JP4629400B2 - スプリットゲート型半導体メモリ素子の製造方法 - Google Patents
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Description
図1を参照すれば、従来のスプリットゲート型メモリ素子では、半導体基板10の所定領域にソース領域15が形成され、ソース領域15の両側に隣接した半導体基板10上に一対の浮遊ゲート20が配置されている。浮遊ゲート20の上面はゲート間酸化膜25により覆われている。浮遊ゲート20のソース領域15の反対側壁はそれぞれ制御ゲート30で覆われる。制御ゲート30は、浮遊ゲート20側壁から延びて、一方向ではゲート間酸化膜25の上面を覆っており、他の方向では浮遊ゲート20のソース領域15の反対側に隣接した半導体基板10の一部を覆う。制御ゲート30に隣接した半導体基板10内にはドレイン領域35が配置されている。ドレイン領域35は、制御ゲート30の下部に一部重複する。浮遊ゲート20及び半導体基板10の間にゲート絶縁膜40が形成され、制御ゲート30と半導体基板10との間には浮遊ゲート20の下部から拡張されたゲート絶縁膜40と、浮遊ゲート20の側壁から拡張されたトンネル絶縁膜45とが重複している。
次に、制御ゲート30形成のための工程を行う。例えば、ポリシリコンで形成された制御ゲート30は、トンネル絶縁膜45まで形成された半導体基板10上にポリシリコンを等角的に蒸着して第2ポリシリコン膜を形成し、フォトリソグラフィ工程を行ってパターニングすることにより形成する。
このようなオーバーラップ変動による問題を解決するための従来技術が例えば特許文献1及び2に開示されている。
まず、半導体基板200、例えばp-型シリコン基板上に素子分離のためのSTI(Shallow Trench Isolation)(図示せず)工程を完了する。次に、図2に示すように、半導体基板200上にゲート絶縁膜205を形成する。例えば、50〜150Å程度の厚さ、望ましく約80Åの厚さに熱酸化膜を成長させる。次に、ゲート絶縁膜205上に浮遊ゲート用導電層210を形成する。例えば、ドープトポリシリコンを蒸着して500〜2000Å厚さのポリシリコン膜を形成する。この時ポリシリコンは、蒸着と同時にインサイチュでドーピングして形成しうる(例えば、POCl3浸漬工程)。一方、アンドープトポリシリコンを先に形成してから不純物を注入してドーピングしても良い。この場合、不純物の注入工程では、例えば、30KeVのエネルギーで2.7×1014ions/cm2のリン(P)のようなn-型不純物を注入できる。次に、導電層210の上部にマスク膜215を2000〜5000Å程度の適正厚さに形成する。マスク膜215はシリコン窒化膜等で形成することが望ましく、この場合、500〜850℃の温度でSiH4とNH3の反応を用いたLPCVD(Low Pressure CVD)法などによって形成できる。
図14に示すように、図13の結果物上に平坦化のための層間絶縁膜280を厚く積層し、フォトリソグラフィ工程を用いてドレイン領域275を露出させるためのコンタクトホール281、282を形成し、前記コンタクトホール281、282に充填されるように導電性金属を厚く積層し、これをCMPして前記コンタクトホール281、282以外の層間絶縁膜280上に前記金属が存在しないように研磨して、コンタクトホール281、282内にだけ導電性金属プラグ283、284、例えばタングステンプラグを形成する。金属プラグ283、284を含む層間絶縁膜280上に金属層を積層し、これがフォトリソグラフィによりそれぞれの金属プラグ283、284に電気的に連結されるように金属配線のパターン285を形成して、スプリットゲート型不揮発性半導体メモリ素子のセルを完成する。金属配線のパターン285は、プログラム及び読み取り時にデータを伝達するビットラインとして使われる。
以上、本発明を望ましい実施例に基づいて詳細に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当業者により多様な変形が可能である。
本発明の製造方法によるスプリットゲート型不揮発性半導体メモリ素子は、セルごとに均一な特性を持たせて、移動通信システム、メモリカードなどを含む多様な分野で優れた素子として利用されうる。
Claims (17)
- 半導体基板上にゲート絶縁膜及び導電層を形成する段階と、
前記導電層を露出させる少なくとも一対の第1開口部を定義するように前記導電層上にマスクパターンを形成する段階と、
前記マスクパターンにより露出された前記導電層を選択的に熱酸化させてゲート間酸化膜を形成する段階と、
前記マスクパターンのうち前記ゲート間酸化膜の間にある部分を除去して第2開口部を定義する段階と、
前記第2開口部の内壁にスペーサを形成する段階と、
残っている前記マスクパターン、前記スペーサ、及び前記ゲート間酸化膜をエッチングマスクとして用い、前記ゲート絶縁膜が露出されるまで前記導電層をエッチングして第3開口部を定義する段階と、
前記第3開口部内に不純物イオンを注入してソース領域を形成する段階と、
前記マスクパターンと段差のないように前記第3開口部内に絶縁膜を埋め込んで絶縁膜プラグを形成する段階と、
前記マスクパターン及び前記スペーサを除去して前記絶縁膜プラグの側壁を露出させる段階と、
前記ゲート間酸化膜をエッチングマスクとして用い、前記ゲート絶縁膜が露出されるまで前記導電層をエッチングして一対の浮遊ゲートを形成する段階と、
前記浮遊ゲートの側壁にトンネル絶縁膜を形成する段階と、
前記絶縁膜プラグの側壁に自己整合的にスペーサ状の制御ゲートを形成する段階と、
前記制御ゲートの外側にドレイン領域を形成する段階と、
を含むことを特徴とするスプリットゲート型半導体メモリ素子の製造方法。 - 前記導電層及び前記制御ゲートは、ドープトポリシリコンで形成することを特徴とする請求項1に記載のスプリットゲート型メモリ素子の製造方法。
- 前記マスクパターンは、シリコン窒化膜で形成することを特徴とする請求項1に記載のスプリットゲート型メモリ素子の製造方法。
- 前記シリコン窒化膜は、2000〜5000Å程度の厚さに形成することを特徴とする請求項3に記載のスプリットゲート型メモリ素子の製造方法。
- 前記ゲート間酸化膜は、500〜2000Å程度の厚さに形成することを特徴とする請求項1に記載のスプリットゲート型メモリ素子の製造方法。
- 前記第2開口部を定義する段階は、
前記マスクパターン上及び前記ゲート間酸化膜上に等角のキャッピング酸化膜を形成する段階と、
前記キャッピング酸化膜のうち前記ゲート間酸化膜の間にある部分を除去して前記マスクパターンの一部を露出させる段階と、
残っている前記キャッピング酸化膜をエッチングマスクとして露出された前記マスクパターンを除去する段階と、
残っている前記キャッピング酸化膜を除去する段階と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載のスプリットゲート型半導体メモリ素子の製造方法。 - 前記マスクパターンはシリコン窒化膜で形成し、
前記マスクパターンの除去時、リン酸を利用したストリップを用いることを特徴とする請求項6に記載のスプリットゲート型半導体メモリ素子の製造方法。 - 前記スペーサは、前記マスクパターンと同一物質で形成することを特徴とする請求項1に記載のスプリットゲート型半導体メモリ素子の製造方法。
- 前記マスクパターン及び前記スペーサは、シリコン窒化膜で形成し、
前記マスクパターン及び前記スペーサの除去時、リン酸を利用したストリップを用いることを特徴とする請求項1に記載のスプリットゲート型半導体メモリ素子の製造方法。 - 前記ソース領域を形成する段階は、前記第3開口部内に不純物を注入する段階と、注入された不純物をドライブインさせるための熱処理をする段階とを含み、
前記ドライブインさせるための熱処理をする段階の間に前記第3開口部内の前記導電層の側壁を熱酸化膜でシーリングすることを特徴とする請求項1に記載のスプリットゲート型半導体メモリ素子の製造方法。 - 前記絶縁膜プラグを形成する段階は、
前記第3開口部を完全に埋め込むようにギャップフィル酸化膜を形成する段階と、
化学的機械研磨を用いて前記マスクパターンの表面が露出されるまで前記ギャップフィル酸化膜を平坦化させる段階と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載のスプリットゲート型半導体メモリ素子の製造方法。 - 前記トンネル絶縁膜を形成する段階は、
前記浮遊ゲートが形成された結果物を熱酸化させる段階と、
前記浮遊ゲート上に酸化膜を蒸着する段階と、
前記酸化膜を硬化させるために熱処理する段階と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載のスプリットゲート型半導体メモリ素子の製造方法。 - 前記制御ゲート上に層間絶縁膜を形成する段階と、
前記層間絶縁膜を貫通して前記ドレイン領域に接続された金属プラグを形成する段階と、
前記層間絶縁膜上に前記金属プラグと連結された金属配線のパターンを形成する段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のスプリットゲート型半導体メモリ素子の製造方法。 - 半導体基板上に導電層を形成する段階と、
前記導電層を露出させる少なくとも一対の第1開口部を定義するように前記導電層上にマスクパターンを形成する段階と、
前記マスクパターンにより露出された前記導電層を選択的に熱酸化させてゲート間酸化膜を形成する段階と、
前記マスクパターン上及び前記ゲート間酸化膜上に等角のキャッピング酸化膜を形成する段階と、
前記キャッピング酸化膜のうち前記ゲート間酸化膜の間にある部分を除去して前記マスクパターンの一部を露出させる段階と、
残っている前記キャッピング酸化膜をエッチングマスクとして用い、露出された前記マスクパターンを除去して第2開口部を定義する段階と、
残っている前記キャッピング酸化膜を除去する段階と、
残っている前記マスクパターンと前記ゲート間酸化膜とをエッチングマスクとして用い、前記導電層をエッチングして第3開口部を定義する段階と、
前記マスクパターンと段差のないように前記第3開口部内に絶縁膜を埋め込んで絶縁膜プラグを形成する段階と、
前記マスクパターンを除去して前記絶縁膜プラグの側壁を露出させる段階と、
前記ゲート間酸化膜をエッチングマスクとして用い、前記導電層をエッチングして一対の浮遊ゲートを形成する段階と、
前記浮遊ゲートの側壁にトンネル絶縁膜を形成する段階と、
前記絶縁膜プラグの側壁に自己整合的にスペーサ状制御ゲートを形成する段階と、
を含むことを特徴とするスプリットゲート型半導体メモリ素子の製造方法。 - 前記マスクパターンはシリコン窒化膜で形成し、
前記マスクパターンの除去時、リン酸を利用したストリップを用いることを特徴とする請求項14に記載のスプリットゲート型半導体メモリ素子の製造方法。 - 前記絶縁膜プラグを形成する段階は、
前記第3開口部を完全に埋め込むようにギャップフィル酸化膜を形成する段階と、
化学的機械研磨を用いて前記マスクパターンの表面が露出されるまで前記ギャップフィル酸化膜を平坦化させる段階と、
を含むことを特徴とする請求項14に記載のスプリットゲート型半導体メモリ素子の製造方法。 - 前記トンネル絶縁膜を形成する段階は、
前記浮遊ゲートが形成された結果物を熱酸化させる段階と、
前記浮遊ゲート上に酸化膜を蒸着する段階と、
前記酸化膜を硬化させるために熱処理する段階と、
を含むことを特徴とする請求項14に記載のスプリットゲート型半導体メモリ素子の製造方法。
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