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JP4401006B2 - Nonvolatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof - Google Patents
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JP4401006B2 - Nonvolatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、浮遊ゲートを具えた不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図14(A)および図14(B)は、浮遊ゲートを具えた不揮発性半導体記憶装置の代表的な構造を示したものである。図14(A)は装置を上から見た平面図であり、上面全体を被覆しているマスク絶縁膜の下側の構造が概略的に示されている。また、図14(B)は図14(A)のX−X線に沿って切った断面の切り口を示している。この図14によれば、従来の不揮発性半導体記憶装置は、第1の不純物拡散層(ソース)102および第2の不純物拡散層(ドレイン)104が形成された半導体基板100(以下、基板と称する。)と、第1および第2の不純物拡散層102および104間であって、かつ基板100の表面に、第1ゲート絶縁膜106、浮遊ゲートである第1ゲート電極108、第2ゲート絶縁膜110、制御ゲートである第2ゲート電極112、およびゲートハードマスク絶縁膜114を、この順に積層してなるゲート積層構造116と、ゲート積層構造116の表面およびゲート積層構造116から露出されている基板100の表面を被覆するマスク絶縁膜118とを備えている。
【0003】
また、このような構造の不揮発性半導体記憶装置は、例えば以下に示すような工程を経て製造されている。図15(A)〜図16(B)は、この装置の概略的な製造工程図であり、それぞれの工程終了時における装置の断面の切り口で示されている。また、図15は、図14(A)のY−Y線に沿って切った断面の切り口の構造体の製造途中の構造を示している。また、図16は、図14(A)のX−X線に沿って切った断面の切り口に対応する図である。
【0004】
まず、LOCOS法により、半導体基板100に素子分離膜124を形成して、基板100の領域を活性領域(素子形成領域)126aと素子分離領域126bとに分ける。このため、半導体基板100上にパッド酸化膜120、素子分離膜形成用窒化膜を形成した後、素子分離膜形成用窒化膜に対してパターニングを行う。その後、パターニングした窒化膜122をマスクとして用いて熱酸化により素子分離膜124を形成する。これにより、窒化膜122で被覆されている領域が活性領域126aとなり、窒化膜122から露出している部分に素子分離膜124が形成されて素子分離領域126bとなる(図15(A))。
【0005】
次に、パッド酸化膜120を除去した後、露出した基板100の表面に熱酸化により第1絶縁膜128を形成する。その後、第1絶縁膜128上および隣接する素子分離膜124上に、CVD法を用いてポリシリコンからなる第1電極膜を形成する。この後、ホトリソグラフィ技術およびこれに続く異方性ドライエッチング技術により、第1電極膜をパターニングすることによって、素子分離膜124上でこの第1電極膜130は分断される(図15(B))。
【0006】
次に、分断された第1電極膜130上およびこの膜から露出する素子分離膜124上に第2絶縁膜132を形成し、続いて、第2絶縁膜132上に第2電極膜134を形成する。さらに、第2電極膜134上に酸化膜もしくは窒化膜からなる第3絶縁膜136を形成する(図15(C)および図16(A)。なお、図15(C)と図16(A)は、同じ時点での構造体の構造を異なる線に沿って切った断面の切り口で以て示されている。)。
【0007】
次に、ホトリソグラフィ技術およびこれに続く異方性ドライエッチング技術により、第1絶縁膜128、第1電極膜130、第2絶縁膜132、第2電極膜134および第3絶縁膜136に対してパターニングを行う。これにより、第1絶縁膜128の残存部分である第1ゲート絶縁膜106、第1電極膜130の残存部分である第1ゲート電極108、第2絶縁膜132の残存部分である第2ゲート絶縁膜110、第2電極膜134の残存部分である第2ゲート電極112および第3絶縁膜136の残存部分であるゲートハードマスク絶縁膜114で構成されるゲート積層構造116が形成される(図16(B))。
【0008】
その後、ゲート積層構造116を覆うように、かつ露出した基板100上に薄いマスク絶縁膜118を形成する(図14(B))。
【0009】
次に、このマスク絶縁膜118の上側から、ゲート積層構造116の両側にソース拡散層102およびドレイン拡散層104を形成するためのイオン注入を行う。ここでは、ヒ素イオン(As+)を50〜80keVの電圧で打ち込む。この後、打ち込んだドーパント(イオン)を活性化するため、およびドレイン104と第1ゲート電極108とのオーバーラップ層を形成するための熱処理を900℃で20分間行う(図14(B))。
【0010】
その後、通常の配線形成技術を用いて、上述したゲート積層構造上に配線層を形成する(図示せず)。
【0011】
このような工程を経ることにより、図14に示される不揮発性半導体記憶装置が形成される。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような浮遊ゲートを有する不揮発性半導体記憶装置においては、装置の微細化に伴って第2ゲート絶縁膜110をさらに薄膜化する必要があるが、この薄膜化が限界に近づきつつある。これにより、ドレイン拡散層104と第1ゲート電極108との間の静電容量に対する、第1ゲート電極108と第2ゲート電極112との間の静電容量の比であるカップリングレシオの向上が望めない。したがって書き込み特性の向上も図れない。
【0013】
また、PMOS構造の場合には、製造工程中の熱処理によって、埋め込みチャネル用のチャネルドーパントが過度に拡散するため、適切な接合が形成できなくなるという問題がある。また、熱処理によってソース拡散層102およびドレイン拡散層104形成用のイオンが過度に拡散して、短チャネル効果が発生するおそれがある。このような問題を回避するために、熱処理温度を下げると、拡散層104と第1ゲート電極108との間に十分なオーバーラップ層を形成することができず、書き込み特性の劣化が生じるおそれがある。
【0014】
また、第1ゲート電極108の端部とドレイン拡散層104との間の電位差に起因する電界集中によって、ゲート酸化膜破壊が起きやすくなる。
【0015】
したがって、カップリングレシオの向上が図れ、拡散層と第1ゲート電極との十分なオーバーラップ層が得られ、かつゲート酸化膜破壊が起こらないような不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法の出現が望まれていた。
【0016】
【課題を解決するための手段】
このため、この発明の不揮発性半導体記憶装置によれば、半導体基板上に複数のメモリセルが設けられており、メモリセルは、半導体基板の第1導電型の領域内に、半導体基板の上面に露出されると共に互いに離間して形成された第2導電型の第1の拡散層および第2の拡散層と、半導体基板上でかつ第1の拡散層と第2の拡散層とに跨って、第1ゲート絶縁膜、第1ゲート電極、第2ゲート絶縁膜およびコントロールゲートとしての第2ゲート電極がこの順に積層して形成されたゲート積層構造と、ゲート積層構造の側壁に、第1ゲート電極と電気的に接続させて形成されたサイドウォール電極とを具えている。そして、第1ゲート電極及び該サイドウォール電極からフローティングゲートが構成されており、各メモリセルのうち、ゲート長方向に沿って互いに隣り合う2つのメモリセルは、第1の拡散層を共用しており、サイドウォール電極は、ゲート積層構造のゲート長方向の第2の拡散層側の片側壁に設けられており、第1の拡散層側の片側壁には設けられていないことを特徴とする。
【0017】
サイドウォール電極は第1ゲート電極と電気的に接続されているので、第1ゲート電極とサイドウォール電極とで構成される電極が実質的に浮遊ゲート(フローティングゲート)として働く。これにより、コントロールゲートとなる第2ゲート電極とフローティングゲートとの間の絶縁膜の面積が増大するため、コントロールゲートとフローティングゲートとの間の静電容量を大きくすることができる。よって、カップリングレシオが向上するため、この装置の書き込み特性の向上を図ることができる。また、サイドウォール電極によって、フローティングゲートの端部の位置は、半導体基板に形成された拡散層の領域内の従来よりも食い込んだ位置にある。よって、拡散層とフローティングゲートとの十分なオーバーラップ層が得られる。これにより、従来よりフローティングゲートの端部に発生する電界集中を緩和することができ、ゲート酸化膜破壊が生じるおそれを低減させることができる。
【0019】
た、サイドウォール電極が片側壁に設けられているため、ある程度のカップリングレシオを確保することができ、さらに、サイドウォール電極が設けられていない側のゲート長方向に隣接するメモリセルのサイドウォール電極とのショート発生率を低減することができる。
【0020】
また、上記の不揮発性半導体記憶装置において、好ましくは、サイドウォール電極と、第2ゲート絶縁膜および第2ゲート電極との間には絶縁膜が介在しているのがよい。
【0021】
これにより、サイドウォール電極を第1ゲート電極とだけ電気的に接続させることができる。
【0022】
また、上記の不揮発性半導体記憶装置を製造するにあたり、メモリセルは、以下の▲1▼〜▲8▼の工程を具備して形成されるのが好ましい。
【0023】
▲1▼第1導電型の半導体基板に素子分離領域を形成して、活性領域と素子分離領域とを分ける工程。
【0024】
▲2▼半導体基板の上面全体にわたって第1絶縁膜および第1電極膜を順次に形成した後、素子分離領域を挟んで隣り合う活性領域上に設けられた第1電極膜を素子分離領域上で電気的に切断する工程。
【0025】
▲3▼第1電極膜上を覆うように半導体基板の上面全体にわたって第2絶縁膜、第2電極膜および第3絶縁膜を順次に形成する工程。
【0026】
(4)マスクを用いて、第2絶縁膜、第2電極膜および第3絶縁膜をパターニングすることにより、第2電極膜の残存部分として形成されたコントロールゲートとしての第2ゲート電極を含む予備ゲート積層構造を形成する工程。
【0027】
▲5▼予備ゲート積層構造から露出している第1電極膜の上面、予備ゲート積層構造の側壁および上面にわたって絶縁膜を形成した後、絶縁膜の上側から予備ゲート積層構造の両側の活性領域に対して、第1および第2の拡散層形成用のイオンを注入する工程。
【0028】
▲6▼予備ゲート積層構造の側壁にのみ絶縁膜を残存させた後、この残存させた絶縁膜の表面に、第1電極膜と電気的に接続するように第3電極膜を形成する工程。
【0029】
(7)第3電極膜から露出する第1電極膜の領域を除去することによって、第1電極膜の残存部分として第1ゲート電極を形成する工程。
【0030】
(8)素子分離領域を挟んで隣り合う活性領域上に形成された第3電極膜を素子分離膜上で電気的に切断することによって、第3電極膜の残存部分として形成されたサイドウォール電極、及び第1ゲート電極からなるフローティングゲートを形成する工程。
【0031】
これにより、第1の拡散層および第2の拡散層が設けられた半導体基板上に、第1絶縁膜の残存部分からなる第1ゲート絶縁膜、第1電極膜の残存部分からなる第1ゲート電極、第2絶縁膜の残存部分からなる第2ゲート絶縁膜、第2電極膜の残存部分からなる第2ゲート電極、および第3絶縁膜の残存部分からなるゲートハードマスク絶縁膜がこの順に積層して形成されたゲート積層構造と、このゲート積層構造の側壁に形成された、第3電極膜の残存部分からなるサイドウォール電極とを備えたメモリセルを形成することができる。なお、第2ゲート電極とサイドウォール電極との間には絶縁膜が介在している。よって、サイドウォール電極を第1ゲート電極とだけ電気的に接続させることができる。
【0032】
この製造方法によれば、高温の熱処理工程を行わなくても、フローティングゲートとなる第1ゲート電極およびサイドウォール電極と、拡散層とのオーバーラップ層を得ることができる。このため、高温の熱処理工程によって生じるおそれのある短チャネル効果を抑制することができる。また、書き込み特性の劣化が生じるおそれも回避できる。
【0033】
また、この不揮発性半導体記憶装置の製造方法において、上記(7)工程と(8)工程との間に、予備ゲート積層構造の両側に形成された第3電極膜のうちの、第1拡散層形成用のイオンが注入された活性領域側の第3電極膜を除去する工程を含んでいる。
【0034】
これにより、ゲート積層構造の片側にサイドウォール電極膜が設けられた装置を形成することができる。したがって、装置が微細な場合において、このメモリセルと、サイドウォール電極が設けられていない側のゲート長方向に隣接するメモリセルのサイドウォール電極膜の間でショートが発生するおそれを回避することができる。
【0035】
また、ゲート積層構造の片側にサイドウォール電極が設けられたメモリセルを有する不揮発性半導体記憶装置は、次の(1)〜(10)の工程を含む製造方法によっても得ることができる。
【0036】
(1)第1導電型の半導体基板に素子分離領域を形成して、活性領域と素子分離領域とを分ける工程。
【0037】
(2)半導体基板の上面全体にわたって、第1絶縁膜および第1電極膜を順次に形成した後、素子分離領域を挟んで隣り合う活性領域上に設けられた第1電極膜を素子分離領域上で電気的に切断する工程。
【0038】
(3)第1電極膜上を覆うように半導体基板の上面全体にわたって第2絶縁膜、第2電極膜および第3絶縁膜を順次に形成する工程。
【0039】
(4)マスクを用いて、第2絶縁膜、第2電極膜および第3絶縁膜をパターニングすることにより、所望のゲート積層構造のゲート長方向に2倍のピッチとなる大きさの積層構造を形成する工程。
【0040】
(5)この積層構造から露出している第1電極膜の上面、積層構造の側壁および上面にわたって絶縁膜を形成した後、絶縁膜の上側から積層構造の両側の活性領域に対して、第2の拡散層形成用のイオンを注入する工程。
【0041】
(6)積層構造の側壁にのみ絶縁膜を残存させた後、残存させた絶縁膜の表面に、第1電極膜に電気的に接続するように第3電極膜を形成する工程。
【0042】
(7)第3電極膜から露出する第1電極膜の領域を除去する工程。
【0043】
(8)積層構造に対して、第3絶縁膜、第2電極膜、第2絶縁膜および第1電極膜を分断するスリットを形成するとともに、第1電極膜の残存部分として第1ゲート電極、および第2電極膜の残存部分として、コントロールゲートとしての第2ゲート電極を形成する工程。
【0044】
(9)スリット内に露出した第1絶縁膜の上側から、第1の拡散層形成用のイオンを注入する工程。
【0045】
(10)素子分離領域を挟んで隣り合う活性領域上に形成された第3電極膜を素子分離膜上で電気的に切断することによって、第3電極膜の残存部分として、第2の拡散層形成用のイオンが注入された側の片側壁に設けられているサイドウォール電極及び第1ゲート電極からなるフローティングゲートを形成する工程。
【0046】
これにより、第1絶縁膜の残存部分が第1ゲート絶縁膜となり、第1電極膜の残存部分が第1ゲート電極となり、第2絶縁膜の残存部分が第2ゲート絶縁膜になり、第2電極膜の残存部分が第2ゲート電極となり、および第3絶縁膜の残存部分がゲートハードマスク絶縁膜となる。これらの膜でゲート積層構造が形成される。さらに、このゲート積層構造のゲート長方向の一方の側壁に第3電極膜の残存部分で以てサイドウォール電極が形成される。また、ゲート積層構造中、第1ゲート電極のみがサイドウォール電極と電気的に接続されている。これにより、第1ゲート電極とサイドウォール電極とからなり、拡散層との十分なオーバーラップ層を有するフローティングゲートが得られる。
【0047】
また、ゲート積層構造の片側にサイドウォール電極が設けられているので、装置が微細な場合において、このメモリセルと、サイドウォール電極が設けられていない側のゲート長方向に隣接するメモリセルとの間でショートが発生するおそれを回避することができる。
【0048】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照してこの発明の実施の形態及び参考例につき説明する。なお、各図は発明を理解できる程度に各構成成分の形状、大きさおよび配置関係を概略的に示してあるに過ぎず、したがってこの発明を図示例に限定するものではない。
【0049】
参考例
図1を参照して、この発明の不揮発性半導体記憶装置の参考例につき説明する。図1は、この不揮発性半導体記憶装置(以下、装置と称する。)の要部を説明するための図であり、この要部が断面の切り口で示されている。この装置は、半導体基板10上に形成された複数のメモリセルを具えていて、このメモリセルは、半導体基板10の第1導電型の領域内に互いに離間して形成された第2導電型の第1の拡散層12および第2の拡散層14とを具えている。これら第1および第2の拡散層12および14の表面は、基板10の上面に露出されている。
【0050】
この例では、p型のSi基板10に、n型の第1拡散層12であるソースと、第2拡散層14であるドレインが設けられている。
【0051】
また、この半導体基板10上でかつ第1の拡散層12と第2の拡散層14とに跨って、第1ゲート絶縁膜16、第1ゲート電極18、第2ゲート絶縁膜20および第2ゲート電極22がこの順に積層して形成されたゲート積層構造24を具えている。
【0052】
この例では、ソース12の露出面とドレイン14の露出面とに渡って、第1ゲート絶縁膜16である第1SiO2膜が形成されており、この第1SiO2膜16上に第1ゲート電極18である第1ポリシリコン電極、第2ゲート絶縁膜20である第2SiO2膜、第2ゲート電極22である第2ポリシリコン電極を順次に成膜し、それによりゲート積層構造24が設けられている。なお、ここで説明する構成例では、さらに、第2ポリシリコン電極22の上側にシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜からなるゲートハードマスク絶縁膜26が設けられていて、この絶縁膜26を含めてゲート積層構造24としてもよい。
【0053】
そして、ゲート積層構造24の側壁には、第1ゲート電極18と電気的に接続させてサイドウォール電極28が設けられている。
【0054】
この例では、第1ゲート絶縁膜16および第1ポリシリコン電極18を除くゲート積層構造24のゲート長方向の両側にシリコン酸化膜からなる絶縁膜30が形成されており、この絶縁膜30の表面にサイドウォール電極28としての第3ポリシリコン電極が形成されている。また、第1ポリシリコン電極18は、この電極18および第1ゲート絶縁膜16を除いたゲート積層構造24の各構成膜のゲート長方向の長さよりも長くはみ出して形成されている。そして、第3ポリシリコン電極28は、第1ポリシリコン電極18の上記はみ出した領域18a上に設けられている。これにより、第1ポリシリコン電極18と第3ポリシリコン電極28とは電気的に接続されている。よって、この第1ポリシリコン電極18と第3ポリシリコン電極28とで以て浮遊ゲート(フローティングゲート)が構成される。
【0055】
また、この構造体の上面には全体にわたってマスク絶縁膜32が設けられている(図1)。
【0056】
このような不揮発性半導体記憶装置は、以下のようにして製造される。
【0057】
図2(A)〜図8(C)は、この参考例の不揮発性半導体記憶装置の製造工程を順に示す工程図であり、製造中の装置の断面の切り口または上から見た平面図で示してある。
【0058】
まず、第1導電型の半導体基板に素子分離領域を形成して、活性領域と素子分離領域とを分ける。
【0059】
この参考例では、従来と同様に、LOCOS法によって素子分離膜を形成する。まず、p型Si基板10上に、熱酸化によりパッド酸化膜40を形成した後、このパッド酸化膜40上にCVD法を用いて素子分離膜形成用の窒化膜42を形成する(図2(A))。この後、この窒化膜42に対してパターニングを行う。このパターニングにより、活性領域43aとなる領域上には窒化膜42xを残存させ、素子分離領域43bとなる領域上の窒化膜を除去する(図2(B))。次に、熱酸化により、窒化膜が除去された領域に素子分離膜44を形成する(図2(C))。この後、熱リン酸を用いたウェットエッチングにより窒化膜の残存部分42xを除去し、フッ酸を用いたウェットエッチングによりパッド酸化膜40を除去する。
【0060】
次に、半導体基板10の上面全体にわたって第1絶縁膜46および第1電極膜48を順次に形成した後、素子分離領域43bを挟んで隣り合う活性領域43a上に跨って設けられた第1電極膜48を素子分離膜44上で切断する。
【0061】
このため、この参考例では、第1絶縁膜46としての第1SiO2膜を、熱酸化により形成する。この後、第1電極膜48としての第1ポリシリコン膜をCVD法を用いて形成する(図2(D))。その後、この第1ポリシリコン膜48に対して、ホトリソグラフィおよびこれに続く異方性ドライエッチングを行い、第1ポリシリコン膜48のパターニングを行う。このパターニングにより、素子分離領域43bを挟んで隣り合う活性領域43a上に跨って設けられた第1ポリシリコン膜48は、素子分離膜44上で切断される(図3(A))。
【0062】
次に、切断された第1電極膜48x上を覆うように半導体基板10の上面全体にわたって第2絶縁膜50、第2電極膜52および第3絶縁膜54を順次に形成する。
【0063】
このため、この参考例では、第2絶縁膜50としての第2SiO2膜を熱酸化により形成する。その後、この第2SiO2膜50上に、第2電極膜52としての第2ポリシリコン膜をCVD法を用いて形成する。さらに、第2ポリシリコン膜52上にCVD法を用いてSiO2膜もしくはSi34膜からなる第3絶縁膜54を形成する(図3(B)、図4および図5(A))。ここで、図3(B)は、図4で示される構造体を上から見た平面図のI−I線に沿って切った断面の切り口を示している。また、図5(A)は、図4のII−II線に沿って切った断面の切り口を示している。なお、図4は、構造体を上から見た平面図であり、第2絶縁膜50の下側の構成を示している。
【0064】
次に、この参考例の製造方法においては、マスクを用いて第2絶縁膜50、第2電極膜52および第3絶縁膜54をパターニングすることにより予備ゲート積層構造56を形成する。
【0065】
このため、この参考例では、ホトリソグラフィおよびこれに続く異方性ドライエッチング処理によって、第2SiO2膜50、第2ポリシリコン膜52、および第3絶縁膜54をパターニングする。これにより、上記膜の残存部分50x、52xおよび54xからなる予備ゲート積層構造56が形成される(図5(B))。
【0066】
次に、予備ゲート積層構造56から露出している第1電極膜48xの上面、予備ゲート積層構造56の側壁および上面にわたって絶縁膜58を形成した後、この絶縁膜58の上側から、予備ゲート積層構造56の両側の活性領域に対して、第1および第2の拡散層形成用のイオンを注入する。
【0067】
このため、この参考例では、熱酸化により、露出している第1ポリシリコン膜48xの上面、予備ゲート積層構造56の側壁および上面に絶縁膜58としてSiO2膜を形成する。その後、予備ゲート積層構造56をマスクにして、このマスクの両側の活性領域に対して、SiO2膜58の上側からヒ素イオン(As+)を50〜80keVの加速電圧で打ち込む。その後、ドーパントであるヒ素イオンを活性化するための熱処理をRTA(急速加熱法:Rapid Thermal Anneal)により900℃の温度で行う。これにより、第1の拡散層であるソース12と第2の拡散層であるドレイン14が形成される(図5(C))。
【0068】
次に、予備ゲート積層構造56の側壁にのみ絶縁膜30を残存させた後、この残存させた絶縁膜30の表面に、第1電極膜48xに電気的に接続するように第3電極膜60(28)を形成する。
【0069】
このため、この参考例では、表面のSiO2膜58に対して異方性のドライエッチングを行うことによって、予備ゲート積層構造56の上面および予備ゲート積層構造56から露出している第1ポリシリコン膜48xの上面に設けられたSiO2膜58の部分を除去し、かつ予備ゲート積層構造56の側壁に設けられたSiO2膜58(30)のみを残存させる。この後、基板10の上側全面に第3電極膜である第3ポリシリコン膜60をCVD法により堆積させた後(図6(A))、異方性ドライエッチングを行うことによって、予備ゲート積層構造56の側壁のSiO2膜30の表面に第3ポリシリコン膜60(28)をサイドウォール状に残存させる。このサイドウォール状に残存させた第3ポリシリコン膜60x(28)の底面は、第1ポリシリコン膜48xに接触している(図6(B))。
【0070】
次に、この参考例の製造方法によれば、第3ポリシリコン膜28から露出する第1電極膜48xの領域を除去する。
【0071】
このため、この参考例では、上記第3ポリシリコン膜60のエッチングに連続してさらに異方性ドライエッチングを行う。これにより、サイドウォール状の第3ポリシリコン膜28の部分から露出する第1ポリシリコン膜48xの領域を除去することができる。よって、第1ポリシリコン膜の残存部分18が形成される(図6(C)および図7(A)。なお、図6(C)は図7(A)のII−II線に沿って切った断面の切り口を示す図とする。)。なお、図7(A)および図7(B)は、上記図4と同様に、構造体を上から見た平面図である。そして、図7(A)はレジストパターン64を設ける前の構成を示しており、図7(B)は、レジストパターン64を除去した後の構成を示している。
【0072】
次に、素子分離領域43bを挟んで隣り合う活性領域43a上に形成された第3電極膜60(28)を、この素子分離膜44上で電気的に切断する。
【0073】
このため、この参考例では、残存する第3電極膜60(28)上に、素子分離領域43b上で第3電極膜60(28)が分断されるような窓62が形成されたレジストパターン64を設け(図8(A))、このレジストパターン64をマスクとして用いて、等方性ドライエッチングあるいはウェットエッチングを行う(図8(B))。なお、図8(A)〜図8(C)は、図7(A)および図7(B)のIII−III線に沿って切った断面の切り口に対応する図である。上記エッチングにより、マスク64の窓62から露出する第3電極膜60(28)の部分はエッチング除去される。よって、その後、レジストパターン64を除去することによって、第3電極膜の残存部分60xからなるサイドウォール電極28を、活性領域43a毎にそれぞれ設けることができる(図7(B)および図8(C)))。
【0074】
これにより、ソース12とドレイン14が形成された基板10上に、第1SiO2膜46からなる第1ゲート絶縁膜16、第1ポリシリコン膜の残存部分48xからなる第1ゲート電極としての第1ポリシリコン電極18、第2SiO2膜の残存部分50xからなる第2ゲート絶縁膜20、第2ポリシリコン膜の残存部分52xからなる第2ゲート電極としての第2ポリシリコン電極22および第3SiO2膜(Si34膜)の残存部分54xからなるゲートハードマスク絶縁膜26がこの順に積層されたゲート積層構造24と、このゲート積層構造24の両側壁に第1ポリシリコン電極18と電気的に接続された第3ポリシリコン膜の残存部分60xからなるサイドウォール電極としての第3ポリシリコン電極28とを具えた構造体が得られる(図1、図6(C)、図7(B)および図8(C))。
【0075】
その後、基板10の上側全面に対して熱酸化により絶縁膜32を形成する。
【0076】
このようにして、参考例の不揮発性半導体記憶装置のメモリセルが形成される(図1)。
【0077】
この方法を用いて不揮発性半導体記憶装置の製造を行えば、従来、ドーパントを活性化するため、および、ゲート電極膜とドレインとのオーバーラップ層を形成するために行われていた熱処理を、ドーパントを活性化するためだけの目的で行えばよい。したがって、ドーパントを従来ほど拡散させる必要はなくなる。よって、RTAにより短時間に熱処理を行うことができる。よって、短チャネル効果を抑制することができる。また、第1ゲート電極18とサイドウォール電極28とでフローティングゲートが構成されているので、ドレイン14とフローティングゲート(18および28)とのオーバーラップ層は十分得られる。これにより、フローティングゲートの端部に発生する電界集中は緩和され、ゲート酸化膜破壊への耐性を向上させることができる。さらに、フローティングゲート(18および28)とコントロールゲート(第2ゲート電極22)との間の静電容量は、第1ゲート電極18と第2ゲート電極22との間の静電容量と、サイドウォール電極28と第2ゲート電極22との間の静電容量とを合わせた容量となるので、従来よりも大きくなる。これにより、カップリングレシオを向上させることができるので、装置の書き込み特性を向上させることができる。
【0078】
第1の実施の形態
第1の実施の形態として、半導体基板10の第1導電型の領域内に互いに離間して形成された第2導電型の第1の拡散層12および第2の拡散層14と、この半導体基板10上でかつ第1の拡散層12と第2の拡散層14とに跨って、参考例と同様のゲート積層構造24が形成されており、このゲート積層構造24の片側壁に、第1ゲート電極18と電気的に接続されたサイドウォール電極70が設けられている構成につき説明する。
【0079】
以下、参考例と相違する点につき説明し、参考例と同様の点についてはその詳細な説明を省略する。
【0080】
図9は、第1の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の要部を説明するための図であり、この要部が断面の切り口で示されている。この装置は、参考例の装置と同様に、p型のSi基板10に、n型の第1の拡散層であるソース12と、第2の拡散層であるドレイン14が設けられている。そして、このソース12とドレイン14のそれぞれの露出面に接触するように、これらソースおよびドレイン間に跨って、第1ゲート絶縁膜である第1SiO2膜16、第1ゲート電極である第1ポリシリコン電極18、第2ゲート絶縁膜である第2SiO2膜20、第2ゲート電極である第2ポリシリコン電極22を具えたゲート積層構造24が設けられている。そして、この実施の形態においても、参考例と同様に第2ポリシリコン電極22の上側にシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜からなるゲートハードマスク絶縁膜26が設けられている。
【0081】
そして、ゲート積層構造24の側壁には、第1ゲート電極18と電気的に接続させてサイドウォール電極70が形成されている。この実施の形態では、第1SiO2膜16および第1ポリシリコン電極18を除くゲート積層構造24のゲート長方向の一方の側壁にシリコン酸化膜からなる絶縁膜30が形成されており、この絶縁膜30の表面にサイドウォール電極としての第3ポリシリコン電極70が形成されている。また、この実施の形態例では、サイドウォール電極70は、隣接して並置するゲート積層構造24の、それぞれの外側の側壁に設けられている。また、第1ポリシリコン電極18は、この電極18および第1SiO2膜16を除いたゲート積層構造24の各構成膜のゲート長方向の長さよりも、ゲート長方向の片側に長くはみ出して形成されている。そして、第3ポリシリコン電極70は、第1ポリシリコン電極18の上記はみ出した領域18a上に設けられている。これにより、第1ポリシリコン電極18と第3ポリシリコン電極70とは電気的に接続されている。よって、この第1ポリシリコン電極18と第3ポリシリコン電極70とで以て浮遊ゲート(フローティングゲート)が構成される。
【0082】
また、この構造体の上面には全体にわたってマスク絶縁膜32が設けられている(図9)。
【0083】
このような不揮発性半導体記憶装置は、以下のようにして製造される。
【0084】
図10(A)〜図12(B)は、第1の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の製造工程を順に示す工程図であり、製造中の装置の断面の切り口または上から見た平面図で示してある。
【0085】
まず、第1導電型の半導体基板10に素子分離膜44を形成して、活性領域43aと素子分離領域43bとを分ける。
【0086】
ここでは、参考例と同様にLOCOS法を用いて、p型Si基板10上にシリコン酸化膜から成る素子分離膜44を形成する。これにより、活性領域43aと素子分離領域43bとが分離される(図2(A)〜図2(C)参照)。
【0087】
次に、半導体基板10の上面全体にわたって、第1絶縁膜46および第1電極膜48を順次に形成した後、素子分離領域43bを挟んで隣り合う活性領域43a上に設けられた第1電極膜48を素子分離膜44上で電気的に切断する。
【0088】
このため、この実施の形態では、参考例と同様にして、第1絶縁膜46としての第1SiO2膜を熱酸化により形成した後、第1電極膜48である第1ポリシリコン膜をCVD法を用いて形成する。その後、第1ポリシリコン膜48をパターニングすることによって、素子分離領域43bを挟んで隣り合う活性領域43a上に連続して形成された第1ポリシリコン膜48は、素子分離膜44上で切断される。すなわち、活性領域43a毎に、他の活性領域43a上の第1ポリシリコン膜とは電気的に絶縁された第1ポリシリコン膜48xが形成される(図2(D)〜図3(A)参照)。
【0089】
次に、第1電極膜48x上を覆うように半導体基板10の上面全体にわたって第2絶縁膜50、第2電極膜52および第3絶縁膜54を順次に形成する。
【0090】
このため、この実施の形態では、参考例と同様に、残存する第1ポリシリコン膜48x上を覆うように、第2絶縁膜である第2SiO2膜50、第2電極膜である第2ポリシリコン膜52および第3絶縁膜であるシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜54を順次に形成する(図3(B)、図4および図5(A)参照)。
【0091】
次に、マスクを用いて、第2絶縁膜50、第2電極膜52および第3絶縁膜54をパターニングすることにより、予備積層構造を形成する。この予備積層構造は、所望のゲート積層構造予定領域と第1の拡散層を挟んで隣接するゲート積層構造予定領域とを含む大きさに形成される。
【0092】
このため、この実施の形態では、ホトリソグラフィおよびこれに続く異方性ドライエッチング処理によって、第2SiO2膜50、第2ポリシリコン膜52および第3絶縁膜54をパターニングする。このとき、ホトリソグラフィにより第3絶縁膜54上に形成されるマスクの被覆部分の大きさは、最終的にゲート積層構造となる領域74aと、ゲート長方向に第1の拡散層となる領域76を挟んで隣り合うゲート積層構造予定領域74bとを含む大きさになるようにする。その後、エッチングを行うことによって、上記大きさの第2SiO2膜の残存部分50y、第2ポリシリコン膜の残存部分52yおよび第3絶縁膜の残存部分54yからなる予備積層構造72が形成される(図10(A))。
【0093】
次に、上記予備積層構造72から露出している第1電極膜48xの上面、予備積層構造72の側壁および上面にわたって絶縁膜78を形成した後、絶縁膜78の上側から予備積層構造72の両側の活性領域に対して、拡散層形成用のイオンを注入する。
【0094】
このため、この実施の形態では、予備積層構造72から露出している第1ポリシリコン膜48xの上面、予備積層構造72の側壁および上面にわたって絶縁膜としてSiO2膜78を熱酸化により形成する。その後、予備積層構造72をマスクにしてSiO2膜78の上側からヒ素イオンを50〜80keVの加速電圧で打ち込む。これにより、予備積層構造72の両側に拡散層であるドレイン14形成用のイオンが導入される(図10(B))。
【0095】
次に、予備積層構造72の側壁にのみ絶縁膜78xを残存させた後、残存させた絶縁膜78xの表面に、第1電極膜48xに電気的に接続するように第3ポリシリコン膜80を形成する。
【0096】
このため、この実施の形態では、表面のSiO2膜78に対して異方性のドライエッチングを行うことにより、予備積層構造72の側壁に形成されたSiO2膜78xのみを残存させる。その後、基板10の上面全体に第3ポリシリコン膜をCVD法を用いて堆積させた後、この第3ポリシリコン膜に対して異方性ドライエッチングを行う。これにより、予備積層構造72の側壁のSiO2膜78xの表面に第3ポリシリコン膜80がサイドウォール状に残存する。また、このエッチングによって、サイドウォール状の第3ポリシリコン膜80から露出する第1ポリシリコン膜48xが除去される。そして、第1ポリシリコン膜48xxが残存する(図10(C))。
【0097】
次に、予備積層構造72に対して、第3絶縁膜54y、第2電極膜52y、第2絶縁膜50yおよび第1電極膜48xxを分断するスリットを形成する。
【0098】
このため、この実施の形態では、スリット形成用のマスクとなるレジストを基板10の上面全体に設ける。そしてホトリソグラフィ処理によりスリット形成領域82が窓84となるようなレジストパターン86を形成する。スリット形成領域82は、後にスリットによって分断されて得られる積層構造からなる、2つの隣り合うゲート積層構造の共通の拡散層であるソースが形成される。よって、スリット形成領域82のゲート長方向の幅Hは、拡散層として使用できる程度の幅とする(図11(A))。この後、レジストパターン86をマスクとして用いて、窓84から露出する第3絶縁膜54y、第2ポリシリコン膜52y、第2SiO2膜50yおよび第1ポリシリコン膜48xxの部分をエッチングする。これにより、予備積層構造72にスリット88が形成され、このスリット88によって2つのゲート積層構造24が形成される。
【0099】
次に、スリット88内に露出した第1絶縁膜46(16)の上側から、拡散層形成用のイオンを注入する。
【0100】
このため、この実施の形態では、2つのゲート積層構造24をマスクにして、スリット88内に露出するSiO2膜46(16)の上側からヒ素イオンを50〜80keVの加速電圧で打ち込む。これにより、スリット88内にソース12形成用のドーパントが導入される(図11(B))。
【0101】
この後、RTAにより熱処理を行うことによって、スリット88内のソース12形成用のドーパントと、既に注入済みのドレイン14形成用のドーパントを活性化させる。
【0102】
この時点での構造体を上から見ると図12(A)のように示される。この図12(A)のII−II線に沿って切った断面の切り口が図11(B)である。
【0103】
次に、素子分離領域43bを挟んで隣り合う活性領域43a上に連続的に形成された第3電極膜80を素子分離膜44上で電気的に切断する。
【0104】
このため、この実施の形態では、残存する第3ポリシリコン膜80上に、素子分離領域上でこの膜が分断されるような窓が形成されたレジストパターンを設ける(図示せず)。この後、このレジストパターンをマスクとして用いて、等方性ドライエッチングあるいはウェットエッチングを行う。これにより、マスクの窓から露出する第3ポリシリコン膜80の部分80xは除去される。これにより、第3ポリシリコン膜70が、活性領域43a毎にそれぞれ形成される(図12(B))。図12(B)は、構造体を上から見た平面図であり、図12(A)に続く工程図である。しかしながら、図12(B)のII−II線に沿って切った切り口で示される構成は、図12(A)のII−II断面図すなわち図11(B)と同様である。
【0105】
これにより、ソース12およびドレイン14が形成された基板上に、第1SiO2膜46からなる第1ゲート絶縁膜16、第1ポリシリコン膜の残存部分48xxからなる第1ゲート電極としての第1ポリシリコン電極18、第2SiO2膜の残存部分50yからなる第2ゲート絶縁膜20、第2ポリシリコン膜の残存部分52yからなる第2ゲート電極としての第2ポリシリコン電極22および第3SiO2膜(Si34膜)の残存部分54yからなるゲートハードマスク絶縁膜26がこの順に積層されたゲート積層構造24と、このゲート積層構造24の片側壁に第1ポリシリコン電極18と電気的に接続された第3ポリシリコン膜80の残存部分からなるサイドウォール電極としての第3ポリシリコン電極70とを具えた構造体が得られる(図11(B))。
【0106】
その後、基板10の上側全面に対して熱酸化によりマスク絶縁膜32を形成する(図9)。
【0107】
これにより、第1の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置のメモリセルが得られる。
【0108】
このような方法を用いて装置の製造を行うことにより、熱処理をドーパントを活性化するためだけに行えばよいので、RTAにより短時間に熱処理を行うことができる。よって、短チャネル効果を抑制することができる。また、参考例と同様に、フローティングゲートの端部に発生する電界集中が緩和され、ゲート酸化膜破壊への耐性を向上させることができる。また、カップリングレシオを向上させることができるので装置の書き込み特性の向上も図れる。
【0109】
さらに、この実施の形態においては、積層構造を形成するパターニングを所望の積層構造の2倍のピッチで行っているので、装置が微細化しても、パターニング処理を容易に行うことができる。
【0110】
また、製造された装置において、2つの隣り合うゲート積層構造の対向する側壁にはサイドウォール状の第3ポリシリコン膜が形成されないので、隣接するゲート積層構造間での第3ポリシリコン膜同士のショート発生率を低減させることができる。よって、装置の信頼性の向上が図れる。
【0111】
第2の実施の形態
第2の実施の形態として、第1の実施の形態と同様にゲート積層構造の片側壁に第1ゲート電極膜と電気的に接続されたサイドウォール電極が設けられている装置を、第1の実施の形態とは異なる製造方法で以て製造する例につき説明する。
【0112】
まず、参考例と同様にして、LOCOSにより、p型Si基板10に素子分離膜44を形成する(図2(A)〜図2(C)参照)。
【0113】
次に、参考例と同様に、基板10上面の全体に第1SiO2膜46を形成し、この第1SiO2膜46上に第1ポリシリコン膜48を形成する(図2(D)参照)。その後、この第1ポリシリコン膜48に対してパターニングを行い、素子分離領域43bを挟んで隣り合う活性領域43a上に連続的に形成された第1ポリシリコン膜48を素子分離膜44上で切断する(図3(A)参照)。
【0114】
この後、残存する第1ポリシリコン膜48x上を覆うように第2SiO2膜50を形成し、この第2SiO2膜50上に第2ポリシリコン膜52を形成する。さらに、第2ポリシリコン膜52上に第3絶縁膜(第3SiO2膜)54を形成する(図3(B)、図4および図5(A)参照)。次に、これら第2SiO2膜50、第2ポリシリコン膜52および第3SiO2膜54をパターニングして、上記膜の残存部分50x、52xおよび54xからなる予備ゲート積層構造56を形成する(図5(B)参照)。
【0115】
その後、参考例と同様に、予備ゲート積層構造56から露出している第1ポリシリコン膜48xの上面、予備ゲート積層構造56の側壁および上面にSiO2膜58を形成する。次に、予備ゲート積層構造56をマスクにして、このマスク56の両側の活性領域に対してヒ素イオンを打ち込む。その後RTAにより、ヒ素イオンを活性化させる(図5(C)参照)。
【0116】
次に、参考例と同様に、異方性エッチングにより予備ゲート積層構造56の側壁にのみSiO2膜30を残存させた後、基板10の上側全体に第3ポリシリコン膜60を堆積させる(図6(A)参照)。その後、異方性ドライエッチングを行って、予備ゲート積層構造56の側壁に第3ポリシリコン膜60xをサイドウォール状に残存させる(図6(B)参照)。さらに、ドライエッチングを行って、サイドウォール状の第3ポリシリコン膜60xから露出する第1ポリシリコン膜48xの部分を除去する。これにより、第1ポリシリコン膜18が残存する(図6(C)参照)。
【0117】
これにより、ソース12とドレイン14が形成された基板10上に、第1SiO2膜からなる第1ゲート絶縁膜46(16)、第1ポリシリコン膜の残存部分48xからなる第1ゲート電極としての第1ポリシリコン電極18、第2SiO2膜の残存部分50xからなる第2ゲート絶縁膜20、第2ポリシリコン膜の残存部分52xからなる第2ゲート電極としての第2ポリシリコン電極22および第3SiO2膜(Si34膜)の残存部分54xからなるゲートハードマスク絶縁膜26がこの順に積層されたゲート積層構造24と、このゲート積層構造24の両側壁に第1ポリシリコン電極18と電気的に接続された第3ポリシリコン膜の残存部分からなるサイドウォール電極としての第3ポリシリコン電極28とを具えた構造体が得られる。
【0118】
次に、この実施の形態では、ゲート積層構造24上を覆うように、基板10の上面の全体にわたってレジストを堆積させる。この後、少なくとも、隣接する2つのゲート積層構造24の対向する側壁に設けられた第3ポリシリコン膜28を含む領域が露出するように、上記レジストをパターニングする(図13(A))。
【0119】
次に、形成されたレジストパターン90をマスクとして用いて、異方性ドライエッチングを行う。これにより、第3ポリシリコン膜28およびその下の第1ポリシリコン膜の部分18aが除去される。また、レジストパターンの窓92からゲートハードマスク絶縁膜26が露出している場合には、このゲートハードマスク絶縁膜26も一部エッチングされる。
【0120】
その後、レジストパターンを除去した後(図13(B))、参考例と同様に、残存する第3ポリシリコン膜28に素子分離領域上の領域が窓となるレジストパターンを新たに設け、このレジストパターンをマスクとして用いて、マスクの窓から露出する第3ポリシリコン膜28の部分をエッチング除去する(図12(A)および図12(B)と同様。)。
【0121】
その後、熱酸化により、基板10の上側全面に対してマスク絶縁膜32を形成する(図13(C))。
【0122】
これにより、ゲート積層構造の片側壁に第1ゲート電極と電気的に接続されたサイドウォール電極が設けられている装置が得られる。このような構造の装置により、第1の実施の形態と同様の効果が得られる。
【0123】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなように、この発明の不揮発性半導体記憶装置によれば、半導体基板上に少なくとも1つのメモリセルが設けられており、メモリセルは、半導体基板の第1導電型の領域内に、半導体基板の上面に露出されると共に互いに離間して形成された第2導電型の第1の拡散層および第2の拡散層と、半導体基板上でかつ第1の拡散層と第2の拡散層とに跨って、第1ゲート絶縁膜、第1ゲート電極、第2ゲート絶縁膜および第2ゲート電極がこの順に積層されて形成されたゲート積層構造と、このゲート積層構造の側壁に、第1ゲート電極と電気的に接続させて形成されたサイドウォール電極とを具えている。
【0124】
サイドウォール電極は第1ゲート電極と電気的に接続されているので、第1ゲート電極とサイドウォール電極とで構成される電極が実質的に浮遊ゲート(フローティングゲート)として働く。これにより、コントロールゲートとなる第2ゲート電極とフローティングゲートとの間の絶縁膜の面積が増大するため、コントロールゲートとフローティングゲートとの間の静電容量を大きくすることができる。よって、カップリングレシオが向上するため、この装置の書き込み特性の向上を図ることができる。また、サイドウォール電極によって、フローティングゲートの端部の位置は、半導体基板に形成された拡散層の領域内の従来よりも食い込んだ位置にある。よって、拡散層とフローティングゲートとの十分なオーバーラップ層が得られる。これにより、従来よりフローティングゲートの端部に発生する電界集中を緩和することができ、ゲート酸化膜破壊が生じるおそれを低減させることができる。
【0125】
また、上記の不揮発性半導体記憶装置を製造するにあたり、メモリセルは、以下の▲1▼〜▲8▼の工程を具備して形成されるのが好ましい。
【0126】
▲1▼第1導電型の半導体基板に素子分離領域を形成して、活性領域と素子分離領域とを分ける工程。
【0127】
▲2▼半導体基板の上面全体にわたって第1絶縁膜および第1電極膜を順次に形成した後、素子分離領域を挟んで隣り合う活性領域上に設けられた第1電極膜を素子分離領域上で電気的に切断する工程。
【0128】
▲3▼第1電極膜上を覆うように半導体基板の上面全体にわたって第2絶縁膜、第2電極膜および第3絶縁膜を順次に形成する工程。
【0129】
(4)マスクを用いて、第2絶縁膜、第2電極膜および第3絶縁膜をパターニングすることにより、第2電極膜の残存部分として形成されたコントロールゲートとしての第2ゲート電極を含む予備ゲート積層構造を形成する工程。
【0130】
▲5▼予備ゲート積層構造から露出している第1電極膜の上面、予備ゲート積層構造の側壁および上面にわたって絶縁膜を形成した後、絶縁膜の上側から予備ゲート積層構造の両側の活性領域に対して、第1および第2の拡散層形成用のイオンを注入する工程。
【0131】
▲6▼予備ゲート積層構造の側壁にのみ絶縁膜を残存させた後、この残存させた絶縁膜の表面に、第1電極膜と電気的に接続するように第3電極膜を形成する工程。
【0132】
(7)第3電極膜から露出する第1電極膜の領域を除去することによって、第1電極膜の残存部分として第1ゲート電極を形成する工程。
【0133】
(8)素子分離領域を挟んで隣り合う活性領域上に形成された第3電極膜を素子分離膜上で電気的に切断することによって、第3電極膜の残存部分として形成されたサイドウォール電極、及び第1ゲート電極からなるフローティングゲートを形成する工程。
【0134】
この製造方法によれば、フローティングゲートとなる第1ゲート電極およびサイドウォール電極と、拡散層とのオーバーラップ層を得るための熱処理を行う必要がない。このため、高温の熱処理工程によって生じるおそれのある短チャネル効果を抑制することができる。また、書き込み特性の劣化が生じるおそれも回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 参考例の不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの概略的な構成図であり、断面の切り口で示してある。
【図2】 (A)〜(D)は、参考例の不揮発性半導体記憶装置の製造工程図であり、それぞれ断面の切り口で示してある。
【図3】 (A)および(B)は、参考例の不揮発性半導体記憶装置の図2に続く製造工程図であり、それぞれ断面の切り口で示してある。
【図4】 図3(B)の時点での構造体の上から見た平面図である。
【図5】 (A)は、図3(B)の時点での構造体の構成図であり、図3(B)とは異なる断面の切り口で示してあり、(B)〜(D)は、図5(A)に続く、製造工程図である。
【図6】 (A)〜(C)は、図5に続く、製造工程図である。
【図7】 (A)は、図6(C)の時点での構造体の上から見た平面図であり、(B)は、(A)に続く製造工程図である。
【図8】 (A)〜(C)は、図7のIII−III線に沿って切った断面の切り口で示される、図6に続く、製造工程図である。
【図9】 第1の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの概略的な構成図であり、断面の切り口で示してある。
【図10】 (A)〜(C)は、第1の実施の形態の説明に供する、製造工程図である。
【図11】 (A)および(B)は、図10に続く製造工程図である。
【図12】 (A)は、図11(B)の時点での構造体の上から見た平面図であり、(B)は、(A)に続く製造工程図である。
【図13】 (A)〜(C)は、第2の実施の形態の説明に供する、製造工程図である。
【図14】 (A)は、従来の不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの構成図であり、上から見た平面図で示してある。(B)は、(A)のx−x線に沿って切った断面の切り口を示す構成図である。
【図15】 (A)〜(C)は、従来の不揮発性半導体記憶装置の製造工程図である。
【図16】 (A)および(B)は、図15に続く製造工程図である。
【符号の説明】
10,100:半導体基板(p型Si基板)
12,102:第1の(不純物)拡散層(ソース)
14,104:第2の(不純物)拡散層(ドレイン)
16,106:第1ゲート絶縁膜(第1SiO2膜)
18,108:第1ゲート電極(第1ポリシリコン電極、第1ポリシリコン膜の残存部分)
18a:はみ出した領域
20,110:第2ゲート絶縁膜(第2SiO2膜)
22,112:第2ゲート電極(第2ポリシリコン電極)
24,116:ゲート積層構造
26,114:ゲートハードマスク絶縁膜
28,70:サイドウォール電極(第3ポリシリコン電極)
30:絶縁膜
32,118:マスク絶縁膜
40,120:パッド酸化膜
42:窒化膜
42x,122:窒化膜の残存部分
43a,126a:活性領域
43b,126b:素子分離領域
44,124:素子分離膜
46,128:第1絶縁膜(第1SiO2膜)
48:第1電極膜(第1ポリシリコン膜)
48x,130:切断された第1電極膜
48xx:第1ポリシリコン膜の残存部分
50,132:第2絶縁膜(第2SiO2膜)
50x,50y:第2絶縁膜の残存部分
52,134:第2電極膜(第2ポリシリコン膜)
52x,52y:第2電極膜の残存部分
54,136:第3絶縁膜(第3SiO2膜(Si34膜))
54x,54y:第3絶縁膜の残存部分
56:予備ゲート積層構造
58:絶縁膜(SiO2膜)
60:第3電極膜(第3ポリシリコン膜)
60x:第3電極膜の残存部分
62,84,92:窓
64,86,90:レジストパターン
72:予備積層構造
74a:ゲート積層構造となる領域
74b:隣り合うゲート積層構造予定領域
76:第1の拡散層となる領域
78:絶縁膜(SiO2膜)
78x:絶縁膜の残存部分(側壁のSiO2膜)
80:(サイドウォール状の)第3ポリシリコン膜
80x:露出する第3シリコン膜の部分
82:スリット形成領域
88:スリット
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device having a floating gate and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
14A and 14B illustrate a typical structure of a nonvolatile semiconductor memory device including a floating gate. FIG. 14A is a plan view of the apparatus as viewed from above, and schematically shows the structure under the mask insulating film covering the entire upper surface. FIG. 14B shows a cross section cut along the line XX in FIG. Referring to FIG. 14, the conventional nonvolatile semiconductor memory device includes a semiconductor substrate 100 (hereinafter referred to as a substrate) on which a first impurity diffusion layer (source) 102 and a second impurity diffusion layer (drain) 104 are formed. )) Between the first and second impurity diffusion layers 102 and 104 and on the surface of the substrate 100, the first gate insulating film 106, the first gate electrode 108 that is a floating gate, and the second gate insulating film 110, a gate stacked structure 116 in which a second gate electrode 112 that is a control gate, and a gate hard mask insulating film 114 are stacked in this order, and a substrate exposed from the surface of the gate stacked structure 116 and the gate stacked structure 116 And a mask insulating film 118 covering the surface of 100.
[0003]
Further, the nonvolatile semiconductor memory device having such a structure is manufactured through the following processes, for example. FIG. 15A to FIG. 16B are schematic manufacturing process diagrams of this apparatus, and are shown by cross sections of the apparatus at the end of each process. FIG. 15 shows a structure in the middle of manufacturing the structure of the cut surface of the cross section cut along the YY line of FIG. FIG. 16 is a view corresponding to the cut surface of the cross section taken along the line XX in FIG.
[0004]
First, the element isolation film 124 is formed on the semiconductor substrate 100 by the LOCOS method, and the region of the substrate 100 is divided into an active region (element formation region) 126a and an element isolation region 126b. For this reason, after the pad oxide film 120 and the element isolation film forming nitride film are formed on the semiconductor substrate 100, the element isolation film forming nitride film is patterned. Thereafter, an element isolation film 124 is formed by thermal oxidation using the patterned nitride film 122 as a mask. As a result, the region covered with the nitride film 122 becomes the active region 126a, and the element isolation film 124 is formed in the portion exposed from the nitride film 122 to become the element isolation region 126b (FIG. 15A).
[0005]
Next, after removing the pad oxide film 120, a first insulating film 128 is formed on the exposed surface of the substrate 100 by thermal oxidation. Thereafter, a first electrode film made of polysilicon is formed on the first insulating film 128 and the adjacent element isolation film 124 by using the CVD method. Thereafter, the first electrode film 130 is divided on the element isolation film 124 by patterning the first electrode film by the photolithography technique and the subsequent anisotropic dry etching technique (FIG. 15B). ).
[0006]
Next, the second insulating film 132 is formed on the divided first electrode film 130 and the element isolation film 124 exposed from the film, and then the second electrode film 134 is formed on the second insulating film 132. To do. Further, a third insulating film 136 made of an oxide film or a nitride film is formed over the second electrode film 134 (FIGS. 15C and 16A). Note that FIGS. 15C and 16A. Is shown with cross-section cuts taken along different lines of the structure of the structure at the same point in time).
[0007]
Next, the first insulating film 128, the first electrode film 130, the second insulating film 132, the second electrode film 134, and the third insulating film 136 are formed by photolithography and subsequent anisotropic dry etching. Perform patterning. Accordingly, the first gate insulating film 106 that is the remaining portion of the first insulating film 128, the first gate electrode 108 that is the remaining portion of the first electrode film 130, and the second gate insulating that is the remaining portion of the second insulating film 132. A gate stacked structure 116 is formed which includes the film 110, the second gate electrode 112 which is the remaining portion of the second electrode film 134, and the gate hard mask insulating film 114 which is the remaining portion of the third insulating film 136 (FIG. 16). (B)).
[0008]
After that, a thin mask insulating film 118 is formed on the exposed substrate 100 so as to cover the gate stacked structure 116 (FIG. 14B).
[0009]
Next, ion implantation for forming the source diffusion layer 102 and the drain diffusion layer 104 on both sides of the gate stacked structure 116 is performed from above the mask insulating film 118. Here, arsenic ions (As+) At a voltage of 50 to 80 keV. After that, heat treatment is performed at 900 ° C. for 20 minutes to activate the implanted dopant (ions) and to form an overlap layer between the drain 104 and the first gate electrode 108 (FIG. 14B).
[0010]
Thereafter, a wiring layer is formed on the gate stacked structure described above using a normal wiring forming technique (not shown).
[0011]
Through such steps, the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 14 is formed.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the nonvolatile semiconductor memory device having the floating gate as described above, it is necessary to further reduce the thickness of the second gate insulating film 110 as the device becomes finer, but this reduction in thickness is approaching the limit. . This improves the coupling ratio, which is the ratio of the capacitance between the first gate electrode 108 and the second gate electrode 112 to the capacitance between the drain diffusion layer 104 and the first gate electrode 108. I can't hope. Therefore, the write characteristics cannot be improved.
[0013]
In the case of the PMOS structure, the channel dopant for the buried channel is excessively diffused by the heat treatment during the manufacturing process, so that there is a problem that an appropriate junction cannot be formed. In addition, there is a possibility that ions for forming the source diffusion layer 102 and the drain diffusion layer 104 are excessively diffused by the heat treatment and a short channel effect is generated. In order to avoid such a problem, if the heat treatment temperature is lowered, a sufficient overlap layer cannot be formed between the diffusion layer 104 and the first gate electrode 108, and there is a possibility that the write characteristics are deteriorated. is there.
[0014]
In addition, gate oxide film breakdown easily occurs due to electric field concentration caused by a potential difference between the end portion of the first gate electrode 108 and the drain diffusion layer 104.
[0015]
Therefore, the coupling ratio can be improved, a sufficient overlap layer between the diffusion layer and the first gate electrode can be obtained, and a non-volatile semiconductor memory device and a method for manufacturing the same that does not cause gate oxide film breakdown have appeared. It was desired.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
  For this reason, according to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention,pluralA memory cell is provided,eachThe memory cell is exposed to the upper surface of the semiconductor substrate in the region of the first conductivity type of the semiconductor substrate, and is formed to be spaced apart from each other. A first gate insulating film, a first gate electrode, a second gate insulating film, and a semiconductor substrate and straddling the first diffusion layer and the second diffusion layer;As a control gateA gate laminated structure in which the second gate electrode is laminated in this order, and a sidewall electrode formed on the side wall of the gate laminated structure and electrically connected to the first gate electrode are provided.. A floating gate is formed by the first gate electrode and the sidewall electrode, and two memory cells adjacent to each other along the gate length direction share the first diffusion layer among the memory cells. The sidewall electrode is provided on one side wall on the second diffusion layer side in the gate length direction of the gate stacked structure, and is not provided on the one side wall on the first diffusion layer side.It is characterized by that.
[0017]
Since the sidewall electrode is electrically connected to the first gate electrode, the electrode constituted by the first gate electrode and the sidewall electrode substantially functions as a floating gate (floating gate). This increases the area of the insulating film between the second gate electrode serving as the control gate and the floating gate, so that the capacitance between the control gate and the floating gate can be increased. Therefore, since the coupling ratio is improved, the writing characteristics of this device can be improved. Further, due to the sidewall electrode, the end portion of the floating gate is in a position that bites into the diffusion layer region formed in the semiconductor substrate as compared with the conventional case. Therefore, a sufficient overlap layer between the diffusion layer and the floating gate can be obtained. Thereby, it is possible to alleviate the electric field concentration generated at the end of the floating gate as compared with the prior art, and to reduce the possibility of gate oxide film destruction.
[0019]
MaSide wall electrodes are provided on one side wall.For,A certain coupling ratio can be secured,further,The occurrence rate of a short circuit with the side wall electrode of the memory cell adjacent in the gate length direction on the side where the side wall electrode is not provided can be reduced.
[0020]
In the above nonvolatile semiconductor memory device, it is preferable that an insulating film is interposed between the sidewall electrode, the second gate insulating film, and the second gate electrode.
[0021]
Thereby, the sidewall electrode can be electrically connected only to the first gate electrode.
[0022]
In manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device described above, the memory cell is preferably formed by including the following steps (1) to (8).
[0023]
(1) A step of separating an active region and an element isolation region by forming an element isolation region on a first conductivity type semiconductor substrate.
[0024]
(2) After sequentially forming the first insulating film and the first electrode film over the entire upper surface of the semiconductor substrate, the first electrode film provided on the active region adjacent to the element isolation region is formed on the element isolation region. Electrical cutting process.
[0025]
(3) A step of sequentially forming a second insulating film, a second electrode film, and a third insulating film over the entire upper surface of the semiconductor substrate so as to cover the first electrode film.
[0026]
  (4) By patterning the second insulating film, the second electrode film, and the third insulating film using a mask,Including a second gate electrode as a control gate formed as a remaining portion of the second electrode filmForming a preliminary gate stacked structure;
[0027]
(5) After forming an insulating film over the upper surface of the first electrode film exposed from the preliminary gate stacked structure, the side walls and the upper surface of the preliminary gate stacked structure, the insulating film is formed on the active regions on both sides of the preliminary gate stacked structure from above On the other hand, a step of implanting ions for forming the first and second diffusion layers.
[0028]
(6) A step of leaving an insulating film only on the side wall of the preliminary gate stacked structure and then forming a third electrode film on the surface of the remaining insulating film so as to be electrically connected to the first electrode film.
[0029]
  (7) removing the region of the first electrode film exposed from the third electrode filmAs a result, the first gate electrode is formed as the remaining portion of the first electrode film.Process.
[0030]
  (8)Formed on adjacent active regions across the isolation regionElectrically cut the third electrode film on the device isolation filmAs a result, a floating gate composed of the sidewall electrode formed as the remaining portion of the third electrode film and the first gate electrode is formed.Process.
[0031]
Thus, the first gate insulating film composed of the remaining portion of the first insulating film and the first gate composed of the remaining portion of the first electrode film on the semiconductor substrate provided with the first diffusion layer and the second diffusion layer. The electrode, the second gate insulating film composed of the remaining portion of the second insulating film, the second gate electrode composed of the remaining portion of the second electrode film, and the gate hard mask insulating film composed of the remaining portion of the third insulating film are laminated in this order. Thus, it is possible to form a memory cell including the gate stacked structure formed in this manner and a sidewall electrode formed on the side wall of the gate stacked structure and made of the remaining portion of the third electrode film. An insulating film is interposed between the second gate electrode and the sidewall electrode. Therefore, the sidewall electrode can be electrically connected only to the first gate electrode.
[0032]
According to this manufacturing method, it is possible to obtain an overlap layer of the diffusion layer and the first gate electrode and the sidewall electrode that become the floating gate without performing a high-temperature heat treatment step. For this reason, the short channel effect which may arise by a high-temperature heat treatment process can be suppressed. Further, it is possible to avoid the possibility that the write characteristics are deteriorated.
[0033]
  In the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, the third electrode film formed on both sides of the preliminary gate stacked structure between the steps (7) and (8),On the active region side where ions for forming the first diffusion layer are implanted.Including a step of removing the third electrode filmThe
[0034]
Thus, a device in which the sidewall electrode film is provided on one side of the gate stacked structure can be formed. Therefore, in the case of a fine device, it is possible to avoid the possibility that a short circuit will occur between this memory cell and the side wall electrode film of the memory cell adjacent in the gate length direction on the side where the side wall electrode is not provided. it can.
[0035]
In addition, a nonvolatile semiconductor memory device having a memory cell in which a sidewall electrode is provided on one side of a gate stacked structure can also be obtained by a manufacturing method including the following steps (1) to (10).
[0036]
(1) A step of separating an active region and an element isolation region by forming an element isolation region on a first conductivity type semiconductor substrate.
[0037]
(2) After sequentially forming the first insulating film and the first electrode film over the entire upper surface of the semiconductor substrate, the first electrode film provided on the adjacent active region with the element isolation region interposed therebetween is placed on the element isolation region. The process of cutting electrically.
[0038]
(3) A step of sequentially forming a second insulating film, a second electrode film, and a third insulating film over the entire top surface of the semiconductor substrate so as to cover the first electrode film.
[0039]
(4) By patterning the second insulating film, the second electrode film, and the third insulating film using a mask, a laminated structure having a size that is twice the pitch in the gate length direction of the desired gate laminated structure. Forming step.
[0040]
  (5) After forming an insulating film over the upper surface of the first electrode film exposed from the laminated structure, the sidewalls and the upper surface of the laminated structure, the active film on both sides of the laminated structure from the upper side of the insulating filmThe second(2) Implanting ions for forming a diffusion layer.
[0041]
(6) A step of forming the third electrode film on the surface of the remaining insulating film so as to be electrically connected to the first electrode film after the insulating film is left only on the side wall of the laminated structure.
[0042]
(7) A step of removing the region of the first electrode film exposed from the third electrode film.
[0043]
  (8) A slit for dividing the third insulating film, the second electrode film, the second insulating film, and the first electrode film is formed in the stacked structure.At the same time, the first gate electrode is formed as the remaining portion of the first electrode film, and the second gate electrode as the control gate is formed as the remaining portion of the second electrode film.Process.
[0044]
  (9) From above the first insulating film exposed in the slit,1'sA step of implanting ions for forming a diffusion layer.
[0045]
  (10) The third electrode film formed on the active region adjacent to the element isolation regionThe elementElectrically cut on the child separation membraneAs a result, a floating gate composed of the side wall electrode and the first gate electrode provided on one side wall on the side where ions for forming the second diffusion layer are implanted is formed as the remaining portion of the third electrode film.Process.
[0046]
Accordingly, the remaining portion of the first insulating film becomes the first gate insulating film, the remaining portion of the first electrode film becomes the first gate electrode, the remaining portion of the second insulating film becomes the second gate insulating film, and the second The remaining portion of the electrode film becomes the second gate electrode, and the remaining portion of the third insulating film becomes the gate hard mask insulating film. A gate stack structure is formed of these films. Further, a side wall electrode is formed by the remaining portion of the third electrode film on one side wall in the gate length direction of the gate laminated structure. In the gate stacked structure, only the first gate electrode is electrically connected to the sidewall electrode. As a result, a floating gate composed of the first gate electrode and the sidewall electrode and having a sufficient overlap layer with the diffusion layer is obtained.
[0047]
In addition, since the side wall electrode is provided on one side of the gate stacked structure, when the device is fine, the memory cell and the memory cell adjacent in the gate length direction on the side where the side wall electrode is not provided are provided. It is possible to avoid the possibility of a short circuit occurring between the two.
[0048]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.And reference examplesI will explain. Each drawing merely schematically shows the shape, size, and arrangement relationship of each component so that the invention can be understood. Therefore, the present invention is not limited to the illustrated examples.
[0049]
  <Reference example>
  Referring to FIG. 1, the nonvolatile semiconductor memory device of the present inventionReference exampleI will explain. FIG. 1 is a diagram for explaining a main part of the nonvolatile semiconductor memory device (hereinafter referred to as a device), and this main part is shown by a cross section. The device includes a plurality of memory cells formed on a semiconductor substrate 10, and the memory cells are of a second conductivity type formed in the first conductivity type region of the semiconductor substrate 10 so as to be separated from each other. A first diffusion layer 12 and a second diffusion layer 14 are provided. The surfaces of the first and second diffusion layers 12 and 14 are exposed on the upper surface of the substrate 10.
[0050]
In this example, a p-type Si substrate 10 is provided with a source that is an n-type first diffusion layer 12 and a drain that is a second diffusion layer 14.
[0051]
The first gate insulating film 16, the first gate electrode 18, the second gate insulating film 20, and the second gate are formed on the semiconductor substrate 10 and across the first diffusion layer 12 and the second diffusion layer 14. The electrode 22 includes a gate stacked structure 24 formed by stacking in this order.
[0052]
In this example, the first SiO 2 that is the first gate insulating film 16 extends over the exposed surface of the source 12 and the exposed surface of the drain 14.2A film is formed and this first SiO2A first polysilicon electrode which is the first gate electrode 18 and a second SiO which is the second gate insulating film 20 are formed on the film 16.2A film and a second polysilicon electrode which is the second gate electrode 22 are sequentially formed, whereby the gate stacked structure 24 is provided. In the configuration example described here, a gate hard mask insulating film 26 made of a silicon oxide film or a silicon nitride film is further provided above the second polysilicon electrode 22, and the gate including the insulating film 26 is included in the gate. A laminated structure 24 may be used.
[0053]
A sidewall electrode 28 is provided on the side wall of the gate stacked structure 24 so as to be electrically connected to the first gate electrode 18.
[0054]
In this example, an insulating film 30 made of a silicon oxide film is formed on both sides in the gate length direction of the gate laminated structure 24 excluding the first gate insulating film 16 and the first polysilicon electrode 18, and the surface of the insulating film 30 A third polysilicon electrode is formed as a sidewall electrode 28. The first polysilicon electrode 18 is formed so as to protrude longer than the length in the gate length direction of each constituent film of the gate laminated structure 24 excluding the electrode 18 and the first gate insulating film 16. The third polysilicon electrode 28 is provided on the protruding region 18 a of the first polysilicon electrode 18. Thereby, the first polysilicon electrode 18 and the third polysilicon electrode 28 are electrically connected. Therefore, the first polysilicon electrode 18 and the third polysilicon electrode 28 constitute a floating gate (floating gate).
[0055]
A mask insulating film 32 is provided on the entire top surface of the structure (FIG. 1).
[0056]
Such a nonvolatile semiconductor memory device is manufactured as follows.
[0057]
  2 (A) to 8 (C) show thisReference exampleFIG. 6 is a process diagram sequentially illustrating the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device, and is a sectional view of the device being manufactured or a plan view viewed from above.
[0058]
First, an element isolation region is formed in a first conductivity type semiconductor substrate, and an active region and an element isolation region are separated.
[0059]
  thisReference exampleThen, as in the conventional case, the element isolation film is formed by the LOCOS method. First, a pad oxide film 40 is formed on the p-type Si substrate 10 by thermal oxidation, and then a nitride film 42 for forming an element isolation film is formed on the pad oxide film 40 using a CVD method (FIG. 2 ( A)). Thereafter, the nitride film 42 is patterned. By this patterning, the nitride film 42x is left on the region to be the active region 43a, and the nitride film on the region to be the element isolation region 43b is removed (FIG. 2B). Next, an element isolation film 44 is formed in the region from which the nitride film has been removed by thermal oxidation (FIG. 2C). Thereafter, the remaining portion 42x of the nitride film is removed by wet etching using hot phosphoric acid, and the pad oxide film 40 is removed by wet etching using hydrofluoric acid.
[0060]
Next, after the first insulating film 46 and the first electrode film 48 are sequentially formed over the entire upper surface of the semiconductor substrate 10, the first electrode provided over the adjacent active regions 43a with the element isolation region 43b interposed therebetween. The film 48 is cut on the element isolation film 44.
[0061]
  Because of thisReference exampleThen, the first SiO as the first insulating film 462The film is formed by thermal oxidation. Thereafter, a first polysilicon film as the first electrode film 48 is formed by a CVD method (FIG. 2D). Thereafter, photolithography and subsequent anisotropic dry etching are performed on the first polysilicon film 48 to pattern the first polysilicon film 48. By this patterning, the first polysilicon film 48 provided over the adjacent active region 43a with the element isolation region 43b interposed therebetween is cut on the element isolation film 44 (FIG. 3A).
[0062]
Next, the second insulating film 50, the second electrode film 52, and the third insulating film 54 are sequentially formed over the entire upper surface of the semiconductor substrate 10 so as to cover the cut first electrode film 48x.
[0063]
  Because of thisReference exampleThen, the second SiO as the second insulating film 502The film is formed by thermal oxidation. Then this second SiO2A second polysilicon film as the second electrode film 52 is formed on the film 50 using a CVD method. Further, a SiO method is used on the second polysilicon film 52 by the CVD method.2Film or SiThreeNFourA third insulating film 54 made of a film is formed (FIGS. 3B, 4 and 5A). Here, FIG. 3B shows a cut surface of a cross section cut along the line II in the plan view of the structure shown in FIG. 4 as viewed from above. FIG. 5A shows a cut surface of a cross section taken along the line II-II in FIG. FIG. 4 is a plan view of the structure as viewed from above, and shows the configuration on the lower side of the second insulating film 50.
[0064]
  Then thisReference exampleIn the manufacturing method, the preliminary gate stacked structure 56 is formed by patterning the second insulating film 50, the second electrode film 52, and the third insulating film 54 using a mask.
[0065]
  Because of thisReference exampleThen, the second SiO 2 is formed by photolithography and subsequent anisotropic dry etching.2The film 50, the second polysilicon film 52, and the third insulating film 54 are patterned. As a result, a preliminary gate stacked structure 56 composed of the remaining portions 50x, 52x and 54x of the film is formed (FIG. 5B).
[0066]
Next, after an insulating film 58 is formed over the upper surface of the first electrode film 48 x exposed from the preliminary gate stacked structure 56, the side wall and the upper surface of the preliminary gate stacked structure 56, Ions for forming the first and second diffusion layers are implanted into the active regions on both sides of the structure 56.
[0067]
  Because of thisReference exampleThen, the insulating film 58 is formed on the upper surface of the exposed first polysilicon film 48x, the side wall and the upper surface of the preliminary gate stacked structure 56 by thermal oxidation as an insulating film 58.2A film is formed. After that, using the preliminary gate stacked structure 56 as a mask, the active regions on both sides of the mask are SiO 22Arsenic ions (As +) are implanted from the upper side of the film 58 at an acceleration voltage of 50 to 80 keV. Thereafter, heat treatment for activating arsenic ions as dopants is performed at a temperature of 900 ° C. by RTA (Rapid Thermal Anneal). Thereby, the source 12 as the first diffusion layer and the drain 14 as the second diffusion layer are formed (FIG. 5C).
[0068]
Next, after the insulating film 30 is left only on the side wall of the preliminary gate stacked structure 56, the third electrode film 60 is electrically connected to the surface of the remaining insulating film 30 so as to be electrically connected to the first electrode film 48x. (28) is formed.
[0069]
  Because of thisReference exampleThen, the surface SiO2By performing anisotropic dry etching on the film 58, SiO provided on the upper surface of the preliminary gate stacked structure 56 and the upper surface of the first polysilicon film 48 x exposed from the preliminary gate stacked structure 56.2The portion of the film 58 is removed, and the SiO provided on the side wall of the preliminary gate laminated structure 56 is removed.2Only the film 58 (30) remains. Thereafter, after depositing a third polysilicon film 60 as a third electrode film on the entire upper surface of the substrate 10 by the CVD method (FIG. 6A), anisotropic dry etching is performed to perform preliminary gate lamination. SiO on sidewall of structure 562The third polysilicon film 60 (28) is left on the surface of the film 30 in a sidewall shape. The bottom surface of the third polysilicon film 60x (28) left in the sidewall shape is in contact with the first polysilicon film 48x (FIG. 6B).
[0070]
  Then thisReference exampleAccording to this manufacturing method, the region of the first electrode film 48x exposed from the third polysilicon film 28 is removed.
[0071]
  Because of thisReference exampleThen, anisotropic dry etching is further performed following the etching of the third polysilicon film 60. Thereby, the region of the first polysilicon film 48x exposed from the portion of the sidewall-like third polysilicon film 28 can be removed. Accordingly, the remaining portion 18 of the first polysilicon film is formed (FIGS. 6C and 7A), where FIG. 6C is cut along the line II-II in FIG. It is a figure showing the cut end of the cross section.) 7A and 7B are plan views of the structure as seen from above, as in FIG. 7A shows a configuration before the resist pattern 64 is provided, and FIG. 7B shows a configuration after the resist pattern 64 is removed.
[0072]
Next, the third electrode film 60 (28) formed on the active region 43a adjacent to the element isolation region 43b is electrically cut on the element isolation film 44.
[0073]
  Because of thisReference exampleThen, on the remaining third electrode film 60 (28), a resist pattern 64 is provided in which a window 62 is formed so that the third electrode film 60 (28) is divided on the element isolation region 43b (FIG. 8 ( A)) Isotropic dry etching or wet etching is performed using the resist pattern 64 as a mask (FIG. 8B). 8A to 8C are views corresponding to the cut surface of the cross section taken along the line III-III in FIG. 7A and FIG. 7B. By the etching, the portion of the third electrode film 60 (28) exposed from the window 62 of the mask 64 is removed by etching. Therefore, thereafter, by removing the resist pattern 64, the sidewall electrode 28 composed of the remaining portion 60x of the third electrode film can be provided for each active region 43a (FIG. 7B and FIG. 8C). ))).
[0074]
As a result, the first SiO 2 is formed on the substrate 10 on which the source 12 and the drain 14 are formed.2The first gate insulating film 16 made of the film 46, the first polysilicon electrode 18 as the first gate electrode made of the remaining portion 48x of the first polysilicon film, the second SiO2The second gate insulating film 20 made of the remaining portion 50x of the film, the second polysilicon electrode 22 as the second gate electrode made of the remaining portion 52x of the second polysilicon film, and the third SiO2Film (SiThreeNFourA gate laminated structure 24 in which a gate hard mask insulating film 26 composed of the remaining portion 54x of the film) is laminated in this order, and a third electrically connected to the first polysilicon electrode 18 on both side walls of the gate laminated structure 24. A structure including a third polysilicon electrode 28 as a sidewall electrode made of the remaining portion 60x of the polysilicon film is obtained (FIGS. 1, 6C, 7B, and 8C). ).
[0075]
Thereafter, an insulating film 32 is formed on the entire upper surface of the substrate 10 by thermal oxidation.
[0076]
  In this wayReference exampleMemory cells of the nonvolatile semiconductor memory device are formed (FIG. 1).
[0077]
If a nonvolatile semiconductor memory device is manufactured using this method, the heat treatment conventionally performed for activating the dopant and forming the overlap layer between the gate electrode film and the drain is performed. It may be performed only for the purpose of activating. Therefore, it is not necessary to diffuse the dopant as conventionally. Therefore, heat treatment can be performed in a short time by RTA. Therefore, the short channel effect can be suppressed. Further, since the first gate electrode 18 and the sidewall electrode 28 constitute a floating gate, a sufficient overlap layer between the drain 14 and the floating gate (18 and 28) can be obtained. Thereby, the electric field concentration generated at the end of the floating gate is alleviated, and the resistance to gate oxide film breakdown can be improved. Furthermore, the capacitance between the floating gate (18 and 28) and the control gate (second gate electrode 22) is equal to the capacitance between the first gate electrode 18 and the second gate electrode 22, and the side wall. Since it becomes the capacity | capacitance which combined the electrostatic capacitance between the electrode 28 and the 2nd gate electrode 22, it becomes larger than before. Thereby, since the coupling ratio can be improved, the writing characteristics of the device can be improved.
[0078]
  <First embodiment>
  First embodimentAs described above, the second conductivity type first diffusion layer 12 and the second diffusion layer 14 formed in the first conductivity type region of the semiconductor substrate 10 so as to be spaced apart from each other, the first diffusion layer 12 on the semiconductor substrate 10 and the first diffusion layer 14 Straddling the diffusion layer 12 and the second diffusion layer 14,Reference exampleA description will be given of a configuration in which the same gate stacked structure 24 is formed, and a side wall electrode 70 electrically connected to the first gate electrode 18 is provided on one side wall of the gate stacked structure 24.
[0079]
  Less than,Reference exampleTo explain the differencesReference exampleThe detailed description of the same points as in FIG.
[0080]
  FIG.First embodimentFIG. 2 is a diagram for explaining a main part of the nonvolatile semiconductor memory device, and this main part is shown by a cut section. This deviceReference exampleIn the same manner as the device, a p-type Si substrate 10 is provided with a source 12 as an n-type first diffusion layer and a drain 14 as a second diffusion layer. Then, the first SiO, which is the first gate insulating film, is straddled between the source and the drain so as to be in contact with the exposed surfaces of the source 12 and the drain 14.2The film 16, the first polysilicon electrode 18 as the first gate electrode, and the second SiO as the second gate insulating film2A gate stacked structure 24 including a film 20 and a second polysilicon electrode 22 as a second gate electrode is provided. And also in this embodiment,Reference exampleSimilarly to the above, a gate hard mask insulating film 26 made of a silicon oxide film or a silicon nitride film is provided above the second polysilicon electrode 22.
[0081]
A sidewall electrode 70 is formed on the sidewall of the gate stacked structure 24 so as to be electrically connected to the first gate electrode 18. In this embodiment, the first SiO2An insulating film 30 made of a silicon oxide film is formed on one side wall in the gate length direction of the gate laminated structure 24 excluding the film 16 and the first polysilicon electrode 18, and the insulating film 30 has a surface serving as a side wall electrode. A third polysilicon electrode 70 is formed. Further, in this embodiment, the side wall electrode 70 is provided on each outer side wall of the gate stacked structure 24 arranged side by side. The first polysilicon electrode 18 includes the electrode 18 and the first SiO.2The constituent films of the gate stacked structure 24 excluding the film 16 are formed so as to protrude longer on one side in the gate length direction than the length in the gate length direction. The third polysilicon electrode 70 is provided on the protruding region 18 a of the first polysilicon electrode 18. Thereby, the first polysilicon electrode 18 and the third polysilicon electrode 70 are electrically connected. Therefore, the first polysilicon electrode 18 and the third polysilicon electrode 70 constitute a floating gate (floating gate).
[0082]
A mask insulating film 32 is provided on the entire top surface of the structure (FIG. 9).
[0083]
Such a nonvolatile semiconductor memory device is manufactured as follows.
[0084]
  FIG. 10A to FIG.First embodimentFIG. 6 is a process diagram sequentially illustrating the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device, and is a sectional view of the device being manufactured or a plan view viewed from above.
[0085]
First, the element isolation film 44 is formed on the first conductivity type semiconductor substrate 10 to separate the active region 43a and the element isolation region 43b.
[0086]
  here,Reference exampleSimilarly to the above, an element isolation film 44 made of a silicon oxide film is formed on the p-type Si substrate 10 by using the LOCOS method. Thus, the active region 43a and the element isolation region 43b are separated (see FIGS. 2A to 2C).
[0087]
Next, after the first insulating film 46 and the first electrode film 48 are sequentially formed over the entire upper surface of the semiconductor substrate 10, the first electrode film provided on the adjacent active region 43a with the element isolation region 43b interposed therebetween. 48 is electrically cut on the element isolation film 44.
[0088]
  For this reason, in this embodiment,Reference exampleIn the same manner as the first SiO 2 as the first insulating film 46.2After the film is formed by thermal oxidation, a first polysilicon film that is the first electrode film 48 is formed using a CVD method. Thereafter, by patterning the first polysilicon film 48, the first polysilicon film 48 continuously formed on the adjacent active region 43a with the element isolation region 43b interposed therebetween is cut on the element isolation film 44. The That is, for each active region 43a, a first polysilicon film 48x that is electrically insulated from the first polysilicon film on the other active region 43a is formed (FIGS. 2D to 3A). reference).
[0089]
Next, the second insulating film 50, the second electrode film 52, and the third insulating film 54 are sequentially formed over the entire upper surface of the semiconductor substrate 10 so as to cover the first electrode film 48x.
[0090]
  For this reason, in this embodiment,Reference exampleSimilarly to the second SiO 2 film, the second SiO film, which is the second insulating film, covers the remaining first polysilicon film 48x.2A film 50, a second polysilicon film 52 as a second electrode film, and a silicon oxide film or silicon nitride film 54 as a third insulating film are sequentially formed (FIG. 3B, FIG. 4 and FIG. 5A). reference).
[0091]
Next, by using the mask, the second insulating film 50, the second electrode film 52, and the third insulating film 54 are patterned to form a preliminary laminated structure. This preliminary laminated structure is formed in a size including a desired gate laminated structure planned region and a gate laminated structure planned region adjacent to each other with the first diffusion layer interposed therebetween.
[0092]
Therefore, in this embodiment, the second SiO 2 is formed by photolithography and the subsequent anisotropic dry etching process.2The film 50, the second polysilicon film 52, and the third insulating film 54 are patterned. At this time, the size of the covering portion of the mask formed on the third insulating film 54 by photolithography is such that the region 74a that finally becomes the gate stacked structure and the region 76 that becomes the first diffusion layer in the gate length direction. And a gate stacked structure planned region 74b adjacent to each other. Thereafter, by etching, the second SiO 2 having the above size is obtained.2A pre-laminated structure 72 is formed which includes the remaining portion 50y of the film, the remaining portion 52y of the second polysilicon film, and the remaining portion 54y of the third insulating film (FIG. 10A).
[0093]
Next, after forming the insulating film 78 over the upper surface of the first electrode film 48x exposed from the preliminary laminated structure 72, the side walls and the upper surface of the preliminary laminated structure 72, both sides of the preliminary laminated structure 72 from above the insulating film 78 are formed. Diffusion layer forming ions are implanted into the active region.
[0094]
For this reason, in this embodiment, SiO is used as an insulating film over the upper surface of the first polysilicon film 48x exposed from the preliminary stacked structure 72, the side wall and the upper surface of the preliminary stacked structure 722The film 78 is formed by thermal oxidation. Thereafter, using the preliminary laminated structure 72 as a mask, SiO2Arsenic ions are implanted from the upper side of the film 78 at an acceleration voltage of 50 to 80 keV. As a result, ions for forming the drain 14 which is a diffusion layer are introduced into both sides of the preliminary laminated structure 72 (FIG. 10B).
[0095]
Next, after the insulating film 78x is left only on the side wall of the preliminary laminated structure 72, the third polysilicon film 80 is formed on the surface of the remaining insulating film 78x so as to be electrically connected to the first electrode film 48x. Form.
[0096]
Therefore, in this embodiment, the surface SiO2By performing anisotropic dry etching on the film 78, the SiO formed on the side wall of the preliminary laminated structure 722Only the film 78x is left. Thereafter, a third polysilicon film is deposited on the entire upper surface of the substrate 10 using a CVD method, and then anisotropic dry etching is performed on the third polysilicon film. Thereby, SiO on the side wall of the preliminary laminated structure 722The third polysilicon film 80 remains in a sidewall shape on the surface of the film 78x. In addition, the first polysilicon film 48x exposed from the sidewall-like third polysilicon film 80 is removed by this etching. Then, the first polysilicon film 48xx remains (FIG. 10C).
[0097]
Next, a slit for dividing the third insulating film 54y, the second electrode film 52y, the second insulating film 50y, and the first electrode film 48xx is formed in the preliminary laminated structure 72.
[0098]
For this reason, in this embodiment, a resist serving as a mask for forming slits is provided on the entire top surface of the substrate 10. Then, a resist pattern 86 is formed by photolithography so that the slit forming region 82 becomes the window 84. The slit forming region 82 is formed with a source which is a common diffusion layer of two adjacent gate stacked structures having a stacked structure obtained by being divided later by a slit. Therefore, the width H in the gate length direction of the slit formation region 82 is set to a width that can be used as a diffusion layer (FIG. 11A). Thereafter, using the resist pattern 86 as a mask, the third insulating film 54y, the second polysilicon film 52y, and the second SiO exposed from the window 84 are exposed.2The portions of the film 50y and the first polysilicon film 48xx are etched. As a result, a slit 88 is formed in the preliminary laminated structure 72, and two gate laminated structures 24 are formed by the slit 88.
[0099]
Next, ions for forming a diffusion layer are implanted from the upper side of the first insulating film 46 (16) exposed in the slit 88.
[0100]
Therefore, in this embodiment, SiO exposed in the slit 88 using the two gate stacked structures 24 as a mask.2Arsenic ions are implanted from the upper side of the film 46 (16) with an acceleration voltage of 50 to 80 keV. Thus, the dopant for forming the source 12 is introduced into the slit 88 (FIG. 11B).
[0101]
Thereafter, heat treatment is performed by RTA to activate the dopant for forming the source 12 in the slit 88 and the dopant for forming the drain 14 that has already been implanted.
[0102]
FIG. 12A shows the structure at this time when viewed from above. FIG. 11B shows a cross section cut along the line II-II in FIG.
[0103]
Next, the third electrode film 80 continuously formed on the active region 43a adjacent to the element isolation region 43b is electrically cut on the element isolation film 44.
[0104]
Therefore, in this embodiment, a resist pattern (not shown) is provided on the remaining third polysilicon film 80 in which a window is formed so that the film is divided on the element isolation region. Thereafter, isotropic dry etching or wet etching is performed using this resist pattern as a mask. As a result, the portion 80x of the third polysilicon film 80 exposed from the mask window is removed. Thereby, the third polysilicon film 70 is formed for each active region 43a (FIG. 12B). FIG. 12B is a plan view of the structure as viewed from above, and is a process diagram subsequent to FIG. However, the configuration shown by the cut along the line II-II in FIG. 12B is the same as the II-II cross-sectional view in FIG. 12A, that is, FIG.
[0105]
As a result, the first SiO 2 is formed on the substrate on which the source 12 and the drain 14 are formed.2The first gate insulating film 16 made of the film 46, the first polysilicon electrode 18 as the first gate electrode made of the remaining portion 48xx of the first polysilicon film, the second SiO2The second gate insulating film 20 made of the remaining portion 50y of the film, the second polysilicon electrode 22 as the second gate electrode made of the remaining portion 52y of the second polysilicon film, and the third SiO2Film (SiThreeNFourA gate laminated structure 24 in which a gate hard mask insulating film 26 composed of the remaining portion 54y of the film) is laminated in this order, and a third polysilicon electrode 18 electrically connected to one side wall of the gate laminated structure 24. A structure including the third polysilicon electrode 70 as a side wall electrode made of the remaining portion of the polysilicon film 80 is obtained (FIG. 11B).
[0106]
Thereafter, a mask insulating film 32 is formed on the entire upper surface of the substrate 10 by thermal oxidation (FIG. 9).
[0107]
  ThisFirst embodimentThus, a memory cell of the nonvolatile semiconductor memory device can be obtained.
[0108]
  By manufacturing the device using such a method, the heat treatment may be performed only for activating the dopant, so that the heat treatment can be performed in a short time by RTA. Therefore, the short channel effect can be suppressed. Also,Reference exampleSimilarly to the above, the electric field concentration generated at the end of the floating gate is alleviated, and the resistance to gate oxide film breakdown can be improved. In addition, since the coupling ratio can be improved, the writing characteristics of the device can be improved.
[0109]
Furthermore, in this embodiment, since the patterning for forming the laminated structure is performed at twice the pitch of the desired laminated structure, the patterning process can be easily performed even if the apparatus is miniaturized.
[0110]
Further, in the manufactured device, since the sidewall-like third polysilicon film is not formed on the opposite side walls of the two adjacent gate stacked structures, the third polysilicon films between the adjacent gate stacked structures are not formed. Short-circuit occurrence rate can be reduced. Therefore, the reliability of the apparatus can be improved.
[0111]
  <Second embodiment>
  Second embodimentAsFirst embodimentSimilarly, a device in which a side wall electrode electrically connected to the first gate electrode film is provided on one side wall of the gate stacked structure,First embodimentAn example of manufacturing with a different manufacturing method will be described.
[0112]
  First,Reference exampleIn the same manner, the element isolation film 44 is formed on the p-type Si substrate 10 by LOCOS (see FIGS. 2A to 2C).
[0113]
  next,Reference exampleSimilarly to the first SiO 2 on the entire upper surface of the substrate 10.2A film 46 is formed, and this first SiO2A first polysilicon film 48 is formed on the film 46 (see FIG. 2D). Thereafter, the first polysilicon film 48 is patterned, and the first polysilicon film 48 continuously formed on the adjacent active region 43a with the element isolation region 43b interposed therebetween is cut on the element isolation film 44. (See FIG. 3A).
[0114]
Thereafter, the second SiO film is covered so as to cover the remaining first polysilicon film 48x.2A film 50 is formed and this second SiO2A second polysilicon film 52 is formed on the film 50. Further, a third insulating film (third SiO film) is formed on the second polysilicon film 52.2Film) 54 (see FIGS. 3B, 4 and 5A). Next, these second SiO2Film 50, second polysilicon film 52 and third SiO2The film 54 is patterned to form a preliminary gate stacked structure 56 composed of the remaining portions 50x, 52x and 54x of the film (see FIG. 5B).
[0115]
  afterwards,Reference exampleSimilarly to the upper surface of the first polysilicon film 48x exposed from the preliminary gate stacked structure 56, the side wall and the upper surface of the preliminary gate stacked structure 56, SiO.2A film 58 is formed. Next, using the preliminary gate laminated structure 56 as a mask, arsenic ions are implanted into the active regions on both sides of the mask 56. Thereafter, arsenic ions are activated by RTA (see FIG. 5C).
[0116]
  next,Reference exampleSimilarly to SiO 2, SiO 2 is applied only to the side wall of the preliminary gate laminated structure 56 by anisotropic etching.2After the film 30 is left, a third polysilicon film 60 is deposited on the entire upper side of the substrate 10 (see FIG. 6A). Thereafter, anisotropic dry etching is performed to leave the third polysilicon film 60x in a sidewall shape on the side wall of the preliminary gate stacked structure 56 (see FIG. 6B). Further, dry etching is performed to remove the portion of the first polysilicon film 48x exposed from the sidewall-like third polysilicon film 60x. As a result, the first polysilicon film 18 remains (see FIG. 6C).
[0117]
As a result, the first SiO 2 is formed on the substrate 10 on which the source 12 and the drain 14 are formed.2A first gate insulating film 46 (16) made of a film, a first polysilicon electrode 18 as a first gate electrode made of a remaining portion 48x of the first polysilicon film, a second SiO2The second gate insulating film 20 made of the remaining portion 50x of the film, the second polysilicon electrode 22 as the second gate electrode made of the remaining portion 52x of the second polysilicon film, and the third SiO2Film (SiThreeNFourA gate laminated structure 24 in which a gate hard mask insulating film 26 composed of the remaining portion 54x of the film) is laminated in this order, and a third electrically connected to the first polysilicon electrode 18 on both side walls of the gate laminated structure 24. A structure including the third polysilicon electrode 28 as a side wall electrode made of the remaining portion of the polysilicon film is obtained.
[0118]
Next, in this embodiment, a resist is deposited on the entire upper surface of the substrate 10 so as to cover the gate stacked structure 24. Thereafter, the resist is patterned so that at least a region including the third polysilicon film 28 provided on the opposing sidewalls of the two adjacent gate stacked structures 24 is exposed (FIG. 13A).
[0119]
  Next, anisotropic dry etching is performed using the formed resist pattern 90 as a mask. As a result, the third polysilicon film 28 and the portion 18a of the first polysilicon film therebelow are removed. When the gate hard mask insulating film 26 is exposed from the resist pattern window 92, the gate hard mask insulating film is exposed.Membrane 26 is also partially etched.
[0120]
  Thereafter, after removing the resist pattern (FIG. 13B),Reference exampleIn the same manner as the above, a resist pattern in which the region on the element isolation region becomes a window is newly provided in the remaining third polysilicon film 28, and this resist pattern is used as a mask to expose the third polysilicon film exposed from the mask window. The portion 28 is removed by etching (similar to FIGS. 12A and 12B).
[0121]
Thereafter, a mask insulating film 32 is formed on the entire upper surface of the substrate 10 by thermal oxidation (FIG. 13C).
[0122]
  As a result, a device is obtained in which a side wall electrode electrically connected to the first gate electrode is provided on one side wall of the gate stacked structure. With the device of this structure,First embodimentThe same effect can be obtained.
[0123]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, at least one memory cell is provided on the semiconductor substrate, and the memory cell is in the first conductivity type region of the semiconductor substrate. And a second conductivity type first diffusion layer and a second diffusion layer which are exposed on the upper surface of the semiconductor substrate and spaced apart from each other, and the first diffusion layer and the second diffusion layer on the semiconductor substrate. A gate stacked structure in which the first gate insulating film, the first gate electrode, the second gate insulating film, and the second gate electrode are stacked in this order across the diffusion layer, and on the side wall of the gate stacked structure, And a side wall electrode formed in electrical connection with the first gate electrode.
[0124]
Since the sidewall electrode is electrically connected to the first gate electrode, the electrode constituted by the first gate electrode and the sidewall electrode substantially functions as a floating gate (floating gate). This increases the area of the insulating film between the second gate electrode serving as the control gate and the floating gate, so that the capacitance between the control gate and the floating gate can be increased. Therefore, since the coupling ratio is improved, the writing characteristics of this device can be improved. Further, due to the sidewall electrode, the end portion of the floating gate is in a position that bites into the diffusion layer region formed in the semiconductor substrate as compared with the conventional case. Therefore, a sufficient overlap layer between the diffusion layer and the floating gate can be obtained. Thereby, it is possible to alleviate the electric field concentration generated at the end of the floating gate as compared with the prior art, and to reduce the possibility of gate oxide film destruction.
[0125]
In manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device described above, the memory cell is preferably formed by including the following steps (1) to (8).
[0126]
(1) A step of separating an active region and an element isolation region by forming an element isolation region on a first conductivity type semiconductor substrate.
[0127]
(2) After sequentially forming the first insulating film and the first electrode film over the entire upper surface of the semiconductor substrate, the first electrode film provided on the active region adjacent to the element isolation region is formed on the element isolation region. Electrical cutting process.
[0128]
(3) A step of sequentially forming a second insulating film, a second electrode film, and a third insulating film over the entire upper surface of the semiconductor substrate so as to cover the first electrode film.
[0129]
  (4) By patterning the second insulating film, the second electrode film, and the third insulating film using a mask,Including a second gate electrode as a control gate formed as a remaining portion of the second electrode filmForming a preliminary gate stacked structure;
[0130]
(5) After forming an insulating film over the upper surface of the first electrode film exposed from the preliminary gate stacked structure, the side walls and the upper surface of the preliminary gate stacked structure, the insulating film is formed on the active regions on both sides of the preliminary gate stacked structure from above On the other hand, a step of implanting ions for forming the first and second diffusion layers.
[0131]
(6) A step of leaving an insulating film only on the side wall of the preliminary gate stacked structure and then forming a third electrode film on the surface of the remaining insulating film so as to be electrically connected to the first electrode film.
[0132]
  (7) removing the region of the first electrode film exposed from the third electrode filmAs a result, the first gate electrode is formed as the remaining portion of the first electrode film.Process.
[0133]
  (8)Formed on adjacent active regions across the isolation regionElectrically cut the third electrode film on the device isolation filmAs a result, a floating gate composed of the sidewall electrode formed as the remaining portion of the third electrode film and the first gate electrode is formed.Process.
[0134]
According to this manufacturing method, there is no need to perform heat treatment for obtaining an overlap layer of the first gate electrode and side wall electrode to be a floating gate and the diffusion layer. For this reason, the short channel effect which may arise by a high-temperature heat treatment process can be suppressed. Further, it is possible to avoid the possibility that the write characteristics are deteriorated.
[Brief description of the drawings]
[Figure 1]Reference example2 is a schematic configuration diagram of a memory cell of the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG.
FIG. 2 (A) to (D)Reference exampleFIG. 4 is a manufacturing process diagram of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG.
FIG. 3 (A) and (B) are:Reference exampleFIG. 3 is a manufacturing process diagram subsequent to FIG. 2 for the non-volatile semiconductor memory device of FIG.
FIG. 4 is a plan view seen from above the structure at the time of FIG. 3 (B).
5A is a structural diagram of the structure at the time of FIG. 3B, and is shown by a cut surface having a cross section different from that in FIG. 3B; FIGS. FIG. 6 is a manufacturing process diagram following FIG.
6A to 6C are manufacturing process diagrams subsequent to FIG. 5;
7A is a plan view seen from above the structure at the time of FIG. 6C, and FIG. 7B is a manufacturing process diagram subsequent to FIG.
FIGS. 8A to 8C are manufacturing process diagrams continued from FIG. 6 and shown by a cross-section cut along the line III-III in FIG.
FIG. 9First embodiment2 is a schematic configuration diagram of a memory cell of the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG.
FIGS. 10A to 10C areFirst embodimentIt is a manufacturing process figure with which it uses for description.
11A and 11B are manufacturing process diagrams subsequent to FIG.
12A is a plan view seen from above the structure at the time of FIG. 11B, and FIG. 12B is a manufacturing process diagram subsequent to FIG.
FIG. 13 (A) to (C)Second embodimentIt is a manufacturing process figure with which it uses for description.
14A is a configuration diagram of a memory cell of a conventional nonvolatile semiconductor memory device, and is a plan view seen from above. FIG. (B) is a block diagram which shows the cut surface of the cross section cut along the xx line of (A).
15A to 15C are manufacturing process diagrams of a conventional nonvolatile semiconductor memory device.
16A and 16B are manufacturing process diagrams subsequent to FIG.
[Explanation of symbols]
  10, 100: Semiconductor substrate (p-type Si substrate)
  12, 102: first (impurity) diffusion layer (source)
  14, 104: second (impurity) diffusion layer (drain)
  16, 106: first gate insulating film (first SiO 22film)
  18, 108: first gate electrode (first polysilicon electrode, remaining portion of the first polysilicon film)
  18a: protruding area
  20, 110: second gate insulating film (second SiO2film)
  22, 112: second gate electrode (second polysilicon electrode)
  24, 116: gate stacked structure
  26, 114: Gate hard mask insulating film
  28, 70: Side wall electrode (third polysilicon electrode)
  30: Insulating film
  32, 118: Mask insulating film
  40, 120: pad oxide film
  42: Nitride film
  42x, 122: Remaining portion of nitride film
  43a, 126a: active region
  43b, 126b: element isolation region
  44, 124: element isolation film
  46, 128: first insulating film (first SiO 22film)
  48: First electrode film (first polysilicon film)
  48x, 130: Cut first electrode film
  48xx: Remaining portion of the first polysilicon film
  50, 132: second insulating film (second SiO2film)
  50x, 50y: remaining portion of the second insulating film
  52, 134: second electrode film (second polysilicon film)
  52x, 52y: Remaining portion of the second electrode film
  54, 136: third insulating film (third SiO2Film (SiThreeNFourfilm))
  54x, 54y: remaining portions of the third insulating film
  56: Preliminary gate stack structure
  58: Insulating film (SiO2film)
  60: Third electrode film (third polysilicon film)
  60x: Remaining portion of the third electrode film
  62, 84, 92: Window
  64, 86, 90: resist pattern
  72: Preliminary laminated structure
  74a: a region having a gate stacked structure
  74b: Adjacent gate stacked structure planned region
  76: Region to be the first diffusion layer
  78: Insulating film (SiO2film)
  78x: remaining portion of insulating film (side wall SiO2film)
  80: Third polysilicon film (in the shape of a side wall)
  80x: exposed third silicon film portion
  82: Slit formation region
  88: Slit

Claims (5)

半導体基板上に複数のメモリセルが設けられた不揮発性半導体記憶装置において、
前記メモリセルは、
前記半導体基板の第1導電型の領域内に、前記半導体基板の上面に露出されると共に互いに離間して形成された第2導電型の第1の拡散層および第2の拡散層と、
前記半導体基板上でかつ前記第1の拡散層と第2の拡散層とに跨って、第1ゲート絶縁膜、第1ゲート電極、第2ゲート絶縁膜およびコントロールゲートとしての第2ゲート電極がこの順に積層して形成されたゲート積層構造と、
前記ゲート積層構造の側壁に、前記第1ゲート電極と電気的に接続させて形成されたサイドウォール電極とを具え
該第1ゲート電極及び該サイドウォール電極からフローティングゲートが構成されており、
各前記メモリセルのうち、ゲート長方向に沿って互いに隣り合う2つのメモリセルは、前記第1の拡散層を共用しており、
前記サイドウォール電極は、前記ゲート積層構造のゲート長方向の前記第2の拡散層側の片側壁に設けられており、前記第1の拡散層側の片側壁には設けられていない
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
In a nonvolatile semiconductor memory device in which a plurality of memory cells are provided on a semiconductor substrate,
Each of the memory cells
A second conductivity type first diffusion layer and a second diffusion layer formed in the region of the first conductivity type of the semiconductor substrate, which are exposed on the upper surface of the semiconductor substrate and spaced apart from each other;
A first gate insulating film, a first gate electrode, a second gate insulating film, and a second gate electrode as a control gate are formed on the semiconductor substrate and across the first diffusion layer and the second diffusion layer. A gate stack structure formed by sequentially stacking,
A sidewall electrode formed on the side wall of the gate stacked structure and electrically connected to the first gate electrode ;
A floating gate is constituted by the first gate electrode and the sidewall electrode,
Of the memory cells, two memory cells adjacent to each other along the gate length direction share the first diffusion layer,
The sidewall electrode is provided on one side wall on the second diffusion layer side in the gate length direction of the gate stacked structure, and is not provided on one side wall on the first diffusion layer side. > A non-volatile semiconductor memory device.
請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置において、
前記第1の拡散層はソースであり、
前記第2の拡散層はドレインである
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1,
The first diffusion layer is a source;
The nonvolatile semiconductor memory device, wherein the second diffusion layer is a drain .
請求項1または請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置において、
前記サイドウォール電極と、前記第2ゲート絶縁膜および第2ゲート電極との間には絶縁膜が介在している
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1 or 2,
A nonvolatile semiconductor memory device, wherein an insulating film is interposed between the sidewall electrode, the second gate insulating film, and the second gate electrode.
半導体基板上に複数のメモリセルが設けられた不揮発性半導体記憶装置を製造するにあたり、
前記メモリセルの形成工程は、
第1導電型の半導体基板に素子分離領域を形成して、活性領域と素子分離領域とを分ける工程と、
前記半導体基板の上面全体にわたって、第1絶縁膜および第1電極膜を順次に形成した後、前記素子分離領域を挟んで隣り合う活性領域上に設けられた第1電極膜を前記素子分離領域上で電気的に切断する工程と、
前記切断された第1電極膜上を覆うように前記半導体基板の上面全体にわたって第2絶縁膜、第2電極膜および第3絶縁膜を順次に形成する工程と、
マスクを用いて、前記第2絶縁膜、第2電極膜および第3絶縁膜をパターニングすることにより、該第2電極膜の残存部分として形成されたコントロールゲートとしての第2ゲート電極を含む予備ゲート積層構造を形成する工程と、
該予備ゲート積層構造から露出している第1電極膜の上面、前記予備ゲート積層構造の側壁および上面にわたって絶縁膜を形成した後、該絶縁膜の上側から前記予備ゲート積層構造の両側の前記活性領域に対して、第1および第2の拡散層形成用のイオンを注入する工程と、
前記予備ゲート積層構造の側壁にのみ前記絶縁膜を残存させた後、該残存させた絶縁膜の表面に、前記第1電極膜と電気的に接続するように第3電極膜を形成する工程と、
前記第3電極膜から露出する前記第1電極膜の領域を除去することによって、該第1電極膜の残存部分として第1ゲート電極を形成する工程と、
前記素子分離領域を挟んで隣り合う前記活性領域上に形成された前記第3電極膜を、前記素子分離膜上で電気的に切断することによって、該第3電極膜の残存部分として形成されたサイドウォール電極、及び前記第1ゲート電極からなるフローティングゲートを形成する工程とを具備し、
前記第3電極膜から露出する前記第1電極膜の領域を除去する工程と、前記第3電極膜を切断する工程との間に、
前記予備ゲート積層構造の両側に形成された前記第3電極膜のうちの、前記第1拡散層形成用のイオンが注入された活性領域側の第3電極膜を除去する工程とを含
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
In manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device in which a plurality of memory cells are provided on a semiconductor substrate,
The step of forming each of the memory cells includes
Forming an element isolation region in a first conductivity type semiconductor substrate to separate the active region and the element isolation region;
A first insulating film and a first electrode film are sequentially formed over the entire upper surface of the semiconductor substrate, and then a first electrode film provided on an active region adjacent to the element isolation region is disposed on the element isolation region. Electrically disconnecting with,
Sequentially forming a second insulating film, a second electrode film and a third insulating film over the entire upper surface of the semiconductor substrate so as to cover the cut first electrode film;
A spare gate including a second gate electrode as a control gate formed as a remaining portion of the second electrode film by patterning the second insulating film, the second electrode film, and the third insulating film using a mask Forming a laminated structure;
After forming an insulating film over the upper surface of the first electrode film exposed from the preliminary gate stacked structure, the sidewalls and the upper surface of the preliminary gate stacked structure, the active on both sides of the preliminary gate stacked structure from above the insulating film Implanting ions for forming the first and second diffusion layers into the region;
Forming the third electrode film on the surface of the remaining insulating film so as to be electrically connected to the first electrode film after the insulating film is left only on the side wall of the preliminary gate stacked structure; ,
Forming a first gate electrode as a remaining portion of the first electrode film by removing a region of the first electrode film exposed from the third electrode film;
The third electrode film formed on the active region adjacent to the element isolation region is electrically cut on the element isolation film to form a remaining portion of the third electrode film. Forming a side wall electrode and a floating gate comprising the first gate electrode ,
Between the step of removing the region of the first electrode film exposed from the third electrode film and the step of cutting the third electrode film,
Wherein one of said third electrode film formed on both sides of the preliminary gate stack, over there the containing and a step in which the first ion diffusion layer formation is removed third electrode film of the implanted active region side and A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device.
半導体基板上に複数のメモリセルが設けられた不揮発性半導体記憶装置を製造するにあたり、
前記メモリセルの形成工程は、
第1導電型の半導体基板に素子分離領域を形成して、活性領域と素子分離領域とを分ける工程と、
前記半導体基板の上面全体にわたって、第1絶縁膜および第1電極膜を順次に形成した後、前記素子分離領域を挟んで隣り合う活性領域上に設けられた第1電極膜を前記素子分離領域上で電気的に切断する工程と、
前記切断された第1電極膜上を覆うように前記半導体基板の上面全体にわたって第2絶縁膜、第2電極膜および第3絶縁膜を順次に形成する工程と、
マスクを用いて、前記第2絶縁膜、第2電極膜および第3絶縁膜をパターニングすることにより、所望のゲート積層構造のゲート長方向に2倍のピッチとなる大きさの積層構造を形成する工程と、
該積層構造から露出している第1電極膜の上面、前記積層構造の側壁および上面にわたって絶縁膜を形成した後、該絶縁膜の上側から前記積層構造の両側の前記活性領域に対して、第2の拡散層形成用のイオンを注入する工程と、
前記積層構造の側壁にのみ前記絶縁膜を残存させた後、該残存させた絶縁膜の表面に、前記第1電極膜と電気的に接続するように第3電極膜を形成する工程と、
前記第3電極膜から露出する前記第1電極膜の領域を除去する工程と、
前記積層構造に対して、前記第3絶縁膜、第2電極膜、第2絶縁膜および第1電極膜を分断するスリットを形成するとともに、該第1電極膜の残存部分として第1ゲート電極、および該第2電極膜の残存部分として、コントロールゲートとしての第2ゲート電極を形成する工程と、
前記スリット内に露出した第1絶縁膜の上側から、第1の拡散層形成用のイオンを注入する工程と、
前記素子分離領域を挟んで隣り合う前記活性領域上に形成された前記第3電極膜を前記素子分離膜上で電気的に切断することによって、該第3電極膜の残存部分として、前記第2の拡散層形成用のイオンが注入された側の片側壁に設けられているサイドウォール電極及び前記第1ゲート電極からなるフローティングゲートを形成する工程とを具備する
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
In manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device in which a plurality of memory cells are provided on a semiconductor substrate,
The step of forming each of the memory cells includes
Forming an element isolation region in a first conductivity type semiconductor substrate to separate the active region and the element isolation region;
A first insulating film and a first electrode film are sequentially formed over the entire upper surface of the semiconductor substrate, and then a first electrode film provided on an active region adjacent to the element isolation region is disposed on the element isolation region. Electrically disconnecting with,
Sequentially forming a second insulating film, a second electrode film and a third insulating film over the entire upper surface of the semiconductor substrate so as to cover the cut first electrode film;
Using the mask, the second insulating film, the second electrode film, and the third insulating film are patterned to form a laminated structure having a double pitch in the gate length direction of the desired gate laminated structure. Process,
After forming an insulating film over the upper surface of the first electrode film exposed from the laminated structure, the sidewalls and the upper surface of the laminated structure, the upper side of the insulating film is exposed to the active regions on both sides of the laminated structure . A step of implanting ions for forming a diffusion layer of 2 ;
Forming the third electrode film so as to be electrically connected to the first electrode film on the surface of the remaining insulating film after the insulating film is left only on the sidewall of the laminated structure;
Removing a region of the first electrode film exposed from the third electrode film;
A slit that divides the third insulating film, the second electrode film, the second insulating film, and the first electrode film is formed with respect to the stacked structure, and a first gate electrode as a remaining portion of the first electrode film, And forming a second gate electrode as a control gate as the remaining portion of the second electrode film ;
Implanting ions for forming a first diffusion layer from above the first insulating film exposed in the slit;
By electrically cutting the third electrode film formed on the active region adjacent to the element isolation region across the element isolation region , the second electrode film is used as a remaining portion of the third electrode film. And a step of forming a floating gate composed of a side wall electrode provided on one side wall on the side where ions for forming the diffusion layer are implanted and the first gate electrode. Device manufacturing method.
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