JP4841123B2 - 半導体記憶装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体記憶装置及びその製造方法に関し、特に、ロジック領域と拡散配線層構造を有するメモリ領域とが混載された半導体記憶装置及びその製造方法に関する。
電気的に書き込み可能な不揮発性メモリ装置として、半導体基板に形成された不純物拡散層を配線とする拡散配線層がメモリトランジスタのソース又はドレインを兼ねる構造(仮想接地方式)を有する半導体記憶装置が知られている。
近年、半導体記憶装置の超微細化、高集積化、高性能化及び高信頼性化が求められてきており、前記の仮想接地方式を有する半導体記憶装置においても、さらなる高速化が求められている。
従来の仮想接地方式を有するメモリ領域とロジック領域とを混載した半導体記憶装置は、例えば特許文献1に記載されている。
特許文献1の第2図に示されるように、サリサイド技術により、メモリ領域である第1の活性領域101において、メモリゲート電極105のゲート電極の上面にはシリサイド層109が形成されており、ロジック領域である第2の活性領域102において、ロジックゲート電極112のゲート電極の上面及び不純物拡散層114の上面にはシリサイド層115がそれぞれ形成されている。
特開2003―347511号公報(第1図−第10図) 特開平09−074199号公報
しかしながら、半導体装置の微細化が進み設計ルールが微細化されていくにつれて、メモリ領域のゲート電極の幅も縮小される。このため、ゲート電極の単位長さ当たりの抵抗値(バー抵抗)はゲート幅の逆数に比例して増加することになり、0.1μmプロセスにおいては、1μmプロセスの10倍の単位長さ当たりの抵抗値(バー抵抗)を持つようになる。従来例のように、ゲート電極の上面をシリサイド化した構造であっても、ゲート電極の単位長さ当たりの抵抗値(バー抵抗)はゲート幅の逆数に比例して増加する。このため、さらなる細線化が進むと、ゲート電極の上面をシリサイド化した構造では、半導体装置の超微細化と高速化との双方には対応できないという問題がある。なお、仮想接地方式におけるゲート電極においては、該ゲート電極が延びる方向に対して垂直な方向の寸法をゲート幅と呼ぶ。
本発明は、前記従来の問題に鑑み、半導体記憶装置におけるゲート電極等の寸法の微細化に対して、ゲート抵抗値をさらに低減できるようにすることを目的とする。
前記の目的を達成するため、本発明は、半導体記憶装置を、メモリセルを構成するトランジスタのゲート電極の上部の形状を中央部が上方に突き出すように形成することにより、該ゲート電極の上面に形成されるシリサイド層のゲート電極との接触面積を増大させる構成とする。
具体的に、本発明に係る半導体記憶装置は、基板上に形成され、それぞれがメモリトランジスタを含む複数のメモリセルが互いに交差する複数のビット線と複数のワード線とによってマトリックス状に配置されたメモリ領域を有する半導体記憶装置を対象とし、各メモリトランジスタのゲート電極は、その上面の中央部が縁部から上方に突き出す突き出し部を有し、各メモリトランジスタのゲート電極における突き出し部の上面には、それぞれシリサイド層が形成されていることを特徴とする。
本発明の半導体記憶装置によると、各メモリトランジスタのゲート電極は、その上面の中央部が縁部から上方に突き出す突き出し部を有しているため、ゲート電極の上面に形成されるシリサイド層におけるゲート幅方向の上面に沿った長さが、ゲート電極の上面が平坦な場合と比べて長くなる。これにより、ゲート電極本体とその上面に形成されるシリサイド層との接触面積が増大するため、ゲート電極の単位長さ当たりの抵抗値(バー抵抗)が低減するので、メモリトランジスタはより一層の微細化と高速化とに対応できるようになる。
本発明の半導体記憶装置において、各メモリトランジスタはソース領域又はドレイン領域となる不純物拡散層によってビット線の一部を構成し、ゲート電極がワード線の一部を構成することが好ましい。このようにすると、不純物拡散層を配線とする拡散配線層がメモリトランジスタのソース又はドレインを兼ねる仮想接地方式を実現することができる。
この場合に、基板上における複数のメモリトランジスタのゲート電極同士の間の領域にはゲート間絶縁膜が形成されていることが好ましい。このようにすると、シリサイド層の形成時に、互いに隣接する不純物拡散層(ビット線)同士がシリサイド層により短絡されることを防止することができる。
本発明の半導体記憶装置において、基板上のメモリ領域を除く領域に形成され、ロジックトランジスタが配置されたロジック領域を有し、ロジックトランジスタのゲート電極の側面上には側壁絶縁膜が形成されていることが好ましい。
この場合に、ロジックトランジスタのゲート電極の上面及びロジックトランジスタのソース領域又はドレイン領域となる不純物拡散層の各露出部分には、それぞれシリサイド層が形成されていることが好ましい。このようにすると、ロジック領域においても、ゲート電極の上面及びソース領域又はドレイン領域の抵抗値が低減するため、ロジック領域の動作の高速化を図ることができる。
本発明の半導体記憶装置において、各メモリトランジスタのゲート電極の下側に形成されているメモリゲート絶縁膜は、電荷蓄積膜を有していることが好ましい。このようにすると、メモリゲート絶縁膜中に電荷を蓄積可能な半導体記憶素子を実現することができる。
この場合に、メモリゲート絶縁膜は、下層のシリコン酸化膜と上層のシリコン窒化膜とを有する積層体からなり、電荷蓄積膜は上層のシリコン窒化膜からなることが好ましい。
また、この場合に、メモリゲート絶縁膜は、下層のシリコン酸化膜と中層のシリコン窒化膜と上層のシリコン酸化膜とを有する積層体からなり、電荷蓄積膜は中層のシリコン窒化膜からなることが好ましい。
本発明の半導体記憶装置において、各メモリトランジスタのゲート電極の下側に形成されているメモリゲート絶縁膜は、下層のシリコン酸化膜と中層のシリコン窒化膜と上層のシリコン酸化膜とを有する積層体からなり、中層のシリコン窒化膜は、複数のメモリトランジスタのメモリゲート絶縁膜同士をつなぐように共通に形成されていることが好ましい。このようにすると、ゲート間絶縁膜の形成時にオーバエッチとなったとしても、不純物拡散層が露出しにくくなるため、不純物拡散層の上面にシリサイド層が形成されることを防止することができる。
本発明の半導体記憶装置において、複数のメモリトランジスタのうち、ワード線が延びる方向に隣り合う一対のメモリトランジスタにおける一方のソース領域と他方のドレイン領域とは共通の不純物拡散層からなることが好ましい。このようにすると、メモリセル自体の面積を縮小することができるため、高集積化に有利となる。
本発明の半導体記憶装置において、記ロジックトランジスタのゲート電極の上面及びソース領域又はドレイン領域となる不純物拡散層の各露出部分にそれぞれシリサイド層が形成されている場合に、メモリトランジスタのゲート電極におけるシリサイド層と、ロジックトランジスタのゲート電極におけるシリサイド層とは、基板面に垂直な方向の断面形状が互いに異なることが好ましい。
本発明に係る第1の半導体記憶装置の製造方法は、基板上に形成され、それぞれがメモリトランジスタを含む複数のメモリセルが互いに交差する複数のビット線と複数のワード線とによってマトリックス状に配置されたメモリ領域と、ロジックトランジスタが配置されたロジック領域とを有する半導体記憶装置の製造方法を対象とし、メモリ領域に、複数のメモリセルのうちビット線が延びる方向に並ぶメモリセルを構成するトランジスタのソース領域又はドレイン領域となる第1の不純物拡散層をビット線が延びる方向に共通に形成する工程と、基板上のメモリ領域にメモリゲート絶縁膜を形成すると共に、基板上のロジック領域にロジックゲート絶縁膜を形成する工程と、メモリゲート絶縁膜及びロジックゲート絶縁膜の上にシリコン含有膜を堆積する工程と、メモリ領域において、シリコン含有膜をパターニングして、複数のメモリトランジスタのうちワード線が延びる方向に並ぶメモリトランジスタのゲート電極をワード線が延びる方向に共通に形成すると共に、ロジック領域において、シリコン含有膜をパターンニングして、ロジックトランジスタのゲート電極を形成する工程と、ロジックトランジスタのゲート電極の側面上に側壁絶縁膜を形成する工程と、ロジック領域に、ロジックトランジスタのソース領域又はドレイン領域となる第2の不純物拡散層を形成する工程と、メモリ領域及びロジック領域の上に第1の絶縁膜を形成した後、形成した第1の絶縁膜の上に該第1の絶縁膜とは組成が異なる第2の絶縁膜を形成する工程と、メモリ領域において、第2の絶縁膜及び第1の絶縁膜に対して順次エッチングを行なって、複数のメモリトランジスタのゲート電極の上面の角部を露出する工程と、複数のメモリトランジスタのゲート電極の上面の角部を露出した後に、さらにエッチングを行なって、複数のメモリトランジスタのゲート電極の上面を露出し且つゲート電極の上面の角部を除去すると共に、ビット線が延びる方向に隣接するメモリトランジスタのゲート電極同士の間に少なくとも第1の絶縁膜からなるゲート間絶縁膜を形成する工程と、ロジック領域において、第2の絶縁膜及び第1の絶縁膜に対して順次エッチングを行なって、ロジックトランジスタのゲート電極の上面及び第2の不純物拡散層の上面を露出する工程と、複数のメモリトランジスタのゲート電極の角部が除去された上面、ロジックトランジスタのゲート電極の上面及び第2の不純物拡散層の露出部分の上に、それぞれシリサイド層を形成する工程とを備えていることを特徴とする。
第1の半導体記憶装置の製造方法によると、メモリトランジスタ及びロジックトランジスタの各ゲート電極を形成し、続いて、メモリ領域及びロジック領域の上に第1の絶縁膜及び該第1の絶縁膜と組成が異なる第2の絶縁膜を順次形成した後、メモリ領域において、第2の絶縁膜及び第1の絶縁膜に対して順次エッチングを行なって、複数のメモリトランジスタのゲート電極の上面の角部を露出する。その後、さらにエッチングを行なって、複数のメモリトランジスタのゲート電極の上面を露出し且つゲート電極の上面の角部を除去すると共に、ビット線が延びる方向に隣接するメモリトランジスタのゲート電極同士の間に少なくとも第1の絶縁膜からなるゲート間絶縁膜を形成する。このように、メモリトランジスタの各ゲート電極の上面の角部を除去するため、メモリトランジスタのゲート電極の上部に、その上面の中央部が縁部から上方に突き出す突き出し部を形成することができるので、その後のシリサイド化工程において、メモリトランジスタの各ゲート電極の上面に接触面積が大きいシリサイド層を形成することができる。その結果、メモリトランジスタの各ゲート電極の単位長さ当たりの抵抗値(バー抵抗)が低減するので、メモリトランジスタはより一層の微細化と高速化とに対応できるようになる。なお、メモリトランジスタの各ゲート電極同士の間を埋める絶縁膜に互いの組成が異なるすなわちエッチング耐性が異なる第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜を用いているため、第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜の各膜厚を調整することにより、メモリトランジスタのゲート電極同士の間に該ゲート電極同士の間隔の大小に依らずに所望の厚さに堆積することができる。さらに、ロジック領域においては、シリサイド化のために第2の不純物拡散層を露出する必要があり、第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜に除去が容易な組成を選ぶこともできる。
第1の半導体記憶装置の製造方法において、メモリゲート絶縁膜は電荷蓄積膜を有していることが好ましい。
この場合に、メモリゲート絶縁膜は、下層のシリコン酸化膜と上層のシリコン窒化膜とを有する積層体からなり、電荷蓄積膜は上層のシリコン窒化膜からなることが好ましい。
また、この場合に、メモリゲート絶縁膜は、下層のシリコン酸化膜と中層のシリコン窒化膜と上層のシリコン酸化膜とを有する積層体からなり、電荷蓄積膜は中層のシリコン窒化膜からなることが好ましい。
第1の半導体記憶装置の製造方法において、複数のメモリトランジスタのゲート電極の上面の角部を露出する工程において、第2の絶縁膜及び第1の絶縁膜に対して行なうエッチングは等方性のエッチングであることが好ましい。このようにすると、メモリトランジスタの各ゲート電極の角部のみを露出することが容易となる。
第1の半導体記憶装置の製造方法において、複数のメモリトランジスタのゲート電極の上面の角部を露出した後に、第2の絶縁膜及び第1の絶縁膜に対して行なうエッチングは、異方性のエッチングであることが好ましい。このようにすると、メモリトランジスタの各ゲート電極同士の間に少なくとも第1の絶縁膜からなるゲート間絶縁膜を形成しやすくなる。
第1の半導体記憶装置の製造方法において、第2の絶縁膜及び第1の絶縁膜に対するエッチングは、第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜のエッチングレートがシリコン含有膜のエッチングレートよりも高くなる条件で行なうことが好ましい。このようにすると、メモリトランジスタの各ゲート電極の角部のオーバエッチングを防止することができる。
第1の半導体記憶装置の製造方法において、第2の絶縁膜は逆スパッタ法により形成することが好ましい。このようにすると、第2の絶縁膜におけるメモリトランジスタの各ゲート電極の上側部分を上方に突き出す形状に成膜できるため、メモリトランジスタの各ゲート電極の角部のみを露出することが容易となる。
本発明に係る第2の半導体記憶装置の製造方法は、基板上に形成され、それぞれがメモリトランジスタを含む複数のメモリセルが互いに交差する複数のビット線と複数のワード線とによってマトリックス状に配置されたメモリ領域と、ロジックトランジスタが配置されたロジック領域とを有する半導体記憶装置の製造方法を対象とし、メモリ領域に、複数のメモリセルのうちビット線が延びる方向に並ぶメモリセルを構成するトランジスタのソース領域又はドレイン領域となる第1の不純物拡散層をビット線が延びる方向に共通に形成する工程と、基板上のメモリ領域にメモリゲート絶縁膜を形成すると共に、基板上のロジック領域にロジックゲート絶縁膜を形成する工程と、メモリゲート絶縁膜及びロジックゲート絶縁膜の上にシリコン含有膜を堆積する工程と、メモリ領域において、シリコン含有膜をパターニングして、複数のメモリトランジスタのうちワード線が延びる方向に並ぶメモリトランジスタのゲート電極をワード線が延びる方向に共通に形成する工程と、メモリ領域上及びロジック領域の上に絶縁膜を形成する工程と、メモリ領域において、絶縁膜に対してエッチングを行なって、複数のメモリトランジスタのゲート電極の上面の角部を露出する工程と、ゲート電極の上面の角部を露出した後に、さらにエッチングを行なって、複数のメモリトランジスタのゲート電極の上面を露出し且つゲート電極の上面の角部を除去すると共に、ビット線が延びる方向に隣接するメモリトランジスタのゲート電極同士の間に絶縁膜からなるゲート間絶縁膜を形成する工程と、ロジック領域において、シリコン含有膜をパターンニングして、ロジックトランジスタのゲート電極を形成する工程と、ロジックトランジスタのゲート電極の側面上に側壁絶縁膜を形成する工程と、ロジック領域に、ロジックトランジスタのソース領域又はドレイン領域となる第2の不純物拡散層を形成する工程と、複数のメモリトランジスタのゲート電極の角部が除去された上面、ロジックトランジスタのゲート電極の上面及び第2の不純物拡散層の露出部分の上に、それぞれシリサイド層を形成する工程とを備えていることを特徴とする。
第2の半導体記憶装置の製造方法によると、メモリ領域において、メモリトランジスタのゲート電極をワード線が延びる方向に共通に形成し、続いて、メモリ領域上及びロジック領域の上に絶縁膜を形成した後、メモリ領域において、絶縁膜に対してエッチングを行なって、複数のメモリトランジスタのゲート電極の上面の角部を露出する。その後、さらにエッチングを行なって、複数のメモリトランジスタのゲート電極の上面を露出し且つゲート電極の上面の角部を除去すると共に、ビット線が延びる方向に隣接するメモリトランジスタのゲート電極同士の間に絶縁膜からなるゲート間絶縁膜を形成する。このように、メモリトランジスタの各ゲート電極の上面の角部を除去するため、メモリトランジスタのゲート電極の上部に、その上面の中央部が縁部から上方に突き出す突き出し部を形成することができるので、その後のシリサイド化工程において、メモリトランジスタの各ゲート電極の上面に接触面積が大きいシリサイド層を形成することができる。その結果、メモリトランジスタのゲート電極の単位長さ当たりの抵抗値(バー抵抗)が低減するので、メモリトランジスタはより一層の微細化と高速化とに対応できるようになる。
第2の半導体記憶装置の製造方法において、メモリゲート絶縁膜は電荷蓄積膜を有していることが好ましい。
この場合に、メモリゲート絶縁膜は、下層のシリコン酸化膜と上層のシリコン窒化膜とを有する積層体からなり、電荷蓄積膜は上層のシリコン窒化膜からなることが好ましい。
また、この場合に、メモリゲート絶縁膜は、下層のシリコン酸化膜と中層のシリコン窒化膜と上層のシリコン酸化膜とを有する積層体からなり、電荷蓄積膜は中層のシリコン窒化膜からなることが好ましい。
第2の半導体記憶装置の製造方法において、複数のメモリトランジスタのゲート電極の上面の角部を露出する工程において、絶縁膜に対して行なうエッチングは等方性のエッチングであることが好ましい。
第2の半導体記憶装置の製造方法において、複数のメモリトランジスタのゲート電極の上面の角部を露出した後に、絶縁膜に対して行なうエッチングは異方性のエッチングであることが好ましい。
第2の半導体記憶装置の製造方法において、絶縁膜に対するエッチングは、絶縁膜のエッチングレートがシリコン含有膜のエッチングレートよりも高くなる条件で行なうことが好ましい。
第2の半導体記憶装置の製造方法において、絶縁膜は逆スパッタ法により形成することが好ましい。
本発明に係る半導体記憶装置及びその製造方法によると、メモリ領域のゲート電極の上面の中央部に縁部から上方へ突き出す突き出し部を設けるため、ゲート電極上面のシリサイド層におけるゲート幅方向の接触長さがゲート幅自体よりも大きくなる。このため、ゲート電極の断面におけるシリサイド層の面積がゲート電極の上面が平坦な場合と比べて増大するので、メモリゲート電極の単位長さ当たりの抵抗値(バー抵抗)が低減して、より一層の微細化と高速化とに対する対応が可能となる。
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置の部分的な平面構成を示し、図2(a)は図1のIIa−IIa線における断面構成を示し、図2(b)は図1のIIb−IIb線における断面構成を示し、図2(c)は図1のIIc−IIc線における断面構成を示している。
図1及び図2(a)〜(c)に示すように、第1の実施形態に係る半導体記憶装置は、例えばシリコン(Si)からなる半導体基板101の上部に選択的に形成された素子分離絶縁膜102によって互いに分離されており、複数のメモリセルが配されたメモリ領域である第1の活性領域103と、論理素子が配されたロジック領域である第2の活性領域104とを有している。第1の活性領域103には複数のメモリトランジスタがマトリックス状に設けられており、第2の活性領域104にはロジックトランジスタが設けられている。
第1の活性領域103には、半導体基板101の主面上に順次形成され、それぞれ酸化シリコンからなる下部ゲート絶縁膜110a、窒化シリコンからなる電荷蓄積膜110b及び酸化シリコンからなる上部ゲート絶縁膜110cを有する積層体からなるメモリゲート絶縁膜110を介在させた複数のメモリゲート電極105が形成されている。各メモリゲート絶縁膜110及び各メモリゲート電極105の側面上には側壁絶縁膜106が形成されている。
ゲート長方向(ゲート電極105が延びる方向)に並ぶ複数のメモリトランジスタにおける各メモリゲート電極105は互いにつながるように共通に形成されており、該共通のメモリゲート電極105はそれぞれワード線を形成している。ここで、各メモリゲート電極105の上面の角部(縁部)はテーパー形状又は丸め形状に加工されており、この加工された上面にはそれぞれシリサイド層109が形成されている。
このように、第1の実施形態に係る半導体記憶装置におけるメモリトランジスタのゲート電極105は、その上部がテーパー形状又は丸め形状を持つように加工されているため、シリサイド層109のゲート幅方向(ゲート電極105が延びる方向に対して垂直な方向)の断面積は、従来例におけるメモリゲート電極のゲート幅方向の断面積及びメモリゲート電極105と同一の幅を持つロジックゲート電極112の上部のシリサイド層117のゲート幅方向の断面積よりも大きい。
例えば、メモリゲート電極105の上面の角部のテーパー角度が基板面の法線に対して45°をなし、メモリゲート電極105上の両側のテーパー面が中央で接して稜線をなすように形成した場合、すなわちメモリゲート電極105上部の基板面に対して垂直な方向の断面が二等辺三角形をなす場合には、シリサイド化工程前のメモリゲート電極105の上面及び上面の角部を含む部分の面積は、テーパー形状を持たない場合の約1.4倍となる。従って、シリサイド化後のメモリゲート電極105の抵抗値は、テーパー形状を持たない平坦な場合の約0.7倍となる。このようにテーパー角度をより鋭角にすることで、またテーパー部そのものを大きくすることによって、より効果的にメモリゲート電極105の抵抗値を低減することができる。
なお、メモリゲート電極105の上部の基板面に垂直な方向の断面形状は、テーパー形状又は丸め形状に限られず、メモリゲート電極105の上面の中央部がその縁部よりも上方に突き出す突き出し形状を有しておればよい。
メモリ領域である第1の活性領域103には、ワード線が延びる方向と直交する方向に不純物拡散層107が形成されており、該不純物拡散層107はワード線が延びる方向と直交する方向に並ぶメモリトランジスタのソース領域又はドレイン領域を形成すると共にこれらを互いにつなぐように共通に形成されている。これら共通のソース領域又はドレイン領域はビット線を形成する。
このように、メモリゲート絶縁膜110、上部にシリサイド層109が形成されたメモリゲート電極105及び不純物拡散層107によってメモリトランジスタが構成されている。また、メモリゲート電極105同士の間には、メモリゲート間絶縁膜108が形成されている。
一方、ロジック領域である第2の活性領域104には、半導体基板101の主面に、酸化シリコンからなるロジックゲート絶縁膜111を介在させたロジックゲート電極112が形成されている。ロジックゲート絶縁膜111及びロジックゲート電極112の側面上には側壁絶縁膜113が形成されている。第2の活性領域104には、ソース領域又はドレイン領域となる不純物拡散層114が形成されており、ロジックゲート電極112の上面及び不純物拡散層114の上面にはそれぞれシリサイド層117が形成されている。
従って、ロジックゲート絶縁膜111、上部にシリサイド層117が形成されたロジックゲート電極112及び上部にシリサイド層117が形成された不純物拡散層114によって、電界効果トランジスタからなるロジックトランジスタが構成されている。
以下、前記のように構成された第1の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法について図3(a)〜図3(c)から図10(a)〜図10(c)の各工程順の断面図に基づいて説明する。なお、図3(a)、図4(a)、図5(a)、図6(a)、図7(a)、図8(a)、図9(a)及び図10(a)は、図1のIIa−IIa線と対応する部位の断面構成を示し、図3(b)、図4(b)、図5(b)、図6(b)、図7(b)、図8(b)、図9(b)及び図10(b)は、図1のIIb−IIb線と対応する部位の断面構成を示し、図3(c)、図4(c)、図5(c)、図6(c)、図7(c)、図8(c)、図9(c)及び図10(c)は、図1のIIc−IIc線と対応する部位の断面構成を示している。
まず、図3(a)、(b)及び(c)に示すように、半導体基板101の上部に形成した深さが300nm程度の溝部に酸化シリコンを埋め込んで素子分離絶縁膜102を形成することにより、メモリ領域である第1の活性領域103とロジック領域である第2の活性領域104とを形成する。続いて、第1の活性領域103の所定部分に、不純物イオン例えば砒素イオンを加速電圧が約50KeVでドーズ量が約5×1015/cm2 の注入条件でイオン注入する。その後、イオン注入された半導体基板101に対して、例えば温度が900℃程度の窒素雰囲気で約60分間の熱処理を施して、注入された砒素イオンを活性化することにより、メモリトランジスタのソース領域又はドレイン領域であって、それぞれビット線が延びる方向に複数の不純物拡散層107を形成する。
次に、図4(a)、(a)及び(c)に示すように、半導体基板101の主面上の第1の活性領域103及び第2の活性領域104に、熱酸化法により厚さが10nmの下層のシリコン酸化膜を形成し、形成した下層のシリコン酸化膜の上に減圧CVD(low-pressure chemical vapor deposition)法により、厚さが7nmの中層のシリコン窒化膜と、厚さが10nmの上層のシリコン酸化膜とを順次堆積する。なお、上層のシリコン酸化膜は必ずしも設ける必要はない。
続いて、第2の活性領域104において、中層のシリコン窒化膜及び上層のシリコン酸化膜を周知のエッチング技術により選択的に除去する。その後、減圧CVD法により、第1の活性領域103及び第2の活性領域104の上に、厚さが200nm程度のシリコン含有膜としての多結晶シリコン膜を堆積する。続いて、堆積した多結晶シリコン膜に、不純物イオン例えば燐イオンを加速電圧が約10KeVでドーズ量が約2×1015/cm2 の注入条件でイオン注入し、その後、イオン注入された多結晶シリコン膜に対して、例えば温度が800℃程度の窒素雰囲気で約15分間の熱処理を施して、注入された燐イオンを活性化する。
次に、第1の活性領域103において、周知のリソグラフィ及びエッチング技術により、多結晶シリコン膜、上層のシリコン酸化膜、中層のシリコン窒化膜及び下層のシリコン酸化膜を順次パターニングして、多結晶シリコン膜からなるメモリゲート電極105と、上層のシリコン酸化膜からなる上部ゲート絶縁膜110c、中層のシリコン窒化膜からなる電荷蓄積膜110b及び下層のシリコン酸化膜からなる下部シリコン酸化膜110aを有する積層体により構成されたメモリゲート絶縁膜110とを形成する。
一方、第2の活性領域104において、リソグラフィ及びエッチング技術により、多結晶シリコン膜及び下層のシリコン酸化膜をパターニングして、多結晶シリコン膜からなるロジックゲート電極112及び下層のシリコン酸化膜からなるロジックゲート絶縁膜111を形成する。
続いて、第1の活性領域103及び第2の活性領域104において、減圧CVD法により、厚さが100nm程度のシリコン酸化膜を堆積した後、堆積したシリコン酸化膜に対して深さが110nm程度のエッチバックを行なうことにより、メモリゲート電極105及びメモリゲート絶縁膜110の側面上に側壁絶縁膜106を形成すると共に、ロジックゲート電極112の側面上に側壁絶縁膜113を形成する。
続いて、第2の活性領域104において、ロジックゲート電極112及び側壁絶縁膜113をマスクにして、不純物イオン例えば砒素イオンを注入した後、所定の熱処理を施して、ソース領域又はドレイン領域となる不純物拡散層114を形成する。
次に、図5(a)、(b)及び(c)に示すように、第1の活性領域103及び第2の活性領域104において、プラズマCVD法により、半導体基板101の上に複数のメモリゲート電極105、ロジックゲート電極112及び素子分離絶縁膜102を含む全面にわたって、厚さが30nm程度のシリコン酸化膜からなる第1の絶縁膜115を堆積する。続いて、常圧CVD法により、堆積した第1の絶縁膜115の上に、厚さが300nm程度で濃度が2wt%の燐不純物及び7wt%のホウ素不純物を含むBPSG(boron-doped phospho-silicate glass)膜からなる第2の絶縁膜116を堆積する。
次に、図6(a)、(b)及び(c)に示すように、リソグラフィ技術により、第2の絶縁膜116の上に、第1の活性領域103を露出する第1のレジストパターン118を形成した後、形成した第1のレジストパターン118をマスクとして、第2の絶縁膜116及び第1の絶縁膜115に対して等方性エッチング成分を含む異方性エッチングを行なって、各メモリゲート電極105の上面の角部を露出させる。このときの等方性エッチング成分を含むドライエッチング条件は、一例として、エッチングガスに流量が100cm3 /min(但し、0℃、1atm)のテトラフルオロカーボン(CF4 )と、流量が20cm3 /min(但し、0℃、1atm)の酸素(O2 )とを用い、パワーを100Wとし、チャンバ内の圧力を50Paとする。
次に、図7(a)、(b)及び(c)に示すように、酸化シリコンを主成分とする第1の絶縁膜115及び第2の絶縁膜116と多結晶シリコンとのエッチング選択比が小さいドライエッチング条件で、さらにエッチング処理を行なうことにより、各メモリゲート電極105の上面を露出すると共に、各メモリゲート電極105の上面の角部をオーバーエッチングを利用してテーパー形状又は丸め形状にエッチングする。このときのエッチング選択比が小さいドライエッチングは、一例として、上述のエッチング条件における酸素流量を20cm3 /min(但し、0℃、1atm)から50cm3 /min(但し、0℃、1atm)に増やして行なえば良い。
なお、メモリゲート電極105の上面の角部は、テーパー形状及び丸め形状に限られない。すなわち、メモリゲート電極105の上面において、中央部分がその角部(縁部)よりも上方に突き出す突き出し部が形成されるようにエッチングすれば良い。この一連のエッチングによっても、半導体基板101の主面上における複数のメモリゲート電極105同士の間の領域には、第1の絶縁膜115をメモリゲート間絶縁膜108として残存させるようにする。
このように、第1の実施形態に係る製造方法によると、図6(a)、(b)及び(c)に示すように、等方性エッチング成分を含む異方性エッチングを行なうことにより、メモリゲート電極105の上面の角部がその中央部より先に露出して、メモリゲート電極105の上面の角部がメモリゲート電極105の上面の中央部より長時間エッチングガスにさらされることにより、ゲート上面の角部をテーパー形状又は丸め形状にすることができる。なお、この一連のエッチング工程においては、隣り合うメモリゲート電極105同士の間には、少なくとも第1の絶縁膜115が存在するため、半導体基板101におけるメモリゲート電極105同士の間の領域がエッチングによって削られることはない。また、この一連のエッチング工程において、第2の活性領域104は第1のレジストパターン118に覆われているため、第2の活性領域104に含まれる半導体基板101、素子分離絶縁膜102及びロジックゲート電極112はエッチングによって削られることはない。
次に、図8(a)、(b)及び(c)に示すように、第1のレジストパターン118を除去した後、希弗酸溶液を用いたウエットエッチングによって第2の絶縁膜116を除去する。これにより、第1の活性領域103においては、メモリゲート電極105同士の間に残存していた第2の絶縁膜116がほぼ除去されて、第1の絶縁膜115からなるメモリゲート間絶縁膜108が形成される。第2の活性領域104においても、第2の絶縁膜116がほぼ除去されて第1の絶縁膜115が残存する。
次に、図9(a)、(b)及び(c)に示すように、リソグラフィ技術により、半導体基板101の上に、第2の活性領域104を露出する第2のレジストパターン119を形成した後、形成した第2のレジストパターン119をマスクとして、第1の絶縁膜115に対して希弗酸溶液を用いたウエットエッチングを行なって、第2の活性領域104に残存する第1の絶縁膜115を除去することにより、ロジックゲート電極112の上面及び不純物拡散層114の上面をそれぞれ露出させる。
次に、図10(a)、(b)及び(c)に示すように、サリサイド技術により、第1の活性領域103において、メモリゲート電極105の突き出し部であるテーパー化又は丸め化された上面及びその角部にシリサイド層109を形成する。これと同時に、第2の活性領域104において、ロジックゲート電極112の上面及び不純物拡散層114の上面にシリサイド層117を形成する。
このようにして、第1の実施形態に係る半導体記憶装置を得ることができる。なお、この後に続く金属配線工程、保護膜形成工程及びボンディングパッド形成工程等は周知であるため省略する。
以上説明したように、第1の実施形態によると、メモリ領域である第1の活性領域103において、メモリゲート電極105の上部にその中央部が上方に突き出す突き出し部を形成した後、該突き出し部にシリサイド層109を形成することにより、メモリゲート電極105のシリサイド層109のゲート幅方向における長さを、ゲート幅自体の幅寸法よりも容易に長く形成することができる。このため、シリサイド層109におけるゲート電極の単位長さ当たりの接触面積が増大して、メモリゲート電極105の単位長さ当たりの抵抗値(バー抵抗)を低減できるので、メモリトランジスタはより一層の微細化と高速化とに対応できるようになる。
(第1の実施形態の第1変形例)
以下、第1の実施形態の第1変形例に係る半導体記憶装置の製造方法について図11(a)〜図11(c)を参照しながら説明する。
第1の実施形態に係る製造方法においては、図6(a)〜図6(c)に示すメモリゲート電極105の上面の角部を選択的に露出するエッチング方法に、等方性エッチング成分を含む異方性のドライエッチング法を用いたが、第1変形例においては、等方性エッチングを行なうことにより、第2の絶縁膜116におけるメモリゲート電極105の上面の角部の近傍の膜厚をその中央部の膜厚よりも薄くする。
すなわち、図11(a)、(b)及び(c)に示すように、BPSG膜からなる第2の絶縁膜116に対して、例えば希弗酸溶液を用いたウエットエッチングを行なうことにより、第2の絶縁膜116におけるメモリゲート電極105の上方部分の膜厚を、メモリゲート電極105の中央部分よりもその角部(縁部)の上側で薄くなるようにする。
その後は、図7(a)、(b)及び(c)に示したように、異方性のドライエッチングを行なって、メモリゲート電極105の上部をテーパー形状又は丸め形状等の突き出し形状とする。
(第1の実施形態の第2変形例)
以下、第1の実施形態の第2変形例に係る半導体記憶装置の製造方法について図12(a)〜図12(c)を参照しながら説明する。
第1の実施形態に係る製造方法においては、図5(a)〜図5(c)に示す第2の絶縁膜116の成膜方法に常圧CVD法を用いたが、第2変形例においては、アルゴンスパッタ等の逆スパッタ法を用いる。
すなわち、図12(a)、(b)及び(c)に示すように、BPSG膜からなる第2の絶縁膜116の成膜にスパッタ法を用い、燐不純物及びホウ素不純物を含む酸化シリコンからなるターゲット材の表面(ターゲット面)を適当な期間遮蔽していわゆる逆スパッタを行なうと、第2の絶縁膜116の形状をメモリゲート電極105の上面の中央部よりもその角部の上方で薄くすることができる。
これにより、次の図6(a)〜図6(c)に示すエッチング工程において、各メモリゲート電極105の上面の角部をさらに容易に露出させることができるため、図7(a)〜図7(c)に示すように、各メモリゲート電極105の上面を露出させ且つその角部をテーパー形状又は丸め形状等に容易にエッチングすることができる。
ところで、第1の実施形態においては、第1の活性領域103のメモリゲート電極105と第2の活性領域104のロジックゲート電極112とを同時にパターニングしている。これにより、メモリゲート電極105及びロジックゲート電極112の上側に形成される上層コンタクトとのマージンを余分に取る必要がなくなるため微細化が可能となる。
また、第1の実施形態において、第1の活性領域103に形成されるメモリ素子は、メモリゲート絶縁膜110中に電荷をトラップするタイプのメモリ素子の場合について説明したが、これに代えて、ゲート絶縁膜110とゲート電極105との間に浮遊ゲート電極を設け、設けた浮遊ゲート電極中に電荷をトラップするタイプのメモリ素子であってもよい。
また、第1の実施形態は、図5(a)〜図5(c)に示す絶縁膜形成工程において、酸化シリコンからなる第1の絶縁膜115及びBPSGからなる第2の絶縁膜116のように、互いの組成が異なる2種類の絶縁膜を堆積することにより、ビット線(不純物拡散層107)が延びる方向に隣り合うゲート電極105同士の間にメモリゲート間絶縁膜108を形成したが、これに限定されるものではなく、3種類以上の絶縁膜を積層することも可能である。ここで、メモリゲート間絶縁膜108の形成に、2種類以上の絶縁膜を用いる理由は、第1の実施形態においては、前述したように、メモリゲート電極105とロジックゲート電極112とを同一の工程でパターニングしている。従って、メモリ領域である第1の活性領域103に形成された各メモリゲート電極105同士の間に必要なメモリゲート間絶縁膜108を半導体基板101上に堆積すると、ロジック領域である第2の活性領域104のロジックゲート電極112と不純物拡散層114の上にも、メモリゲート間絶縁膜108の形成用の絶縁膜が堆積される。
しかしながら、このメモリゲート間絶縁膜形成用の絶縁膜は、第2の活性領域104においては、ロジックゲート電極112及び不純物拡散層114の各上面にシリサイド層117を形成する際には、堆積した絶縁膜を除去する必要がある。従って、メモリゲート絶縁膜形成用の絶縁膜は、第1の活性領域103においては、ゲート電極105同士の間隔が小さい場合でも確実に充填される一方、第2の活性領域104においては容易に除去できることが好ましい。従って、このような充填容易性と除去容易性とを単一組成の絶縁膜に持たせるよりは、異なる組成を持つ複数の絶縁膜に持たせた方が容易である。そこで、第1の実施形態においては、一例として、第1の絶縁膜115に酸化シリコンを用い、第2の絶縁膜116にBPSGを用いており、これにより、図8(a)、(b)及び(c)に示したように、第2の絶縁膜116をウエットエッチングによって容易に除去することができる。
第1の実施形態においては、メモリゲート電極105とロジックゲート電極112を同一の工程で形成する場合について説明したが、上層コンタクトとのマージンが十分に取れる場合には、メモリゲート電極105とロジックゲート電極112とは異なる工程で形成してもよい。この例を第2の実施形態として説明する。
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図13は本発明の第2の実施形態に係る半導体記憶装置の部分的な平面構成を示している。
図13に示すように、第2の実施形態に係る半導体記憶装置は、例えばシリコン(Si)からなる半導体基板の上部に選択的に形成された素子分離絶縁膜によって互いに分離されており、複数のメモリセルが配されたメモリ領域である第1の活性領域203と、論理素子が配されたロジック領域である第2の活性領域204とを有している。第1の活性領域203には複数のメモリトランジスタがマトリックス状に設けられており、第2の活性領域204にはロジックトランジスタが設けられている。
第1の活性領域203には、半導体基板の主面上に順次形成され、それぞれ酸化シリコンからなる下部ゲート絶縁膜、窒化シリコンからなる電荷蓄積膜及び酸化シリコンからなる上部ゲート絶縁膜を有する積層体からなるメモリゲート絶縁膜を介在させた複数のメモリゲート電極205が形成されている。
ゲート長方向(ゲート電極205が延びる方向)に並ぶ複数のメモリトランジスタにおける各メモリゲート電極205は互いにつながるように共通に形成されており、該共通のメモリゲート電極205はそれぞれワード線を形成している。ここで、各メモリゲート電極205の上面の角部(縁部)はテーパー形状又は丸め形状に加工されており、この加工された上面にはそれぞれシリサイド層209が形成されている。
なお、メモリゲート電極205の上部の基板面に垂直な方向の断面形状は、テーパー形状又は丸め形状に限られず、メモリゲート電極205の上面の中央部がその縁部よりも上方に突き出す突き出し形状を有しておればよい。
メモリ領域である第1の活性領域203には、ワード線が延びる方向と直交する方向に不純物拡散層207が形成されており、該不純物拡散層207はワード線が延びる方向と直交する方向に並ぶメモリトランジスタのソース領域又はドレイン領域を形成すると共にこれらを互いにつなぐように共通に形成されている。これら共通のソース領域又はドレイン領域はビット線を形成する。
このように、メモリゲート絶縁膜、上部にシリサイド層209が形成されたメモリゲート電極205及び不純物拡散層207によってメモリトランジスタが構成されている。また、メモリゲート電極205同士の間には、メモリゲート間絶縁膜208が形成されている。
一方、ロジック領域である第2の活性領域204には、半導体基板の主面に、酸化シリコンからなるロジックゲート絶縁膜を介在させたロジックゲート電極212が形成されている。ロジックゲート絶縁膜及びロジックゲート電極212の側面上には側壁絶縁膜213が形成されている。第2の活性領域204には、ソース領域又はドレイン領域となる不純物拡散層が形成されており、ロジックゲート電極212の上面及び不純物拡散層の上面にはそれぞれシリサイド層217が形成されている。
従って、ロジックゲート絶縁膜、上部にシリサイド層217が形成されたロジックゲート電極212及び上部にシリサイド層217が形成された不純物拡散層によって、電界効果トランジスタからなるロジックトランジスタが構成されている。
以下、前記のように構成された第2の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法について図14(a)〜図14(c)から図19(a)〜図19(c)の各工程順の断面図に基づいて説明する。なお、図14(a)、図15(a)、図16(a)、図17(a)、図18(a)及び図19(a)は、図13のIXXa−IXXa線と対応する部位の断面構成を示し、図14(b)、図15(b)、図16(b)、図17(b)、図18(b)及び図19(b)は、図13のIXXb−IXXb線と対応する部位の断面構成を示し、図14(c)、図15(c)、図16(c)、図17(c)、図18(c)及び図19(c)は、図13のIXXc−IXXc線と対応する部位の断面構成を示している。
まず、図14(a)、(b)及び(c)に示すように、半導体基板201の上部に形成した深さが300nm程度の溝部に酸化シリコンを埋め込んで素子分離絶縁膜202を形成することにより、メモリ領域である第1の活性領域203とロジック領域である第2の活性領域204とを形成する。続いて、第1の活性領域203の所定部分に、不純物イオン例えば砒素イオンを加速電圧が約50KeVでドーズ量が約5×1015/cm2 の注入条件でイオン注入する。その後、イオン注入された半導体基板201に対して、例えば温度が900℃程度の窒素雰囲気で約60分間の熱処理を施して、注入された砒素イオンを活性化することにより、メモリトランジスタのソース領域又はドレイン領域であって、それぞれビット線が延びる方向に複数の不純物拡散層207を形成する。
続いて、半導体基板201の主面上の第1の活性領域203及び第2の活性領域204に、熱酸化法により厚さが10nmの下層のシリコン酸化膜を形成し、形成した下層のシリコン酸化膜の上に減圧CVD法により、厚さが7nmの中層のシリコン窒化膜と、厚さが10nmの上層のシリコン酸化膜とを順次堆積する。なお、上層のシリコン酸化膜は必ずしも設ける必要はない。
続いて、第2の活性領域204において、中層のシリコン窒化膜及び上層のシリコン酸化膜を周知のエッチング技術により選択的に除去する。その後、減圧CVD法により、第1の活性領域203及び第2の活性領域204の上に、厚さが200nm程度のシリコン含有膜としての多結晶シリコン膜を堆積する。続いて、堆積した多結晶シリコン膜に、不純物イオン例えば燐イオンを加速電圧が約10KeVでドーズ量が約2×1015/cm2 の注入条件でイオン注入し、その後、イオン注入された多結晶シリコン膜に対して、例えば温度が800℃程度の窒素雰囲気で約15分間の熱処理を施して、注入された燐イオンを活性化する。
続いて、第1の活性領域203において、周知のリソグラフィ及びエッチング技術により、多結晶シリコン膜、上層のシリコン酸化膜、中層のシリコン窒化膜及び下層のシリコン酸化膜を順次パターニングして、多結晶シリコン膜からなるメモリゲート電極205と、上層のシリコン酸化膜からなる上部ゲート絶縁膜210c、中層のシリコン窒化膜からなる電荷蓄積膜210b及び下層のシリコン酸化膜からなる下部シリコン酸化膜210aを有する積層体により構成されたメモリゲート絶縁膜210とを形成する。
次に、図15(a)、(b)及び(c)に示すように、第1の活性領域203及び第2の活性領域204において、プラズマCVD法により、半導体基板201の上に複数のメモリゲート電極205、多結晶シリコン膜及び素子分離絶縁膜202を含む全面にわたって、厚さが300nm程度のシリコン酸化膜からなる絶縁膜215を堆積する。
次に、図16(a)、(b)及び(c)に示すように、絶縁膜215に対して等方性エッチング成分を含む異方性エッチングを行なって、まず、各メモリゲート電極205の上面の角部を露出させる。このときの等方性エッチング成分を含むドライエッチング条件は、一例として、エッチングガスに流量が100cm3 /min(但し、0℃、1atm)のテトラフルオロカーボン(CF4 )と、流量が20cm3 /min(但し、0℃、1atm)の酸素(O2 )とを用い、パワーを100Wとし、チャンバ内の圧力を50Paとする。
次に、図17(a)、(b)及び(c)に示すように、酸化シリコンからなる絶縁膜215と多結晶シリコンとのエッチング選択比が小さいドライエッチング条件で、さらにエッチング処理を行なうことにより、各メモリゲート電極205の上面を露出すると共に、各メモリゲート電極205の上面の角部をオーバーエッチングを利用してテーパー形状又は丸め形状にエッチングする。このときのエッチング選択比が小さいドライエッチングは、一例として、上述のエッチング条件における酸素流量を20cm3 /min(但し、0℃、1atm)から50cm3 /min(但し、0℃、1atm)に増やして行なえば良い。
なお、メモリゲート電極205の上面の角部は、テーパー形状及び丸め形状に限られない。すなわち、メモリゲート電極205の上面において、中央部分がその角部(縁部)よりも上方に突き出す突き出し部が形成されるようにエッチングすれば良い。この一連のエッチングによっても、半導体基板201の主面上における複数のメモリゲート電極205同士の間の領域には、絶縁膜215をメモリゲート間絶縁膜208として残存させるようにする。
このように、第2の実施形態に係る製造方法によると、図16(a)、(b)及び(c)に示すように、等方性エッチング成分を含む異方性エッチングを行なうことにより、メモリゲート電極205の上面の角部がその中央部より先に露出して、メモリゲート電極205の上面の角部がメモリゲート電極205の上面の中央部より長時間エッチングガスにさらされることにより、ゲート上面の角部をテーパー形状又は丸め形状にすることができる。なお、この一連のエッチング工程においては、隣り合うメモリゲート電極205同士の間には絶縁膜215が存在するため、半導体基板201におけるメモリゲート電極205同士の間の領域がエッチングによって削られることはない。また、この一連のエッチング工程において、第2の活性領域204は多結晶シリコン膜に覆われているため、第2の活性領域204に含まれる半導体基板201及び素子分離絶縁膜202はエッチングによって削られることはない。
次に、図18(a)、(b)及び(c)に示すように、第2の活性領域204において、多結晶シリコン膜及び下層のシリコン酸化膜を順次パターニングして、多結晶シリコン膜からなるロジックゲート電極212及び下層のシリコン酸化膜からなるロジックゲート絶縁膜211を形成する。続いて、減圧CVD法により、第1の活性領域203及び第2の活性領域204において、複数のメモリゲート電極215、ロジックゲート電極及び素子分離絶縁膜202を含む全面にわたって、厚さが100nm程度の側壁絶縁膜形成用のシリコン酸化膜を堆積する。このとき、上部がテーパー形状等の突き出し形状であるメモリゲート電極205における上面の角部(テーパー部)の上に堆積するシリコン酸化膜の膜厚は、メモリゲート電極205の上面の中央部の上に堆積するシリコン酸化膜の膜厚と等しい。
続いて、堆積されたシリコン酸化膜に対して深さが110nm程度のエッチバックを行なって、ロジックゲート電極212の側面上に側壁絶縁膜213を形成すると、第1の活性領域203においては、各メモリゲート電極205の上部のテーパー部の上には、側壁絶縁膜213を形成するためのシリコン酸化膜が残存することなくエッチングされるため、各メモリゲート電極205の上部は露出する。一方、隣り合うメモリゲート電極205同士の間においては、メモリゲート間絶縁膜208の上に微小な側壁絶縁膜206が残る。
すなわち、各メモリゲート電極205の上面の角部にテーパー形状又は丸め形状を持たせることにより、各メモリゲート電極205の上面の角部(縁部)から、ロジックゲート電極212の側壁絶縁膜213を形成するためのシリコン酸化膜はエッチバックにより除去される。その結果、側壁絶縁膜213を形成する際に、各メモリゲート電極205の上面の角部(縁部)には側壁絶縁膜206が形成されることはない。
続いて、第2の活性領域204において、ロジックゲート電極212及び側壁絶縁膜213をマスクとして、半導体基板201に不純物イオン例えば砒素イオンを注入した後、注入された不純物イオンを活性化する所定の熱処理を施して、ソース領域又はドレイン領域となる不純物拡散層214を形成する。
次に、図19(a)、(b)及び(c)に示すように、サリサイド技術により、第1の活性領域203において、メモリゲート電極205の突き出し部であるテーパー化又は丸め化された上面及びその角部にシリサイド層209を形成する。これと同時に、第2の活性領域204において、ロジックゲート電極212の上面及び不純物拡散層214の上面にシリサイド層217を形成する。
このようにして、第2の実施形態方法に係る導体記憶装置を得ることができる。なお、この後に続く金属配線工程、保護膜形成工程及びボンディングパッド形成工程等は周知であるため省略する。
以上説明したように、第2の実施形態によると、メモリ領域である第1の活性領域203において、メモリゲート電極205の上部にその中央部が上方に突き出す突き出し部を形成した後、該突き出し部にシリサイド層209を形成することにより、メモリゲート電極205のシリサイド層209のゲート幅方向における長さを、ゲート幅自体の幅寸法よりも容易に長く形成することができる。このため、シリサイド層209におけるゲート電極の単位長さ当たりの接触面積が増大して、メモリゲート電極205の単位長さ当たりの抵抗値(バー抵抗)を低減できるので、メモリトランジスタのより一層の微細化と高速化との対応が可能となる。
(第2の実施形態の第1変形例)
以下、第2の実施形態の第1変形例に係る半導体記憶装置の製造方法について図20(a)〜図20(c)を参照しながら説明する。
第2の実施形態に係る製造方法においては、図16(a)〜図16(c)に示すメモリゲート電極205の上面の角部を選択的に露出するエッチング方法に、等方性エッチング成分を含む異方性のドライエッチング法を用いたが、第1変形例においては、等方性エッチングを行なうことにより、絶縁膜215におけるメモリゲート電極205の上面の角部の近傍の膜厚をその中央部の膜厚よりも薄くする。
すなわち、図20(a)、(b)及び(c)に示すように、酸化シリコンからなる絶縁膜215に対して、例えば希弗酸溶液を用いたウエットエッチングを行なうことにより、絶縁膜215におけるメモリゲート電極205の上方部分の膜厚を、メモリゲート電極205の中央部分よりもその角部(縁部)の上側で薄くなるようにする。
その後は、図17(a)、(b)及び(c)に示したように、異方性のドライエッチングを行なって、メモリゲート電極205の上部をテーパー形状又は丸め形状等の突き出し形状とする。
(第2の実施形態の第2変形例)
以下、第2の実施形態の第2変形例に係る半導体記憶装置の製造方法について図21(a)〜図21(c)を参照しながら説明する。
第2の実施形態に係る製造方法においては、図15(a)〜図15(c)に示す絶縁膜215の成膜方法にプラズマCVD法を用いたが、第2変形例においては、アルゴンスパッタ等の逆スパッタ法を用いる。
すなわち、図15(a)、(b)及び(c)に示すように、酸化シリコンからなる絶縁膜215の成膜にスパッタ法を用い、酸化シリコンからなるターゲット材の表面(ターゲット面)を適当な期間遮蔽していわゆる逆スパッタを行なうと、絶縁膜215の形状をメモリゲート電極205の上面の中央部よりもその角部の上方で薄くすることができる。
これにより、次の図16(a)〜図16(c)に示すエッチング工程において、各メモリゲート電極205の上面の角部をさらに容易に露出させることができるため、図17(a)〜図17(c)に示すように、各メモリゲート電極205の上面を露出させ且つその角部をテーパー形状又は丸め形状等に容易にエッチングすることができる。
ところで、第2の実施形態においては、図16(a)〜図16(c)及び図17(a)〜図17(c)に示すメモリゲート間絶縁膜208を形成するエッチング工程、すなわちメモリゲート205の上部に突き出し部を形成する工程において、そのエッチング条件を、酸化シリコンからなる絶縁膜215と同時に多結晶シリコン膜もエッチング可能で、且つ多結晶シリコン膜へのエッチングレートがシリコン酸化膜へのエッチングレートよりも小さいエッチング条件で行なっている。これにより、図16(a)〜図16(c)に示すように、各メモリゲート電極205の上面の角部が露出した後に、より効果的に各メモリゲート電極205の上面の角部にテーパー形状を形成することができる。
また、第2の実施形態において、第1の活性領域203に形成されるメモリ素子は、メモリゲート絶縁膜208中に電荷をトラップするタイプのメモリ素子の場合について説明したが、これに代えて、ゲート絶縁膜210とゲート電極205との間に浮遊ゲート電極を設け、設けた浮遊ゲート電極中に電荷をトラップするタイプのメモリ素子であってもよい。
また、第2の実施形態において、図15に示す絶縁膜215を堆積する工程から図17に示す絶縁膜215を除去して各メモリゲート電極205の上面を露出させると共にメモリゲート電極205の上面の角部を除去する工程を複数回繰り返して行なうことにより、メモリゲート電極205の上面の角部のテーパー形状部分又は丸め形状部分を大きくすることができるため、より効果的にシリサイド層209の面積を増やすことができる。
本発明に係る半導体記憶装置及びその製造方法は、ゲート電極上面のシリサイド層におけるゲート幅方向の接触長さがゲート幅自体よりも大きくできるため、ゲート電極の断面におけるシリサイド層の面積がゲート電極の上面が平坦な場合と比べて増大するので、ゲート電極の単位長さ当たりの抵抗値(バー抵抗)が低減して、より一層の微細化と高速化とに対する対応が可能となり、特に、ロジック領域と拡散配線層構造を有するメモリ領域とが混載された半導体記憶装置及びその製造方法等として有用である。
本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置を示す部分的な平面図である。 (a)〜(c)は本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置を示し、(a)は図1のIIa−IIa線における断面図であり、(b)は図1のIIb−IIb線における断面図であり、(c)は図1のIIc−IIc線における断面図である。 (a)〜(c)は本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示す一工程の断面図である (a)〜(c)は本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示す一工程の断面図である (a)〜(c)は本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示す一工程の断面図である (a)〜(c)は本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示す一工程の断面図である (a)〜(c)は本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示す一工程の断面図である (a)〜(c)は本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示す一工程の断面図である (a)〜(c)は本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示す一工程の断面図である (a)〜(c)は本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示す一工程の断面図である (a)〜(c)は本発明の第1の実施形態の第1変形例に係る半導体記憶装置の製造方法を示す一工程の断面図である (a)〜(c)は本発明の第1の実施形態の第2変形例に係る半導体記憶装置の製造方法を示す一工程の断面図である 本発明の第2の実施形態に係る半導体記憶装置を示す部分的な平面図である。 (a)〜(c)は本発明の第2の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示す一工程の断面図である (a)〜(c)は本発明の第2の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示す一工程の断面図である (a)〜(c)は本発明の第2の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示す一工程の断面図である (a)〜(c)は本発明の第2の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示す一工程の断面図である (a)〜(c)は本発明の第2の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示す一工程の断面図である (a)〜(c)は本発明の第2の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示す一工程の断面図である (a)〜(c)は本発明の第2の実施形態の第1変形例に係る半導体記憶装置の製造方法を示す一工程の断面図である (a)〜(c)は本発明の第2の実施形態の第2変形例に係る半導体記憶装置の製造方法を示す一工程の断面図である
符号の説明
101 半導体基板
102 素子分離絶縁膜
103 第1の活性領域(メモリ領域)
104 第2の活性領域(ロジック領域)
105 メモリゲート電極(ワード線/シリコン含有層)
106 側壁絶縁膜
107 不純物拡散層(ソース領域又はドレイン領域/ビット線)
108 メモリゲート間絶縁膜
109 シリサイド層
110 メモリゲート絶縁膜
110a 下部ゲート絶縁膜
110b 電荷蓄積膜
110c 上部ゲート絶縁膜
111 ロジックゲート絶縁膜
112 ロジックゲート電極(シリコン含有膜)
113 側壁絶縁膜
114 不純物拡散層(ソース領域又はドレイン領域)
115 第1の絶縁膜
116 第2の絶縁膜
117 シリサイド層
118 第1のレジストパターン
119 第2のレジストパターン
201 半導体基板
202 素子分離絶縁膜
203 第1の活性領域(メモリ領域)
204 第2の活性領域(ロジック領域)
205 メモリゲート電極(ワード線/シリコン含有膜)
206 側壁絶縁膜
207 不純物拡散層(ソース領域又はドレイン領域/ビット線)
208 メモリゲート間絶縁膜
209 シリサイド層
210 メモリゲート絶縁膜
210a 下部ゲート絶縁膜
210b 電荷蓄積膜
210c 上部ゲート絶縁膜
211 ロジックゲート絶縁膜
212 ロジックゲート電極(シリコン含有膜)
213 側壁絶縁膜
214 不純物拡散層(ソース領域又はドレイン領域)
215 絶縁膜
217 シリサイド層

Claims (25)

  1. 基板上に形成され、それぞれがメモリトランジスタを含む複数のメモリセルが互いに交差する複数のビット線と複数のワード線とによってマトリックス状に配置されたメモリ領域を有する半導体記憶装置であって、
    前記各メモリトランジスタのゲート電極は、その上面の中央部が縁部から上方に突き出す突き出し部を有し、
    前記各メモリトランジスタのゲート電極における前記突き出し部の上面には、それぞれシリサイド層が形成されており、
    前記基板上の前記メモリ領域を除く領域に形成され、ロジックトランジスタが配置されたロジック領域を有し、
    前記ロジックトランジスタのゲート電極の上面及び前記ロジックトランジスタのソース領域又はドレイン領域となる不純物拡散層の各露出部分には、それぞれシリサイド層が形成されており、
    前記メモリトランジスタのゲート電極におけるシリサイド層と、前記ロジックトランジスタのゲート電極におけるシリサイド層とは、基板面に垂直な方向の断面形状が互いに異なることを特徴とする半導体記憶装置。
  2. 前記各メモリトランジスタは、ソース領域又はドレイン領域となる不純物拡散層によって前記ビット線の一部を構成し、前記ゲート電極が前記ワード線の一部を構成することを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
  3. 前記基板上における前記複数のメモリトランジスタのゲート電極同士の間の領域にはゲート間絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体記憶装置。
  4. 記ロジックトランジスタのゲート電極の側面上には側壁絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか1項に記載の半導体記憶装置。
  5. 前記各メモリトランジスタのゲート電極の下側に形成されているメモリゲート絶縁膜は、電荷蓄積膜を有していることを特徴とする請求項1〜のうちのいずれか1項に記載の半導体記憶装置。
  6. 前記メモリゲート絶縁膜は、下層のシリコン酸化膜と上層のシリコン窒化膜とを有する積層体からなり、
    前記電荷蓄積膜は前記上層のシリコン窒化膜からなることを特徴とする請求項に記載の半導体記憶装置。
  7. 前記メモリゲート絶縁膜は、下層のシリコン酸化膜と中層のシリコン窒化膜と上層のシリコン酸化膜とを有する積層体からなり、
    前記電荷蓄積膜は前記中層のシリコン窒化膜からなることを特徴とする請求項に記載の半導体記憶装置。
  8. 前記各メモリトランジスタのゲート電極の下側に形成されているメモリゲート絶縁膜は、下層のシリコン酸化膜と中層のシリコン窒化膜と上層のシリコン酸化膜とを有する積層体からなり、
    前記中層のシリコン窒化膜は、前記複数のメモリトランジスタの前記メモリゲート絶縁膜同士をつなぐように共通に形成されていることを特徴とする請求項1〜のうちのいずれか1項に記載の半導体記憶装置。
  9. 前記複数のメモリトランジスタのうち、前記ワード線が延びる方向に隣り合う一対のメモリトランジスタにおける一方のソース領域と他方のドレイン領域とは共通の不純物拡散層からなることを特徴とする請求項2〜のうちのいずれか1項に記載の半導体記憶装置。
  10. 基板上に形成され、それぞれがメモリトランジスタを含む複数のメモリセルが互いに交差する複数のビット線と複数のワード線とによってマトリックス状に配置されたメモリ領域と、ロジックトランジスタが配置されたロジック領域とを有する半導体記憶装置の製造方法であって、
    前記メモリ領域に、前記複数のメモリセルのうち前記ビット線が延びる方向に並ぶメモリセルを構成するトランジスタのソース領域又はドレイン領域となる第1の不純物拡散層を前記ビット線が延びる方向に共通に形成する工程と、
    前記基板上の前記メモリ領域にメモリゲート絶縁膜を形成すると共に、前記基板上の前記ロジック領域にロジックゲート絶縁膜を形成する工程と、
    前記メモリゲート絶縁膜及び前記ロジックゲート絶縁膜の上にシリコン含有膜を堆積する工程と、
    前記メモリ領域において、前記シリコン含有膜をパターニングして、前記複数のメモリトランジスタのうち前記ワード線が延びる方向に並ぶメモリトランジスタのゲート電極を前記ワード線が延びる方向に共通に形成すると共に、前記ロジック領域において、前記シリコン含有膜をパターンニングして、前記ロジックトランジスタのゲート電極を形成する工程と、
    前記ロジックトランジスタのゲート電極の側面上に側壁絶縁膜を形成する工程と、
    前記ロジック領域に、前記ロジックトランジスタのソース領域又はドレイン領域となる第2の不純物拡散層を形成する工程と、
    前記メモリ領域及び前記ロジック領域の上に第1の絶縁膜を形成した後、形成した前記第1の絶縁膜の上に該第1の絶縁膜とは組成が異なる第2の絶縁膜を形成する工程と、
    前記メモリ領域において、前記第2の絶縁膜及び前記第1の絶縁膜に対して順次エッチングを行なって、前記複数のメモリトランジスタのゲート電極の上面の角部を露出する工程と、
    前記複数のメモリトランジスタのゲート電極の上面の角部を露出した後に、さらにエッチングを行なって、前記複数のメモリトランジスタのゲート電極の上面を露出し且つ前記ゲート電極の上面の角部を除去すると共に、前記ビット線が延びる方向に隣接する前記メモリトランジスタのゲート電極同士の間に少なくとも前記第1の絶縁膜からなるゲート間絶縁膜を形成する工程と、
    前記ロジック領域において、前記第2の絶縁膜及び前記第1の絶縁膜に対して順次エッチングを行なって、前記ロジックトランジスタのゲート電極の平坦な形状の上面及び前記第2の不純物拡散層の上面を露出する工程と、
    前記複数のメモリトランジスタのゲート電極の角部が除去された上面、前記ロジックトランジスタのゲート電極の平坦な形状の上面及び前記第2の不純物拡散層の露出部分の上に、それぞれシリサイド層を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
  11. 前記メモリゲート絶縁膜は、電荷蓄積膜を有していることを特徴とする請求項10に記載の半導体記憶装置の製造方法。
  12. 前記メモリゲート絶縁膜は、下層のシリコン酸化膜と上層のシリコン窒化膜とを有する積層体からなり、
    前記電荷蓄積膜は前記上層のシリコン窒化膜からなることを特徴とする請求項11に記載の半導体記憶装置の製造方法。
  13. 前記メモリゲート絶縁膜は、下層のシリコン酸化膜と中層のシリコン窒化膜と上層のシリコン酸化膜とを有する積層体からなり、
    前記電荷蓄積膜は前記中層のシリコン窒化膜からなることを特徴とする請求項11に記載の半導体記憶装置の製造方法。
  14. 前記複数のメモリトランジスタのゲート電極の上面の角部を露出する工程において、前記第2の絶縁膜及び前記第1の絶縁膜に対して行なうエッチングは、等方性のエッチングであることを特徴とする請求項10に記載の半導体記憶装置の製造方法。
  15. 前記複数のメモリトランジスタのゲート電極の上面の角部を露出した後に、前記第2の絶縁膜及び前記第1の絶縁膜に対して行なうエッチングは、異方性のエッチングであることを特徴とする請求項10又は14に記載の半導体記憶装置の製造方法。
  16. 前記第2の絶縁膜及び前記第1の絶縁膜に対するエッチングは、前記第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜のエッチングレートが前記シリコン含有膜のエッチングレートよりも高くなる条件で行なうことを特徴とする請求項1014及び15のうちのいずれか1項に記載の半導体記憶装置の製造方法。
  17. 前記第2の絶縁膜は、逆スパッタ法により形成することを特徴とする請求項10に記載の半導体記憶装置の製造方法。
  18. 基板上に形成され、それぞれがメモリトランジスタを含む複数のメモリセルが互いに交差する複数のビット線と複数のワード線とによってマトリックス状に配置されたメモリ領域と、ロジックトランジスタが配置されたロジック領域とを有する半導体記憶装置の製造方法であって、
    前記メモリ領域に、前記複数のメモリセルのうち前記ビット線が延びる方向に並ぶメモリセルを構成するトランジスタのソース領域又はドレイン領域となる第1の不純物拡散層を前記ビット線が延びる方向に共通に形成する工程と、
    前記基板上の前記メモリ領域にメモリゲート絶縁膜を形成すると共に、前記基板上の前記ロジック領域にロジックゲート絶縁膜を形成する工程と、
    前記メモリゲート絶縁膜及び前記ロジックゲート絶縁膜の上にシリコン含有膜を堆積する工程と、
    前記メモリ領域において、前記シリコン含有膜をパターニングして、前記複数のメモリトランジスタのうち前記ワード線が延びる方向に並ぶメモリトランジスタのゲート電極を前記ワード線が延びる方向に共通に形成する工程と、
    前記メモリ領域上及び前記ロジック領域の上に絶縁膜を形成する工程と、
    前記メモリ領域において、前記絶縁膜に対してエッチングを行なって、前記複数のメモリトランジスタのゲート電極の上面の角部を露出する工程と、
    前記ゲート電極の上面の角部を露出した後に、さらにエッチングを行なって、前記複数のメモリトランジスタのゲート電極の上面を露出し且つ前記ゲート電極の上面の角部を除去すると共に、前記ビット線が延びる方向に隣接する前記メモリトランジスタのゲート電極同士の間に前記絶縁膜からなるゲート間絶縁膜を形成する工程と、
    前記ロジック領域において、前記シリコン含有膜をパターンニングして、前記ロジックトランジスタの平坦な形状の上面を有するゲート電極を形成する工程と、
    前記ロジックトランジスタのゲート電極の側面上に側壁絶縁膜を形成する工程と、
    前記ロジック領域に、前記ロジックトランジスタのソース領域又はドレイン領域となる第2の不純物拡散層を形成する工程と、
    前記複数のメモリトランジスタのゲート電極の角部が除去された上面、前記ロジックトランジスタのゲート電極の平坦な形状の上面及び前記第2の不純物拡散層の露出部分の上に、それぞれシリサイド層を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
  19. 前記メモリゲート絶縁膜は、電荷蓄積膜を有していることを特徴とする請求項18に記載の半導体記憶装置の製造方法。
  20. 前記メモリゲート絶縁膜は、下層のシリコン酸化膜と上層のシリコン窒化膜とを有する積層体からなり、
    前記電荷蓄積膜は前記上層のシリコン窒化膜からなることを特徴とする請求項19に記載の半導体記憶装置の製造方法。
  21. 前記メモリゲート絶縁膜は、下層のシリコン酸化膜と中層のシリコン窒化膜と上層のシリコン酸化膜とを有する積層体からなり、
    前記電荷蓄積膜は前記中層のシリコン窒化膜からなることを特徴とする請求項19に記載の半導体記憶装置の製造方法。
  22. 前記複数のメモリトランジスタのゲート電極の上面の角部を露出する工程において、前記絶縁膜に対して行なうエッチングは、等方性のエッチングであることを特徴とする請求項18に記載の半導体記憶装置の製造方法。
  23. 前記複数のメモリトランジスタのゲート電極の上面の角部を露出した後に、前記絶縁膜に対して行なうエッチングは、異方性のエッチングであることを特徴とする請求項18又は22に記載の半導体記憶装置の製造方法。
  24. 前記絶縁膜に対するエッチングは、前記絶縁膜のエッチングレートが前記シリコン含有膜のエッチングレートよりも高くなる条件で行なうことを特徴とする請求項1822及び23のうちのいずれか1項に記載の半導体記憶装置の製造方法。
  25. 前記絶縁膜は、逆スパッタ法により形成することを特徴とする請求項18に記載の半導体記憶装置の製造方法。
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