JP4588819B2 - 不揮発性メモリ装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置に関し、特に電気的な素子分離特性を改善した不揮発性メモリ装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置のうち不揮発性メモリ装置は、電源供給が中断されても貯蔵された内容が持続される。一般に、不揮発性メモリ装置のメモリセルは浮遊ゲート及びコントロールゲートからなるゲート電極と、ゲート電極に隣接するドレインまたはソース領域とからなる。
【0003】
不揮発性メモリ装置中にはEEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)装置があり、EEPROM装置としては複数個のトランジスタが一つのビットラインに直列に連結されるように構成されるNAND型が代表的である。このようなNAND型EEPROM装置は高集積化に有利であるという長所がある。
【0004】
以下、NAND型不揮発性メモリ装置を例として従来の不揮発性メモリ装置の製造方法を説明する。
図1は従来の不揮発性メモリ装置のコントロールゲートを形成する段階以降の素子分離領域を概略的に示す断面図である。
半導体基板10上に活性領域を設定する素子分離層20を形成し、半導体基板10上に浮遊ゲートパターンを形成する。次に、浮遊ゲートパターンを覆う層間絶縁層を形成した後、コントロールゲート層を形成する。コントロールゲート層、層間絶縁層及び浮遊ゲートパターンをセルフアライン方式で共にパタニングしてゲート部を形成する。浮遊ゲートに隣接して露出する半導体基板10の活性領域に不純物、例えば、燐などを注入してドレイン領域またはソース領域30などを形成する。
【0005】
このような工程においてゲート部に隣接する素子分離層20はセルフアラインパタニング工程によって浸食されることがある。
パタニングされる前の層間絶縁層は浮遊ゲートパターンの一側壁を覆っており、コントロールゲート層は素子分離層20上に延びて素子分離層20を覆っている。これにより、層間絶縁層の浮遊ゲートパターンを覆う一部を除去して浮遊ゲートパターンの側壁を露出させるためには、浮遊ゲートパターンの厚さだけ、またはそれ以上の過度蝕刻がセルフアラインパタニング工程で行う必要がある。これは、浮遊ゲートパターンの側壁を覆う層間絶縁層の一部は垂直方向から見て浮遊ゲートパターン以上の厚さを有するからである。
【0006】
しかし、浮遊ゲートパターンから露出する素子分離層20の一部には、層間絶縁層及びコントロールゲート層のみが覆われているだけである。従って、このような過度蝕刻によって浮遊ゲート層の厚さだけ、またはそれ以上に素子分離層20が蝕刻される可能性がある。
【0007】
このような素子分離層20の過度蝕刻は不活性メモリ装置の高集積化につれてさらに深刻となり、様々な問題の要因となる。例えば、不活性メモリ装置の高集積化はセルサイズの縮小を要求し、これにより活性領域間に形成される素子分離層20の大きさも縮小が要求される。そのため、素子分離層20の大きさの減少は、活性領域の幅を確保するためにバーズビークなどの減少を要し、これにより素子分離層20の厚さも大幅に薄くなる。
【0008】
さらに、不活性メモリ装置の高集積化はデザインルールの減少を必要とする、これにより、浮遊ゲートは素子分離層20の縁部に非常に短く積層される。従って、素子分離層20の相対的に薄い縁部、例えばバーズビーク部分などが浮遊ゲート等から露出することがある。これにより、過度蝕刻後に残留する素子分離層20の厚さは極薄となる。
【0009】
前述したようなセルフアラインパタニング工程による素子分離層20の薄肉化は後続工程における工程マージンの確保を難しくする。例えば、イオン注入工程において前記素子分離層20はイオン注入マスクとして用いられる。しかし、前述したように素子分離層20が薄肉化される、特に縁部が薄くなると、イオンが透過される距離以上の素子分離層20の厚さを保持することができない場合がある。これにより、イオン注入工程において注入される不純物が素子分離層20の下に透過されることがある。
【0010】
前述したような素子分離層20下への不純物の透過は、素子分離層20の下に不純物がチャネリングされる結果を招く。このようなチャネリング現象は素子分離層20の下部に形成されたチャンネル阻止層の濃度を低めて不揮発性メモリ装置の動作特性を劣化させる心配がある。
さらに、素子分離層20の縁部における薄肉化は部材符号Aに示されたようにドレインまたはソース領域30間の電気的な離隔距離を短縮することがある。即ち、ドレインまたはソース領域30を延長させ素子分離特性を劣化させる恐れがある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする技術的課題は、素子分離層の薄肉化を防止し、素子分離層の薄肉化によるイオン注入工程における素子分離層の電気的な特性劣化を防止することができる不揮発性メモリ装置の製造方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記技術的課題を達成するために本発明は、セルアレー部及び周辺回路部を有する半導体基板上に素子分離層を形成する。セルアレー部及び周辺回路部の露出する半導体基板上にトンネル酸化層を介して浮遊ゲート層を形成し、前記セルアレー部の前記浮遊ゲート層をパタニングして浮遊ゲートパターンを形成した後、周辺回路部の浮遊ゲート層及びセルアレー部の浮遊ゲートパターンを覆う層間絶縁層を形成する。周辺回路部の層間絶縁層、前記浮遊ゲート層及び前記トンネル酸化層を除去し、前記周辺回路部の露出した半導体基板上にゲート酸化層を形成した後、セルアレー部及び周辺回路部の全面にコントロールゲート層を形成する。周辺回路部をレジストパターンで覆った後、セルアレー部のコントロールゲート層、層間絶縁層及び浮遊ゲートパターンを順次パタニングし、セルアレー部にコントロールゲート、層間絶縁層パターン及び浮遊ゲートを形成する。コントロールゲート及び周辺回路部を覆うコントロールゲート層をイオン注入マスクとして浮遊ゲートに隣接する半導体基板に第1不純物を第1イオン注入し、低濃度の第1不純物層を形成する。セルアレー部を遮蔽するフォトレジストパターンを形成した後、周辺回路部のコントロールゲート層をパタニングし、周辺回路部にゲートを形成する。フォトレジストパターンをイオン注入マスクとしてゲートに隣接する半導体基板に第2不純物を第2イオン注入し、低濃度の第2不純物層を形成する。セルアレー部の浮遊ゲート及びコントロールゲートの側壁を覆い、かつ周辺回路部のゲートの側壁を覆い半導体基板が露出するようなスペーサを形成する。スペーサをイオン注入マスクとして露出している半導体基板に第3不純物を第3イオン注入し、セルアレー部の第1不純物層及び周辺回路部の第2不純物層にそれぞれに隣接する相対的に高濃度の第3不純物層を形成する。
ここで、第1イオン注入及び第3イオン注入は、第1不純物及び第3不純物としてヒ素を用い、層間絶縁層パターンを形成した際に薄肉化されたセルアレー部の素子分離層の下部にヒ素イオンが透過しない条件で行うことを特徴とする。
望ましくは、コントロールゲート層を形成する段階以降にコントロールゲート層上にマスク層をさらに形成する。マスク層は後続の第1イオン注入段階または第3イオン注入段階でイオン注入マスクとして用いられる。
【0013】
望ましくは、第1イオン注入段階は30KeV〜60KeVのエネルギー条件でヒ素をイオン注入することで行われる。特に、第1イオン注入段階は30KeV〜45KeVのエネルギー条件でヒ素をイオン注入することが望ましい。
望ましくは、第1不純物層は、濃度が5×10 12 〜5×10 13 ドーズ数/cm 2 である。特に、第1不純物層は、濃度が1×10 13 〜2×10 13 ドーズ数/cm 2 であることが望ましい。
【0014】
望ましくは、第3イオン注入段階は、30KeV〜60KeVでヒ素をイオン注入する。特に、第3イオン注入段階は、30KeV〜45KeVでヒ素をイオン注入することが望ましい。
【0015】
望ましくは、第2不純物は燐である。
また、望ましくは、第2イオン注入段階は、30KeV〜70KeVで燐をイオン注入する。特に、第2イオン注入段階は、30KeV〜45KeVで燐をイオン注入することが望ましい。
また、望ましくは、第2不純物層は、濃度が5×10 12 〜5×10 13 ドーズ数/cm 2 である。特に、第2不純物層は、濃度が1×10 13 〜2×10 13 ドーズ数/cm 2 であることが望ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明の実施例を詳しく説明する。しかし、本発明の実施例は多様な他の形態に変形でき、本発明の範囲が後述する実施例によって限定されることではない。本発明の実施例は当業者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものである。従って、図面における層の厚さはさらに明確な説明を強調するために誇張されたものであり、図面上同じ番号で表された要素は同じ要素を意味する。また、何れの層が他の層または半導体基板の上にある、或いは接触していると記載される場合、何れの層は他の層または半導体基板に直接接触して存在しても、またはその間に第3の層を介在しても良い。
【0017】
本発明の不揮発性メモリ装置は、周辺回路部及びセルアレー部で相異なる不純物を用いるイオン注入工程が別に行われて形成されることを特徴とする。こうして素子分離層の薄肉化による素子分離特性の劣化を防止することができる以下、本発明の不揮発性メモリ装置の製造方法の実施例をNAND型不揮発性メモリ装置を例として図面に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれに限定されない。
【0018】
図2は本発明の実施例に係る不揮発性メモリ装置を示す回路図であり、図3は図2のレイアウト図である。
図2及び図3は不揮発性メモリ装置のうちNAND型不揮発性メモリ装置の回路図及びレイアウト図である。活性領域によってメモリセルが形成される領域と素子分離領域とが区分される。そして、活性領域に垂直に多数のワードラインW1、W2、W3、〜W16と選択ラインSSL、GSLが形成される。ワードラインはセル毎にそれぞれ一つずつの浮遊ゲートを有し、このようなワードラインは複数で形成されている。
それぞれの活性領域はワードラインに垂直に重ねて形成するビットラインBL1、BL2を動作させるためにコンタクトを通じてビットラインとSSLとの間で電気的に連結されるように形成される。
【0019】
図4〜図27に基づき本発明の実施例に係る不揮発性メモリ装置の製造方法を説明する。
図4〜図6は、半導体基板100上に素子分離層210、250を形成する段階を概略的に示している。
図4及び図5に示すようにセルアレー部Bならびに図6に示した周辺回路部Cを備える半導体基板100に活性領域を設定する素子分離層210、250を形成する。半導体基板100としては第1導電型、例えばP型不純物がドーピングされているシリコン基板が使用される。半導体基板100には第2導電型、例えばN型またはP型の不純物がイオン注入及び拡散工程等でドーピングされてウェルなどが形成される。
【0020】
このように前処理された半導体基板100に選択的シリコン酸化方法のような素子分離形成方法で素子分離層210、250を形成する。このような素子分離層210、250の素子分離特性またはフィールドスレショルド電圧Vthを改善するため、素子分離層210、250の形成前後にチャンネル阻止イオン注入工程が実施される。この際、注入される不純物としてはウェルまたはポケットP−ウェルにドーピングされた不純物と同種を用いる。例えば、ホウ素などを用いる。
【0021】
素子分離層210、250は半導体装置の集積度に応じて変わるが、約4000Åの厚さを有するように設定されている。しかし、セルアレー部Bでは臨界線幅の制限により、素子分離層210の成長が制限されている。即ち、セルアレー部Bでは約0.7μm以下のピッチのデザインルールが適用され、素子分離層210が実質的に約3000Åの厚さに制限されている。これに対し、周辺回路部Cでは臨界線幅がセルアレー部Bに比べて大きく確保されているので、素子分離層250が約4000Åの厚さに成長する。
【0022】
このように成長した素子分離層210、250は犠牲酸化層の形成及び除去工程またはトンネル酸化層150の形成の前処理工程などを経ながら薄肉化される。これにより、図4に示されたようにセルアレー部Bでは約2000Åに薄くなる。この際、素子分離層210の縁部、即ちバーズビーク発生部は約0.1μm程度で、素子分離層210において2000Å程度が保たれる中間部は約0.25μmとなる。一方、図6に示すように周辺回路部Cにおける素子分離層250は約3000Åまで薄層化される。
【0023】
このように素子分離層210、250を形成した後、露出した半導体基板100上、即ち活性領域の半導体基板100上に熱酸化工程などを用いてトンネル酸化層150を成長させる。この際、トンネル酸化層150は約90Åまたはそれ以下の薄さとなるように形成する。
【0024】
図7〜図9はトンネル酸化層150上に浮遊ゲートパターン310を形成する段階を概略的に示した図である。
半導体基板100上に導電物質で浮遊ゲート層300を形成する。例えば、導電性の多結晶質シリコン層を半導体基板100の全面に約1000Å程度の厚さに形成し浮遊ゲート層として用いる。
【0025】
次いで、浮遊ゲート層のうち半導体基板100のセルアレー部Bに位置する一部のみを写真蝕刻工程でパタニングする。例えば、図9に示すように周辺回路部Cを覆い、図7及び図8に示すように、セルアレー部Bの浮遊ゲート層の一部が露出する第1フォトレジストパターン510を形成する。この際、第1フォトレジストパターン510は図3のY−Y’方向に長くなるように浮遊ゲート層の一部、例えば素子分離層210上を覆う一部に露出する。従って、図3のX2−X2’方向の切断面も図7と同一な形状となる。
【0026】
その後、第1フォトレジストパターン510を蝕刻マスクとして、露出した浮遊ゲート層を蝕刻し、セルアレー部Bに浮遊ゲートパターン310を形成する。このように周辺回路部Cには浮遊ゲート層300がパタニングされずに残ることとなる。
【0027】
浮遊ゲート層が導電性多結晶質シリコン層で形成される。一方、多結晶質シリコン層は、酸化層との間に優れた蝕刻選択比を有するので、このような浮遊ゲート層のパタニング工程において素子分離層210はほとんど損失されない。これにより、前述したような素子分離層210は約2000Åの厚さに保たれる。
【0028】
図10〜図12は浮遊ゲートパターン310を覆う層間絶縁層400を形成する段階を概略的に示す図である。
セルアレー部B及び周辺回路部Cの半導体基板100の全面に浮遊ゲートパターン310及び浮遊ゲート層300が覆われるように絶縁物質をデポジットし、層間絶縁層400として用いる。例えば、酸化シリコン層、窒化シリコン層または酸化シリコン層及び窒化シリコン層の複合層などを蒸着する。望ましくは、ONO(酸化膜/窒化膜/酸化膜)層を約2000Å程度の厚さに形成し層間絶縁層400として用いる。
【0029】
その後、図12に示すように周辺回路部Cに位置する浮遊ゲート層300及び層間絶縁層400の一部を除去する。例えば、図10及び図11に示すようにセルアレー部Bを覆って遮蔽し、周辺回路部Cが露出する第2フォトレジストパターン530を形成する。次いで、第2フォトレジストパターン530を蝕刻マスクとして、露出した周辺回路部Cの層間絶縁層400及び浮遊ゲート層300を蝕刻し、除去する。
【0030】
図13〜図15はセルアレー部B及び周辺回路部Cに半導体基板100上を覆うコントロールゲート層600を形成する段階を概略的に示す図である。
前述したような周辺回路部Cにおいて層間絶縁層400及び浮遊ゲート層300を除去する工程の後、下部のトンネル酸化層150を除去し半導体基板100の表面を露出させる。次いで、露出した半導体基板100に熱酸化工程を再実行し周辺回路部Cにおいて要求されるゲート酸化層155を形成する。
【0031】
次いで、図13及び図14に示すようにセルアレー部Bの層間絶縁層400を覆うコントロールゲート層600を形成する。このようなコントロールゲート層600は図15に示すように周辺回路部Cの半導体基板100上にも形成される。
例えば、導電性多結晶質シリコン層、例えば不純物がドーピングされた多結晶質シリコン層などの第1導電層を形成する。この際、第1導電層は約1000Å程度の厚さに形成される。そして、第1導電層上にさらに低抵抗の導電物質、例えばタングステンシリサイド層のような導電物質を用いて第2導電層を形成する。この際、第2導電層は約1000Å程度の厚さに形成される。このように形成された二重層をコントロールゲート層600として用いる。
【0032】
一方、コントロールゲート層600上に後続の蝕刻工程またはイオン注入工程において蝕刻マスクまたはイオン注入マスクとして用いられるマスク層700がさらに形成される。マスク層700は後続のイオン注入工程においてイオン注入マスクとして用いられる。例えば、化学気相蒸着法により形成される約3000Åの厚さを有する酸化層をマスク層700として用いる。
また、前述したようにコントロールゲート層600及びマスク層700が半導体基板100の全面に形成されるので、図3のX2−X2’方向への切断面も図13と類似した形態を有することになる。
【0033】
図16〜図19はコントロールゲート610をパタニングする段階を概略的に示す図である。
周辺回路部Cのコントロールゲート層600及び/またはマスク層700を覆う第3フォトレジストパターン550を形成する。第3フォトレジストパターン550はセルアレー部Bのコントロールゲート層600またはマスク層700の一部をさらに露出させる。また、第3フォトレジストパターン550は図19に示すように周辺回路部Cのコントロールゲート層600またはマスク層700を遮蔽するように形成される。
【0034】
その後、第3フォトレジストパターン550を蝕刻マスクとして、露出したマスク層700またはコントロールゲート層600を蝕刻する。これにより、図16〜18に示すように第1マスクパターン710またはコントロールゲート610が形成される。即ち、X2−X2’方向に活性領域の半導体基板100が露出する第1マスクパターン710及びコントロールゲート610をパタニングする。
【0035】
コントロールゲート610を形成した後、セルフアライン蝕刻方法を用いて下部に露出する層間絶縁層400及び浮遊ゲートパターン310の蝕刻を継続する。これにより、図16及び図18に示すようにコントロールゲート610に整列された浮遊ゲート330及び層間絶縁層パターン410が形成される。
一方、前述したようにセルフアライン方式で層間絶縁層パターン410を形成することにより、セルアレー部Bの素子分離層210の活性領域に隣接する一部は図17に示されたようにパタニングされる。
【0036】
詳しく説明すると、図13に示すように浮遊ゲートパターン310によって積層されずに露出したセルアレー部Bの素子分離層210上にはコントロールゲート層600及び層間絶縁層400が被覆される。これにより、層間絶縁層400は浮遊ゲートパターン310の高さ分の段差を有し、浮遊ゲートパターン310の側壁は層間絶縁層400によって覆われる。従って、浮遊ゲートパターン310の側壁を覆う層間絶縁層400の一部は浮遊ゲートパターン310の高さ以上の厚さを有する。
【0037】
このような半導体基板100上の露出部、即ち活性領域に隣接する浮遊ゲートパターン310の側壁は露出されるべきである。従って、層間絶縁層400のうち浮遊ゲートパターン310の側壁を覆う一部を除去する蝕刻工程が必要となる。このため、前述したようなセルフアライン方式のパタニング工程において層間絶縁層400の一部を除去する過度蝕刻が要求される。
【0038】
このような過度蝕刻によって層間絶縁層400の段差だけ素子分離層210も図17に示すようにパタニングされる。即ち、浮遊ゲートパターン310の高さだけの層間絶縁層400の段差によって素子分離層210も蝕刻される。
【0039】
これにより、前述したように約2000Åの厚さを有する素子分離層210の活性領域に隣接する一部はセルフアライン方式でパタニングする蝕刻工程によって約1000Å程度に薄くなる。即ち、図17に示されたように素子分離層210がパタニングされて薄肉化される。
【0040】
図20〜図23は浮遊ゲート330から露出する半導体基板100に第1不純物層810を形成する段階を概略的に示す図である。
周辺回路部Cがマスク層700またはコントロールゲート層600で遮蔽された状態で、セルアレー部Bが露出した半導体基板100にヒ素の第1不純物を第1イオン注入し、第1不純物層810を形成する。望ましくは、マスク層700がパタニングされて形成された第1マスクパターン710をイオン注入マスクとして利用して第1イオン注入し、第1不純物層810を形成する。この際、第1不純物層810はLDD構造の低濃度不純物層が形成される。
【0041】
ヒ素は30KeV〜60KeVのエネルギー条件で半導体基板100に注入される。望ましくは30KeV〜45KeVのエネルギー条件で注入される。この際、注入されるドーズ量は5×1012〜5×1013ドーズ数/cm2、または1×1013〜2×1013ドーズ数/cm2になるようにヒ素が注入される。例えば、ヒ素を40KeVのエネルギー条件でイオン注入する場合、イオン透過範囲(Rp)は約217Åであり、イオン透過範囲の標準偏差(ΔRp)は約72Åである。これにより、注入されるヒ素イオンが浸透する深さはRp+3ΔRpである。即ち、約433Åである。
【0042】
一方、前述したようなドレインまたはソース領域を形成するイオン注入工程において注入される不純物として一般に用いられる燐の場合、40KeVのエネルギーでイオン注入する場合、約388ÅのRpとなり、152Å程度のΔRpとなる。従って、燐イオンが浸透する深さは、Rp+Δ3Rpで約844Åとなる。
【0043】
従って、前述したような第1イオン注入工程において燐を不純物として用いる場合、前述したような薄肉化された素子分離層(図17の210)の下部に燐イオンが浸透する可能性がある。即ち、素子分離層(図17の210)は約1000Åに薄くなりイオン注入の工程マージンが減少された効果を発生させる。
【0044】
特に、素子分離層(図17の210)の縁部は初期の厚さも中間部に比べて小さな値を有する。従って、浮遊ゲートパターン310が整列不良によって縁部の端部に重なる場合、前述したような過度蝕刻によって縁部が薄肉化される。例えば、図1に示されたように約1000Å以下に薄くなることもある。これにより、イオン注入される燐が素子分離層の下部に透過することがある。即ち、素子分離層の下部の半導体基板100に燐イオンが浸透し素子分離層の下部のチャンネル阻止層の濃度を変化させる。また、図1の部材符号Aに示されたようにドレイン領域またはソース領域の範囲が変化され拡大される。即ち、ドレイン領域またはソース領域間の離隔距離が狭くなる場合がある。
【0045】
このような不良によって素子分離特性の不良が招かれる。素子分離特性の不良が不揮発性メモリ装置の動作に影響を及ぼす。例えば、不揮発性メモリ装置のプログラム、消去及び読出動作を説明すれば次の通りである。
消去動作はセルのVthを負(−)の値を有すると設定されたブロックの全てのワードライン、例えばコントロールゲート610を0Vとし、半導体基板100を21Vすることにより、半導体基板100とコントロールゲート610間の電圧を21Vとする。これにより、ファウラノードハイムトンネリング(Fowler Nordheim Tunneling:以下「FNトンネリング」)によって浮遊ゲート330にある電子が半導体基板100に抜け出て約3V程度のVthとなる。
【0046】
プログラム動作は選択的に浮遊ゲート330に電子を注入し、Vthを正(+)の値とする。このためにFNトンネリングが発生するように半導体基板100と選択ビットライン及びグラウンド選択ラインを0Vとする。選択ワードラインには18V〜20Vを印加し、非選択ワードラインには10Vを印加し、ソース選択ライン(SSL)にはVccを印加する。この際、選択ビットラインはSSLに加えたVccによりチャンネル領域の電圧が0Vに保たれる。
【0047】
従って、選択ワードラインに加えた18V〜20Vの電圧とチャンネル電圧との差により浮遊ゲート330にFNトンネリングが発生し、半導体基板100の電子が注入されることによってセルVthが+値を有することになる。
この際、選択されないワードラインに連結されるセルはVthが変化してはならない。従って、非選択ワードラインに10Vのパス電圧を印加することもある。特に、プログラム化されてはならないビットラインの場合、ビットラインに0VではないVccを印加し、プログラム電圧が印加されたワードラインのチャンネル電圧を約8Vに昇圧させFNトンネリングの発生を抑制する。これにより、セルがプログラムされない。
【0048】
または、非選択ビットラインに約8V、SSLに約10Vを印加することにより、直接的に非選択セルのチャンネル電圧を非選択ビットラインに印加した8Vを伝達する。この場合にも実質的に浮遊ゲート330とチャンネルとの電圧差はFNトンネリングを発生させず最初のVthを保つ。
【0049】
つまり、プログラム動作は非選択セル、即ちワードラインにプログラム電圧が印加されてもプログラムされない場合のセルに対するチャンネル電圧を一定に、例えば約8Vに保たなければプログラムエラーの発生を防止できない。この場合、チャンネル電圧が8Vより低い場合、選択されたワードラインに印加されたプログラム電圧との差によってFNトンネリングが発生し非選択セルのVthが変化する。
【0050】
従って、プログラム動作時選択ビットラインのチャンネル電圧は約0V、非選択ビットラインのチャンネル電圧は約8Vに一定に保たれるべきである。このようなチャンネル電圧の維持は素子分離特性により大きな影響を与える。例えば、素子分離層の下部に不純物イオンが注入されると、チャンネル阻止層の濃度が薄くなる。このような効果は素子分離特性を劣化させる。従って、プログラム動作時非選択セルのVthが変化される。
【0051】
しかし、本発明の実施例では前述したようにイオンが到達する浸透深さの小さい条件で第1不純物層810を形成する。即ち、40KeVのエネルギー条件でイオン浸透深さが約433Åのヒ素を不純物としてイオン注入する。こうすれば、同じ条件で燐を不純物としてイオン注入する場合に比べて約400Å以上の素子分離層に対したイオン注入工程マージンが確保される。
【0052】
従って、前述したような素子分離層の薄肉化が発生しても素子分離層の下部にイオンが透過されるという不良の発生を防止することができる。即ち、約1000Åまたはその以下の素子分離層が残存しても、ヒ素は素子分離層の下部に透過しない。
ヒ素を不純物としてイオン注入することにより、素子分離層の厚さに対するイオン注入工程マージンをさらに確保される。これにより、素子分離特性の劣化が防止される。
【0053】
図24及び図25は周辺回路部Cにゲート630を形成する段階を概略的に示す図である。
前述したようにセルアレー部Bに第1不純物層810を形成した後、図24に示すようにセルアレー部Bを覆う第4フォトレジストパターン570を形成する。第4フォトレジストパターン570は図25に示すように周辺回路部Cのコントロールゲート層600またはマスク層700の一部を露出させる。
【0054】
第4フォトレジストパターン570を蝕刻マスクとして、図25に示すように露出したマスク層700またはコントロールゲート層600を蝕刻する。これにより、半導体基板100から露出するゲート630が周辺回路部Cに形成される。
次いで、第4フォトレジストパターン570をイオン注入マスクとして用いて露出した半導体基板100に第2不純物を第2イオン注入する。これにより周辺回路部Cに第2不純物層815が形成される。第2不純物層815はLDD構造の低濃度不純物層として用いられる。
【0055】
この際、第2イオン注入される第2不純物としては燐を用いる。例えば、第2イオン注入段階は30KeV〜70KeVのエネルギー条件で燐をイオン注入する。望ましくは、30KeV〜45KeVのエネルギー条件で燐をイオン注入する。この際、イオン注入される燐のドーズ量は5×1012〜5×1013ドーズ数/cm2に保持される。望ましくは、ドーズ数が1×1013〜2×1013ドーズ数/cm2となるように燐をイオン注入する。
【0056】
本実施例によれば、周辺回路部Cの素子分離層250はセルアレー部Bのコントロールゲート610を形成するパタニング工程から保護されている。さらに、コントロールゲート610の形成に続くセルフアライン蝕刻工程からも保護されている。従って、セルアレー部Bの素子分離層に比べて厚く、約3000Åの厚さが保てる。
【0057】
従って、前述したようなヒ素の場合よりイオンの浸透距離の長い燐を不純物としてイオン注入して第2不純物層815を形成しうる。例えば、エネルギーが40KeVで、ドーズ数が1×1013〜2×1013ドーズ数/cm2という条件では、素子分離層250の下部への燐イオンの透過は防止される。
【0058】
図26及び図27は露出した半導体基板100に第3不純物層830、835を形成する段階を概略的に示す図である。
コントロールゲート610、浮遊ゲート330または第1マスクパターン710の側壁を覆うスペーサ900を形成する。この際、ゲート630または第2マスクパターン730の側壁を覆うスペーサ900を共に形成する。例えば、第1不純物層810または第2不純物層815が形成された結果物上に化学気相蒸着法による酸化層を形成した後、蝕刻してスペーサ900を形成する。
【0059】
次いで、スペーサ900をイオン注入マスクとして露出した半導体基板100に不純物を第3イオン注入し、第3不純物層830、835を形成する。この際、第1マスクパターン710及び第2マスクパターン730またイオン注入マスクとして用いられる。第3不純物層はLDD構造の高濃度不純物層として用いられる。不純物としてはヒ素または燐が利用される。
【0060】
しかし、セルアレー部Bの素子分離層、前述したように約1000Åの厚さを考慮してさらに高いイオン注入マージンを確保しうる不純物を用いる。例えば、ヒ素などの不純物をエネルギー条件が30KeV〜60KeVで、ドーズ量の条件が5×1014〜5×1016ドーズ数/cm2となるようにヒ素をイオン注入する。望ましくは、エネルギー条件が40KeVで、ドーズ量の条件が5×1015ドーズ数/cm2となるようにヒ素をイオン注入する。
こうして高濃度の不純物層及び低濃度の不純物層よりなるLDD構造を形成する。次いで、平坦化工程、コンタクトまたは金属配線工程などを進行する。
【0061】
【発明の効果】
本発明によれば、素子分離層の薄肉化に伴うイオン注入工程において素子分離層の下部への不純物の浸透を防止することができる。これにより、チャンネリング現象を防止して不揮発性メモリ装置の動作特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の不揮発性メモリ装置を示す断面図である。
【図2】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の回路を示す概略図である。
【図3】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置のレイアウトを示す模式図である。
【図4】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するために示す断面図である。
【図5】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するために示す断面図である。
【図6】本発明の実施例に係る不揮発性メモリ装置の製造方法において、半導体基板上に素子分離層を形成する段階を説明するために概略的に示した断面図である。
【図7】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するために示す断面図である。
【図8】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するために示す断面図である。
【図9】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するために示す断面図である。
【図10】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するために示す断面図である。
【図11】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するために示す断面図である。
【図12】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するために示す断面図である。
【図13】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するために示す断面図である。
【図14】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するために示す断面図である。
【図15】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するために示す断面図である。
【図16】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するために示す断面図である。
【図17】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するために示す断面図である。
【図18】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するために示す断面図である。
【図19】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するために示す断面図である。
【図20】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するために示す断面図である。
【図21】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するために示す断面図である。
【図22】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するために示す断面図である。
【図23】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するために示す断面図である。
【図24】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するために示す断面図である。
【図25】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するために示す断面図である。
【図26】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するために示す断面図である。
【図27】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製造方法を説明するために示す断面図である。
【符号の説明】
100 半導体基板
150 トンネル酸化層
210、250 素子分離層
400 層間絶縁層
550 フォトレジストパターン
600 コントロールゲート層
810 第1不純物層
815 第2不純物層
830、835 第3不純物層
900 スペーサ
Claims (11)
- セルアレー部及び周辺回路部を有する半導体基板上に素子分離層を形成する段階と、
前記セルアレー部及び前記周辺回路部の露出する前記半導体基板上にトンネル酸化層を介して浮遊ゲート層を形成し、前記セルアレー部の前記浮遊ゲート層をパタニングして浮遊ゲートパターンを形成した後、前記周辺回路部の前記浮遊ゲート層及び前記セルアレー部の前記浮遊ゲートパターンを覆う層間絶縁層を形成する段階と、
前記周辺回路部の前記層間絶縁層、前記浮遊ゲート層及び前記トンネル酸化層を除去し、前記周辺回路部の露出した前記半導体基板上にゲート酸化層を形成した後、前記セルアレー部及び前記周辺回路部の全面にコントロールゲート層を形成する段階と、
前記周辺回路部をレジストパターンで覆った後、前記セルアレー部の前記コントロールゲート層、前記層間絶縁層及び前記浮遊ゲートパターンを順次パタニングし、前記セルアレー部にコントロールゲート、層間絶縁層パターン及び浮遊ゲートを形成する段階と、
前記コントロールゲート及び前記周辺回路部を覆う前記コントロールゲート層をイオン注入マスクとして前記浮遊ゲートに隣接する前記半導体基板に第1不純物を第1イオン注入し、低濃度の第1不純物層を形成する段階と、
前記セルアレー部を遮蔽するフォトレジストパターンを形成した後、前記周辺回路部の前記コントロールゲート層をパタニングし、前記周辺回路部にゲートを形成する段階と、
前記フォトレジストパターンをイオン注入マスクとして前記ゲートに隣接する前記半導体基板に第2不純物を第2イオン注入し、低濃度の第2不純物層を形成する段階と、
前記セルアレー部の前記浮遊ゲート及び前記コントロールゲートの側壁を覆い、かつ前記周辺回路部の前記ゲートの側壁を覆い前記半導体基板が露出するようなスペーサを形成する段階と、
前記スペーサをイオン注入マスクとして露出している前記半導体基板に第3不純物を第3イオン注入し、前記セルアレー部の前記第1不純物層及び前記周辺回路部の前記第2不純物層にそれぞれに隣接する相対的に高濃度の第3不純物層を形成する段階と、
を含み、
前記第1イオン注入及び前記第3イオン注入は、前記第1不純物及び前記第3不純物としてヒ素を用い、前記第1のイオン注入においてヒ素は、30KeV〜60KeVのエネルギー条件、及び5×1012〜5×1013ドーズ数/cm2のドーズ量で前記半導体基板に注入され、前記第3のイオン注入においてヒ素は、30KeV〜60KeVのエネルギー条件、及び5×1014〜5×1016ドーズ数/cm2のドーズ量で前記半導体基板で注入されることを特徴とする不揮発性メモリ装置の製造方法。 - 前記第1イオン注入段階は、30KeV〜45KeVで前記ヒ素をイオン注入することを特徴とする請求項1に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
- 前記第1イオン注入におけるドーズ量は、1×10 13 〜2×10 13 ドーズ数/cm 2 であることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
- 前記第3イオン注入段階は、30KeV〜45KeVで前記ヒ素をイオン注入することを特徴とする請求項1に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
- 前記第2不純物は燐であることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
- 前記第2イオン注入段階は、30KeV〜70KeVで前記燐をイオン注入することを特徴とする請求項5に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
- 前記第2イオン注入段階は、30KeV〜45KeVで前記燐をイオン注入することを特徴とする請求項6に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
- 前記第2イオン注入におけるドーズ量は、5×10 12 〜5×10 13 ドーズ数/cm 2 であることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
- 前記第2イオン注入におけるドーズ量は、1×10 13 〜2×10 13 ドーズ数/cm 2 であることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
- 前記コントロールゲート層を形成する段階以降に、
前記コントロールゲート層上にマスク層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。 - 前記マスク層は、
前記第1イオン注入段階または第3イオン注入段階でイオン注入マスクとして用いられることを特徴とする請求項10に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
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