JP5118887B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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本発明の実施の形態1によるMONOS型不揮発性メモリセルの構造の一例を図1を用いて説明する。図1(a)は、メモリセルの要部平面図、図1(b)は、チャネルをメモリゲート電極に対して交差する方向(図1のA−A′線)に沿って切断したメモリセルの要部断面図である。ここでは、サイドウォール方式のメモリゲート電極を備えるメモリセルを例示している。
本発明の実施の形態2によるMONOS方不揮発性メモリセルの構造の一例を図16を用いてによって説明する。図16は、チャネルをメモリゲート電極に対して交差する方向に沿って切断した1つのメモリセルの要部断面図である。
2ad 半導体領域
2as 半導体領域
2b 半導体領域
3b,3t 絶縁膜
4 拡散防止膜
5 シリサイド層
6 ゲート絶縁膜
7 半導体領域
8 半導体領域
9 第2導体膜
10 第1サイドウォール
11 第3導体膜
12 第2サイドウォール
13 第3サイドウォール
14 第4サイドウォール
14a 絶縁膜
15 コバルトシリサイド層
16 層間絶縁膜
16a 窒化シリコン膜
16b 酸化シリコン膜
21 絶縁膜
ACT 活性領域
CG 選択ゲート電極
CLE 下部電極
CUE1 第1上部電極
CUE2 第2上部電極
CNT コンタクトホール
CSL 電荷蓄積層
Drm ドレイン領域
M1 第1層配線
MC1 メモリセル
MC2 メモリセル
MG メモリゲート電極
MG1 第1メモリゲート電極
MG2 第2メモリゲート電極
NW nウェル
PLG プラグ
RP1、RR2、RP3、RP4、RP5 レジストパターン
PW pウェル
Qnc 選択用nMIS(第1電界効果トランジスタ)
Qnm メモリ用nMIS(第2電界効果トランジスタ)
R1〜R4 第1〜第4抵抗素子
SGI 素子分離部
Srm ソース領域
Claims (24)
- 半導体基板の主面の第1領域に第1電界効果トランジスタを含み、第2領域に前記第1電界効果トランジスタに隣接する第2電界効果トランジスタを含む不揮発性メモリセルを有する半導体装置であって、
前記第1領域の前記半導体基板の主面に形成されたゲート絶縁膜と、前記第1領域の前記半導体基板の主面上に前記ゲート絶縁膜を介して形成された前記第1電界効果トランジスタの選択ゲート電極と、前記第2領域の前記半導体基板の主面上に形成された電荷保持用絶縁膜と、前記第2領域の前記半導体基板の主面上に前記電荷保持用絶縁膜を介して形成された前記第2電界効果トランジスタのメモリゲート電極と、前記選択ゲート電極と前記メモリゲート電極との間に形成された前記電荷保持用絶縁膜とを有し、
前記メモリゲート電極は、前記選択ゲート電極の側壁の片側に形成された多結晶シリコン膜からなる第1メモリゲート電極と、前記第1メモリゲート電極の側壁に拡散防止膜を介して形成され、前記第1メモリゲート電極よりも不純物濃度が高い多結晶シリコン膜からなる第2メモリゲート電極とから構成されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、前記第1メモリゲート電極を構成する多結晶シリコン膜の不純物濃度は、前記第2メモリゲート電極を構成する多結晶シリコン膜の不純物濃度の1/3以下であることを特徴とする半導体装置。
- 請求項1記載の半導体装置において、前記第1および第2メモリゲート電極の上面にはシリサイド層が形成されており、前記第1メモリゲート電極と前記第2メモリゲート電極とは前記シリサイド層により電気的に短絡されていることを特徴とする半導体装置。
- 請求項1記載の半導体装置において、前記電荷保持用絶縁膜は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸化シリコン膜が下層から順次堆積されてなる積層膜であることを特徴とする半導体装置。
- 請求項1記載の半導体装置において、前記電荷保持用絶縁膜は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜および窒化シリコン膜が下層から順次堆積されてなる積層膜であることを特徴とする半導体装置。
- 請求項1記載の半導体装置において、前記選択ゲート電極を構成する多結晶シリコン膜と同層の多結晶シリコン膜によって形成された抵抗素子、前記第1メモリゲート電極を構成する多結晶シリコン膜と同層の多結晶シリコン膜によって形成された抵抗素子、前記第2メモリゲート電極を構成する多結晶シリコン膜と同層の多結晶シリコン膜によって形成された抵抗素子、前記第1メモリゲート電極を構成する多結晶シリコン膜と同層の多結晶シリコン膜と前記第2メモリゲート電極を構成する多結晶シリコン膜と同層の多結晶シリコン膜とを積層して形成された抵抗素子のうち、いずれか1つ以上を有することを特徴とする半導体装置。
- 請求項1記載の半導体装置において、前記選択ゲート電極を構成する多結晶シリコン膜と同層の多結晶シリコン膜によって形成された下部電極と、前記電荷保持用絶縁膜と同層の絶縁膜と、前記第1メモリゲート電極を構成する多結晶シリコン膜と同層の多結晶シリコン膜によって形成された上部電極とからなる容量素子を有することを特徴とする半導体装置。
- 請求項1記載の半導体装置において、前記選択ゲート電極を構成する多結晶シリコン膜と同層の多結晶シリコン膜によって形成された下部電極と、前記電荷保持用絶縁膜と同層の絶縁膜と、前記第2メモリゲート電極を構成する多結晶シリコン膜と同層の多結晶シリコン膜によって形成された上部電極とからなる容量素子を有することを特徴とする半導体装置。
- 請求項1記載の半導体装置において、前記拡散防止膜の厚さは1〜3nmであることを特徴とする半導体装置。
- 請求項1記載の半導体装置において、前記第1メモリゲート電極を形成する多結晶シリコン膜の不純物濃度は1×1020cm−3以下であることを特徴とする半導体装置。
- 請求項1記載の半導体装置において、前記メモリゲート電極のゲート長は40nm以上であることを特徴とする半導体装置。
- 半導体基板の主面の第1領域に第1電界効果トランジスタを含み、第2領域に前記第1電界効果トランジスタに隣接する第2電界効果トランジスタを含む不揮発性メモリセルを形成する半導体装置の製造方法であって、以下の工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法;
(a)前記第1領域の前記半導体基板の主面にゲート絶縁膜を形成する工程、
(b)前記第1領域の前記半導体基板の主面上に前記ゲート絶縁膜を介して第1多結晶シリコン膜からなる前記第1電界効果トランジスタの選択ゲート電極を形成する工程、
(c)前記(b)工程の後、前記半導体基板の主面上に電荷保持用絶縁膜を形成する工程、
(d)前記電荷保持用絶縁膜上に第2多結晶シリコン膜を堆積した後、前記第2多結晶シリコン膜を異方性エッチングにより加工して、前記選択ゲート電極の側壁に第1メモリゲート電極を形成する工程、
(e)前記第1メモリゲート電極の表面に拡散防止膜を形成する工程、
(f)前記(e)工程の後、前記半導体基板の主面上に前記第2多結晶シリコン膜よりも不純物濃度が高い第3多結晶シリコン膜を堆積した後、前記第3多結晶シリコン膜を異方性エッチングにより加工して、前記第1メモリゲート電極の側壁に第2メモリゲート電極を形成する工程、
(g)前記選択ゲート電極の側壁の片側に形成された前記第1および第2メモリゲート電極を除去する工程、
(h)前記選択ゲート電極と前記第1メモリゲート電極との間および前記第2領域に形成された前記電荷保持用絶縁膜を残して、その他の領域の前記電荷保持用絶縁膜を除去する工程、
(i)前記第1および第2ゲート電極の上面に自己整合法によりシリサイド層を形成する工程。 - 請求項12記載の半導体装置の製造方法において、前記工程(h)の後、前記工程(i)の前に、さらに以下の工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法;
(j)前記選択ゲート電極の片側の前記半導体基板の主面に不純物をイオン注入して、前記選択ゲート電極に対して自己整合的に半導体領域を形成する工程、
(k)前記メモリゲート電極の片側の前記半導体基板の主面に不純物をイオン注入して、前記メモリゲート電極に対して自己整合的に半導体領域を形成する工程。 - 請求項13記載の半導体装置の製造方法において、前記工程(k)の後に、さらに以下の工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法;
(l)前記半導体基板の主面上に絶縁膜を堆積した後、前記絶縁膜を異方性エッチングにより加工して、前記選択ゲート電極の側壁の片側および前記メモリゲート電極の側壁の片側にサイドウォールを形成する工程、
(m)前記選択ゲート電極の片側の前記半導体基板の主面および前記メモリゲート電極の片側の前記半導体基板の主面に不純物をイオン注入して、前記選択ゲート電極および前記メモリゲート電極に対して自己整合的に半導体領域を形成する工程。 - 請求項12記載の半導体装置の製造方法において、前記第1メモリゲート電極を形成する第2多結晶シリコン膜の不純物濃度は、前記第2メモリゲート電極を形成する第3多結晶シリコン膜の不純物濃度の1/3以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項12記載の半導体装置の製造方法において、前記第1および第2メモリゲート電極の上面に形成された前記シリサイド層により、前記第1メモリゲート電極と前記第2メモリゲート電極とは電気的に短絡されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項12記載の半導体装置の製造方法において、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸化シリコン膜を下層から順次堆積して前記電荷保持用絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項12記載の半導体装置の製造方法において、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜および窒化シリコン膜を下層から順次堆積して前記電荷保持用絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項12記載の半導体装置の製造方法において、前記選択ゲート電極を構成する第1多結晶シリコン膜と同層の多結晶シリコン膜によって形成される抵抗素子、前記第1メモリゲート電極を構成する第2多結晶シリコン膜と同層の多結晶シリコン膜によって形成される抵抗素子、前記第2メモリゲート電極を構成する第3多結晶シリコン膜と同層の多結晶シリコン膜によって形成される抵抗素子、前記第1メモリゲート電極を構成する第2多結晶シリコン膜と同層の多結晶シリコン膜と前記第2メモリゲート電極を構成する第3多結晶シリコン膜と同層の多結晶シリコン膜とを積層して形成される抵抗素子のうち、いずれか1つ以上を前記半導体基板の主面上に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項12記載の半導体装置の製造方法において、前記選択ゲート電極を構成する第1多結晶シリコン膜と同層の多結晶シリコン膜によって形成された下部電極と、前記電荷保持用絶縁膜と同層の絶縁膜と、前記第1メモリゲート電極を構成する第2多結晶シリコン膜と同層の多結晶シリコン膜によって形成された上部電極とからなる容量素子を前記半導体基板の主面上に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項12記載の半導体装置の製造方法において、前記選択ゲート電極を構成する第1多結晶シリコン膜と同層の多結晶シリコン膜によって形成された下部電極と、前記電荷保持用絶縁膜と同層の絶縁膜と、前記第2メモリゲート電極を構成する第3多結晶シリコン膜と同層の多結晶シリコン膜によって形成された上部電極とからなる容量素子を前記半導体基板の主面上に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項12記載の半導体装置の製造方法において、前記拡散防止膜の厚さは1〜3nmであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項12記載の半導体装置の製造方法において、前記第1メモリゲート電極を構成する第2多結晶シリコン膜の不純物濃度は1×1020cm−3以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項12記載の半導体装置の製造方法において、前記メモリゲート電極のゲート長は40nm以上であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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