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JP2010182713A - Nonvolatile semiconductor memory device, and method of manufacturing the same - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory device, and method of manufacturing the same Download PDF

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JP2010182713A
JP2010182713A JP2009022332A JP2009022332A JP2010182713A JP 2010182713 A JP2010182713 A JP 2010182713A JP 2009022332 A JP2009022332 A JP 2009022332A JP 2009022332 A JP2009022332 A JP 2009022332A JP 2010182713 A JP2010182713 A JP 2010182713A
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JP
Japan
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film
insulating film
select gate
region
memory cell
Prior art date
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Application number
JP2009022332A
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Japanese (ja)
Inventor
Wataru Sakamoto
渉 坂本
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile semiconductor memory device that has a small select gate threshold shift, and to provide a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: A tunnel insulating film and a charge film are formed on a silicon substrate 11, and two or more elements separating and insulating films 12 are formed to mark off the upper layer of the silicon substrate 11 as semiconductor parts 13 that extend in the direction of a memory string. Next, the charge film and tunnel insulating film are removed from the select gate region Rsg, and the upper surface 12a of the elements separating and insulating films 12 and the upper surface 13a of the semiconductor parts 13 are made into a continuous flat surface or the upper surface 12a is located higher than the upper surface 13a. After that, the CVD method is used to form a deposition film 18 in the memory cell region Rmc and select gate region Rsg, remove the deposition film 18 from the memory cell region Rmc, form a block insulating film 16 on the charge film and deposition film 18, and form a word electrode WL and a select gate electrode SG on the block insulating film 16. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device and a manufacturing method thereof.

不揮発性半導体記憶装置として、NAND型フラッシュメモリが開発されている。NAND型フラッシュメモリにおいては、シリコン基板の上層部分が素子分離絶縁膜によって一方向に延びるアクティブエリアに区画されており、各アクティブエリアに沿って複数個のメモリセルが形成されており、これらのメモリセルからなるメモリストリングの両側にセレクトゲートトランジスタが形成されている。そして、各メモリセルに、トンネル電流を通電可能なトンネル絶縁膜と、電荷蓄積能力を持つチャージ膜とが設けられている(例えば、特許文献1参照。)。   A NAND flash memory has been developed as a nonvolatile semiconductor memory device. In a NAND flash memory, an upper layer portion of a silicon substrate is partitioned into active areas extending in one direction by an element isolation insulating film, and a plurality of memory cells are formed along each active area. Select gate transistors are formed on both sides of a memory string made up of cells. Each memory cell is provided with a tunnel insulating film through which a tunnel current can be passed and a charge film having a charge storage capability (see, for example, Patent Document 1).

従来、このようなNAND型フラッシュメモリにおいては、メモリセルに形成するトンネル絶縁膜及びチャージ膜と同じ膜を利用して、セレクトゲートトランジスタのゲート絶縁膜を構成していた。しかし、セレクトゲートトランジスタのゲート絶縁膜中にチャージ膜が含まれていると、フラッシュメモリの書込・読出動作に伴い、セレクトゲートトランジスタのチャージ膜に電荷が蓄積されてしまい、セレクトゲートトランジスタのしきい値が変動してしまう。   Conventionally, in such a NAND flash memory, the gate insulating film of the select gate transistor is configured using the same film as the tunnel insulating film and the charge film formed in the memory cell. However, if a charge film is included in the gate insulating film of the select gate transistor, charges are accumulated in the charge film of the select gate transistor along with the writing / reading operation of the flash memory. The threshold fluctuates.

そこで、セレクトゲートトランジスタのゲート絶縁膜として、チャージ膜を含まない専用の絶縁膜を形成する技術が提案されている。すなわち、シリコン基板上の全面にトンネル絶縁膜及びチャージ膜を形成した後、セレクトゲート領域からトンネル絶縁膜及びチャージ膜を除去し、改めて熱酸化法によってセレクトゲート領域におけるアクティブエリアの一部を酸化して、ゲート絶縁膜を形成する。その後、メモリセル領域に残留したチャージ膜及びセレクトゲート領域に形成された熱酸化膜を覆うようにブロック絶縁膜を形成し、その上に電極を形成する。   Therefore, a technique for forming a dedicated insulating film not including a charge film as a gate insulating film of the select gate transistor has been proposed. That is, after forming a tunnel insulating film and a charge film on the entire surface of the silicon substrate, the tunnel insulating film and the charge film are removed from the select gate region, and a part of the active area in the select gate region is oxidized again by a thermal oxidation method. Then, a gate insulating film is formed. Thereafter, a block insulating film is formed so as to cover the charge film remaining in the memory cell region and the thermal oxide film formed in the select gate region, and an electrode is formed thereon.

しかしながら、この技術においては、シリコンからなるアクティブエリアの上層部分を熱酸化すると、酸化に伴う体積膨張により、熱酸化膜の上面が周囲の素子分離絶縁膜の上面に対して突出してしまう。これにより、セレクトゲート領域においては、電極の下面が熱酸化膜の形状を反映して湾曲し、電極の下面におけるアクティブエリアの直上域と素子分離絶縁膜の直上域との境界付近に、凸状の角部が形成される。この結果、セレクトゲートトランジスタの動作時に、この角部に電界が集中してしまい、熱酸化膜とブロック絶縁膜との界面等に存在するチャージトラップに電荷が蓄積されて、セレクトゲートのしきい値が変動してしまう。   However, in this technique, when the upper layer portion of the active area made of silicon is thermally oxidized, the upper surface of the thermal oxide film protrudes from the upper surface of the surrounding element isolation insulating film due to volume expansion accompanying the oxidation. As a result, in the select gate region, the lower surface of the electrode is curved to reflect the shape of the thermal oxide film, and a convex shape is formed near the boundary between the region directly above the active area and the region immediately above the element isolation insulating film on the lower surface of the electrode. Are formed. As a result, during the operation of the select gate transistor, the electric field is concentrated on this corner, and charges are accumulated in the charge traps existing at the interface between the thermal oxide film and the block insulating film, and the threshold of the select gate Will fluctuate.

また、この問題に加えて、メモリセル領域では、熱酸化の熱により酸化種が拡散し、トンネル絶縁膜にバーズビークが形成されてしまう。この結果、メモリセルのトンネル絶縁膜の実効的な膜厚が厚くなる。これにより、メモリセルの書込・消去速度が低下し、繰り返し書込・消去のストレス(Endurance)に対する耐性が劣化するという問題がある。   In addition to this problem, in the memory cell region, oxidized species are diffused by the heat of thermal oxidation, and bird's beaks are formed in the tunnel insulating film. As a result, the effective film thickness of the tunnel insulating film of the memory cell is increased. As a result, there is a problem that the writing / erasing speed of the memory cell is lowered and the resistance against repeated writing / erasing stress (Endurance) is deteriorated.

特開2005−116551号公報JP 2005-116551 A

本発明の目的は、セレクトゲートのしきい値変動が少ない不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device with a small change in threshold value of a select gate and a method for manufacturing the same.

本発明の一態様によれば、メモリセル領域及びセレクトゲート領域が設定された不揮発性半導体記憶装置であって、半導体基板と、前記半導体基板の上層部分に埋め込まれ、前記メモリセル領域から前記セレクトゲート領域に向かう第1方向に延び、前記上層部分を前記第1方向に延びる半導体部分に区画する複数の素子分離絶縁膜と、前記メモリセル領域における前記半導体部分上に設けられたトンネル絶縁膜と、前記トンネル絶縁膜上に設けられたチャージ膜と、前記第1方向に対して交差する第2方向に延び、前記セレクトゲート領域における前記半導体部分の直上域及び前記素子分離膜の直上域の双方に連続的に設けられた絶縁性の堆積膜と、前記メモリセル領域の前記チャージ膜上及び前記素子分離絶縁膜上に前記第2方向に沿って連続的に設けられると共に、前記セレクトゲート領域の前記堆積膜上に設けられたブロック絶縁膜と、前記ブロック絶縁膜上に設けられた電極と、を備え、前記セレクトゲート領域における前記電極の下面は平坦、又は、前記素子分離絶縁膜の直上域が前記半導体部分の直上域よりも上方に位置した形状であることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置が提供される。   According to one aspect of the present invention, there is provided a nonvolatile semiconductor memory device in which a memory cell region and a select gate region are set, the semiconductor substrate being embedded in an upper layer portion of the semiconductor substrate, and the select from the memory cell region. A plurality of element isolation insulating films extending in a first direction toward the gate region and partitioning the upper layer portion into semiconductor portions extending in the first direction; and a tunnel insulating film provided on the semiconductor portion in the memory cell region; And both the charge film provided on the tunnel insulating film and the region directly above the semiconductor portion and the region directly above the element isolation film in the select gate region extending in a second direction intersecting the first direction. An insulating deposited film continuously provided on the memory cell region, and on the charge film and the element isolation insulating film in the memory cell region along the second direction. And a block insulating film provided on the deposited film in the select gate region, and an electrode provided on the block insulating film, and a lower surface of the electrode in the select gate region is A non-volatile semiconductor memory device is provided, which is flat or has a shape in which a region directly above the element isolation insulating film is located above a region directly above the semiconductor portion.

本発明の他の一態様によれば、メモリセル領域及びセレクトゲート領域が設定された不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、前記メモリセル領域及び前記セレクトゲート領域の双方において半導体基板上にトンネル絶縁膜を形成する工程と、前記トンネル絶縁膜上にチャージ膜を形成する工程と、前記チャージ膜、前記トンネル絶縁膜及び前記半導体基板の上層部分に複数の素子分離絶縁膜を形成して、前記チャージ膜及び前記トンネル絶縁膜を前記メモリセル領域から前記セレクトゲート領域に向かう第1方向に延びる部分に区画すると共に、前記半導体基板の上層部分を前記第1方向に延びる半導体部分に区画する工程と、前記セレクトゲート領域から前記チャージ膜及び前記トンネル絶縁膜を除去すると共に、前記素子分離絶縁膜の上層部分を除去し、前記素子分離絶縁膜の上面及び前記半導体部分の上面を連続した平坦面とするか、又は、前記半導体部分の上面を前記素子分離絶縁膜の上面よりも下方に位置させる工程と、前記メモリセル領域及び前記セレクトゲート領域に絶縁材料を堆積させる工程と、前記メモリセル領域から前記絶縁材料を除去することにより、前記セレクトゲート領域における前記半導体部分の直上域及び前記素子分離膜の直上域に連続した堆積膜を形成する工程と、前記チャージ膜上及び前記堆積膜上にブロック絶縁膜を形成する工程と、前記ブロック絶縁膜上に電極膜を形成する工程と、前記電極膜、前記ブロック絶縁膜、前記堆積膜、前記チャージ膜及び前記トンネル絶縁膜を選択的に除去することにより、前記第1方向に対して交差する第2方向に延びるパターンに加工する工程と、を備えたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device in which a memory cell region and a select gate region are set, wherein both the memory cell region and the select gate region are formed on a semiconductor substrate. Forming a tunnel insulating film; forming a charge film on the tunnel insulating film; forming a plurality of element isolation insulating films on an upper layer portion of the charge film, the tunnel insulating film, and the semiconductor substrate; Partitioning the charge film and the tunnel insulating film into a portion extending in a first direction from the memory cell region toward the select gate region, and partitioning an upper layer portion of the semiconductor substrate into a semiconductor portion extending in the first direction. And removing the charge film and the tunnel insulating film from the select gate region and the element isolation insulation And the upper surface of the element isolation insulating film and the upper surface of the semiconductor portion are made to be a continuous flat surface, or the upper surface of the semiconductor portion is positioned below the upper surface of the element isolation insulating film. A step of depositing an insulating material in the memory cell region and the select gate region; and removing the insulating material from the memory cell region to directly above the semiconductor portion in the select gate region and the element isolation Forming a continuous deposited film immediately above the film; forming a block insulating film on the charge film and on the deposited film; forming an electrode film on the block insulating film; and the electrode By selectively removing the film, the block insulating film, the deposited film, the charge film, and the tunnel insulating film, the film intersects the first direction. A step of processing the pattern extending in the second direction, a method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device characterized by comprising a are provided that.

本発明によれば、セレクトゲートのしきい値変動が少ない不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法を実現することができる。   According to the present invention, it is possible to realize a non-volatile semiconductor memory device and a method for manufacturing the non-volatile semiconductor memory device in which the threshold value variation of the select gate is small.

本発明の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置を例示する平面図である。1 is a plan view illustrating a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the invention. 図1に示すA−A’線による断面図である。It is sectional drawing by the A-A 'line | wire shown in FIG. 図1に示すB−B’線による断面図である。It is sectional drawing by the B-B 'line shown in FIG. 図1に示すC−C’線による断面図である。It is sectional drawing by the C-C 'line | wire shown in FIG. (a)〜(c)は、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を例示する工程断面図である。(A)-(c) is process sectional drawing which illustrates the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device which concerns on this embodiment. (a)〜(c)は、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を例示する工程断面図である。(A)-(c) is process sectional drawing which illustrates the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device which concerns on this embodiment. (a)〜(c)は、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を例示する工程断面図である。(A)-(c) is process sectional drawing which illustrates the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device which concerns on this embodiment. (a)〜(c)は、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を例示する工程断面図である。(A)-(c) is process sectional drawing which illustrates the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device which concerns on this embodiment. (a)〜(c)は、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を例示する工程断面図である。(A)-(c) is process sectional drawing which illustrates the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device which concerns on this embodiment. (a)〜(c)は、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を例示する工程断面図である。(A)-(c) is process sectional drawing which illustrates the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device which concerns on this embodiment. (a)〜(c)は、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を例示する工程断面図である。(A)-(c) is process sectional drawing which illustrates the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device which concerns on this embodiment. 本実施形態の変形例に係る不揮発性半導体記憶装置を例示する断面図である。It is sectional drawing which illustrates the non-volatile semiconductor memory device which concerns on the modification of this embodiment. (a)〜(c)は、本変形例に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を例示する工程断面図である。(A)-(c) is process sectional drawing which illustrates the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device which concerns on this modification. (a)〜(c)は、本実施形態の比較例に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を例示する工程断面図である。FIGS. 5A to 5C are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to a comparative example of this embodiment. FIGS. (a)〜(c)は、本比較例に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を例示する工程断面図である。(A)-(c) is process sectional drawing which illustrates the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device which concerns on this comparative example. (a)〜(c)は、本比較例に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を例示する工程断面図である。(A)-(c) is process sectional drawing which illustrates the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device which concerns on this comparative example. (a)〜(c)は、本比較例に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を例示する工程断面図である。(A)-(c) is process sectional drawing which illustrates the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device which concerns on this comparative example.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置を例示する平面図であり、
図2は、図1に示すA−A’線による断面図であり、
図3は、図1に示すB−B’線による断面図であり、
図4は、図1に示すC−C’線による断面図である。
なお、図1においては、図示の便宜上、いくつかの部材を選択的に示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view illustrating a nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment.
2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ shown in FIG.
3 is a cross-sectional view taken along line BB ′ shown in FIG.
4 is a cross-sectional view taken along line CC ′ shown in FIG.
In FIG. 1, for convenience of illustration, some members are selectively shown.

図1及び図2に示すように、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置1においては、シリコン基板11が設けられている。また、シリコン基板11の上面に対して垂直な方向(以下、「高さ方向」という)から見て、シリコン基板11にはメモリセル領域Rmc及びセレクトゲート領域Rsgが設定されている。セレクトゲート領域Rsgは、メモリセル領域Rmcを挟む位置に配置されている。以下、メモリセル領域Rmcからセレクトゲート領域Rsgに向かう方向を「メモリストリング方向」という。   As shown in FIGS. 1 and 2, in the nonvolatile semiconductor memory device 1 according to this embodiment, a silicon substrate 11 is provided. Further, when viewed from a direction perpendicular to the upper surface of the silicon substrate 11 (hereinafter referred to as a “height direction”), a memory cell region Rmc and a select gate region Rsg are set in the silicon substrate 11. The select gate region Rsg is arranged at a position sandwiching the memory cell region Rmc. Hereinafter, the direction from the memory cell region Rmc to the select gate region Rsg is referred to as “memory string direction”.

シリコン基板11の上層部分には、メモリストリング方向に延びるストライプ状の素子分離絶縁膜12が複数本、相互に離隔して平行に埋め込まれている。これにより、素子分離絶縁膜12は、シリコン基板11の上層部分を複数本の半導体部分13に区画している。素子分離絶縁膜12は、例えば、シリコン酸化物により形成されている。また、各半導体部分13は、後述するメモリセル及びセレクトゲートトランジスタのアクティブエリアとなる部分であり、その形状はメモリストリング方向に延びるストライプ状であり、ドナー又はアクセプタとなる不純物が導入されている。   In the upper layer portion of the silicon substrate 11, a plurality of stripe-shaped element isolation insulating films 12 extending in the memory string direction are embedded in parallel and spaced apart from each other. Thus, the element isolation insulating film 12 partitions the upper layer portion of the silicon substrate 11 into a plurality of semiconductor portions 13. The element isolation insulating film 12 is made of, for example, silicon oxide. Each semiconductor portion 13 is a portion that becomes an active area of a memory cell and a select gate transistor, which will be described later, and the shape thereof is a stripe shape extending in the memory string direction, and an impurity that becomes a donor or an acceptor is introduced.

図2に示すように、半導体部分13の上面13aには、セレクトゲート領域Rsgとメモリセル領域Rmcとの境界部分に段差Dがあり、セレクトゲート領域Rsgにおける上面13aの位置は、メモリセル領域Rmcにおける上面13aの位置Sよりも下方である。   As shown in FIG. 2, the upper surface 13a of the semiconductor portion 13 has a step D at the boundary between the select gate region Rsg and the memory cell region Rmc, and the position of the upper surface 13a in the select gate region Rsg is the memory cell region Rmc. Is below the position S of the upper surface 13a.

図3に示すように、メモリセル領域Rmcにおいては、素子分離絶縁膜12の上面12aの位置は、半導体部分13の上面13aの位置Sよりも上方である。一方、図4に示すように、セレクトゲート領域Rsgにおいては、素子分離絶縁膜12の上面12aの位置は、半導体部分13の上面13aの位置とほぼ等しい。すなわち、セレクトゲート領域Rsgにおいては、素子分離絶縁膜12の上面12a及び半導体部分13の上面13aはほぼ連続した平坦面を構成している。   As shown in FIG. 3, in the memory cell region Rmc, the position of the upper surface 12 a of the element isolation insulating film 12 is higher than the position S of the upper surface 13 a of the semiconductor portion 13. On the other hand, as shown in FIG. 4, in the select gate region Rsg, the position of the upper surface 12 a of the element isolation insulating film 12 is substantially equal to the position of the upper surface 13 a of the semiconductor portion 13. That is, in the select gate region Rsg, the upper surface 12a of the element isolation insulating film 12 and the upper surface 13a of the semiconductor portion 13 constitute a substantially continuous flat surface.

図2及び図3に示すように、メモリセル領域Rmcにおいては、半導体部分13上に、トンネル絶縁膜14が設けられている。トンネル絶縁膜14は、通常は絶縁膜であるが所定の駆動電圧が印加されたときにはトンネル電流を流す膜であり、例えば、シリコン酸化膜である。トンネル絶縁膜14の膜厚は、例えば、EOT(Equivalent Oxide Thickness)換算で0.5〜10nm(ナノメートル)である。   As shown in FIGS. 2 and 3, a tunnel insulating film 14 is provided on the semiconductor portion 13 in the memory cell region Rmc. The tunnel insulating film 14 is normally an insulating film, but is a film through which a tunnel current flows when a predetermined driving voltage is applied, and is, for example, a silicon oxide film. The film thickness of the tunnel insulating film 14 is, for example, 0.5 to 10 nm (nanometer) in terms of EOT (Equivalent Oxide Thickness).

トンネル絶縁膜14は、半導体部分13の直上域のみにメモリストリング方向に沿って断続的に形成されており、素子分離絶縁膜12の直上域には形成されていない。すなわち、高さ方向から見て、トンネル絶縁膜14はマトリクス状に配列されている。また、トンネル絶縁膜14の膜厚は均一である。   The tunnel insulating film 14 is intermittently formed along the memory string direction only in the region directly above the semiconductor portion 13, and is not formed in the region directly above the element isolation insulating film 12. That is, when viewed from the height direction, the tunnel insulating films 14 are arranged in a matrix. Further, the thickness of the tunnel insulating film 14 is uniform.

なお、トンネル絶縁膜14として、単層のシリコン酸化膜の代わりに、EOT換算で同等の膜厚を有するONO膜(Oxide-Nitride-Oxide膜)すなわち、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜がこの順に積層された3層膜を用いてもよく、下層側からシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜がこの順に積層された2層膜(以下、(SiN膜/SiO膜)と表記する)を用いてもよく、(SiO膜/高誘電率絶縁膜/SiO膜)の3層膜を用いてもよく、(高誘電率絶縁膜/SiO膜)の2層膜を用いてもよい。なお、高誘電率絶縁膜とは、シリコン酸化膜よりも誘電率が高い絶縁膜を指す。又は、上記以外の構成の単層膜若しくは積層膜を用いてもよい。 As the tunnel insulating film 14, instead of a single layer silicon oxide film, an ONO film (Oxide-Nitride-Oxide film) having an equivalent film thickness in terms of EOT, that is, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxide film May be used, and a two-layer film (hereinafter referred to as (SiN film / SiO 2 film)) in which a silicon oxide film and a silicon nitride film are stacked in this order from the lower layer side may be used. Alternatively, a three-layer film of (SiO 2 film / high dielectric constant insulating film / SiO 2 film) may be used, or a two-layer film of (high dielectric constant insulating film / SiO 2 film) may be used. . The high dielectric constant insulating film refers to an insulating film having a higher dielectric constant than that of the silicon oxide film. Alternatively, a single layer film or a stacked film having a structure other than the above may be used.

トンネル絶縁膜14の直上域には、チャージ膜15が形成されている。チャージ膜15は電荷蓄積能力を持つ膜である。チャージ膜15は、例えばシリコン窒化物により形成されており、膜厚は3〜50nmである。チャージ膜15の上面は、素子分離絶縁膜12の上面よりも上方にある。   A charge film 15 is formed immediately above the tunnel insulating film 14. The charge film 15 is a film having charge storage capability. The charge film 15 is made of, for example, silicon nitride and has a thickness of 3 to 50 nm. The upper surface of the charge film 15 is above the upper surface of the element isolation insulating film 12.

なお、チャージ膜15には、シリコン窒化膜の代わりに、HfAlO膜を用いてもよい。又は、チャージ膜15には、高誘電率絶縁膜を含む積層膜を用いてもよい。高誘電率絶縁膜には、例えば、Al膜、MgO膜、SrO膜、BaO膜、TiO膜、Ta膜、BaTiO膜、BaZrO膜、ZrO膜、HfO膜、Y膜、ZrSiO膜、HSiO膜、LaAlO膜等がある。この場合、高誘電率絶縁膜を含む積層膜の構成は、例えば、(SiN膜/高誘電率絶縁膜/SiN膜)、(HfAlO膜/高誘電率絶縁膜/SiN膜)、(SiN膜/高誘電率絶縁膜/HfAlO膜)、(HfAlO膜/高誘電率絶縁膜/HfAlO膜)とすることができる。 The charge film 15 may be an HfAlO film instead of the silicon nitride film. Alternatively, the charge film 15 may be a laminated film including a high dielectric constant insulating film. Examples of the high dielectric constant insulating film include an Al 2 O 3 film, MgO film, SrO film, BaO film, TiO film, Ta 2 O 5 film, BaTiO 3 film, BaZrO film, ZrO 2 film, HfO 2 film, Y There are 2 O 3 film, ZrSiO film, HSiO film, LaAlO film and the like. In this case, the structure of the laminated film including the high dielectric constant insulating film is, for example, (SiN film / high dielectric constant insulating film / SiN film), (HfAlO film / high dielectric constant insulating film / SiN film), (SiN film / High dielectric constant insulating film / HfAlO film) and (HfAlO film / high dielectric constant insulating film / HfAlO film).

また、メモリセル領域Rmcにおいては、ブロック絶縁膜16が設けられている。ブロック絶縁膜16は、不揮発性半導体装置1の駆動電圧の範囲内で電圧が印加されても実質的に電荷を通過させない膜であり、例えば高誘電率絶縁膜により構成されている。例えば、ブロック絶縁膜16はアルミナ(Al)により形成されており、膜厚は5〜30nmである。 A block insulating film 16 is provided in the memory cell region Rmc. The block insulating film 16 is a film that substantially does not allow charges to pass even when a voltage is applied within the range of the driving voltage of the nonvolatile semiconductor device 1, and is composed of, for example, a high dielectric constant insulating film. For example, the block insulating film 16 is made of alumina (Al 2 O 3 ) and has a film thickness of 5 to 30 nm.

図1〜図3に示すように、ブロック絶縁膜16は、シリコン基板11の上面に平行な方向のうち、メモリストリング方向に対して直交する方向(以下、「電極方向」という)に沿ってストライプ状に延び、複数のチャージ膜15の直上域を通過している。一方、メモリストリング方向におけるチャージ膜15間の領域には、ブロック絶縁膜16は設けられていない。上述の如く、チャージ膜15の上面は素子分離絶縁膜12の上面に対して突出しているため、ブロック膜16の上面も、このチャージ膜15の突出を反映して、チャージ膜15の直上域において突出している。   As shown in FIGS. 1 to 3, the block insulating film 16 stripes along a direction (hereinafter referred to as “electrode direction”) orthogonal to the memory string direction among the directions parallel to the upper surface of the silicon substrate 11. It extends in a shape and passes directly above the plurality of charge films 15. On the other hand, the block insulating film 16 is not provided in the region between the charge films 15 in the memory string direction. As described above, since the upper surface of the charge film 15 protrudes from the upper surface of the element isolation insulating film 12, the upper surface of the block film 16 also reflects the protrusion of the charge film 15 in the region immediately above the charge film 15. It protrudes.

なお、ブロック絶縁膜16には、アルミナ膜の代わりに、高誘電率絶縁膜又はその積層膜を用いることもできる。高誘電率絶縁膜としては、例えば、MgO膜、SrO膜、SiN膜、BaO膜、TiO膜、Ta膜、BaTiO膜、BaZrO膜、ZrO膜、HfO膜、Y膜、ZrSiO膜、HfSiO膜、LaAlO膜等を用いることができる。また、これらの高誘電率絶縁膜を含む積層膜には、(Al膜/高誘電率絶縁膜)、(高誘電率絶縁膜/Al膜)、(SiO膜/高誘電率絶縁膜/SiO膜)、(SiO膜/高誘電率絶縁膜)、(高誘電率絶縁膜/SiO膜)、(高誘電率絶縁膜/SiO膜/高誘電率絶縁膜)等を用いることができる。 As the block insulating film 16, a high dielectric constant insulating film or a laminated film thereof can be used instead of the alumina film. As the high dielectric constant insulating film, for example, MgO film, SrO film, SiN film, BaO film, TiO film, Ta 2 O 5 film, BaTiO 3 film, BaZrO film, ZrO 2 film, HfO 2 film, Y 2 O 3 film A film, a ZrSiO film, a HfSiO film, a LaAlO film, or the like can be used. The laminated film including these high dielectric constant insulating films includes (Al 2 O 3 film / high dielectric constant insulating film), (high dielectric constant insulating film / Al 2 O 3 film), (SiO 2 film / high Dielectric constant insulating film / SiO 2 film), (SiO 2 film / high dielectric constant insulating film), (high dielectric constant insulating film / SiO 2 film), (high dielectric constant insulating film / SiO 2 film / high dielectric constant insulating film) ) Etc. can be used.

更に、ブロック絶縁膜16上には、ワード電極WLが設けられている。ワード電極WLは導電性材料、例えば、金属又は不純物が導入されたポリシリコンにより形成されており、例えば、アクセプタとなる不純物が高濃度に導入されたP型多結晶シリコン膜と金属シリサイド膜との積層膜によって構成されている。また、ブロック絶縁膜16の膜厚は、例えば、10〜500nmである。 Further, a word electrode WL is provided on the block insulating film 16. The word electrode WL is formed of a conductive material, for example, polysilicon into which a metal or an impurity is introduced. For example, a P + -type polycrystalline silicon film into which an impurity serving as an acceptor is introduced at a high concentration, a metal silicide film, It is comprised by the laminated film of. The film thickness of the block insulating film 16 is, for example, 10 to 500 nm.

ワード電極WLの形状も、ブロック絶縁膜16と同様に、電極方向に延びるストライプ状である。ワード電極WLの下面には、ブロック絶縁膜16の上面に対応した凹凸が形成されており、ワード電極WLの下面のうちチャージ膜15の直上域は、素子分離絶縁膜12の直上域よりも上方にある。   Similarly to the block insulating film 16, the word electrode WL has a stripe shape extending in the electrode direction. Concavities and convexities corresponding to the upper surface of the block insulating film 16 are formed on the lower surface of the word electrode WL, and the region directly above the charge film 15 on the lower surface of the word electrode WL is higher than the region directly above the element isolation insulating film 12. It is in.

なお、ワード電極WLは、上述のP型多結晶シリコン膜と金属シリサイド膜との積層膜の代わりに、単層のP型多結晶シリコン膜若しくはドナーとなる不純物が高濃度に導入された単層のN型多結晶シリコン膜によって構成してもよい。又は、(金属膜/多結晶シリコン)の積層膜、(金属膜/窒化金属膜)の積層膜等によって構成してもよい。これらの場合、例えば、金属シリサイドにはCoSi、NiSi、WSi、MoSi、TiSi等を用いることができ、金属にはタングステン(W)等を用いることができ、窒化金属にはWN、TaN、TiN等を用いることができ、炭化金属にはTaC等を用いることができる。 In the word electrode WL, a single layer P + -type polycrystalline silicon film or an impurity serving as a donor is introduced at a high concentration instead of the above-described laminated film of the P + -type polycrystalline silicon film and the metal silicide film. A single layer N + type polycrystalline silicon film may be used. Alternatively, it may be composed of a (metal film / polycrystalline silicon) laminated film, a (metal film / metal nitride film) laminated film, or the like. In these cases, for example, CoSi, NiSi, WSi, MoSi, TiSi or the like can be used for the metal silicide, tungsten (W) or the like can be used for the metal, and WN, TaN, TiN or the like can be used for the metal nitride. TaC or the like can be used as the metal carbide.

一方、図2及び図4に示すように、セレクトゲート領域Rsgにおいては、トンネル絶縁膜14及びチャージ膜15は設けられておらず、シリコン基板11上には堆積膜18が設けられている。堆積膜18は、電極方向に沿ってストライプ状に延びている。堆積膜18は、堆積技術によって成膜された絶縁膜であり、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法によって堆積されたシリコン酸化膜であり、例えば、ALD(Atomic Layer Deposition:原子層堆積)法によって形成された膜又は熱CVD法によって形成されたHTO膜(high temperature oxide膜:高温酸化膜)である。   On the other hand, as shown in FIGS. 2 and 4, the tunnel insulating film 14 and the charge film 15 are not provided in the select gate region Rsg, and the deposited film 18 is provided on the silicon substrate 11. The deposited film 18 extends in a stripe shape along the electrode direction. The deposited film 18 is an insulating film formed by a deposition technique, for example, a silicon oxide film deposited by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, for example, an ALD (Atomic Layer Deposition) atom. It is a film formed by a layer deposition method or an HTO film (high temperature oxide film) formed by a thermal CVD method.

堆積膜18はCVD法等の堆積技術によって形成されているため、熱酸化法によって形成された熱酸化膜とは組成が異なり、1×1020cm−3以上の水素原子(H)、1×1019cm−3以上の窒素原子(N)、及び、1×1019cm−3以上の塩素原子(Cl)のうち、少なくとも1種を含んでいる。これらの元素の含有は、例えば、TEM(transmission electron microscopy:透過電子顕微鏡法)−EDX(energy dispersive X-ray spectroscopy:エネルギー分散型X線分光法)を用いて堆積膜18を分析することにより、確認することができる。また、堆積膜18は堆積技術によって形成されているため、堆積膜18全体にわたって厚さが均一である。 Since the deposited film 18 is formed by a deposition technique such as a CVD method, the composition is different from that of the thermal oxide film formed by the thermal oxidation method, and hydrogen atoms (H) of 1 × 10 20 cm −3 or more, 1 × 10 19 cm -3 or more nitrogen atoms (N), and, among the 1 × 10 19 cm -3 or more chlorine atoms (Cl), contains at least one. The content of these elements is analyzed, for example, by analyzing the deposited film 18 using TEM (transmission electron microscopy) -EDX (energy dispersive X-ray spectroscopy). Can be confirmed. Further, since the deposited film 18 is formed by a deposition technique, the thickness is uniform throughout the deposited film 18.

堆積膜18上にはブロック絶縁膜16が形成されている。ブロック絶縁膜16も、電極方向に沿ってストライプ状に形成されており、その全体にわたって厚さが均一である。ブロック絶縁膜16上には、セレクトゲート電極SGが形成されている。セレクトゲート電極SGも、電極方向に沿ってストライプ状に形成されており、ワード電極WLと同じ材料によって同じ厚さに形成されている。   A block insulating film 16 is formed on the deposited film 18. The block insulating film 16 is also formed in a stripe shape along the electrode direction, and its thickness is uniform throughout. A select gate electrode SG is formed on the block insulating film 16. The select gate electrodes SG are also formed in stripes along the electrode direction, and are formed to the same thickness by the same material as the word electrodes WL.

そして、上述の如く、セレクトゲート領域Rsgにおいては、素子分離絶縁膜12の上面12aが半導体部分13の上面13aと同じ高さにあり、連続した平坦面を構成している。また、この平坦面上に堆積膜18が均一の厚さに堆積されており、その上には、ブロック絶縁膜16が均一の厚さに成膜されている。このため、セレクトゲート電極SGの下面SGaはほぼ平坦である。   As described above, in the select gate region Rsg, the upper surface 12a of the element isolation insulating film 12 is at the same height as the upper surface 13a of the semiconductor portion 13, and constitutes a continuous flat surface. A deposited film 18 is deposited on the flat surface with a uniform thickness, and a block insulating film 16 is formed on the flat surface with a uniform thickness. For this reason, the lower surface SGa of the select gate electrode SG is substantially flat.

また、不揮発性半導体記憶装置1においては、ワード電極WL及びセレクトゲート電極SGを埋め込むように層間絶縁膜(図示せず)が設けられており、この層間絶縁膜内にコンタクトが形成されており、この層間絶縁膜上には配線(図示せず)等が設けられている。   In the nonvolatile semiconductor memory device 1, an interlayer insulating film (not shown) is provided so as to bury the word electrode WL and the select gate electrode SG, and a contact is formed in the interlayer insulating film. A wiring (not shown) or the like is provided on the interlayer insulating film.

本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置1においては、高さ方向から見て、メモリストリング方向に延びる半導体部分13と、電極方向に延びるワード電極WLとの交差部分毎に、トンネル絶縁膜14、チャージ膜15、ブロック絶縁膜16からなる積層膜が介在しており、半導体部分13がアクティブエリアとして機能し、ワード電極WLがゲート電極として機能することにより、MANOS(Metal-Alumina-Nitride-Oxide-Silicon)型のメモリセルが形成されている。そして、半導体部分13を共有する複数個のメモリセルが直列に接続されてメモリストリングが形成されている。   In the nonvolatile semiconductor memory device 1 according to the present embodiment, as viewed from the height direction, the tunnel insulating film 14, at each intersection between the semiconductor portion 13 extending in the memory string direction and the word electrode WL extending in the electrode direction, A laminated film made up of a charge film 15 and a block insulating film 16 is interposed, the semiconductor portion 13 functions as an active area, and the word electrode WL functions as a gate electrode, so that MANOS (Metal-Alumina-Nitride-Oxide- Silicon) type memory cells are formed. A plurality of memory cells sharing the semiconductor portion 13 are connected in series to form a memory string.

一方、高さ方向から見て、半導体部分13とセレクトゲート電極SGとの交差部分には、堆積膜18及びブロック絶縁膜16が介在しており、半導体部分13がチャネルとして機能し、堆積膜18及びブロック絶縁膜16からなる積層膜がゲート絶縁膜として機能し、セレクトゲート電極SGがゲート電極として機能することにより、セレクトゲートトランジスタが形成されている。これにより、メモリストリングの両端にセレクトゲートトランジスタが接続されている。   On the other hand, as viewed from the height direction, the deposited film 18 and the block insulating film 16 are interposed at the intersection between the semiconductor portion 13 and the select gate electrode SG. The semiconductor portion 13 functions as a channel, and the deposited film 18 The stacked film composed of the block insulating film 16 functions as a gate insulating film, and the select gate electrode SG functions as a gate electrode, thereby forming a select gate transistor. Thus, select gate transistors are connected to both ends of the memory string.

次に、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法について説明する。
図5〜図11は、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を例示する工程断面図であり、各図の(a)は図1に示すA−A’線による断面図に相当し、各図の(b)は図1に示すB−B’線による断面図に相当し、各図の(c)は図1に示すC−C’線による断面図に相当する。
Next, a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment will be described.
5 to 11 are process cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment. FIG. 5A corresponds to a cross-sectional view taken along line AA ′ shown in FIG. (B) in each figure corresponds to a cross-sectional view taken along line BB ′ shown in FIG. 1, and (c) in each figure corresponds to a cross-sectional view taken along line CC ′ in FIG.

先ず、図5(a)〜(c)に示すように、シリコン基板11を用意する。シリコン基板11には、メモリセル領域Rmcが設定されており、このメモリセル領域Rmcを挟む位置にセレクトゲート領域Rsgが設定されている。このとき、シリコン基板11の上面の高さ方向における位置を、位置Sとする。   First, as shown in FIGS. 5A to 5C, a silicon substrate 11 is prepared. A memory cell region Rmc is set in the silicon substrate 11, and a select gate region Rsg is set at a position sandwiching the memory cell region Rmc. At this time, the position in the height direction of the upper surface of the silicon substrate 11 is defined as a position S.

そして、メモリセル領域Rmc及びセレクトゲート領域Rsgの双方において、シリコン基板11上にトンネル絶縁膜14を形成する。トンネル絶縁膜14は熱酸化により形成する。   Then, the tunnel insulating film 14 is formed on the silicon substrate 11 in both the memory cell region Rmc and the select gate region Rsg. The tunnel insulating film 14 is formed by thermal oxidation.

次に、トンネル絶縁膜14上の全面に、チャージ膜15を形成する。チャージ膜15は、例えば、シリコン窒化物を堆積させることにより形成する。その後、チャージ膜15上に、シリコン酸化物からなるパッド酸化膜51を形成し、次いで、シリコン窒化物からなるストッパ膜52を形成する。チャージ膜15、パッド酸化膜51、ストッパ膜52は、メモリセル領域Rmc及びセレクトゲート領域Rsgの双方に形成する。   Next, the charge film 15 is formed on the entire surface of the tunnel insulating film 14. The charge film 15 is formed, for example, by depositing silicon nitride. Thereafter, a pad oxide film 51 made of silicon oxide is formed on the charge film 15, and then a stopper film 52 made of silicon nitride is formed. The charge film 15, the pad oxide film 51, and the stopper film 52 are formed in both the memory cell region Rmc and the select gate region Rsg.

次に、図6(a)〜(c)に示すように、ストッパ膜52上にレジスト膜53を形成し、リソグラフィによってパターニングして、素子分離絶縁膜12(図1〜図4参照)を形成する予定の領域を開口させる。そして、このパターニングされたレジスト膜53をマスクとして、RIE(Reactive Ion Etching:反応性イオンエッチング)等の異方性エッチングを施し、チャージ膜15及びトンネル絶縁膜14を選択的に除去すると共に、シリコン基板11の上層部分を選択的に除去し、メモリストリング方向に延びる溝54を形成する。その後、レジスト膜53を除去する。これにより、チャージ膜15及びトンネル絶縁膜14、並びにシリコン基板11の上層部分が、素子分離絶縁膜12によって電極方向に沿って分断される。   Next, as shown in FIGS. 6A to 6C, a resist film 53 is formed on the stopper film 52 and patterned by lithography to form the element isolation insulating film 12 (see FIGS. 1 to 4). Open the area to be planned. Then, anisotropic etching such as RIE (Reactive Ion Etching) is performed using the patterned resist film 53 as a mask, and the charge film 15 and the tunnel insulating film 14 are selectively removed, and silicon The upper layer portion of the substrate 11 is selectively removed to form a groove 54 extending in the memory string direction. Thereafter, the resist film 53 is removed. Thereby, the charge film 15, the tunnel insulating film 14, and the upper layer portion of the silicon substrate 11 are divided along the electrode direction by the element isolation insulating film 12.

次に、図7(a)〜(c)に示すように、溝54の内面を洗浄し、加工時の堆積物(デポ物)を除去する。そして、溝54内に絶縁材料、例えば、シリコン酸化物を埋め込んで、素子分離絶縁膜12を形成する。この結果、シリコン基板11の上層部分が、素子分離絶縁膜12により、メモリストリング方向に延びる複数本の半導体部分13に区画される。なお、素子分離絶縁膜12を形成する材料は、シリコン酸化物には限定されない。次に、ストッパ膜52をストッパとしてCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学的機械研磨)を施し、ストッパ膜52上の絶縁材料を除去し、上面を平坦化する。   Next, as shown in FIGS. 7A to 7C, the inner surface of the groove 54 is washed to remove deposits (deposits) during processing. Then, the element isolation insulating film 12 is formed by embedding an insulating material such as silicon oxide in the trench 54. As a result, the upper layer portion of the silicon substrate 11 is partitioned by the element isolation insulating film 12 into a plurality of semiconductor portions 13 extending in the memory string direction. The material for forming the element isolation insulating film 12 is not limited to silicon oxide. Next, CMP (Chemical Mechanical Polishing) is performed using the stopper film 52 as a stopper, the insulating material on the stopper film 52 is removed, and the upper surface is planarized.

次に、図8(a)〜(c)に示すように、熱燐酸によるウェットエッチングを施して、ストッパ膜52(図7参照)を剥離する。その後、素子分離絶縁膜12を上面側からエッチングし、素子分離絶縁膜12の上面をパッド酸化膜51の上面よりも下方であってチャージ膜15の上面よりも上方の位置まで落とし込む。なお、このエッチングはウェットエッチングでもドライエッチングでもよい。   Next, as shown in FIGS. 8A to 8C, wet etching with hot phosphoric acid is performed to peel off the stopper film 52 (see FIG. 7). Thereafter, the element isolation insulating film 12 is etched from the upper surface side, and the upper surface of the element isolation insulating film 12 is dropped to a position below the upper surface of the pad oxide film 51 and above the upper surface of the charge film 15. This etching may be wet etching or dry etching.

次に、図9(a)〜(c)に示すように、全面にレジスト膜55を成膜する。そして、リソグラフィにより、レジスト膜55をセレクトゲート領域Rsgから除去してメモリセル領域Rmcに残留させる。これにより、セレクトゲート領域Rsgにおいて、素子分離絶縁膜12及びパッド酸化膜51を露出させる。   Next, as shown in FIGS. 9A to 9C, a resist film 55 is formed on the entire surface. Then, the resist film 55 is removed from the select gate region Rsg by lithography to remain in the memory cell region Rmc. As a result, the element isolation insulating film 12 and the pad oxide film 51 are exposed in the select gate region Rsg.

次に、このレジスト膜55をマスクとしてエッチングを施す。このエッチングも、ウェットエッチングでもドライエッチングでもよい。これにより、セレクトゲート領域Rsgにおいて、素子分離絶縁膜12の上層部分を除去すると共に、パッド酸化膜51、チャージ膜15、トンネル絶縁膜14を除去し、更に、半導体部分13の上層部分を除去する。このとき、高さ方向において、素子分離絶縁膜12の上面12aの位置と半導体部分13の上面13aの位置とを実質的に等しくし、両上面が連続した平坦面を形成するようにする。また、セレクトゲート領域Rsgにおける上面12a及び13aの位置を、メモリセル領域Rmcにおける半導体部分13の上面13aの位置Sよりも下方とする。これにより、上面13aにおいて、メモリセル領域Rmcとセレクトゲート領域Rsgとの境界領域に段差Dが形成される。その後、レジスト膜55を剥離する。   Next, etching is performed using the resist film 55 as a mask. This etching may also be wet etching or dry etching. Thereby, in the select gate region Rsg, the upper layer portion of the element isolation insulating film 12 is removed, the pad oxide film 51, the charge film 15, and the tunnel insulating film 14 are removed, and further, the upper layer portion of the semiconductor portion 13 is removed. . At this time, in the height direction, the position of the upper surface 12a of the element isolation insulating film 12 and the position of the upper surface 13a of the semiconductor portion 13 are made substantially equal to form a continuous flat surface. The positions of the upper surfaces 12a and 13a in the select gate region Rsg are set lower than the position S of the upper surface 13a of the semiconductor portion 13 in the memory cell region Rmc. Thereby, a step D is formed in the boundary region between the memory cell region Rmc and the select gate region Rsg on the upper surface 13a. Thereafter, the resist film 55 is peeled off.

次に、図10(a)〜(c)に示すように、熱CVD又はALD等の堆積技術によってシリコン酸化物を堆積させ、メモリセル領域Rmc及びセレクトゲート電極Rsgの双方に堆積膜18を形成する。CVD等の堆積技術によってシリコン酸化膜を形成する場合には、シリコンソースガスとしては、シリコン水素化物、シリコン塩化物、又はシリコン含有有機系ガス等を用い、酸化剤には、酸素ガス、オゾン、水蒸気、又は亜酸化窒素等を用いる。このため、堆積膜18中には、1×1020cm−3以上の水素原子、又は、1×1019cm−3以上の塩素原子若しくは窒素原子が含まれる。その後、全面にレジスト膜56を成膜し、リソグラフィによって選択的に除去し、メモリセル領域Rmc及びメモリセル領域Rmcとセレクトゲート領域Rsgとの境界領域において開口させる。ここで、レジスト膜56は、セレクトゲートトランジスタのゲート絶縁膜が形成される予定の領域に残留していればよい。 Next, as shown in FIGS. 10A to 10C, silicon oxide is deposited by a deposition technique such as thermal CVD or ALD to form a deposited film 18 in both the memory cell region Rmc and the select gate electrode Rsg. To do. When a silicon oxide film is formed by a deposition technique such as CVD, silicon hydride, silicon chloride, or a silicon-containing organic gas is used as the silicon source gas, and oxygen gas, ozone, Steam, nitrous oxide, or the like is used. For this reason, the deposited film 18 contains hydrogen atoms of 1 × 10 20 cm −3 or more, or chlorine atoms or nitrogen atoms of 1 × 10 19 cm −3 or more. Thereafter, a resist film 56 is formed on the entire surface, selectively removed by lithography, and opened in the memory cell region Rmc and the boundary region between the memory cell region Rmc and the select gate region Rsg. Here, the resist film 56 only needs to remain in the region where the gate insulating film of the select gate transistor is to be formed.

次に、図11(a)〜(c)に示すように、レジスト膜56(図10参照)をマスクとして、例えばBHF(buffered hydrofluoric acid:バッファードフッ酸)を用いたウェットエッチングを行い、メモリセル領域Rmc及び境界領域から、堆積膜18を除去する。その後、レジスト膜56を除去する。次に、全面に例えばアルミナを堆積させて、ブロック絶縁膜16を形成する。その結果、ブロック絶縁膜16は、メモリセル領域Rmcにおいては、チャージ膜15の上面上及び素子分離絶縁膜12の上面12a上に連続して形成され、セレクトゲート領域Rsgにおいては、堆積膜18の上面上に形成されることになる。次に、全面に例えばP型多結晶シリコン等の導電材料を堆積させて、電極膜57を形成する。 Next, as shown in FIGS. 11A to 11C, using the resist film 56 (see FIG. 10) as a mask, wet etching using, for example, BHF (buffered hydrofluoric acid) is performed, and the memory The deposited film 18 is removed from the cell region Rmc and the boundary region. Thereafter, the resist film 56 is removed. Next, for example, alumina is deposited on the entire surface to form the block insulating film 16. As a result, the block insulating film 16 is continuously formed on the upper surface of the charge film 15 and the upper surface 12a of the element isolation insulating film 12 in the memory cell region Rmc, and the deposited film 18 is formed in the select gate region Rsg. It will be formed on the top surface. Next, an electrode film 57 is formed by depositing a conductive material such as P + -type polycrystalline silicon on the entire surface.

次に、図1〜図4に示すように、全面にレジスト膜(図示せず)を成膜し、リソグラフィによりパターニングして、ワード電極WL及びセレクトゲート電極SGが形成される予定の領域に残留させる。そして、このレジスト膜をマスクとしてエッチングを行い、電極膜57、ブロック絶縁膜16、堆積膜18、チャージ膜15、トンネル絶縁膜14を選択的に除去することにより、これらの膜を電極方向に延びるパターンに加工する。これにより、電極膜57がメモリストリング方向に沿って分断されて、電極方向に延びるワード電極WL及びセレクトゲート電極SGが形成される。   Next, as shown in FIGS. 1 to 4, a resist film (not shown) is formed on the entire surface and patterned by lithography to remain in a region where the word electrode WL and the select gate electrode SG are to be formed. Let Etching is performed using the resist film as a mask, and the electrode film 57, the block insulating film 16, the deposited film 18, the charge film 15, and the tunnel insulating film 14 are selectively removed, so that these films extend in the electrode direction. Process into a pattern. Thus, the electrode film 57 is divided along the memory string direction, and the word electrode WL and the select gate electrode SG extending in the electrode direction are formed.

このとき、メモリセル領域Rmcにおいては、ワード電極WLの直下域のみにブロック絶縁膜16、チャージ膜15及びトンネル絶縁膜14が残留してメモリセルが形成される。一方、セレクトゲート領域Rsgにおいては、セレクトゲート電極SGの直下域のみにブロック絶縁膜16及び堆積膜18が残留してセレクトゲートトランジスタが形成される。そして、セレクトゲート領域Rsgにおいては、半導体部分13の上面13a及び素子分離絶縁膜12の上面12aが連続した平坦面を形成しており、堆積膜18及びブロック絶縁膜16がそれぞれ均一な厚さに堆積されているため、セレクトゲート電極SGの下面SGaは平坦になる。   At this time, in the memory cell region Rmc, the block insulating film 16, the charge film 15, and the tunnel insulating film 14 remain only in the region immediately below the word electrode WL, thereby forming a memory cell. On the other hand, in the select gate region Rsg, the block gate insulating film 16 and the deposited film 18 remain only in the region immediately below the select gate electrode SG to form a select gate transistor. In the select gate region Rsg, the upper surface 13a of the semiconductor portion 13 and the upper surface 12a of the element isolation insulating film 12 form a continuous flat surface, and the deposited film 18 and the block insulating film 16 have a uniform thickness. Since it is deposited, the lower surface SGa of the select gate electrode SG becomes flat.

次に、ワード電極WL及びセレクトゲート電極SGを埋め込むように層間絶縁膜(図示せず)を形成し、この層間絶縁膜内にコンタクトを形成し、この層間絶縁膜上に配線(図示せず)等を形成する。これにより、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置1が製造される。   Next, an interlayer insulating film (not shown) is formed so as to bury the word electrode WL and the select gate electrode SG, a contact is formed in the interlayer insulating film, and a wiring (not shown) is formed on the interlayer insulating film. Etc. Thereby, the nonvolatile semiconductor memory device 1 according to this embodiment is manufactured.

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
図2及び図4に示すように、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置1においては、セレクトゲート領域Rsgにはチャージ膜15が設けられていない。このため、セレクトゲートトランジスタの動作に伴ってチャージ膜15中に電荷が蓄積されることがなく、セレクトゲートトランジスタのしきい値が変動することがない。これにより、セレクトゲートトランジスタの誤動作を防止できる。
Next, the effect of this embodiment is demonstrated.
As shown in FIGS. 2 and 4, in the nonvolatile semiconductor memory device 1 according to this embodiment, the charge film 15 is not provided in the select gate region Rsg. Therefore, no charge is accumulated in the charge film 15 with the operation of the select gate transistor, and the threshold value of the select gate transistor does not fluctuate. As a result, malfunction of the select gate transistor can be prevented.

また、上述の如く、セレクトゲート領域Rsgにおいては、半導体部分13の上面13aと素子分離絶縁膜12の上面12aとが連続した平坦面を構成しており、堆積膜18及びブロック絶縁膜16が均一な膜厚で形成されているため、セレクトゲート電極SGの下面SGaはほぼ平坦になっている。このため、セレクトゲートトランジスタの動作に伴って半導体部分13とセレクトゲート電極SGとの間の一部分、特に素子分離絶縁膜との境界付近に電界が集中することがなく、堆積膜18とブロック絶縁膜16との界面等に存在するトラップサイトに電荷が蓄積されることを抑制できる。この結果、セレクトゲートトランジスタのしきい値が変動することを防止でき、セレクトゲートトランジスタの誤動作を防止できる。   Further, as described above, in the select gate region Rsg, the upper surface 13a of the semiconductor portion 13 and the upper surface 12a of the element isolation insulating film 12 constitute a continuous flat surface, and the deposited film 18 and the block insulating film 16 are uniform. Since the film is formed with a sufficient thickness, the lower surface SGa of the select gate electrode SG is substantially flat. For this reason, the electric field does not concentrate in the part between the semiconductor portion 13 and the select gate electrode SG, particularly in the vicinity of the boundary with the element isolation insulating film, with the operation of the select gate transistor, and the deposited film 18 and the block insulating film It is possible to suppress the accumulation of electric charges at the trap sites existing at the interface with 16 or the like. As a result, the threshold value of the select gate transistor can be prevented from fluctuating, and malfunction of the select gate transistor can be prevented.

更に、本実施形態においては、堆積膜18及びブロック絶縁膜16をCVD法等の堆積技術によって形成している。このため、トンネル絶縁膜14を形成した後、熱酸化処理を行う必要がない。これにより、熱酸化工程において、トンネル絶縁膜14にバーズビーク(Bird's Beak)が形成されることがない。なお、「バーズビーク」とは、鳥のくちばしに似た形状の酸化膜であり、例えば、シリコン膜とシリコン酸化膜との界面に周囲から酸素が侵入して、シリコン膜が端縁側から酸化されて体積が膨張することによって形成される。本実施形態においては、バーズビークが形成されないため、トンネル絶縁膜14の膜厚が不均一になることがなく、メモリセルの特性が変動することがない。   Furthermore, in this embodiment, the deposited film 18 and the block insulating film 16 are formed by a deposition technique such as a CVD method. For this reason, it is not necessary to perform thermal oxidation after forming the tunnel insulating film 14. Accordingly, no bird's beak is formed in the tunnel insulating film 14 in the thermal oxidation process. The “bird's beak” is an oxide film having a shape similar to a bird's beak. For example, oxygen enters the interface between the silicon film and the silicon oxide film, and the silicon film is oxidized from the edge side. Formed by volume expansion. In this embodiment, since no bird's beak is formed, the thickness of the tunnel insulating film 14 does not become non-uniform, and the characteristics of the memory cell do not fluctuate.

次に、本実施形態の変形例について説明する。
図12は、本変形例に係る不揮発性半導体記憶装置を例示する断面図である。
なお、図12は、図4に相当する断面を示している。
Next, a modification of this embodiment will be described.
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a nonvolatile semiconductor memory device according to this variation.
FIG. 12 shows a cross section corresponding to FIG.

図12に示すように、本変形例に係る不揮発性半導体記憶装置2においては、セレクトゲート領域Rsgにおいて、素子分離絶縁膜12の上面12aが半導体部分13の上面13aよりも上方に位置している。これにより、素子分離絶縁膜12の上面12a及び半導体部分13の上面13aは、上面12aが上方に突出し上面13aが下方に凹んだ連続的な凹凸面を構成している。高さ方向における上面12aと上面13aとの距離(高低差)は、チャージ膜15の膜厚以下である。   As shown in FIG. 12, in the nonvolatile semiconductor memory device 2 according to this modification, the upper surface 12a of the element isolation insulating film 12 is positioned above the upper surface 13a of the semiconductor portion 13 in the select gate region Rsg. . Thereby, the upper surface 12a of the element isolation insulating film 12 and the upper surface 13a of the semiconductor portion 13 constitute a continuous uneven surface in which the upper surface 12a protrudes upward and the upper surface 13a is recessed downward. The distance (height difference) between the upper surface 12 a and the upper surface 13 a in the height direction is equal to or less than the film thickness of the charge film 15.

そして、この凹凸面上には、堆積膜18及びブロック絶縁膜16がそれぞれほぼ均一な膜厚で形成されており、その上にはセレクトゲート電極SGが設けられている。このため、セレクトゲート電極SGの下面SGaには、上面12a及び13aの凹凸を反映させた凹凸が形成されている。すなわち、セレクトゲート電極SGの下面SGaは、素子分離絶縁膜12の直上域が相対的に上方に位置し、半導体部分13の直上域が相対的に下方に位置した凹凸面となっている。本変形例における上記以外の構成は、前述の実施形態と同様である。   On the uneven surface, the deposited film 18 and the block insulating film 16 are formed with a substantially uniform film thickness, and the select gate electrode SG is provided thereon. Therefore, the lower surface SGa of the select gate electrode SG is formed with unevenness reflecting the unevenness of the upper surfaces 12a and 13a. That is, the lower surface SGa of the select gate electrode SG is an uneven surface in which the region directly above the element isolation insulating film 12 is positioned relatively upward and the region directly above the semiconductor portion 13 is positioned relatively below. The configuration other than the above in the present modification is the same as that of the above-described embodiment.

次に、本変形例に係る不揮発性半導体記憶装置2の製造方法について説明する。
図13(a)〜(c)は、本変形例に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を例示する工程断面図である。
図13(a)〜(c)は、それぞれ、図1に示すA−A’線による断面図、B−B’線による断面図、C−C’線による断面図に相当する。
Next, a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device 2 according to this modification will be described.
13A to 13C are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to this variation.
FIGS. 13A to 13C correspond to the cross-sectional view taken along the line AA ′, the cross-sectional view taken along the line BB ′, and the cross-sectional view taken along the line CC ′ shown in FIG. 1, respectively.

先ず、前述の実施形態と同様に、図5〜図8に示す工程を実施する。次に、図13(a)〜(c)に示すように、レジスト膜55を全面に成膜した後、リソグラフィによってセレクトゲート領域Rsgから除去し、メモリセル領域Rmcに残留させる。これにより、セレクトゲート領域Rsgにおいて、素子分離絶縁膜12及びパッド酸化膜51を露出させる。   First, similarly to the above-described embodiment, the steps shown in FIGS. Next, as shown in FIGS. 13A to 13C, after a resist film 55 is formed on the entire surface, the resist film 55 is removed from the select gate region Rsg by lithography and is left in the memory cell region Rmc. As a result, the element isolation insulating film 12 and the pad oxide film 51 are exposed in the select gate region Rsg.

次に、レジスト膜55をマスクとしてエッチングを施し、セレクトゲート領域Rsgにおいて、素子分離絶縁膜12の上層部分を除去すると共に、パッド酸化膜51、チャージ膜15、トンネル絶縁膜14を除去し、更に、半導体部分13の上層部分を除去する。このとき、高さ方向において、半導体部分13の上面13aの位置を素子分離絶縁膜12の上面12aの位置よりも下方とし、上面12aが上面13aに対して上方に突出した凹凸面を形成する。   Next, etching is performed using the resist film 55 as a mask to remove the upper layer portion of the element isolation insulating film 12 and the pad oxide film 51, the charge film 15 and the tunnel insulating film 14 in the select gate region Rsg. Then, the upper layer portion of the semiconductor portion 13 is removed. At this time, in the height direction, the position of the upper surface 13a of the semiconductor portion 13 is set lower than the position of the upper surface 12a of the element isolation insulating film 12, and an uneven surface is formed in which the upper surface 12a protrudes upward from the upper surface 13a.

以後の工程は、前述の実施形態と同様である。すなわち、図10及び図11に示すように、CVD法等により全面にシリコン酸化物等を堆積させて堆積膜18を形成し、この堆積膜18をセレクトゲート領域Rsg以外の領域から除去する。その後、全面にアルミナ等からなるブロック絶縁膜16を形成し、導電材料からなる電極膜57を形成する。次に、メモリセル領域Rmcにおいては、電極膜57、ブロック絶縁膜16、チャージ膜15及びトンネル絶縁膜14をパターニングして、電極方向に延びるワード電極WL及びその直下の積層膜のパターンを形成し、セレクトゲート電極Rsgにおいては、電極膜57、ブロック絶縁膜16及び堆積膜18をパターニングして、電極方向に延びるセレクトゲート電極SG及びその直下の積層膜のパターンを形成する。これにより、本変形例に係る不揮発性半導体記憶装置2が製造される。本変形例における上記以外の製造方法は、前述の実施形態と同様である。   The subsequent steps are the same as those in the above-described embodiment. That is, as shown in FIGS. 10 and 11, silicon oxide or the like is deposited on the entire surface by a CVD method or the like to form a deposited film 18, and the deposited film 18 is removed from regions other than the select gate region Rsg. Thereafter, a block insulating film 16 made of alumina or the like is formed on the entire surface, and an electrode film 57 made of a conductive material is formed. Next, in the memory cell region Rmc, the electrode film 57, the block insulating film 16, the charge film 15 and the tunnel insulating film 14 are patterned to form a pattern of the word electrode WL extending in the electrode direction and a laminated film immediately therebelow. In the select gate electrode Rsg, the electrode film 57, the block insulating film 16 and the deposited film 18 are patterned to form a pattern of the select gate electrode SG extending in the electrode direction and a laminated film immediately below the select gate electrode SG. Thereby, the nonvolatile semiconductor memory device 2 according to this modification is manufactured. The manufacturing method other than the above in this modification is the same as that of the above-described embodiment.

次に、本変形例の作用効果について説明する。
図12に示すように、本変形例に係る不揮発性半導体記憶装置2においては、セレクトゲート領域Rsgにおいて、素子分離絶縁膜12の上面12aが半導体部分13の上面13aに対して上方にせり出しており、上面12a及び13aによって凹凸面が形成されている。そして、この凹凸面上に、堆積膜18及びブロック絶縁膜16がそれぞれほぼ均一な厚さに堆積されることにより、セレクトゲート電極SGの下面SGaは、素子分離絶縁膜12の直上域が半導体部分13の直上域よりも上方に位置した凹凸面となる。このため、セレクトゲート電極SGの下面SGaには、半導体部分13に向かって先鋭化した角部は形成されず、電界が集中することを防止できる。本変形例における上記以外の作用効果は、前述の実施形態と同様である。
Next, the effect of this modification is demonstrated.
As shown in FIG. 12, in the nonvolatile semiconductor memory device 2 according to this modification, the upper surface 12a of the element isolation insulating film 12 protrudes upward from the upper surface 13a of the semiconductor portion 13 in the select gate region Rsg. The uneven surfaces are formed by the upper surfaces 12a and 13a. Then, the deposited film 18 and the block insulating film 16 are deposited on the concavo-convex surface to a substantially uniform thickness, so that the lower surface SGa of the select gate electrode SG has a region directly above the element isolation insulating film 12 as a semiconductor portion. 13 is an uneven surface located above the region directly above 13. For this reason, corners sharpened toward the semiconductor portion 13 are not formed on the lower surface SGa of the select gate electrode SG, and the electric field can be prevented from being concentrated. The operational effects other than those described above in the present modification are the same as those in the above-described embodiment.

次に、本実施形態の比較例について説明する。
図14〜図17は、本比較例に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を例示する工程断面図であり、各図の(a)は図1に示すA−A’線による断面図に相当し、各図の(b)は図1に示すB−B’線による断面図に相当し、各図の(c)は図1に示すC−C’線による断面図に相当する。
Next, a comparative example of this embodiment will be described.
14 to 17 are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to this comparative example. FIG. 14A corresponds to a cross-sectional view taken along line AA ′ shown in FIG. (B) in each figure corresponds to a cross-sectional view taken along line BB ′ shown in FIG. 1, and (c) in each figure corresponds to a cross-sectional view taken along line CC ′ in FIG.

先ず、前述の図5〜図9に示す工程を実施する。その後、図14(a)〜(c)に示すように、BHF等を用いてパッド酸化膜51(図9参照)を除去する。これにより、メモリセル領域Rmcにおいては素子分離絶縁膜12及びチャージ膜15が露出し、セレクトゲート領域Rsgにおいては素子分離絶縁膜12及び半導体部分13が露出する。すなわち、セレクトゲート領域Rsgにおいては、シリコンからなる半導体部分13が露出する。   First, the steps shown in FIGS. 5 to 9 are performed. Thereafter, as shown in FIGS. 14A to 14C, the pad oxide film 51 (see FIG. 9) is removed using BHF or the like. As a result, the element isolation insulating film 12 and the charge film 15 are exposed in the memory cell region Rmc, and the element isolation insulating film 12 and the semiconductor portion 13 are exposed in the select gate region Rsg. That is, the semiconductor portion 13 made of silicon is exposed in the select gate region Rsg.

なお、メモリセル領域Rmcにおいては、チャージ膜15の上面は素子分離絶縁膜12の上面12aよりも上方に位置している。また、セレクトゲート領域Rsgにおいては、素子分離絶縁膜12の上面12aと半導体部分13の上面13aとは同じ高さにあり、連続した平坦面を構成しているか、又は、上面12aが上面13aよりも下方に位置した凹凸面を構成している。高さ方向におけるこれらの面の位置は、メモリセル領域Rmcにおける半導体部分13の上面13aの位置Sよりも下方である。   In the memory cell region Rmc, the upper surface of the charge film 15 is located above the upper surface 12 a of the element isolation insulating film 12. In the select gate region Rsg, the upper surface 12a of the element isolation insulating film 12 and the upper surface 13a of the semiconductor portion 13 are at the same height and constitute a continuous flat surface, or the upper surface 12a is higher than the upper surface 13a. Also constitutes an uneven surface located below. The positions of these surfaces in the height direction are lower than the position S of the upper surface 13a of the semiconductor portion 13 in the memory cell region Rmc.

次に、図15(a)〜(c)に示すように、熱酸化処理を行う。これにより、セレクトゲート領域Rsgにおいて露出している半導体部分13の上層部分が熱酸化され、熱酸化膜61が形成される。このとき、熱酸化膜61は、酸化前の半導体部分13の上層部分に比べて体積が膨張するため、熱酸化膜61の上面61aは、周囲の素子分離絶縁膜12の上面12aに対して上方に突出する。   Next, as shown in FIGS. 15A to 15C, thermal oxidation treatment is performed. As a result, the upper layer portion of the semiconductor portion 13 exposed in the select gate region Rsg is thermally oxidized, and a thermal oxide film 61 is formed. At this time, the volume of the thermal oxide film 61 expands as compared with the upper layer portion of the semiconductor portion 13 before oxidation, so that the upper surface 61 a of the thermal oxide film 61 is above the upper surface 12 a of the surrounding element isolation insulating film 12. Protrusively.

また、このとき、メモリセル領域Rmcにおいては、半導体部分13とトンネル絶縁膜14との界面に周囲の素子分離絶縁膜12側から酸化種が拡散により侵入し、半導体部分13の上面が端縁側から酸化されることにより、トンネル絶縁膜14に楔形のバーズビーク(Bird's Beak)62が形成される。   At this time, in the memory cell region Rmc, oxidized species enter the interface between the semiconductor portion 13 and the tunnel insulating film 14 from the surrounding element isolation insulating film 12 side by diffusion, and the upper surface of the semiconductor portion 13 extends from the edge side. By being oxidized, a wedge-shaped bird's beak 62 is formed in the tunnel insulating film 14.

以後の製造方法は、前述の実施形態と同様である。すなわち、図16(a)〜(c)に示すように、全面にブロック絶縁膜16を形成し、その後、電極膜57を形成する。そして、図17(a)〜(c)に示すように、電極膜57(図16参照)、ブロック絶縁膜16、チャージ膜15、トンネル絶縁膜14、熱酸化膜61を、メモリストリング方向に沿って分断し、メモリセル及びセレクトゲートトランジスタを形成する。これにより、本比較例に係る不揮発性半導体記憶装置101が製造される。   The subsequent manufacturing method is the same as that of the above-mentioned embodiment. That is, as shown in FIGS. 16A to 16C, the block insulating film 16 is formed on the entire surface, and then the electrode film 57 is formed. 17A to 17C, the electrode film 57 (see FIG. 16), the block insulating film 16, the charge film 15, the tunnel insulating film 14, and the thermal oxide film 61 are arranged along the memory string direction. The memory cell and the select gate transistor are formed. Thereby, the nonvolatile semiconductor memory device 101 according to this comparative example is manufactured.

図17(c)に示すように、本比較例においては、熱酸化膜61が周囲の素子分離絶縁膜12に対して上方に突出するため、セレクトゲート電極SGの下面SGaが熱酸化膜61の形状を反映して湾曲する。すなわち、セレクトゲート電極SGの下面SGaにおける素子分離絶縁膜12の直上域は、半導体部分13の直上域と比較して下方に変位する。これにより、下面SGaには角部63が形成される。この結果、セレクトゲートトランジスタの動作に伴い、角部63に電界が集中し、熱酸化膜61とブロック絶縁膜16との界面等に存在するトラップサイトに強い電界が印加され、電荷が蓄積される。このため、セレクトゲートトランジスタの動作に伴ってしきい値が変動し、セレクトゲートトランジスタの誤動作が生じやすくなる。   As shown in FIG. 17C, in this comparative example, since the thermal oxide film 61 protrudes upward with respect to the surrounding element isolation insulating film 12, the lower surface SGa of the select gate electrode SG is formed of the thermal oxide film 61. Curves reflecting the shape. That is, the region immediately above the element isolation insulating film 12 on the lower surface SGa of the select gate electrode SG is displaced downward compared to the region directly above the semiconductor portion 13. Thereby, the corner | angular part 63 is formed in lower surface SGa. As a result, with the operation of the select gate transistor, the electric field concentrates on the corner 63, and a strong electric field is applied to the trap site existing at the interface between the thermal oxide film 61 and the block insulating film 16 to accumulate charges. . For this reason, the threshold value fluctuates with the operation of the select gate transistor, and the select gate transistor is likely to malfunction.

また、図15(a)〜(c)に示す熱酸化処理に伴い、メモリセル領域Rmcにおいて、トンネル絶縁膜14にバーズビーク62が形成される。これにより、トンネル絶縁膜の実効的な膜厚が増大し、メモリセルの特性が変動する。これにより、メモリセルの誤動作が発生しやすくなる。   Further, along with the thermal oxidation treatment shown in FIGS. 15A to 15C, bird's beaks 62 are formed in the tunnel insulating film 14 in the memory cell region Rmc. As a result, the effective thickness of the tunnel insulating film increases, and the characteristics of the memory cell change. As a result, a malfunction of the memory cell is likely to occur.

これに対して、上述の如く、本実施形態によれば、セレクトゲートトランジスタのゲート絶縁膜を堆積法によって形成しているため、ゲート絶縁膜を半導体部分13上及び素子分離絶縁膜12上に均一な膜厚で形成することができ、セレクトゲート電極SGの下面SGaを平坦又は素子分離絶縁膜12の直上域が半導体部分13の直上域よりも上方に位置した形状にすることができる。これにより、図17(c)に示す角部63のように、セレクトゲート電極SGの下面SGaに半導体部分13に向かう角部が形成されない。従って、特定の部分に電界が集中することがなく、電荷の蓄積を防止することができ、セレクトゲートのしきい値変動を抑制することができる。また、熱酸化処理を行わないため、バーズビークが形成されず、メモリセルの信頼性が高い。   On the other hand, as described above, according to the present embodiment, the gate insulating film of the select gate transistor is formed by the deposition method, so that the gate insulating film is uniformly formed on the semiconductor portion 13 and the element isolation insulating film 12. The lower surface SGa of the select gate electrode SG can be flat or can have a shape in which the region directly above the element isolation insulating film 12 is located above the region directly above the semiconductor portion 13. Thereby, unlike the corner 63 shown in FIG. 17C, the corner toward the semiconductor portion 13 is not formed on the lower surface SGa of the select gate electrode SG. Therefore, the electric field does not concentrate on a specific portion, charge accumulation can be prevented, and variation in the threshold value of the select gate can be suppressed. Further, since thermal oxidation is not performed, bird's beaks are not formed, and the reliability of the memory cell is high.

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。すなわち、前述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。例えば、前述の実施形態及びその変形例においては、セレクトゲートトランジスタのゲート絶縁膜を堆積膜18とブロック絶縁膜16の積層膜によって構成する例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、セレクトゲートトランジスタのゲート絶縁膜は、堆積膜18のみによって構成してもよく、ブロック絶縁膜16以外の他の絶縁膜と堆積膜18との積層膜によって構成してもよい。   The present invention has been described above with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to this embodiment. That is, those in which the person skilled in the art appropriately added, deleted, or changed the design of the above-described embodiment, or those in which a process was added, omitted, or changed in conditions also included the gist of the present invention. As long as it is provided, it falls within the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment and its modification, the example in which the gate insulating film of the select gate transistor is configured by the laminated film of the deposited film 18 and the block insulating film 16 has been shown, but the present invention is not limited to this. For example, the gate insulating film of the select gate transistor may be constituted by only the deposited film 18 or may be constituted by a laminated film of the deposited film 18 and another insulating film other than the block insulating film 16.

1、2 不揮発性半導体記憶装置、11 シリコン基板、12 素子分離絶縁膜、12a 上面、13 半導体部分、13a 上面、14 トンネル絶縁膜、15 チャージ膜、16 ブロック絶縁膜、18 堆積膜、51 パッド酸化膜、52 ストッパ膜、53 レジスト膜、54 溝、55 レジスト膜、56 レジスト膜、57 電極膜、61 熱酸化膜、62 バーズビーク、63 角部、101 不揮発性半導体記憶装置、D 段差、Rmc メモリセル領域、Rsg セレクトゲート領域、S 位置、SG セレクトゲート電極、SGa 下面、WL ワード電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Nonvolatile semiconductor memory device, 11 Silicon substrate, 12 Element isolation insulating film, 12a upper surface, 13 Semiconductor part, 13a upper surface, 14 Tunnel insulating film, 15 Charge film, 16 Block insulating film, 18 Deposition film, 51 Pad oxidation Film, 52 stopper film, 53 resist film, 54 groove, 55 resist film, 56 resist film, 57 electrode film, 61 thermal oxide film, 62 bird's beak, 63 corner, 101 nonvolatile semiconductor memory device, D step, Rmc memory cell Region, Rsg select gate region, S position, SG select gate electrode, SGa bottom surface, WL word electrode

Claims (5)

メモリセル領域及びセレクトゲート領域が設定された不揮発性半導体記憶装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板の上層部分に埋め込まれ、前記メモリセル領域から前記セレクトゲート領域に向かう第1方向に延び、前記上層部分を前記第1方向に延びる半導体部分に区画する複数の素子分離絶縁膜と、
前記メモリセル領域における前記半導体部分上に設けられたトンネル絶縁膜と、
前記トンネル絶縁膜上に設けられたチャージ膜と、
前記第1方向に対して交差する第2方向に延び、前記セレクトゲート領域における前記半導体部分の直上域及び前記素子分離膜の直上域の双方に連続的に設けられた絶縁性の堆積膜と、
前記メモリセル領域の前記チャージ膜上及び前記素子分離絶縁膜上に前記第2方向に沿って連続的に設けられると共に、前記セレクトゲート領域の前記堆積膜上に設けられたブロック絶縁膜と、
前記ブロック絶縁膜上に設けられた電極と、
を備え、
前記セレクトゲート領域における前記電極の下面は平坦、又は、前記素子分離絶縁膜の直上域が前記半導体部分の直上域よりも上方に位置した形状であることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A nonvolatile semiconductor memory device in which a memory cell region and a select gate region are set,
A semiconductor substrate;
A plurality of element isolation insulating films embedded in an upper layer portion of the semiconductor substrate, extending in a first direction from the memory cell region toward the select gate region, and partitioning the upper layer portion into a semiconductor portion extending in the first direction;
A tunnel insulating film provided on the semiconductor portion in the memory cell region;
A charge film provided on the tunnel insulating film;
An insulating deposition film extending in a second direction intersecting the first direction and continuously provided in both the region directly above the semiconductor portion and the region immediately above the element isolation film in the select gate region;
A block insulating film provided continuously on the charge film in the memory cell region and on the element isolation insulating film along the second direction, and provided on the deposited film in the select gate region;
An electrode provided on the block insulating film;
With
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the lower surface of the electrode in the select gate region is flat or has a shape in which a region directly above the element isolation insulating film is located above a region directly above the semiconductor portion.
前記トンネル絶縁膜にバーズビークが形成されていないことを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。   The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein no bird's beak is formed in the tunnel insulating film. メモリセル領域及びセレクトゲート領域が設定された不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、
前記メモリセル領域及び前記セレクトゲート領域の双方において半導体基板上にトンネル絶縁膜を形成する工程と、
前記トンネル絶縁膜上にチャージ膜を形成する工程と、
前記チャージ膜、前記トンネル絶縁膜及び前記半導体基板の上層部分に複数の素子分離絶縁膜を形成して、前記チャージ膜及び前記トンネル絶縁膜を前記メモリセル領域から前記セレクトゲート領域に向かう第1方向に延びる部分に区画すると共に、前記半導体基板の上層部分を前記第1方向に延びる半導体部分に区画する工程と、
前記セレクトゲート領域から前記チャージ膜及び前記トンネル絶縁膜を除去すると共に、前記素子分離絶縁膜の上層部分を除去し、前記素子分離絶縁膜の上面及び前記半導体部分の上面を連続した平坦面とするか、又は、前記半導体部分の上面を前記素子分離絶縁膜の上面よりも下方に位置させる工程と、
前記メモリセル領域及び前記セレクトゲート領域に絶縁材料を堆積させる工程と、
前記メモリセル領域から前記絶縁材料を除去することにより、前記セレクトゲート領域における前記半導体部分の直上域及び前記素子分離膜の直上域に連続した堆積膜を形成する工程と、
前記チャージ膜上及び前記堆積膜上にブロック絶縁膜を形成する工程と、
前記ブロック絶縁膜上に電極膜を形成する工程と、
前記電極膜、前記ブロック絶縁膜、前記堆積膜、前記チャージ膜及び前記トンネル絶縁膜を選択的に除去することにより、前記第1方向に対して交差する第2方向に延びるパターンに加工する工程と、
を備えたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device in which a memory cell region and a select gate region are set,
Forming a tunnel insulating film on a semiconductor substrate in both the memory cell region and the select gate region;
Forming a charge film on the tunnel insulating film;
A plurality of element isolation insulating films are formed on upper portions of the charge film, the tunnel insulating film, and the semiconductor substrate, and the charge film and the tunnel insulating film are directed from the memory cell region to the select gate region in a first direction. Dividing the upper layer portion of the semiconductor substrate into a semiconductor portion extending in the first direction;
The charge film and the tunnel insulating film are removed from the select gate region, and the upper layer portion of the element isolation insulating film is removed, so that the upper surface of the element isolation insulating film and the upper surface of the semiconductor portion are continuous flat surfaces. Or the step of positioning the upper surface of the semiconductor portion below the upper surface of the element isolation insulating film;
Depositing an insulating material in the memory cell region and the select gate region;
Removing the insulating material from the memory cell region to form a continuous deposited film in a region directly above the semiconductor portion and a region directly above the element isolation film in the select gate region;
Forming a block insulating film on the charge film and the deposited film;
Forming an electrode film on the block insulating film;
Processing into a pattern extending in a second direction intersecting the first direction by selectively removing the electrode film, the block insulating film, the deposited film, the charge film, and the tunnel insulating film; ,
A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising:
前記堆積膜を形成する工程は、化学気相成長法によってシリコン酸化物を堆積させる工程を有することを特徴とする請求項3記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。   4. The method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 3, wherein the step of forming the deposited film includes a step of depositing silicon oxide by chemical vapor deposition. 前記化学気相成長法として、原子層堆積法又は熱化学気相成長法を用いることを特徴とする請求項4記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。   5. The method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 4, wherein an atomic layer deposition method or a thermal chemical vapor deposition method is used as the chemical vapor deposition method.
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