JP2010016178A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】面積の増大を抑制しつつ、高速な動作が可能な不揮発性半導体記憶装置を構成する。
【解決手段】半導体基板(2)と、半導体基板(2)上に形成された電荷蓄積層(8)と、電荷蓄積層(8)上に形成された第1ゲート(6)と、第1絶縁層(8)を介して第1ゲート(6)の一側方に形成された第2ゲート(5)とを備える不揮発性半導体記憶装置を構成する。この不揮発性半導体記憶装置は、第1ゲート(6)の他側方に、第2絶縁層(14)を備えている。そして、第2絶縁層(14)の側方に対応する位置の半導体基板(2)内に形成された拡散層(3)と、その拡散層(3)及び第1ゲート(6)を覆うように形成されたシリサイド(11)とを備えている。
【選択図】図1
【解決手段】半導体基板(2)と、半導体基板(2)上に形成された電荷蓄積層(8)と、電荷蓄積層(8)上に形成された第1ゲート(6)と、第1絶縁層(8)を介して第1ゲート(6)の一側方に形成された第2ゲート(5)とを備える不揮発性半導体記憶装置を構成する。この不揮発性半導体記憶装置は、第1ゲート(6)の他側方に、第2絶縁層(14)を備えている。そして、第2絶縁層(14)の側方に対応する位置の半導体基板(2)内に形成された拡散層(3)と、その拡散層(3)及び第1ゲート(6)を覆うように形成されたシリサイド(11)とを備えている。
【選択図】図1
Description
本発明は、不揮発性半導体記憶装置に関する。
情報処理装置の高機能化・高性能化に対応して、集積度の高い不揮発性半導体記憶装置が求められてきている。不揮発性半導体記憶装置の集積度を上げるため、不揮発性半導体記憶装置を構成する記憶素子を微細化する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1(特開2006−114921号公報)には、自己位置合わせ法で不揮発性メモリデバイスを形成する技術が記載されている。特許文献1に記載の技術では、電子トラップ誘電性材料を基板上に形成し、導電性材料を、その誘電性材料上に形成し、材料スペーサを、その導電性材料上に形成している。そして、その誘電性材料及びその導電性材料の一部を除去して、その材料スペーサの下に配置されたセグメントを形成し、基板の導電型とは異なる第2導電型を有する第1及び第2離間領域を基板内に形成している。
特許文献1に記載の技術では、チャネル領域を、その第1の領域と第2の領域との間に延ばし、その誘電性材料及び第1導電性材料のセグメントを、そのチャネル領域の第1部分上に配置し、その導電性を制御している。また、第2導電性材料をそのチャネル領域の第2部分の上に形成し、これから絶縁されるようにして、その導電性を制御することによって、メモリデバイスを形成している。
情報処理技術の進歩に対応して、不揮発性半導体記憶装置の動作に対する高速化の要求が高まってきている。また、より集積度の高い不揮発性半導体記憶装置が求められている。そのため、記憶素子に対する更なる微細化が求められてきている。
特許文献1に記載のメモリデバイスは、自己位置あわせ法を用いて製造されている。そのメモリデバイスを、さらに縮小した場合、対称に配置される二つの素子の間が狭くなり、ソース拡散層の上に構成されるポリシリコン(ソースプラグ)の幅も小さくなる。
記憶素子の微細化に伴ってソースプラグの幅が小さくなると、抵抗が増大してしまう。ソースプラグの抵抗が大きいと、不揮発性半導体記憶装置を高速動作させるための電流(ON電流)を、十分に確保することができないことがある。
本発明が解決しようとする課題は、面積の増大を抑制しつつ高速な動作が可能な不揮発性半導体記憶装置を提供することにある。
以下に、[発明を実施するための最良の形態]で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明を実施するための最良の形態]との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
上記課題を解決するために、以下のような不揮発性半導体記憶装置を構成する。その不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板(2)と、前記半導体基板(2)上に形成された電荷蓄積層(7)と、前記電荷蓄積層(7)上に形成された第1ゲート(6)と、第1絶縁層(7)を介して前記第1ゲート(6)の一側方に形成された第2ゲート(5)と、前記第1ゲート(6)の他側方に形成された第2絶縁層(14)と、前記第2絶縁層(14)の側方に対応する位置の前記半導体基板(2)内に形成された拡散層(3)と、前記拡散層(3)及び前記第1ゲート(6)を覆うように形成されたシリサイド(11)とを備えることが好ましい。
本発明によると、面積の増大を抑制しつつ高速な動作が可能な不揮発性半導体記憶装置を構成することができる。
[第1実施形態]
以下に、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図1は、第1実施形態の半導体装置10に備えられた記憶素子1の立体的な構成を例示する斜視図である。半導体装置10は、複数の記憶素子1を含んでいる。複数の記憶素子1の各々は、第1ソース/ドレイン拡散層3と、第2ソース/ドレイン拡散層4とを含んでいる。第1ソース/ドレイン拡散層3と第2ソース/ドレイン拡散層4との各々は、半導体基板2に形成されている。また、記憶素子1は、電荷蓄積層(ONO膜)7を挟んで隣り合うコントロールゲート5とメモリゲート6とを含んでいる。第1ソース/ドレイン拡散層3とメモリゲート6との間の半導体基板2には、LDD領域9が設けられている。
以下に、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図1は、第1実施形態の半導体装置10に備えられた記憶素子1の立体的な構成を例示する斜視図である。半導体装置10は、複数の記憶素子1を含んでいる。複数の記憶素子1の各々は、第1ソース/ドレイン拡散層3と、第2ソース/ドレイン拡散層4とを含んでいる。第1ソース/ドレイン拡散層3と第2ソース/ドレイン拡散層4との各々は、半導体基板2に形成されている。また、記憶素子1は、電荷蓄積層(ONO膜)7を挟んで隣り合うコントロールゲート5とメモリゲート6とを含んでいる。第1ソース/ドレイン拡散層3とメモリゲート6との間の半導体基板2には、LDD領域9が設けられている。
コントロールゲート5と半導体基板2との間には、ゲート絶縁膜8が設けられている。メモリゲート6と半導体基板2との間には、電荷蓄積層(ONO膜)7が設けられている。その電荷蓄積層7は、メモリゲート6とコントロールゲート5との間にも設けられている。コントロールゲート5の第2ソース/ドレイン拡散層4側の側面には、サイドウォール15が設けられている。また、コントロールゲート5の上には、コントロールゲートシリサイド13が設けられている。第2ソース/ドレイン拡散層4には、第2拡散層側シリサイド12が設けられている。
メモリゲート6の第1ソース/ドレイン拡散層3側の側面から上面にかけてセルサイドウォール14が設けられている。そして、セルサイドウォール14に沿ってメモリゲート6の上面と側面とを覆うように第1拡散層側シリサイド11が設けられている。
図2は、第1実施形態の半導体装置10を上から見たときの構成を例示する平面図である。図2に記載の平面図は、本願発明に対する理解を容易にするために、配線及びビアコンタクトを省略している。図2を参照すると、半導体装置10に備えられた複数の記憶素子1の各々は、二つのメモリセル(第1メモリセル1a、第2メモリセル1b)を含んでいる。第1メモリセル1aと第2メモリセル1bとは、同様な構造で対称的である。したがって、以下では、第1メモリセル1aと第2メモリセル1bとで重複する部分についての説明は省略する。また、以下の実施形態においては、片方のメモリセルを特定する場合、第1メモリセル1aに対応して、その構成・動作について記載する。
半導体装置10は、上述の記憶素子1がアレイ状に配置される記憶素子領域と、メモリゲート6に接続するコンタクト(図示されず)が形成されるコンタクト領域21とを含んでいる。記憶素子領域には、第1拡散層側シリサイド11に接続される第1ソース/ドレインコンタクト16(図示されず)と、第2拡散層側シリサイド12に接続される第2ソース/ドレインコンタクト17(図示されず)とが設けられている。図2に示されているように、半導体装置10に配置される複数の記憶素子1は、第1方向に延伸する素子分離領域19で分離されている。複数の記憶素子1のゲート(コントロールゲート5、メモリゲート6)は、その第1方向に直角な第2方向に沿って設けられている。また、コンタクト領域21は、素子分離領域19を含んで設けられている。図2に示されているように、コンタクト領域21は、メモリゲートシリサイド22を含んでいる。メモリゲートシリサイド22は、その素子分離領域19の上に構成される。メモリゲートシリサイド22には、後述するメモリゲートコンタクト23(図示されず)が接続される。
図3は、本実施形態の記憶素子1の断面の構成を例示する断面図であり、上述の図2に示される半導体装置10を、A1−A1’で示される位置で切ったときの断面の構成を例示している。図3に示されているように、コントロールゲート5の第2ソース/ドレイン拡散層4側の側面には、サイドウォール15が設けられている。そのサイドウォール15の外側の第2ソース/ドレイン拡散層4には、第2拡散層側シリサイド12が設けられている。第2ソース/ドレイン拡散層4は、その第2拡散層側シリサイド12を介して第2ソース/ドレインコンタクト17に接続されている。第1メモリセル1a(または第2メモリセル1b)の第1ソース/ドレイン拡散層3は、第1拡散層側シリサイド11を介して第1ソース/ドレインコンタクト16に接続されている。図3に示されているように、本実施形態において、第1ソース/ドレインコンタクト16は、第1拡散層側シリサイド11に接続され、その第1拡散層側シリサイド11はポリシリコンを介することなく第1ソース/ドレイン拡散層3に接続されている。
図4は、本実施形態の記憶素子1の断面の構成を例示する断面図であり、上述の図2に示される本実施形態の半導体装置10を、A2−A2’で示される位置で切ったときの断面の構成を例示している。図4に示されているように、第1ソース/ドレイン拡散層3は、素子分離領域19の間の半導体基板2に設けられている。第1拡散層側シリサイド11も第1ソース/ドレイン拡散層3と同様に、素子分離領域19の間に設けられている。第1ソース/ドレインコンタクト16は、層間絶縁膜18を貫通したコンタクトホールに設けられている。
図5は、コンタクト領域21の断面の構成を例示する断面図であり、本実施形態のコンタクト領域21を、上述の図2のA3−A3’で示される位置で切ったときの構成を例示している。コンタクト領域21は、上述の記憶素子と同様に、対称的な構造を有している。コンタクト領域21は、半導体基板2に形成された素子分離領域19の上に設けられている。コンタクト領域21のメモリゲートシリサイド22は、対向する二つのメモリゲート6に接続されている。一方のメモリゲート6は、上述の第1メモリセル1aのメモリゲート6に接続されている。他方のメモリゲート6は、第2メモリセル1bのメモリゲート6に接続されている。
コンタクト領域21に含まれるメモリゲート6の上面は、セルサイドウォール14に覆われている。またメモリゲート6と素子分離領域19との間には、電荷蓄積層(ONO膜)7が構成され、その電荷蓄積層(ONO膜)7は、メモリゲートシリサイド22と素子分離領域19との間にも設けられている。メモリゲートシリサイド22に接続するメモリゲートコンタクト23は、層間絶縁膜18を貫通するコンタクトホールに設けられている。
図6は、コンタクト領域21の断面の構成を例示する断面図であり、本実施形態のコンタクト領域21を、上述の図2のA4−A4’で示される位置で切ったときの構成を例示している。図6に示されているように、コンタクト領域21におけるメモリゲートシリサイド22の側面には、セルサイドウォール14が設けられている。また、メモリゲートシリサイド22は、第1拡散層側シリサイド11の間に設けられている。
本実施形態の記憶素子1において、書込み時には、第1ソース/ドレイン拡散層3に正電圧(例えば、4.5V)を印加する。また、メモリゲート6に、正電圧(例えば、5.5V)を印加する。また、コントロールゲート5には、メモリゲート6よりも低い正電圧を印加する。そして、第2ソース/ドレイン拡散層4に接地電圧を印加する。このとき、第2ソース/ドレイン拡散層4から第1ソース/ドレイン拡散層3に流れる電子の一部が、メモリゲート6の下部のチャネルで加速される。加速された電子が、メモリゲート6の下の電荷蓄積層(ONO膜)7に注入されることで、情報の書込みが行われる。
消去時には、第1ソース/ドレイン拡散層3に正電圧(例えば、4.5V)を印加する。また、メモリゲート6に負電圧(例えば、−3.0V)を印加する。このとき、メモリゲート6の下部の第1ソース/ドレイン拡散層3近傍で、バンド間トンネルによる電子正孔対を発生する。その正孔の一部が第1ソース/ドレイン拡散層3の電界で加速して電荷蓄積層(ONO膜)7に注入されることによって消去が実行される。消去時にコントロールゲート5に印加する電圧は、0V〜−3V程度の電圧であることが好ましい。
読み出し時には、第1ソース/ドレイン拡散層3に接地電圧を印加する。また、メモリゲート6に正電圧(例えば、2.0V)を印加する。また、コントロールゲート5に、正電圧(例えば、2.0V)を印加する。そして、第2ソース/ドレイン拡散層4に正電圧(例えば、1.0V)を印加して、第2ソース/ドレイン拡散層4と第1ソース/ドレイン拡散層3との間に流れる電流を検出する。このとき、電荷蓄積層(ONO膜)7に電子がトラップされている状態(書込み状態)のときは、流れる電流は小さい。また、電荷蓄積層(ONO膜)7に正孔がトラップされている状態のとき、または、ほとんど電荷がトラップされていない状態(消去状態)のときには、流れる電流が大きい。
高速で読み出しを行うためには、書き込み状態で流れる電流と、と消去状態で流れる電流との差(または比率)が大きいことが好ましい。本実施形態の記憶素子1は、消去状態の電流(ON電流)を大きくすることが可能である。したがって、本実施形態では、面積を縮小しつつ、高速に動作するメモリセルを構成することができる。
また、上述のように、本実施形態において、第1ソース/ドレインコンタクト16は、第1拡散層側シリサイド11に接続され、その第1拡散層側シリサイド11はポリシリコンを介することなく第1ソース/ドレイン拡散層3に接続されている。そのため、微細化に対応する第1ソース/ドレインコンタクト16と第1ソース/ドレイン拡散層3との抵抗の増加を抑制することが可能である。また、第1拡散層側シリサイド11は、セルサイドウォール14に沿ってメモリゲート6の上面と側面とを覆っている。これによって、第1ソース/ドレインコンタクト16を形成するためのコンタクトホールの製造段階で、そのコンタクトホールの位置が設計段階の位置とずれた場合であっても、メモリゲート6と第1ソース/ドレイン拡散層3とが短絡してしまうような不具合の発生を抑制することができる。
以下に、本実施形態の半導体装置10を製造するための製造工程について説明を行う。本実施形態の半導体装置10は、複数の記憶素子1がアレイ状に配置される記憶素子領域とコンタクト領域21とを含んでいる。その記憶素子領域とコンタクト領域21とは、同時的に形成される。また、その記憶素子領域の記憶素子1とそのコンタクト領域21とは、離れた場所に配置される。以下では、記憶素子1が設けられる記憶素子領域とコンタクト領域21との間を省略した図面を参照して、半導体装置10の製造工程に関する説明を行っていく。
図7は、本実施形態の半導体装置10を製造するための第1工程の状態を例示する図である。図7の(a)は、その第1工程の半導体材料を上から見た平面図である。図7の(b)は、その半導体材料を、図7の(a)に示される位置B−B’で切ったときの断面(以下、B−B’断面と記載する)を例示する断面図である。図7の(c)は、その半導体材料を、図7の(a)に示される位置C−C’で切ったときの断面(以下、C−C’断面と記載する)を例示する断面図である。図7の(d)は、その半導体材料を、図7の(a)に示される位置D−D’で切ったときの断面(以下、D−D’断面と記載する)を例示する断面図である。図7の(e)は、その半導体材料を、図7の(a)に示される位置E−E’で切ったときの断面(以下、E−E’断面と記載する)を例示する断面図である。
図7に示されているように、第1工程において、半導体基板2に素子分離領域19を形成する。そして、その素子分離領域19と半導体基板2とを覆うように酸化膜31と窒化膜32とを順に形成する。そして、その窒化膜32の上に所定のパターンのレジストを形成した後、そのレジストをマスクにして、窒化膜32と酸化膜31とを除去する。
図7の(b)に示されているように、第1工程では、記憶素子領域において、窒化膜32の間に開口部が形成され、その開口部に対応する半導体基板2の表面が露出される。また、図7の(c)に示されているように、第1工程では、記憶素子領域において、素子分離領域19の間の半導体基板2の表面が露出される。このとき、コンタクト領域においては、素子分離領域19が半導体基板2に形成される。図7の(d)、(e)に示されているように、コンタクト領域では、窒化膜32の間の開口部において、素子分離領域19の表面が露出する。
図8は、本実施形態の半導体装置10を製造するための第2工程の状態を例示する図である。図8の(a)は、その第2工程の半導体材料を上から見た平面図である。図8の(b)は、B−B’断面の構成を例示する断面図である。図8の(c)は、C−C’断面の構成を例示する断面図である。図8の(d)は、D−D’断面の構成を例示する断面図である。図8の(e)は、E−E’断面の構成を例示する断面図である。
図8に示されているように、第2工程において、半導体基板2にゲート絶縁膜8となる酸化膜を形成し、その上に、コントロールゲート5となるポリシリコンを形成する。その後、そのポリシリコンをエッチバックしてサイドウォール状のコントロールゲート5を形成した後、余分な酸化膜を除去してゲート絶縁膜8を形成する。
図8の(b)、(c)に示されているように、記憶素子領域では、第2工程において、コントロールゲート5と、ゲート絶縁膜8とが形成され、対向するコントロールゲート5の間の半導体基板2が露出している。また、図8の(d)、(e)に示されているように、コンタクト領域では、第2工程において、コントロールゲート5と、ゲート絶縁膜8とが形成され、対向するコントロールゲート5の間の素子分離領域19が露出している。
図9は、本実施形態の半導体装置10を製造するための第3工程の状態を例示する図である。図9の(a)は、その第3工程の半導体材料を上から見た平面図である。図9の(b)は、B−B’断面の構成を例示する断面図である。図9の(c)は、C−C’断面の構成を例示する断面図である。図9の(d)は、D−D’断面の構成を例示する断面図である。図9の(e)は、E−E’断面の構成を例示する断面図である。
図9に示されているように、第3工程において、電荷蓄積層(ONO層)7となる電荷蓄積膜(ONO膜)33を形成した後、その上に、メモリゲート6となるメモリゲートポリシリコン膜34を形成する。図9(a)に示されているように、コンタクト領域では、第3工程において、メモリゲートポリシリコン膜34の上に、さらに、第1保護酸化膜35を形成する。
図9の(b)に示されているように、記憶素子領域のB−B’断面において、露出していた半導体基板2の表面と、コントロールゲート5の側面と上面と、窒化膜32の側面と上面とを覆う電荷蓄積膜(ONO膜)33を形成する。そして、電荷蓄積膜(ONO膜)33の上にメモリゲートポリシリコン膜34を形成する。図9の(c)に示されているように、C−C’断面において、電荷蓄積膜(ONO膜)33とメモリゲートポリシリコン膜34とは、素子分離領域19の上にも形成される。
図9の(d)に示されているように、コンタクト領域のD−D’断面において、露出していた素子分離領域19の表面と、コントロールゲート5の側面と上面と、窒化膜32の側面と上面とを覆う電荷蓄積膜(ONO膜)33を形成する。そして、電荷蓄積膜(ONO膜)33の上にメモリゲートポリシリコン膜34を形成する。メモリゲートポリシリコン膜34は、開口部を有するように形成される。第1保護酸化膜35は、その開口部の底面を覆うように形成される。図9の(e)に示されているように、第1保護酸化膜35は、後の工程でメモリゲートシリサイド22が構成される部分に対応して形成される。
図10は、本実施形態の半導体装置10を製造するための第4工程の状態を例示する図である。図10の(a)は、その第4工程の半導体材料を上から見た平面図である。図10の(b)は、B−B’断面の構成を例示する断面図である。図10の(c)は、C−C’断面の構成を例示する断面図である。図10の(d)は、D−D’断面の構成を例示する断面図である。図10の(e)は、E−E’断面の構成を例示する断面図である。
図10に示されているように、第4工程において、メモリゲートポリシリコン膜34をエッチバックしてメモリゲート6を形成する。図10の(b)に示されているように、記憶素子領域のB−B’断面においては、メモリゲート6が形成されることで、対向するメモリゲート6の間の電荷蓄積膜(ONO膜)33が露出する。図10の(c)に示されているように、C−C’断面においては、素子分離領域19と半導体基板2の表面を覆う電荷蓄積膜(ONO膜)33が残留している。
図10の(d)に示されているように、コンタクト領域のD−D’断面において、コントロールゲート5の側方および第1保護酸化膜35の下のメモリゲートポリシリコン膜34が残留することで、メモリゲートコンタクト領域6aが構成される。図10の(e)に示されているように、E−E’断面において、第1保護酸化膜35の下にメモリゲートコンタクト領域6aが構成される。
図11は、本実施形態の半導体装置10を製造するための第5工程の状態を例示する図である。図11の(a)は、その第5工程の半導体材料を上から見た平面図である。図11の(b)は、B−B’断面の構成を例示する断面図である。図11の(c)は、C−C’断面の構成を例示する断面図である。図11の(d)は、D−D’断面の構成を例示する断面図である。図11の(e)は、E−E’断面の構成を例示する断面図である。
図11に示されているように、第5工程において、対向するメモリゲート6の間に設けられている電荷蓄積膜(ONO膜)33を除去して、メモリゲート6の下に電荷蓄積層7を形成する。その後、露出した半導体基板2に不純物(例えば、14/cm2程度のAs)を注入してLDD領域9となる拡散層を形成する。このとき、コンタクト領域において、メモリゲートコンタクト領域6aの上に構成されていた第1保護酸化膜35を除去する。
図11の(b)に示されているように、第5工程において、B−B’断面において、コントロールゲート5と窒化膜32とを覆っていた電荷蓄積膜(ONO膜)33を除去する。またこのとき、コントロールゲート5とメモリゲート6の間に設けられている電荷蓄積膜(ONO膜)33は、残留してコントロールゲート5とメモリゲート6とを電気的に絶縁する。図11の(c)に示されているように、C−C’断面において、LDD領域9は、素子分離領域19の間に形成される。図11の(d)に示されているように、D−D’断面では、第1保護酸化膜35を除去してメモリゲートコンタクト領域6aの表面を露出する。また、メモリゲートコンタクト領域6aの下の電荷蓄積膜(ONO膜)33を残したまま、コントロールゲート5と窒化膜32とを覆っていた電荷蓄積膜(ONO膜)33を除去することで、電荷蓄積層7を形成する。図11の(e)に示されているように、E−E’断面では、第1保護酸化膜35と電荷蓄積膜(ONO膜)33とが除去され、素子分離領域19の表面が露出する。
図12は、本実施形態の半導体装置10を製造するための第6工程の状態を例示する図である。図12の(a)は、その第6工程の半導体材料を上から見た平面図である。図12の(b)は、B−B’断面の構成を例示する断面図である。図12の(c)は、C−C’断面の構成を例示する断面図である。図12の(d)は、D−D’断面の構成を例示する断面図である。図12の(e)は、E−E’断面の構成を例示する断面図である。
図12に示されているように、第6工程において、半導体材料を全体的に覆う酸化膜を成膜した後、その酸化膜をエッチバックしてセルサイドウォール14を形成する。このとき、コンタクト領域では、メモリゲートコンタクト領域6aを覆う第2保護酸化膜36を形成する。
図12の(b)に示されているように、B−B’断面では、第6工程において、メモリゲート6の側面と上面、およびコントロールゲート5の上面をセルサイドウォール14で覆う。そのセルサイドウォール14は、B−B’断面において、対向するように構成される。図12の(c)に示されているように、C−C’断面は、対向するセルサイドウォール14の間の開口部分に対応し、素子分離領域19の間のLDD領域9が露出している。
図12の(d)に示されているように、第6工程では、D−D’断面において、メモリゲートコンタクト領域6aの一部とコントロールゲート5の上面とをセルサイドウォール14で覆う。そのセルサイドウォール14は、開口部を有し、対向するように構成される。コンタクト領域では、その対向するセルサイドウォール14の開口部分に、第2保護酸化膜36を形成する。図12の(e)に示されているように、第2保護酸化膜36は、メモリゲートコンタクト領域6aの上面と側面とを覆う。また、第2保護酸化膜36は、電荷蓄積層7の側面を覆う。
なお、上述の第6工程では、セルサイドウォール14を形成した後、新たに第2保護酸化膜36を形成している。本実施形態の第6工程では、メモリゲートコンタクト領域6aを保護する酸化膜が構成されていれば、上述の製造工程に制限されることは無い。例えば、セルサイドウォール14を形成するときに、メモリゲートコンタクト領域6aの上の酸化膜を除去せず、第2保護酸化膜36と同じ作用の酸化膜を残留させても良い。
図13は、本実施形態の半導体装置10を製造するための第7工程の状態を例示する図である。図13の(a)は、その第7工程の半導体材料を上から見た平面図である。図13の(b)は、B−B’断面の構成を例示する断面図である。図13の(c)は、C−C’断面の構成を例示する断面図である。図13の(d)は、D−D’断面の構成を例示する断面図である。図13の(e)は、E−E’断面の構成を例示する断面図である。
図13(a)〜(e)に示されているように、第7工程において、半導体材料を全面的に覆うポリシリコン膜37を形成する。そのポリシリコン膜37は、露出しているLDD領域9を覆う。このとき、半導体装置10がロジック部を備えている場合、記憶素子領域をポリシリコン膜37で覆った後、そのロジック部が構成される領域(図示されず)に回路素子を形成する。回路素子の製造工程(例えば、ウェル形成〜ゲート形成〜エクステンション形成)を行った後、その回路素子の形成時に記憶素子領域にも形成されてしまった酸化膜やポリシリコン膜を除去する。
図14は、本実施形態の半導体装置10を製造するための第8工程の状態を例示する図である。図14の(a)は、その第8工程の半導体材料を上から見た平面図である。図14の(b)は、B−B’断面の構成を例示する断面図である。図14の(c)は、C−C’断面の構成を例示する断面図である。図14の(d)は、D−D’断面の構成を例示する断面図である。図14の(e)は、E−E’断面の構成を例示する断面図である。
第8工程において、全面に構成されていたポリシリコン膜37をエッチバックして、ポリシリコンサイドウォール37aを形成する。図14の(b)に示されているように、B−B’断面において、ポリシリコンサイドウォール37aは、メモリゲート6の側面と上面とを覆うように構成される。また、ポリシリコンサイドウォール37aの間は、LDD領域9の表面が露出している。図14の(c)に示されているように、C−C’断面において、素子分離領域19の間のLDD領域9を露出する。図14の(d)に示されているように、全面に構成されていたポリシリコン膜37をエッチバックして、ポリシリコンサイドウォール37aを形成する。D−D’断面において、ポリシリコンサイドウォール37aは、対向するように構成され、その二つのポリシリコンサイドウォール37aの間の第2保護酸化膜36の表面が露出する。図14の(e)に示されているように、E−E’断面では、ポリシリコンサイドウォール37aが、メモリゲートコンタクト領域6aの上の第2保護酸化膜36を覆っている。
図15は、本実施形態の半導体装置10を製造するための第9工程の状態を例示する図である。図15の(a)は、その第9工程の半導体材料を上から見た平面図である。図15の(b)は、B−B’断面の構成を例示する断面図である。図15の(c)は、C−C’断面の構成を例示する断面図である。図15の(d)は、D−D’断面の構成を例示する断面図である。図15の(e)は、E−E’断面の構成を例示する断面図である。
第9工程において、レジストマスク(図示されず)を用いてコンタクト領域のポリシリコンサイドウォール37aを除去する。図15の(b)、(c)に示されているように、記憶素子領域のポリシリコンサイドウォール37aは、第8工程と同じ状態を維持する。図15の(d)に示されているように、コンタクト領域において、D−D’断面では、ポリシリコンサイドウォール37aが除去される。図15の(e)に示されているように、E−E’断面では、第2保護酸化膜36を覆っていたポリシリコンサイドウォール37aが除去される。このとき、メモリゲートコンタクト領域6aの側方に構成されていたポリシリコンサイドウォール37aは、レジストマスクによって保護される。コンタクト領域のポリシリコンサイドウォール37aを除去した後、そのレジストマスクを取り除く。
図16は、本実施形態の半導体装置10を製造するための第10工程の状態を例示する図である。図16の(a)は、その第10工程の半導体材料を上から見た平面図である。図16の(b)は、B−B’断面の構成を例示する断面図である。図16の(c)は、C−C’断面の構成を例示する断面図である。図16の(d)は、D−D’断面の構成を例示する断面図である。図16の(e)は、E−E’断面の構成を例示する断面図である。
第10工程において、LDD領域9の表面と、ポリシリコンサイドウォール37aの表面とを酸化膜(図示されず)で保護し、窒化膜32を除去する。その後、その酸化膜とコントロールゲート5の上のセルサイドウォール14を除去する。このとき、隣接するLDD領域9の間の素子分離領域19が低くなることがある。図16の(a)を参照すると、本実施形態において、隣接する記憶素子1のLDD領域9は、ポリシリコンサイドウォール37aで接続されている。このポリシリコンサイドウォール37aは、後の工程において、第1拡散層側シリサイド11となり、隣り合う記憶素子1の第1ソース/ドレイン拡散層3を電気的に接続する。そのため、素子分離領域19の高さに影響されること無く記憶素子1を構成することができる。
図16の(b)に示されているように、第10工程において、B−B’断面では、コントロールゲート5の上面と、コントロールゲート5の外側の半導体基板2の表面とが露出する。図16の(c)に示されているように、C−C’断面では、一時的に酸化膜(図示されず)で覆われていたLDD領域9の表面が露出する。図16の(d)に示されているように、D−D’断面では、コントロールゲート5の上面と、メモリゲートコンタクト領域6aの表面の一部と、コントロールゲート5の外側の素子分離領域19の表面とが露出する。図16の(e)に示されているように、第10工程において、E−E’断面では、メモリゲートコンタクト領域6aの側面に、サイドウォール状にセルサイドウォール14が形成される。
図17は、本実施形態の半導体装置10を製造するための第11工程の状態を例示する図である。図17の(a)は、その第11工程の半導体材料を上から見た平面図である。図17の(b)は、B−B’断面の構成を例示する断面図である。図17の(c)は、C−C’断面の構成を例示する断面図である。図17の(d)は、D−D’断面の構成を例示する断面図である。図17の(e)は、E−E’断面の構成を例示する断面図である。
図17の(b)、(c)に示されているように、第11工程において、メモリゲート6またはコントロールゲート5をマスクとして作用させ、第1ソース/ドレイン拡散層3および第2ソース/ドレイン拡散層4を形成するための不純物(例えば、Asを2E15/cm2)を注入する。その後、ポリシリコンサイドウォール37aとその間の第1ソース/ドレイン拡散層3とをシリサイド化して第1拡散層側シリサイド11を形成する。このとき、同時に、第2拡散層側シリサイド12と、コントロールゲートシリサイド13とを形成する。図17の(d)、(e)に示されているように、第11工程では、コンタクト領域において、メモリゲートシリサイド22が形成される。
その後、サイドウォール15を形成した後、層間絶縁膜18(図示されず)を構成し、第1ソース/ドレインコンタクト16、第2ソース/ドレインコンタクト17を形成するためのコンタクトホール(図示されず)を構成する。
[第2実施形態]
以下に、図面を参照して本発明を実施するための第2の形態について説明を行う。図18は、第2実施形態の半導体装置10に備えられた記憶素子1の立体的な構成を例示する斜視図である。半導体装置10は、複数の記憶素子1を含んでいる。複数の記憶素子1の各々は、第1ソース/ドレイン拡散層3と、第2ソース/ドレイン拡散層4とを含んでいる。第1ソース/ドレイン拡散層3と第2ソース/ドレイン拡散層4との各々は、半導体基板2に形成されている。また、記憶素子1は、電荷蓄積層(ONO膜)7を挟んで隣り合うコントロールゲート5とメモリゲート6とを含んでいる。第1ソース/ドレイン拡散層3とメモリゲート6との間の半導体基板2には、LDD領域9が設けられている。
以下に、図面を参照して本発明を実施するための第2の形態について説明を行う。図18は、第2実施形態の半導体装置10に備えられた記憶素子1の立体的な構成を例示する斜視図である。半導体装置10は、複数の記憶素子1を含んでいる。複数の記憶素子1の各々は、第1ソース/ドレイン拡散層3と、第2ソース/ドレイン拡散層4とを含んでいる。第1ソース/ドレイン拡散層3と第2ソース/ドレイン拡散層4との各々は、半導体基板2に形成されている。また、記憶素子1は、電荷蓄積層(ONO膜)7を挟んで隣り合うコントロールゲート5とメモリゲート6とを含んでいる。第1ソース/ドレイン拡散層3とメモリゲート6との間の半導体基板2には、LDD領域9が設けられている。
第2実施形態の記憶素子1のコントロールゲート5とメモリゲート6とは、半導体基板2に形成されたトレンチの内部に設けられている。また、第1ソース/ドレイン拡散層3は、そのトレンチ内部に設けられ、第2ソース/ドレイン拡散層4は、そのトレンチの外に設けられている。
コントロールゲート5と半導体基板2との間には、ゲート絶縁膜8が設けられている。メモリゲート6と半導体基板2との間には、電荷蓄積層7が設けられている。その電荷蓄積層7は、メモリゲート6とコントロールゲート5との間にも設けられている。コントロールゲート5の第2ソース/ドレイン拡散層4側の側面には、サイドウォール15が設けられている。また、コントロールゲート5の上には、コントロールゲートシリサイド13が設けられている。第2ソース/ドレイン拡散層4には、第2拡散層側シリサイド12が設けられている。メモリゲート6の第1ソース/ドレイン拡散層3側の側面から上面にかけてセルサイドウォール14が設けられている。そして、そのセルサイドウォール14に沿ってメモリゲート6の上面と側面とを覆うように第1拡散層側シリサイド11が設けられている。
図19は、第2実施形態の半導体装置10を上面から見たときの構成を例示する平面図である。図19に記載の平面図は、本願発明に対する理解を容易にするために、配線及びビアコンタクトを省略している。図19を参照すると、半導体装置10に備えられた複数の記憶素子1の各々は、二つのメモリセル(第1メモリセル1a、第2メモリセル1b)を含んでいる。第1メモリセル1aと第2メモリセル1bとは、同様な構造で対称的に設けられている。したがって、以下では、第1メモリセル1aと第2メモリセル1bとで重複する部分についての説明は省略する。また、以下の実施形態においては、片方のメモリセルを特定する場合、第1メモリセル1aに対応して、その構成・動作について記載する。
半導体装置10は、上述の記憶素子1がアレイ状に構成される記憶素子領域と、メモリゲート6に接続するコンタクト(図示されず)が形成されるコンタクト領域21とを含んでいる。記憶素子領域には、第1拡散層側シリサイド11に接続される第1ソース/ドレインコンタクト16(図示されず)と、第2拡散層側シリサイド12に接続される第2ソース/ドレインコンタクト17(図示されず)とが設けられている。図19に示されているように、半導体装置10に配置される複数の記憶素子1は、第1方向に延伸する素子分離領域19で分離されている。複数の記憶素子1のゲート(コントロールゲート5、メモリゲート6)は、その第1方向に直角な第2方向に沿って設けられている。また、コンタクト領域21は、素子分離領域19を含んで設けられている。図19に示されているように、コンタクト領域21は、メモリゲートシリサイド22を含んでいる。メモリゲートシリサイド22は、その素子分離領域19の上に構成される。メモリゲートシリサイド22には、後述するメモリゲートコンタクト23(図示されず)が接続される。
図20は、第2実施形態の記憶素子1の断面の構成を例示する断面図である。図20は、上述の図19に示される半導体装置10を、A1−A1’で示される位置で切ったときの断面の構成を例示している。図20に示されているように、本実施形態の記憶素子1は、トレンチ内部に構成された第1ソース/ドレイン拡散層3と、トレンチの外部に構成された第2ソース/ドレイン拡散層4とを含んでいる。トレンチ内部には、コントロールゲート5とメモリゲート6とが設けられている。
第1ソース/ドレイン拡散層3と第2ソース/ドレイン拡散層4との間には、メモリゲート6の下の第1チャネル領域41と、コントロールゲート5の下の第2チャネル領域42と、コントロールゲート5の側面の第3チャネル領域43とが設けられている。コントロールゲート5の側面は、鉛直方向に沿って構成されたゲート絶縁膜8を介して、トレンチの側面と向かい合っている。第1ソース/ドレイン拡散層3は、第1拡散層側シリサイド11を介して第1ソース/ドレインコンタクト16に接続されている。その第1拡散層側シリサイド11は、セルサイドウォール14を介してメモリゲート6を側面と上面とを覆うように構成され、ポリシリコンを介することなく第1ソース/ドレイン拡散層3に接続されている。
また、コントロールゲートシリサイド13の第2ソース/ドレイン拡散層4側の側面には、サイドウォールが設けられている。そのサイドウォールの外側の第2ソース/ドレイン拡散層4には、第2拡散層側シリサイド12が設けられている。第2ソース/ドレイン拡散層4は、その第2拡散層側シリサイド12を介して第2ソース/ドレインコンタクト17に接続されている。
図21は、第2実施形態の記憶素子1の断面の構成を例示する断面図である。図21は、第2実施形態の半導体装置10を、上述の図19のA2−A2’で示される位置で切ったときの断面の構成を例示している。図21に示されているように、第1ソース/ドレイン拡散層3は、素子分離領域19の間の半導体基板2に設けられている。第1拡散層側シリサイド11も第1ソース/ドレイン拡散層3と同様に、素子分離領域19の間に設けられている。第1ソース/ドレインコンタクト16は、層間絶縁膜18を貫通したコンタクトホールに設けられている。
図22は、コンタクト領域21の断面の構成を例示する断面図である。図22は、第2実施形態のコンタクト領域21を、上述の図19のA3−A3’で示される位置で切ったときの構成を例示している。図22に示されているように、第2実施形態のコンタクト領域21において、メモリゲートシリサイド22は、トレンチの内部に設けられている。また、そのコンタクト領域21は、第1実施形態と同様に、対称的な構造を有している。
コンタクト領域21は、半導体基板2に形成された素子分離領域19の上に設けられている。コンタクト領域21のメモリゲートシリサイド22は、対向する二つのメモリゲート6に接続されている。一方のメモリゲート6は、上述の第1メモリセル1aのメモリゲート6に接続されている。他方のメモリゲート6は、第2メモリセル1bのメモリゲート6に接続されている。コンタクト領域21に含まれるメモリゲート6の上面は、セルサイドウォール14に覆われている。またメモリゲート6と素子分離領域19との間には、電荷蓄積層7が構成され、その電荷蓄積層7は、メモリゲートシリサイド22と素子分離領域19との間にも設けられている。メモリゲートシリサイド22に接続するメモリゲートコンタクト23は、層間絶縁膜18を貫通するコンタクトホールに設けられている。
図23は、コンタクト領域21の断面の構成を例示する断面図である。図23は、第2実施形態のコンタクト領域21を、上述の図19のA4−A4’で示される位置で切ったときの構成を例示している。図23に示されているように、コンタクト領域21におけるメモリゲートシリサイド22の側面には、セルサイドウォール14が設けられている。
上述のように、第2実施形態の記憶素子1は、半導体基板2に構成されたトレンチ内部のコントロールゲート5と、そのトレンチの外部に構成された第2ソース/ドレイン拡散層4とを備えている。コントロールゲート5と第2ソース/ドレイン拡散層4との間に段差を形成し、そのトレンチの側面をチャネル領域として作用させている。これによってコントロールゲート5の実質的な幅を細くした場合であっても、誤動作を抑制するのに十分なゲート長を構成している。
高速で読み出しを行うためには、書き込み状態で流れる電流と、消去状態で流れる電流との差(または比率)が大きいことが好ましい。上述のように、第2実施形態において、第1ソース/ドレインコンタクト16は、第1拡散層側シリサイド11に接続され、その第1拡散層側シリサイド11はポリシリコンを介することなく第1ソース/ドレイン拡散層3に接続されている。そのため、微細化に対応する第1ソース/ドレインコンタクト16と第1ソース/ドレイン拡散層3との抵抗の増加を抑制することが可能である。第2実施形態の記憶素子1は、消去状態の電流(ON電流)を大きくすることで、面積を縮小しつつ、高速に動作するメモリセルを構成することができる。
また、第2実施形態の記憶素子1において、トレンチの側面は、コントロールゲート5に対応したチャネル領域として設けられている。換言すると、そのトレンチの側面は、メモリゲート6の影響を受けないように設けられている。これによって、本実施形態の記憶素子1は、メモリゲート6の下のチャネル領域の長さを短くし、高いON電流を確保することが可能である。
また、第2実施形態の記憶素子1は、メモリゲート6と電荷蓄積層7とを、トレンチの内部に備えている。これによって、コントロールゲート5の下のチャネル領域を十分に反転させても、メモリゲート6のチャネルの深いところを介して第1ソース/ドレイン拡散層3とパンチスルーしないようにすることができる。そのため、本実施形態の記憶素子1は、メモリゲート6の実質的な幅を細くし、メモリセルに使用される面積を縮小することができる。
さらに、第1拡散層側シリサイド11は、セルサイドウォール14に沿ってメモリゲート6の上面と側面とを覆っている。これによって、第1実施形態の記憶素子1と同様に、第1ソース/ドレインコンタクト16を形成するためのコンタクトホールの製造段階で、そのコンタクトホールの位置が設計段階の位置とずれた場合であっても、メモリゲート6と第1ソース/ドレイン拡散層3とが短絡してしまうような不具合の発生を抑制することができる。
以下に、第2実施形態の半導体装置10を製造するための製造工程について説明を行う。第2実施形態の半導体装置10は、複数の記憶素子1とコンタクト領域21とを含んでいる。その複数の記憶素子1とコンタクト領域21とは、同時的に形成される。また、その記憶素子1とそのコンタクト領域21とは、離れた場所に構成される。以下では、記憶素子1が構成される場所(以下、記憶素子領域と記載する。)とコンタクト領域21が構成される場所(以下、コンタクト領域と記載する。)との間を省略して、半導体装置10の製造工程に関する説明を行っていく。
図24は、第2実施形態の半導体装置10を製造するための第1工程の状態を例示する図である。図24の(a)は、その第1工程の半導体材料を上から見た平面図である。図24の(b)は、その半導体材料を、図24の(a)に示される位置B−B’で切ったときの断面(以下、B−B’断面と記載する)を例示する断面図である。図24の(c)は、その半導体材料を、図24の(a)に示される位置C−C’で切ったときの断面(以下、C−C’断面と記載する)を例示する断面図である。図24の(d)は、その半導体材料を、図24の(a)に示される位置D−D’で切ったときの断面(以下、D−D’断面と記載する)を例示する断面図である。図24の(e)は、その半導体材料を、図24の(a)に示される位置E−E’で切ったときの断面(以下、E−E’断面と記載する)を例示する断面図である。図24(a)〜(e)に示されているように、第1工程において、半導体基板2に素子分離領域19を形成する。
図25は、第2実施形態の半導体装置10を製造するための第2工程の状態を例示する図である。図25の(a)は、その第2工程の半導体材料を上から見た平面図である。図25の(b)は、B−B’断面の構成を例示する断面図である。図25の(c)は、C−C’断面の構成を例示する断面図である。図25の(d)は、D−D’断面の構成を例示する断面図である。図25の(e)は、E−E’断面の構成を例示する断面図である。
図25に示されているように、素子分離領域19と半導体基板2とを覆うように酸化膜31と窒化膜32とを順に形成する。その窒化膜32の上に所定のパターンのレジストを形成した後、そのレジストをマスクにして、窒化膜32と酸化膜31とを除去する。
図25の(b)に示されているように、第2工程では、記憶素子領域において、窒化膜32の間に開口部が形成され、その開口部に対応する位置の半導体基板2に、トレンチを形成する。また、図25の(c)に示されているように、第2工程では、記憶素子領域において、露出している半導体基板2と同じ高さになるように、素子分離領域19が削られる。このとき、コンタクト領域において、素子分離領域19には、半導体基板2と同じようにトレンチが形成される。したがって、図25の(d)、(e)に示されているように、コンタクト領域では、窒化膜32の間の開口部において、トレンチを有する素子分離領域19が構成される。
図26は、第2実施形態の半導体装置10を製造するための第3工程の状態を例示する図である。図26の(a)は、その第3工程の半導体材料を上から見た平面図である。図26の(b)は、B−B’断面の構成を例示する断面図である。図26の(c)は、C−C’断面の構成を例示する断面図である。図26の(d)は、D−D’断面の構成を例示する断面図である。図26の(e)は、E−E’断面の構成を例示する断面図である。
第3工程において、トレンチ内部の半導体基板2の表面と、窒化膜32の表面に、ゲート絶縁膜8となる酸化膜を形成し、その上に、コントロールゲート5となるポリシリコン膜を形成する。その後、そのポリシリコンをエッチバックしてサイドウォール状のコントロールゲート5を形成した後、余分な酸化膜を除去してゲート絶縁膜8を形成する。
図26の(b)、(c)に示されているように、記憶素子領域では、第3工程において、トレンチ内部に、コントロールゲート5とゲート絶縁膜8とが形成される。また、対向するコントロールゲート5の間の半導体基板2が露出している。また、図26の(d)、(e)に示されているように、コンタクト領域では、第3工程において、トレンチ内部にコントロールゲート5とゲート絶縁膜8とが形成され、対向するコントロールゲート5の間の素子分離領域19が露出している。
図27は、第2実施形態の半導体装置10を製造するための第4工程の状態を例示する図である。図27の(a)は、その第4工程の半導体材料を上から見た平面図である。図27の(b)は、B−B’断面の構成を例示する断面図である。図27の(c)は、C−C’断面の構成を例示する断面図である。図27の(d)は、D−D’断面の構成を例示する断面図である。図27の(e)は、E−E’断面の構成を例示する断面図である。
図27に示されているように、第4工程において、電荷蓄積層7となる電荷蓄積膜(ONO膜)33を形成した後、その上に、メモリゲート6となるメモリゲートポリシリコン膜34を形成する。図27(a)に示されているように、コンタクト領域では、第4工程において、メモリゲートポリシリコン膜34の上に、さらに、第1保護酸化膜35を形成する。
図27の(b)に示されているように、記憶素子領域のB−B’断面において、トレンチ内部で露出していた半導体基板2の表面と、コントロールゲート5の側面と上面と、窒化膜32の側面と上面とを覆う電荷蓄積膜(ONO膜)33を形成する。そして、電荷蓄積膜(ONO膜)33の上にメモリゲートポリシリコン膜34を形成する。そのメモリゲートポリシリコン膜34は、開口部を有するように形成される。図27の(c)に示されているように、C−C’断面において、電荷蓄積膜(ONO膜)33とメモリゲートポリシリコン膜34とは、素子分離領域19の上にも形成される。
図27の(d)に示されているように、コンタクト領域のD−D’断面において、トレンチ内部に露出していた素子分離領域19の表面と、コントロールゲート5の側面と上面と、窒化膜32の側面と上面とを覆う電荷蓄積膜(ONO膜)33を形成する。そして、電荷蓄積膜(ONO膜)33の上にメモリゲートポリシリコン膜34を形成する。メモリゲートポリシリコン膜34は、開口部を有するように形成される。第1保護酸化膜35は、その開口部の底面を覆うように形成される。図27の(e)に示されているように、第1保護酸化膜35は、後の工程でメモリゲートシリサイド22が構成される部分に対応して形成される。
図28は、第2実施形態の半導体装置10を製造するための第5工程の状態を例示する図である。図28の(a)は、その第5工程の半導体材料を上から見た平面図である。図28の(b)は、B−B’断面の構成を例示する断面図である。図28の(c)は、C−C’断面の構成を例示する断面図である。図28の(d)は、D−D’断面の構成を例示する断面図である。図28の(e)は、E−E’断面の構成を例示する断面図である。
図28に示されているように、第5工程において、メモリゲートポリシリコン膜34をエッチバックしてメモリゲート6を形成する。図28の(b)に示されているように、記憶素子領域のB−B’断面において、トレンチの内部に、対向するようにメモリゲート6が形成される。その対向するメモリゲート6の間において、電荷蓄積膜(ONO膜)33が露出する。図28の(c)に示されているように、C−C’断面においては、素子分離領域19と半導体基板2の表面を覆う電荷蓄積膜(ONO膜)33が残留している。
図28の(d)に示されているように、コンタクト領域のD−D’断面において、トレンチ内部のコントロールゲート5の側方および第1保護酸化膜35の下に、メモリゲートコンタクト領域6aとなるメモリゲートポリシリコン膜34が残留する。また、そのメモリゲートポリシリコン膜34は、コントロールゲート5の側方にも残留する。図28の(e)に示されているように、E−E’断面において、第1保護酸化膜35の下にメモリゲートコンタクト領域6aが構成される。
図29は、第2実施形態の半導体装置10を製造するための第6工程の状態を例示する図である。図29の(a)は、その第6工程の半導体材料を上から見た平面図である。図29の(b)は、B−B’断面の構成を例示する断面図である。図29の(c)は、C−C’断面の構成を例示する断面図である。図29の(d)は、D−D’断面の構成を例示する断面図である。図29の(e)は、E−E’断面の構成を例示する断面図である。
図29に示されているように、第6工程において、トレンチ内部の対向するメモリゲート6の間に設けられている電荷蓄積膜(ONO膜)33を除去して、メモリゲート6の下に電荷蓄積層7を形成する。その後、露出した半導体基板2に不純物(例えば、14/cm2程度のAs)を注入してLDD領域9となる拡散層を、そのトレンチ底面に形成する。このとき、コンタクト領域において、メモリゲートコンタクト領域6aの上に構成されていた第1保護酸化膜35を除去する。
図29の(b)に示されているように、第6工程において、B−B’断面において、コントロールゲート5と窒化膜32とを覆っていた電荷蓄積膜(ONO膜)33を除去する。またこのとき、コントロールゲート5とメモリゲート6の間に設けられている電荷蓄積膜(ONO膜)33は、残留してコントロールゲート5とメモリゲート6とを電気的に絶縁する。図29の(c)に示されているように、C−C’断面において、LDD領域9は、素子分離領域19の間に形成される。図29の(d)に示されているように、D−D’断面では、第1保護酸化膜35を除去してメモリゲートコンタクト領域6aの表面を露出する。また、メモリゲートコンタクト領域6aの下の電荷蓄積膜(ONO膜)33を残したまま、コントロールゲート5と窒化膜32とを覆っていた電荷蓄積膜(ONO膜)33を除去することで、電荷蓄積層7を形成する。図29の(e)に示されているように、E−E’断面では、第1保護酸化膜35と電荷蓄積膜(ONO膜)33とが除去され、素子分離領域19の表面が露出する。
図30は、第2実施形態の半導体装置10を製造するための第7工程の状態を例示する図である。図30の(a)は、その第7工程の半導体材料を上から見た平面図である。図30の(b)は、B−B’断面の構成を例示する断面図である。図30の(c)は、C−C’断面の構成を例示する断面図である。図30の(d)は、D−D’断面の構成を例示する断面図である。図30の(e)は、E−E’断面の構成を例示する断面図である。
図30に示されているように、第7工程において、半導体材料を全体的に覆う酸化膜(図示されず)を成膜した後、その酸化膜をエッチバックしてセルサイドウォール14を形成する。図30の(b)に示されているように、B−B’断面では、第7工程において、メモリゲート6の側面と上面、およびコントロールゲート5の上面をセルサイドウォール14で覆う。そのセルサイドウォール14は、B−B’断面において、対向するように構成される。図30の(c)に示されているように、C−C’断面は、対向するセルサイドウォール14の間の開口部分に対応し、素子分離領域19の間のLDD領域9が露出している。
図30の(d)に示されているように、第7工程では、D−D’断面において、メモリゲートコンタクト領域6aの一部とコントロールゲート5の上面とをセルサイドウォール14で覆う。そのセルサイドウォール14は、開口部を有し、対向するように構成される。図30の(e)に示されているように、第7工程において、メモリゲートコンタクト領域6aの上面が露出する。
図31は、第2実施形態の半導体装置10を製造するための第8工程の状態を例示する図である。図31の(a)は、その第8工程の半導体材料を上から見た平面図である。図31の(b)は、B−B’断面の構成を例示する断面図である。図31の(c)は、C−C’断面の構成を例示する断面図である。図31の(d)は、D−D’断面の構成を例示する断面図である。図31の(e)は、E−E’断面の構成を例示する断面図である。
第8工程において、コンタクト領域に、その対向するセルサイドウォール14の間のメモリゲートコンタクト領域6aを覆う第2保護酸化膜36を形成する。図31の(b)に示されているように、第8工程において、B−B’断面では、コントロールゲート5の上面と、コントロールゲート5の外側のトレンチ外部の半導体基板2の表面とが露出する。図31の(c)に示されているように、C−C’断面では、LDD領域9の表面が露出する。図31の(d)に示されているように、D−D’断面では、トレンチ内部のコントロールゲート5の上面と、メモリゲートコンタクト領域6aの表面を覆う第2保護酸化膜36を形成する。図31の(e)に示されているように、第8工程において、E−E’断面では、メモリゲートコンタクト領域6aの表面と側面とを覆う第2保護酸化膜36を形成する。また、第2保護酸化膜36は、メモリゲートコンタクト領域6aの下に構成されている電荷蓄積層7の側面を覆う。
図32は第2実施形態の半導体装置10を製造するための第9工程の状態を例示する図である。図32の(a)は、その第9工程の半導体材料を上から見た平面図である。図32の(b)は、B−B’断面の構成を例示する断面図である。図32の(c)は、C−C’断面の構成を例示する断面図である。図32の(d)は、D−D’断面の構成を例示する断面図である。図32の(e)は、E−E’断面の構成を例示する断面図である。
図32(a)〜(e)に示されているように、第9工程において、半導体材料を全面的に覆うポリシリコン膜37を形成する。そのポリシリコン膜37は、露出しているLDD領域9を覆う。半導体装置10がロジック部を備えている場合、記憶素子領域を保護しつつ、そのロジック部が構成される領域(図示されず)における、回路素子の製造工程(例えば、ウェル形成〜ゲート形成〜エクステンション形成)を行う。その後、ロジック部の形成時に記憶素子領域にも形成された酸化膜やポリシリコン膜を除去する。
図33は、第2実施形態の半導体装置10を製造するための第10工程の状態を例示する図である。図33の(a)は、その第10工程の半導体材料を上から見た平面図である。図33の(b)は、B−B’断面の構成を例示する断面図である。図33の(c)は、C−C’断面の構成を例示する断面図である。図33の(d)は、D−D’断面の構成を例示する断面図である。図33の(e)は、E−E’断面の構成を例示する断面図である。
第10工程において、全面に構成されていたポリシリコン膜37をエッチバックして、ポリシリコンサイドウォール37aを形成する。図33の(b)に示されているように、B−B’断面において、ポリシリコンサイドウォール37aは、メモリゲート6の側面と上面とを覆うように構成される。また、ポリシリコンサイドウォール37aの間は、LDD領域9の表面が露出している。図33の(c)に示されているように、C−C’断面において、素子分離領域19の間のLDD領域9を露出する。図33の(d)に示されているように、全面に構成されていたポリシリコン膜37をエッチバックして、ポリシリコンサイドウォール37aを形成する。D−D’断面において、ポリシリコンサイドウォール37aは、対向するように構成され、その二つのポリシリコンサイドウォール37aの間の第2保護酸化膜36の表面が露出する。図33の(e)に示されているように、E−E’断面では、ポリシリコンサイドウォール37aが、メモリゲートコンタクト領域6aの上の第2保護酸化膜36を覆っている。
図34は、第2実施形態の半導体装置10を製造するための第11工程の状態を例示する図である。図34の(a)は、その第11工程の半導体材料を上から見た平面図である。図34の(b)は、B−B’断面の構成を例示する断面図である。図34の(c)は、C−C’断面の構成を例示する断面図である。図34の(d)は、D−D’断面の構成を例示する断面図である。図34の(e)は、E−E’断面の構成を例示する断面図である。
第11工程において、レジストマスク(図示されず)を用いてコンタクト領域のポリシリコンサイドウォール37aを除去する。図34の(b)、(c)に示されているように、記憶素子領域のポリシリコンサイドウォール37aは、第8工程と同じ状態を維持する。図34の(d)に示されているように、コンタクト領域において、D−D’断面では、ポリシリコンサイドウォール37aが除去される。図34の(e)に示されているように、E−E’断面では、第2保護酸化膜36を覆っていたポリシリコンサイドウォール37aが除去される。このとき、メモリゲートコンタクト領域6aの側方に構成されていたポリシリコンサイドウォール37aは、レジストマスクによって保護される。コンタクト領域のポリシリコンサイドウォール37aを除去した後、そのレジストマスクを取り除く。
図35は、第2実施形態の半導体装置10を製造するための第12工程の状態を例示する図である。図35の(a)は、その第12工程の半導体材料を上から見た平面図である。図35の(b)は、B−B’断面の構成を例示する断面図である。図35の(c)は、C−C’断面の構成を例示する断面図である。図35の(d)は、D−D’断面の構成を例示する断面図である。図35の(e)は、E−E’断面の構成を例示する断面図である。
第12工程において、LDD領域9の表面と、ポリシリコンサイドウォール37aの表面とを酸化膜(図示されず)で保護し、窒化膜32を除去する。その後、その酸化膜とコントロールゲート5の上のセルサイドウォール14を除去する。このとき、隣接するLDD領域9の間の素子分離領域19が低くなることがある。図35の(a)を参照すると、第2実施形態において、隣接する記憶素子1のLDD領域9は、ポリシリコンサイドウォール37aで接続されている。このポリシリコンサイドウォール37aは、後の工程において、第1拡散層側シリサイド11となり、隣り合う記憶素子1の第1ソース/ドレイン拡散層3を電気的に接続する。そのため、素子分離領域19の高さに影響されること無く記憶素子1を構成することができる。
図35の(b)に示されているように、第12工程において、B−B’断面では、コントロールゲート5の上面と、コントロールゲート5の外側の半導体基板2の表面とが露出する。図35の(c)に示されているように、C−C’断面では、一時的に酸化膜(図示されず)で覆われていたLDD領域9の表面が露出する。図35の(d)に示されているように、D−D’断面では、コントロールゲート5の上面と、メモリゲートコンタクト領域6aの表面の一部と、コントロールゲート5の外側の素子分離領域19の表面とが露出する。図35の(e)に示されているように、第12工程において、E−E’断面では、メモリゲートコンタクト領域6aの側面に、サイドウォール状にセルサイドウォール14が形成される。
図36は、第2実施形態の半導体装置10を製造するための第13工程の状態を例示する図である。図36の(a)は、その第13工程の半導体材料を上から見た平面図である。図36の(b)は、B−B’断面の構成を例示する断面図である。図36の(c)は、C−C’断面の構成を例示する断面図である。図36の(d)は、D−D’断面の構成を例示する断面図である。図36の(e)は、E−E’断面の構成を例示する断面図である。
図36の(b)、(c)に示されているように、第13工程において、メモリゲート6またはコントロールゲート5をマスクとして作用させ、第1ソース/ドレイン拡散層3および第2ソース/ドレイン拡散層4を形成するための不純物(例えば、Asを2E15/cm2)を注入する。その後、ポリシリコンサイドウォール37aとその間の第1ソース/ドレイン拡散層3とをシリサイド化して第1拡散層側シリサイド11を形成する。このとき、同時に、第2拡散層側シリサイド12と、コントロールゲートシリサイド13とを形成する。図36の(d)、(e)に示されているように、第13工程では、コンタクト領域において、メモリゲートシリサイド22が形成される。
その後、サイドウォール15を形成した後、層間絶縁膜18(図示されず)を構成し、第1ソース/ドレインコンタクト16、第2ソース/ドレインコンタクト17を形成するためのコンタクトホール(図示されず)を構成する。
10…半導体装置
1…記憶素子
1a…第1メモリセル
1b…第2メモリセル
2…半導体基板
3…第1ソース/ドレイン拡散層
4…第2ソース/ドレイン拡散層
5…コントロールゲート
6…メモリゲート
6a…メモリゲートコンタクト領域
7…電荷蓄積層(ONO膜)
8…ゲート絶縁膜
9…LDD領域
11…第1拡散層側シリサイド
12…第2拡散層側シリサイド
13…コントロールゲートシリサイド
14…セルサイドウォール
15…サイドウォール
16…第1ソース/ドレインコンタクト
17…第2ソース/ドレインコンタクト
18…層間絶縁膜
19…素子分離領域
21…コンタクト領域
22…メモリゲートシリサイド
23…メモリゲートコンタクト
31…酸化膜
32…窒化膜
33…電荷蓄積膜(ONO膜)
34…メモリゲートポリシリコン膜
35…第1保護酸化膜
36…第2保護酸化膜
37…ポリシリコン膜
37a…ポリシリコンサイドウォール
41…第1チャネル領域
42…第2チャネル領域
43…第3チャネル領域
1…記憶素子
1a…第1メモリセル
1b…第2メモリセル
2…半導体基板
3…第1ソース/ドレイン拡散層
4…第2ソース/ドレイン拡散層
5…コントロールゲート
6…メモリゲート
6a…メモリゲートコンタクト領域
7…電荷蓄積層(ONO膜)
8…ゲート絶縁膜
9…LDD領域
11…第1拡散層側シリサイド
12…第2拡散層側シリサイド
13…コントロールゲートシリサイド
14…セルサイドウォール
15…サイドウォール
16…第1ソース/ドレインコンタクト
17…第2ソース/ドレインコンタクト
18…層間絶縁膜
19…素子分離領域
21…コンタクト領域
22…メモリゲートシリサイド
23…メモリゲートコンタクト
31…酸化膜
32…窒化膜
33…電荷蓄積膜(ONO膜)
34…メモリゲートポリシリコン膜
35…第1保護酸化膜
36…第2保護酸化膜
37…ポリシリコン膜
37a…ポリシリコンサイドウォール
41…第1チャネル領域
42…第2チャネル領域
43…第3チャネル領域
Claims (10)
- 半導体基板と
前記半導体基板上に形成された電荷蓄積層と、
前記電荷蓄積層上に形成された第1ゲートと、
第1絶縁層を介して前記第1ゲートの一側方に形成された第2ゲートと、
前記第1ゲートの他側方に形成された第2絶縁層と、
前記第2絶縁層の側方に対応する位置の前記半導体基板内に形成された拡散層と、
前記拡散層及び前記第1ゲートを覆うように形成されたシリサイドと
を備える
不揮発性半導体記憶装置。 - 請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置において、
前記シリサイドは、
前記拡散層に接触している
不揮発性半導体記憶装置。 - 請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置において、
前記シリサイドは、
前記拡散層を覆うシリサイド第1部分と、
前記第1ゲートの高さに対応して高さ方向に設けられたシリサイド第2部分と
を含み、
前記シリサイド第2部分は、
前記第2絶縁層を介して前記第1ゲートに接続する第1側面と、
前記第1側面の反対に位置する第2側面と
を有する
不揮発性半導体記憶装置。 - 請求項3に記載の不揮発性半導体記憶装置において、
前記シリサイド第2部分は、
前記第1ゲートの下部から上部までを連続的に覆っている
不揮発性半導体記憶装置。 - 請求項4に記載の不揮発性半導体記憶装置において、
前記第1ゲートは、
傾斜部分を有するサイドウォール状に形成され、
前記第2絶縁層は、
前記傾斜部分に沿って傾斜し、
前記シリサイド第2部分は、
前記第2絶縁層の前記傾斜に沿って、前記第第2絶縁層の下部から上部までを連続的に覆うように設けられている
不揮発性半導体記憶装置。 - (a)半導体基板の上に構成されたゲート絶縁膜の上に、開口部を有する第1導電体膜を形成する工程と、
(b)前記第1導電体膜と前記半導体基板の表面とを覆う電荷蓄積膜を形成し、前記電荷蓄積膜の上に、第2導電体膜を形成する工程と、
(c)前記第2導電体膜をサイドウォール形状にエッチバックして、メモリゲートを形成し、前記メモリゲートを覆うサイドウォール絶縁膜を形成する工程と、
(d)前記サイドウォール絶縁膜の上に第3導電体膜を形成し、前記第3導電体膜をサイドウォール形状にエッチバックして、サイドウォール導電体膜を形成する工程と、
(e)前記サイドウォール導電体膜をシリサイド化する工程と
を具備する
不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 - 請求項6に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法において、
前記(d)の工程は、
前記メモリゲートの上を覆うように前記サイドウォール導電体膜を形成する工程を含む
不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 - 請求項7に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法において、
前記(d)の工程は、
前記サイドウォール絶縁膜に沿って、前記メモリゲートの下部から最上部までを連続的に覆うように前記サイドウォール導電体膜を形成する工程を含む
不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 - 請求項8に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法において、
前記(d)の工程は、
前記拡散層と前記サイドウォール絶縁膜とに接触する前記第3導電体膜を形成する工程を含む
不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 - 請求項9に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法において、
前記(e)の工程は、
前記拡散層と前記サイドウォール導電体膜とを同時にシリサイド化する工程を含む
不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
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