JP4856201B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
Manufacturing method of semiconductor deviceInfo
- Publication number
- JP4856201B2 JP4856201B2 JP2009055367A JP2009055367A JP4856201B2 JP 4856201 B2 JP4856201 B2 JP 4856201B2 JP 2009055367 A JP2009055367 A JP 2009055367A JP 2009055367 A JP2009055367 A JP 2009055367A JP 4856201 B2 JP4856201 B2 JP 4856201B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- insulating film
- gate electrode
- floating gate
- film
- element isolation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 19
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 18
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 30
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 28
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 13
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 11
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 7
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000010893 electron trap Methods 0.000 claims description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 20
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 13
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 9
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 239000005380 borophosphosilicate glass Substances 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 3
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- -1 oxynitridation Chemical compound 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 description 1
- LXEXBJXDGVGRAR-UHFFFAOYSA-N trichloro(trichlorosilyl)silane Chemical compound Cl[Si](Cl)(Cl)[Si](Cl)(Cl)Cl LXEXBJXDGVGRAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WQJQOUPTWCFRMM-UHFFFAOYSA-N tungsten disilicide Chemical compound [Si]#[W]#[Si] WQJQOUPTWCFRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021342 tungsten silicide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
Description
本発明は、浮遊ゲート電極を有する半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a floating gate electrode.
図9の(a)は、従来例に係る不揮発性メモリセルの構造を示す図であり、ワード線方向(チャネル幅方向:チャネル電流が流れる方向と直交する方向)の断面図である。シリコン基板1上には、トンネル絶縁膜2を挟んで、複数の浮遊ゲート電極3が、互いに所定距離をおいて隣接している。各浮遊ゲート電極3の下部の間には、素子分離絶縁膜4が埋め込まれている。さらに、各浮遊ゲート電極3の側面の一部と上面、および素子分離絶縁膜4の上面は、電極間絶縁膜5を挟んで、制御ゲート電極6で覆われている。
FIG. 9A is a diagram showing the structure of a nonvolatile memory cell according to a conventional example, and is a cross-sectional view in the word line direction (channel width direction: direction perpendicular to the direction in which channel current flows). A plurality of
図9の(b)は、上記不揮発性メモリセルの構造を示す図であり、ビット線方向(チャネル長方向:チャネル電流が流れる方向)の断面図である。シリコン基板1表面には複数のセル拡散層7が形成されており、各拡散層7の間の位置に、トンネル絶縁膜2を挟んで、浮遊ゲート電極3、電極間絶縁膜5、および制御ゲート電極6からなる複数の積層型セルCEが、互いに所定距離をおいて隣接している。各積層型セルCEの間には、層間絶縁膜8が埋め込まれている。
FIG. 9B is a diagram showing the structure of the nonvolatile memory cell, and is a cross-sectional view in the bit line direction (channel length direction: direction in which channel current flows). A plurality of
図9の(b)に示すように、ビット線方向(チャネル長方向)に隣接する浮遊ゲート電極3,3は、層間絶縁膜8を挟んで対向している。メモリセルの微細化とともに、この対向距離は短くなり、隣接する浮遊ゲート電極3,3の対向する面の間の浮遊容量Cが大きくなる。このため、隣接するセルの書込み/消去状態が、着目しているセルの動作特性に影響を与え、いわゆる隣接セル間干渉が生じてメモリ誤動作の原因となる。
As shown in FIG. 9B, the
また、図9の(a)に示すように、ワード線方向(チャネル幅方向)に隣接する浮遊ゲート電極3,3の間に埋め込まれている部分の制御ゲート電極の幅は、メモリセルの微細化とともに狭くなる。通常、制御ゲート電極の埋め込み部分はドーパント不純物を含んだ半導体からなっているので、書込み/消去動作時のような高電界印加時に、埋め込み部分で空乏化が起こる。このため、制御ゲート電極6と浮遊ゲート電極3との間の電気容量の低下が無視できなくなり、メモリセルの誤動作を起こすことになる。また、埋め込み部分で空乏化が起こると、その両側の浮遊ゲート電極3,3間の電気的シールド効果が低下するため、隣接セル間干渉によるメモリ誤動作の発生確率も高くなる。
Further, as shown in FIG. 9A, the width of the control gate electrode embedded between the
なお、特許文献1には、基板面に分離溝により相互に分離され、かつ上端が丸められた凸状の素子形成領域を設け、その上にトンネル膜、FG電極、容量絶縁膜、GC電極を形成したEEPROMが開示されている。
In
特許文献2には、FG電極に自己整合で分離溝を設け、全面酸化後、前記分離溝を絶縁膜で埋め込み、その表面を後退させてFG電極側面を露出させる。全面に第2の電極間絶縁膜を形成し、さらにCG電極を形成するEEPROMの製造方法が開示されている。
In
本発明の目的は、隣接するメモリセル間の干渉に起因するメモリセルの誤動作を回避する半導体装置の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that avoids a malfunction of a memory cell due to interference between adjacent memory cells.
本発明の一形態の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、トンネル絶縁膜を挟んで、上部領域及びチャネル幅方向の側部を有し、且つ、不純物ドープされた多結晶シリコンからなる複数の浮遊ゲート電極を形成する工程と、互いに対向する前記浮遊ゲート電極間に素子分離絶縁膜を形成し、前記浮遊ゲート電極の前記側部の一部を前記素子分離絶縁膜によって覆う工程と、前記浮遊ゲート電極の露出表層部及び前記素子分離絶縁膜の露出表層部に対して、酸素ラジカルを含む酸化性雰囲気によるラジカル酸化反応を施して、電極間絶縁膜の最下層となる第1の絶縁膜としてのラジカル酸化膜を前記浮遊ゲート電極上に形成するのと同時に、前記浮遊ゲート電極の前記上部領域のチャネル幅方向の幅を、前記浮遊ゲート電極の下部領域のチャネル幅方向の幅より狭くし、且つ、前記浮遊ゲート電極の前記下部領域と前記素子分離絶縁膜との界面の延長線上をまたがるように形成される前記ラジカル酸化膜の下部の一部分を、前記浮遊ゲート電極の前記上部領域の側部と前記素子分離絶縁膜の側部との間に介在させる工程と、前記電極間絶縁膜上に、互いに対向する前記浮遊ゲート電極の間に一部が埋め込まれ、且つ、その埋め込まれた部分がドーパント不純物を含む半導体を有する制御ゲート電極を形成する工程と、を具備する。 According to one embodiment of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device including a plurality of impurity-doped polycrystalline silicon having an upper region and side portions in a channel width direction on a semiconductor substrate with a tunnel insulating film interposed therebetween. Forming a floating gate electrode, forming an element isolation insulating film between the floating gate electrodes facing each other, and covering a part of the side portion of the floating gate electrode with the element isolation insulating film; The exposed insulating layer portion of the floating gate electrode and the exposed insulating layer portion of the element isolation insulating film are subjected to radical oxidation reaction in an oxidizing atmosphere containing oxygen radicals, so that the first insulating film serving as the lowermost layer of the interelectrode insulating film simultaneously with forming a radical oxidation film on the floating gate electrode as, the channel width direction of the width of the upper region of the floating gate electrode, Ji lower region of said floating gate electrode Narrower than the width of the channel width direction, and, at the bottom of a portion of the radical oxide film formed to straddle over the extension of the interface of the lower region and the device isolation insulation film of the floating gate electrode, the floating a step of interposing between the upper region of the side and the side of the device isolation insulation film of the gate electrode, on the insulating film, partially embedded between the floating gate electrode facing each other And a step of forming a control gate electrode having a semiconductor in which the buried portion contains a dopant impurity .
本発明によれば、隣接するメモリセル間の干渉に起因するメモリセルの誤動作を回避する半導体装置の製造方法を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a semiconductor device that avoids a malfunction of a memory cell due to interference between adjacent memory cells.
(第1の実施の形態)
図1の(a)および(b)は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置である不揮発性メモリ(NANDフラッシュメモリ)の構成を示す図である。図1の(a)はNAND型フラッシュメモリのメモリセルの平面図、図1の(b)は上記メモリセルの等価回路図である。
(First embodiment)
FIGS. 1A and 1B are diagrams showing a configuration of a nonvolatile memory (NAND flash memory) which is a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view of a memory cell of a NAND flash memory, and FIG. 1B is an equivalent circuit diagram of the memory cell.
図1の(a)および(b)において、M1〜M8は不揮発性メモリセル部、S1およびS2は選択トランジスタ部、CG1〜CG8(ワード線)は制御ゲート、SG1およびSG2は選択ゲート、BL1およびBL2はビット線、Vssはソース電圧を示している。 1A and 1B, M1 to M8 are nonvolatile memory cell portions, S1 and S2 are selection transistor portions, CG1 to CG8 (word lines) are control gates, SG1 and SG2 are selection gates, BL1 and BL2 indicates a bit line, and Vss indicates a source voltage.
図2は、本発明の第1の実施の形態に係る不揮発性メモリセルの構造を示す図であり、ワード線方向(チャネル幅方向)の断面図である。 FIG. 2 is a diagram showing the structure of the nonvolatile memory cell according to the first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view in the word line direction (channel width direction).
シリコン基板1上には、トンネル絶縁膜2を挟んで、複数の浮遊ゲート電極3が、互いに所定距離をおいて隣接している。各浮遊ゲート電極3は、下部の幅よりも上部の幅が狭くなっている。そして、隣接する浮遊ゲート電極3,3の間には、浮遊ゲート電極3下部の幅が広い領域の高さ方向の位置まで、素子分離絶縁膜4が埋め込まれている。さらに、浮遊ゲート電極3上と素子分離絶縁膜4上には、電極間絶縁膜5を挟んで、制御ゲート電極6が覆われている。制御ゲート電極6の一部は、隣接する浮遊ゲート電極3,3の間に埋め込まれている。
A plurality of
このメモリセル構造では、図9の(a)に示した従来の構造に比べて、浮遊ゲート電極3と制御ゲート電極6との対向面積(電極間絶縁膜5の面積)を確保したまま、ビット線方向(チャネル長方向)に直交する浮遊ゲート電極3の側面の面積を縮小できる。このため、メモリセルのカップリング比を確保してセル動作電圧の上昇を抑えつつ、ビット線方向(チャネル長方向)に隣接する浮遊ゲート電極3,3間の寄生容量を低減して、メモリセルの誤動作の発生率を低減できる。
In this memory cell structure, as compared with the conventional structure shown in FIG. 9A, the facing area (the area of the interelectrode insulating film 5) between the
なお、このメモリセル構造では、制御ゲート電極6の埋め込み部分の上部の幅W1は、互いに対向する浮遊ゲート電極3,3の最小間隔W2から電極間絶縁膜5の膜厚W3の2倍を差し引いた幅よりも広くなっている。したがって、制御ゲート電極6の埋め込み部分がドーパント不純物を含んだ半導体からなっている場合、制御ゲート電極6の底面部分まで十分にドーパントが拡散できる。その結果、書込み/消去動作時のような高電界印加時に、埋め込み部分で空乏化が起きにくい。このため、制御ゲート電極6と浮遊ゲート電極3との間の電気容量の低下に起因したメモリセルの誤動作を回避できる。また、隣接する浮遊ゲート電極3,3間の電気的シールド効果の低下に起因したメモリ誤動作も回避できる。
In this memory cell structure, the width W1 of the upper portion of the buried portion of the
図3は、本第1の実施の形態の不揮発性メモリセルの変形例を示す断面図である。この変形例では、隣接する浮遊ゲート電極3,3の間に、浮遊ゲート電極3の幅が狭くなる高さ方向の位置まで、素子分離絶縁膜4が埋め込まれている。このメモリセル構造では、上述した制御ゲート電極6の埋め込み部分の空乏化がさらに起きにくいので、空乏化に起因したメモリ誤動作率をさらに低減できる。
FIG. 3 is a sectional view showing a modification of the nonvolatile memory cell according to the first embodiment. In this modification, the element isolation insulating film 4 is buried between adjacent
なお、図2,図3において、浮遊ゲート電極3の幅が狭くなる高さ方向の位置はどこでもよいが、できるだけトンネル絶縁膜2に近い位置の方が効果は大きくなるので望ましい。また、浮遊ゲート電極3の幅は、図2,図3に示すように1段階の変化に限るものではなく、図4に示すように高さ方向に向けて2段階に変化してもよいし、3段階以上に変化してもよい。
2 and 3, the position in the height direction where the width of the floating
図5の(a)〜(d)および図6の(a) (b)は、本第1の実施の形態に係る不揮発性メモリセルの製造手順を示す図である。以下、図2に示した如きメモリセルの製造手順を、図5の(a)〜(d)および図6の(a) (b)を基に説明する。なお、図5の(a)〜(d)では、不揮発性メモリセルのワード線方向(チャネル幅方向)の断面図を示している。図6の(a) (b)では、左側に不揮発性メモリセルのビット線方向(チャネル長方向)の断面図、右側に不揮発性メモリセルのワード線方向(チャネル幅方向)の断面図を示している。 FIGS. 5A to 5D and FIG. 6A and FIG. 6B are diagrams showing a manufacturing procedure of the nonvolatile memory cell according to the first embodiment. 2 will be described with reference to FIGS. 5A to 5D and FIGS. 6A to 6B. 5A to 5D are cross-sectional views of the nonvolatile memory cell in the word line direction (channel width direction). 6A and 6B, a cross-sectional view in the bit line direction (channel length direction) of the nonvolatile memory cell is shown on the left side, and a cross-sectional view in the word line direction (channel width direction) of the nonvolatile memory cell is shown on the right side. ing.
まず、図5の(a)に示すように、所望の不純物をドーピングしたシリコン基板101の表面に、厚さ10nmのトンネル絶縁膜102を熱酸化法で形成後、浮遊ゲート電極となる厚さ150nmのリンドープの多結晶シリコン層103を減圧CVD(Chemical Vapor Deposition)法で堆積する。その後、CMP(Chemical Mechanical Polish)のストッパー膜104、RIE(Reactive Ion Etching)のマスク膜105を順次減圧CVD法で堆積する。
First, as shown in FIG. 5A, a
その後、レジストマスク(図示せず)を用いたRIE法により、マスク膜105、ストッパー膜104、リンドープの多結晶シリコン層103の上層部を順次エッチング加工する。これにより、側壁部201が形成される。
Thereafter, the
次に、図5の(b)に示すように、全面にシリコン酸化膜を減圧CVD法で堆積した後、全面RIEを行う。このとき、側壁部201に側壁マスク膜105aが残るように全面RIEの条件を設定する。次に、図5の(c)に示すように、マスク膜105と側壁マスク膜105aをマスクに、多結晶シリコン層103の露出領域、トンネル絶縁膜102を順次エッチング加工し、さらにシリコン基板101の露出領域をエッチングして、深さ150nmの素子分離溝106を形成する。これにより、下部の幅が広く上部の幅が狭い浮遊ゲート電極の形状が形成された。
Next, as shown in FIG. 5B, a silicon oxide film is deposited on the entire surface by a low pressure CVD method, and then the entire surface RIE is performed. At this time, the conditions for the entire surface RIE are set so that the
次に、図5の(d)に示すように、全面に厚さ400nmの素子分離用のシリコン酸化膜107aをプラズマCVD法で堆積して、素子分離溝106を完全に埋め込む。その後、表面部分のシリコン酸化膜107aとマスク膜105をCMP法で除去して、表面を平坦化する。その後、露出したストッパー膜104をリン酸溶液でエッチング除去した後、シリコン酸化膜107aの露出表面を希フッ酸溶液でエッチング除去して、シリコン酸化膜107aを浮遊ゲート電極の幅が広い高さ方向の位置まで後退させる。
Next, as shown in FIG. 5D, a device isolation
次に、図6の(a)に示すように、全面にシリコン酸化膜/シリコン窒化膜/シリコン酸化膜からなる3層構造の厚さ15nmの電極間絶縁膜109を減圧CVD法で順次堆積後、制御ゲート電極となる多結晶シリコン層/タングステンシリサイド層からなる2層構造の厚さ100nmの導電層110を減圧CVD法で順次堆積し、さらに、RIEのマスク膜111を減圧CVD法で堆積する。その後、レジストマスク(図示せず)を用いたRIE法により、マスク膜111、導電層110、電極間絶縁膜109、多結晶シリコン層103、トンネル絶縁膜102を順次エッチング加工して、積層型セル間のスリット部112を形成する。これにより、浮遊ゲート電極113および制御ゲート電極114の形状が確定する。
Next, as shown in FIG. 6A, a 15-nm-thick interelectrode
次に、図6の(b)に示すように、露出面に厚さ10nmの電極側壁酸化膜と呼ばれるシリコン酸化膜115を熱酸化法および減圧CVD法を組み合わせて形成後、イオン注入法を用いてセル拡散層116を形成し、さらに、全面を覆うように層間絶縁膜となるBPSG(Boro Phospho silicate Glass)膜117を減圧CVD法で形成する。その後は、周知の方法で配線層等を形成して不揮発性メモリセルを完成させる。
Next, as shown in FIG. 6B, a
(第2の実施の形態)
図7の(a)〜(c)は、本第2の実施の形態に係る半導体装置である不揮発性メモリセルの製造手順を示す図である。以下、図2に示した如きメモリセルの製造手順を、図7の(a)〜(c)を基に説明する。なお、図7の(a)〜(c)では、ワード線方向(チャネル幅方向)の断面図を示している。
(Second Embodiment)
FIGS. 7A to 7C are diagrams showing a manufacturing procedure of a nonvolatile memory cell which is a semiconductor device according to the second embodiment. Hereinafter, the manufacturing procedure of the memory cell as shown in FIG. 2 will be described with reference to FIGS. 7A to 7C are cross-sectional views in the word line direction (channel width direction).
まず、図7の(a)に示すように、所望の不純物をドーピングしたシリコン基板101の表面に、厚さ10nmのトンネル絶縁膜102を熱酸化法で形成後、浮遊ゲート電極となる厚さ150nmのリンドープの多結晶シリコン層103を減圧CVD法で堆積する。その後、レジストマスク(図示せず)を用いたRIE法により、リンドープの多結晶シリコン層103、トンネル絶縁膜102を順次エッチング加工し、さらにシリコン基板101の露出領域をエッチングして、深さ150nmの素子分離溝を形成する。
First, as shown in FIG. 7A, a
次に、全面に厚さ400nmの素子分離用のシリコン酸化膜107aをプラズマCVD法で堆積して、素子分離溝を完全に埋め込む。その後、CMP法で表面を平坦化し、さらに、シリコン酸化膜107aの露出表面を希フッ酸溶液でエッチング除去して、浮遊ゲート電極103の側壁面を70nm露出させる。
Next, an element isolation
次に、図7の(b)に示すように、アルカリ溶液による等方性エッチングで、浮遊ゲート電極103aの露出面を30nm後退させる。これにより、浮遊ゲート電極103aの形状は、下部の幅が広く上部の幅が狭くなる。次に、図7の(c)に示すように、シリコン酸化膜107aの露出表面を希フッ酸溶液でエッチング除去して、シリコン酸化膜107aを浮遊ゲート電極の幅が広い高さ位置まで後退させる。
Next, as shown in FIG. 7B, the exposed surface of the floating
その後は、図6の(a) (b)に示したような方法を用いることにより、図2の如きメモリセル構造を完成させる。 Thereafter, by using the method as shown in FIGS. 6A and 6B, the memory cell structure as shown in FIG. 2 is completed.
(第3の実施の形態)
図8の(a) (b)は、本第3の実施の形態に係る半導体装置である不揮発性メモリセルの製造手順を示す図である。以下、図3に示した如きメモリセルの製造手順を、図8の(a)(b)を基に説明する。なお、図8の(a) (b)では、ワード線方向(チャネル幅方向)の断面図を示している。
(Third embodiment)
(A) and (b) of FIG. 8 are diagrams showing a manufacturing procedure of a nonvolatile memory cell which is a semiconductor device according to the third embodiment. Hereinafter, the manufacturing procedure of the memory cell as shown in FIG. 3 will be described with reference to FIGS. 8A and 8B are cross-sectional views in the word line direction (channel width direction).
まず、図8の(a)に示すように、所望の不純物をドーピングしたシリコン基板101の表面に、厚さ7nmのトンネル絶縁膜102を熱酸化法で形成後、浮遊ゲート電極となる厚さ150nmのリンドープの多結晶シリコン層103を減圧CVD法で堆積する。その後、レジストマスク(図示せず)を用いたRIE法により、リンドープの多結晶シリコン層103、トンネル絶縁膜102を順次エッチング加工し、さらにシリコン基板101の露出領域をエッチングして、深さ150nmの素子分離溝を形成する。
First, as shown in FIG. 8A, a
次に、全面に厚さ400nmの素子分離用のシリコン酸化膜107aをプラズマCVD法で堆積して、素子分離溝を完全に埋め込む。その後、CMP法で表面を平坦化し、さらに、シリコン酸化膜107aの露出表面を希フッ酸溶液でエッチング除去して、浮遊ゲート電極103の側壁面を70nm露出させる。
Next, an element isolation
次に、図8の(b)に示すように、酸素ラジカルを10%含む酸素雰囲気(酸化性雰囲気)で800℃、1時間の酸化を行い、厚さ8nmのラジカル酸化膜からなる電極間絶縁膜109aを形成する。これにより、浮遊ゲート電極103aの形状は、下部の幅が広く上部の幅が狭くなる。また、隣接する浮遊ゲート電極103,103の側壁面上に形成される電極間絶縁膜109a,109a間の開口幅は、浮遊ゲート電極103,103間の最小間隔から電極間絶縁膜109aの膜厚の2倍を差し引いた幅よりも広くなる。
Next, as shown in FIG. 8B, oxidation is performed at 800 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere (oxidizing atmosphere) containing 10% of oxygen radicals, and an inter-electrode insulation formed of a radical oxide film having a thickness of 8 nm. A
その後は、図6の(a)(b)に示したような方法を用いることにより、図3の如きメモリセル構造を完成させる。 Thereafter, by using the method as shown in FIGS. 6A and 6B, the memory cell structure as shown in FIG. 3 is completed.
なお、図8の(c)のように、ラジカル酸化膜109aを形成後、CVD酸化膜109bを堆積し、2層の電極間絶縁膜を形成してもよい。その他、最下層をラジカル酸化膜で形成すれば、その上にいかなる絶縁膜を形成してもよく、多層にしてもよい。
As shown in FIG. 8C, a
なお、本実施の形態のように、ラジカル酸化で電極間絶縁膜109a、またはその一部を形成すると、比較的低温で電極間絶縁膜109aの形成ができるので、トンネル酸化膜の熱ダメージが軽減されて、トンネル酸化膜の特性劣化を抑制できる。また、露出している素子分離酸化膜の表面膜質を改質する効果もあるため、隣接する浮遊ゲート電極103a,103a間のリーク電流を低減できて、メモリセルの信頼性を向上できる。
Note that when the interelectrode
また、図8の(d)に示すように、シリコン酸化膜109a、シリコン窒化膜109c、及びシリコン酸化膜109dからなる3層の電極間絶縁膜を形成する場合、シリコン窒化層109cをアンモニアや一酸化窒化等の窒素を含むガス雰囲気で熱窒化して形成すると、例えば窒化膜厚を1nm程度に薄膜化できるので、制御ゲート電極の埋め込み部分の幅をより広くすることができる。また、ラジカル窒化でシリコン窒化膜109cを形成しても、同様の効果が得られる。
Further, as shown in FIG. 8D, when a three-layer interelectrode insulating film composed of the
また、図8の(d)のシリコン窒化膜109cを、ヘキサクロルジシランとアンモニアを原料ガスとするCVDで形成すると、シリコン窒化膜109cの電子トラップ密度が高いので、例えば窒化膜厚を1nm程度に薄膜化できて、制御ゲート電極の埋め込み部分の幅をより広くすることができる。他の原料ガスの組合せでも、膜の電子トラップ密度が高い成膜方法ならば適用できる。
When the
また、図8の(d)のシリコン窒化膜109cを、シリコン窒化膜の代わりにアルミナ膜としてもよい。アルミナ膜とシリコン酸化膜との仕事関数差はアルミナ膜とシリコン窒化膜との仕事関数差よりも大きいので、例えばアルミナ膜厚を1nm程度に薄膜化できて、制御ゲート電極の埋め込み部分の幅をより広くすることができる。他の絶縁膜材料でも、シリコン酸化膜との仕事関数差が大きい膜であればよい。
Further, the
本発明の実施の形態によれば、メモリセルのカップリング比を確保して動作電圧の上昇を抑えつつ、ビット線方向に隣接する浮遊ゲート電極間の寄生容量を低減してメモリセルの誤動作を回避できる。また、制御ゲート電極の埋め込み部分の空乏化に起因するメモリセルの誤動作を回避できる。 According to the embodiment of the present invention, it is possible to prevent a malfunction of a memory cell by reducing a parasitic capacitance between floating gate electrodes adjacent in the bit line direction while securing a coupling ratio of the memory cell and suppressing an increase in operating voltage. Can be avoided. In addition, a malfunction of the memory cell due to depletion of the buried portion of the control gate electrode can be avoided.
さらに、トンネル絶縁膜の特性劣化を抑制しながら、制御ゲート電極の空乏化に起因するメモリセルの誤動作を回避できる。また、素子分離絶縁膜の表面膜質を改質する効果もあるので、対向する浮遊ゲート電極間のリーク不良を回避できる。また、電極間絶縁膜を薄膜化できるので、制御ゲート電極の空乏化に起因するメモリセルの誤動作を回避できる。 Further, it is possible to avoid malfunction of the memory cell due to depletion of the control gate electrode while suppressing deterioration of the characteristics of the tunnel insulating film. In addition, since there is an effect of modifying the surface film quality of the element isolation insulating film, it is possible to avoid a leak failure between the floating gate electrodes facing each other. In addition, since the interelectrode insulating film can be thinned, a malfunction of the memory cell due to depletion of the control gate electrode can be avoided.
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施できる。 In addition, this invention is not limited only to the said embodiment, In the range which does not change a summary, it can deform | transform suitably and can be implemented.
1…シリコン基板 2…トンネル絶縁膜 3…浮遊ゲート電極 4…素子分離絶縁膜 5…電極間絶縁膜 6…制御ゲート電極 101…シリコン基板 102…トンネル絶縁膜 103…多結晶シリコン層 103a…浮遊ゲート電極 104…ストッパー膜 105…マスク膜 201…側壁部 105a…側壁マスク膜 106…素子分離溝 107a…シリコン酸化膜 109…電極間絶縁膜 110…導電層 111…マスク膜 112…スリット部 113…浮遊ゲート電極 114…制御ゲート電極 115…シリコン酸化膜 116…セル拡散層 117…BPSG膜 109a…電極間絶縁膜 109b…CVD酸化膜 109c…シリコン窒化膜 109d…シリコン酸化膜
DESCRIPTION OF
Claims (4)
互いに対向する前記浮遊ゲート電極間に素子分離絶縁膜を形成し、前記浮遊ゲート電極の前記側部の一部を前記素子分離絶縁膜によって覆う工程と、
前記浮遊ゲート電極の露出表層部及び前記素子分離絶縁膜の露出表層部に対して、酸素ラジカルを含む酸化性雰囲気によるラジカル酸化反応を施して、電極間絶縁膜の最下層となる第1の絶縁膜としてのラジカル酸化膜を前記浮遊ゲート電極上に形成するのと同時に、前記浮遊ゲート電極の前記上部領域のチャネル幅方向の幅を、前記浮遊ゲート電極の下部領域のチャネル幅方向の幅より狭くし、且つ、前記浮遊ゲート電極の前記下部領域と前記素子分離絶縁膜との界面の延長線上をまたがるように形成される前記ラジカル酸化膜の下部の一部分を、前記浮遊ゲート電極の前記上部領域の側部と前記素子分離絶縁膜の側部との間に介在させる工程と、
前記電極間絶縁膜上に、互いに対向する前記浮遊ゲート電極の間に一部が埋め込まれ、且つ、その埋め込まれた部分がドーパント不純物を含む半導体を有する制御ゲート電極を形成する工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a plurality of floating gate electrodes made of impurity-doped polycrystalline silicon having an upper region and side portions in the channel width direction on a semiconductor substrate with a tunnel insulating film interposed therebetween;
Forming an element isolation insulating film between the floating gate electrodes facing each other, and covering a part of the side portion of the floating gate electrode with the element isolation insulating film;
The exposed surface layer portion of the floating gate electrode and the exposed surface layer portion of the element isolation insulating film are subjected to a radical oxidation reaction in an oxidizing atmosphere containing oxygen radicals, so that the first insulation serving as the lowest layer of the interelectrode insulating film At the same time as forming a radical oxide film as a film on the floating gate electrode, the width in the channel width direction of the upper region of the floating gate electrode is narrower than the width in the channel width direction of the lower region of the floating gate electrode. In addition, a part of the lower portion of the radical oxide film formed so as to straddle the extended line of the interface between the lower region of the floating gate electrode and the element isolation insulating film is formed on the upper region of the floating gate electrode. Interposing between the side portion and the side portion of the element isolation insulating film ;
Forming a control gate electrode having a portion of the buried floating gate electrode facing each other on the interelectrode insulating film , and the buried portion having a semiconductor containing a dopant impurity ;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009055367A JP4856201B2 (en) | 2009-03-09 | 2009-03-09 | Manufacturing method of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009055367A JP4856201B2 (en) | 2009-03-09 | 2009-03-09 | Manufacturing method of semiconductor device |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004275528A Division JP4761747B2 (en) | 2004-09-22 | 2004-09-22 | Semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009164624A JP2009164624A (en) | 2009-07-23 |
JP4856201B2 true JP4856201B2 (en) | 2012-01-18 |
Family
ID=40966792
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009055367A Expired - Lifetime JP4856201B2 (en) | 2009-03-09 | 2009-03-09 | Manufacturing method of semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4856201B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5823354B2 (en) | 2012-06-20 | 2015-11-25 | 株式会社東芝 | Nonvolatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0936263A (en) * | 1995-07-21 | 1997-02-07 | Sony Corp | Floating gate nonvolatile semiconductor storage device |
JP2000208645A (en) * | 1999-01-08 | 2000-07-28 | Sony Corp | Forming method for silicon group dielectric film and manufacture of nonvolatile semiconductor storage device |
JP2000228509A (en) * | 1999-02-05 | 2000-08-15 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device |
JP3983923B2 (en) * | 1999-04-28 | 2007-09-26 | 株式会社東芝 | Manufacturing method of semiconductor device |
JP2003168749A (en) * | 2001-12-03 | 2003-06-13 | Hitachi Ltd | Non-volatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof |
KR100444603B1 (en) * | 2001-12-22 | 2004-08-16 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method of manufacturing a Ta2O5-Al2O3 dielectric film and semiconductor device utilizing thereof |
JP3914142B2 (en) * | 2002-11-29 | 2007-05-16 | 株式会社東芝 | Nonvolatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof |
-
2009
- 2009-03-09 JP JP2009055367A patent/JP4856201B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2009164624A (en) | 2009-07-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100736287B1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US9324725B2 (en) | Semiconductor device and a manufacturing method thereof | |
JP5230274B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device | |
KR100768982B1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US7679127B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
JP2004281662A (en) | Semiconductor memory device and its manufacturing method | |
JPH10270575A (en) | Non-volatile semiconductor memory storage and manufacture thereof | |
KR20120067634A (en) | Methods of manufacturing a semiconductor device | |
JP2010177279A (en) | Nand flash memory and method for manufacturing the same | |
JP2013045837A (en) | Nonvolatile semiconductor storage device and manufacturing method of the same | |
JP2007005380A (en) | Semiconductor device | |
JP4503627B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US7514741B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device and related method | |
JP2006186073A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
JP2010147410A (en) | Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same | |
US8575676B2 (en) | Semiconductor storage device and method for manufacturing the same | |
CN211350659U (en) | Unit structure of multiple time programmable memory | |
JP2010147414A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
US20060006453A1 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device and method of fabricating the same | |
CN111430452A (en) | Unit structure of multi-time programmable memory and manufacturing method thereof | |
JP4856201B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP2014187132A (en) | Semiconductor device | |
KR20120021157A (en) | Semiconductor memory device and manufacturing method thereof | |
JP2009283852A (en) | Nonvolatile semiconductor storage device | |
CN114784014A (en) | Three-dimensional memory and manufacturing method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101019 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101217 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110614 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110812 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20111004 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20111027 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141104 Year of fee payment: 3 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4856201 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141104 Year of fee payment: 3 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |