JP2002170893A5 - - Google Patents
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Description
【発明の名称】不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法 Patent application title: Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は不揮発性半導体記憶装置、及びその製造方法に関する。[0001]
Field of the Invention
The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device and a method of manufacturing the same .
【0002】
【従来の技術】
従来の不揮発性半導体記憶装置の構成を図10乃至図13を参照して説明する。この従来の不揮発性半導体記憶装置は、電気的に書込みおよび消去可能な不揮発性半導体記憶装置の一つであるNANDセル型EEPROMであって、このEEPROMの等価回路を図10に示し、そのレイアウトを図11に示し、図11に示す切断線A−A′で切断したときの断面図を図12に示し、図11に示す切断線でB−B′で切断したときの断面図を図13に示す。
NANDセル型EEPROMは、図10に示すようにマトリクス配置された複数個のNANDセル部4011,4012,4021,4022を有している。各NANDセル部40ij(i=1,2、j=1,2)は複数個のメモリセルMC1 ,MC2 ,…MCn を有している。各メモリセルMCi (i=1,…n)は半導体基板上に絶縁膜7を介して浮遊ゲート6と制御ゲート8が積層されたスタック構造のトランジスタから構成されている(図10,図12参照)。そして、各NANDセル部内の複数のメモリセルMC1 ,…MCn は、隣接するもの同士でソース・ドレインを共有する形で直列接続された構成となっている。[0002]
[Prior Art]
The configuration of a conventional non-volatile semiconductor memory device will be described with reference to FIGS. This conventional nonvolatile semiconductor memory device is a NAND cell type EEPROM which is one of electrically programmable and erasable nonvolatile semiconductor memory devices, and the equivalent circuit of this EEPROM is shown in FIG. A cross-sectional view taken along the line A-A 'shown in FIG. 11 and shown in FIG. 11 is shown in FIG. 12, and a cross-sectional view taken along the line B-B' along the cut line shown in FIG. Show.
The NAND cell type EEPROM has a plurality of NAND cell units 40 11 , 40 12 , 40 21 and 40 22 arranged in a matrix as shown in FIG. Each NAND cell unit 40 ij (i = 1, 2, j = 1, 2) has a plurality of memory cells MC 1 , MC 2 ,... MC n . Each memory cell MC i (i = 1,... N) is formed of a transistor having a stack structure in which the floating gate 6 and the control gate 8 are stacked on the semiconductor substrate via the insulating film 7 (FIGS. 10 and 12). reference). The plurality of memory cells MC 1 ,..., MC n in each NAND cell unit are connected in series so that adjacent ones share the source and drain.
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の不揮発性半導体記憶装置においては、メモリセルは窒化シリコン膜で覆われているが、このことは以下の問題点がある。
まず、EEPROMにおいては、図14に示すようにデータの書込みおよび消去時にゲート絶縁膜5をキャリアが通過するため、このキャリアの一部がゲート絶縁膜5に近接したバリア絶縁膜12、およびこのバリア絶縁膜12とシリコン酸化膜5aとの界面82にトラップされる。このため、拡散層9の表面に反対の極性のキャリアが誘起され、拡散層9の寄生抵抗が増大してトランジスタの駆動力が低下するという問題が生じる。特にNANDセル型EEPROMでは、拡散層9を介してメモリセルが直列に接続されているため、拡散層9の抵抗の増大の影響が大きい。また、メモリセルの微細化に伴い、ショートチャネル効果低減のために拡散層のドーズ量を減らすと、上述の寄生抵抗の増大は益々顕著となり、微細化の大きな障害となっていた。なお、図14において符号10はゲート加工によるダメージの回復のために行う後酸化によって形成されたシリコン酸化膜である。
また、一般にバリア絶縁膜12には水素が含まれているため、この水素によってバリア絶縁膜12の近接したゲート絶縁膜5が劣化し、トランジスタの信頼性が低下するという問題がある。[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional nonvolatile semiconductor memory device , the memory cell is covered with a silicon nitride film, which has the following problems.
First, in the EEPROM, since the carrier of the gate insulating film 5 at the time of writing and erasing of data, as shown in FIG. 14 passes, the barrier insulating film 12 portion of the carrier is close to the gate insulating film 5, and the barrier It is trapped at the interface 82 between the insulating film 12 and the silicon oxide film 5a. As a result, carriers of the opposite polarity are induced on the surface of the diffusion layer 9, causing a problem that the parasitic resistance of the diffusion layer 9 increases and the drivability of the transistor decreases. Particularly in the NAND cell type EEPROM, since the memory cells are connected in series via the diffusion layer 9, the influence of the increase in resistance of the diffusion layer 9 is large. Further, as the memory cell is miniaturized, if the dose of the diffusion layer is reduced to reduce the short channel effect, the increase of the above-mentioned parasitic resistance becomes more remarkable, which is a large obstacle to the miniaturization. In FIG. 14, reference numeral 10 denotes a silicon oxide film formed by post-oxidation performed to recover from damage due to gate processing.
In addition, since the barrier insulating film 12 generally contains hydrogen, the hydrogen degrades the gate insulating film 5 in the vicinity of the barrier insulating film 12 , resulting in a problem that the reliability of the transistor is lowered.
【0007】
本発明は上記事情を考慮してなされたものであって、トランジスタの駆動力および信頼性の低下を可及的に防止することのできる不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法を提供することを目的とする。[0007]
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a nonvolatile semiconductor memory device and a method of manufacturing the same which can prevent the deterioration of the driving power and the reliability of transistors as much as possible. I assume.
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明による不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板上に形成された複数のメモリセルトランジスタを備え、前記複数のメモリセルトランジスタは半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、その上に形成された浮遊ゲート電極と、その上に形成された絶縁膜と、その上に形成された制御ゲートとを備え、前記複数のメモリセルトランジスタは、ソース線とビット線コンタクトとの間に拡散層を共有する形で直列に接続され、前記メモリセルトランジスタの上面および側面を覆うように配置されたバリア絶縁膜を備え、前記絶縁膜と前記バリア絶縁膜との距離が3nmよりも大きいことを特徴とする。 [0008]
[Means for Solving the Problems]
A nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention comprises a plurality of memory cell transistors formed on a semiconductor substrate, and the plurality of memory cell transistors are formed on a gate insulating film formed on the semiconductor substrate and on the gate insulating film. A floating gate electrode, an insulating film formed thereon, and a control gate formed thereon, wherein the plurality of memory cell transistors share a diffusion layer between a source line and a bit line contact And a barrier insulating film connected in series and disposed to cover the upper surface and the side surface of the memory cell transistor, wherein the distance between the insulating film and the barrier insulating film is larger than 3 nm.
【0009】
また本発明による不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜とゲート電極とを有する複数のメモリセルトランジスタと、半導体基板に接続されたビット線コンタクトを有し、前記メモリセルトランジスタの上面および側面を覆うように配置されたバリア絶縁膜とを備えた不揮発性半導体記憶装置の製造方法において、前記ゲート電極を加工する工程と、後酸化し、前記ゲート絶縁膜よりも厚いシリコン酸化膜を半導体基板上全面に堆積する工程と、前記バリア絶縁膜を堆積する工程とを備えたことを特徴とする。 [0009]
A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention further includes: a plurality of memory cell transistors each having a gate insulating film and a gate electrode formed on a semiconductor substrate; and bit line contacts connected to the semiconductor substrate, In a method of manufacturing a non-volatile semiconductor memory device including a barrier insulating film disposed to cover the upper surface and the side surface of the memory cell transistor, the step of processing the gate electrode, and post oxidation is performed. The method further comprises the steps of: depositing a thick silicon oxide film on the entire surface of the semiconductor substrate; and depositing the barrier insulating film.
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明による不揮発性半導体記憶装置の実施の形態を図面を参照して説明する。
(第1の実施の形態)
本発明による不揮発性半導体記憶装置の第1の実施の形態の構成を図1に示す。この第1の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置は、浮遊ゲート6と制御ゲート8が絶縁膜7を介して積層された構造のゲート電極を有するトランジスタであって、例えばEEPROMのメモリセルとして用いられる。このトランジスタは、半導体基板2の素子領域上に例えばトンネル酸化膜からなるゲート絶縁膜5を介して上記ゲート電極が形成され、このゲート電極の両側の半導体基板2の素子領域にソース・ドレインとなる拡散層9が設けられた構成となっている。またこのゲート電極は例えば酸化シリコンからなる絶縁膜11によって覆われており、この絶縁膜11はコンタクトを形成する際にバリアとなるシリコン窒化膜等のバリア絶縁膜12によって覆われた構成となっている。
そしてこの第1の実施の形態のトランジスタにおいては、拡散層9上の絶縁膜11とバリア絶縁膜12との界面82の、半導体基板2の表面からの高さh1は、ゲート絶縁膜5と浮遊ゲート6との界面84の、半導体基板2の表面からの高さh2よりも高くなるように構成されている。すなわち界面82は界面84よりも半導体基板2の表面から離れて形成されている。[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
First Embodiment
The configuration of the first embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is shown in FIG. The nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment is a transistor having a gate electrode of a structure in which floating gate 6 and control gate 8 are stacked via insulating film 7, and is used, for example, as a memory cell of EEPROM. Be In this transistor, the gate electrode is formed on the element region of the semiconductor substrate 2 via the gate insulating film 5 made of, for example, a tunnel oxide film, and becomes a source / drain in the element region of the semiconductor substrate 2 on both sides of the gate electrode. A diffusion layer 9 is provided. Further, this gate electrode is covered with an insulating film 11 made of, for example, silicon oxide, and this insulating film 11 is covered with a barrier insulating film 12 such as a silicon nitride film which becomes a barrier when forming a contact. There is.
In the transistor of the first embodiment, the height h 1 of the interface 82 between the insulating film 11 on the diffusion layer 9 and the barrier insulating film 12 from the surface of the semiconductor substrate 2 is the gate insulating film 5 The height h 2 of the interface 84 with the floating gate 6 from the surface of the semiconductor substrate 2 is higher. That is, interface 82 is formed farther from the surface of semiconductor substrate 2 than interface 84.
【0012】
本実施形態においては、図15(a)に示すように、界面82の高さh1を界面84の高さh2よりも高くするとともに絶縁膜11の膜厚d1を界面84の半導体基板2の表面からの高さh2よりも大きくした。しかし、図15(b)に示すように距離d1を高さh2よりも大きくしただけでも、従来の場合に比べてバリア絶縁膜12がゲート絶縁膜5から離れて形成されるため、本実施形態と同様な効果を得ることができる。または図15(c)に示すように高さh1を高さh2よりも高くしただけでも、従来の場合に比べてバリア絶縁膜12がゲート絶縁膜5から離れて形成されるため、本実施形態と同様な効果を得ることができる。
この理由を説明する。一般に、書き込み・消去時においては、キャリアは厚さがh2のトンネル絶縁膜5を通過できるだけのエネルギーを持って、半導体基板2および浮遊ゲート6中に存在している。このため、高さh1や距離d1がトンネル絶縁膜5の厚さh2よりも小さいと、書込み・消去時にキャリアの一部がバリア絶縁膜12中またはバリア絶縁膜12と中間膜(拡散層9とバリア絶縁膜12との間に設けられた膜(本実施形態においては、絶縁膜11))との界面にトラップされる。距離d1または高さh1を高さh2よりも大きくすることで、書込み・消去時にキャリアの一部がバリア絶縁膜12中またはバリア絶縁膜12と中間膜11との界面にトラップされることを防止することができる。[0012]
In the present embodiment, as shown in FIG. 15 (a), the semiconductor substrate of the interface 84 the thickness d 1 of the insulating film 11 with the height h 1 of the interface 82 is higher than the height h 2 of the interface 84 The height from the surface of 2 was larger than h2. However, since the barrier insulating film 12 is formed apart from the gate insulating film 5 as compared with a case alone and greater than the height h 2 of the distance d 1 as shown in FIG. 15 (b), the conventional, the The same effect as that of the embodiment can be obtained. Or 15 alone was higher than the height h 2 of height h 1 (c), the since the barrier insulating film 12 is formed apart from the gate insulating film 5 as compared with the conventional case, the The same effect as that of the embodiment can be obtained.
The reason is explained. In general, at the time of writing / erasing, carriers exist in the semiconductor substrate 2 and the floating gate 6 with energy sufficient to pass through the tunnel insulating film 5 having a thickness of h 2 . Therefore, when the height h 1 and the distance d 1 is smaller than the thickness h 2 of the tunnel insulating film 5, in some carriers during writing and erasing the barrier insulating film 12 or the barrier insulating film 12 and the intermediate layer (diffusion It is trapped at the interface between the layer 9 and the film provided between the barrier insulating film 12 (in the present embodiment, the insulating film 11)). By setting the distance d 1 or the height h 1 larger than the height h 2 , part of carriers is trapped in the barrier insulating film 12 or at the interface between the barrier insulating film 12 and the intermediate film 11 at the time of writing and erasing. Can be prevented.
【0013】
このように構成したことにより、書込み・消去時にキャリアの一部がバリア絶縁膜12中またはバリア絶縁膜12と中間膜11との界面にトラップされるのを防止することが可能となり、これにより拡散層9の寄生抵抗が増大するのを防止することができる。このため、本実施形態の不揮発性半導体記憶装置に書込み・消去を繰り返しても図16に示すように、ゲート電圧Vgに対するドレイン電流Idの特性が変化しない。しかし従来の不揮発性半導体記憶装置においては、図17に示すように、書込み・消去を繰り返す前のVg−Id特性はグラフg1であるが、書込み・消去を繰り返すと、書込み・消去時にキャリアの一部がバリア絶縁膜中またはバリア絶縁膜と中間膜との界面にトラップされるため、そのVg−Id特性はグラフg2のように劣化する。
なお、本実施形態においては、絶縁膜7は酸化膜、窒化膜、および酸化膜からなる積層膜であり、この絶縁膜7を構成する窒化膜の端部が絶縁膜11中に突き出た構成となっている(図1参照)。このため、絶縁膜7を構成する窒化膜の端面から絶縁膜11とバリア絶縁膜12との界面間での距離d2は3nmより大きいことが好ましい。これは、絶縁膜7とバリア絶縁膜12とが接している場合、すなわち距離d2が零である場合は、絶縁膜7とバリア絶縁膜12間でリーク電流が生じて、絶縁膜7の絶縁性が悪化するためである。距離d2を3nmより大きくすれば、絶縁膜7とバリア絶縁膜12間のダイレクトトンネリングは生じず、絶縁膜7の絶縁性が低下することはない。[0013]
With this configuration, it is possible to prevent trapping of part of carriers in the barrier insulating film 12 or at the interface between the barrier insulating film 12 and the intermediate film 11 at the time of writing / erasing, whereby diffusion is achieved. The parasitic resistance of the layer 9 can be prevented from increasing. Therefore, as shown in FIG. 16, the characteristics of the drain current Id with respect to the gate voltage Vg do not change even if writing and erasing are repeated in the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment. However, in the conventional nonvolatile semiconductor memory device, as shown in FIG. 17, Vg-Id characteristics before repeating the writing and erasing a graph g 1, repeated writing and erasing, the carrier at the time of writing and erasing part to be trapped at the interface between the barrier insulating film or the barrier insulating film and the intermediate film, the Vg-Id characteristic deteriorates as the graph g 2.
In the present embodiment, the insulating film 7 is a laminated film including an oxide film, a nitride film, and an oxide film, and an end of the nitride film constituting the insulating film 7 protrudes into the insulating film 11 and (See Figure 1). Therefore, the distance d 2 between the interface between the insulating film 11 and the barrier insulating film 12 from the end face of the nitride film constituting the insulating film 7 is preferably greater than 3 nm. This is because when the insulating film 7 and the barrier insulating film 12 are in contact with each other, that is, when the distance d 2 is zero, a leak current is generated between the insulating film 7 and the barrier insulating film 12 and the insulating film 7 is insulated. It is because the sex is deteriorated. If the distance d 2 greater than 3 nm, the direct tunnel between the insulating film 7 and the barrier insulating film 12 does not occur, insulation property of the insulating film 7 is not lowered.
【0014】
次に、この第1の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を図2(a)乃至図2(d)を参照して説明する。
まず図2(a)に示すように半導体基板2の素子領域にゲート絶縁膜5を形成した後に、浮遊ゲート材料の膜6、酸化シリコンおよび窒化シリコンならびに酸化シリコンの積層膜からなる絶縁膜7、および制御ゲート材料の膜8を順次形成し、パターニングすることにより、上記素子領域に複数個のゲート電極を形成する。
続いて、ゲート加工のダメージの回復のための後酸化および拡散層9の形成のための不純物の注入を行う(図2(b)参照)。そして半導体基板2の全面に絶縁膜11を堆積し(図2(b)参照)、続いてバリア絶縁膜12をCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて堆積する(図2(c)参照)。このとき、絶縁膜11の膜厚によって、拡散層9上の絶縁膜11とバリア絶縁膜12との界面82の、半導体基板2の表面からの高さh1が、浮遊電極6とゲート絶縁膜5との界面の、半導体基板2の表面からの高さh2よりも高くなるように調整する。[0014]
Next, a method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (d).
First, as shown in FIG. 2A, after forming the gate insulating film 5 in the element region of the semiconductor substrate 2, an insulating film 7 composed of a film 6 of floating gate material, silicon oxide and silicon nitride and silicon oxide, A plurality of gate electrodes are formed in the element region by sequentially forming and patterning a film 8 of control gate material.
Subsequently, implantation of impurities for post-oxidation for recovery of gate processing damage and formation of the diffusion layer 9 is performed (see FIG. 2B). Then, the insulating film 11 is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 2 (see FIG. 2B), and then the barrier insulating film 12 is deposited using the CVD (Chemical Vapor Deposition) method (see FIG. 2C). At this time, the thickness of the insulating film 11, the interface 82 between the insulating film 11 and the barrier insulating film 12 on the diffusion layer 9, the height h 1 from the surface of the semiconductor substrate 2 is, floating electrode 6 and the gate insulating film Adjustment is made to be higher than the height h 2 from the surface of the semiconductor substrate 2 at the interface with the element 5.
【0016】
(第2の実施の形態)
次に本発明による不揮発性半導体記憶装置の第2の実施の形態の構成を図3に示す。この第2の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置はNANDセル型EEPROMであって、各メモリセルを構成しているトランジスタのゲート電極の側部に例えばシリコン酸化膜からなる絶縁膜11aが形成された構成となっている。そしてこれらのメモリセルはシリコン窒化膜等のバリア絶縁膜12によって覆われた構成となっている。なお、従来のNANDセル型EEPROMの各メモリセルの拡散層9上にはシリコン酸化膜5a(図14参照)を介してバリア絶縁膜12が形成されていたが、本実施の形態においては、拡散層9上には直接バリア絶縁膜12が形成された構成となっている。
そして本実施の形態においては、図4に示すように、浮遊ゲート6近傍の絶縁膜11aの膜厚t1はゲート絶縁膜5の膜厚t2よりも厚くなるように構成されている。このように構成したことにより、書込みおよび消去動作時にキャリアがバリア絶縁膜12およびこのバリア絶縁膜12と拡散層9との界面に到達するのを可及的に防止することが可能となり、拡散層9の寄生抵抗が増大するのを防止することができる。これにより、トランジスタの駆動力が低下するのを可及的に防止することができる。[0016]
Second Embodiment
Next, the configuration of a second embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is shown in FIG. The nonvolatile semiconductor memory device of the second embodiment is a NAND cell type EEPROM, and an insulating film 11a made of, for example, a silicon oxide film is formed on the side of the gate electrode of the transistor constituting each memory cell. The structure is These memory cells are covered with a barrier insulating film 12 such as a silicon nitride film . Although the barrier insulating film 12 is formed on the diffusion layer 9 of each memory cell of the conventional NAND cell type EEPROM via the silicon oxide film 5a (see FIG. 14), in the present embodiment, the diffusion is The barrier insulating film 12 is directly formed on the layer 9.
And in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the thickness t 1 of the insulating film 11a of the floating gate 6 near it is configured to be thicker than the thickness t 2 of the gate insulating film 5. By such a configuration, it is possible to carrier during the write and erase operation is prevented as much as possible from reaching the interface between the barrier insulating film 12 and the barrier insulating film 12 and the diffusion layer 9, a diffusion layer The parasitic resistance of 9 can be prevented from increasing. Thus, the reduction of the driving power of the transistor can be prevented as much as possible.
【0017】
また、従来の場合に比べてバリア絶縁膜12がゲート絶縁膜5から離れて形成されているため、ゲート絶縁膜5が劣化するのを可及的に防止することができる。これにより、信頼性が低下するのを防止することができる。
次に、第2の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を図5(a)乃至図5(d)を参照して説明する。
まず図5(a)に示すように半導体基板2の素子領域にゲート絶縁膜5を形成した後に、浮遊ゲート材料の膜6、酸化シリコンからなる絶縁膜7、および制御ゲート材料の膜8を順次形成し、パターニングすることにより、上記素子領域に複数個のゲート電極を形成する。
続いて、ゲート加工のダメージの回復のための後酸化および拡散層9の形成のための不純物の注入を行う(図5(b)参照)。そして半導体基板2の全面にシリコン酸化膜11を堆積する(図5(b)参照)。
次に図5(c)に示すように異方性エッチング例えばRIE(Reactive IonEtching)を行い、ゲート電極の側面にのみシリコン酸化膜を残存させシリコン酸化膜からなる絶縁膜11aを形成する。
次に図5(d)に示すように基板全面にバリア絶縁膜12をCVD法を用いて堆積する。その後、基板2の全面に層間絶縁膜22を堆積した後、上記層間絶縁膜22内に各種コンタクト例えばコンタクト44の形成と、上記層間絶縁膜22上に配線BL2の形成を行い、EEPROMを完成する。なお、拡散層9の形成は絶縁膜11aの形成後に行っても良いし、LDD構造としても良い。[0017]
Further, since the barrier insulating film 12 is formed apart from the gate insulating film 5 as compared with the conventional case, the gate insulating film 5 can be prevented as much as possible from deteriorating. This can prevent the reliability from being reduced.
Next, a method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 5 (a) to 5 (d).
First, as shown in FIG. 5A, the gate insulating film 5 is formed in the element region of the semiconductor substrate 2, and then the film 6 of floating gate material, the insulating film 7 made of silicon oxide, and the film 8 of control gate material are sequentially By forming and patterning, a plurality of gate electrodes are formed in the element region.
Subsequently, implantation of impurities for post-oxidation for recovery of gate processing damage and formation of the diffusion layer 9 is performed (see FIG. 5B). Then, a silicon oxide film 11 is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 2 (see FIG. 5 (b)) .
Next, as shown in FIG. 5C, anisotropic etching such as RIE (Reactive Ion Etching) is performed to leave the silicon oxide film only on the side surface of the gate electrode and form the insulating film 11a made of the silicon oxide film.
Next, as shown in FIG. 5D, a barrier insulating film 12 is deposited on the entire surface of the substrate using a CVD method. Thereafter, an interlayer insulating film 22 is deposited on the entire surface of the substrate 2, and then various contacts such as contacts 44 are formed in the interlayer insulating film 22, and a wiring BL 2 is formed on the interlayer insulating film 22 to complete the EEPROM. Do. The diffusion layer 9 may be formed after the formation of the insulating film 11a, or may be an LDD structure.
【0018】
この製造方法によって製造される不揮発性半導体記憶装置も第2の実施の形態と同様の効果を奏することは云うまでもない。
(第3の実施の形態)
次に本発明による不揮発性半導体記憶装置の第3の実施の形態の構成を図6に示す。この第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置は、NANDセル型EEPROMであって、第2の実施の形態のNANDセル型EEPROMにおいて、メモリセル間の拡散層9とバリア絶縁膜12との間およびコンタクト底部の拡散層例えば拡散層SL1とシリコン窒化膜等のバリア絶縁膜12との間に導電体膜15を形成した構成となっている。そしてこの導電体膜15の膜厚を調整することによって、この導電体膜15とバリア絶縁膜12との界面の、半導体基板2の表面からの高さが、浮遊ゲート6とゲート絶縁膜5との界面の、半導体基板2の表面からの高さよりも高くなるように構成されている。
このように構成したことにより、書込みおよび消去動作時にゲート絶縁膜5を通過するキャリアがバリア絶縁膜12と導電体膜15との界面にトラップされるのを可及的に防止することができる。これにより、拡散層9の寄生抵抗が増大するのを防止することが可能となり、トランジスタの駆動力が低下するのを可及的に防止することができる。[0018]
It goes without saying that the non-volatile semiconductor memory device manufactured by this manufacturing method also exhibits the same effect as that of the second embodiment.
Third Embodiment
Next, FIG. 6 shows the configuration of the third embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention. The nonvolatile semiconductor memory device of the third embodiment is a NAND cell type EEPROM, and in the NAND cell type EEPROM of the second embodiment, the diffusion layer 9 between the memory cells and the barrier insulating film 12 are formed. and it has a form with the structure of the conductive film 15 to and between the barrier insulating film 12 such as a diffusion layer a diffusion layer SL 1 and the silicon nitride film of the contact base. The height of the interface between the conductor film 15 and the barrier insulating film 12 from the surface of the semiconductor substrate 2 is adjusted by adjusting the film thickness of the conductor film 15 to the floating gate 6 and the gate insulating film 5. And the height of the interface from the surface of the semiconductor substrate 2.
With this configuration, it is possible to prevent, as much as possible, that carriers passing through the gate insulating film 5 during the write and erase operations are trapped at the interface between the barrier insulating film 12 and the conductor film 15. This makes it possible to prevent the parasitic resistance of the diffusion layer 9 from increasing, and to prevent the reduction of the driving power of the transistor as much as possible.
【0019】
また、従来の場合に比べて、バリア絶縁膜12がゲート絶縁膜5から離れて形成されているため、ゲート絶縁膜5が劣化するのを可及的に防止することができる。これにより、信頼性が低下するのを防止することができる。
なお、ゲート絶縁膜5に窒素が含まれている場合には、後酸化等により拡散層9上に酸化膜を形成して酸化膜の膜厚を厚くすることは一般に難かしい。このような場合には本発明の第1乃至第3の実施の形態のいずれかの場合のように構成すれば、バリア絶縁膜12をゲート絶縁膜5から離れて形成することが可能となり、トランジスタの駆動力の低下およびゲート絶縁膜の劣化防止することができる。これにより、信頼性が低下するのを防止することができる。
次に上記第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を図7(a)乃至図7(d)を参照して説明する。
まず図7(a)に示すように半導体基板2の素子領域にゲート絶縁膜5を形成した後に、浮遊ゲート材料の膜6、酸化シリコンからなる絶縁膜7、および制御ゲート材料の膜8を順次形成し、パターニングすることにより、上記素子領域に複数個のゲート電極を形成する。
続いて、ゲート加工のダメージの回復のための後酸化および拡散層9の形成のための不純物の注入を行う(図7(b)参照)。そして半導体基板2の全面に絶縁膜11を堆積する(図7(b)参照)。[0019]
Further, since the barrier insulating film 12 is formed apart from the gate insulating film 5 as compared with the conventional case, deterioration of the gate insulating film 5 can be prevented as much as possible. This can prevent the reliability from being reduced.
When the gate insulating film 5 contains nitrogen, it is generally difficult to form an oxide film on the diffusion layer 9 by post oxidation or the like to increase the thickness of the oxide film. In such a case, if configured as in any of the first to third embodiments of the present invention, the barrier insulating film 12 can be formed apart from the gate insulating film 5, and the transistor can be formed. Thus, it is possible to prevent the reduction of the driving force and the deterioration of the gate insulating film. This can prevent the reliability from being reduced.
Next, a method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 7 (a) to 7 (d).
First, as shown in FIG. 7A, the gate insulating film 5 is formed in the element region of the semiconductor substrate 2, and then the film 6 of floating gate material, the insulating film 7 made of silicon oxide, and the film 8 of control gate material are sequentially By forming and patterning, a plurality of gate electrodes are formed in the element region.
Subsequently, implantation of impurities for post-oxidation for recovery of gate processing damage and formation of the diffusion layer 9 is performed (see FIG. 7B). Then, the insulating film 11 is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 2 (see FIG. 7B).
【0020】
次に図7(c)に示すように異方性エッチング例えばRIE(Reactive IonEtching)を行い、ゲート電極の側面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜11aを形成する。この絶縁膜11aは、ゲート絶縁膜5より厚いことが好ましい。
続いて、シリコンを拡散層9上に選択的成長させ、この成長させたシリコンに拡散層9と同じ導電型の不純物を注入し、導電体膜15を形成する(図7(c)参照)。この導電体膜15の膜厚は、拡散層9の深さと同程度、例えば、3nm程度であることが好ましく、また不純物濃度も拡散層9のそれと同程度、例えば1.0×1020cm−3であることが好ましい。
次に図7(d)に示すように基板全面にバリア絶縁膜12をCVD法を用いて堆積する。その後、基板2の全面に層間絶縁膜22を堆積した後、上記層間絶縁膜22内に各種コンタクト例えばコンタクト44の形成と、上記層間絶縁膜22上に配線BL2の形成を行い、EPROMを完成する。なお、拡散層9の形成は、絶縁膜11aの形成後に行っても良いし、LDD構造としても良い。
この製造方法によって製造される不揮発性半導体記憶装置も第3の実施の形態と同様にトランジスタの駆動力の低下およびゲート絶縁膜5の劣化を防止することができる。また、導電体膜15は拡散層9と同じ導電型の不純物領域であるため、この導電体膜15がソース・ドレインとなる。そしてこのソース・ドレインがチャネル(ゲート絶縁膜5下の半導体基板2の表面)に対して高い位置にあるため、ショートチャネル効果を抑制することができる。[0020]
Next, as shown in FIG. 7C, anisotropic etching such as RIE (Reactive Ion Etching) is performed to form an insulating film 11a made of a silicon oxide film on the side surface of the gate electrode. The insulating film 11 a is preferably thicker than the gate insulating film 5.
Subsequently, silicon is selectively grown on the diffusion layer 9, and an impurity of the same conductivity type as that of the diffusion layer 9 is implanted into the grown silicon to form a conductor film 15 (see FIG. 7C). The film thickness of the conductor film 15 is preferably about the same as the depth of the diffusion layer 9, for example, about 3 nm, and the impurity concentration is also about the same as that of the diffusion layer 9, for example 1.0 × 10 20 cm − 3 is preferable.
Next, as shown in FIG. 7D, a barrier insulating film 12 is deposited on the entire surface of the substrate using a CVD method. Thereafter, an interlayer insulating film 22 is deposited on the entire surface of the substrate 2, and then various contacts such as contacts 44 are formed in the interlayer insulating film 22 and a wiring BL 2 is formed on the interlayer insulating film 22 to complete an EPROM. Do. The formation of the diffusion layer 9 may be performed after the formation of the insulating film 11a, or may be an LDD structure.
Similarly to the third embodiment, the non-volatile semiconductor memory device manufactured by this manufacturing method can prevent the reduction of the driving power of the transistor and the deterioration of the gate insulating film 5. Further, since the conductor film 15 is an impurity region of the same conductivity type as the diffusion layer 9, the conductor film 15 becomes a source / drain. Since the source and drain are at a high position with respect to the channel (the surface of the semiconductor substrate 2 below the gate insulating film 5), the short channel effect can be suppressed.
【0021】
なお、この第3の実施の形態においては、メモリセル間の拡散層9上ばかりでなく、コンタクト44が接続する拡散層SL1上にも不純物が添加されたシリコン膜15が形成されている(図6参照)。すなわち、メモリセル間と、コンタクト底の拡散層上に形成されたシリコンに拡散層と同じ導電型の不純物が添加された構成となっている(図8の表の1)参照)。しかし、拡散層SL1上に形成されたシリコンに不純物を添加し、メモリセル間の拡散層9上に形成されたシリコンには不純物を添加しなくても良い(図8の表の2)参照)。この場合もゲート絶縁膜5からバリア絶縁膜12が離れて形成されているため、トランジスタの駆動力の低下およびゲート絶縁膜5の劣化を防止することができる。
また、拡散層上に成長させたシリコンからなる膜に不純物を添加せずに、シリサイド化しても良い(図8の表の3)参照)。
なお、第3の実施の形態においては、導電体膜15は、ゲート絶縁膜5の膜厚よりも厚くして、この導電体膜15とバリア絶縁膜12との界面の、半導体基板2の表面からの高さが、浮遊ゲート6とゲート絶縁膜5との界面の、半導体基板2の表面からの高さよりも高くなるようにしたが、導電体膜15を金属から構成した場合は、ゲート絶縁膜5の膜厚よりも薄くすることができる。また導電体膜15が、例えばシリコンからなる半導体膜に不純物を添加したものから構成されている場合は、不純物濃度を高くして、導電体膜15とバリア絶縁膜12との界面にトラップされたキャリアにより導電体膜15内に形成される空乏層が拡散層9に達しないような膜厚に、導電体膜15を形成すれば、第3の実施の形態と同様の効果を得ることができるとともに、導電体膜15の膜厚を第3の実施の形態に比べて薄くすることができる。この場合、絶縁膜11aの膜厚はゲート絶縁膜よりも厚くすることが好ましい。[0021]
In the third embodiment, the silicon film 15 to which the impurity is added is formed not only on the diffusion layer 9 between the memory cells but also on the diffusion layer SL 1 to which the contact 44 is connected (see FIG. See Figure 6). That is, the same conductivity type impurity as the diffusion layer is added to the silicon formed between the memory cells and on the diffusion layer at the bottom of the contact (see 1 in the table of FIG. 8). However, by adding an impurity to the silicon formed on the diffusion layer SL 1, the silicon formed on the diffusion layer 9 between the memory cells it is not necessary to add an impurity (2 in the table of FIG. 8) reference ). Also in this case, since the barrier insulating film 12 is formed apart from the gate insulating film 5, it is possible to prevent the reduction of the driving force of the transistor and the deterioration of the gate insulating film 5.
Alternatively, the film made of silicon grown on the diffusion layer may be silicided without adding an impurity (see 3 in the table of FIG. 8).
In the third embodiment, the conductive film 15 is thicker than the film thickness of the gate insulating film 5 and the surface of the semiconductor substrate 2 at the interface between the conductive film 15 and the barrier insulating film 12 is The height from the top is higher than the height from the surface of the semiconductor substrate 2 at the interface between the floating gate 6 and the gate insulating film 5. However, when the conductor film 15 is made of metal, the gate insulation is It can be thinner than the film thickness of the film 5. When the conductor film 15 is made of, for example, a semiconductor film made of silicon doped with an impurity, the impurity concentration is increased, and the electric conductor film 15 is trapped at the interface between the conductor film 15 and the barrier insulating film 12 . If the conductor film 15 is formed to such a thickness that the depletion layer formed in the conductor film 15 by the carrier does not reach the diffusion layer 9, the same effect as that of the third embodiment can be obtained. In addition, the film thickness of the conductor film 15 can be made thinner than that of the third embodiment. In this case, the film thickness of the insulating film 11a is preferably thicker than that of the gate insulating film.
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による不揮発性半導体記憶装置の第1の実施の形態の構成を示す断面図。
【図2】第1の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す工程断面図。
【図3】本発明による不揮発性半導体記憶装置の第2の実施の形態の構成を示す断面図。
【図4】第2の実施の形態の特徴を説明する断面図。
【図5】第2の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す工程断面図。
【図6】本発明による第3の実施の形態の構成を示す断面図。
【図7】第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図。
【図8】第3の実施の形態の変形例を説明する図。
【図9】第1乃至第3の実施の形態の変形例を説明する断面図。
【図10】NANDセル型EEPROMの等価回路図。
【図11】図10に示すNANDセル型EEPROMのレイアウト図。
【図12】図11に示す切断線A−A´で切断したときの断面図。
【図13】図11に示す切断線B−B´で切断したときの断面図。
【図14】従来の不揮発性半導体記憶装置の問題点を説明する図。
【図15】本発明の特徴を説明する図。
【図16】本発明の特性を示すグラフ。
【図17】従来の特性を示すグラフ。
【図18】本発明の中間膜の構成を説明する図。
【符号の説明】
2…半導体基板、
4…素子分離領域(絶縁膜)、
5…ゲート絶縁膜、
6…浮遊ゲート、
7…絶縁膜、
8…制御ゲート、
9…拡散層、
11…絶縁膜、
12…バリア絶縁膜Brief Description of the Drawings
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a first embodiment of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention.
FIG. 2 is a process sectional view showing the method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device of the first embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of a second embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the features of the second embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device of the second embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a third embodiment according to the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device of the third embodiment.
FIG. 8 is a view for explaining a modification of the third embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a modification of the first to third embodiments.
FIG. 10 is an equivalent circuit diagram of a NAND cell type EEPROM.
11 is a layout diagram of the NAND cell type EEPROM shown in FIG.
12 is a cross-sectional view taken along the line A-A 'shown in FIG.
13 is a cross-sectional view taken along the line B-B 'shown in FIG.
FIG. 14 is a diagram for explaining problems of the conventional nonvolatile semiconductor memory device .
FIG. 15 is a view for explaining the features of the present invention.
FIG. 16 is a graph showing the characteristics of the present invention.
FIG. 17 is a graph showing conventional characteristics.
FIG. 18 is a view for explaining the constitution of an intermediate film of the present invention.
[Description of the code]
2 ... Semiconductor substrate,
4 ... element isolation region (insulating film),
5: Gate insulating film,
6 ... floating gate,
7 ... Insulating film,
8: Control gate,
9: Diffusion layer,
11: Insulating film,
12: Barrier insulating film
Claims (14)
前記複数のメモリセルトランジスタは半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、その上に形成された浮遊ゲート電極と、その上に形成された絶縁膜と、その上に形成された制御ゲートとを備え、The plurality of memory cell transistors include a gate insulating film formed on a semiconductor substrate, a floating gate electrode formed thereon, an insulating film formed thereon, and a control gate formed thereon Equipped
前記複数のメモリセルトランジスタは、ソース線とビット線コンタクトとの間に拡散層を共有する形で直列に接続され、The plurality of memory cell transistors are connected in series, sharing a diffusion layer between the source line and the bit line contact,
前記メモリセルトランジスタの上面および側面を覆うように配置されたバリア絶縁膜を備え、A barrier insulating film disposed to cover the top and side surfaces of the memory cell transistor;
前記絶縁膜と前記バリア絶縁膜との距離が3nmよりも大きいことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。A nonvolatile semiconductor memory device characterized in that a distance between the insulating film and the barrier insulating film is larger than 3 nm.
前記複数のメモリセルトランジスタは、半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極の両側に配置された拡散層とを備え、The plurality of memory cell transistors include a gate insulating film formed on a semiconductor substrate, a gate electrode formed on the gate insulating film, and diffusion layers disposed on both sides of the gate electrode.
前記複数のメモリセルトランジスタは、ソース線とビット線コンタクトとの間に前記拡散層を共有するように直列に接続され、The plurality of memory cell transistors are connected in series to share the diffusion layer between a source line and a bit line contact,
前記メモリセルトランジスタの上面および側面を覆うように配置されたバリア絶縁膜を備え、A barrier insulating film disposed to cover the top and side surfaces of the memory cell transistor;
前記メモリセルトランジスタの前記ゲート電極の側面と前記バリア絶縁膜との距離が前記ゲート絶縁膜の膜厚よりも大きく、かつ前記半導体基板の表面から前記バリア絶縁膜までの距離が前記ゲート絶縁膜の膜厚よりも小さいことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。The distance between the side surface of the gate electrode of the memory cell transistor and the barrier insulating film is larger than the thickness of the gate insulating film, and the distance from the surface of the semiconductor substrate to the barrier insulating film is the gate insulating film. A nonvolatile semiconductor memory device characterized by having a film thickness smaller than that.
前記メモリセルトランジスタおよび前記選択トランジスタは、半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、その上に配置されたゲート電極と、その両側に配置された拡散層とを備え、The memory cell transistor and the selection transistor include a gate insulating film formed on a semiconductor substrate, gate electrodes disposed thereon, and diffusion layers disposed on both sides thereof.
前記メモリセルトランジスタは、前記選択トランジスタを介してビット線コンタクトに接続され、前記選択トランジスタの上面及び側面を覆うように形成されたバリア絶縁膜を備え、前記選択トランジスタの前記ゲート電極の側面と前記バリア絶縁膜との距離が前記選択トランジスタのゲート絶縁膜の膜厚よりも大きく、かつ前記半導体基板の表面から前記The memory cell transistor includes a barrier insulating film connected to a bit line contact via the selection transistor and formed to cover the upper surface and the side surface of the selection transistor, and the side surface of the gate electrode of the selection transistor The distance from the barrier insulating film is greater than the thickness of the gate insulating film of the selection transistor, and the distance from the surface of the semiconductor substrate is バリア絶縁膜までの距離が前記選択トランジスタのゲート絶縁膜の膜厚よりも小さいことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。A nonvolatile semiconductor memory device characterized in that a distance to a barrier insulating film is smaller than a film thickness of a gate insulating film of the selection transistor.
前記ゲート電極を加工する工程と、Processing the gate electrode;
後酸化し、前記ゲート絶縁膜よりも厚いシリコン酸化膜を半導体基板上全面に堆積する工程と、Post-oxidation to deposit a silicon oxide film thicker than the gate insulating film over the entire surface of the semiconductor substrate;
前記バリア絶縁膜を堆積する工程とDepositing the barrier insulating film;
を備えたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。A method of manufacturing a non-volatile semiconductor memory device, comprising:
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