JP2009231565A - Method of manufacturing nonvolatile semiconductor memory device, and nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、浮遊ゲート電極および制御ゲート電極をゲート絶縁膜で挟んだ積層ゲート電極構造を備えた不揮発性半導体記憶装置の製造方法および不揮発性半導体記憶装置に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device having a stacked gate electrode structure in which a floating gate electrode and a control gate electrode are sandwiched between gate insulating films, and a nonvolatile semiconductor memory device.
不揮発性半導体記憶装置の技術分野においては、従来より、設計ルールの縮小化、素子の微細化の傾向が顕著になっている。不揮発性半導体記憶装置は、一般に、半導体基板上に第1のゲート絶縁膜を介して浮遊ゲート電極および制御ゲート電極を第2のゲート絶縁膜で挟んでさらにその上にキャップ絶縁膜を積層した積層ゲート電極がマトリクス状に配設され、それらの積層ゲート電極の両脇にソース/ドレイン領域が半導体基板の表層に形成されることによって構成されている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1記載の技術によれば、NOR型のフラッシュメモリ装置について、二酸化シリコン膜によるゲートバリア膜が積層ゲート電極の側壁に沿って形成されている。また、コンタクトバリア膜が窒化物系絶縁膜によって積層ゲート電極の側壁に直接形成されている形態も開示されている。
In the technical field of non-volatile semiconductor memory devices, the trend of design rule reduction and element miniaturization has become more prominent. In general, a nonvolatile semiconductor memory device is a stack in which a floating gate electrode and a control gate electrode are sandwiched between a second gate insulating film and a cap insulating film is further stacked on a semiconductor substrate via a first gate insulating film. The gate electrodes are arranged in a matrix, and the source / drain regions are formed on the surface layer of the semiconductor substrate on both sides of the stacked gate electrodes (see, for example, Patent Document 1). According to the technique described in
上記特許文献1記載の技術思想に示されるように、半導体基板表層に形成されたソース/ドレイン領域との間で電気的な結合を得るためには、各積層ゲート電極間に例えばBPSGによる電極間絶縁膜を埋込んだ後、コンタクトプラグを当該複数の積層ゲート電極間に形成する。近年の設計ルールの縮小化に伴い、隣り合う複数のメモリセルゲート電極幅およびそのゲート電極間の間隔が格段に狭くなってきており、このコンタクトプラグを形成するためセルフアラインコンタクト(SAC)構造を適用すると良い。
As shown in the technical idea described in
しかしながら、特許文献1に開示されているように、セルフアラインコンタクト構造を適用した領域において、コンタクトバリア膜が窒化物系絶縁膜によってゲート絶縁膜の側壁に沿って直接形成されていると、当該ゲート絶縁膜の信頼性が劣るため好ましくない。
本発明は、積層ゲート電極間に自己整合的なコンタクト構造を適用した場合に、ゲート絶縁膜の信頼性を向上できるようにした不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a nonvolatile semiconductor memory device and a method for manufacturing the same that can improve the reliability of a gate insulating film when a self-aligned contact structure is applied between stacked gate electrodes. .
本発明の一態様は、半導体基板上に第1のゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第1のゲート絶縁膜上に、複数の浮遊ゲート電極、複数の第2のゲート絶縁膜、複数の制御ゲート電極、複数のキャップ絶縁膜を順に積層した複数の積層ゲート電極を形成する工程と、前記複数の積層ゲート電極をRTO(Rapid Thermal Oxide)処理して前記複数の制御ゲート電極、複数の浮遊ゲート電極、複数の第2のゲート絶縁膜の側壁に沿って当該RTOによる第1絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶縁膜および複数の積層ゲート電極を覆うように前記キャップ絶縁膜と同種材料による第2絶縁膜を形成する工程であって、前記第1絶縁膜との間でエッチング時の高選択可能な材料で第2絶縁膜を形成する工程と、前記キャップ絶縁膜、並びに、前記第1および第2絶縁膜の内側に位置して前記キャップ絶縁膜との間でエッチング時の高選択可能な材料で電極間絶縁膜を形成する工程と、前記キャップ絶縁膜に対して高選択性を有する条件下で前記電極間絶縁膜をエッチング処理することで、前記積層ゲート電極を覆う第2絶縁膜が前記第1絶縁膜の上端を覆うように前記第2絶縁膜を残留させながら自己整合的にコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホール内にコンタクトプラグを形成する工程とを備えている。 One embodiment of the present invention includes a step of forming a first gate insulating film over a semiconductor substrate, and a plurality of floating gate electrodes, a plurality of second gate insulating films, a plurality of gates on the first gate insulating film. A step of forming a plurality of stacked gate electrodes by sequentially stacking a control gate electrode and a plurality of cap insulating films; and a plurality of control gate electrodes and a plurality of floating gates by performing an RTO (Rapid Thermal Oxide) process on the plurality of stacked gate electrodes. Forming a first insulating film by the RTO along side walls of the gate electrode and the plurality of second gate insulating films; and the same kind as the cap insulating film so as to cover the first insulating film and the plurality of stacked gate electrodes A step of forming a second insulating film of a material, the step of forming a second insulating film with a highly selectable material during etching with the first insulating film; the cap insulating film; and First and A step of forming an inter-electrode insulating film with a highly selectable material at the time of etching with the cap insulating film located inside the two insulating films, and a condition having high selectivity with respect to the cap insulating film The etching process is performed on the inter-electrode insulating film, so that the second insulating film covering the stacked gate electrode covers the upper end of the first insulating film while leaving the second insulating film in a self-aligned contact hole. And a step of forming a contact plug in the contact hole.
本発明の一態様は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第1のゲート絶縁膜と、前記第1のゲート絶縁膜上に形成された複数の浮遊ゲート電極と、前記複数の浮遊ゲート電極上にそれぞれ形成された複数の第2のゲート絶縁膜と、前記複数の第2のゲート絶縁膜上にそれぞれ形成された複数の制御ゲート電極と、前記複数の制御ゲート電極上における一部断面において上側肩部が欠落してそれぞれ形成された複数のキャップ絶縁膜とからなる複数の積層ゲート電極と、前記複数の積層ゲート電極を構成する複数の浮遊ゲート電極および複数の第2のゲート絶縁膜の側壁に沿って形成されたRTO膜からなる側壁絶縁膜であって、上端高さが前記制御ゲート電極の上面付近より下方で前記制御ゲート電極の下面より上方に位置して形成された側壁絶縁膜と、前記複数の積層ゲート電極の側壁絶縁膜間に形成され前記側壁絶縁膜を覆うように形成されたバリア膜と、前記複数の積層ゲート電極の側壁絶縁膜間のバリア膜の内側に形成されたコンタクトプラグであって、その下側面が前記キャップ絶縁膜の欠落面および前記バリア膜の外面に沿って形成され前記半導体基板上面上に至るまで自己整合的に湾曲形成されたコンタクトプラグとを備えている。 One embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate, a first gate insulating film formed over the semiconductor substrate, a plurality of floating gate electrodes formed over the first gate insulating film, and the plurality of floating floating electrodes. A plurality of second gate insulating films respectively formed on the gate electrodes, a plurality of control gate electrodes respectively formed on the plurality of second gate insulating films, and a part on the plurality of control gate electrodes A plurality of stacked gate electrodes each formed of a plurality of cap insulating films formed by removing upper shoulder portions in a cross section; a plurality of floating gate electrodes and a plurality of second gate insulators constituting the plurality of stacked gate electrodes; A sidewall insulating film made of an RTO film formed along the sidewall of the film, the upper end height being located below the upper surface of the control gate electrode and above the lower surface of the control gate electrode A barrier film formed between the sidewall insulating films of the plurality of stacked gate electrodes and formed to cover the sidewall insulating film, and a barrier film between the sidewall insulating films of the plurality of stacked gate electrodes A contact plug formed on the inside of the semiconductor device, the lower surface of which is formed along the missing surface of the cap insulating film and the outer surface of the barrier film, and is curved in a self-aligned manner until reaching the upper surface of the semiconductor substrate. It has a contact plug.
本発明の一態様によれば、積層ゲート電極間に自己整合的なコンタクト構造を適用した場合に、ゲート絶縁膜の信頼性を向上できる。 According to one embodiment of the present invention, when a self-aligned contact structure is applied between stacked gate electrodes, the reliability of the gate insulating film can be improved.
(第1の実施形態)
以下、本発明の不揮発性半導体記憶装置をNOR型のフラッシュメモリ装置に適用した第1の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に参照する図面の記載において、同一または類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。但し、図面は模式的なものであり、各層の平面寸法比率や、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention is applied to a NOR type flash memory device will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings referred to below, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic, and the plane dimension ratio of each layer, the relationship between the thickness and the plane dimension, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones.
図1は、NOR型のフラッシュメモリ装置を構成するセルアレイの一部の電気的構成の等価回路図を示しており、図2は、図1に示す電気的構成に対応した部分についての平面図を示している。NOR型のフラッシュメモリ装置1は、メモリセル領域Mと周辺回路領域(図示せず)とに区画されており、メモリセル領域Mに形成されるメモリセルアレイ(以下セルアレイ)Arを周辺回路領域の周辺回路によって駆動するように構成されている。
FIG. 1 shows an equivalent circuit diagram of a part of an electrical configuration of a cell array constituting a NOR type flash memory device, and FIG. 2 is a plan view of a portion corresponding to the electrical configuration shown in FIG. Show. The NOR type
図1に示すように、セルアレイArは、メモリセルトランジスタTm1およびTm2(以下、それぞれトランジスタTm1、Tm2と略す)がXY方向(シリコン基板2の表面内方向)に対してマトリクス状に配列されることによって構成される。なお、トランジスタTm1およびTm2は説明の便宜上別符号を付しているが、ほぼ同一構造で構成されている。ここで、X方向およびY方向は、シリコン基板2(図2参照)の表面内において互いに直交交差する方向である。 As shown in FIG. 1, in the cell array Ar, memory cell transistors Tm1 and Tm2 (hereinafter abbreviated as transistors Tm1 and Tm2 respectively) are arranged in a matrix with respect to the XY direction (in-surface direction of the silicon substrate 2). Consists of. The transistors Tm1 and Tm2 are given the same reference numerals for the sake of explanation, but have almost the same structure. Here, the X direction and the Y direction are directions orthogonal to each other within the surface of the silicon substrate 2 (see FIG. 2).
図1に示すように、Y方向に隣り合う2個(一組)のトランジスタTm1およびTm2はY方向に対して対称配置されており、これらの一組のトランジスタTm1およびTm2はドレイン領域を共用している。当該ドレイン領域は、Y方向に延びるビット線BLに電気的に接続されている。 As shown in FIG. 1, two (a set) of transistors Tm1 and Tm2 adjacent in the Y direction are arranged symmetrically with respect to the Y direction, and the set of transistors Tm1 and Tm2 share a drain region. ing. The drain region is electrically connected to a bit line BL extending in the Y direction.
これらの一組のトランジスタTm1およびTm2はY方向に複数対配列されている。これらY方向に配列された複数対のトランジスタTm1およびTm2のドレイン領域が1本のビット線(データ線)BLに共通接続されている。尚、Y方向に隣り合う2対のトランジスタTm1およびTm2は、ローカルソース線LSL1またはLSL2を挟んで線対称に配設されている。 A pair of these transistors Tm1 and Tm2 are arranged in the Y direction. The drain regions of the plurality of pairs of transistors Tm1 and Tm2 arranged in the Y direction are commonly connected to one bit line (data line) BL. Two pairs of transistors Tm1 and Tm2 adjacent in the Y direction are arranged symmetrically with respect to the local source line LSL1 or LSL2.
これらY方向に配列された複数対のトランジスタTm1およびTm2が、X方向に離間して複数列に配列されている。これにより、トランジスタTm1およびTm2がXY方向に行列状に配列されており、メモリセル領域MのセルアレイArを構成している。 A plurality of pairs of transistors Tm1 and Tm2 arranged in the Y direction are arranged in a plurality of rows with a separation in the X direction. As a result, the transistors Tm1 and Tm2 are arranged in a matrix in the XY direction, and constitute a cell array Ar in the memory cell region M.
これらのX方向に離間して複数列に配列されたトランジスタTm1およびTm2に対応して複数のビット線BLが並設されている。これらの複数のビット線BLはX方向に互いに同一間隔で形成されており、複数のビット線BL間には、複数の所定本数毎にメインソース線MSLが配設されている。このメインソース線MSLはソース電位となるソース線である。 A plurality of bit lines BL are juxtaposed in correspondence with the transistors Tm1 and Tm2 arranged in a plurality of columns separated in the X direction. The plurality of bit lines BL are formed at the same interval in the X direction, and a plurality of main source lines MSL are arranged between the plurality of bit lines BL for each of a plurality of predetermined numbers. The main source line MSL is a source line that becomes a source potential.
X方向に配列されたトランジスタTm1は、そのゲート(制御ゲート電極CG(図3参照)がワード線WL1によって共通接続されている。X方向に配列されたトランジスタTm2は、そのゲート(制御ゲート電極CG(図3参照))がワード線WL2によって共通接続されている。ワード線WL1およびWL2は、互いに平行にX方向に延伸されている。 Transistors Tm1 arranged in the X direction have their gates (control gate electrode CG (see FIG. 3) commonly connected by a word line WL1. Transistors Tm2 arranged in the X direction have their gates (control gate electrode CG). (See FIG. 3) is commonly connected by a word line WL2, which extends in the X direction in parallel with each other.
また、X方向に配列されたトランジスタTm1は、そのソース(ソース領域2b(図3参照))がX方向に延びるローカルソース線(共通ソース線)LSL2に共通接続されている。複数のローカルソース線LSL1およびLSL2は、互いにY方向に離間して配設されると共にX方向に延設されており、Y方向に延びるメインソース線MSLに共通接続されている。
The transistors Tm1 arranged in the X direction are commonly connected to a local source line (common source line) LSL2 whose source (
図2に示すように、ワード線WL1とビット線BLとの交差領域には、トランジスタTm1のゲート電極MG1が構成されており、ワード線WL2とビット線BLとの交差領域には、トランジスタTm2のゲート電極MG2が構成されている。これらのトランジスタTm1およびTm2のゲート電極MG1およびMG2はXY方向に配列されている。 As shown in FIG. 2, the gate electrode MG1 of the transistor Tm1 is configured in the intersection region between the word line WL1 and the bit line BL, and the transistor Tm2 is disposed in the intersection region between the word line WL2 and the bit line BL. A gate electrode MG2 is configured. The gate electrodes MG1 and MG2 of these transistors Tm1 and Tm2 are arranged in the XY direction.
図1および図2に示すように、Y方向に隣り合うトランジスタTm1およびTm1は、そのゲート電極MG1−MG1間においてそのY方向中央に配設された1本のローカルソース線LSL1を共用している。また同様に、Y方向に隣り合うトランジスタTm2およびTm2は、そのゲート電極MG2−MG2間においてそのY方向中央に配設された1本のローカルソース線LSL2を共用している。 As shown in FIGS. 1 and 2, transistors Tm1 and Tm1 adjacent in the Y direction share one local source line LSL1 disposed in the center in the Y direction between the gate electrodes MG1-MG1. . Similarly, the transistors Tm2 and Tm2 adjacent in the Y direction share one local source line LSL2 disposed at the center in the Y direction between the gate electrodes MG2 and MG2.
図3は、図2のA−A線に沿う縦断面図を模式的に示している。図2および図3に示すように、隣り合うワード線WL1およびWL2間の例えば中央で且つビット線BLの直下に位置してドレインコンタクトDCおよびドレインヴィアプラグDVが積層形成されている。これらのドレインコンタクトDCおよびドレインヴィアプラグDVは、シリコン基板2の直上から縦方向(XY平面に直交したZ方向)に延設して構成されており、トランジスタTm1およびTm2のドレイン領域2a(図3参照)とその縦方向の上方に配設されるビット線BLとを電気的および構造的に接続するために設けられている。
FIG. 3 schematically shows a longitudinal sectional view taken along line AA of FIG. As shown in FIGS. 2 and 3, a drain contact DC and a drain via plug DV are stacked so as to be located, for example, in the center between adjacent word lines WL1 and WL2 and immediately below the bit line BL. These drain contacts DC and drain via plugs DV are configured to extend in the vertical direction (Z direction orthogonal to the XY plane) from directly above the
メモリセル領域M内においては、シリコン基板2に対してZ方向に多層構造で構成されており、下層側から上層側にかけて(1)シリコン基板2の表層LY1、(2)コンタクトプラグ形成層LY2、(3)ヴィアプラグ形成層LY3、(4)配線層LY4の多層構造を具備して構成されている。
In the memory cell region M, a multilayer structure is formed in the Z direction with respect to the
尚、(2)コンタクトプラグ形成層LY2と同一層の一部に(2a)積層ゲート電極層LY2aが設けられる。これらの層(1)〜(4)内には、以下に示す電気的導電要素が構成されている。 Note that (2) the stacked gate electrode layer LY2a is provided in a part of the same layer as the (2) contact plug formation layer LY2. In these layers (1) to (4), the following electrically conductive elements are formed.
(1)表層LY1
ドレイン領域2a、ソース領域2b
(2)コンタクトプラグ形成層LY2
ドレインコンタクトDC、ローカルソース線LSL1、ローカルソース線LSL2(図3には図示せず)
(2a)積層ゲート電極層LY2a
メモリセルトランジスタのゲート電極MG1(浮遊ゲート電極FG、ゲート間絶縁膜7、制御ゲート電極CG、シリコン窒化膜10)、メモリセルトランジスタのゲート電極MG2(浮遊ゲート電極FG、ゲート間絶縁膜7、制御ゲート電極CG、シリコン窒化膜10)
(3)ヴィアプラグ形成層LY3
ドレインヴィアプラグDV
(4)配線層LY4
ビット線BL、メインソース線MSL(図3には図示せず)
以下、トランジスタTm1の断面構造を説明する。尚、図2および図3に示すように、トランジスタTm2は、トランジスタTm1とドレインコンタクトDCを挟んでY方向に対称構造で構成されており、トランジスタTm2はトランジスタTm1の構造とほぼ同一であるため、トランジスタTm1、Tm2の具体的な構造説明を並行して行う。
(1) Surface layer LY1
Drain
(2) Contact plug formation layer LY2
Drain contact DC, local source line LSL1, local source line LSL2 (not shown in FIG. 3)
(2a) Stacked gate electrode layer LY2a
Memory cell transistor gate electrode MG1 (floating gate electrode FG, intergate insulating
(3) Via plug formation layer LY3
Drain via plug DV
(4) Wiring layer LY4
Bit line BL, main source line MSL (not shown in FIG. 3)
Hereinafter, a cross-sectional structure of the transistor Tm1 will be described. 2 and 3, the transistor Tm2 has a symmetrical structure in the Y direction across the transistor Tm1 and the drain contact DC, and the transistor Tm2 is almost the same as the structure of the transistor Tm1. The specific structure of the transistors Tm1 and Tm2 will be described in parallel.
図4は、図2のB−B線に沿う特にゲート電極の構造断面について模式的に示している。図4に示すように、半導体基板としてのp型のシリコン基板2には、X方向に離間して複数の素子分離溝3が形成されている。これらの素子分離溝3は、Y方向に沿って形成されており、シリコン基板2の素子領域(アクティブエリア)SaをX方向に区画している。これらの素子領域Saは、図3に示すように、トランジスタTm1およびTm2のドレイン領域2a、ソース領域2bおよびその間に挟まれたチャネル領域を含む領域であり、ビット線BLの直下方に位置して形成される。
FIG. 4 schematically shows a cross section of the gate electrode, particularly along the line BB in FIG. As shown in FIG. 4, a plurality of
図4に示すように、複数の素子分離溝3にはそれぞれ素子分離絶縁膜4が埋込まれており、素子分離領域Sbを構成している。この素子分離絶縁膜4は、シリコン基板2の表面より上方に突出して構成されている。素子分離溝3によって区画されたシリコン基板2の素子領域Sa上にはゲート絶縁膜5が形成されている。このゲート絶縁膜5は、所定膜厚のシリコン酸化膜により形成され、トンネル絶縁膜として機能する膜である。
As shown in FIG. 4, an element
ゲート絶縁膜5上には多結晶シリコン層6が形成されている。この多結晶シリコン層6は、リンによる不純物がドープされた非晶質シリコンが多結晶化して構成されたものであり、その上面は素子分離絶縁膜4の上面よりも高く位置するように所定膜厚で構成されている。この多結晶シリコン層6は、X方向断面において素子分離絶縁膜4の側面と面一に自己整合的に形成され、トランジスタTm1の浮遊ゲート電極FGとして構成される。
A
多結晶シリコン層6の上面および上側面ならびに素子分離絶縁膜4の上面上を連続的に沿ってゲート間絶縁膜7が形成されている。このゲート間絶縁膜7は、例えばONO膜(シリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜の3層構造膜)等により構成され、第2のゲート絶縁膜、インターポリ絶縁膜、導電層間絶縁膜として構成される。
An
このゲート間絶縁膜7の上には多結晶シリコン層8が形成されている。この多結晶シリコン層8は、リンによる不純物がドープされた非晶質シリコンが熱処理されて多結晶化して構成された層として構成されている。
A
この多結晶シリコン層8の上にはタングステンなどの金属によるシリサイド膜9が形成され、当該層8および9によって制御ゲート電極CGが構成されている。この制御ゲート電極CGの上にはキャップ絶縁膜としてシリコン窒化膜10が形成されている。図3に示す断面においては、シリコン窒化膜10は、Y方向上側端部となる上側肩部10aが欠落した所謂「凸型形状」に構成されている。
A
このようにして、シリコン基板2上にゲート絶縁膜5を介して、浮遊ゲート電極FG、ゲート間絶縁膜7、制御ゲート電極CG、シリコン窒化膜10の積層構造によって積層ゲート電極MG1が構成されている。積層ゲート電極MG1の上にはシリコン窒化膜13、シリコン酸化膜14、ビット線BLが積層されている。
In this way, the laminated gate electrode MG1 is formed on the
また、図3に示すように、積層ゲート電極MG1を構成する浮遊ゲート電極FG(6)、ゲート間絶縁膜7、制御ゲート電極CG(8、9)の側壁には、RTO(Rapid Thermal Oxidation)処理により形成されたRTO膜11がシリコン酸化膜、側壁絶縁膜として構成されている。このRTO膜11は、積層ゲート電極MG1の側壁保護用に設けられている。RTO膜11は、その上端11aがゲート間絶縁膜7の上面より上方で且つシリサイド膜9の上面以下の位置になるように構成されている。
As shown in FIG. 3, RTO (Rapid Thermal Oxidation) is provided on the side walls of the floating gate electrode FG (6), the inter-gate
シリコン基板2の表層においてゲート電極MG1のY方向両脇には、一方にドレイン領域2aが形成され、他方にソース領域2bが形成されている。これらのドレイン/ソース領域2aおよび2b上には、ゲート絶縁膜5を介してシリコン酸化膜12が形成されている。シリコン酸化膜12は、ゲート電極MG1の側壁に形成されたRTO膜11の外側面上および上面上に沿って当該RTO膜11の外面を覆うように形成されると共に、ゲート絶縁膜5の上面上に沿って形成されている。
In the surface layer of the
このシリコン酸化膜12の上面上および側面上には当該シリコン酸化膜12を覆うようにシリコン窒化膜13が形成されている。このシリコン窒化膜13はシリコン酸化膜12の上面上および外側面上に沿って形成されている。また、このシリコン窒化膜13は、シリコン窒化膜10の凸型中央上面上にも形成されている。これらのシリコン窒化膜13は同一工程にて成膜されるため、同一符号を付している。シリコン窒化膜10の凸型中央上面上に形成されたシリコン窒化膜13の上にはTEOSガスによりプラズマCVD法により成膜されたシリコン酸化膜14が形成されている。このシリコン酸化膜14は、ゲート電極MG1の上層領域における層間絶縁膜、プラグ間絶縁膜を構成する。
A
図3に示すドレイン側においては、ゲート電極MG1−MG1間のシリコン窒化膜13の内側にドレインコンタクトDCが構成されている。このドレインコンタクトDCは、シリコン基板2のドレイン領域2a直上に位置して形成されている。このドレインコンタクトDCは、シリコン酸化膜12の側面上および上面上に沿って形成されたシリコン窒化膜13の内側に沿って形成されている。このドレインコンタクトDCは、その上部がシリコン酸化膜14の側面、シリコン窒化膜10上のシリコン窒化膜13の側面、シリコン窒化膜10の上側面(欠落面)に沿って形成されている。
On the drain side shown in FIG. 3, a drain contact DC is formed inside the
図2に示すように、これらのドレインコンタクトDCはX方向に並設されている。これらのドレインコンタクトDCは、図3に示すように、タングステン(W)層16と、当該タングステン層16の下面および側面を覆うように形成されたチタン(Ti)等によるバリアメタル膜17とにより金属配線層として構成される。
As shown in FIG. 2, these drain contacts DC are juxtaposed in the X direction. As shown in FIG. 3, these drain contacts DC are made of metal by a tungsten (W)
図示しないが、ソース側においては、ソース領域2bが素子分離絶縁膜4を挟んでX方向に複数並設されている。図3に示すように、これらのソース領域2b上にローカルソース線LSL1が形成されている。このローカルソース線LSL1は、ソース領域2b直上からZ方向に沿ってシリコン酸化膜14の上面高さに至るまで延伸され、図3の掲載面に対して垂直方向となるX方向に沿って延伸されている。
Although not shown, on the source side, a plurality of
このローカルソース線LSL1は、図2に示すように、それぞれX方向に複数設けられたソース領域2b上を連結して渡り、当該複数のソース領域2bに対して構造的および電気的に接続して構成されている。このローカルソース線LSL1は、それぞれ複数の素子領域Saおよび素子分離領域Sbの上を跨いでX方向に沿って形成されている。
As shown in FIG. 2, the local source line LSL1 is connected across a plurality of
シリコン酸化膜14の上面上、ローカルソース線LSL1の上面上には、シリコン酸化膜15が層間絶縁膜として形成されている。このシリコン酸化膜15には、ドレインコンタクトDCの上面上に通ずるヴィアホールが形成されており、ヴィアホールの内面に沿ってバリアメタル膜18が形成され当該バリアメタル膜18の内側に金属層19が形成されることによってドレインヴィアプラグDVが形成されている。ドレインヴィアプラグDVの上にはビット線BLがY方向に沿って構成されている。
A
図5は、図2のR領域(ドレインコンタクトDCの形成領域およびその周辺)の斜視図を模式的に示している。この図5においては説明を簡略化するためドレインコンタクトDC周辺に設けられるシリコン窒化膜12、シリコン酸化膜13等については図示していない。ドレインコンタクトDCの周辺(図2のX方向脇)にはBPSG(Boro-phospho silicate glass)膜21が電極間絶縁膜として埋込まれている。尚、図5においては、BPSG膜21はその形成領域中に符号のみで表しており図示を省略している。このBPSG膜21は、TEOSによるシリコン酸化膜などよりも埋込性の良い膜であり、ゲート電極MG1の側方に位置して形成されている。
FIG. 5 schematically shows a perspective view of the R region (region where the drain contact DC is formed and its periphery) in FIG. In FIG. 5, the
図2に示すように、ドレインコンタクトDCは、Y方向に隣接したゲート電極MG1、MG2上に張り出して上面がY方向に長径でX方向に短径な楕円形状に構成されている。図5に示すように、ドレインコンタクトDCは、BPSG膜21中の隣り合うゲート電極MG1−MG2間に位置して形成されており、その下側面がシリコン窒化膜10の上側肩部10aの欠落部分の外面に沿って形成されると共に、図3に示すように、RTO膜11の上端11aを覆うように形成されたシリコン窒化膜12の上端12aの外面に沿って形成されている。
As shown in FIG. 2, the drain contact DC has an elliptical shape that protrudes on the gate electrodes MG <b> 1 and MG <b> 2 adjacent in the Y direction and has an upper surface having a major axis in the Y direction and a minor axis in the X direction. As shown in FIG. 5, the drain contact DC is formed between the adjacent gate electrodes MG <b> 1-MG <b> 2 in the
また、ドレインコンタクトDCは、その下側面が前記欠落部分からシリコン基板2の上面上に至るまで湾曲形成されている。また、図2および図5に示すように、ドレインコンタクトDCは、その下端面が矩形枠状に構成されておりX方向の一部が素子分離絶縁膜4の上部4aの上面の一部に載置するように構成されている。このようにしてドレインコンタクトDCは自己整合的に形成されている。
Further, the drain contact DC is curved so that the lower side surface thereof extends from the missing portion to the upper surface of the
上記構造の製造方法について説明する。図6〜図9は、一製造工程における断面を図2のB−B線に沿って模式的に示している。尚、図示しないその他の領域を形成するのに必要な工程があれば付加しても良い。 The manufacturing method of the said structure is demonstrated. 6 to 9 schematically show cross sections in one manufacturing process along the line BB in FIG. In addition, if there is a process necessary for forming other regions not shown, they may be added.
図6に示すように、p型のシリコン基板2にウェルやチャネル形成のためのイオン注入を行った後、当該シリコン基板2上を熱酸化処理することでゲート絶縁膜5を形成し、減圧CVD法により非晶質シリコンを堆積する。この非晶質シリコンは後の熱処理によって多結晶化するため、図中には多結晶シリコン層6として示している。次に、減圧CVD法によりシリコン窒化膜23、シリコン酸化膜24を順次堆積する。
As shown in FIG. 6, after ion implantation for forming a well and a channel is performed on a p-
次に、フォトレジスト(図示せず)を塗布し、フォトレジストを通常の光蝕刻法により所望形状にパターンニングし、当該フォトレジストをマスクとして、図7に示すように、シリコン酸化膜24、シリコン窒化膜23を異方性エッチング(例えばRIE(Reactive Ion Etching)法)により加工し、酸素(O2)プラズマ中にさらすことでフォトレジストを除去し、シリコン酸化膜24をマスクとして多結晶シリコン層6、ゲート絶縁膜5、シリコン基板2の上部に素子分離溝3を形成する。
Next, a photoresist (not shown) is applied, and the photoresist is patterned into a desired shape by a normal photo-etching method. Using the photoresist as a mask, as shown in FIG. The
次に、図8に示すように、素子分離溝3内にシリコン酸化膜により素子分離絶縁膜4を形成し、シリコン窒化膜23をストッパとしてCMP(Chemical Mechanical Polish)法により素子分離絶縁膜4を平坦化処理し、素子分離絶縁膜4の上面高さをゲート絶縁膜5の上面より上方で且つ多結晶シリコン層6の上面より下方に位置するようにエッチングして高さを調整し、燐酸処理によりシリコン窒化膜23を除去する。
Next, as shown in FIG. 8, an element
次に、図9に示すように、CVD法によりゲート間絶縁膜7としてONO膜(シリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜の3層膜)を堆積し、リン等の不純物がドープされた非晶質シリコンを堆積する。この非晶質シリコンは後に熱処理されることによって多結晶シリコン層8として変成される。次に、多結晶シリコン層8の上部をタングステンなどの金属によってシリサイド化してシリサイド膜9を形成し、さらにその上にシリコン窒化膜10を堆積する。次に、CVD法によりシリコン窒化膜10の上にシリコン酸化膜25を堆積する。
Next, as shown in FIG. 9, an ONO film (a three-layer film of silicon oxide film-silicon nitride film-silicon oxide film) is deposited as an inter-gate
このシリコン酸化膜25は、シリコン窒化膜10の上側肩部10a(図3参照)の保護膜として使用されるものであり、自己整合的にコンタクトホールDHを形成する前に行われる各種エッチング処理(例えば後述の図11、図16参照)からシリコン窒化膜10の上側肩部10aを保護するために設けられる。
The
図10は、この時点における図2のR領域およびその周辺の斜視図を模式的に示している。この時点では、前述した図10に示す積層構造がY方向に沿って同一構造で形成されている。次に、シリコン酸化膜25の上にフォトレジスト(図示せず)を塗布し、当該フォトレジストをパターンニングし、当該レジストのマスクパターンをマスクとしてシリコン酸化膜25をRIE法により除去処理加工しマスクパターンを除去する。
FIG. 10 schematically shows a perspective view of the R region in FIG. 2 and its surroundings at this time. At this point, the above-described stacked structure shown in FIG. 10 is formed in the same structure along the Y direction. Next, a photoresist (not shown) is applied onto the
次に、図11に示すように、シリコン酸化膜25をマスクとしてシリコン酸化膜10、シリサイド膜9、多結晶シリコン層8、ゲート間絶縁膜7、多結晶シリコン層6をRIE法により順次除去処理してX方向に沿って溝加工し、各ゲート電極MG1およびMG2を互いに分断する。
Next, as shown in FIG. 11, the
図12〜図21は、一製造段階における図2のA−A線に沿う断面を模式的に示している。これらの図12〜図21は図11の工程断面に続く工程を表す図である。
図12に示すように、分断加工された各ゲート電極MG1およびMG2をRTO(Rapid Thermal Oxide)処理により酸化し、RTO膜11を形成する。このRTO処理は、シリサイド膜9の側壁異常酸化を防止するための処理である。このRTO膜11を形成することによってシリコン窒化膜10の側壁の酸化を極力防ぎながら、ゲート電極MG1およびMG2の側壁(特にシリサイド膜9の側壁やゲート間絶縁膜7の側壁)を保護することができる。このRTO処理によるRTO膜11は、その上端11aがシリサイド膜9の上面とシリコン窒化膜10との間の界面付近に位置するように形成される。
12 to 21 schematically show a cross section taken along line AA of FIG. 2 in one manufacturing stage. 12 to 21 are views showing processes following the process cross section of FIG.
As shown in FIG. 12, the divided gate electrodes MG1 and MG2 are oxidized by RTO (Rapid Thermal Oxide) treatment to form an
次に、図13に示すように、TEOSガスを用いて減圧CVD法によりシリコン酸化膜12を成膜する。このシリコン酸化膜12は、ゲート電極MG1およびMG2およびRTO膜11およびその上端11aを覆うように形成される。シリコン酸化膜12は、半導体ウェハ面に形成される各トランジスタのLDD(Lightly Doped Drain)形成のためのスペーサ加工時のストッパ絶縁膜として設けられている。尚、当該工程説明図中においてスペーサ用の絶縁膜はメモリセル領域Mでは除去処理されるため図示していない。この図13に示す工程前後において、ソース/ドレイン領域2a、2bを形成するための低濃度および高濃度のn型不純物のイオン注入が行われる。尚、これらの不純物は後の熱処理により活性化される。
Next, as shown in FIG. 13, a
次に、図14に示すように、シリコン酸化膜12上にレジスト等の犠牲層26をシリコン基板2のウェハ全面に塗布する。この犠牲層26は、シリコン酸化膜25に対して高選択比であると共に、後に剥離可能な材料であればどのような材料を用いても良い。
Next, as shown in FIG. 14, a
次に、図15に示すように、シリサイド膜9の上面より上方で且つシリコン窒化膜10の上面より下方に位置するように犠牲層26の上面位置を調整する。この調整方法は、CDEなどのエッチング処理により行う。
Next, as shown in FIG. 15, the upper surface position of the
次に、図16に示すように、犠牲層26に対して高選択性を有する条件下でフッ酸系のウェットエッチングなどによりシリコン窒化膜10の側壁面に沿って形成されたシリコン酸化膜12の上側部12bと、シリコン窒化膜10の上に形成されたシリコン酸化膜25とを同時に選択的に除去処理する。
Next, as shown in FIG. 16, the
エッチング処理時間を調整して除去処理することで、シリコン酸化膜12は、その上端12aの高さがシリサイド膜9の上面(シリコン窒化膜10の下面)より上方で且つシリコン窒化膜10の上面より下方に位置するように調整される。さらに具体的には、上端12aの高さがシリコン窒化膜10の高さ方向中央部より下方の低い位置に調整される。尚、この高さは、ゲート間絶縁膜7の上面より上方で且つシリコン窒化膜10の下端部付近であれば設計の範囲内で適宜調整しても良い。本実施形態においては、シリコン窒化膜10とシリサイド膜9との界面付近に調整している。
By removing the
このようにして、シリコン窒化膜10上のシリコン酸化膜25を剥離すると同時にシリコン窒化膜10の上部側面に沿って形成されたシリコン酸化膜12を剥離することができる。これにより、ゲート電極MG1およびMG2を構成する各層6〜9の側壁に沿ってRTO膜11を残留させた構造を得ることができる。
In this way, the
次に、図17に示すように、犠牲層26を構成するレジストをアッシング処理によって除去する。次に、図18に示すように、シリコン酸化膜12の上面および側面並びにシリコン窒化膜10の側面および上面を覆うようにシリコン窒化膜13を減圧CVD法により形成する。
Next, as shown in FIG. 17, the resist constituting the
次に、図19に示すように、BPSG膜21を形成し、次に、CMP法によりシリコン窒化膜13をストッパとして平坦化処理を行い、次に、TEOSガスを用いたプラズマCVD法によりシリコン酸化膜14を堆積する。
Next, as shown in FIG. 19, a
次に、フォトレジスト27を塗布し、当該レジスト27をドレインコンタクトDCの形成領域においてフォトリソグラフィ法によりパターンニングする。このとき図20に示す断面においては、レジスト27は、複数のシリコン窒化膜10、13のそれぞれの中央上に残留させながらシリコン窒化膜13のドレインコンタクトDC側の端部上では剥離するようにパターンニングされる。レジスト27の開口幅Rdは隣り合う複数のゲート電極MG1−MG1間、MG1−MG2間の間隔よりも広く設定されている。
Next, a
次に、パターンニングされたレジスト27をマスクとして、シリコン窒化膜に対して高選択性を有する条件においてシリコン酸化膜14およびBPSG膜21を異方性エッチング(RIE法)により加工する。このとき、レジスト27は、複数のシリコン窒化膜10、13のそれぞれの中央上に位置して残留していると共に、レジスト27の開口幅Rdは複数のゲート電極MG1−MG1間、MG1−MG2間の間隔よりも広く設定されているため、シリコン酸化膜14およびBPSG膜21をエッチング加工すると、シリコン酸化膜14および20が主に加工されるものの、シリコン窒化膜10の上側肩部(上側角部)10aも速度は遅いもののエッチング処理が行われる。
Next, using the patterned resist 27 as a mask, the
各膜5〜10、25、13、14の膜厚、シリコン酸化膜12の上端12aの位置、エッチングの選択性などの各種条件が調整された状態で時間を調整してエッチング処理が行われると、コンタクトホールDHをシリコン基板2の上面に達するように形成したときには、図20の断面に示すシリコン窒化膜10の上側肩部10a、シリコン窒化膜13の側部が欠落した形状に形成される。
When the etching process is performed by adjusting the time with various conditions such as the film thickness of each of the
この場合、シリコン窒化膜13の下側上端13aがシリコン酸化膜12の上端12aを覆って残留するように形成される。つまり、異方性エッチング処理が行われたとしても、ゲート電極MG1の側壁に沿って形成されたRTO膜11やシリコン酸化膜12を保護することができる。コンタクトホールDHの下側面は、シリコン窒化膜13がゲート電極MG1、MG2の側壁に沿って縦方向に延伸して形成されているため、コンタクトホールDHはシリコン窒化膜13の外面に沿ってシリコン基板2の上面上に至るまで形成され、コンタクトホールDHの径は上層側からシリコン基板2の上面上に至るまで徐々に狭くなり、エッチング処理の影響がシリコン酸化膜11および12に侵食することはない。
In this case, the lower
このようにして、シリコン酸化膜11および12の成膜状態を保持しながらドレインコンタクトDC側において所謂自己整合的(セルフアライン)な上部が平面的に楕円形状となるコンタクトホールDHを信頼性良く形成することができる。
In this manner, the contact hole DH having a so-called self-aligned upper part on the drain contact DC side having an elliptical shape in plan is formed with high reliability while maintaining the film formation state of the
尚、図5の斜視図に示すように、ドレインコンタクトDC側においては、コンタクトホールDHの形成領域以外における他のX方向に沿った側壁部分においては、シリコン窒化膜10やシリコン窒化膜13は欠落形成されることはない。
As shown in the perspective view of FIG. 5, on the drain contact DC side, the
このようなドレインコンタクトDC側のホールDHの形成工程をローカルソース線コンタクトLSL1、LSL2側でも同様に繰り返すことでソース線コンタクトLSL1、LSL2側にも同様の自己整合的な平面的に直線状(上側がほぼ直方体状で下側面がゲート電極間において湾曲面形状)の溝となるコンタクトホールSHを形成することができる。 By repeating the process of forming the hole DH on the drain contact DC side on the local source line contacts LSL1 and LSL2 side in the same manner, the same self-aligned planar straight line (upper side) is also formed on the source line contacts LSL1 and LSL2 side. It is possible to form a contact hole SH to be a groove having a substantially rectangular parallelepiped side and a lower side having a curved surface shape between the gate electrodes.
次に、図21に示すように、スパッタ法によりチタン(Ti)によるバリアメタル膜17をホールDHおよびSH内面に沿って成膜し、CVD法によりタングステン層16を堆積し、シリコン酸化膜14をストッパとしてCMP法によりタングステン層16およびバリアメタル膜17を平坦化処理する。すると、ドレインコンタクトDC、ローカルソース線コンタクトLSL1、LSL2をゲート電極MG1およびMG2から離間した状態で形成することができる。
Next, as shown in FIG. 21, a
次に、図3に示すように、CVD法によりシリコン酸化膜15を堆積し、当該シリコン酸化膜15上にレジスト(図示せず)をパターンニングし、当該パターンニングされたレジストをマスクとして、ドレインコンタクトDC直上に達するヴィアホールを形成し、当該ホール内にスパッタ法によりバリアメタル膜18を形成し、当該バリアメタル膜18の内側にタングステン等によって金属層19を堆積し、シリコン酸化膜15をストッパーとして平坦化処理しドレイン側のヴィアプラグDVとして形成する。次に、ヴィアプラグDVの上層にビット線BL構造等を形成することでフラッシュメモリ装置1のメモリセル領域Mの構造を形成することができるが、この後の工程については本実施形態の特徴とは直接関係しないため、その説明を省略する。
Next, as shown in FIG. 3, a
本実施形態によれば、ゲート電極MG1、MG2をRTO処理することで制御ゲート電極CG、ゲート間絶縁膜7、浮遊ゲート電極FGの側壁に沿ってRTO膜11を形成し、その上を覆うようにシリコン酸化膜12を形成し、ゲート電極MG1、MG2の上面および側面、RTO膜11の上端11aおよび側面を覆うようにシリコン窒化膜13を形成し、シリコン窒化膜13の内側にBPSG膜21を形成し、シリコン窒化膜に対して高選択性を有する条件下でBPSG膜21をエッチング処理している。
According to the present embodiment, the RTO process is performed on the gate electrodes MG1 and MG2 to form the
この場合、RTO膜11、BPSG膜21がそれぞれシリコン窒化膜10、13との間でエッチング処理時の高選択可能な材料で形成され、シリコン窒化膜13の下側上端13aがコンタクトホールDHの形成後においてRTO膜11の上端11aを覆うように各層の膜厚やエッチング処理条件が予め調整される。
In this case, the
すると、コンタクトホールDHを形成するときには、シリコン窒化膜10とシリコン窒化膜13との側壁間に酸化膜系材料が介在していないため、コンタクトホールDH形成時のエッチング処理の影響が当該酸化膜系絶縁膜を通じて特に制御ゲートCG側に侵食しないような構成とすることができ、自己整合的にコンタクトホールDHを形成できるようになる。
Then, when the contact hole DH is formed, the oxide film material is not interposed between the side walls of the
したがって、ゲート電極MG1、MG2の特にゲート間絶縁膜7の側壁をRTO膜11により保護しながら自己整合的にコンタクトホールDHを形成することができ、その後コンタクトホールDH内にドレインコンタクトDCの材料を埋込んだとしても当該コンタクトDCの材料がゲート電極MG1およびMG2の制御ゲート電極CGなどに接触することを防止でき、これにより信頼性を向上できる。
Accordingly, the contact hole DH can be formed in a self-aligning manner while protecting the side walls of the gate electrodes MG1 and MG2, in particular, the sidewalls of the inter-gate
また、RTO膜11を形成した後、ゲート電極MG1およびMG2を覆うようにシリコン酸化膜12を形成し、複数のゲート電極MG1−MG1間のシリコン酸化膜12の内側に犠牲層26を形成し、シリコン酸化膜12の上端12aがRTO膜11の上端11aを覆うようにエッチング処理して調整し、コンタクトホールDHを形成するときにはRTO膜11の上端11aを覆うシリコン酸化膜12の上端12aを覆うように残留させながら当該コンタクトホールDHを形成しているため、ゲート間絶縁膜7やゲート絶縁膜5がエッチング処理に曝されることがなくなり信頼性を向上できる。
Further, after forming the
シリコン酸化膜12は、その上端12aがシリコン窒化膜10とシリサイド膜9との間の界面付近(制御ゲート電極CGの上面付近)に位置するように調整されているため、制御ゲート電極CG、ゲート間絶縁膜7、浮遊ゲート電極FGの側壁を保護することができ、信頼性を向上できる。
Since the
RTO膜11は、その上端11aがシリコン窒化膜10とシリサイド膜9との間の界面付近(制御ゲート電極CGの上面付近)に位置するように調整されているため、制御ゲート電極CG、ゲート間絶縁膜7、浮遊ゲート電極FGの側壁を保護することができ、信頼性を向上できる。
Since the
自己整合的にコンタクトホールDHを形成する前(特に各層6〜10を分断することで複数のゲート電極MG1、MG2を形成する前)に、シリコン窒化膜10の上側肩部10aを保護するためのシリコン酸化膜25をシリコン窒化膜10上に形成しているため、コンタクトホールDHを自己整合的に形成する前の段階の各種エッチングによる除去処理(各層6〜10の分断処理、犠牲層26の落としこみ処理、シリコン酸化膜12の上側除去処理等)からシリコン窒化膜10の上側肩部10aを保護することができ、複数段階のエッチング処理に伴うシリコン窒化膜10および13の膜厚調整変動誤差を極力防ぐことができる。
Before the contact hole DH is formed in a self-aligning manner (especially before the plurality of gate electrodes MG1 and MG2 are formed by dividing the
LDD構造形成用のストッパ膜として設けられるシリコン酸化膜12と、シリコン窒化膜10を保護するためのシリコン酸化膜25とが同種材料で形成されているため、シリコン酸化膜12の上側部12bとシリコン酸化膜25とを同時にエッチング処理でき、ドレインコンタクトDC用のコンタクトホールDHやローカルソース線LSL1、LSL2用のコンタクトホールSHを加工するときのアスペクト比を低減できるようになる。
Since the
ゲート電極MG1−MG1間、MG1−MG2間の下側に犠牲層26を残留させてシリコン酸化膜12の上側部12bをウェットエッチング処理するため、エッチング時間を調整することでゲート間絶縁膜7やゲート絶縁膜5が当該エッチング処理に曝されることがなくなり当該ゲート絶縁膜を信頼性良く構成できる。
Since the
RTO膜11が、複数の浮遊ゲート電極FGおよびゲート間絶縁膜7の側壁に沿ってその上端11aが制御ゲート電極CGの上面付近に位置して形成されると共に、ドレインコンタクトDCがBPSG膜21中に形成され、その下側面がシリコン窒化膜10の上側肩部10aの欠落面、および、シリコン酸化膜12の上端12aを覆うシリコン窒化膜13の外面に沿って自己整合的に湾曲形成されているため、RTO膜11の信頼性を保持することができゲート電極MG1およびMG2の側壁保護を適切に行うことができる。
The
図3に示すように、ゲート電極MG1、MG2の側壁にはRTO膜11、シリコン酸化膜12およびシリコン窒化膜13のみが形成されているため、例えばシリコン窒化膜単層の構造に比較してドレインコンタクトDCとの間の電気的干渉が少なくなり書込み消去特性が向上する。
As shown in FIG. 3, since only the
(第2の実施形態)
図22は、本発明の第2の実施形態を示すもので、前述実施形態と異なるところは、RTO膜11の上端11a、および、シリコン酸化膜12の上端12aの設定位置にある。前述実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下、異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 22 shows a second embodiment of the present invention, which is different from the previous embodiment in the set positions of the
図22は、図3に代わるY方向断面を模式的に示している。
前述実施形態においては、RTO膜11の上端11a、シリコン酸化膜12の上端12aが制御ゲート電極CGとシリコン窒化膜10との間の界面付近に設定されているが、これに代えて、図22に示すように、RTO膜11の上端11a、シリコン酸化膜12の上端12aがゲート間絶縁膜7の上面よりわずかに上方に位置して形成されていても良い。すなわち、シリコン酸化膜12は、制御ゲート電極CGの側壁の一部となる下部のみ覆うように形成されている。この構造を形成する場合には、図15に示す工程の時点において犠牲層26の上面位置を多結晶シリコン層8とシリサイド膜9との間の界面位置付近に調整すると良い。このような実施形態においても前述実施形態とほぼ同様の作用効果が得られる。
FIG. 22 schematically shows a Y-direction cross-section that replaces FIG.
In the above-described embodiment, the
尚、第1および第2の実施形態に示したように、RTO膜11の上端11a、シリコン酸化膜12の上端12aは、それぞれ、ゲート間絶縁膜7の上面より上方でかつ制御ゲート電極CGの上面付近よりも下方に位置するように形成されていれば何れの位置に調整されていても良い。
As shown in the first and second embodiments, the
(他の実施形態)
本発明は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
前述実施形態では、表層にウェルを適宜形成したP型のシリコン基板2を適用し、当該シリコン基板2上の構造を主に説明したが、N型のシリコン基板2の表層にPウェルを形成した領域の構造に適用しても良いし、本発明では他材料の半導体基板を適用しても良い。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified or expanded as follows.
In the above-described embodiment, the P-
コンタクトホールDHを上端が平面的に楕円形状となるように形成した実施形態を示したが、これに代えて上端が平面的に真円形状のコンタクトホールを形成する場合にも適用できる。
ゲート間絶縁膜7として、ONO膜を適用したが、例えばONON膜等、ONO膜と異なる構成の酸化膜と窒化膜の積層膜やアルミナ等の高誘電体膜を適用しても良い。
多結晶シリコン層6(浮遊ゲート電極FG)がX方向に隣接する素子分離絶縁膜4上に張り出したT型形状のものにも適用可能である。
Although the embodiment has been described in which the contact hole DH is formed such that the upper end thereof is planarly elliptical, the present invention can be applied to a case where a contact hole whose upper end is planarly shaped is formed instead.
Although the ONO film is applied as the inter-gate
The present invention can also be applied to a T-shaped structure in which the polycrystalline silicon layer 6 (floating gate electrode FG) projects on the element
制御ゲート電極CGの上層低抵抗化金属層としてタングステンによるシリサイド膜9を適用したが、本発明では他の金属によるシリサイド層を適用しても良いし、制御ゲート電極CGはポリゲートであっても良い。
シリコン酸化膜12を形成せず、RTO膜11上に直接シリコン窒化膜13を形成しても良い。
NOR型のフラッシュメモリ装置に適用したが、本発明ではNAND型のフラッシュメモリ装置に適用してもよいし、EEPROMなどの他の不揮発性半導体記憶装置に適用しても良い。
The
The
Although the present invention is applied to a NOR type flash memory device, the present invention may be applied to a NAND type flash memory device or another nonvolatile semiconductor memory device such as an EEPROM.
上記実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されたとしても発明が解決しようとする課題の欄で述べられた目的を達成することができ、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成要件を発明として適用可能である。 Even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements shown in the embodiment, the object described in the column of the problem to be solved by the invention can be achieved, and is described in the column of the effect of the invention. If the effect is obtained, the configuration requirement from which this configuration requirement is deleted can be applied as an invention.
図面中、1はフラッシュメモリ装置(不揮発性半導体記憶装置)、5はゲート絶縁膜(第1のゲート絶縁膜)、6は多結晶シリコン層(浮遊ゲート電極)、7はゲート間絶縁膜(第2のゲート絶縁膜)、10はシリコン窒化膜(キャップ絶縁膜)、11はRTO膜(第1絶縁膜、側壁絶縁膜)、13はシリコン窒化膜(第2絶縁膜、バリア膜)、21はBPSG膜(電極間絶縁膜)、26は犠牲層、DHはドレインコンタクトホール(コンタクトホール)、SHはソースコンタクトホール(コンタクトホール)、DCはドレインコンタクト(コンタクトプラグ)、LSL1、LSL2はソース線コンタクト、FGは浮遊ゲート電極、CGは制御ゲート電極、MG1、MG2はゲート電極(積層ゲート電極)を示す。 In the drawings, 1 is a flash memory device (nonvolatile semiconductor memory device), 5 is a gate insulating film (first gate insulating film), 6 is a polycrystalline silicon layer (floating gate electrode), and 7 is an inter-gate insulating film (first gate insulating film). 2 is a silicon nitride film (cap insulating film), 11 is an RTO film (first insulating film, sidewall insulating film), 13 is a silicon nitride film (second insulating film, barrier film), and 21 is BPSG film (interelectrode insulating film), 26 is a sacrificial layer, DH is a drain contact hole (contact hole), SH is a source contact hole (contact hole), DC is a drain contact (contact plug), and LSL1 and LSL2 are source line contacts , FG are floating gate electrodes, CG is a control gate electrode, and MG1 and MG2 are gate electrodes (stacked gate electrodes).
Claims (5)
前記第1のゲート絶縁膜上に、複数の浮遊ゲート電極、複数の第2のゲート絶縁膜、複数の制御ゲート電極、複数のキャップ絶縁膜を順に積層した複数の積層ゲート電極を形成する工程と、
前記複数の積層ゲート電極をRTO(Rapid Thermal Oxide)処理して前記複数の制御ゲート電極、複数の浮遊ゲート電極、複数の第2のゲート絶縁膜の側壁に沿って当該RTOによる第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜および複数の積層ゲート電極を覆うように前記キャップ絶縁膜と同種材料による第2絶縁膜を形成する工程であって、前記第1絶縁膜との間でエッチング時の高選択可能な材料で第2絶縁膜を形成する工程と、
前記キャップ絶縁膜、並びに、前記第1および第2絶縁膜の内側に位置して前記キャップ絶縁膜との間でエッチング時の高選択可能な材料で電極間絶縁膜を形成する工程と、
前記キャップ絶縁膜に対して高選択性を有する条件下で前記電極間絶縁膜をエッチング処理することで、前記積層ゲート電極を覆う第2絶縁膜が前記第1絶縁膜の上端を覆うように前記第2絶縁膜を残留させながら自己整合的にコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホール内にコンタクトプラグを形成する工程と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。 Forming a first gate insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a plurality of stacked gate electrodes on the first gate insulating film by sequentially stacking a plurality of floating gate electrodes, a plurality of second gate insulating films, a plurality of control gate electrodes, and a plurality of cap insulating films; ,
The plurality of stacked gate electrodes are subjected to RTO (Rapid Thermal Oxide) treatment to form a first insulating film made of the RTO along the side walls of the plurality of control gate electrodes, the plurality of floating gate electrodes, and the plurality of second gate insulating films. Forming, and
Forming a second insulating film of the same kind of material as the cap insulating film so as to cover the first insulating film and the plurality of stacked gate electrodes, and enabling high selection during etching with the first insulating film Forming the second insulating film with a suitable material;
Forming an inter-electrode insulating film with a highly selectable material at the time of etching between the cap insulating film and the cap insulating film located inside the first and second insulating films;
The inter-electrode insulating film is etched under a condition having high selectivity with respect to the cap insulating film, so that the second insulating film covering the stacked gate electrode covers the upper end of the first insulating film. Forming a contact hole in a self-aligning manner while leaving the second insulating film;
Forming a contact plug in the contact hole. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device.
前記複数の積層ゲート電極間の第3絶縁膜の内側に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層をマスクとして第3絶縁膜の上端が前記第1絶縁膜の上端を覆うように前記第3絶縁膜の上側部をエッチング処理する工程とを備え、
前記自己整合的にコンタクトホールを形成する工程では、前記積層ゲート電極を覆う第2絶縁膜が前記第3絶縁膜の上端を覆うように残留させながら形成することを特徴とする請求項1または2記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 Between the step of forming the first insulating film and the step of forming the second insulating film, the first insulating film formed along the sidewalls of the stacked gate electrode and the stacked gate electrode is covered. Forming a third insulating film of the same material as the first insulating film;
Forming a sacrificial layer inside a third insulating film between the plurality of stacked gate electrodes;
Etching the upper part of the third insulating film so that the upper end of the third insulating film covers the upper end of the first insulating film using the sacrificial layer as a mask,
3. The step of forming a contact hole in a self-aligning manner is characterized in that the second insulating film covering the stacked gate electrode is formed while remaining so as to cover the upper end of the third insulating film. The manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device of description.
前記半導体基板上に形成された第1のゲート絶縁膜と、前記第1のゲート絶縁膜上に形成された複数の浮遊ゲート電極と、前記複数の浮遊ゲート電極上にそれぞれ形成された複数の第2のゲート絶縁膜と、前記複数の第2のゲート絶縁膜上にそれぞれ形成された複数の制御ゲート電極と、前記複数の制御ゲート電極上における一部断面において上側肩部が欠落してそれぞれ形成された複数のキャップ絶縁膜とからなる複数の積層ゲート電極と、
前記複数の積層ゲート電極を構成する複数の浮遊ゲート電極および複数の第2のゲート絶縁膜の側壁に沿って形成されたRTO膜からなる側壁絶縁膜であって、上端高さが前記制御ゲート電極の上面付近より下方で前記制御ゲート電極の下面より上方に位置して形成された側壁絶縁膜と、
前記複数の積層ゲート電極の側壁絶縁膜間に形成され前記側壁絶縁膜を覆うように形成されたバリア膜と、
前記複数の積層ゲート電極の側壁絶縁膜間のバリア膜の内側に形成されたコンタクトプラグであって、その下側面が前記キャップ絶縁膜の欠落面および前記バリア膜の外面に沿って形成され前記半導体基板上面上に至るまで自己整合的に湾曲形成されたコンタクトプラグとを備えたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A semiconductor substrate;
A first gate insulating film formed on the semiconductor substrate; a plurality of floating gate electrodes formed on the first gate insulating film; and a plurality of first gate electrodes formed on the plurality of floating gate electrodes, respectively. 2 gate insulating films, a plurality of control gate electrodes formed on the plurality of second gate insulating films, respectively, and upper shoulder portions are missing in a partial cross section on the plurality of control gate electrodes. A plurality of laminated gate electrodes composed of a plurality of cap insulating films formed;
A sidewall insulating film comprising a plurality of floating gate electrodes constituting the plurality of stacked gate electrodes and an RTO film formed along the sidewalls of the plurality of second gate insulating films, wherein the upper end height is the control gate electrode A sidewall insulating film formed below and near the upper surface of the control gate electrode and above the lower surface of the control gate electrode;
A barrier film formed between sidewall insulating films of the plurality of stacked gate electrodes and formed to cover the sidewall insulating film;
A contact plug formed inside a barrier film between sidewall insulating films of the plurality of stacked gate electrodes, the lower surface of which is formed along the missing surface of the cap insulating film and the outer surface of the barrier film A non-volatile semiconductor memory device comprising: a contact plug curved in a self-aligning manner up to the upper surface of the substrate.
前記コンタクトプラグと前記複数の積層ゲート電極との各側壁間には前記側壁絶縁膜および前記バリア膜のみが形成されていることを特徴とする請求項4記載の不揮発性半導体記憶装置。 The barrier film is composed of a silicon nitride film,
5. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 4, wherein only the side wall insulating film and the barrier film are formed between the side walls of the contact plug and the plurality of stacked gate electrodes.
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