの開口部113の幅を、マージンの分だけ、素子分離溝103の幅よりも狭くしなければならない。その結果、ポリシリコン膜106b及び素子分離絶縁膜104をエッチングして得られた凹部114の幅も、必然的に素子分離溝103の幅よりも狭くなる。そのため、隣接するメモリセル間の間隔、すなわち素子分離溝103の幅が狭くなると、凹部114をポリシリコン膜108aで埋めることが極めて困難になり、フローティングゲート間の容量結合を抑制することが難しくなる。   However, in the above-described prior art, the pattern of the silicon oxide film 111 is formed using a lithography technique, and therefore, there is a gap between the pattern of the silicon oxide film 111 and the pattern of the element isolation trench 103 (element isolation insulating film 104). Registration errors can occur. Therefore, in order to reliably form the recess 114 in the element isolation insulating film 104, it is necessary to provide a margin for the width of the etching mask formed of the silicon oxide film 111 and the side spacer 112 in consideration of alignment errors. . That is, the width of the opening 113 of the etching mask must be narrower than the width of the element isolation trench 103 by a margin. As a result, the width of the recess 114 obtained by etching the polysilicon film 106 b and the element isolation insulating film 104 is necessarily narrower than the width of the element isolation groove 103. Therefore, when the interval between adjacent memory cells, that is, the width of the element isolation trench 103 becomes narrow, it becomes very difficult to fill the recess 114 with the polysilicon film 108a, and it becomes difficult to suppress capacitive coupling between the floating gates. .

このように、従来は、素子分離溝の幅が狭くなると、素子分離絶縁膜の凹部内にコントロールゲート線を形成することが困難になり、フローティングゲート間の容量結合を抑制することが難しくなるという問題があった。
特開2001−168306号公報
Thus, conventionally, when the width of the element isolation trench is reduced, it becomes difficult to form the control gate line in the recess of the element isolation insulating film, and it becomes difficult to suppress capacitive coupling between the floating gates. There was a problem.
JP 2001-168306 A

本発明は、素子分離溝の幅が狭くなっても、素子分離絶縁膜の凹部内にコントロールゲート線を確実に形成することでき、フローティングゲート間の容量結合を効果的に抑制することが可能な半導体装置を提供することを目的としている。   According to the present invention, even when the width of the element isolation trench is reduced, the control gate line can be reliably formed in the recess of the element isolation insulating film, and the capacitive coupling between the floating gates can be effectively suppressed. An object is to provide a semiconductor device.

本発明の一視点に係る半導体装置は、素子分離溝によって区画された第1及び第2の素子形成部を有する半導体基板と、前記第1及び第2の素子形成部上にそれぞれ形成された第1及び第2の下部ゲート絶縁膜と、前記第1及び第2の下部ゲート絶縁膜上にそれぞれ形成された第1及び第2のフローティングゲートと、前記素子分離溝内に形成され、前記第1及び第2の下部ゲート絶縁膜の側面及び前記第1及び第2のフローティングゲートの側面の一部を覆うように前記半導体基板の表面から突出した素子分離絶縁膜であって、上部に凹部が形成され、前記凹部の底は前記半導体基板の表面よりも下に位置し、前記第1及び第2のフローティングゲートの側面に接触する上端部の高さはそれぞれ前記第1及び第2のフローティングゲートの上面の高さより低く形成された素子分離絶縁膜と、前記第1及び第2のフローティングゲートの表面上及び前記素子分離絶縁膜の表面上に形成された上部ゲート絶縁膜と、前記上部ゲート絶縁膜上に形成されたコントロールゲート線であって、前記上部ゲート絶縁膜を介して及び前記上部ゲート絶縁膜と前記素子分離絶縁膜を介して、前記第1及び第2のフローティングゲートの上面及び側面全体と対向形成され、前記凹部の底まで埋め込まれたコントロールゲート線と、を備え、前記第1のフローティングゲートの前記第2のフローティングゲートと対向する側面全体が前記第1の素子形成部の前記素子分離溝により区切られた側面に整合し、且つ前記第2のフローティングゲートの前記第1のフローティングゲートと対向する側面全体が前記第2の素子形成部の前記素子分離溝により区切られた側面に整合している。   A semiconductor device according to an aspect of the present invention includes a semiconductor substrate having first and second element formation portions defined by element isolation grooves, and first and second elements formed on the first and second element formation portions, respectively. 1st and 2nd lower gate insulating films, 1st and 2nd floating gates formed on the 1st and 2nd lower gate insulating films, respectively, formed in the element isolation trench, and the first And an element isolation insulating film protruding from the surface of the semiconductor substrate so as to cover a side surface of the second lower gate insulating film and a part of the side surface of the first and second floating gates, and a recess is formed in the upper portion The bottom of the recess is located below the surface of the semiconductor substrate, and the heights of the upper ends contacting the side surfaces of the first and second floating gates are the heights of the first and second floating gates, respectively. An element isolation insulating film formed lower than a surface height; an upper gate insulating film formed on the surfaces of the first and second floating gates and on the surface of the element isolation insulating film; and the upper gate insulating film A control gate line formed on the upper and entire side surfaces of the first and second floating gates through the upper gate insulating film and through the upper gate insulating film and the element isolation insulating film; And the control gate line embedded to the bottom of the recess, and the entire side surface of the first floating gate facing the second floating gate is the element of the first element forming portion. The entire side surface of the second floating gate facing the first floating gate is aligned with the side surface delimited by the separation groove. They are aligned in separated side by serial the device isolation trench of the second element forming section.

本発明によれば、素子分離絶縁膜(下部絶縁膜)の凹部内にコントロールゲート線を容易かつ確実に形成することができ、フローティングゲート間の容量結合を効果的に抑制することが可能となる。   According to the present invention, the control gate line can be easily and reliably formed in the recess of the element isolation insulating film (lower insulating film), and the capacitive coupling between the floating gates can be effectively suppressed. .

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の実施形態に係る半導体装置(NAND型の不揮発性半導体記憶装置)の構成を模式的に示した平面図である。   FIG. 1 is a plan view schematically showing a configuration of a semiconductor device (NAND type nonvolatile semiconductor memory device) according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、各NANDセルユニットは、直列接続された複数のメモリセルMCに選択トランジスタSTが接続された構成となっている。ワード線方向に配列したメモリセルMC〜MCは共通のコントロールゲート線(ワード線)26で接続されており、選択トランジスタST〜STは共通の選択ゲート線26’で接続されている。各選択トランジスタSTには、ビット線コンタクト43を介してビット線42が接続されている。   As shown in FIG. 1, each NAND cell unit has a configuration in which a select transistor ST is connected to a plurality of memory cells MC connected in series. The memory cells MC to MC arranged in the word line direction are connected by a common control gate line (word line) 26, and the selection transistors ST to ST are connected by a common selection gate line 26 '. A bit line 42 is connected to each select transistor ST via a bit line contact 43.

図2(a)は図1のA−Aに沿った断面図、図2(b)は図1のB−Bに沿った断面図ある。   2A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.

半導体基板(シリコン基板)11は、複数の素子形成部12を有し、隣接する素子形成部12は素子分離溝13によって区画されている。メモリセルMC及び選択トランジスタSTは素子形成部12に形成されており、ビット線方向で隣接するメモリセルMC間ではソース/ドレイン拡散層14aが、メモリセルMCと選択トランジスタST間ではソース/ドレイン拡散層14bが、ビット線コンタクト43を介して対向する選択トランジスタST間ではソース/ドレイン拡散層14cが共有されている。   The semiconductor substrate (silicon substrate) 11 has a plurality of element forming portions 12, and the adjacent element forming portions 12 are partitioned by element isolation grooves 13. The memory cell MC and the selection transistor ST are formed in the element forming portion 12, and the source / drain diffusion layer 14a is formed between the memory cells MC adjacent in the bit line direction, and the source / drain diffusion is formed between the memory cell MC and the selection transistor ST. The source / drain diffusion layer 14 c is shared between the select transistors ST facing the layer 14 b via the bit line contact 43.

メモリセルMCは、下部ゲート絶縁膜(トンネル絶縁膜)21、フローティングゲート22a、上部ゲート絶縁膜(ONO膜)23並びにポリシリコン膜24a及びタングステンシリサイド膜(WSi膜)25aで形成されたコントロールゲート(コントロールゲート線26)を備えている。後述するように、素子分離溝13のパターンを形成する際にフローティングゲート材料膜及び下部ゲート絶縁膜も同時にパターニングされるため、フローティングゲート22a、下部ゲート絶縁膜21及び素子形成部12の側面(素子分離溝13により区切られた側面)は、互いに整合している。   The memory cell MC includes a lower gate insulating film (tunnel insulating film) 21, a floating gate 22a, an upper gate insulating film (ONO film) 23, a control gate (a gate formed of a polysilicon film 24a and a tungsten silicide film (WSi film) 25a). A control gate line 26) is provided. As will be described later, since the floating gate material film and the lower gate insulating film are simultaneously patterned when forming the pattern of the element isolation trench 13, the floating gate 22a, the lower gate insulating film 21, and the side surfaces of the element forming portion 12 (element The side surfaces separated by the separation groove 13 are aligned with each other.

素子分離溝13内には凹部を有する素子分離絶縁膜31が形成されている。この素子分離絶縁膜31は、上方に向かって延伸した部分を含み、該延伸部分はフローティングゲート22aの側面に接している。素子分離絶縁膜31の凹部内にはコントロールゲート線26(図の例ではポリシリコン膜24a)が形成されており、このコントロールゲート線26によって隣接するフローティングゲート22a間の容量結合を抑制することが可能である。   An element isolation insulating film 31 having a recess is formed in the element isolation trench 13. The element isolation insulating film 31 includes a portion extending upward, and the extended portion is in contact with the side surface of the floating gate 22a. A control gate line 26 (polysilicon film 24a in the illustrated example) is formed in the recess of the element isolation insulating film 31, and this control gate line 26 suppresses capacitive coupling between adjacent floating gates 22a. Is possible.

選択トランジスタSTの各部22a’、23’、24a’及び25a’を構成する膜はそれぞれ、メモリセルMCの各部22a、23、24a及び25aを構成する膜と同一の膜で形成されている。ただし、選択ゲート線26’は図示しない箇所で電極22a’と接続されている。また、ゲート絶縁膜21’の膜厚は、メモリセルMCの下部ゲート絶縁膜21の膜厚よりも厚くなっている。   The films constituting the respective portions 22a ', 23', 24a 'and 25a' of the selection transistor ST are formed of the same film as the films constituting the respective portions 22a, 23, 24a and 25a of the memory cell MC. However, the selection gate line 26 'is connected to the electrode 22a' at a location not shown. Further, the thickness of the gate insulating film 21 'is larger than the thickness of the lower gate insulating film 21 of the memory cell MC.

メモリセルMC及び選択トランジスタSTは層間絶縁膜41で覆われている。層間絶縁膜41上にはビット線42が形成されており、ビット線42はビット線コンタクト43を介してソース/ドレイン拡散層14cに接続されている。   The memory cell MC and the select transistor ST are covered with an interlayer insulating film 41. A bit line 42 is formed on the interlayer insulating film 41, and the bit line 42 is connected to the source / drain diffusion layer 14 c through the bit line contact 43.

以下、本実施形態に係る半導体装置の製造工程について、図3〜図12を参照して説明する。なお、図3〜図11及び図12(a)は図1のA−A断面に対応し、図12(b)は図1のB−B断面に対応したものである。   Hereinafter, the manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 11 and 12 (a) correspond to the AA cross section of FIG. 1, and FIG. 12 (b) corresponds to the BB cross section of FIG.

まず、図3に示すように、シリコン基板等の半導体基板11上に、下部ゲート絶縁膜21として、熱酸化法によって厚さ10nm程度のシリコン酸化膜を形成する。なお、選択トランジスタを形成する領域には、より厚い絶縁膜を形成する。続いて、フローティングゲート材料膜22として、LP−CVD(low pressure chemical vapor deposition)法によって厚さ160nm程度のポリシリコン膜を形成する。さらに、CMP(chemical mechanical polishing)プロセスにおけるストッパー膜として、LP−CVD法によって厚さ90nm程度のシリコン窒化膜27を形成する。続いて、シリコン窒化膜27上に、リソグラフィ技術を用いて、フォトレジストパターン28を形成する。   First, as shown in FIG. 3, a silicon oxide film having a thickness of about 10 nm is formed as a lower gate insulating film 21 on a semiconductor substrate 11 such as a silicon substrate by a thermal oxidation method. Note that a thicker insulating film is formed in a region where the selection transistor is formed. Subsequently, a polysilicon film having a thickness of about 160 nm is formed as the floating gate material film 22 by LP-CVD (low pressure chemical vapor deposition). Further, a silicon nitride film 27 having a thickness of about 90 nm is formed by a LP-CVD method as a stopper film in a CMP (chemical mechanical polishing) process. Subsequently, a photoresist pattern 28 is formed on the silicon nitride film 27 by using a lithography technique.

次に、図4に示すように、フォトレジストパターン28をエッチングマスクとして、シリコン窒化膜27、ポリシリコン膜22、下部ゲート絶縁膜21及び半導体基板11をエッチングする。その結果、溝33並びにパターニングされたシリコン窒化膜27、ポリシリコン膜22、下部ゲート絶縁膜21及び半導体基板11で形成されたパターン部30が得られる。半導体基板11には、素子形成部12及び深さ220nm程度の素子分離溝13が形成される。同一のフォトレジストパターン28をマスクとしてパターニングが行われるため、ポリシリコン膜22、下部ゲート絶縁膜21及び素子形成部12の側面(素子分離溝13により区切られた側面)は、互いに整合している。   Next, as shown in FIG. 4, the silicon nitride film 27, the polysilicon film 22, the lower gate insulating film 21, and the semiconductor substrate 11 are etched using the photoresist pattern 28 as an etching mask. As a result, the trench 33 and the patterned silicon nitride film 27, the polysilicon film 22, the lower gate insulating film 21, and the pattern portion 30 formed of the semiconductor substrate 11 are obtained. In the semiconductor substrate 11, an element forming portion 12 and an element isolation groove 13 having a depth of about 220 nm are formed. Since patterning is performed using the same photoresist pattern 28 as a mask, the polysilicon film 22, the lower gate insulating film 21, and the side surfaces of the element forming portion 12 (side surfaces separated by the element isolation trenches 13) are aligned with each other. .

次に、図5に示すように、素子分離絶縁膜となる下部絶縁膜31として、プラズマCVD法によって凹部34を有するシリコン酸化膜を形成する。このシリコン酸化膜31の厚さは、凹部34が形成されることなく溝33が埋め込まれてしまわないよう、溝33の幅の1/2未満であり、所望の凹部34が得られるべく、溝33の幅や深さ等を考慮して決められる。本例ではシリコン酸化膜31の厚さが、図示しない平坦領域において200nm程度の厚さとなるようにする。   Next, as shown in FIG. 5, a silicon oxide film having a recess 34 is formed by a plasma CVD method as the lower insulating film 31 to be an element isolation insulating film. The thickness of the silicon oxide film 31 is less than ½ of the width of the groove 33 so that the groove 33 is not buried without forming the concave portion 34. In order to obtain the desired concave portion 34, the groove is formed. It is determined in consideration of the width and depth of 33. In this example, the thickness of the silicon oxide film 31 is set to about 200 nm in a flat region (not shown).

次に、図6に示すように、全面にポリシラザンを塗布し、さらに水蒸気添加酸化雰囲気において熱処理を行ってポリシラザンを緻密化する。これにより、ポリシラザンで形成された上部絶縁膜32が得られる。上部絶縁膜32としてポリシラザン等の塗布膜を用いることにより、凹部34が深くても、凹部34を容易に埋めることができる。   Next, as shown in FIG. 6, polysilazane is applied to the entire surface, and heat treatment is performed in a steam-added oxidizing atmosphere to densify the polysilazane. Thereby, the upper insulating film 32 made of polysilazane is obtained. By using a coating film of polysilazane or the like as the upper insulating film 32, the recess 34 can be easily filled even if the recess 34 is deep.

次に、図7に示すように、CMP法によって溝33外に形成された上部絶縁膜32及び下部絶縁膜31を除去し、上部絶縁膜32及び下部絶縁膜31を平坦化する。このとき、シリコン窒化膜27がCMPのストッパーとして機能する。上部絶縁膜32が形成されていないと、CMP後に研磨粒子が凹部34に残るといった問題が生じるが、凹部34が上部絶縁膜32で埋められているため、そのような問題は生じない。   Next, as shown in FIG. 7, the upper insulating film 32 and the lower insulating film 31 formed outside the trench 33 are removed by CMP, and the upper insulating film 32 and the lower insulating film 31 are planarized. At this time, the silicon nitride film 27 functions as a CMP stopper. If the upper insulating film 32 is not formed, there arises a problem that abrasive particles remain in the concave portion 34 after CMP. However, since the concave portion 34 is filled with the upper insulating film 32, such a problem does not occur.

次に、図8に示すように、シリコン窒化膜27を除去し、ポリシリコン膜22の上面を露出させる。   Next, as shown in FIG. 8, the silicon nitride film 27 is removed, and the upper surface of the polysilicon film 22 is exposed.

次に、図9に示すように、上部絶縁膜32をエッチングによって除去し、凹部34に対応した凹部35を形成する。エッチングには、上部絶縁膜32のエッチングレートの方が下部絶縁膜31のエッチングレートよりも高い選択エッチングを用いる。本例では、バッファフッ酸(フッ酸とフッ化アンモニウムとの混合液)を用いてエッチングを行う。バッファフッ酸を用いることで、CVDシリコン酸化膜のエッチングレートに対するポリシラザンのエッチングレートの比(選択比)を高くすることができる。バッファフッ酸の代わりにフッ酸蒸気を用いてもよい。エッチングは膜の上部から進むため、本工程において下部絶縁膜31の上部もエッチングされ、ポリシリコン膜22の側面が部分的に露出する。エッチング条件を調整することで、ポリシリコン膜22の側面の露出量(露出幅)を調整することも可能である。   Next, as shown in FIG. 9, the upper insulating film 32 is removed by etching, and a recess 35 corresponding to the recess 34 is formed. For the etching, selective etching is used in which the etching rate of the upper insulating film 32 is higher than the etching rate of the lower insulating film 31. In this example, etching is performed using buffer hydrofluoric acid (a mixed liquid of hydrofluoric acid and ammonium fluoride). By using buffer hydrofluoric acid, the ratio (selection ratio) of the polysilazane etching rate to the etching rate of the CVD silicon oxide film can be increased. Hydrofluoric acid vapor may be used instead of buffer hydrofluoric acid. Since the etching proceeds from the upper part of the film, the upper part of the lower insulating film 31 is also etched in this step, and the side surface of the polysilicon film 22 is partially exposed. It is also possible to adjust the exposure amount (exposure width) of the side surface of the polysilicon film 22 by adjusting the etching conditions.

次に、図10に示すように、上部ゲート絶縁膜23として、LP−CVD法によって所定厚さのONO膜を形成する。ONO膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜が順次積層されたものである。上部ゲート絶縁膜23は、少なくともポリシリコン膜22の露出表面に形成されていればよいが、本例ではONO膜をLP−CVD法によって堆積するため、上部ゲート絶縁膜23は下部絶縁膜(素子分離絶縁膜)31上に延伸した部分を有するように形成される。なお、選択トランジスタを形成する領域では、上部ゲート絶縁膜23を一部エッチング除去して、ポリシリコン膜22を部分的に露出させる。   Next, as shown in FIG. 10, an ONO film having a predetermined thickness is formed as the upper gate insulating film 23 by the LP-CVD method. The ONO film is formed by sequentially laminating a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film. The upper gate insulating film 23 may be formed at least on the exposed surface of the polysilicon film 22, but in this example, since the ONO film is deposited by the LP-CVD method, the upper gate insulating film 23 is a lower insulating film (element The isolation insulating film 31 is formed to have a stretched portion. In the region where the select transistor is to be formed, the upper gate insulating film 23 is partially removed by etching, and the polysilicon film 22 is partially exposed.

次に、図11に示すように、上部ゲート絶縁膜23上に、コントロールゲート材料膜26を形成し、凹部35をコントロールゲート材料膜26で埋める。具体的には、LP−CVD法によって、燐がドープされた厚さ80nm程度のポリシリコン膜24を形成し、続いてスパッタリング法によって、厚さ85nm程度のタングステンシリサイド膜(WSi膜)25を形成する。   Next, as shown in FIG. 11, a control gate material film 26 is formed on the upper gate insulating film 23, and the recess 35 is filled with the control gate material film 26. Specifically, a polysilicon film 24 with a thickness of about 80 nm doped with phosphorus is formed by LP-CVD, and then a tungsten silicide film (WSi film) 25 with a thickness of about 85 nm is formed by sputtering. To do.

次に、図12(a)及び図12(b)に示すように、LP−CVD法によって厚さ300nm程度のシリコン窒化膜を形成する。さらに、シリコン窒化膜上にレジストパターン(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスクとしてシリコン窒化膜をエッチングし、シリコン窒化膜のマスクパターン44を形成する。このマスクパターン44は、素子分離溝13の延伸方向に対して垂直方向に延伸したものである。続いて、マスクパターン44をエッチングマスクとして、タングステンシリサイド膜25、ポリシリコン膜24、上部ゲート絶縁膜23、ポリシリコン膜22をパターニングする。これにより、ポリシリコン膜22のパターンで形成されたフローティングゲート22a、ポリシリコン膜24a及びタングステンシリサイド膜25aのパターンで形成されたコントロールゲート線26が得られる。   Next, as shown in FIGS. 12A and 12B, a silicon nitride film having a thickness of about 300 nm is formed by LP-CVD. Further, a resist pattern (not shown) is formed on the silicon nitride film, and the silicon nitride film is etched using the resist pattern as a mask to form a silicon nitride film mask pattern 44. The mask pattern 44 extends in a direction perpendicular to the extending direction of the element isolation groove 13. Subsequently, the tungsten silicide film 25, the polysilicon film 24, the upper gate insulating film 23, and the polysilicon film 22 are patterned using the mask pattern 44 as an etching mask. As a result, the floating gate 22a formed with the pattern of the polysilicon film 22, the control gate line 26 formed with the pattern of the polysilicon film 24a and the tungsten silicide film 25a is obtained.

その後、ソース/ドレイン拡散層14a、14b及び14cの形成、層間絶縁膜41の形成、ビット線43の形成等を行う。このようにして、図1、図2(a)及び図2(b)に示すような半導体装置が得られる。   Thereafter, the source / drain diffusion layers 14a, 14b and 14c are formed, the interlayer insulating film 41 is formed, the bit line 43 is formed, and the like. In this way, a semiconductor device as shown in FIGS. 1, 2A and 2B is obtained.

以上のように、本実施形態では、素子分離絶縁膜となる下部絶縁膜31上に上部絶縁膜32を形成し、この上部絶縁膜32を選択エッチングによって除去することで凹部35を形成している。そのため、リソグラフィ技術を用いずに凹部35を形成することができ、従来のように凹部35を形成するためのマージンを設ける必要がない。したがって、凹部35の間口の最大幅を素子分離溝13の幅と同等にすることが可能である。また、フローティングゲート22aの側面全体が素子分離溝13(素子形成部12)の側面に整合しているため、隣接するフローティングゲート22a間の間隔は実質的に一定であり、フローティングゲート22aによって凹部35の間口の幅が狭められることもない。したがって、本実施形態では、凹部35の間口を広くすることが可能であり、凹部35内に容易且つ確実にコントロールゲート線26を形成することができる。よって、凹部35内に形成されたコントロールゲート線26によって、フローティングゲート間の容量結合を効果的に抑制することが可能となる。   As described above, in this embodiment, the upper insulating film 32 is formed on the lower insulating film 31 serving as the element isolation insulating film, and the concave portion 35 is formed by removing the upper insulating film 32 by selective etching. . Therefore, the recess 35 can be formed without using a lithography technique, and there is no need to provide a margin for forming the recess 35 as in the prior art. Therefore, it is possible to make the maximum width of the opening of the recess 35 equal to the width of the element isolation groove 13. Further, since the entire side surface of the floating gate 22a is aligned with the side surface of the element isolation trench 13 (element forming portion 12), the interval between the adjacent floating gates 22a is substantially constant, and the recess 35 is formed by the floating gate 22a. The width of the frontage is not narrowed. Therefore, in this embodiment, it is possible to widen the opening of the recess 35, and the control gate line 26 can be easily and reliably formed in the recess 35. Therefore, the capacitive coupling between the floating gates can be effectively suppressed by the control gate line 26 formed in the recess 35.

なお、素子分離絶縁膜(下部絶縁膜)31の最上部の位置がフローティングゲート22aの下面よりも低いと、コントロールゲート線26と半導体基板11との間に上部ゲート絶縁膜(ONO膜)23が介在するだけとなり、コントロールゲート線26と半導体基板11との間の容量結合等が問題となる可能性がある。したがって、図2等に示すように、素子分離絶縁膜31の最上部は、フローティングゲート22aの下面よりも高く位置することが好ましい。   When the uppermost position of the element isolation insulating film (lower insulating film) 31 is lower than the lower surface of the floating gate 22a, the upper gate insulating film (ONO film) 23 is formed between the control gate line 26 and the semiconductor substrate 11. There is a possibility that capacitive coupling between the control gate line 26 and the semiconductor substrate 11 becomes a problem. Therefore, as shown in FIG. 2 and the like, the uppermost portion of the element isolation insulating film 31 is preferably positioned higher than the lower surface of the floating gate 22a.

また、素子分離絶縁膜31の最上部の位置がフローティングゲート22aの上面よりも高いと、フローティングゲート22aの側面全体が素子分離絶縁膜31で覆われるため、フローティングゲート22aの露出面積が小さくなり、フローティングゲート22aとコントロールゲート線26との間の容量を大きくすることが難しい。したがって、図2等に示すように、素子分離絶縁膜31の最上部は、フローティングゲート22aの上面よりも低く位置することが好ましい。   Further, when the uppermost position of the element isolation insulating film 31 is higher than the upper surface of the floating gate 22a, the entire side surface of the floating gate 22a is covered with the element isolation insulating film 31, so that the exposed area of the floating gate 22a is reduced. It is difficult to increase the capacitance between the floating gate 22a and the control gate line 26. Therefore, as shown in FIG. 2 and the like, the uppermost part of the element isolation insulating film 31 is preferably positioned lower than the upper surface of the floating gate 22a.

また、コントロールゲート線26の最下部の位置がフローティングゲート22aの下面よりも高いと、隣接するフローティングゲート22a間の容量結合をコントロールゲート線26によって十分に抑制できないおそれがある。したがって、図2等に示すように、コントロールゲート線26の最下部(素子分離絶縁膜31に形成された凹部35の底部にほぼ対応)は、フローティングゲート22aの下面よりも低く位置することが好ましい。   If the lowermost position of the control gate line 26 is higher than the lower surface of the floating gate 22a, the capacitive coupling between the adjacent floating gates 22a may not be sufficiently suppressed by the control gate line 26. Therefore, as shown in FIG. 2 and the like, it is preferable that the lowermost portion of the control gate line 26 (corresponding substantially to the bottom of the recess 35 formed in the element isolation insulating film 31) be positioned lower than the lower surface of the floating gate 22a. .

本実施形態では、下部絶縁膜(素子分離絶縁膜)31に対する上部絶縁膜32の選択エッチングによって凹部35を形成するため、選択エッチングの条件等を調整することで、上述したような所望の位置関係を得ることが可能である。   In the present embodiment, since the recess 35 is formed by selective etching of the upper insulating film 32 with respect to the lower insulating film (element isolation insulating film) 31, the desired positional relationship as described above is adjusted by adjusting the conditions of selective etching and the like. It is possible to obtain

また、上述した実施形態では、図2等に示すように、凹部35全体がコントロールゲート線26によって埋められているが、コントロールゲート線26が凹部35の表面に沿うように形成されていても、隣接するフローティングゲート22a間の容量結合を抑制することは可能である。ただし、コントロールゲート線26の断線等を防止する観点から、凹部35全体がコントロールゲート線26によって埋められていることが好ましい。   Further, in the above-described embodiment, as shown in FIG. 2 and the like, the entire recess 35 is filled with the control gate line 26, but even if the control gate line 26 is formed along the surface of the recess 35, It is possible to suppress capacitive coupling between adjacent floating gates 22a. However, from the viewpoint of preventing disconnection of the control gate line 26, it is preferable that the entire recess 35 is filled with the control gate line 26.

また、下部絶縁膜31及び上部絶縁膜32には、上部絶縁膜32のエッチングレートの方が下部絶縁膜31のエッチングレートよりも高いものを用いればよいが、下部絶縁膜31にCVD絶縁膜を用い、上部絶縁膜32に塗布膜を用いることで、エッチングの選択比を高くすることができ、上部絶縁膜32の選択エッチングを容易に行うことができる。   Further, the lower insulating film 31 and the upper insulating film 32 may be those having an etching rate of the upper insulating film 32 higher than that of the lower insulating film 31, but a CVD insulating film is used as the lower insulating film 31. By using the coating film for the upper insulating film 32, the etching selectivity can be increased, and the selective etching of the upper insulating film 32 can be easily performed.

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出され得る。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば発明として抽出され得る。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Furthermore, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining the disclosed constituent elements. For example, even if several constituent requirements are deleted from the disclosed constituent requirements, the invention can be extracted as an invention as long as a predetermined effect can be obtained.

本発明の実施形態に係る半導体装置の構成を模式的に示した平面図である。It is the top view which showed typically the structure of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の構成を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the structure of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically a part of manufacturing process of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically a part of manufacturing process of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically a part of manufacturing process of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically a part of manufacturing process of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically a part of manufacturing process of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically a part of manufacturing process of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically a part of manufacturing process of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically a part of manufacturing process of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically a part of manufacturing process of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically a part of manufacturing process of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 従来技術に係る半導体装置の製造工程の一部を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically a part of manufacturing process of the semiconductor device which concerns on a prior art. 従来技術に係る半導体装置の製造工程の一部を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically a part of manufacturing process of the semiconductor device which concerns on a prior art. 従来技術に係る半導体装置の製造工程の一部を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically a part of manufacturing process of the semiconductor device which concerns on a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

ST…選択トランジスタ MC…メモリセル
11…半導体基板 12…素子形成部
13…素子分離溝 14a、14b、14c…ソース/ドレイン拡散層
21…下部ゲート絶縁膜 22…フローティングゲート材料膜
22a…フローティングゲート 23…上部ゲート絶縁膜
24、24a…ポリシリコン膜 25、25a…タングステンシリサイド膜
26…コントロールゲート線 27…シリコン窒化膜
28…フォトレジストパターン 30…パターン部
31…下部絶縁膜(素子分離絶縁膜) 32…上部絶縁膜
33…溝 34、35…凹部
41…層間絶縁膜 42…ビット線コンタクト
43…ビット線 44…マスクパターン
ST ... select transistor MC ... memory cell 11 ... semiconductor substrate 12 ... element forming portion 13 ... element isolation trenches 14a, 14b, 14c ... source / drain diffusion layer 21 ... lower gate insulating film 22 ... floating gate material film 22a ... floating gate 23 ... Upper gate insulating film 24, 24a ... Polysilicon film 25, 25a ... Tungsten silicide film 26 ... Control gate line 27 ... Silicon nitride film 28 ... Photoresist pattern 30 ... Pattern part 31 ... Lower insulating film (element isolation insulating film) 32 ... Upper insulating film 33 ... Groove 34, 35 ... Recess 41 ... Interlayer insulating film 42 ... Bit line contact 43 ... Bit line 44 ... Mask pattern

Claims (2)

素子分離溝によって区画された第1及び第2の素子形成部を有する半導体基板と、
前記第1及び第2の素子形成部上にそれぞれ形成された第1及び第2の下部ゲート絶縁膜と、
前記第1及び第2の下部ゲート絶縁膜上にそれぞれ形成された第1及び第2のフローティングゲートと、
前記素子分離溝内に形成され、前記第1及び第2の下部ゲート絶縁膜の側面及び前記第1及び第2のフローティングゲートの側面の一部を覆うように前記半導体基板の表面から突出した素子分離絶縁膜であって、上部に凹部が形成され、前記凹部の底は前記半導体基板の表面よりも下に位置し、前記第1及び第2のフローティングゲートの側面に接触する上端部の高さはそれぞれ前記第1及び第2のフローティングゲートの上面の高さより低く形成された素子分離絶縁膜と、
前記第1及び第2のフローティングゲートの表面上及び前記素子分離絶縁膜の表面上に形成された上部ゲート絶縁膜と、
前記上部ゲート絶縁膜上に形成されたコントロールゲート線であって、前記上部ゲート絶縁膜を介して及び前記上部ゲート絶縁膜と前記素子分離絶縁膜を介して、前記第1及び第2のフローティングゲートの上面及び側面全体と対向形成され、前記凹部の底まで埋め込まれたコントロールゲート線と、
を備え、
前記第1のフローティングゲートの前記第2のフローティングゲートと対向する側面全体が前記第1の素子形成部の前記素子分離溝により区切られた側面に整合し、且つ前記第2のフローティングゲートの前記第1のフローティングゲートと対向する側面全体が前記第2の素子形成部の前記素子分離溝により区切られた側面に整合している
ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate having first and second element forming portions defined by element isolation grooves;
First and second lower gate insulating films respectively formed on the first and second element forming portions;
First and second floating gates formed on the first and second lower gate insulating layers, respectively;
An element formed in the element isolation trench and protruding from the surface of the semiconductor substrate so as to cover a part of the side surfaces of the first and second lower gate insulating films and the side surfaces of the first and second floating gates The isolation insulating film has a recess formed in an upper portion, the bottom of the recess is located below the surface of the semiconductor substrate, and the height of the upper end contacting the side surfaces of the first and second floating gates Are respectively element isolation insulating films formed lower than the height of the upper surfaces of the first and second floating gates;
An upper gate insulating film formed on the surfaces of the first and second floating gates and on the surface of the element isolation insulating film;
A control gate line formed on the upper gate insulating film, the first and second floating gates through the upper gate insulating film and through the upper gate insulating film and the element isolation insulating film; A control gate line formed to be opposed to the entire top surface and side surface of the recess and embedded to the bottom of the recess,
With
The entire side surface of the first floating gate facing the second floating gate is aligned with the side surface defined by the element isolation groove of the first element forming portion, and the second floating gate has the first side. 1. The semiconductor device according to claim 1, wherein the entire side surface facing the one floating gate is aligned with the side surface delimited by the element isolation groove of the second element formation portion.
前記凹部内の前記コントロールゲート線の最下部は、前記第1及び第2のフローティングゲートの下面よりも低く位置する
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a lowermost portion of the control gate line in the recess is positioned lower than lower surfaces of the first and second floating gates.
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