JP5438300B2 - 不揮発性半導体記憶装置の製造方法 - Google Patents
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Description
図1に、本発明方法で製造される不揮発性半導体記憶装置のメモリセル当たり2つの記憶サイトを有するMONOS型メモリセル(以下、単に「本発明メモリセル」と称す)の断面構造を模式的に示す概略断面図である。図1に示すように、本発明メモリセルは、その基本構造として、シリコン基板(半導体基板)1上に形成されたゲート酸化膜2とゲート電極4、及び、ゲート電極4を挟んだ両側のシリコン基板1表面に形成された不純物拡散領域7からなるソース及びドレイン領域を備えたMOSトランジスタ構造となっている。更に、本発明メモリセルは、ゲート電極4の周縁部下側部分のゲート酸化膜2がエッチング除去された後に間隙部が形成され、その間隙部の上面、側面、下面(夫々、ゲート電極4の周縁部の下面、ゲート酸化膜2の側面、シリコン基板1表面に相当)に沿って、間隙部内が全て充填されない膜厚でシリコン酸化膜5(第1絶縁膜)が形成され、そのシリコン酸化膜5に挟まれた領域にシリコン窒化膜6(第2絶縁膜)が形成され、ゲート酸化膜2の両側に位置する2個所の間隙部内に夫々、シリコン酸化膜5−シリコン窒化膜6−シリコン酸化膜5からなる3層のONO膜(電荷保持膜)が形成されている。従って、本発明メモリセルは、ゲート電極4の2個所の周縁部においてMONOS構造が形成され、各ONO膜内に形成される2つの記憶サイトがゲート酸化膜2で分離された、メモリセル当たり2つの記憶サイトを有するMONOS型メモリセルとなっている。
次に、本発明方法の第2実施形態について、図5及び図6を参照して説明する。図5は、本発明方法の第2実施形態における処理工程を示す工程断面図であり、図6は、その一部の工程の変形例を示す工程断面図である。
〈1〉次に、本発明方法の別の実施形態について説明する。上記第1及び第2実施形態では、図1或いは図4(h)に示すようなMONOS型メモリセルを想定したが、本発明方法の対象となるMOSトランジスタ構造を有し、メモリセル当たり2ビットを記憶可能なメモリセルは、MONOS型に限定されるものではない。MONOS型メモリセルの場合は、電荷保持膜として、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の2種類の絶縁膜を使用したが、例えば、1種類の絶縁膜中に電荷を保持可能な微小な導電体が点在している電荷保持膜であっても良く、更には、MONOS型の電荷保持膜であるONO膜のシリコン窒化膜に代えて、導電性材料膜を使用することで、フローティングゲート型の電荷保持膜を形成することも可能である。例えば、後者のフローティングゲート型のメモリセルを想定した場合、上記第1及び第2実施形態におけるシリコン窒化膜6の堆積を、例えば、多結晶シリコン膜等の導電性材料膜の堆積に切り替えることで、メモリセル当たり2ビットを記憶可能なフローティングゲート型メモリセルを製造することができる。
2: ゲート酸化膜
2a: 間隙部
2b: シリコン酸化膜堆積後の間隙部
2c: 犠牲酸化膜除去後の間隙部
3: ゲート電極膜
4: ゲート電極
5: シリコン酸化膜(第1絶縁膜)
6: シリコン窒化膜(第2絶縁膜)
7: 不純物拡散領域
7a: 第1の不純物拡散領域(ソース領域)
7b: 第2の不純物拡散領域(ドレイン領域)
8: 層間絶縁膜(シリコン酸化膜)
9: コンタクトプラグ金属
10: 金属配線
11: 保護膜
12: 側壁スペーサ(スペーサ用絶縁膜)
13: 電子
14: ホール
15: 犠牲酸化膜
21: シリコン酸化膜
22: シリコン窒化膜
23: シリコン酸化膜
24: 記憶サイト
25: シリコン窒化膜
26: シリコン酸化膜
27: シリコン酸化膜
28: ゲート電極
29: ゲート電極スペーサ
Claims (11)
- 半導体基板表面の全面にゲート酸化膜とゲート電極膜を順番に堆積する工程と、
前記ゲート電極膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート酸化膜を等方性エッチングでエッチングし、前記ゲート電極の周縁部下側に位置する前記ゲート酸化膜を横方向からエッチング除去する工程と、
電荷保持膜を全面に堆積し、前記ゲート電極の周縁部下側の前記ゲート酸化膜がエッチング除去された後の間隙部を前記電荷保持膜により充填する工程と、
前記ゲート電極をマスクにして前記半導体基板と逆の導電型の不純物を注入して前記ゲート電極の両側にソース及びドレイン領域となる不純物拡散領域を形成する工程と、
前記電荷保持膜を異方性エッチングでエッチングする工程と、を有し、
前記ゲート酸化膜を等方性エッチングした後、前記電荷保持膜を堆積する前に、前記間隙部の表面を含む全面に、前記間隙部の高さの増加分に等しい膜厚の犠牲酸化膜を熱酸化法により堆積し、前記犠牲酸化膜をウェットエッチングにより除去して、前記間隙部の高さを前記ゲート酸化膜より大きく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。 - 前記ゲート酸化膜がシリコン酸化膜であり、
前記ゲート酸化膜の等方性エッチングは、HF溶液によるウェットエッチングであることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 - 前記電荷保持膜を全面に堆積する工程において、
先ず、第1絶縁膜を堆積して、前記ゲート電極の周縁部下側の前記間隙部の上面、側面、下面に沿って、前記間隙部内が全て充填されない膜厚で形成し、前記第1絶縁膜の第1層を形成し、
引き続き、第2絶縁膜を堆積し、前記間隙部内の前記第1絶縁膜の第1層の内側に残された空間を前記第2絶縁膜により充填して前記第2絶縁膜の第2層を形成し、
前記ゲート電極の周縁部下側の前記間隙部に、前記第1絶縁膜の第1層に上下から挟まれた前記第2絶縁膜の第2層の3層からなる電荷保持部を形成することを特徴とする請求項1または2に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 - 前記第1絶縁膜がシリコン酸化膜で、前記第2絶縁膜がシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項3に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
- 前記第1絶縁膜の堆積を、熱酸化法と化学気相堆積法の何れか一方または両方を用いて行うことを特徴とする請求項4に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
- 前記第2絶縁膜の堆積を、化学気相堆積法を用いて行うことを特徴とする請求項4または5に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
- 前記電荷保持膜を全面に堆積する工程において、
先ず、第1絶縁膜を堆積して、前記ゲート電極の周縁部下側の前記間隙部の上面、側面、下面に沿って、前記間隙部内が全て充填されない膜厚で形成し、前記第1絶縁膜の第1層を形成し、
引き続き、導電性材料膜を堆積し、前記間隙部内の前記第1絶縁膜の第1層の内側に残された空間を前記導電性材料膜により充填して前記導電性材料膜の第2層を形成し、
前記ゲート電極の周縁部下側の前記間隙部に、前記第1絶縁膜の第1層に上下から挟まれた前記導電性材料膜の第2層の3層からなる電荷保持部を形成することを特徴とする請求項1または2に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 - 前記電荷保持膜を異方性エッチングする前に、前記ゲート電極の側壁スペーサとなるスペーサ用絶縁膜を前記電荷保持膜上に堆積し、
前記電荷保持膜の異方性エッチングを、前記側壁スペーサを形成するための前記スペーサ用絶縁膜の異方性エッチングに連続して行うことを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 - 前記電荷保持膜が、シリコン酸化膜/シリコン窒化膜/シリコン酸化膜の3層構造の積層膜からなり、
前記電荷保持膜の膜厚を前記ゲート酸化膜より厚く形成し、前記電荷保持膜の膜厚或いは前記電荷保持膜の各積層膜の膜厚比の少なくとも何れか一方を調整することにより、前記電荷保持膜と前記ゲート酸化膜の夫々の電気容量的な実効膜厚を所定の誤差範囲内で等しくすることを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 - 前記電荷保持膜を構成する前記シリコン酸化膜を熱酸化法により形成することで、前記電荷保持膜の膜厚を前記ゲート酸化膜より厚く形成することを特徴とする請求項9に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
- 前記間隙部の高さを前記ゲート酸化膜より大きくすることにより、前記電荷保持膜の膜厚を前記ゲート酸化膜より厚く形成することを特徴とする請求項9または10に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
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