JP4843586B2 - Nonvolatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
この発明は、不揮発性半導体記憶装置とその製造方法に関する。 The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device and a manufacturing method thereof.
浮遊ゲートと制御ゲートが積層されたスタックト・ゲート構造のメモリセルを用いて電気的書き換え可能とした不揮発性半導体メモリ(EEPROM)が知られている。この種のEEPROMにおいては、浮遊ゲートと半導体基板の間の第1のゲート絶縁膜にはトンネル絶縁膜が用いられ、浮遊ゲートと制御ゲートの間の第2のゲート絶縁膜には通常、シリコン酸化膜(O)/シリコン窒化膜(N)/シリコン酸化膜(O)の積層構造膜であるONO膜が用いられる。 A nonvolatile semiconductor memory (EEPROM) that is electrically rewritable using a memory cell having a stacked gate structure in which a floating gate and a control gate are stacked is known. In this type of EEPROM, a tunnel insulating film is used as the first gate insulating film between the floating gate and the semiconductor substrate, and silicon oxide is usually used as the second gate insulating film between the floating gate and the control gate. An ONO film which is a laminated structure film of film (O) / silicon nitride film (N) / silicon oxide film (O) is used.
各メモリセルは、素子分離絶縁膜により区画された素子形成領域に形成される。一般に浮遊ゲート電極膜は、素子分離絶縁膜上でスリット加工することにより、制御ゲート線(ワード線)方向の分離がなされる。このスリット加工の段階ではビット線方向の浮遊ゲート分離はなされていない。そして、スリット加工された浮遊ゲート電極膜上を含む基板全面にONO膜を介して制御ゲート電極膜が堆積され、この制御ゲート電極膜、ONO膜、浮遊ゲート電極膜を順次エッチングすることにより、ビット線方向に制御ゲートと浮遊ゲートの分離がなされる。この後、ソース、ドレイン拡散層が制御ゲートに自己整合的に形成される。 Each memory cell is formed in an element formation region partitioned by an element isolation insulating film. In general, the floating gate electrode film is separated in the direction of the control gate line (word line) by slitting the element isolation insulating film. At this stage of slit processing, floating gate isolation in the bit line direction is not performed. A control gate electrode film is deposited on the entire surface of the substrate including the slit processed floating gate electrode film via the ONO film, and the control gate electrode film, the ONO film, and the floating gate electrode film are sequentially etched to form a bit. The control gate and the floating gate are separated in the line direction. Thereafter, source and drain diffusion layers are formed in a self-aligned manner on the control gate.
上述した従来のEEPROM構造では、ワード線方向に隣接するメモリセルの浮遊ゲートは素子分離絶縁膜上で分離されるが、この上に形成されるONO膜はワード線方向に連続的に配設される。この構造では、メモリセルを微細化し、ワード線方向の浮遊ゲートの分離幅(スリット幅)が狭くなると、隣接する浮遊ゲートの電荷蓄積状態が異なる時にONO膜を介して電荷の移動が生じることが明らかになっている。これは、ONO膜のシリコン窒化膜又はシリコン窒化膜とシリコン酸化膜の界面を横方向に電荷が移動し易いためである。従って、微細化したEEPROMにおいては、ワード線方向に隣接するメモリセルが異なるデータ状態のときに、電荷移動によりしきい値変動が生じ、場合によってはデータ破壊に至る。 In the conventional EEPROM structure described above, the floating gates of the memory cells adjacent in the word line direction are isolated on the element isolation insulating film, but the ONO film formed thereon is continuously disposed in the word line direction. The In this structure, when the memory cell is miniaturized and the separation width (slit width) of the floating gate in the word line direction is narrowed, charge movement may occur through the ONO film when the charge storage states of adjacent floating gates are different. It has become clear. This is because the charge easily moves in the lateral direction on the silicon nitride film of the ONO film or the interface between the silicon nitride film and the silicon oxide film. Therefore, in a miniaturized EEPROM, when memory cells adjacent in the word line direction are in different data states, threshold fluctuations occur due to charge movement, and data destruction may occur in some cases.
この発明は、上記事情を考慮してなされたもので、浮遊ゲート間の電荷移動によるデータ破壊を防止して信頼性向上を図った不揮発性半導体記憶装置とその製造方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a nonvolatile semiconductor memory device and a method for manufacturing the same, which can prevent data destruction due to charge transfer between floating gates and improve reliability. Yes.
この発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板と、この半導体基板の素子形成領域を分離する素子分離絶縁膜であって、上端部の高さが前記半導体基板の上面より高く、上端部に凹部を有する素子分離絶縁膜と、前記素子形成領域にそれぞれ第1のゲート絶縁膜を介して形成された第1のゲート電極材料膜であって、上面の高さが前記素子分離絶縁膜の上端部と前記凹部の底部の間に位置するよう形成された第1のゲート電極材料膜と、前記第1のゲート電極材料膜上に形成された第2のゲート電極材料膜であって、上面の高さが前記素子分離絶縁膜の上端部の高さより高く、前記素子分離絶縁膜上で隣接する第2のゲート電極材料膜と分離された第2のゲート電極材料膜と、この第2のゲート電極材料膜上から前記凹部の内面にわたり形成された第2のゲート絶縁膜と、この第2のゲート絶縁膜上に形成された第3のゲート電極材料膜とを有することを特徴とする。 A nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention is an element isolation insulating film that separates a semiconductor substrate and an element formation region of the semiconductor substrate, and an upper end portion is higher than an upper surface of the semiconductor substrate. An element isolation insulating film having a recess at an upper end, and a first gate electrode material film formed in the element formation region via a first gate insulating film, the height of the upper surface being the element isolation A first gate electrode material film formed between the upper end of the insulating film and the bottom of the recess, and a second gate electrode material film formed on the first gate electrode material film. And a second gate electrode material film separated from an adjacent second gate electrode material film on the element isolation insulating film, the height of the upper surface being higher than the height of the upper end portion of the element isolation insulating film, The concave portion is formed on the second gate electrode material film. A second gate insulating film formed over the inner surface of, and having a second of the third gate electrode material film formed on the gate insulating film.
この発明の他の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板と、この半導体基板の素子形成領域を分離する素子分離絶縁膜であって、上端部の高さが前記半導体基板の上面より高く、側面上部に傾斜面を有し、かつ底部の高さが前記傾斜面の下端より低い凹部が上端部に形成された素子分離絶縁膜と、前記素子形成領域にそれぞれ第1のゲート絶縁膜を介して形成された浮遊ゲートであって、上面の高さが前記素子分離絶縁膜の上端部の高さより高く、前記素子分離絶縁膜上で隣接する浮遊ゲートと分離された浮遊ゲートと、この浮遊ゲート上から前記凹部の内面にわたり形成された第2のゲート絶縁膜と、この第2のゲート絶縁膜上に形成された制御ゲートとを有することを特徴とする。 A nonvolatile semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention is an element isolation insulating film that separates a semiconductor substrate and an element formation region of the semiconductor substrate, and the height of the upper end portion is higher than that of the upper surface of the semiconductor substrate. An element isolation insulating film having an upper surface and an inclined surface on the upper side, and a recess having a bottom height lower than the lower end of the inclined surface formed on the upper end; and a first gate insulating film in the element formation region, respectively A floating gate formed above the element isolation insulating film, the height of the upper surface being higher than the height of the upper end portion of the element isolation insulating film, and a floating gate separated from an adjacent floating gate on the element isolation insulating film, A second gate insulating film formed from the floating gate to the inner surface of the recess, and a control gate formed on the second gate insulating film.
この発明の更に他の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板と、この半導体基板の素子形成領域を分離する素子分離絶縁膜であって、上端部の高さが前記半導体基板の上面より高い素子分離絶縁膜と、前記素子形成領域にそれぞれ第1のゲート絶縁膜を介して形成された浮遊ゲートであって、上面の高さが前記素子分離絶縁膜の上端部の高さより高く、前記素子分離絶縁膜上で隣接する浮遊ゲートと分離された浮遊ゲートと、底部の高さが前記浮遊ゲートの下面と同じ高さになるように前記素子分離絶縁膜の前記上端部に形成された凹部と、この浮遊ゲート上から前記凹部の内面にわたり形成された第2のゲート絶縁膜と、この第2のゲート絶縁膜上に形成された制御ゲートとを有することを特徴とする。 A nonvolatile semiconductor memory device according to still another embodiment of the present invention is an element isolation insulating film that separates a semiconductor substrate and an element formation region of the semiconductor substrate, and the height of the upper end portion is the upper surface of the semiconductor substrate. A higher element isolation insulating film and a floating gate formed in each of the element formation regions via a first gate insulating film, the height of the upper surface being higher than the height of the upper end portion of the element isolation insulating film; A floating gate separated from an adjacent floating gate on the element isolation insulating film, and formed at the upper end of the element isolation insulating film such that the bottom has the same height as the lower surface of the floating gate. It has a recess, a second gate insulating film formed from the floating gate to the inner surface of the recess, and a control gate formed on the second gate insulating film.
この発明の更に他の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板上に第1の絶縁膜および第1のゲート電極材料膜を順次堆積する工程と、前記第1のゲート電極材料膜、前記第1の絶縁膜、前記半導体基板を順次エッチングして素子分離溝を形成する工程と、前記素子分離溝に、上面の高さが前記第1のゲート電極材料膜の上面の高さより高くなるように、素子分離絶縁膜を形成する工程と、前記第1のゲート電極材料膜上および前記素子分離絶縁膜上に第2のゲート電極材料膜を堆積する工程と、前記第2のゲート電極材料膜を前記素子分離絶縁膜上で分離すると共に、底部が前記第1のゲート電極材料の上面より低い凹部を前記素子分離絶縁膜に形成する工程と、前記第2のゲート電極材料膜上および前記凹部の内面に第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第2の絶縁膜上に第3のゲート電極材料膜を堆積する工程と、前記第3のゲート電極材料膜、第2のゲート絶縁膜、第2のゲート電極材料膜、第1のゲート電極材料膜を順次エッチングして、前記第1および第2のゲート電極材料膜からなる浮遊ゲートと前記第3のゲート電極材料膜からなる制御ゲートをパターン形成する工程と、前記制御ゲートに自己整合されたソース、ドレイン拡散層を形成する工程とを有することを特徴とする。
A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to still another embodiment of the present invention includes a step of sequentially depositing a first insulating film and a first gate electrode material film on a semiconductor substrate, and the first gate electrode. A step of sequentially etching the material film, the first insulating film, and the semiconductor substrate to form an element isolation groove; and an upper surface height of the element isolation groove is a height of the upper surface of the first gate electrode material film. A step of forming an element isolation insulating film so as to be higher, a step of depositing a second gate electrode material film on the first gate electrode material film and on the element isolation insulating film, and the second Separating the gate electrode material film on the element isolation insulating film, and forming a recess in the element isolation insulating film whose bottom is lower than the upper surface of the first gate electrode material; and the second gate electrode material film Top and inside of the recess Forming a second insulating film, depositing a third gate electrode material film on the second insulating film, the third gate electrode material film, the second gate insulating film, The gate
この発明によると、浮遊ゲート間の電荷移動によるデータ破壊を防止して信頼性向上を図った不揮発性半導体記憶装置とその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a nonvolatile semiconductor memory device and a method for manufacturing the same, in which data destruction due to charge transfer between floating gates is prevented and reliability is improved.
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[実施の形態1]
図1はこの発明の実施の形態1によるNAND型EEPROMのセルアレイのレイアウトであり、図2(a),(b)はそれぞれ図1のA−A’,B−B’断面図である。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a layout of a cell array of a NAND type EEPROM according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a) and 2 (b) are sectional views taken along lines AA 'and BB' in FIG. 1, respectively.
メモリセルアレイは、シリコン基板1のp型ウェルに形成されている。シリコン基板1には、素子分離溝3が形成されてここに素子分離絶縁膜4が埋め込み形成され、この素子分離絶縁膜3によりストライプ状の素子形成領域2が区画されている。
The memory cell array is formed in the p-type well of the
各素子形成領域2にトンネル絶縁膜である第1のゲート絶縁膜5を介して浮遊ゲート6が形成されている。浮遊ゲート6は、素子分離前に形成された第1の多結晶シリコン(或いは非晶質シリコン)膜6aと、素子分離後に形成された第2の多結晶シリコン(或いは非晶質シリコン)膜6bの二層構造であり、各メモリセル毎に分離されている。浮遊ゲート6上には、第2のゲート絶縁膜7を介して制御ゲート8が形成されている。制御ゲート8は、多結晶シリコン(或いは非晶質シリコン)膜8aとタングステン・シリサイド(WSi)膜8bの二層構造である。制御ゲート8は、図2(a)の断面で複数の素子形成領域2にまたがって連続的にパターン形成され、これがワード線WLとなる。
A
浮遊ゲート6と制御ゲート8の間の第2のゲート絶縁膜7は、ONO膜である。この実施の形態において、この第2のゲート絶縁膜7は、図2(a)の断面に示すワード線WL方向について、各浮遊ゲート6上にのみ配置されるように、素子分離絶縁膜4上のスリット13により分離されている。従って、浮遊ゲート6の側面にはシリコン酸化膜9が形成され、これにより制御ゲート8との分離がなされている。制御ゲート8に自己整合的にソース、ドレイン拡散層12が形成されて、複数のメモリセルが直列接続されたNAND型セルユニットが構成される。
The second
NAND型セルユニットの一端ドレイン側は、制御ゲート8と同時に形成される選択ゲート13が配置され、そのドレイン拡散層にビット線(BL)11が接続される。選択ゲート13部は、メモリセルのゲート部と同様の積層ゲート構造を持つが、第1層ゲート電極材料膜は浮遊ゲートとしては分離されず、二層が一体として所定箇所で短絡されて選択ゲート13となる。また、この選択ゲート13部の第1のゲート絶縁膜5’はメモリセル領域のそれより厚く形成される。NANDセルユニットの他端ソース側は示していないが、ドレイン側と同様に構成される。
A
この実施の形態によるEEPROMの具体的な製造工程を、図2(a)(b)の断面に対応する工程断面図である図3(a)(b)〜図8(a)(b)を参照して説明する。 3A, 3B, 8A, and 8B, which are process cross-sectional views corresponding to the cross sections of FIGS. 2A and 2B, show the specific manufacturing process of the EEPROM according to this embodiment. The description will be given with reference.
図3(a)(b)に示すように、シリコン基板1にまず、第1のゲート絶縁膜5として、10nmのシリコン酸化膜を形成し、この上にゲート電極材料膜である60nmの第1の多結晶シリコン膜6aを堆積し、更に素子分離加工のためのマスク材21を堆積する。なお選択ゲートトランジスタ領域にはセルトランジスタ領域に比べて厚いゲート絶縁膜5’を形成する。マスク材21は、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の積層膜である。このマスク材21を素子形成領域上に残すようにパターン形成し、これを用いて多結晶シリコン膜6a、第1のゲート絶縁膜5,5’をエッチングし、更に基板1をエッチングして、素子分離溝3を形成する。
As shown in FIGS. 3A and 3B, a silicon oxide film having a thickness of 10 nm is first formed on the
この後、O2雰囲気中で1000℃の加熱を行い、図4(a)(b)に示すように、素子分離溝3の内壁に6nm程度のシリコン酸化膜22を形成する。続いて、プラズマCVDによりシリコン酸化膜を堆積し、これをCMP処理により平坦化して素子分離溝3内に素子分離絶縁膜4として埋めこむ。その後、900℃の窒素雰囲気中で900℃の加熱処理を行った後、マスク材21を除去する。シリコン窒化膜の除去は150℃の燐酸処理による。
Thereafter, heating is performed at 1000 ° C. in an
その後、図5(a)(b)に示すように、ゲート電極材料膜として、減圧CVD法によりリンがドープされた第2の多結晶シリコン膜6bを堆積し、続いて、第2のゲート絶縁膜7となるONO膜を堆積する。そして、素子分離絶縁膜4上に開口を持つレジストパターンをマスクとして、これらの第2のゲート絶縁膜7と第2の多結晶シリコン膜6bをRIEにエッチングして、図6(a)(b)に示すように、浮遊ゲート6を素子分離絶縁膜4上で分離するスリット13を形成する。スリット13は、NANDセルユニットの中の複数のメモリセルにまたがる長さを持つ。第2ゲート絶縁膜7についても同時に素子分離絶縁膜4上でスリット13により分離する点が従来と異なる。
Thereafter, as shown in FIGS. 5A and 5B, a second
スリット13の加工により露出した多結晶シリコン膜6bの側面は、O2雰囲気中、1000℃の加熱によりシリコン酸化膜9を形成して保護する。この後、図7(a)(b)に示すように、ゲート電極材料膜として、CVD法によりリンがドープされた多結晶シリコン膜8aを堆積し、引き続きこの上にWSi膜8bを堆積する。
The side surface of the
次にレジストをパターン形成し、RIEにより、WSi膜8b、多結晶シリコン膜8a、ゲート絶縁膜7、多結晶シリコン膜6b,6a、ゲート絶縁膜5を順次エッチングして、図8(a)(b)に示すように、制御ゲート8を連続的なワード線WLとしてパターン形成し、また浮遊ゲート6をビット線方向について各メモリセル毎に分離する。そしてイオン注入を行って、制御ゲート8に自己整合された各メモリセルのソース、ドレイン拡散層12を形成する。
Next, a resist pattern is formed, and the
なお、選択ゲート線SGについては、下部ゲート電極材料膜6a,6bの素子分離絶縁膜4上での分離を行わず、上部ゲート電極材料膜8a,8bと一体に連続的にパターン形成される。この後、図2(a)(b)に示すように、層間絶縁膜10を堆積し、コンタクト孔あけを行ってビット線11をパターン形成する。
Note that the selection gate line SG is continuously patterned integrally with the upper gate
以上のようにこの実施の形態によれば、浮遊ゲート6上のONO膜からなる第2のゲート電極材料膜は、浮遊ゲート6と同時に素子分離絶縁膜4上で分離されている。従って、隣接メモリセルの浮遊ゲートが近接した場合にも、電荷リークが生じることはなく、データ保持特性が優れたものとなる。
As described above, according to this embodiment, the second gate electrode material film made of the ONO film on the floating
[実施の形態2]
図9(a)(b)〜図12(a)(b)は別の実施の形態の製造工程を示す。先の実施の形態と対応する部分には先の実施の形態と同一符号を付して詳細な説明は省く。この実施の形態でも、浮遊ゲート6上のONO膜からなる第2のゲート絶縁膜7を素子分離絶縁膜4上で分離するが、その工程が先の実施の形態と異なる。
[Embodiment 2]
9A and 9B to FIG. 12A and FIG. 12B show manufacturing steps of another embodiment. Portions corresponding to those of the previous embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the previous embodiment, and detailed description thereof is omitted. Also in this embodiment, the second
図5(a)(b)までは、先の実施の形態と同様の工程をとる。この後、図9(a)(b)に示すように、第2のゲート絶縁膜7上にシリコン酸化膜31を堆積して、これに素子分離絶縁膜4上でスリット加工用開口13’を開ける。更にシリコン酸化膜32を堆積する。そして、エッチバックを行って、図10(a)(b)に示すように、開口13’にシリコン酸化膜32をサイドスペーサとして残す。この状態で、シリコン酸化膜31,32をマスクとして、第2のゲート絶縁膜7と多結晶シリコン膜6bをRIEによりエッチングする。これにより、先の実施の形態と同様に、素子分離絶縁膜4上で第2のゲート絶縁膜7と多結晶シリコン膜6bを分離するスリット13を加工する。
Up to FIGS. 5A and 5B, steps similar to those in the previous embodiment are taken. Thereafter, as shown in FIGS. 9A and 9B, a
この後、シリコン酸化膜31,32をHFにより除去した後、図11(a)(b)に示すように、全面に減圧CVD法によりシリコン酸化膜33を堆積する。このシリコン酸化膜33は堆積後、O2雰囲気中、1000℃で加熱して、電荷移動等のない緻密酸化膜とする。このシリコン酸化膜33は第2のゲート絶縁膜7と共にゲート絶縁膜となり、また多結晶シリコン膜6bの側面を保護する絶縁膜となる。
Thereafter, after the
この後、図12(a)(b)に示すように、多結晶シリコン膜8a、及びWSi膜8bを順次堆積し、以下先の実施の形態と同様にこれをパターニングして、制御ゲート6及び浮遊ゲート6を形成し、ソース、ドレイン拡散層12を形成する。この実施の形態によっても、先の実施の形態と同様に、浮遊ゲート6上のONO膜からなるゲート絶縁膜7は、素子分離領域で切断分離される。従って、優れたデータ保持特性が得られる。
Thereafter, as shown in FIGS. 12A and 12B, a
[実施の形態3]
図13(a)(b)〜図16(a)(b)は更に別の実施の形態の製造工程である。先の実施の形態では、図5(a)(b)に示すように、2層目の多結晶シリコン膜6bと第2のゲート絶縁膜7を連続的に堆積した。これに対し、この実施の形態では、図13(a)(b)に示すように、2層目の多結晶シリコン膜6bについて、第2のゲート絶縁膜7を堆積する前に、素子分離絶縁膜4上で分離するスリット13を形成する。その後、第2のゲート絶縁膜7を堆積する。
[Embodiment 3]
FIGS. 13A and 13B to 16A and 16B show the manufacturing steps of still another embodiment. In the previous embodiment, as shown in FIGS. 5A and 5B, the second-layer
そして、第2のゲート絶縁膜6b上に、スリット13と同じ開口を持つレジスタパターン(図示せず)を形成し、第2のゲート絶縁膜6bをRIEによりエッチングして、図14(a)(b)に示すように、スリット13の部分で分離する。その後、先の実施の形態と同様に、図15(a)(b)に示すように、ゲート電極材料膜として、CVD法によりリンがドープされた多結晶シリコン膜8aを堆積し、引き続きこの上にWSi膜8bを堆積する。
Then, a register pattern (not shown) having the same opening as the
次にレジストをパターン形成し、RIEにより、WSi膜8b、多結晶シリコン膜8a、ゲート絶縁膜7、多結晶シリコン膜6b,6a、ゲート絶縁膜5を順次エッチングして、図16(a)(b)に示すように、制御ゲート8を連続的なワード線WLとしてパターン形成し、また浮遊ゲート6をビット線方向について各メモリセル毎に分離する。そしてイオン注入を行って、制御ゲート8に自己整合された各メモリセルのソース、ドレイン拡散層12を形成する。この実施の形態によっても、浮遊ゲート6上の第2のゲート絶縁膜7は、素子分離絶縁膜4上で分離されるから、先の実施の形態と同様に優れたデータ保持特性が得られる。
Next, a resist pattern is formed, and the
[実施の形態4]
ここまでの実施の形態では、第2のゲート絶縁膜7を素子分離絶縁膜4上で切断分離したが、この実施の形態では切断分離を行わずに実質的に同等の効果を得ようというものである。この実施の形態でのセルアレイの断面構造を、図2(a)(b)に対応させて、図17(a)(b)に示す。
[Embodiment 4]
In the embodiment so far, the second
図17(a)(b)の構造が、図2(a)(b)と異なる点は、浮遊ゲート6を素子分離絶縁膜4上で分離するスリット13の加工を第2のゲート絶縁膜7の堆積前に行い、そのとき同時に素子分離絶縁膜4に対してリセスエッチングを行って凹部41を形成していることである。従って第2のゲート絶縁膜7は、素子分離絶縁膜4の表面に形成された凹部に沿って配設される。
17A and 17B is different from FIGS. 2A and 2B in that the
図17(a)に示すように、スリット13の幅、従って素子分離絶縁膜4に形成された凹部41の幅をa、凹部41の深さをbとすると、隣接する浮遊ゲート6の間隔は実質的に、a+2bとなる。この間隔を、浮遊ゲート間の電荷移動が無視できる値に設定することにより、先の各実施の形態と同様に優れたデータ保持特性が得られる。
As shown in FIG. 17A, when the width of the
この実施の形態の具体的な製造工程を、図17(a)の断面に着目して、図18〜図25を参照して説明する。図18に示すように、シリコン基板1に第1のゲート絶縁膜5として8nm程度のシリコン酸化膜を形成し、この上に減圧CVD法により60nm程度の第1の多結晶シリコン膜6aを堆積する。連続して、減圧CVD法により、150nmのシリコン窒化膜21a、及び165nmのシリコン酸化膜21bを堆積する。
A specific manufacturing process of this embodiment will be described with reference to FIGS. 18 to 25, focusing on the cross section of FIG. As shown in FIG. 18, a silicon oxide film of about 8 nm is formed as a first
その後、850℃、30分の水素燃焼酸化処理を行った後、素子分離領域を覆うようにリソグラフィによりレジスタパターンを形成し、RIEによりシリコン酸化膜21bとシリコン窒化膜21aをエッチングしてマスク材をパターン形成する。このマスク材を用いて、RIEにより多結晶シリコン膜6a、ゲート絶縁膜5をエッチングし、更にシリコン基板1をエッチングして素子分離溝3を形成する。これによりストライプ状の素子形成領域2が区画される。
Thereafter, after performing a hydrogen combustion oxidation process at 850 ° C. for 30 minutes, a register pattern is formed by lithography so as to cover the element isolation region, and the
続いて、素子分離溝3の側壁に熱酸化膜を形成した後、プラズマCVD法によりシリコン酸化膜4を堆積し、これをCMP処理して平坦化して、図19に示すように素子分離溝3内に埋め込む。シリコン酸化膜21bは緩衝フッ酸により除去し、更に150℃、30分の燐酸処理によりシリコン窒化膜21aを除去して、図20の状態を得る。
Subsequently, after forming a thermal oxide film on the sidewall of the
この後、図21に示すように、減圧CVD法により100nmの第2の多結晶シリコン膜6bを堆積する。続いて、図22に示すように、減圧CVD法によりシリコン酸化膜42を230nm程度堆積し、これにリソグラフィとRIE工程を経て、スリット加工用開口13’を形成する。更に、図23に示すように、減圧CVD法により70nm程度のシリコン酸化膜43を堆積し、エッチバックを行って、開口13’の側壁のみにサイドスペーサとして残す。
Thereafter, as shown in FIG. 21, a second
続いて、シリコン酸化膜42,43をマスクとして、RIEにより多結晶シリコン膜6bをエッチングして、図24に示すように、浮遊ゲートを分離するためのスリット13を加工する。更に、多結晶シリコンとの選択比の大きいRIE法により素子分離絶縁膜4の表面をエッチングして、スリット13と同じ幅で素子分離絶縁膜4に凹部41を形成する。
Subsequently, using the
その後、O2プラズマとHF処理によりシリコン酸化膜42,43を除去した後、図25に示すように、17nmのONO膜からなる第2のゲート絶縁膜7を堆積し、引き続き減圧CVD法により100nmの第3の多結晶シリコン膜8a、プラズマCVD法により50nmのWSi膜8bを順次堆積する。以下、図示しないが、先の実施の形態と同様の工程を経て、各メモリセルのゲート部の分離とソース、ドレイン拡散層形成を行う。
Thereafter, the
図26は、隣接する浮遊ゲートを分離するスリット幅と、浮遊ゲート間の電荷移動により発生する不良ビット数の相関関係を示したものである。図の矢印は不良ビット数のばらつきの範囲を示しており、曲線がその平均値を結んだものである。メモリセルを微細化し高密度化して、スリット幅が0.14μm以下にまで小さくなると、極端に不良ビット数が多くなることがわかる。この実施の形態によると、平面上のスリット幅aに対して、素子分離絶縁膜4の凹部の深さbにより、実質的なスリット幅をa+2bとすることができる。具体的に、256MビットNAND型EEPROMにおいて、不良ビット数の仕様を2ビット/チップとしたとき、スリット幅は少なくとも0.14μmが必要となる。従ってこの実施の形態の場合、a+2b>0.14[μm]を満たすように凹部41を加工することにより、この仕様を満たすことができる。
FIG. 26 shows the correlation between the width of the slit separating adjacent floating gates and the number of defective bits generated by charge transfer between the floating gates. The arrows in the figure indicate the range of variation in the number of defective bits, and the curve connects the average values. It can be seen that when the memory cell is miniaturized and densified and the slit width is reduced to 0.14 μm or less, the number of defective bits is extremely increased. According to this embodiment, the substantial slit width can be set to a + 2b by the depth b of the recess of the element
以上述べたようにこの発明の実施形態によるEEPROMでは、浮遊ゲートと制御ゲートの間の第2のゲート絶縁膜を、素子分離絶縁膜を挟んで隣接するメモリセルの間で、素子分離絶縁膜上で分離することより、隣接する浮遊ゲートの間の電荷移動が防止される。或いは、第2のゲート絶縁膜を素子分離膜上で完全に分離しなくても、素子分離絶縁膜表面に凹部を加工して、第2のゲート絶縁膜がこの凹部に沿って連続するようにすれば、実質的に隣接浮遊ゲート間の距離が大きくなり、隣接する浮遊ゲート間の電荷移動が防止される。従って、メモリセルを微細化した場合にも、電荷移動によるデータ破壊が防止される。 As described above, in the EEPROM according to the embodiment of the present invention, the second gate insulating film between the floating gate and the control gate is placed on the element isolation insulating film between adjacent memory cells with the element isolation insulating film interposed therebetween. Therefore, charge transfer between adjacent floating gates is prevented. Alternatively, even if the second gate insulating film is not completely separated on the element isolation film, a recess is processed on the surface of the element isolation insulating film so that the second gate insulating film continues along the recess. As a result, the distance between adjacent floating gates is substantially increased, and charge transfer between adjacent floating gates is prevented. Therefore, even when the memory cell is miniaturized, data destruction due to charge transfer is prevented.
1…シリコン基板、2…素子形成領域、3…素子分離溝、4…素子分離絶縁膜、5…第1のゲート絶縁膜、6…浮遊ゲート、7…第2のゲート絶縁膜、8…制御ゲート、9…シリコン酸化膜、10…層間絶縁膜、11…ビット線、12…ソース、ドレイン拡散層、13…スリット。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
この半導体基板の素子形成領域を分離する素子分離絶縁膜であって、上端部の高さが前記半導体基板の上面より高く、上端部に凹部を有する素子分離絶縁膜と、
前記素子形成領域にそれぞれ第1のゲート絶縁膜を介して形成された第1のゲート電極材料膜であって、上面の高さが前記素子分離絶縁膜の上端部と前記凹部の底部の間に位置するよう形成された第1のゲート電極材料膜と、
前記第1のゲート電極材料膜上に形成された第2のゲート電極材料膜であって、上面の高さが前記素子分離絶縁膜の上端部の高さより高く、前記素子分離絶縁膜上で隣接する第2のゲート電極材料膜と分離された第2のゲート電極材料膜と、
この第2のゲート電極材料膜上から前記凹部に沿って形成された第2のゲート絶縁膜と、
この第2のゲート絶縁膜上に形成された第3のゲート電極材料膜と
を有し、
前記第1のゲート電極材料膜及び前記第2のゲート電極材料膜により浮遊ゲートが形成され、
前記浮遊ゲートは、前記凹部内に形成されておらず、
前記凹部において、前記第2のゲート絶縁膜と前記素子分離絶縁膜とは接している
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A semiconductor substrate;
An element isolation insulating film for isolating an element formation region of the semiconductor substrate, the height of the upper end portion being higher than the upper surface of the semiconductor substrate, and an element isolation insulating film having a recess at the upper end portion;
A first gate electrode material film formed in the element formation region via a first gate insulating film, the height of the upper surface being between the upper end of the element isolation insulating film and the bottom of the recess; A first gate electrode material film formed to be positioned;
A second gate electrode material film formed on the first gate electrode material film, wherein the height of the upper surface is higher than the height of the upper end portion of the element isolation insulating film, and is adjacent on the element isolation insulating film; A second gate electrode material film separated from the second gate electrode material film,
A second gate insulating film formed along the recess from above the second gate electrode material film;
Possess a second of the third gate electrode material film formed on the gate insulating film,
A floating gate is formed by the first gate electrode material film and the second gate electrode material film,
The floating gate is not formed in the recess,
In the recess, the second gate insulating film and the element isolation insulating film are in contact with each other .
この半導体基板の素子形成領域を分離する素子分離絶縁膜であって、上端部の高さが前記半導体基板の上面より高く、側面上部に傾斜面を有し、かつ底部の高さが前記傾斜面の下端より低い凹部が上端部に形成された素子分離絶縁膜と、
前記素子形成領域にそれぞれ第1のゲート絶縁膜を介して形成された浮遊ゲートであって、上面の高さが前記素子分離絶縁膜の上端部の高さより高く、前記素子分離絶縁膜上で隣接する浮遊ゲートと分離された浮遊ゲートと、
この浮遊ゲート上から前記凹部に沿って形成された第2のゲート絶縁膜と、
この第2のゲート絶縁膜上に形成された制御ゲートと
を有し、
前記浮遊ゲートは、前記凹部内に形成されておらず、
前記凹部において、前記第2のゲート絶縁膜と前記素子分離絶縁膜とは接して
いる
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A semiconductor substrate;
An element isolation insulating film for isolating an element formation region of the semiconductor substrate, wherein the upper end portion is higher than the upper surface of the semiconductor substrate, has an inclined surface at the upper part of the side surface, and the bottom portion has the inclined surface. An element isolation insulating film in which a recess lower than the lower end of the upper end is formed;
A floating gate formed in each of the element formation regions via a first gate insulating film, the height of the upper surface being higher than the height of the upper end of the element isolation insulating film, and adjacent to the element isolation insulating film Floating gate separated from the floating gate,
A second gate insulating film formed along the recess from above the floating gate;
Possess a second control gate formed on the gate insulating film,
The floating gate is not formed in the recess,
In the recess, the second gate insulating film and the element isolation insulating film are in contact with each other.
The nonvolatile semiconductor memory device characterized by there.
この半導体基板の素子形成領域を分離する素子分離絶縁膜であって、上端部の高さが前記半導体基板の上面より高い素子分離絶縁膜と、
前記素子形成領域にそれぞれ第1のゲート絶縁膜を介して形成された浮遊ゲートであって、上面の高さが前記素子分離絶縁膜の上端部の高さより高く、前記素子分離絶縁膜上で隣接する浮遊ゲートと分離された浮遊ゲートと、
前記素子分離絶縁膜の前記上端部に形成された凹部と、
前記浮遊ゲート上から前記凹部に沿って形成された第2のゲート絶縁膜と、
この第2のゲート絶縁膜上に形成された制御ゲートと
を有し、
前記浮遊ゲートは、前記凹部内に形成されておらず、
前記凹部において、前記第2のゲート絶縁膜と前記素子分離絶縁膜とは接して
いる
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A semiconductor substrate;
An element isolation insulating film for isolating the element formation region of the semiconductor substrate, wherein the upper end portion has a height higher than that of the upper surface of the semiconductor substrate;
A floating gate formed in each of the element formation regions via a first gate insulating film, the height of the upper surface being higher than the height of the upper end of the element isolation insulating film, and adjacent to the element isolation insulating film Floating gate separated from the floating gate ,
A recess formed in the upper portion of the front Symbol isolation insulating film,
A second gate insulating film formed along the recess from above the floating gate;
A control gate formed on the second gate insulating film,
The floating gate is not formed in the recess,
In the recess, the second gate insulating film and the element isolation insulating film are in contact with each other.
The nonvolatile semiconductor memory device characterized by there.
前記第1のゲート電極材料膜、前記第1の絶縁膜、前記半導体基板を順次エッチングして素子分離溝を形成する工程と、
前記素子分離溝に、上面の高さが前記第1のゲート電極材料膜の上面の高さより高くなるように、素子分離絶縁膜を形成する工程と、
前記第1のゲート電極材料膜上および前記素子分離絶縁膜上に第2のゲート電極材料膜を堆積する工程と、
前記第2のゲート電極材料膜を前記素子分離絶縁膜上で分離すると共に、底部が前記素子分離絶縁膜の最も前記半導体基板より遠い部分より前記半導体基板側に位置する凹部を前記素子分離絶縁膜に形成する工程と、
前記第2のゲート電極材料膜上および前記凹部に沿って第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第2のゲート絶縁膜上に第3のゲート電極材料膜を堆積する工程と、
前記第3のゲート電極材料膜、第2のゲート絶縁膜、第2のゲート電極材料膜、第1のゲート電極材料膜を順次エッチングして、前記第1および第2のゲート電極材料膜からなる浮遊ゲートと前記第3のゲート電極材料膜からなる制御ゲートをパターン形成する工程と、
前記制御ゲートに自己整合されたソース、ドレイン拡散層を形成する工程と
を有し、
前記第2のゲート絶縁膜を形成する工程は、前記凹部において前記第2のゲート絶縁膜を前記素子分離絶縁膜と接するように形成する
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 Sequentially depositing a first insulating film and a first gate electrode material film on a semiconductor substrate;
Etching the first gate electrode material film, the first insulating film, and the semiconductor substrate sequentially to form an element isolation trench;
Forming an element isolation insulating film in the element isolation trench such that the height of the upper surface is higher than the height of the upper surface of the first gate electrode material film;
Depositing a second gate electrode material film on the first gate electrode material film and on the element isolation insulating film;
The second gate electrode material film is separated on the element isolation insulating film, and a recess is located on the semiconductor substrate side of a portion of the element isolation insulating film farthest from the semiconductor substrate. Forming the step,
Forming a second gate insulating film on the second gate electrode material film and along the recess;
Depositing a third gate electrode material film on the second gate insulating film;
The third gate electrode material film, the second gate insulating film, the second gate electrode material film, and the first gate electrode material film are sequentially etched to form the first and second gate electrode material films. Patterning a control gate composed of a floating gate and the third gate electrode material film;
Source that is self-aligned to the control gate, possess and forming a drain diffusion layer,
The step of forming the second gate insulating film comprises forming the second gate insulating film in contact with the element isolation insulating film in the recess .
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