JP2008160010A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】電極間絶縁膜内に生じる空隙の発生を防止し隣り合う複数の制御ゲート電極間に埋込まれる電極間絶縁膜の均一性を向上し、制御ゲート電極を低抵抗化できるようにする。
【解決手段】金属シリサイド膜9の上部が隣接する電極間絶縁膜11上に張り出して構成されているため、Y方向断面の断面積を従来に比較して増加させることができる。電極間絶縁膜11を埋め込むときには、従来に比較してアスペクト比が低い状態で電極間絶縁膜11を埋め込むことができる。
【選択図】図3An object of the present invention is to prevent the generation of voids in an interelectrode insulating film, improve the uniformity of an interelectrode insulating film embedded between a plurality of adjacent control gate electrodes, and reduce the resistance of the control gate electrode. .
Since the upper part of the metal silicide film 9 is projected on the adjacent interelectrode insulating film 11, the cross-sectional area of the Y-direction cross section can be increased as compared with the conventional one. When the interelectrode insulating film 11 is embedded, the interelectrode insulating film 11 can be embedded with a lower aspect ratio than in the prior art.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、積層ゲート電極を備えた半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a stacked gate electrode and a method for manufacturing the same.
例えば、フラッシュメモリ装置に代表される不揮発性半導体記憶装置は、記憶保持用のメモリセルを備えている。電源の供給がなくてもデータをメモリセル内に保持できるため、マルチメディアカード用の記憶媒体として広く普及している。このような半導体装置は、近年更なる大容量化が望まれておりメモリセルを構成する積層ゲート電極を高集積化する必要がある。 For example, a nonvolatile semiconductor memory device typified by a flash memory device includes a memory cell for storing data. Since data can be held in a memory cell without power supply, it is widely used as a storage medium for multimedia cards. Such a semiconductor device has recently been desired to have a larger capacity, and it is necessary to highly integrate stacked gate electrodes constituting a memory cell.
このようなフラッシュメモリ装置の製造方法が特許文献1に開示されている。この特許文献1に記載された製造方法の要部を説明すると、半導体基板上にトンネル絶縁膜、第1の導電層を形成し、トレンチ溝を形成し、素子分離用絶縁膜をトレンチ溝内に形成し、第1の導電層の上に第2の導電層を形成し、第2の導電層の上にゲート間絶縁膜および制御ゲートを堆積し、ゲート加工を行うことによってセル構造を完成させている。尚、特許文献1の製造方法では、ゲート加工を行うときには複数の積層ゲート電極間を電極間絶縁膜で埋め込む必要があるが、高集積化のため隣り合う積層ゲート電極間が狭くなると、積層ゲート電極間のアスペクト比が増大し、隣り合う積層ゲート電極間を電極間絶縁膜で埋め込むときに当該電極間絶縁膜内に空隙(シームやボイド)を生じてしまう。
A method of manufacturing such a flash memory device is disclosed in
また、高集積化に伴い個々の積層ゲート電極の幅寸法が狭くなるため、制御ゲート電極の断面積が減少し、配線遅延が発生しやすくなる。制御ゲート電極の抵抗値を下げるためには制御ゲート電極を厚膜化することが考えられるが、同時に制御ゲート電極間のアスペクト比が増大してしまうという物理的矛盾を生じる。
本発明は、電極間絶縁膜内に生じる空隙の発生を防止し隣り合う複数の制御ゲート電極間に埋込まれる電極間絶縁膜の均一性を向上することを第1の目的とし、制御ゲート電極の低抵抗化を図ることを第2の目的とした半導体装置およびその製造方法を提供することにある。 The first object of the present invention is to prevent the generation of voids in the interelectrode insulating film and to improve the uniformity of the interelectrode insulating film embedded between a plurality of adjacent control gate electrodes. A second object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same.
本発明の一態様は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第1のゲート絶縁膜と、前記第1のゲート絶縁膜の上に並設された複数の積層ゲート電極と、隣り合う前記複数の積層ゲート電極間に形成された電極間絶縁膜とを備え、前記複数の積層ゲート電極は互いに分断して形成され、それぞれ、前記第1のゲート絶縁膜上に形成された浮遊ゲート電極と、前記浮遊ゲート電極上に形成された第2のゲート絶縁膜と、前記第2のゲート絶縁膜上に形成されると共に隣接する前記電極間絶縁膜上に張り出した張出部を備えた制御ゲート電極とを備えた半導体装置を提供する。 One embodiment of the present invention is adjacent to a semiconductor substrate, a first gate insulating film formed over the semiconductor substrate, and a plurality of stacked gate electrodes juxtaposed over the first gate insulating film. An interelectrode insulating film formed between the plurality of stacked gate electrodes, wherein the plurality of stacked gate electrodes are separated from each other, and each of the floating gate electrodes is formed on the first gate insulating film. And a second gate insulating film formed on the floating gate electrode, and a projecting portion formed on the second gate insulating film and projecting on the adjacent interelectrode insulating film. A semiconductor device including a gate electrode is provided.
本発明の一態様は、半導体基板上に第1のゲート絶縁膜材を形成する工程と、前記第1のゲート絶縁膜材上に浮遊ゲート電極材を形成する工程と、前記浮遊ゲート電極材上に第2のゲート絶縁膜材を形成する工程と、前記第2のゲート絶縁膜材の上にシリコン材による制御ゲート電極の基層材を形成する工程と、前記制御ゲート電極の基層材、第2のゲート絶縁膜材、浮遊ゲート電極材を複数に分断する工程と、前記複数に分断した分断領域内に電極間絶縁膜を埋込む工程と、前記シリコン材を選択成長する工程と、前記選択成長したシリコン材の少なくとも一部をシリサイド化する工程とを備えた半導体装置の製造方法を提供する。 One embodiment of the present invention includes a step of forming a first gate insulating film material over a semiconductor substrate, a step of forming a floating gate electrode material over the first gate insulating film material, and a step of forming over the floating gate electrode material. Forming a second gate insulating film material on the second gate insulating film material, forming a control gate electrode base material made of silicon on the second gate insulating film material, a second control gate electrode base material, A step of dividing the gate insulating film material and the floating gate electrode material into a plurality of steps, a step of embedding an inter-electrode insulating film in the divided region divided into the plurality of portions, a step of selectively growing the silicon material, and the selective growth And a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: siliciding at least a part of the silicon material.
本発明の一態様によれば、隣り合う複数の制御ゲート電極間に埋込まれる電極間絶縁膜の均一性を向上することができる。
本発明の一態様によれば、制御ゲート電極の低抵抗化を実現できる。
According to one embodiment of the present invention, the uniformity of an interelectrode insulating film embedded between a plurality of adjacent control gate electrodes can be improved.
According to one embodiment of the present invention, the resistance of the control gate electrode can be reduced.
以下、積層ゲート電極構造を備えたNAND型のフラッシュメモリ装置に適用した本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、以下に参照する図面内の記載において、同一または類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係や各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。 Hereinafter, an embodiment of the present invention applied to a NAND flash memory device having a stacked gate electrode structure will be described with reference to the drawings. In the following description in the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones.
図1は、NAND型のフラッシュメモリ装置のメモリセル領域に形成されるメモリセルアレイの一部を示す等価回路図を示している。
この図1に示すように、NAND型のフラッシュメモリ装置1のメモリセル領域M内に構成されるメモリセルアレイArは、2個の選択ゲートトランジスタTrs1およびTrs2と、当該選択ゲートトランジスタTrs1およびTrs2間に対して直列接続された複数個(例えば8個:2のn乗個(nは正数))のメモリセルトランジスタTrmとからなるNANDセルユニットSUが行列状に形成されることにより構成されている。NANDセルユニットSU内において、複数個のメモリセルトランジスタTrmは、隣接するもの同士でソース/ドレイン領域を共用して形成されている。
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing a part of a memory cell array formed in a memory cell region of a NAND flash memory device.
As shown in FIG. 1, the memory cell array Ar configured in the memory cell region M of the NAND
図1中、X方向(ワード線方向、ゲート幅方向に相当)に配列されたメモリセルトランジスタTrmは、ワード線(コントロールゲート線)WLにより共通接続されている。また、図1中X方向に配列された選択ゲートトランジスタTrs1は選択ゲート線SGL1で共通接続されている。同様に、図1中X方向に配列された選択ゲートトランジスタTrs2は選択ゲート線SGL2で共通接続されている。 In FIG. 1, the memory cell transistors Trm arranged in the X direction (corresponding to the word line direction and the gate width direction) are commonly connected by a word line (control gate line) WL. Further, the select gate transistors Trs1 arranged in the X direction in FIG. 1 are commonly connected by a select gate line SGL1. Similarly, the select gate transistors Trs2 arranged in the X direction in FIG. 1 are commonly connected by a select gate line SGL2.
選択ゲートトランジスタTrs1のドレイン領域にはビット線コンタクトCBが接続されている。このビット線コンタクトCBは図1中X方向に例えば直交交差するY方向(ゲート長方向、ビット線方向に相当)に延びるビット線BLに接続されている。また、選択ゲートトランジスタTrs2はソース領域を介して図1中X方向に延びるソース線SLに接続されている。 A bit line contact CB is connected to the drain region of the select gate transistor Trs1. The bit line contact CB is connected to a bit line BL extending in the Y direction (corresponding to the gate length direction and the bit line direction) orthogonal to the X direction in FIG. The select gate transistor Trs2 is connected to a source line SL extending in the X direction in FIG. 1 through a source region.
図2は、メモリセル領域の一部のレイアウトパターンを示す平面図である。半導体基板としてのp型のシリコン基板2には、STI(Shallow Trench Isolation)構造の素子分離領域Sbが図2中Y方向に沿って形成されている。この素子分離領域Sbは、X方向に所定間隔で複数本形成されており、これにより素子形成領域(活性領域)Saが図2中X方向に分離形成されている。
FIG. 2 is a plan view showing a layout pattern of a part of the memory cell region. In a p-
ワード線WLは、素子形成領域Saの延設方向と直交する図2中X方向に沿って複数の素子分離領域Sbおよび素子形成領域Saの上を渡って形成されている。このワード線WLは、制御ゲート電極としての機能をなす電気的構成要素でありゲート電極形成領域GCに形成されている。ワード線WLは、図2中のY方向に離間して複数本形成されており、複数本のワード線WLは、ゲート電極分離領域GV(Y方向に隣り合う2つのゲート電極形成領域GC間の領域)に埋め込まれる電極間絶縁膜11(層間絶縁膜:後述参照)によってY方向に対して電気的に分離して構成されている。 The word line WL is formed over the element isolation regions Sb and the element formation regions Sa along the X direction in FIG. 2 orthogonal to the extending direction of the element formation region Sa. The word line WL is an electrical component that functions as a control gate electrode, and is formed in the gate electrode formation region GC. A plurality of word lines WL are formed apart from each other in the Y direction in FIG. 2, and the plurality of word lines WL are formed between the gate electrode isolation regions GV (between two gate electrode formation regions GC adjacent in the Y direction). The inter-electrode insulating film 11 (interlayer insulating film: see later) embedded in the region) is electrically separated in the Y direction.
また、選択ゲートトランジスタTrs1の選択ゲート線SGL1が、ビット線コンタクトCBのY方向両脇に位置して図2中X方向に沿って複数の素子分離領域Sbおよび素子形成領域Sa上を渡って形成されている。選択ゲート線SGL1は、平面的にはビット線コンタクトCBをY方向に挟んで一対形成されており、一対の選択ゲート線SGL1間の各素子形成領域(活性領域)Sa上にビット線コンタクトCBがそれぞれ形成されている。 Further, the selection gate line SGL1 of the selection gate transistor Trs1 is formed on both sides in the Y direction of the bit line contact CB and is formed across the plurality of element isolation regions Sb and the element formation regions Sa along the X direction in FIG. Has been. The selection gate line SGL1 is formed in a pair in plan view with the bit line contact CB sandwiched in the Y direction. The bit line contact CB is formed on each element formation region (active region) Sa between the pair of selection gate lines SGL1. Each is formed.
各ワード線WLと交差する素子形成領域Sa上には、それぞれ、メモリセルトランジスタTrmのゲート電極MG(積層ゲート電極:浮遊ゲート電極FGおよび制御ゲート電極CG(後述の図3(a)および図3(b)参照))が形成されている。各選択ゲート線SGL1と交差する素子形成領域Sa上には、選択ゲートトランジスタTrs1の選択ゲート電極SGが構成されており選択ゲート線SGL1によって共通接続されている。 On the element formation region Sa intersecting with each word line WL, the gate electrode MG (laminated gate electrode: floating gate electrode FG and control gate electrode CG (described later in FIG. 3A and FIG. 3) of the memory cell transistor Trm, respectively. (B))) is formed. On the element formation region Sa intersecting with each selection gate line SGL1, the selection gate electrode SG of the selection gate transistor Trs1 is configured and commonly connected by the selection gate line SGL1.
本実施形態においては、メモリセル領域Mにおけるワード線WL(コントロールゲート線、制御ゲート電極に相当)の構造とその間のゲート電極分離領域GVの構造、並びにその製造方法に特徴を備えているため、その部分について詳細説明を行い、周辺回路領域の構造説明については省略する。以下、各メモリセルトランジスタTrmの構造について図3(a)および図3(b)を参照しながら説明する。 In the present embodiment, the structure of the word line WL (corresponding to a control gate line and a control gate electrode) in the memory cell region M, the structure of the gate electrode isolation region GV therebetween, and the manufacturing method thereof are provided. This part will be described in detail, and description of the structure of the peripheral circuit area will be omitted. Hereinafter, the structure of each memory cell transistor Trm will be described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b).
図3(a)は、図2のA−A線に沿う縦断面(メモリセル領域M内の一部のX方向断面)を模式的に示しており、図3(b)は、図2のB−B線に沿う縦断面(メモリセル領域M内の一部のY方向断面)を模式的に示している。 3A schematically shows a longitudinal section (a part of the X-direction section in the memory cell region M) along the line AA in FIG. 2, and FIG. 3B is a diagram of FIG. A vertical section (part of the Y-direction section in the memory cell region M) along the line BB is schematically shown.
半導体基板としてのシリコン基板2の表層には複数の素子分離溝3がそれぞれY方向に沿って形成されX方向に複数並設されている。これらの素子分離溝3にはそれぞれ素子分離絶縁膜4が埋込まれており、STI(Shallow Trench Isolation)構造の素子分離領域Sbを構成している。素子分離領域Sbは、シリコン基板2の表層の複数の素子形成領域(活性領域:アクティブエリア)Saを区画する領域であり、複数の素子形成領域SaはY方向に沿って形成されX方向に並設されている。
A plurality of
素子分離絶縁膜4によって区画された素子形成領域Saは、メモリセルトランジスタTrmのソース/ドレイン領域2aとこれらのソース/ドレイン領域2aに挟まれたチャネル領域2bとを含む領域からなる。
The element formation region Sa partitioned by the element
シリコン基板2の素子形成領域Sa上にはシリコン酸化膜5が形成されている。このシリコン酸化膜5は、シリコン基板2の表面を熱酸化して形成された熱酸化膜により構成され、ゲート酸化膜、トンネル絶縁膜、第1のゲート絶縁膜として機能する膜である。
A
複数のゲート電極形成領域GCにおいて、シリコン酸化膜5の上にはそれぞれ多結晶シリコン層6が形成されている。この多結晶シリコン層6は、例えばリン等の不純物がドープされており、非晶質シリコンを堆積した後に熱処理によって多結晶化されることによって構成されている。
Polycrystalline silicon layers 6 are formed on the
図3(a)に示すように、素子分離絶縁膜4は、例えばシリコン酸化膜により構成され、その上面がシリコン酸化膜5の上面より上方に突出して形成されており、さらに、上面が多結晶シリコン層6の上面より下方に位置するように形成されている。
As shown in FIG. 3A, the element
図3(a)に示すように、多結晶シリコン層6は、その上部(例えば全高さの2/3程度)が素子分離絶縁膜4の上面より上方に突出するように構成されている。多結晶シリコン層6は、シリコン酸化膜5や素子分離絶縁膜4の側壁面と面一に整合して形成されている。
As shown in FIG. 3A, the
多結晶シリコン層6は、複数の素子形成領域Sa上にそれぞれシリコン酸化膜5を介してX方向およびY方向に並設されており、第1のゲート電極、浮遊ゲート電極FGとして機能する。素子分離絶縁膜4は、X方向に隣り合う浮遊ゲート電極FGである多結晶シリコン層6を電気的および構造的に分離するように構成されている。
The polycrystalline silicon layers 6 are juxtaposed in the X direction and the Y direction via the
多結晶シリコン層6の一部側面上および上面上並びに素子分離絶縁膜4の上面上にはインターポリ絶縁膜7が形成されている。このインターポリ絶縁膜7は、多結晶シリコン層6を覆うように形成されており、ゲート間絶縁膜、第2のゲート絶縁膜、導電層間絶縁膜として機能する膜である。インターポリ絶縁膜7は、例えばONO膜(Oxide(シリコン酸化膜層)-Nitride(シリコン窒化膜層)-Oxide(シリコン酸化膜層))により構成されている。このインターポリ絶縁膜7は、多結晶シリコン層6と後述する多結晶シリコン層8との間に挟まれるように構成され導電層間絶縁膜として機能する。このインターポリ絶縁膜7は、浮遊ゲート電極FGと制御ゲート電極CG(ワード線WL)との間のゲート間絶縁膜としても機能する。
An interpoly insulating
制御ゲート電極CGは、インターポリ絶縁膜7の上に構成されており、ワード線WLとして、X方向に並設された多結晶シリコン層6および素子分離絶縁膜4の上方を渡るように形成されている。この制御ゲート電極CGは、下層側の多結晶シリコン層8と上層側の金属シリサイド膜9とによって構成され第2のゲート電極として構成される。多結晶シリコン層8は、下層側の薄い多結晶シリコン層8aと上層側のシリコン層8bとが積層されることによって構成され、多結晶シリコン層8aと多結晶シリコン層6とはインターポリ絶縁膜7を挟んで対向するように構成されている。金属シリサイド膜9は、例えばコバルトシリサイドにより構成され制御ゲート電極CGの低抵抗化が図られている。
The control gate electrode CG is formed on the interpoly
以上説明したように、積層ゲート電極10は、シリコン基板2上にシリコン酸化膜5を介して、多結晶シリコン層6、インターポリ絶縁膜7、多結晶シリコン層8、金属シリサイド膜9を順に積層して構成されている。図3(b)に示すように、これらの積層ゲート電極10は互いにY方向に分離形成され、これらは互いに略同様の積層態様をなしている。また、ゲート電極分離領域GVのシリコン基板2上には電極間絶縁膜11が形成され、Y方向に隣り合う制御ゲート電極CGを電気的および構造的に分離している。
As described above, the
この電極間絶縁膜11は、例えばTEOS(Tetra Ethoxy Ortho Silicate)等によって構成され、その上部は金属シリサイド膜9の上面よりも低い位置に位置するように形成されている。金属シリサイド膜9の上面は、所謂ドーム状に形成されており、上側縁部9aが金属シリサイド膜9に隣接した電極間絶縁膜11の一部上に張り出した張出部として形成されている。尚、図3(b)において、電極間絶縁膜11はシリコン基板2の上に直接形成されているが、ソース/ドレイン領域2a上のシリコン酸化膜5を残存させ、電極間絶縁膜11をシリコン酸化膜5を介してシリコン基板2の上に形成されても良い。金属シリサイド膜9や電極間絶縁膜11の上にはシリコン酸化膜等の層間絶縁膜(図示せず)が形成されているが本実施形態の特徴部分とは関係しないためその説明を省略する。このようにしてフラッシュメモリ装置1のメモリセル領域Mのメモリセル構造が構成されている。
The interelectrode
本実施形態に係る構造によれば、金属シリサイド膜9の上部が隣接する電極間絶縁膜11上に張り出して構成されているため、Y方向断面の断面積を従来に比較して増加させることができる。これにより、制御ゲート電極CGの低抵抗化を図ることができ、メモリセルの動作を高速化できる。
According to the structure according to the present embodiment, since the upper part of the
<製造方法について>
以下、フラッシュメモリ装置1のメモリセル領域Mの製造方法について図4ないし図21を参照しながら説明する。尚、本実施形態に係る特徴部分を中心に説明するが、本発明が、発明が解決しようとする課題欄に記載された目的を達成でき発明の効果の欄に記載された効果を奏すれば、後述説明する工程のいずれかは必要に応じて省いても良いし、以下の説明工程中に一般的な工程が必要であれば付加しても良い。また、各機能膜の材料に代えて他材料を適用可能であれば変更しても良いし膜厚も適宜変更して適用しても良い。
<About manufacturing method>
Hereinafter, a method for manufacturing the memory cell region M of the
図4に示すように、p型のシリコン基板2上にシリコン酸化膜5を約10[nm]の膜厚で熱酸化法により形成する。次に、図5に示すように、シリコン酸化膜5の上に減圧CVD(Chemical Vapor Deposition)法により例えばリン等の不純物がドープされた非晶質シリコンを浮遊ゲート電極材として堆積する。この非晶質シリコンは、後に熱処理されることによって多結晶シリコン層6として変成されるため、図5以降の図面には多結晶シリコン層6として符号6を付している。
As shown in FIG. 4, a
次に、図6に示すように、多結晶シリコン層6の上に減圧CVD法によりシリコン窒化膜12を堆積し、シリコン窒化膜12の上にシリコン酸化膜13をハードマスクとして形成する。
Next, as shown in FIG. 6, a
次に、図7に示すように、シリコン酸化膜13の上にレジスト14をX方向に互いに離間した領域Gに対してパターンニングしてマスクパターンを形成する。
次に、図8に示すように、パターンニングされたレジスト14をマスクとしてシリコン酸化膜13をエッチング処理加工する。この領域は、X方向に隣り合う2(複数)の浮遊ゲート電極FGおよびFGの形成領域(図3(a)参照)間の領域であり、浮遊ゲート電極FGをX方向に対して複数に分離(分断)するための領域である。
Next, as shown in FIG. 7, a mask pattern is formed on the
Next, as shown in FIG. 8, the
次に、図9に示すように、O2プラズマ中に処理基板をさらすことでレジスト14を除去し、シリコン酸化膜13をマスクとしてシリコン窒化膜12、多結晶シリコン層6、シリコン酸化膜5、および、シリコン基板2の上部をRIE法によりエッチング処理し、多結晶シリコン層6、シリコン酸化膜5、シリコン基板2の上部に素子分離溝3(溝に相当)を形成する。
Next, as shown in FIG. 9, the resist 14 is removed by exposing the processing substrate to O 2 plasma, and the
次に、図10に示すように、シリコン酸化膜13を除去し、酸素性雰囲気中で1000℃に加熱することで素子分離溝3の内面に沿ってシリコン酸化膜を形成すると共に、その内側にHDP−CVD(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition)法によりシリコン酸化膜を堆積することによって素子分離絶縁膜4を埋込む。次に、図11に示すように、シリコン窒化膜12をストッパとして素子分離絶縁膜4をCMP法によって平坦化処理する。
Next, as shown in FIG. 10, the
次に、図12に示すように、シリコン酸化膜5の上面より上方で且つ多結晶シリコン層6の上面より下方に上面が位置するようにRIE法により素子分離絶縁膜4を除去する。
次に、図13に示すように、150℃のリン酸処理(ウェットエッチング処理)によってシリコン窒化膜12を除去しNH4F溶液に浸し、多結晶シリコン層6の上面を露出させ、素子分離絶縁膜4および多結晶シリコン層6の上に例えば減圧CVD法によりインターポリ絶縁膜7を第2のゲート絶縁膜材として成膜する。
Next, as shown in FIG. 12, the element
Next, as shown in FIG. 13, the
次に、図14に示すように、リン等の不純物がドープされた非晶質シリコンを減圧CVD法によってインターポリ絶縁膜7の上に薄く形成する。尚、この非晶質シリコン膜は、後に熱処理されることによって変成し多結晶化するため、図14中には多結晶シリコン層8aとして符号を付している。この多結晶シリコン層8aは、制御ゲート電極CGの基層材として形成される。図15は、この時点において図3(b)に対応した製造途中の縦断面図を示している。このとき、多結晶シリコン層8aの上面はY方向には平面状に形成される。
Next, as shown in FIG. 14, amorphous silicon doped with impurities such as phosphorus is thinly formed on the interpoly
図16〜図21は、図15に示す工程後の図3(b)に対応した製造途中の縦断面図を示している。図16に示すように、多結晶シリコン層8aの上にハードマスクとしてシリコン窒化膜15を形成し、シリコン窒化膜15の上にレジスト16を塗布し当該レジスト16をY方向に離間した複数にパターンニングする。
FIGS. 16-21 has shown the longitudinal cross-sectional view in the middle of manufacture corresponding to FIG.3 (b) after the process shown in FIG. As shown in FIG. 16, a
次に、図17に示すように、パターンニングされたレジスト16をマスクとしてシリコン窒化膜15、多結晶シリコン層8a、インターポリ絶縁膜7、多結晶シリコン層6、シリコン酸化膜5をRIE法により除去し、制御ゲート電極CGおよび浮遊ゲート電極FGをY方向に複数に分離する。次に、アッシング処理等を用いてレジスト16を除去する。尚、シリコン酸化膜5は必ずしも除去する必要は無く、残存させても良い。また、レジスト16を除去するタイミングは、シリコン窒化膜15を除去加工処理した後であれば層5〜8aを加工する前であっても良い。次に、n型の不純物をシリコン基板2の表層にイオン注入しソース/ドレイン領域2aを形成する。
Next, as shown in FIG. 17, the
次に、図18に示すように、複数に分離された各層5〜8aおよび15間の領域(分断領域)に対しTEOS系のシリコン酸化膜による電極間絶縁膜11を例えば600〜800℃の範囲内の温度条件下で減圧CVD(LP−CVD)法により埋込む。すると、従来構造に比較してシリコン基板2の表面からシリコン窒化膜15の上面までの高さが低くなり、アスペクト比が低下するため、隣り合う層5〜15間の電極間絶縁膜11の内部には空隙(ボイド、シーム等)が形成されることはない。尚、電極間絶縁膜11は、シリコン窒化膜15との間でエッチング時の高選択性を得られる材料によって形成する。
Next, as shown in FIG. 18, the interelectrode insulating
次に、図19に示すように、シリコン窒化膜15の上面全体を露出させるように電極間絶縁膜11をRIE法により除去する。すると電極間絶縁膜11のY方向上部中央が凹むように電極間絶縁膜11が構成される。
Next, as shown in FIG. 19, the interelectrode insulating
次に、図20に示すように、シリコン窒化膜15をエッチング処理によって除去する。この場合、ウェットエッチング処理を行うことによって多結晶シリコン層8aの上面を綺麗にすると良い。
Next, as shown in FIG. 20, the
次に、図21に示すように、多結晶シリコン層8aの上にシリコン材を選択成長させる。この処理を行うことによりシリコンの膜厚を増加させると共にシリコンの上面を上に凸の湾曲形状となるように構成する。尚、図21内には、選択成長処理した部分に符号8bを付している。シリコンの選択成長処理は、例えばジクロルシランと塩酸とを原料ガスに用い、600〜900℃程度でガスを反応させることにより行われる。この選択成長処理が行われると、多結晶シリコン層8a上にはシリコン層8bが選択成長するがそれ以外の領域には成長しない。
Next, as shown in FIG. 21, a silicon material is selectively grown on the
選択成長処理が進行し電極間絶縁膜11の上面にまで達すると、シリコン層8bが電極間絶縁膜11の上面から上方に対してさらに成長処理が進行すると共に、隣接する電極間絶縁膜11の上に張り出すように成長を進める。つまり、選択成長処理が行われることによって最初縦方向に成長しシリコン層8bの膜厚を増加させるが、電極間絶縁膜11の上面に達するとY方向にも若干成長するようになる。このとき、処理時間を調整することによって、電極間絶縁膜11の上面に張り出させると共にY方向に隣り合うシリコン層8bとは非接触状態に形成する。
When the selective growth process proceeds and reaches the upper surface of the interelectrode insulating
次に、図3(b)に示すように、シリコン層8bの上にコバルト等の金属をスパッタ処理し、熱処理を行うことによってシリコン層8bの上部の少なくとも一部を金属と化合させて、シリコン層8bの少なくとも一部をシリサイド化することで金属シリサイド膜9を形成する。次に、未反応の金属を除去することによって積層ゲート電極10を完成させる。
Next, as shown in FIG. 3 (b), a metal such as cobalt is sputtered on the
以降の処理では、従来の方法によって積層ゲート電極10の上に層間絶縁膜およびメタル配線層(何れも図示せず)を形成する。これによりフラッシュメモリ装置1を完成させることができる。
In the subsequent processing, an interlayer insulating film and a metal wiring layer (both not shown) are formed on the
以上、説明したように、本実施形態に係る製造方法によれば、インターポリ絶縁膜7の上に薄い多結晶シリコン層8aを形成し、層5〜8aを複数に分断し、この分断領域内に電極間絶縁膜11を埋め込んでから多結晶シリコン層8aの上にシリコン層8bを選択成長し、シリコン層8bの少なくとも一部をシリサイド化しているため、電極間絶縁膜11を埋め込むときにアスペクト比を従来に比較して低くした状態で埋め込むことができ、電極間絶縁膜11内に対する埋込性が良好となり、電極間絶縁膜11の均一性を向上できる。
As described above, according to the manufacturing method according to the present embodiment, the thin
また、シリコン層8bを選択成長する工程では、当該シリコン層8bの上部が電極間絶縁膜11の上面より上方に位置するように選択成長させているため、従来に比較してY方向の断面積を増加させることができ、制御ゲート電極CGの低抵抗化を図ることができる。
Further, in the step of selectively growing the
また、シリコン層8bを選択成長する工程では、電極間絶縁膜11上にシリコン層8bを張り出して形成しているため、従来に比較してY方向の断面積を増加させることができ、制御ゲート電極CGの低抵抗化を図ることができる。
Further, in the step of selectively growing the
また、制御ゲート電極CG(シリコン層8b、金属シリサイド膜9)を、隣接する電極間絶縁膜11上に張り出して形成しているため、従来に比較してY方向の断面積を増加させることができ、制御ゲート電極CGの低抵抗化を図ることができる。
シリコン層8bを選択成長する前に、シリコン層8bの上面をウェットエッチング処理するため、複数の積層ゲート電極10を構成するシリコン層8bを均一に成長させることができる。
Further, since the control gate electrode CG (
Since the upper surface of the
(他の実施形態)
本発明は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
半導体基板としてp型のシリコン基板2に適用した実施形態を示したが、本発明では他の材料の半導体基板を適用しても良い。
第1のゲート絶縁膜としてシリコン酸化膜5に適用した実施形態を示したが、本発明では他材料のゲート絶縁膜を適用しても良い。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified or expanded as follows.
Although an embodiment in which the p-
Although the embodiment in which the
STI構造の素子分離領域Sbを構成した実施形態を示したが、必要に応じて構成すればよい。
電極間絶縁膜11としてシリコン酸化膜に適用した実施形態を示したが、本発明では他材料の電極間絶縁膜11を適用しても良い。
Although the embodiment in which the element isolation region Sb having the STI structure is configured has been described, it may be configured as necessary.
Although an embodiment in which a silicon oxide film is applied as the interelectrode insulating
インターポリ絶縁膜7(第2のゲート絶縁膜)としてONO膜に適用した実施形態を示したが、本発明ではNONON膜(シリコン窒化膜−シリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜−シリコン窒化膜)等による酸化膜層や窒化膜層の積層構造や他の高誘電率材料を適用しても良い。 Although an embodiment in which an ONO film is applied as the interpoly insulating film 7 (second gate insulating film) has been shown, the present invention is a nonon film (silicon nitride film-silicon oxide film-silicon nitride film-silicon oxide film-silicon nitride). A laminated structure of an oxide film layer or a nitride film layer or other high dielectric constant material may be applied.
制御ゲート電極CGの基層材として多結晶シリコン層8aを適用した実施形態を示したが、本発明では他材料を適用しても良い。
制御ゲート電極CGの上部をシリサイド化する金属としてコバルトを適用した実施形態を示したが、タングステン等の他の金属を適用しても良い。
Although the embodiment in which the
Although the embodiment in which cobalt is applied as the metal for siliciding the upper portion of the control gate electrode CG has been described, other metals such as tungsten may be applied.
積層ゲート電極は2層に限られず、本発明では3層以上の多層ゲート電極構造を適用しても良い。
フラッシュメモリ装置1に適用した実施形態を示したが、他の不揮発性半導体記憶装置などの半導体装置に適用しても良い。
The stacked gate electrode is not limited to two layers, and a multilayer gate electrode structure of three or more layers may be applied in the present invention.
Although the embodiment applied to the
図面中、1はフラッシュメモリ装置(半導体装置)、2はシリコン基板(半導体基板)、3は素子分離溝(溝)、5はシリコン酸化膜(第1のゲート絶縁膜)、6は多結晶シリコン層、8aは多結晶シリコン層(制御ゲート電極の基層材)、8bはシリコン層(シリコン材)、9は金属シリサイド膜、9aは上側縁部(張出部)、10は積層ゲート電極、11は電極間絶縁膜、FGは浮遊ゲート電極、CGは制御ゲート電極を示す。 In the drawings, 1 is a flash memory device (semiconductor device), 2 is a silicon substrate (semiconductor substrate), 3 is an element isolation trench (groove), 5 is a silicon oxide film (first gate insulating film), and 6 is polycrystalline silicon. 8a is a polycrystalline silicon layer (base material of the control gate electrode), 8b is a silicon layer (silicon material), 9 is a metal silicide film, 9a is an upper edge (overhang), 10 is a laminated gate electrode, 11 Denotes an interelectrode insulating film, FG denotes a floating gate electrode, and CG denotes a control gate electrode.
Claims (5)
前記半導体基板上に形成された第1のゲート絶縁膜と、
前記第1のゲート絶縁膜の上に並設された複数の積層ゲート電極と、
隣り合う前記複数の積層ゲート電極間に形成された電極間絶縁膜とを備え、
前記複数の積層ゲート電極は互いに分断して形成され、それぞれ、前記第1のゲート絶縁膜上に形成された浮遊ゲート電極と、前記浮遊ゲート電極上に形成された第2のゲート絶縁膜と、前記第2のゲート絶縁膜上に形成されると共に隣接する前記電極間絶縁膜上に張り出した張出部を備えた制御ゲート電極とを備えていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
A first gate insulating film formed on the semiconductor substrate;
A plurality of stacked gate electrodes arranged in parallel on the first gate insulating film;
An inter-electrode insulating film formed between the plurality of adjacent stacked gate electrodes,
The plurality of stacked gate electrodes are formed separately from each other, and each includes a floating gate electrode formed on the first gate insulating film, a second gate insulating film formed on the floating gate electrode, A semiconductor device comprising: a control gate electrode that is formed on the second gate insulating film and has an overhanging portion that protrudes on the adjacent interelectrode insulating film.
前記第1のゲート絶縁膜材上に浮遊ゲート電極材を形成する工程と、
前記浮遊ゲート電極材上に第2のゲート絶縁膜材を形成する工程と、
前記第2のゲート絶縁膜材の上にシリコン材による制御ゲート電極の基層材を形成する工程と、
前記制御ゲート電極の基層材、第2のゲート絶縁膜材、浮遊ゲート電極材を複数に分断する工程と、
前記複数に分断した分断領域内に電極間絶縁膜を埋込む工程と、
前記シリコン材を選択成長する工程と、
前記選択成長したシリコン材の少なくとも一部をシリサイド化する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first gate insulating film material on the semiconductor substrate;
Forming a floating gate electrode material on the first gate insulating film material;
Forming a second gate insulating film material on the floating gate electrode material;
Forming a base material of a control gate electrode made of a silicon material on the second gate insulating film material;
Dividing the base material of the control gate electrode, the second gate insulating film material, and the floating gate electrode material into a plurality of parts;
Embedding an inter-electrode insulating film in the divided region divided into the plurality,
Selectively growing the silicon material;
And a step of siliciding at least a part of the selectively grown silicon material.
前記第1のゲート絶縁膜材上に浮遊ゲート電極材を形成する工程と、
前記半導体基板の表面内の第1の方向に沿って前記浮遊ゲート電極材、第1のゲート絶縁膜材、半導体基板に溝を形成する工程と、
前記半導体基板の表面から上方に突出すると共に浮遊ゲート電極材の少なくとも一部を露出させるように前記溝内に素子分離絶縁膜を形成する工程と、
前記浮遊ゲート電極材および前記素子分離絶縁膜上に第2のゲート絶縁膜材を形成する工程と、
前記第2のゲート絶縁膜材の上にシリコン材による制御ゲート電極の基層材を形成する工程と、
前記制御ゲート電極の基層材、第2のゲート絶縁膜材、浮遊ゲート電極材を前記第1の方向に交差する第2の方向に沿って複数に分断する工程と、
前記複数に分断した分断領域内に電極間絶縁膜を形成する工程と、
前記シリコン材を選択成長する工程と、
前記選択成長したシリコン材の少なくとも一部をシリサイド化する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first gate insulating film material on the semiconductor substrate;
Forming a floating gate electrode material on the first gate insulating film material;
Forming a trench in the floating gate electrode material, the first gate insulating film material, and the semiconductor substrate along a first direction in the surface of the semiconductor substrate;
Forming an element isolation insulating film in the trench so as to protrude upward from the surface of the semiconductor substrate and expose at least part of the floating gate electrode material;
Forming a second gate insulating film material on the floating gate electrode material and the element isolation insulating film;
Forming a base material of a control gate electrode made of a silicon material on the second gate insulating film material;
Dividing the base material of the control gate electrode, the second gate insulating film material, and the floating gate electrode material into a plurality along a second direction intersecting the first direction;
Forming an inter-electrode insulating film in the plurality of divided regions;
Selectively growing the silicon material;
And a step of siliciding at least a part of the selectively grown silicon material.
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| US8350344B2 (en) | 2010-03-10 | 2013-01-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device and method of fabricating the same |
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