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JP2001077216A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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Publication number
JP2001077216A
JP2001077216A JP25281299A JP25281299A JP2001077216A JP 2001077216 A JP2001077216 A JP 2001077216A JP 25281299 A JP25281299 A JP 25281299A JP 25281299 A JP25281299 A JP 25281299A JP 2001077216 A JP2001077216 A JP 2001077216A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulating film
electrode
gate electrode
film
floating gate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP25281299A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasushi Hazama
康 硲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electronics Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electronics Corp
Priority to JP25281299A priority Critical patent/JP2001077216A/ja
Publication of JP2001077216A publication Critical patent/JP2001077216A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極における角部での電界集中を緩和させ、
十分な耐圧を確保することができるように絶縁耐性の向
上した中間絶縁膜を有する半導体装置及びそれに関する
製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板1上にゲート絶縁膜2を介し
て多結晶シリコン膜5’を堆積し、選択的に形成された
マスク材料を用いてを多結晶シリコンを異方性エッチン
グしてフローティングゲート電極5を形成する。フロー
ティングゲート電極5上面及び側面に中間絶縁膜7を形
成し、エッチバックしてサイドウオール絶縁膜7’を残
す。フローティングゲート電極5全面に中間絶縁膜9を
形成し、コントロールゲート電極8を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、不揮発性半導体記
憶装置等のような二層ゲート電極構造を有する半導体装
置の製造工程におけるゲート電極部の形成工程及び当該
製造工程により製造された半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】不揮発性半導体記憶装置には種々ある
が、その中でもフラッシュメモリに代表されるフローテ
ィングゲート電極とコントロールゲート電極の2層ゲー
ト電極構造を有するものは広く使用されている。
【0003】図10から図12は、かかる不揮発性半導
体記憶装置における従来の製造工程を示す工程断面図で
あり、特にフローティングゲート電極部における素子分
離用選択酸化膜(LOCOS膜―LOCal Oxidation of S
ilicon)部を拡大して示したものである。図10から図
12において、1は半導体基板を、2はゲート絶縁膜
を、3はフィールド酸化膜(LOCOS膜)を、それぞ
れ示す。
【0004】かかる製造方法について簡単に説明する
と、まず、図10に示すように半導体基板1上にフィー
ルド酸化膜3を形成し、メモリセル形成領域4にゲート
絶縁膜2を形成する。
【0005】次に、ゲート絶縁膜2上に不純物を含む多
結晶シリコン膜5’を堆積し、図11に示すようにフォ
トレジスト6をマスクとしてエッチングすることにより
フローティングゲート電極5を形成する。かかるエッチ
ングは通常行われているような異方性エッチングで行
い、フローティングゲート電極5の断面形状はほぼ垂直
に切り立つように形成される。
【0006】そして、図12に示すように、フローティ
ングゲート電極5の上面及び側面に中間絶縁膜7を形成
し、さらに不純物を含む多結晶シリコン膜からなるコン
トロールゲート8を形成する。以上のような工程によっ
て、二層ゲート電極を形成していた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
ような従来の製造方法では、フローティングゲート電極
5の側面形状がほぼ垂直に切り立つように形成されるの
で、図12からも明らかなようにフローティングゲート
電極の角部はほぼ直角となり、フローティングゲート電
極5とコントロールゲート電極8とで挟まれた中間絶縁
膜7にも鋭い角部が生じてしまう。記憶装置の動作中に
は、フローティングゲート電極5とコントロールゲート
電極8の間の電位差によって、かかる角部で電界集中が
起こりやすく、中間絶縁膜7の耐圧を十二分に確保する
ことができない。したがって、二層ゲート電極として長
期にわたる信頼性を確保できないという問題点を有して
いた。
【0008】さらに、フローティングゲート電極5を形
成するための異方性エッチング条件、及びそのバラツキ
の程度等によってフローティングゲート電極5自体の断
面形状が変化するので、それに伴なって当該角部の形状
の鋭さも変化する。したがって、中間絶縁膜7の耐圧が
一定せず、信頼性にバラツキが生じているという問題点
もあった。
【0009】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
のであり、フローティングゲート電極における角部での
電界集中を緩和させ、十分な耐圧を確保することができ
るように絶縁耐性の向上した中間絶縁膜を有する半導体
装置及びそれに関する製造方法を提供することを目的と
する。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にかかる半導体装置は、半導体基板上に形成さ
れる第1の電極と、第1の電極の側面に形成されるサイ
ドウォール絶縁膜と、第1の電極の上面及びサイドウォ
ール絶縁膜の上面に形成される第2の絶縁膜と、第2の
絶縁膜を被覆して形成される第2の電極とを含み、サイ
ドウォール絶縁膜によって第1の電極の有する角部が緩
和され、第2の絶縁膜が鋭角を有する角部を有しないこ
とを特徴とする。
【0011】かかる構成により、第1の電極の側面部に
生じる角部が緩和され、そこでの電界集中を緩和するこ
とができるので、その上に形成された絶縁膜である中間
絶縁膜の絶縁耐圧を向上させることが可能となる。
【0012】また、本発明にかかる半導体装置は、第1
の電極がフローティングゲート電極であり、第2の電極
がコントロールゲート電極であることが好ましい。不揮
発性半導体記憶装置にも適用できるからである。
【0013】次に、上記目的を達成するために本発明に
かかる半導体装置の製造方法は、半導体基板上に第1の
電極を形成する工程と、第1の電極を覆って第1の絶縁
膜を形成する工程と、第1の電極の側面にサイドウォー
ル絶縁膜を残すように第1の絶縁膜を全面エッチングす
る工程と、第1の電極の上面及びサイドウォール絶縁膜
の上面に、第2の絶縁膜を形成する工程と、第2の絶縁
膜を被覆して第2の電極を形成する工程とを含むことを
特徴とする。
【0014】かかる構成により、第1の電極の側面部に
生じる角部が緩和され、そこでの電界集中を緩和するこ
とができるので、その上に形成された絶縁膜である中間
絶縁膜の絶縁耐圧を向上させることが可能となる。
【0015】上記目的を達成するために本発明にかかる
半導体装置の製造方法は、半導体基板上に導電性膜を形
成する工程と、導電性膜上に形成したパターン化された
マスク層をマスクとして、導電性膜を、その膜厚の中間
の厚さまで等方性的エッチングする工程と、等方性的エ
ッチングの後、マスク層をマスクとして異方性エッチン
グにより導電性膜を選択的に除去し、第1の電極を形成
する工程と、第1の電極表面に絶縁膜を形成する工程
と、絶縁膜上に第2の電極を形成する工程とを含むこと
を特徴とする。
【0016】かかる構成によっても、第1の電極の側面
部に生じる角部が緩和され、そこでの電界集中を緩和す
ることができるので、その上に形成された絶縁膜である
中間絶縁膜の絶縁耐圧を向上させることが可能となる。
【0017】また、本発明にかかる半導体装置の製造方
法は、第1の電極がフローティングゲート電極であり、
第2の電極がコントロールゲート電極であることが好ま
しい。不揮発性半導体記憶装置にも適用できるからであ
る。
【0018】また、本発明にかかる半導体装置の製造方
法は、導電性膜の中間の膜厚が、導電性膜の膜厚の略1
/5以上略3/4以下であることが好ましい。かかる膜
厚の範囲外であれば、角部が生じ、電解集中を生じるお
それがあるからである。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら具体的に説明する。
【0020】図1から図5は、本発明の実施の形態にか
かる半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。図
1から図5に示すものは、従来の製造方法を示す図10
から図12と同じく、半導体記憶装置におけるフローテ
ィングゲート電極とコントロールゲート電極の一部分で
ある。
【0021】まず、図1に示すように、不純物が導入さ
れた半導体基板1上において、選択酸化によって形成さ
れたフィールド酸化膜3を形成し、素子形成領域4にゲ
ート絶縁膜2を形成する。そして不純物を含む導電性を
有する多結晶シリコン膜5’をCVD(Chemical Vapor
Deposition)法等で堆積する。
【0022】次に、図2に示すように、フォトレジスト
6をマスクとして異方性エッチングを行い、ほぼ垂直に
切り立っている断面を有するフローティングゲート電極
5を形成する。
【0023】そして図3に示すように、フォトレジスト
6を除去した後、シリコン酸化膜等の中間絶縁膜7を、
フローティングゲート電極5の上面及び側面にCVD法
等を用いて堆積する。その後、異方性エッチングによっ
てエッチバックを行うが、図4に示すようにフローティ
ングゲート電極5の側面にサイドウォール絶縁膜7’が
残るようにエッチバックを行う。この時、フローティン
グゲート電極5上面の絶縁膜7は完全に除去する必要が
ある。
【0024】次に図5に示すように、サイドウォール絶
縁膜7’上及びフローティングゲート電極5上にサイド
ウォール絶縁膜7’よりも厚さの薄い中間絶縁膜9をC
VD法等を用いて堆積し、さらにその上に不純物を含む
導電性多結晶シリコン膜からなるコントロールゲート電
極8を形成する。
【0025】以上のような製造方法によると、フローテ
ィングゲート電極5の側面にサイドウォール絶縁膜7’
が残されているために、中間絶縁膜9に対してはフロー
ティングゲート電極5の角部が実質的になくなっている
状態となる。また、フローティングゲート電極5の側壁
部においては、サイドウォール絶縁膜7’の上部が曲線
形状となっていることから角部が緩和される。これによ
って中間絶縁膜9を形成する際に従来の製造方法に見ら
れるような角部は生じず、電界集中は従来の製造方法で
製造されるよりもかなり軽減され、中間絶縁膜9の耐圧
が向上する。なお、サイドウォール絶縁膜7’の厚さは
中間絶縁膜9よりも厚いことが好ましいが、中間絶縁膜
9の厚さの約10倍程度までの厚さであれば、鋭角を有
する角部を形成することなく十分に効果が発揮される。
【0026】また、中間絶縁膜の耐圧を向上させるため
に、次のような製造方法を用いることもできる。図6か
ら図9は、本発明の他の実施例にかかる半導体装置の製
造方法を示す工程断面図である。
【0027】まず、図6に示すように不純物が導入され
た半導体基板1上にフィールド酸化膜3を形成し、素子
形成領域4にゲート絶縁膜2を形成し、フローティング
ゲート電極5となる導電性多結晶シリコン膜5’を形成
し、さらにフォトレジスト6を形成する。
【0028】次に図7に示すように、フォトレジスト6
をマスクとして多結晶シリコン膜5’の膜厚の約1/3
程度を等方性ドライエッチング又は等方性に近いドライ
エッチングで除去する。これによって、多結晶シリコン
膜5’のエッチング断面にアンダーカット10が生じる
ことになる。
【0029】なお、かかる等方性ドライエッチング又は
等方性に近いドライエッチングは、多結晶シリコン膜
5’の膜厚の1/5から3/4程度まで行うことができ
る。また、多結晶シリコン膜5’の膜厚が100〜30
0nmでその1/3程度をエッチングするとき、エッチ
ングガスとしてSF6とHClを含む混合ガス、あるい
はCF4とO2を含むガスでエッチングする場合には十数
秒から数10秒でエッチングを完了することができ、エ
ッチングを多結晶シリコン膜5’の膜厚のどの程度まで
行うか充分に制御することが可能である。
【0030】かかる等方性ドライエッチング又は等方性
に近いドライエッチングの後、引き続いて図8に示すよ
うに、多結晶シリコン膜5’のエッチングされていない
残り部分を異方性ドライエッチングによって除去する。
したがって、多結晶シリコン膜5’のエッチングされて
いない残り部分については、ほぼ垂直に切り立っている
断面を形成し、多結晶シリコン膜5’の上部にある角部
を面取りしたような断面形状を有するフローティングゲ
ート電極5を形成する。
【0031】最後に図9に示すように、フォトレジスト
6を除去し、中間絶縁膜7をCVD法等を用いて形成す
ることで、導電性多結晶シリコンからなるコントロール
ゲート8を形成する。
【0032】以上の工程によって、図9のようにフロー
ティングゲート電極5の角部が緩和され、中間絶縁膜7
は鋭角を有する角部を形成することはない。したがっ
て、フローティングゲート電極5の角部における電界集
中を回避することができることから中間絶縁膜7の耐圧
が向上する。
【0033】なお、上述した本実施の形態の説明におい
ては、フローティングゲート電極とコントロールゲート
電極とを有する不揮発性半導体記憶装置の例について説
明したが、特にこれに限定されるものではなく、薄い絶
縁膜を介して形成される2層の積層構造電極を有する半
導体装置であって、絶縁膜の耐圧が問題になる場合であ
れば同様に適用することが可能である。
【0034】以上のように本実施の形態によれば、フロ
ーティングゲート側壁にサイドウォール絶縁膜を形成す
る、又は等方性エッチングと異方性エッチングを組み合
わせてエッチングを行うことにより、フローティングゲ
ートの側壁部における角の角度を直角から緩和させるこ
とができ、中間絶縁膜に対して十分な耐圧を確保するこ
とができる半導体装置を製造することが可能となる。
【0035】
【発明の効果】以上のように本発明にかかる半導体装置
によれば、フローティングゲート側壁にサイドウォール
絶縁膜を形成する、又は等方性エッチングと異方性エッ
チングを組み合わせてエッチングを行うことにより、フ
ローティングゲートの側壁部における角の角度を直角か
ら緩和させることができ、中間絶縁膜に対して十分な耐
圧を確保することができる半導体装置を製造することが
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態にかかる半導体記憶装置
の製造方法を示す工程断面図。
【図2】 本発明の実施の形態にかかる半導体記憶装置
の製造方法を示す工程断面図。
【図3】 本発明の実施の形態にかかる半導体記憶装置
の製造方法を示す工程断面図。
【図4】 本発明の実施の形態にかかる半導体記憶装置
の製造方法を示す工程断面図。
【図5】 本発明の実施の形態にかかる半導体記憶装置
の製造方法を示す工程断面図。
【図6】 本発明の他の実施例にかかる半導体記憶装置
の製造方法を示す工程断面図。
【図7】 本発明の他の実施例にかかる半導体記憶装置
の製造方法を示す工程断面図。
【図8】 本発明の他の実施例にかかる半導体記憶装置
の製造方法を示す工程断面図。
【図9】 本発明の他の実施例にかかる半導体記憶装置
の製造方法を示す工程断面図。
【図10】 従来の半導体記憶装置の製造方法を示す工
程断面図。
【図11】 従来の半導体記憶装置の製造方法を示す工
程断面図。
【図12】 従来の半導体記憶装置の製造方法を示す工
程断面図。
【符号の説明】 1 半導体基板 2 ゲート絶縁膜 3 フィールド酸化膜 4 素子形成領域 5 フローティングゲート電極 5’ 多結晶シリコン膜 6 フォトレジスト 7 中間絶縁膜 7’ サイドウォール絶縁膜 8 コントロールゲート電極 9 中間絶縁膜 10 アンダーカット

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成される第1の電極
    と、 前記第1の電極の側面に形成されるサイドウォール絶縁
    膜と、 前記第1の電極の上面及び前記サイドウォール絶縁膜の
    上面に形成される第2の絶縁膜と、 前記第2の絶縁膜を被覆して形成される第2の電極とを
    含み、 前記サイドウォール絶縁膜によって前記第1の電極の有
    する角部が緩和され、前記第2の絶縁膜が鋭角を有する
    角部を有しないことを特徴とした半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記第1の電極がフローティングゲート
    電極であり、前記第2の電極がコントロールゲート電極
    である請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 半導体基板上に第1の電極を形成する工
    程と、 前記第1の電極を覆って第1の絶縁膜を形成する工程
    と、 前記第1の電極の側面にサイドウォール絶縁膜を残すよ
    うに前記第1の絶縁膜を全面エッチングする工程と、 前記第1の電極の上面及び前記サイドウォール絶縁膜の
    上面に、第2の絶縁膜を形成する工程と、 前記第2の絶縁膜を被覆して第2の電極を形成する工程
    とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 半導体基板上に導電性膜を形成する工程
    と、 前記導電性膜上に形成したパターン化されたマスク層を
    マスクとして、前記導電性膜を、その膜厚の中間の厚さ
    まで等方性的エッチングする工程と、 前記等方性的エッチングの後、前記マスク層をマスクと
    して異方性エッチングにより前記導電性膜を選択的に除
    去し、第1の電極を形成する工程と、 前記第1の電極表面に絶縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜上に第2の電極を形成する工程とを含むこと
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記第1の電極がフローティングゲート
    電極であり、前記第2の電極がコントロールゲート電極
    である請求項3又は4記載の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記導電性膜の中間の膜厚が、前記導電
    性膜の膜厚の略1/5以上略3/4以下である請求項4
    記載の半導体装置の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007305668A (ja) * 2006-05-09 2007-11-22 Toshiba Corp 半導体装置およびその製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007305668A (ja) * 2006-05-09 2007-11-22 Toshiba Corp 半導体装置およびその製造方法

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