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JP2006013334A - Nonvolatile memory device and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2006013334A
JP2006013334A JP2004191520A JP2004191520A JP2006013334A JP 2006013334 A JP2006013334 A JP 2006013334A JP 2004191520 A JP2004191520 A JP 2004191520A JP 2004191520 A JP2004191520 A JP 2004191520A JP 2006013334 A JP2006013334 A JP 2006013334A
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Japan
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region
insulating layer
trench
layer
semiconductor layer
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Application number
JP2004191520A
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Inventor
Yutaka Maruo
豊 丸尾
Isao Takeda
庸 武田
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】 FNトンネル電流を利用して動作する不揮発性記憶装置において、トンネル絶縁膜の膜厚を制御することで、動作特性が向上した不揮発性記憶装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明の不揮発性記憶装置は、半導体層10と、
前記半導体層10に設けられた第1トレンチ22aと、該第1トレンチ22aと比してトレンチの側面の傾斜角が小さい第2トレンチ20aと、
前記第1トレンチ22aに絶縁層が埋め込まれて形成された第1分離絶縁層22により画定された第1の領域10Cと、
前記第2トレンチ20aに絶縁層が埋め込まれて形成された第2分離絶縁層20により画定された第2の領域10A,Cと、
前記第1の領域10Cおよび前記第2の領域10A,Bの半導体層10の上方に設けられた絶縁層30と、
少なくとも前記絶縁層30の上方に設けられたフローティングゲート電極32と、
前記フローティングゲート電極32に印加する電圧を制御するためのコントロールゲート42と、を含む。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a nonvolatile memory device having improved operational characteristics by controlling the film thickness of a tunnel insulating film in a nonvolatile memory device that operates using an FN tunnel current.
A nonvolatile memory device of the present invention includes a semiconductor layer 10, and
A first trench 22a provided in the semiconductor layer 10; a second trench 20a having a smaller inclination angle on the side surface of the trench compared to the first trench 22a;
A first region 10C defined by a first isolation insulating layer 22 formed by embedding an insulating layer in the first trench 22a;
Second regions 10A and C defined by a second isolation insulating layer 20 formed by embedding an insulating layer in the second trench 20a;
An insulating layer 30 provided above the semiconductor layer 10 of the first region 10C and the second regions 10A and B;
A floating gate electrode 32 provided at least above the insulating layer 30;
And a control gate 42 for controlling a voltage applied to the floating gate electrode 32.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、フローティングゲート電極を有する不揮発性記憶装置およびその製造方法に関し、特に、FN(Fowler―Nordheim)トンネル電流で書き込みおよび消去を行う不揮発性記憶装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a nonvolatile memory device having a floating gate electrode and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a nonvolatile memory device that performs writing and erasing with an FN (Fowler-Nordheim) tunnel current and a manufacturing method thereof.

不揮発性記憶装置の一つとして、半導体層上に絶縁層を介して設けられたフローティングゲート電極と、さらに、フローティングゲート電極の上に絶縁層を介して設けられたコントロールゲート電極と、半導体層に設けられたソース領域およびドレイン領域と、からなるスタックゲート型の不揮発性記憶装置があげられる。このようなスタックゲート型の不揮発性記憶装置では、コントロールゲート電極と、ドレイン領域とに、所定の電圧を印加して、フローティングゲート電極に電子の注入/放出を行うことで書き込みおよび消去が行われる。   As one of nonvolatile memory devices, a floating gate electrode provided on a semiconductor layer via an insulating layer, a control gate electrode provided on the floating gate electrode via an insulating layer, and a semiconductor layer A stacked gate type nonvolatile memory device including a provided source region and drain region can be given. In such a stacked gate type nonvolatile memory device, writing and erasing are performed by applying a predetermined voltage to the control gate electrode and the drain region and injecting / emitting electrons to the floating gate electrode. .

このようなスタックゲート型の不揮発性記憶装置では、2回のゲート電極の形成工程を有するために工程数が増加し、かつ、フローティングゲート電極の上に、薄膜の絶縁層を形成する必要があり製造工程が煩雑になる。そのため、スタックゲート型の不揮発性記憶装置と比して、簡易な製造工程で、かつ安価なコストと製造できる不揮発性記憶装置として、特許文献1に参照の不揮発性記憶装置が提案されている。特許文献1に記載の不揮発性記憶装置は、コントロールゲートを半導体層内のN型の不純物領域であり、フローティングゲート電極が、一層のポリシリコン層などの導電層からなる(以下、「一層ゲート型の不揮発性記憶装置」という)。このような一層ゲート型の不揮発性記憶装置は、ゲート電極を積層する必要がないため、通常のCMOSトランジスタのプロセスと同様にして形成することができるという利点を有する。
特開昭63−166274号公報
In such a stacked gate type nonvolatile memory device, the number of steps is increased because it has two gate electrode forming steps, and it is necessary to form a thin insulating layer on the floating gate electrode. The manufacturing process becomes complicated. For this reason, a nonvolatile memory device referred to in Patent Document 1 has been proposed as a nonvolatile memory device that can be manufactured with a simple manufacturing process and at low cost as compared with a stack gate type nonvolatile memory device. In the nonvolatile memory device described in Patent Document 1, a control gate is an N-type impurity region in a semiconductor layer, and a floating gate electrode is formed of a conductive layer such as a single polysilicon layer (hereinafter referred to as “one-layer gate type”). Non-volatile storage device "). Such a single-gate nonvolatile memory device has an advantage that it can be formed in the same manner as a normal CMOS transistor process because it is not necessary to stack gate electrodes.
JP 63-166274 A

上述した種々の不揮発性記憶装置では、CHE(Channel Hot Electron)やFNトンネル電流を用いて、フローティングゲート電極への電子の注入や抜き取りにより書き込みや消去が行われる。FNトンネル電流による書き込みや消去を行うときには、動作特性を向上させるために、フローティングゲート電極下の絶縁層(トンネル絶縁膜)の薄膜化などが試みられている。一方で、絶縁層が薄膜化されると動作特性は向上するものの、絶縁層の耐性が損なわれ、書き込み可能回数などが減少することもある。そこで、書き込みや消去の動作特性を向上しつつも信頼性の確保された不揮発性記憶装置が求められている。   In the various nonvolatile memory devices described above, writing or erasing is performed by injecting or extracting electrons from the floating gate electrode using CHE (Channel Hot Electron) or FN tunnel current. At the time of writing or erasing with the FN tunnel current, attempts have been made to reduce the thickness of the insulating layer (tunnel insulating film) under the floating gate electrode in order to improve the operating characteristics. On the other hand, when the thickness of the insulating layer is reduced, the operating characteristics are improved, but the resistance of the insulating layer is impaired, and the number of times that data can be written may decrease. Therefore, there is a demand for a nonvolatile memory device that improves the operation characteristics of writing and erasing while ensuring reliability.

本発明の目的は、FNトンネル電流を利用して動作する不揮発性記憶装置において、トンネル絶縁膜の膜厚を制御することで、動作特性が向上した不揮発性記憶装置およびその製造方法を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a nonvolatile memory device that operates using an FN tunnel current, and has improved operational characteristics by controlling the thickness of the tunnel insulating film, and a method for manufacturing the same. It is in.

本発明の不揮発性記憶装置は、半導体層と、
前記半導体層に設けられた第1トレンチと、該第1トレンチと比してトレンチの側面の傾斜角が小さい第2トレンチと、
前記第1トレンチに絶縁層が埋め込まれて形成された第1分離絶縁層により画定された第1の領域と、
前記第2トレンチに絶縁層が埋め込まれて形成された第2分離絶縁層により画定された第2の領域と、
前記第1の領域および前記第2領域の半導体層の上方に設けられた絶縁層と、
少なくとも前記第1領域の前記絶縁層の上方に設けられたフローティングゲート電極と、
前記フローティングゲート電極に印加する電圧を制御するためのコントロールゲートと、を含む。
The nonvolatile memory device of the present invention includes a semiconductor layer,
A first trench provided in the semiconductor layer, and a second trench having a smaller inclination angle of a side surface of the trench than the first trench,
A first region defined by a first isolation insulating layer formed by embedding an insulating layer in the first trench;
A second region defined by a second isolation insulating layer formed by embedding an insulating layer in the second trench;
An insulating layer provided above the semiconductor layer of the first region and the second region;
A floating gate electrode provided at least above the insulating layer in the first region;
A control gate for controlling a voltage applied to the floating gate electrode.

本発明の不揮発性記憶装置によれば、第1トレンチに絶縁層を埋め込み形成された第1分離絶縁層により画定された第1の領域の半導体層の上に、フローティングゲート電極が設けられる。つまり、本発明の製造方法により得られる不揮発性記憶装置において、書き込みや消去を行なう箇所は、第1分離絶縁層により画定された領域に設けられることになる。   According to the nonvolatile memory device of the present invention, the floating gate electrode is provided on the semiconductor layer in the first region defined by the first isolation insulating layer in which the insulating layer is embedded in the first trench. That is, in the nonvolatile memory device obtained by the manufacturing method of the present invention, the place where writing or erasing is performed is provided in a region defined by the first isolation insulating layer.

第1の領域と第2の領域とでは、それぞれの領域を画定するトレンチの側面の傾斜角度が異なることで、各領域の半導体層の側面と半導体層の表面とがなす角の大きさも異なってくる。つまり、第1トレンチの傾斜角が第2トレンチの傾斜角と比して大きいため、第1分離絶縁層により画定された第1の領域の半導体層の側面と半導体層の表面とがなす角は、第2分離絶縁層により画定された第2の領域の場合と比して大きいものとなる。半導体層の側面と半導体層の表面とのなす角が大きい場合には、半導体層と分離絶縁層の境界部分に設けられた絶縁層の膜厚が、境界部分以外に設けられた絶縁層の膜厚と比して小さくなるように絶縁層を形成することができる。そのため、フローティングゲート電極下の絶縁層において、部分的に膜厚の小さい領域を設けることができる。絶縁層の膜厚が小さい部分では、フローティングゲート電極と半導体層との間の電界を大きくすることができる。これにより、全体的にFNトンネル電流が流れやすくなり、その結果、書き込みおよび消去特性が向上した不揮発性記憶装置を提供することができる。   The first region and the second region have different angles of inclination between the side surfaces of the trenches that define the respective regions, and the angle between the side surface of the semiconductor layer and the surface of the semiconductor layer in each region is also different. come. That is, since the inclination angle of the first trench is larger than the inclination angle of the second trench, the angle formed by the side surface of the semiconductor layer in the first region defined by the first isolation insulating layer and the surface of the semiconductor layer is As compared with the second region defined by the second isolation insulating layer, it becomes larger. When the angle formed between the side surface of the semiconductor layer and the surface of the semiconductor layer is large, the film thickness of the insulating layer provided at the boundary portion between the semiconductor layer and the isolation insulating layer is the film of the insulating layer provided outside the boundary portion. The insulating layer can be formed to be smaller than the thickness. Therefore, a region with a small thickness can be provided in the insulating layer under the floating gate electrode. In the portion where the thickness of the insulating layer is small, the electric field between the floating gate electrode and the semiconductor layer can be increased. As a result, the FN tunnel current easily flows as a whole, and as a result, a nonvolatile memory device with improved write and erase characteristics can be provided.

なお、本発明において、トレンチの側面の傾斜角とは、トレンチの側面と半導体層の表面とがなす角度のことをいう。また、本発明において、特定のA層の上方に設けられたB層とは、A層の上に直接B層が設けられている場合と、A層の上に他の層を介してB層が設けられている場合とを含む意味である。   In the present invention, the inclination angle of the side surface of the trench means an angle formed by the side surface of the trench and the surface of the semiconductor layer. Further, in the present invention, the B layer provided above a specific A layer refers to the case where the B layer is provided directly on the A layer and the B layer via another layer on the A layer. Including the case where is provided.

本発明の不揮発性記憶装置は、さらに、下記の態様をとることができる。   The nonvolatile memory device of the present invention can further take the following aspects.

本発明の不揮発性記憶装置において、前記第1分離絶縁層と前記半導体層との境界部分に設けられた前記絶縁層の膜厚は、前記第2分離絶縁層と前記半導体層との境界部分に設けられた前記絶縁層の膜厚と比して小さいものであることができる。   In the nonvolatile memory device of the present invention, the film thickness of the insulating layer provided at the boundary portion between the first isolation insulating layer and the semiconductor layer is set at the boundary portion between the second isolation insulating layer and the semiconductor layer. It can be smaller than the thickness of the provided insulating layer.

本発明の不揮発性記憶装置において、前記第1トレンチは、最小デザインルールによる寸法を有することができる。この態様では、第1トレンチの開口パターンが小さいため、トレンチの傾斜角をより大きくすることができる。その結果、第1分離絶縁層と半導体層との境界部分に設けられる絶縁層の膜厚のさらなる薄膜化を図ることができ、動作特性が向上した不揮発性記憶装置を提供することができる。   In the nonvolatile memory device of the present invention, the first trench may have a dimension according to a minimum design rule. In this aspect, since the opening pattern of the first trench is small, the inclination angle of the trench can be further increased. As a result, the thickness of the insulating layer provided at the boundary between the first isolation insulating layer and the semiconductor layer can be further reduced, and a nonvolatile memory device with improved operating characteristics can be provided.

本発明の不揮発性記憶装置において、前記コントロールゲートは、前記第2の領域に設けられたN型の不純物領域であり、
前記フローティングゲート電極は、前記第1の領域と前記第2の領域の上方に亘って設けられていることができる。この態様によれば、動作特性が向上した一層ゲート型の不揮発性記憶装置を提供することができる。
In the nonvolatile memory device of the present invention, the control gate is an N-type impurity region provided in the second region,
The floating gate electrode may be provided over the first region and the second region. According to this aspect, it is possible to provide a single-gate nonvolatile memory device with improved operating characteristics.

本発明の不揮発性記憶装置において、前記コントロールゲートは、前記フローティングゲート電極の上に、絶縁層を介して設けられていることができる。この態様によれば、動作特性が向上したスタックゲート型の不揮発性記憶装置を提供することができる。   In the nonvolatile memory device of the present invention, the control gate can be provided on the floating gate electrode via an insulating layer. According to this aspect, it is possible to provide a stacked gate type nonvolatile memory device with improved operating characteristics.

本発明の不揮発性記憶装置の製造方法は、
(a)半導体層に第1トレンチと、該第1トレンチと比してトレンチの側面の傾斜角が小さい第2トレンチとを形成し、
(b)前記第1トレンチおよび第2トレンチに絶縁層を埋め込み、第1分離絶縁層および第2分離絶縁層を形成することで、該第1分離絶縁層により画定された第1領域と、該第2分離絶縁層により画定された第2領域と、を形成し、
(c)前記第1領域および前記第2領域の半導体層の上方に設けられた絶縁層を形成し、
(d)少なくとも前記第1領域の前記絶縁層の上方にフローティングゲート電極を形成し、
(e)前記フローティングゲート電極に印加する電圧を制御するコントロールゲートを形成すること、を含む。
A method for manufacturing a nonvolatile memory device according to the present invention includes:
(A) forming a first trench in the semiconductor layer and a second trench having a smaller inclination angle on the side surface of the trench than the first trench;
(B) embedding an insulating layer in the first trench and the second trench to form a first isolation insulating layer and a second isolation insulating layer, thereby forming a first region defined by the first isolation insulating layer; Forming a second region defined by the second isolation insulating layer;
(C) forming an insulating layer provided above the semiconductor layers of the first region and the second region;
(D) forming a floating gate electrode at least above the insulating layer in the first region;
(E) forming a control gate for controlling a voltage applied to the floating gate electrode.

本発明の不揮発性記憶装置の製造方法によれば、第1トレンチに絶縁層が埋め込まれて形成された第1分離絶縁層により画定された第1領域の半導体層の上に、フローティングゲート電極を形成することができる。つまり、本発明の製造方法により得られる不揮発性記憶装置において、書き込みや消去を行なう箇所は、第1分離絶縁層により画定された領域に設けられることになる。   According to the method of manufacturing the nonvolatile memory device of the present invention, the floating gate electrode is formed on the semiconductor layer in the first region defined by the first isolation insulating layer formed by embedding the insulating layer in the first trench. Can be formed. That is, in the nonvolatile memory device obtained by the manufacturing method of the present invention, the place where writing or erasing is performed is provided in a region defined by the first isolation insulating layer.

第1領域と第2領域とでは、それぞれの領域を画定するトレンチの側面の傾斜角度が異なることで、各領域の半導体層の側面と半導体層の表面とがなす角も異なってくる。つまり、第1トレンチの傾斜角が第2トレンチの傾斜角と比して大きいため、第1分離絶縁層による画定された第1領域の半導体層の側面と半導体層の表面とがなす角も大きいものとなる。半導体層の側面と半導体層の表面とのなす角が大きい場合には、半導体層と分離絶縁層の境界部分の半導体層の上に形成される絶縁層の膜厚が、境界部分以外の半導体層上に形成される絶縁層の膜厚と比して小さくなるような絶縁層を形成することができる。その結果、FNトンネル電流を大きくすることができ、書き込みや消去などの動作特性の向上が図られた不揮発性記憶装置を製造することができる。   In the first region and the second region, the angle formed between the side surface of the semiconductor layer and the surface of the semiconductor layer in each region is different because the inclination angle of the side surface of the trench defining each region is different. That is, since the inclination angle of the first trench is larger than the inclination angle of the second trench, the angle formed between the side surface of the semiconductor layer in the first region defined by the first isolation insulating layer and the surface of the semiconductor layer is also large. It will be a thing. When the angle formed between the side surface of the semiconductor layer and the surface of the semiconductor layer is large, the thickness of the insulating layer formed on the semiconductor layer at the boundary portion between the semiconductor layer and the isolation insulating layer is the semiconductor layer other than the boundary portion. An insulating layer that is smaller than the thickness of the insulating layer formed thereon can be formed. As a result, the FN tunnel current can be increased, and a nonvolatile memory device with improved operating characteristics such as writing and erasing can be manufactured.

なお、本発明において、トレンチの側面の傾斜角とは、トレンチの側面と半導体層の表面とがなす角度のことをいう。また、本発明において、特定のA層の上方にB層を設けるとは、A層の上に直接B層を設ける場合と、A層の上に他の層を介してB層を設ける場合を含む意味である。   In the present invention, the inclination angle of the side surface of the trench means an angle formed by the side surface of the trench and the surface of the semiconductor layer. In the present invention, providing the B layer above the specific A layer means that the B layer is provided directly on the A layer, and the B layer is provided on the A layer via another layer. Including meaning.

本発明は、さらに、下記の態様をとることができる。   The present invention can further take the following aspects.

本発明の不揮発性記憶装置の製造方法において、前記(a)は、
第1のエッチングにより前記第1トレンチを形成し、
前記第1のエッチング条件とは異なる条件の第2のエッチングにより前記第2トレンチを形成すること、を含むことができる。この態様によれば、エッチング条件を異ならせて第1および第2トレンチを形成することで、それぞれトレンチの側面の傾斜角が異なる第1および第2トレンチを形成することができる。
In the method for manufacturing a nonvolatile memory device according to the present invention, (a)
Forming the first trench by a first etching;
Forming the second trench by a second etching under a condition different from the first etching condition. According to this aspect, by forming the first and second trenches with different etching conditions, it is possible to form the first and second trenches having different inclination angles on the side surfaces of the trenches.

本発明の不揮発性記憶装置の製造方法において、前記(a)において、
前記第1トレンチを形成は、前記第2トレンチを形成する際のマスクの開口パターンと比して小さいパターンのマスクを用いて行われることができる。
In the method for manufacturing a nonvolatile memory device of the present invention, in (a),
The formation of the first trench may be performed using a mask having a pattern smaller than an opening pattern of the mask when forming the second trench.

この態様によれば、第1トレンチおよび第2トレンチを形成する際のマスク層のパターンを制御することで、トレンチの側面の傾斜角が異なる第1トレンチおよび第2トレンチを形成することができる。この場合は、一のマスクで、第1トレンチと第2トレンチとを作り分けることができるため、工程数を増加させることなく製造することができる。   According to this aspect, the first trench and the second trench having different inclination angles on the side surfaces of the trench can be formed by controlling the pattern of the mask layer when forming the first trench and the second trench. In this case, since the first trench and the second trench can be separately formed with one mask, the first and second trenches can be manufactured without increasing the number of steps.

本発明の不揮発性記憶装置の製造方法において、前記第1トレンチを形成するためのマスクのパターンは、最小デザインルールによる寸法を有することができる。この態様によれば、他のトレンチを形成するマスクパターンと比して第1トレンチを形成するマスクパターンを、より小さくすることができる。そのため、トレンチの傾斜角が大きい第1トレンチを形成することができる。   In the non-volatile memory device manufacturing method of the present invention, the mask pattern for forming the first trench may have a dimension according to a minimum design rule. According to this aspect, the mask pattern for forming the first trench can be made smaller than the mask pattern for forming another trench. Therefore, it is possible to form the first trench having a large inclination angle of the trench.

本発明の不揮発性記憶装置の製造方法において、前記(e)のコントロールゲートの形成は、前記第2領域となる半導体層に不純物を注入することにより行われることができる。   In the method for manufacturing a nonvolatile memory device of the present invention, the formation of the control gate in (e) can be performed by implanting impurities into the semiconductor layer serving as the second region.

本発明の不揮発性記憶装置の製造方法において、前記(e)のコントロールゲートの形成は、前記フローティングゲート電極の上方に絶縁層を介して導電層を形成することにより行われることができる。   In the method for manufacturing a nonvolatile memory device of the present invention, the control gate (e) can be formed by forming a conductive layer above the floating gate electrode through an insulating layer.

以下に、本発明の実施の形態にかかるについて説明する。   The following is a description of an embodiment of the present invention.

1.不揮発性記憶装置
図1は、本実施の形態により得られる不揮発性記憶装置を模式的に示す斜視図であり、図2は、メモリセルC100のフローティングゲート電極32と、不純物領域の配置を示す平面図であり、図3(A)は、図2のA−A線に沿った断面図である。図3(B)は、図2のB−B線に沿った断面である。図3(C)は、図2のC−C線に沿った断面図である。なお、図1のX−X線は、図2のX−X線と対応している。
1. Nonvolatile Memory Device FIG. 1 is a perspective view schematically showing a nonvolatile memory device obtained by the present embodiment, and FIG. 2 is a plan view showing the arrangement of floating gate electrodes 32 and impurity regions of a memory cell C100. FIG. 3A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 3B is a cross section taken along line BB in FIG. FIG. 3C is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. The XX line in FIG. 1 corresponds to the XX line in FIG.

図1に示すように、本実施の形態の不揮発性記憶装置C100は、P型の半導体層10に設けられている。半導体層10は、分離絶縁層20により、第1領域10Aと、第2領域10Bと、第3領域10Cとに分離画定されている。第1領域10Aおよび第2領域10Bは、P型のウエル12に設けられている。第3領域10Cは、N型のウエル14に設けられている。第1の実施の形態と同様で、第1領域10Aはコントロールゲート部であり、第2領域10Bは書き込み部であり、第3領域10Cは消去部である。   As shown in FIG. 1, the nonvolatile memory device C100 of the present embodiment is provided in a P-type semiconductor layer 10. The semiconductor layer 10 is separated and defined by a separation insulating layer 20 into a first region 10A, a second region 10B, and a third region 10C. The first region 10 </ b> A and the second region 10 </ b> B are provided in the P-type well 12. The third region 10 </ b> C is provided in the N-type well 14. As in the first embodiment, the first area 10A is a control gate section, the second area 10B is a writing section, and the third area 10C is an erasing section.

図2に示すように、第1領域10A〜第3領域10Cの半導体層10の上には、絶縁層30が設けられている。絶縁層30の上には、第1〜第3領域10A〜Cにわたって設けられたフローティングゲート電極32が設けられている。第1領域10Aでは、フローティングゲート電極32を挟むように、N型の不純物領域35が設けられている。第2領域10Bでは、フローティングゲート電極32を挟むように、N型の不純物領域36が設けられている。第3領域10Cでは、フローティングゲート電極32を挟むように、P型の不純物領域38が設けられている。   As shown in FIG. 2, an insulating layer 30 is provided on the semiconductor layer 10 in the first region 10A to the third region 10C. On the insulating layer 30, the floating gate electrode 32 provided over the first to third regions 10A to 10C is provided. In the first region 10 </ b> A, an N-type impurity region 35 is provided so as to sandwich the floating gate electrode 32. In the second region 10B, an N-type impurity region 36 is provided so as to sandwich the floating gate electrode 32. In the third region 10 </ b> C, a P-type impurity region 38 is provided so as to sandwich the floating gate electrode 32.

次に、各領域の断面構造について図3(A)〜(C)を参照しつつ説明する。   Next, the cross-sectional structure of each region will be described with reference to FIGS.

図3(A)に示すように、第1領域10Aでは、P型の半導体層10の上に設けられた絶縁層30と、絶縁層30の上に設けられたフローティングゲート電極32と、フローティングゲート電極32下の半導体10に設けられたN型の不純物領域42と、フローティングゲート電極32の側方の半導体層10で、不純物領域42に隣接して設けられたN型の不純物領域35と、を有する。N型の不純物領域42は、コントロールゲートの役割を果たし、不純物領域35は、コントロールゲート線と電気的に接続され、コントロールゲートに電圧を印加するためのコンタクト部となる。   As shown in FIG. 3A, in the first region 10A, an insulating layer 30 provided on the P-type semiconductor layer 10, a floating gate electrode 32 provided on the insulating layer 30, and a floating gate An N-type impurity region 42 provided in the semiconductor 10 below the electrode 32 and an N-type impurity region 35 provided adjacent to the impurity region 42 in the semiconductor layer 10 on the side of the floating gate electrode 32. Have. The N-type impurity region 42 serves as a control gate, and the impurity region 35 is electrically connected to the control gate line and serves as a contact portion for applying a voltage to the control gate.

図3(B)に示すように、第2領域10Bには、書き込みを行うためのNチャネル型トランジスタ100Bが設けられている。Nチャネル型トランジスタ100Bは、P型の半導体層10の上に設けられた絶縁層30と、絶縁層30の上に設けられたフローティングゲート電極32と、半導体層10に設けられた不純物領域36とを有する。不純物領域36は、ソース領域またはドレイン領域となる。本実施の形態の不揮発性記憶装置では、第2領域10BのNチャネル型トランジスタ100Bにおいて、CHEにより、フローティングゲート電極32に電子を注入することで書き込みが行われる。   As shown in FIG. 3B, an N-channel transistor 100B for writing is provided in the second region 10B. The N-channel transistor 100B includes an insulating layer 30 provided on the P-type semiconductor layer 10, a floating gate electrode 32 provided on the insulating layer 30, and an impurity region 36 provided on the semiconductor layer 10. Have The impurity region 36 becomes a source region or a drain region. In the nonvolatile memory device of this embodiment, writing is performed by injecting electrons into the floating gate electrode 32 by CHE in the N-channel transistor 100B in the second region 10B.

図3(C)に示すように、第3領域10Cには、Pチャネル型トランジスタ100Cが設けられている。Pチャネル型トランジスタ100Cは、N型のウエル14の上に設けられた絶縁層30と、絶縁層30の上に設けられたフローティングゲート電極32と、N型のウエル14中に設けられた不純物領域38とを有する。不純物領域38は、ソース領域またはドレイン領域となる。本実施の形態の不揮発性記憶装置では、消去領域である第3領域10CのPチャネル型MOSトランジスタ100CにFNトンネル電流を流すことにより、フローティングゲート電極32に注入された電子を抜き取る。   As shown in FIG. 3C, a P-channel transistor 100C is provided in the third region 10C. The P-channel transistor 100C includes an insulating layer 30 provided on the N-type well 14, a floating gate electrode 32 provided on the insulating layer 30, and an impurity region provided in the N-type well 14. 38. The impurity region 38 becomes a source region or a drain region. In the nonvolatile memory device of the present embodiment, electrons injected into the floating gate electrode 32 are extracted by flowing an FN tunnel current through the P-channel MOS transistor 100C in the third region 10C that is the erase region.

次に、図4を参照しつつ、フローティングゲート電極32の長さ方向に沿った断面の構造について説明する。図4は、図2のD−D線に沿った断面図である。図4に示すように、第1領域10Aおよび第2領域10Bは、トレンチ20aに絶縁層が埋め込まれてなる分離絶縁層20によって画定されている。第3領域10Cは、トレンチ22aに絶縁層が埋め込まれてなる分離絶縁層22により画定されている。トレンチ20aとトレンチ22aとでは、それぞれトレンチの側面の傾斜角が異なっている。   Next, a cross-sectional structure along the length direction of the floating gate electrode 32 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line DD in FIG. As shown in FIG. 4, the first region 10A and the second region 10B are defined by an isolation insulating layer 20 in which an insulating layer is embedded in the trench 20a. The third region 10C is defined by an isolation insulating layer 22 in which an insulating layer is embedded in the trench 22a. The trench 20a and the trench 22a have different inclination angles on the side surfaces of the trench.

このトレンチの傾斜角について、図5を参照しつつ説明する。図5(A)は、図4のA部を拡大して示す図であり、図5(B)は、図4のB部を拡大して示す図である。図5(A),(B)を比較してわかるように、トレンチ22aの傾斜角αは、トレンチ20aの傾斜角βと比して大きい。そのため、第3領域10Cの半導体層10の側面は、その他の領域(第1領域10Aや第2領域10B)と比して急峻な面となる。分離絶縁層22と半導体層10との境界部分に設けられる絶縁層30は、半導体層10の側面の傾斜によりその膜厚が異なることとなる。つまり、境界部分において設けられる絶縁層は、図5(A)に示した場合の方がその膜厚が小さい。   The inclination angle of the trench will be described with reference to FIG. 5A is an enlarged view of a portion A in FIG. 4, and FIG. 5B is an enlarged view of a portion B in FIG. As can be seen by comparing FIGS. 5A and 5B, the inclination angle α of the trench 22a is larger than the inclination angle β of the trench 20a. Therefore, the side surface of the semiconductor layer 10 in the third region 10C is a steeper surface compared to other regions (the first region 10A and the second region 10B). The thickness of the insulating layer 30 provided at the boundary between the isolation insulating layer 22 and the semiconductor layer 10 varies depending on the inclination of the side surface of the semiconductor layer 10. That is, the insulating layer provided in the boundary portion has a smaller thickness in the case shown in FIG.

本実施の形態の不揮発性記憶装置によれば、第1領域10Aおよび第2領域10Bと、第3領域10Cとで、それぞれの領域を画定するトレンチ20a,22aの側面の傾斜角度が異なる。そのため、各領域の半導体層10の側面と半導体層10の表面とがなす角の大きさも異なってくる。つまり、トレンチ22aの傾斜角がトレンチ20aの傾斜角と比して大きいため、分離絶縁層22により画定された第3領域10Cの半導体層10の側面の傾斜角(半導体層10の側面と半導体層10の表面とがなす角)は、分離絶縁層20により画定された第1領域10Aや第2領域10Bの場合と比して大きいものとなる。半導体層10の側面の傾斜角が大きい場合には、境界部分に設けられる絶縁層の膜厚の薄膜化を促すこととなる。よって、半導体層10と分離絶縁層22の境界部分に設けられる絶縁層30の膜厚はより小さいものとなる。そのため、FNトンネル電流を用いて消去を行う第3領域10Cでは、第1領域10Aや第2領域10Bの場合と比して、境界部分に設けられる絶縁層30のさらなる薄膜化を図ることができる。その結果、第3領域10CではFNトンネル電流が流れやすくなり、書き込みおよび消去特性が向上した不揮発性記憶装置を提供することができる。   According to the nonvolatile memory device of the present embodiment, the first region 10A, the second region 10B, and the third region 10C have different inclination angles of the side surfaces of the trenches 20a and 22a that define the respective regions. Therefore, the angle between the side surface of the semiconductor layer 10 and the surface of the semiconductor layer 10 in each region also differs. That is, since the inclination angle of the trench 22a is larger than the inclination angle of the trench 20a, the inclination angle of the side surface of the semiconductor layer 10 in the third region 10C defined by the isolation insulating layer 22 (the side surface of the semiconductor layer 10 and the semiconductor layer). 10) is larger than that of the first region 10A and the second region 10B defined by the isolation insulating layer 20. When the inclination angle of the side surface of the semiconductor layer 10 is large, it is urged to reduce the thickness of the insulating layer provided at the boundary portion. Therefore, the thickness of the insulating layer 30 provided at the boundary portion between the semiconductor layer 10 and the isolation insulating layer 22 is smaller. Therefore, in the third region 10C in which erasing is performed using the FN tunnel current, the insulating layer 30 provided at the boundary portion can be further thinned as compared with the first region 10A and the second region 10B. . As a result, the FN tunnel current easily flows in the third region 10C, and a nonvolatile memory device with improved write and erase characteristics can be provided.

2.不揮発性記憶装置の製造方法
次に、本実施の形態にかかる不揮発性記憶装置の製造方法について図6〜12を参照しつ説明する。図6,12は、本実施の形態にかかる不揮発性記憶装置の製造方法の一工程を示す斜視図であり、図7〜11は、図6におけるIII−III線に沿った断面を模式的に示す断面図である。
2. Method for Manufacturing Nonvolatile Memory Device Next, a method for manufacturing the nonvolatile memory device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 12 are perspective views showing one step of the method of manufacturing the nonvolatile memory device according to the present embodiment, and FIGS. 7 to 11 schematically show cross sections taken along line III-III in FIG. It is sectional drawing shown.

まず、図6に示すように、半導体層10の所定の領域に分離絶縁層20,22を形成する。本実施の形態の半導体装置では、P型の半導体層10を用いる。分離絶縁層20,22の形成は、公知STI(Shallow Trench Isolation)法により行われる。分離絶縁層20,22により、第1領域10Aおよび第2領域10B、第3領域10Cに分離される。   First, as shown in FIG. 6, isolation insulating layers 20 and 22 are formed in a predetermined region of the semiconductor layer 10. In the semiconductor device of the present embodiment, a P-type semiconductor layer 10 is used. The isolation insulating layers 20 and 22 are formed by a known STI (Shallow Trench Isolation) method. Isolation insulating layers 20 and 22 separate the first region 10A, the second region 10B, and the third region 10C.

この分離絶縁層20,22の形成方法について、図7〜10を参照しながらさらに説明する。まず、図7に示すように、半導体層10の上にパッド酸化膜40を形成する。その後、パッド酸化膜40の上にCMPストッパ層の役割を果たす窒化シリコン膜42を形成する。ついで、分離絶縁層20を形成する領域の上方に開口を有するマスク層M1を形成する。マスク層M1としては、たとえば、レジスト層などが用いられる。   A method of forming the isolation insulating layers 20 and 22 will be further described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 7, a pad oxide film 40 is formed on the semiconductor layer 10. Thereafter, a silicon nitride film 42 serving as a CMP stopper layer is formed on the pad oxide film 40. Next, a mask layer M1 having an opening above the region where the isolation insulating layer 20 is to be formed is formed. For example, a resist layer is used as the mask layer M1.

次に、図8に示すように、マスク層M1(図7参照)をマスクとして、パッド酸化膜40および窒化シリコン膜42を除去し、その後、公知の技術により半導体層10を除去し、トレンチ20a形成する。その後、マスク層M1を除去する。ついで、図8に示すように、分離絶縁層22が形成される領域の上方にのみ開口を有するマスク層M2を形成する。マスク層M2としては、たとえば、レジスト層を用いることができる。   Next, as shown in FIG. 8, using the mask layer M1 (see FIG. 7) as a mask, the pad oxide film 40 and the silicon nitride film 42 are removed, and then the semiconductor layer 10 is removed by a known technique to form the trench 20a. Form. Thereafter, the mask layer M1 is removed. Next, as shown in FIG. 8, a mask layer M2 having an opening only above the region where the isolation insulating layer 22 is formed is formed. For example, a resist layer can be used as the mask layer M2.

次に、図9に示すように、マスク層M2(図8参照)をマスクとして、半導体層10をエッチングすることによりトレンチ22aを形成する。この半導体層10のエッチングでは、トレンチ20aと比して、トレンチの側面の傾斜角が急峻となるようエッチング条件を制御する。トレンチ20aやトレンチ22aを形成するための半導体層10のエッチングは、酸素(O)や塩素(Cl)を含むエッチングガスによりエッチングが行なわれる。このとき、エッチングガス中に含まれる塩素は、半導体層10であるシリコン層と反応をして、堆積物(Si−Cl結合を有するポリマー)を形成する。この堆積物は、エッチングされた半導体層10の側面に付着するため、エッチングが進むにつれて、開口部は次第に狭くなることとなる。この堆積物が開口部に付着する量を制御することにより、トレンチの側面の傾斜角を調整することができる。たとえば、エッチングガス中の酸素に対する塩素の割合を増加させる場合には、開口部の堆積物が増加するため、エッチングの進行に従い開口部が狭くなり、側面の傾斜角が小さいトレンチを形成することができる。逆に、酸素に対する塩素の割合を低下することにより、開口部に付着する堆積物を減少させることができ、エッチングの進行に伴って開口部が狭くなることが抑制される。そのため、側面の傾斜角が大きいトレンチを形成することができるのである。 Next, as shown in FIG. 9, the trench 22a is formed by etching the semiconductor layer 10 using the mask layer M2 (see FIG. 8) as a mask. In this etching of the semiconductor layer 10, the etching conditions are controlled so that the inclination angle of the side surface of the trench becomes steeper than that of the trench 20a. Etching of the semiconductor layer 10 to form the trench 20a and the trench 22a is performed with an etching gas containing oxygen (O 2 ) and chlorine (Cl 2 ). At this time, chlorine contained in the etching gas reacts with the silicon layer that is the semiconductor layer 10 to form a deposit (a polymer having a Si—Cl bond). Since the deposit adheres to the side surface of the etched semiconductor layer 10, the opening gradually becomes narrower as the etching progresses. The inclination angle of the side surface of the trench can be adjusted by controlling the amount of the deposit attached to the opening. For example, when the ratio of chlorine to oxygen in the etching gas is increased, the deposit in the opening increases, so that the opening becomes narrower as the etching progresses, and a trench with a small side inclination angle may be formed. it can. Conversely, by reducing the ratio of chlorine to oxygen, deposits attached to the opening can be reduced, and the opening is suppressed from becoming narrower as the etching progresses. Therefore, a trench having a large side surface inclination angle can be formed.

次に、図10に示すように、トレンチ20a,22aに絶縁層を埋め込み、分離絶縁層20,22を形成する。この分離絶縁層20,22の形成では、まず、半導体層10の上方に絶縁層(図示せず)を形成し、窒化シリコン膜42が露出するまでこの絶縁層を除去する。絶縁層の除去は、たとえば、CMP法により行うことができる。その後、窒化シリコン膜42を選択的に除去する。窒化シリコン膜42の除去は、熱リン酸を用いたウェットエッチングにより行うことができる。ついで、トレンチ20a,22aに埋め込まれた絶縁層のうち、半導体層10の表面から露出している部分を除去する。以上の工程により、分離絶縁層20が形成される。   Next, as shown in FIG. 10, an insulating layer is embedded in the trenches 20 a and 22 a to form isolation insulating layers 20 and 22. In forming the isolation insulating layers 20 and 22, first, an insulating layer (not shown) is formed above the semiconductor layer 10, and the insulating layer is removed until the silicon nitride film 42 is exposed. The insulating layer can be removed by, for example, a CMP method. Thereafter, the silicon nitride film 42 is selectively removed. The removal of the silicon nitride film 42 can be performed by wet etching using hot phosphoric acid. Next, portions of the insulating layer embedded in the trenches 20a and 22a that are exposed from the surface of the semiconductor layer 10 are removed. Through the above steps, the isolation insulating layer 20 is formed.

ついで、図10に示すように、第1領域10Aおよび第2領域10BにP型のウエル12を、第3領域10Cに、N型のウエル14を形成する。P型のウエル12の形成では、第3領域10Cを覆うマスク層(図示せず)を形成した後、P型の不純物を導入することで行われる。N型のウエル14の形成は、第1領域10Aおよび第2領域10Bを覆うマスク層(図示せず)を形成した後、N型の不純物を導入することにより行われる。P型のウエル12とN型のウエル14の形成の順番は特に限定されず、いずれを先に形成してもよい。   Next, as shown in FIG. 10, a P-type well 12 is formed in the first region 10A and the second region 10B, and an N-type well 14 is formed in the third region 10C. The P-type well 12 is formed by introducing a P-type impurity after forming a mask layer (not shown) covering the third region 10C. The N-type well 14 is formed by introducing an N-type impurity after forming a mask layer (not shown) covering the first region 10A and the second region 10B. The order of forming the P-type well 12 and the N-type well 14 is not particularly limited, and any of them may be formed first.

次に、図10に示すように、第1領域10Aに、コントロールゲートの役割を果たすN型の不純物領域42を形成する。N型の不純物領域42の形成では、第1領域10Aの半導体層の上方に開口を有するマスク層を形成した後、公知の技術によりN型の不純物を導入することで行われる。   Next, as shown in FIG. 10, an N-type impurity region 42 serving as a control gate is formed in the first region 10A. The N-type impurity region 42 is formed by forming a mask layer having an opening above the semiconductor layer in the first region 10A and then introducing an N-type impurity by a known technique.

次に、第1領域10A、第2領域10Bおよび第3領域10Cの半導体層10の上に絶縁層30を形成する。絶縁層30の形成では、まず、清浄な半導体層表面に絶縁層30を形成するために、ライトエッチングが行われる。ライトエッチングは、希フッ酸などを用いたウェットエッチングにより行うことができる。このライトエッチングにより、図11に示すように、分離絶縁層20,22の最上層が除去されるために、分離絶縁層20,22と半導体層10との境界部分では、半導体層10の上端が露出する。   Next, the insulating layer 30 is formed on the semiconductor layer 10 in the first region 10A, the second region 10B, and the third region 10C. In the formation of the insulating layer 30, first, light etching is performed in order to form the insulating layer 30 on the clean semiconductor layer surface. The light etching can be performed by wet etching using dilute hydrofluoric acid or the like. As shown in FIG. 11, the uppermost layer of the isolation insulating layers 20 and 22 is removed by this light etching, so that the upper end of the semiconductor layer 10 is at the boundary portion between the isolation insulating layers 20 and 22 and the semiconductor layer 10. Exposed.

ついで、図11に示すように、半導体層10の表面に、絶縁層30を形成する。絶縁層30の形成は、たとえば、熱酸化法により形成することができる絶縁層30の形成では、半導体層10の上と、先の工程で分離絶縁層20,22の一部が除去されて露出することとなった半導体層10の側面上とに絶縁層30が形成される。半導体層10の上面と側面とでは、半導体層の面方位が異なるために、側面上での熱酸化の際の絶縁層の成膜速度は遅くなる。そのため、半導体層10の側面上に形成された絶縁層30の膜厚は、半導体層10の上面上に形成された絶縁層30の膜厚と比して小さくなる。また、第3領域10Cの半導体層10の側面の傾斜角度は、その他の領域の半導体層10の側面の傾斜角度と比して大きいことにより、成膜速度が遅くなる面方位が露出する割合が高くなる。そのため、第3領域10Cの境界部分の絶縁層30の膜厚は、他の領域(第1領域10Aおよび第2領域10B)の境界部分の絶縁層30の膜厚と比してさらに小さいものとなる。   Next, as shown in FIG. 11, an insulating layer 30 is formed on the surface of the semiconductor layer 10. The insulating layer 30 can be formed by, for example, forming the insulating layer 30 that can be formed by a thermal oxidation method, and exposing the semiconductor layer 10 and a portion of the isolation insulating layers 20 and 22 removed in the previous step. An insulating layer 30 is formed on the side surface of the semiconductor layer 10 to be formed. Since the surface orientation of the semiconductor layer is different between the upper surface and the side surface of the semiconductor layer 10, the deposition rate of the insulating layer during thermal oxidation on the side surface becomes slow. Therefore, the thickness of the insulating layer 30 formed on the side surface of the semiconductor layer 10 is smaller than the thickness of the insulating layer 30 formed on the upper surface of the semiconductor layer 10. In addition, since the inclination angle of the side surface of the semiconductor layer 10 in the third region 10C is larger than the inclination angle of the side surface of the semiconductor layer 10 in other regions, the ratio of the surface orientation at which the film formation rate is slow is exposed. Get higher. Therefore, the film thickness of the insulating layer 30 at the boundary portion of the third region 10C is further smaller than the film thickness of the insulating layer 30 at the boundary portion of the other regions (the first region 10A and the second region 10B). Become.

ついで、図12に示すように、絶縁層30の上に、フローティングゲート電極32を形成する。フローティングゲート電極32は、半導体層10の上方に、たとえば、ポリシリコン層からなる導電層(図示せず)を形成し、この導電層をパターニングすることで形成される。   Next, as shown in FIG. 12, a floating gate electrode 32 is formed on the insulating layer 30. The floating gate electrode 32 is formed by forming a conductive layer (not shown) made of, for example, a polysilicon layer above the semiconductor layer 10 and patterning the conductive layer.

次に、図1に参照されるように、フローティングゲート電極32をマスクとして第1領域10A、第2領域10Bおよび第3領域10Cのそれぞれで不純物領域の形成を行う。第1領域10A第2領域10Bでは、N型の不純物領域35,36が形成され、第3領域10Cでは、P型の不純物領域38が形成される。まず、P型の不純物領域38の形成では、第1領域10Aおよび第2領域10Bを覆うようにレジスト層などのマスク層を形成し、フローティングゲート電極32をマスクとして、公知の技術によりP型の不純物を導入することで形成される。ついで、N型の不純物領域35,36の形成では、第3領域10Cを覆うようにレジスト層などのマスク層を形成し、フローティングゲート電極32をマスクとして、公知に技術によりN型の不純物を導入することで形成される。   Next, as shown in FIG. 1, impurity regions are formed in each of the first region 10A, the second region 10B, and the third region 10C using the floating gate electrode 32 as a mask. N-type impurity regions 35 and 36 are formed in the first region 10A and second region 10B, and a P-type impurity region 38 is formed in the third region 10C. First, in the formation of the P-type impurity region 38, a mask layer such as a resist layer is formed so as to cover the first region 10A and the second region 10B, and the P-type impurity region 38 is formed by a known technique using the floating gate electrode 32 as a mask. It is formed by introducing impurities. Next, in the formation of the N-type impurity regions 35 and 36, a mask layer such as a resist layer is formed so as to cover the third region 10C, and an N-type impurity is introduced by a known technique using the floating gate electrode 32 as a mask. It is formed by doing.

次に、本実施の形態の製造方法の変形例について述べる。この変形例は、第3領域10Cを画定する分離絶縁層22を形成する際のパターンを制御することで、トレンチ22aの側面の傾斜角度がトレンチ20aの側面の傾斜角度と異なるようにする例である。   Next, a modification of the manufacturing method of the present embodiment will be described. This modification is an example in which the inclination angle of the side surface of the trench 22a is different from the inclination angle of the side surface of the trench 20a by controlling the pattern in forming the isolation insulating layer 22 that defines the third region 10C. is there.

まず、図13に示すように、半導体層10の上にパッド酸化膜40および窒化シリコン膜42を形成する。ついで、分離絶縁層20を形成する領域の上方に開口を有するマスク層M1を形成する。マスク層M1としては、たとえば、レジスト層などを用いることができる。マスク層M1において、第3領域10Cを画定するためのトレンチが形成される領域の上方に有する開口aは、他の領域を確定するためのトレンチが形成される領域の上方に有する開口bと比してその幅が小さくなるように形成されている(a<b)。このように、マスクパターンを小さくする(スペースを小さくする)ことにより、エッチングの際に生じる堆積物が開口部の側面に付着することを抑制することができる。そのため、側面の傾斜角が大きいトレンチ22aを形成することができるのである。開口aのパターンは、最小デザインルールによる寸法を有するパターンであってもよい。   First, as shown in FIG. 13, a pad oxide film 40 and a silicon nitride film 42 are formed on the semiconductor layer 10. Next, a mask layer M1 having an opening above the region where the isolation insulating layer 20 is to be formed is formed. For example, a resist layer can be used as the mask layer M1. In the mask layer M1, the opening a above the region where the trench for defining the third region 10C is formed is different from the opening b above the region where the trench for defining the other region is formed. Thus, the width is reduced (a <b). In this way, by reducing the mask pattern (decreasing the space), it is possible to suppress deposits generated during etching from adhering to the side surface of the opening. Therefore, it is possible to form the trench 22a having a large side surface inclination angle. The pattern of the opening a may be a pattern having a dimension according to the minimum design rule.

次に、図14に示すように、マスク層M1(図13参照)をマスクとして、パッド酸化膜40および窒化シリコン膜42を除去する。その後、半導体層10を除去し、トレンチ20a,22aを形成する。ついで、マスク層M1を除去する。   Next, as shown in FIG. 14, the pad oxide film 40 and the silicon nitride film 42 are removed using the mask layer M1 (see FIG. 13) as a mask. Thereafter, the semiconductor layer 10 is removed, and trenches 20a and 22a are formed. Next, the mask layer M1 is removed.

次に、上述の実施の形態と同様にして、トレンチ20a,22aに絶縁層を埋め込み分離絶縁層20,22を形成する。その後、ウエル12,14の形成や絶縁層30、フローティングゲート電極32の形成は、上述の実施の形態と同様に行うことができる。   Next, in the same manner as in the above embodiment, the insulating layers 20 and 22 are formed by filling the trenches 20a and 22a with an insulating layer. Thereafter, the wells 12 and 14 and the insulating layer 30 and the floating gate electrode 32 can be formed in the same manner as in the above-described embodiment.

本実施の形態の不揮発性記憶装置の製造方法によれば、トレンチ22aに絶縁層が埋め込まれて形成された分離絶縁層22により画定された第3領域10Cの半導体層10の上に、フローティングゲート電極32の一部が形成される。つまり、本実施の形態の製造方法により得られる不揮発性記憶装置において、書き込みや消去を行なう箇所は、分離絶縁層22により画定された領域に設けられることになる。   According to the method of manufacturing the nonvolatile memory device of the present embodiment, the floating gate is formed on the semiconductor layer 10 in the third region 10C defined by the isolation insulating layer 22 formed by embedding the insulating layer in the trench 22a. A part of the electrode 32 is formed. That is, in the nonvolatile memory device obtained by the manufacturing method of the present embodiment, a place where writing or erasing is performed is provided in a region defined by the isolation insulating layer 22.

第1領域10Aおよび第2領域10Bと、第3領域10Cとでは、それぞれの領域を画定するトレンチ20a,22aの側面の傾斜角度が異なることで、各領域の半導体層10の側面と半導体層10の表面とがなす角も異なってくる。つまり、トレンチ22aの傾斜角がトレンチ20aの傾斜角と比して大きいため、分離絶縁層22による画定された第3領域10Cの半導体層10の側面と半導体層10の表面とがなす角は大きいものとなる。そのため、第1領域10A,Bの場合と比して第3領域10C(FNトンネル電流を用いる箇所)の絶縁層30の部分的な薄膜化をより確実に行うことができる。その結果、FNトンネル電流を大きくすることができ、書き込みや消去などの動作特性の向上が図られた不揮発性記憶装置を製造することができる。   The first region 10A, the second region 10B, and the third region 10C have different inclination angles of the side surfaces of the trenches 20a and 22a that define the respective regions. The angle between the surface and the surface will be different. That is, since the inclination angle of the trench 22a is larger than the inclination angle of the trench 20a, the angle formed between the side surface of the semiconductor layer 10 in the third region 10C defined by the isolation insulating layer 22 and the surface of the semiconductor layer 10 is large. It will be a thing. Therefore, partial thinning of the insulating layer 30 in the third region 10C (location using the FN tunnel current) can be more reliably performed as compared with the first regions 10A and 10B. As a result, the FN tunnel current can be increased, and a nonvolatile memory device with improved operating characteristics such as writing and erasing can be manufactured.

上述の工程からもわかるように、この一層ゲート型の不揮発性記憶装置は、CMOSトランジスタの製造プロセスと同様の工程で製造することができる。そのため、安価なコストで製造することができ、また、他のMOSトランジスタとの混載を図ることができるという利点がある。特に、他のMOSトランジスタとの混載を図る場合には、次のような利点がある。絶縁層30の膜厚は、混載されるMOSトランジスタの特性により決定されることとなる。そのため、高耐圧化が図られたMOSトランジスタと混載する場合には、絶縁層30の膜厚は、不揮発性記憶装置の機能を果たすのに適した膜厚より大きいものとなることがある。そのような場合でも、たとえば、FNトンネル電流を用いる箇所(書き込み箇所や消去箇所)の絶縁層30を部分的に薄膜化することにより、混載されるデバイスの影響を受けることなく、特性の良好な不揮発性記憶装置を提供することができる。   As can be seen from the above-described steps, this one-layer gate type nonvolatile memory device can be manufactured in the same process as the manufacturing process of the CMOS transistor. Therefore, there is an advantage that it can be manufactured at a low cost and can be mixed with other MOS transistors. In particular, the following advantages can be obtained when mounting with other MOS transistors. The film thickness of the insulating layer 30 is determined by the characteristics of the MOS transistor to be embedded. Therefore, in the case of being mixed with a MOS transistor with a high breakdown voltage, the film thickness of the insulating layer 30 may be larger than the film thickness suitable for performing the function of the nonvolatile memory device. Even in such a case, for example, by partially thinning the insulating layer 30 at a location where FN tunnel current is used (write location or erase location), the characteristics are good without being affected by the mixed device. A nonvolatile memory device can be provided.

なお、本実施の形態の不揮発性記憶装置では、一層ゲート型の不揮発性記憶装置のうち、とくに、フローティングゲート電極32の直下に設けられた不純物領域がコントロールゲートの役割を果たす場合を例として説明したが、これに限定されることはない。一層ゲート型の不揮発性記憶装置の他の例としては、第1領域10AにN型のウエルを設け、そのウエル全体がコントロールゲートの役割を果たす構造を有するものを挙げることができる。   Note that, in the nonvolatile memory device of the present embodiment, an example in which the impurity region provided immediately below the floating gate electrode 32 serves as a control gate in the single-layered nonvolatile memory device will be described as an example. However, it is not limited to this. As another example of the one-layer gate type nonvolatile memory device, an N-type well is provided in the first region 10A, and the whole well has a structure serving as a control gate.

また、一層ゲート型の不揮発性記憶装置を例として説明したが、これに限定されることなる、FNトンネル電流を用いて動作する不揮発性記憶装置であれば、適用することができる。この場合、絶縁層30を局所的に薄膜化することで、絶縁層を全体的に薄膜化することによる耐性の劣化を抑制しつつ、動作特性の向上を図ることができる。   In addition, although the gate-type nonvolatile memory device has been described as an example, the present invention can be applied to any nonvolatile memory device that operates using an FN tunnel current. In this case, by locally reducing the thickness of the insulating layer 30, it is possible to improve the operating characteristics while suppressing deterioration of resistance due to the overall thickness of the insulating layer being reduced.

本実施の形態により得られる不揮発性記憶装置を模式的に示す斜視図。The perspective view which shows typically the non-volatile memory device obtained by this Embodiment. 図1に示す不揮発性記憶装置の一部を模式的に示す平面図。FIG. 2 is a plan view schematically showing a part of the nonvolatile memory device shown in FIG. 1. (A)は、図2のA−A線に沿った断面図であり、(B)は、図2のB−B線に沿った断面図であり、(C)は、図2のC−C線に沿った断面図。(A) is sectional drawing along the AA line of FIG. 2, (B) is sectional drawing along the BB line of FIG. 2, (C) is C-- line of FIG. Sectional drawing along C line. 図2のD−D線に沿った断面図。Sectional drawing along the DD line | wire of FIG. (A)は、図4のA部を拡大して示す図であり、(B)は、図4のB部を拡大して示す図。(A) is a figure which expands and shows the A section of FIG. 4, (B) is a figure which expands and shows the B section of FIG. 本実施の形態にかかる製造方法の一工程を模式的に示す斜視図。The perspective view which shows typically 1 process of the manufacturing method concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる製造方法の一工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically 1 process of the manufacturing method concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる製造方法の一工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically 1 process of the manufacturing method concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる製造方法の一工程を模式的に示す断面図Sectional drawing which shows typically 1 process of the manufacturing method concerning this Embodiment 本実施の形態にかかる製造方法の一工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically 1 process of the manufacturing method concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる製造方法の一工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically 1 process of the manufacturing method concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる製造方法の一工程を模式的に示す斜視図。The perspective view which shows typically 1 process of the manufacturing method concerning this Embodiment. 変形例にかかる製造方法の一工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically 1 process of the manufacturing method concerning a modification. 変形例にかかる製造方法の一工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically 1 process of the manufacturing method concerning a modification.

符号の説明Explanation of symbols

10 半導体層、10A 第1領域、 10B 第2領域、 10C 第3領域 12 P型のウエル、 14 N型のウエル、 20,22 分離絶縁層、 20a,22a トレンチ、 30 絶縁層、 32 フローティングゲート電極、 34,36,38,42 不純物領域、 C100 不揮発性記憶装置、 100B Nチャネル型MOSトランジスタ、 100C Pチャネル型MOSトランジスタ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor layer, 10A 1st area | region, 10B 2nd area | region, 10C 3rd area | region 12 P-type well, 14 N-type well, 20, 22 Isolation insulation layer, 20a, 22a Trench, 30 Insulation layer, 32 Floating gate electrode , 34, 36, 38, 42 Impurity region, C100 nonvolatile memory device, 100B N-channel MOS transistor, 100C P-channel MOS transistor

Claims (11)

半導体層と、
前記半導体層に設けられた第1トレンチと、該第1トレンチと比してトレンチの側面の傾斜角が小さい第2トレンチと、
前記第1トレンチに絶縁層が埋め込まれて形成された第1分離絶縁層により画定された第1の領域と、
前記第2トレンチに絶縁層が埋め込まれて形成された第2分離絶縁層により画定された第2の領域と、
前記第1の領域および前記第2領域の半導体層の上方に設けられた絶縁層と、
少なくとも前記第1領域の前記絶縁層の上方に設けられたフローティングゲート電極と、
前記フローティングゲート電極に印加する電圧を制御するためのコントロールゲートと、を含む、不揮発性記憶装置。
A semiconductor layer;
A first trench provided in the semiconductor layer, and a second trench having a smaller inclination angle of a side surface of the trench than the first trench,
A first region defined by a first isolation insulating layer formed by embedding an insulating layer in the first trench;
A second region defined by a second isolation insulating layer formed by embedding an insulating layer in the second trench;
An insulating layer provided above the semiconductor layer of the first region and the second region;
A floating gate electrode provided at least above the insulating layer in the first region;
And a control gate for controlling a voltage applied to the floating gate electrode.
請求項1において、
前記第1分離絶縁層と前記半導体層との境界部分に設けられた前記絶縁層の膜厚は、前記第2分離絶縁層と前記半導体層との境界部分に設けられた前記絶縁層の膜厚と比して小さい、不揮発性記憶装置。
In claim 1,
The film thickness of the insulating layer provided at the boundary portion between the first isolation insulating layer and the semiconductor layer is the film thickness of the insulating layer provided at the boundary portion between the second isolation insulating layer and the semiconductor layer. A non-volatile memory device that is smaller than the above.
請求項1または2において、
前記第1トレンチは、最小デザインルールによる寸法を有する、不揮発性記憶装置。
In claim 1 or 2,
The first trench has a dimension according to a minimum design rule.
請求項1〜3のいずれかにおいて、
前記コントロールゲートは、前記第2の領域に設けられたN型の不純物領域であり、
前記フローティングゲート電極は、前記第1の領域と前記第2の領域の上方に亘って設けられている、不揮発性記憶装置。
In any one of Claims 1-3,
The control gate is an N-type impurity region provided in the second region,
The non-volatile memory device, wherein the floating gate electrode is provided over the first region and the second region.
請求項1〜3のいずれかにおいて、
前記コントロールゲートは、前記フローティングゲート電極の上に、絶縁層を介して設けられている、不揮発性記憶装置。
In any one of Claims 1-3,
The control gate is a nonvolatile memory device provided on the floating gate electrode via an insulating layer.
(a)半導体層に第1トレンチと、該第1トレンチと比してトレンチの側面の傾斜角が小さい第2トレンチとを形成し、
(b)前記第1および第2トレンチに絶縁層を埋め込み、第1および第2分離絶縁層を形成することで、該第1分離絶縁層により画定された第1領域と、該第2分離絶縁層により画定された第2領域と、を形成し、
(c)前記第1領域および前記第2領域の半導体層の上方に設けられた絶縁層を形成し、
(d)少なくとも前記第1領域の前記絶縁層の上方にフローティングゲート電極を形成し、
(e)前記フローティングゲート電極に印加する電圧を制御するコントロールゲートを形成すること、を含む、不揮発性記憶装置の製造方法。
(A) forming a first trench in the semiconductor layer and a second trench having a smaller inclination angle on the side surface of the trench than the first trench;
(B) by embedding an insulating layer in the first and second trenches to form a first and second isolation insulating layer, a first region defined by the first isolation insulating layer, and the second isolation insulation Forming a second region defined by the layer;
(C) forming an insulating layer provided above the semiconductor layers of the first region and the second region;
(D) forming a floating gate electrode at least above the insulating layer in the first region;
(E) forming a control gate for controlling a voltage applied to the floating gate electrode;
請求項6において、
前記(a)は、
第1のエッチングにより前記第1トレンチを形成し、
前記第1のエッチング条件とは異なる条件の第2のエッチングにより前記第2トレンチを形成すること、を含む、不揮発性記憶装置の製造方法。
In claim 6,
Said (a)
Forming the first trench by a first etching;
Forming a second trench by a second etching under a condition different from the first etching condition.
請求項6において、
前記(a)において、
前記第1トレンチを形成は、前記第2トレンチを形成する際のマスクの開口パターンと比して小さいパターンのマスクを用いて行われる、不揮発性記憶装置の製造方法。
In claim 6,
In (a) above,
The method of manufacturing a non-volatile memory device, wherein the formation of the first trench is performed using a mask having a smaller pattern than the opening pattern of the mask when forming the second trench.
請求項8において、
前記第1トレンチを形成するためのマスクのパターンは、最小デザインルールによる寸法を有する、不揮発性記憶装置の製造方法。
In claim 8,
The method of manufacturing a nonvolatile memory device, wherein a pattern of a mask for forming the first trench has a dimension according to a minimum design rule.
請求項6〜9のいずれかにおいて、
前記(e)のコントロールゲートの形成は、前記第2領域となる半導体層に不純物を注入することにより行われる、不揮発性記憶装置の製造方法。
In any one of Claims 6-9,
(E) The control gate is formed by implanting impurities into the semiconductor layer serving as the second region.
請求項6〜9のいずれかにおいて、
前記(e)のコントロールゲートの形成は、前記フローティングゲート電極の上方に絶縁層を介して所定のパターンを有する導電層を形成することにより行われる、不揮発性記憶装置の製造方法。
In any one of Claims 6-9,
(E) The control gate is formed by forming a conductive layer having a predetermined pattern above the floating gate electrode via an insulating layer.
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