JP2012064754A - Nonvolatile semiconductor storage device manufacturing method and nonvolatile semiconductor storage device - Google Patents
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Abstract
【課題】シリサイド工程による不具合を抑制しつつ、十分な量のシリサイドを形成することのできる不揮発性半導体記憶装置の製造方法を提供する。
【解決手段】不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、浮遊ゲート電極、浮遊ゲート電極上の第1の電極間絶縁膜及び第1の電極間絶縁膜上の制御ゲート電極を有するメモリセルトランジスタを形成し、下側ゲート電極、第2の電極間絶縁膜及び第2の電極間絶縁膜上の上側ゲート電極を有する電界効果トランジスタを形成する。制御ゲート電極及び上側ゲート電極の上面が露出するように層間絶縁膜を形成する。制御ゲート電極及び上側ゲート電極の上面が層間絶縁膜の上面よりも低くなるようにエッチバックする。制御ゲート電極、上側ゲート電極及び層間絶縁膜上の全面に第1の導電膜を形成する。第1の層間絶縁膜をエッチバックする。制御ゲート電極、上側ゲート電極及び第1の導電膜上に金属を堆積してシリサイド化する。
【選択図】図28A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device capable of forming a sufficient amount of silicide while suppressing defects caused by a silicide process is provided.
A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device includes forming a memory cell transistor having a floating gate electrode, a first interelectrode insulating film on the floating gate electrode, and a control gate electrode on the first interelectrode insulating film. A field effect transistor having a lower gate electrode, a second interelectrode insulating film, and an upper gate electrode on the second interelectrode insulating film is formed. An interlayer insulating film is formed so that the upper surfaces of the control gate electrode and the upper gate electrode are exposed. Etchback is performed so that the upper surfaces of the control gate electrode and the upper gate electrode are lower than the upper surface of the interlayer insulating film. A first conductive film is formed on the entire surface of the control gate electrode, the upper gate electrode, and the interlayer insulating film. The first interlayer insulating film is etched back. A metal is deposited on the control gate electrode, the upper gate electrode, and the first conductive film to be silicided.
[Selection] Figure 28
Description
本明細書に記載の実施の形態は、不揮発性半導体記憶装置の製造方法及び不揮発性半導体記憶装置に関する。 Embodiments described herein relate to a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device and a nonvolatile semiconductor memory device.
電気的書き換えが可能で、且つ、高集積化が可能な不揮発性半導体記憶装置(EEPROM)として、NAND型フラッシュメモリが知られている。NAND型フラッシュメモリでは、複数のメモリセルを隣接するもの同士でソース/ドレイン領域を共有する形で直列接続して、NANDセルユニットを構成する。NANDセルユニットの両端はそれぞれ、選択ゲートトランジスタを介してビット線及びソース線に接続される。この様なNANDセルユニット構成により、NOR型と比べて単位セル面積が小さくかつ大容量記憶が可能となる。 A NAND flash memory is known as a nonvolatile semiconductor memory device (EEPROM) that can be electrically rewritten and can be highly integrated. In a NAND flash memory, a plurality of memory cells are connected in series so that adjacent memory cells share a source / drain region to constitute a NAND cell unit. Both ends of the NAND cell unit are connected to a bit line and a source line via a select gate transistor, respectively. With such a NAND cell unit configuration, the unit cell area is smaller than that of the NOR type and large capacity storage is possible.
情報記憶のためのメモリセル領域の周辺には、NAND型フラッシュメモリの動作を制御するための周辺回路が設けられる。周辺回路領域に形成される電界効果トランジスタは、メモリセルトランジスタや選択ゲートトランジスタと同様の工程により形成される。このメモリセルトランジスタや、周辺回路領域の電界効果トランジスタの性能を改善するために、ゲート電極をシリサイド化する構成が知られている。 A peripheral circuit for controlling the operation of the NAND flash memory is provided around the memory cell area for storing information. The field effect transistor formed in the peripheral circuit region is formed by the same process as that of the memory cell transistor and the select gate transistor. In order to improve the performance of the memory cell transistor and the field effect transistor in the peripheral circuit region, a structure in which the gate electrode is silicided is known.
不揮発性半導体記憶装置のメモリセル領域と周辺回路領域とにおいて行うシリサイド工程では、ポリシリコン内に十分な量のシリサイドを形成しようとすると、ゲート電極が膨張する。例えば、ポリシリコンをモノニッケルシリサイド(NiSi)化することにより、体積は約1.2倍に膨張する。特に、メモリセル領域においてシリサイドが膨張すると、隣接するゲート電極との間隔が狭くなり、ゲート電極間のリーク電流増加や耐圧の劣化などメモリセルトランジスタの性能が悪化する場合がある。また、シリサイド工程によるポリシリコンの膨張を防ぐために金属膜の供給量を低減させると、メモリセル領域及び周辺回路領域において十分な量のシリサイドが形成されず、配線が低抵抗化されない場合もある。そのため、不揮発性半導体記憶装置のシリサイド工程では、隣接するゲート電極間における間隔を確保しつつ十分な量のシリサイドを形成することが求められる。 In the silicide process performed in the memory cell region and the peripheral circuit region of the nonvolatile semiconductor memory device, when a sufficient amount of silicide is formed in the polysilicon, the gate electrode expands. For example, when polysilicon is converted into mono-nickel silicide (NiSi), the volume expands about 1.2 times. In particular, when silicide expands in the memory cell region, the distance between adjacent gate electrodes becomes narrow, and the performance of the memory cell transistor may deteriorate, such as an increase in leakage current between the gate electrodes and deterioration in breakdown voltage. Further, when the supply amount of the metal film is reduced in order to prevent the polysilicon from expanding due to the silicide process, a sufficient amount of silicide is not formed in the memory cell region and the peripheral circuit region, and the resistance of the wiring may not be lowered. Therefore, in the silicide process of the nonvolatile semiconductor memory device, it is required to form a sufficient amount of silicide while ensuring a space between adjacent gate electrodes.
本発明は、シリサイド工程による不具合を抑制しつつ、十分な量のシリサイドを形成することのできる不揮発性半導体記憶装置の製造方法及び不揮発性半導体記憶装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device and a nonvolatile semiconductor memory device capable of forming a sufficient amount of silicide while suppressing problems caused by the silicide process.
一の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板上のメモリセル領域に浮遊ゲート電極、浮遊ゲート電極上の第1の電極間絶縁膜及び第1の電極間絶縁膜上の制御ゲート電極を有するメモリセルトランジスタを形成し、前記半導体基板上の周辺回路領域に下側ゲート電極、開口部を含む第2の電極間絶縁膜及び第2の電極間絶縁膜上の上側ゲート電極を有する電界効果トランジスタを形成する。制御ゲート電極及び上側ゲート電極の上面が露出するように、前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する。制御ゲート電極及び上側ゲート電極の上面が層間絶縁膜の上面よりも低くなるようにエッチバックする。制御ゲート電極、上側ゲート電極、及び層間絶縁膜上の全面に第1の導電膜を形成する。制御ゲート電極及び上側ゲート電極上の層間絶縁膜の側壁に第1の導電膜が残存するように、第1の層間絶縁膜をエッチバックする。制御ゲート電極、上側ゲート電極、及び第1の導電膜上に金属を堆積してシリサイド化する。 A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to one embodiment includes a floating gate electrode in a memory cell region on a semiconductor substrate, a first interelectrode insulating film on the floating gate electrode, and a first interelectrode insulating film A memory cell transistor having a control gate electrode, a lower gate electrode in the peripheral circuit region on the semiconductor substrate, a second interelectrode insulating film including an opening, and an upper gate on the second interelectrode insulating film A field effect transistor having an electrode is formed. An interlayer insulating film is formed on the semiconductor substrate so that the upper surfaces of the control gate electrode and the upper gate electrode are exposed. Etchback is performed so that the upper surfaces of the control gate electrode and the upper gate electrode are lower than the upper surface of the interlayer insulating film. A first conductive film is formed on the entire surface of the control gate electrode, the upper gate electrode, and the interlayer insulating film. The first interlayer insulating film is etched back so that the first conductive film remains on the sidewalls of the interlayer insulating film on the control gate electrode and the upper gate electrode. A metal is deposited on the control gate electrode, the upper gate electrode, and the first conductive film to be silicided.
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。実施の形態においては、NAND型フラッシュメモリを例として説明する。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、いわゆるフローティングゲート構造を有する他の半導体記憶装置にも適用することができる。なお、以下の実施の形態における図面の記載では、同一の構成を有する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。また、図面は模式的なものであり、各膜の厚みと平面寸法との関係や、各層の厚みの比率などは実際の不揮発性半導体記憶装置とは異なるものである。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the embodiment, a NAND flash memory will be described as an example. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to other semiconductor memory devices having a so-called floating gate structure. In the description of the drawings in the following embodiments, portions having the same configuration are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The drawings are schematic, and the relationship between the thickness of each film and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from those of an actual nonvolatile semiconductor memory device.
(第1の実施の形態)
[第1の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の構成]
以下、本発明の第1の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の構成について、図1乃至図6を参照して説明する。まず、本実施の形態のNAND型フラッシュメモリの構成を説明する。
(First embodiment)
[Configuration of Nonvolatile Semiconductor Memory Device According to First Embodiment]
Hereinafter, the configuration of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the configuration of the NAND flash memory according to the present embodiment will be described.
図1は、不揮発性半導体記憶装置の全体を示すブロック図である。図1に示すように、不揮発性半導体記憶装置は、情報の記憶のために用いられるメモリセル領域100と、メモリセル領域100に対する情報の書き込み、消去、及び読み出しの各動作の制御のために用いられる周辺回路領域200とを有する。メモリセル領域100には、後述するメモリセルアレイが形成されている。また、周辺回路領域200には、ロウデコーダ、カラムデコーダ、電圧生成回路や、各種のコマンド・アドレス・データを送受信するインターフェース等が形成されている。
FIG. 1 is a block diagram showing the entire nonvolatile semiconductor memory device. As shown in FIG. 1, the nonvolatile semiconductor memory device is used for controlling a
図2Aは、NAND型フラッシュメモリのメモリセル領域100に形成されるメモリセルアレイの一部を示す等価回路図である。NAND型フラッシュメモリのNANDセルユニット1は、2個の選択ゲートトランジスタST1、ST2と、選択ゲートトランジスタST1、ST2間に直列接続された複数個のメモリセルトランジスタMn(nは0乃至15の整数、以下同様)とからなる。NANDセルユニット1内において、複数個のメモリセルトランジスタMnは隣接するもの同士でソース/ドレイン領域を共有して形成されている。メモリセルアレイは、NANDセルユニット1が行列状に設けられることにより構成されている。
FIG. 2A is an equivalent circuit diagram showing a part of the memory cell array formed in the
図2A中X方向(ゲート幅方向に相当)に配列されたメモリセルトランジスタMnの制御ゲート電極は、それぞれワード線WLnにより共通接続されている。また、図2A中X方向に配列された選択ゲートトランジスタST1のゲート電極は選択ゲート線S1により共通接続され、選択ゲートトランジスタST2のゲート電極は選択ゲート線S2により共通接続されている。選択ゲートトランジスタST1のドレイン領域にはビット線コンタクトBLCが接続されている。このビット線コンタクトBLCは図2A中X方向に直交するY方向(ゲート長方向に相当)に伸びるビット線BLに接続されている。また、選択ゲートトランジスタST2はソース領域を介して図2A中X方向に伸びるソース線SLに接続されている。 The control gate electrodes of the memory cell transistors Mn arranged in the X direction (corresponding to the gate width direction) in FIG. 2A are commonly connected by a word line WLn. Further, the gate electrodes of the selection gate transistors ST1 arranged in the X direction in FIG. 2A are commonly connected by a selection gate line S1, and the gate electrodes of the selection gate transistors ST2 are commonly connected by a selection gate line S2. A bit line contact BLC is connected to the drain region of the select gate transistor ST1. This bit line contact BLC is connected to a bit line BL extending in the Y direction (corresponding to the gate length direction) orthogonal to the X direction in FIG. 2A. The select gate transistor ST2 is connected to a source line SL extending in the X direction in FIG. 2A via a source region.
メモリセルトランジスタMnは、シリコン基板のp型ウェルに形成されたn型ソース/ドレイン領域を有し、電荷蓄積層としての浮遊ゲート電極と制御ゲート電極とを有する積層ゲート構造であるものとする。NAND型フラッシュメモリは、浮遊ゲート電極に保持する電荷量を書き込み動作、消去動作で変化させることにより、メモリセルトランジスタMnのしきい値電圧を変化させて、1ビット或いは多ビットのデータを記憶する。NAND型フラッシュメモリにおいては、ワード線WLを共有する複数のNANDセルユニット1の集合がブロックを構成する。NAND型フラッシュメモリにおけるデータの消去は、このブロック単位で実行される。
The memory cell transistor Mn has an n-type source / drain region formed in a p-type well of a silicon substrate, and has a stacked gate structure having a floating gate electrode as a charge storage layer and a control gate electrode. The NAND flash memory stores 1-bit or multi-bit data by changing the threshold voltage of the memory cell transistor Mn by changing the charge amount held in the floating gate electrode by the write operation and the erase operation. . In the NAND flash memory, a set of a plurality of
図2Bは、NAND型フラッシュメモリのメモリセル領域100に形成されるメモリセルアレイの一部のレイアウト図である。図3は、NAND型フラッシュメモリの周辺回路領域200に形成される電界効果トランジスタのレイアウト図である。
FIG. 2B is a layout diagram of a part of the memory cell array formed in the
図2Bに示すように、シリコン基板(半導体基板)には、図2B中Y方向に沿って伸びるSTI(Shallow Trench Isolation)構造の複数の素子分離領域4が、X方向に所定間隔をもって形成される。これにより素子領域5が図2B中X方向に分離されて形成される。また、図2B中X方向に沿って伸びるメモリセルトランジスタMnのワード線WLnが、Y方向に所定間隔をもって形成されている。ワード線WLnと交差する素子領域5上において、ワード線WLnはメモリセルトランジスタMnのゲート電極MGnの一部となる。また、図2B中X方向に沿って伸びるように選択ゲートトランジスタST1の選択ゲート線S1が形成されている。選択ゲート線S1と交差する素子領域5上において、選択ゲート線S1は選択ゲートトランジスタST1のゲート電極SG1の一部となる。隣接する選択ゲート線S1間の素子領域5にはビット線コンタクトBLCがそれぞれ形成されている。このビット線コンタクトBLCは、図2B中Y方向に伸びるビット線BL(図示せず)に接続される。また、図2B中X方向に沿って伸びるように選択ゲートトランジスタST2の選択ゲート線S2が形成されている。選択ゲート線S2と交差する素子領域5上において、選択ゲート線S2は選択ゲートトランジスタST2のゲート電極SG2の一部となる。隣接する選択ゲート線S2間の素子領域5にはソース線コンタクトSLCがそれぞれ形成されている。このソース線コンタクトSLCは、図2B中X方向に伸びるソース線SL(図示せず)に接続される。
As shown in FIG. 2B, a plurality of
次に、周辺回路領域200に形成される電界効果トランジスタTrの構造を説明する。図3に示すように、周辺回路領域200に形成される電界効果トランジスタTrは、シリコン基板(半導体基板)に矩形上に残された素子領域6上に設けられている。この素子領域6を囲むように素子分離領域4が形成されている。各素子領域6には、これを横切るようにゲート電極7が形成され、その両側に不純物を拡散して形成したソース/ドレイン領域8が設けられている。ソース/ドレイン領域8にはコンタクトプラグ9が形成されている。
Next, the structure of the field effect transistor Tr formed in the
図4乃至図6は、それぞれ図2B及び図3に示されるA−A’線、B−B’線、C−C’線の断面図である。図4は、図2BのX方向に沿ったNAND型フラッシュメモリのメモリセルアレイの一部の断面図である。図5は、図2BのY方向に沿ったNAND型フラッシュメモリのメモリセルアレイの一部の断面図である。図6は、NAND型フラッシュメモリの周辺回路領域200に形成される電界効果トランジスタTrの断面図である。なお、B−B’線方向のメモリセルトランジスタMnの多結晶シリコン膜13の長さをメモリセルトランジスタのゲート長、C−C’線方向の電界効果トランジスタTrの多結晶シリコン13の長さを電界効果トランジスタのゲート長と称する。
4 to 6 are cross-sectional views taken along lines A-A ', B-B', and C-C 'shown in FIGS. 2B and 3, respectively. FIG. 4 is a cross-sectional view of a part of the memory cell array of the NAND flash memory along the X direction of FIG. 2B. FIG. 5 is a cross-sectional view of a part of the memory cell array of the NAND flash memory along the Y direction of FIG. 2B. FIG. 6 is a cross-sectional view of the field effect transistor Tr formed in the
図4に示すように、シリコン基板S上のメモリセル領域100には、p型ウェル3が形成されている。このp型ウェル3には等間隔にトレンチTが形成されており、このトレンチTには素子分離絶縁膜11が埋め込まれている。素子分離絶縁膜11が埋め込まれた領域が、上述の素子分離領域4となる。この素子分離絶縁膜11に挟まれたp型ウェル3上に、メモリセルトランジスタMnが形成される。すなわち、素子分離絶縁膜11に挟まれたp型ウェル3は、メモリセルトランジスタMn、選択ゲートトランジスタST1等が形成される素子領域5として機能する。
As shown in FIG. 4, a p-
図4及び図5に示すように、p型ウェル3上に、トンネル絶縁膜12が形成される。このトンネル絶縁膜12を介して、メモリセルトランジスタMnのゲート電極MGn及び選択ゲートトランジスタST1のゲート電極SG1が形成される。これらゲート電極MGn、SG1は、浮遊ゲート電極として機能する多結晶シリコン膜13、電極間絶縁膜14、及び制御ゲート電極として機能する多結晶シリコン膜15A、15Bが順次積層された構成となっている。多結晶シリコン膜15A、15Bは図5の紙面垂直方向を長手方向として延びて、ワード線WLを形成する。一方、多結晶シリコン膜13は、1つのメモリセルトランジスタMnごとに絶縁分離されている。電極間絶縁膜14は、シリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜からなるONO構造や、それを更にシリコン窒化膜で挟み込んだNONON構造などが用いられる。更に、メモリセルトランジスタMnのカップリング比を高めるために、高誘電率材料、例えば酸化アルミニウム(Al2O3)、ハフニウムシリケート(HfSiO)などを含めることも可能である。
As shown in FIGS. 4 and 5, a
また、図5に示すように、選択ゲートトランジスタST1のゲート電極SG1の電極間絶縁膜14には、開口17が形成され、この開口17内に多結晶シリコン膜15Bが埋め込まれている。この開口17を介して多結晶シリコン膜13と多結晶シリコン膜15A、15Bとが電気的に接続されている。各ゲート電極MGn間、及びゲート電極MG15−SG1間のp型ウェル3の表層(表面)には、ソース/ドレイン領域となる不純物拡散領域18が形成されている。不純物拡散領域18は、隣接するメモリセルトランジスタMn同士でソース/ドレイン領域が共有されるように形成される。ゲート電極SG1−SG1間のシリコン基板Sの表層には、高濃度の不純物拡散領域19が形成されている。なお、ゲート電極SG1−SG1間のソース/ドレイン領域は、高濃度の不純物拡散領域19だけではなく、低濃度で浅い不純物拡散領域も含んだLDD(Lightly Doped Drain)構造としてもよい。
As shown in FIG. 5, an
各ゲート電極MGnの間、及びゲート電極MG15とゲート電極SG1の間には、例えば、LP−CVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法により層間絶縁膜として機能するシリコン酸化膜21が形成されている。これらシリコン酸化膜21は、トンネル絶縁膜12を介してシリコン基板S上に形成され、その上面は例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)を用いて平坦化されている。
A
ゲート電極SG1−SG1間のシリコン酸化膜21には、図5に示すようにシリコン基板Sの表面に達するコンタクトホール27が形成されている。このコンタクトホール27は、シリコン酸化膜21、トンネル絶縁膜12を貫通し、不純物拡散領域19の表面を露出するように形成されている。コンタクトホール27の内部には導体を埋め込み形成したコンタクトプラグ28が形成され、不純物拡散領域19に電気的に接続されている。このコンタクトプラグ28は、図2Bに示すビット線コンタクトBLCとして機能する。このコンタクトプラグ28の上に、例えば銅(Cu)又はアルミニウム(Al)からなるビット線BLが形成される。図5ではビット線側のコンタクト部のみを示しているが、ソース線側のコンタクト部も同様の構成でソース線SLに接続される。ビット線BL上にはパッシベーション膜として機能するシリコン酸化膜22が堆積されている。
A
図6に示すように、周辺回路領域200のp型ウェル3上に、ゲート絶縁膜29が形成される。このゲート絶縁膜29を介して、電界効果トランジスタTrのゲート電極PGが形成されている。ゲート絶縁膜29の膜厚は、メモリセル領域100に形成されるトンネル絶縁膜12の膜厚より大きい。このゲート電極PGは、下側ゲート電極として機能する多結晶シリコン膜13、電極間絶縁膜14、及び上側ゲート電極として機能する多結晶シリコン膜15A、15Bが順次積層された構成となっている。電極間絶縁膜14は、シリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜からなるONO構造や、それを更にシリコン窒化膜で挟み込んだNONON構造などが用いられる。
As shown in FIG. 6, a
電界効果トランジスタTrのゲート電極PGの電極間絶縁膜14にも、開口17が形成され、この開口17内に多結晶シリコン膜15Bが埋め込まれている。この開口17を介して多結晶シリコン膜13と多結晶シリコン膜15A、15Bとが電気的に接続されている。ゲート電極PGの両側のp型ウェル3の表層(表面)には、前述のソース/ドレイン領域8となる不純物拡散領域30が形成されている。なお、不純物拡散領域30はLDD構造を有していても良い。このゲート電極PGを埋め込むように、層間絶縁膜として機能するシリコン酸化膜21が形成され、その上面は例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)を用いて平坦化されている。
An
不純物拡散領域30上には、図6に示すようにp型ウェル3の表面に達するコンタクトホール27が形成されている。このコンタクトホール27は、シリコン酸化膜21、ゲート絶縁膜29を貫通し、不純物拡散領域30の表面を露出するように形成されている。コンタクトホール27の内部には導体を埋め込み形成したコンタクトプラグ28が形成され、不純物拡散領域30に電気的に接続されている。このコンタクトプラグ28は、図3に示すコンタクトプラグ9として機能する。このコンタクトプラグ28の上に、例えば銅(Cu)又はアルミニウム(Al)からなる接続配線31が形成される。接続配線31上にはパッシベーション膜として機能するシリコン酸化膜22が堆積されている。
A
上述の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置において、メモリセル領域100及び周辺回路領域200の多結晶シリコン膜15A、15Bは、その一部がシリサイド化されている。多結晶シリコン膜15A、15Bのシリサイド化には、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、チタン(Ti)、コバルト(Co)、モリブデン(Mo)等の金属が用いられる。図4乃至図6に示すように、本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置では、メモリセル領域100及び周辺回路領域200では、ゲート電極MG、PG内に十分な量のシリサイドが形成されている。一方、メモリセル領域100及び周辺回路領域200では、ゲート電極MG、PGが膨張することなく所望の形状で形成されている。以下の不揮発性半導体記憶装置の製造方法では、このようなシリサイドの形成方法について述べる。
In the nonvolatile semiconductor memory device of the above-described embodiment, the
[第1の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法]
次に、本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の製造方法について、図7乃至図17を参照して説明する。図7〜図17は、メモリセル領域100に形成されるメモリセルトランジスタMn及び周辺回路領域200に形成される電界効果トランジスタTrの製造工程の断面図である。図7〜図17は、図2Bに示されるB−B’線の断面、及び図3に示されるC−C’線の断面を並べて示している。なお、説明を簡素化するため、B−B’線断面図では、選択ゲートトランジスタST1を省略して、メモリセルMnの部分のみを示す。
[Method of Manufacturing Nonvolatile Semiconductor Memory Device According to First Embodiment]
Next, a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment will be described with reference to FIGS. 7 to 17 are cross-sectional views of manufacturing steps of the memory cell transistor Mn formed in the
図7に示すように、ゲート電極MGn、SG、PGの積層構造を形成する。まず、シリコン基板Sに、p型ウェル3形成のためのイオン注入を行う。その後、B−B’線断面に示すように、メモリセル領域100のp型ウェル3上にトンネル絶縁膜12を形成する。また、C−C’線断面に示すように、周辺回路領域200のp型ウェル3上にゲート絶縁膜29を形成する。次に、後の工程を経てメモリセルトランジスタMnの浮遊ゲート電極又は電界効果トランジスタTrの下側ゲート電極となる多結晶シリコン膜13を堆積する。その後、周知の製造方法を用いて素子分離領域4を形成する。次に、電極間絶縁膜14としてONO膜(シリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜の積層膜)を成膜する。ONO膜の代わりに、ONO膜の両側に更にシリコン窒化膜を追加したNONON膜や、高誘電率材料である酸化アルミニウム(Al2O3)、ハフニウムシリケート(HfSiO)などを含んだ絶縁膜とすることもできる。次に、後の工程を経てメモリセルトランジスタMnの制御ゲート電極又は電界効果トランジスタTrの上側ゲート電極の一部となる多結晶シリコン膜15Aを成膜する。そして、周辺回路領域200において、多結晶シリコン膜15A、及び電極間絶縁膜14を貫通して多結晶シリコン膜13に達するように開口17を形成する。なお、B−B’線断面には図示していないが、メモリセル領域100の選択ゲートトランジスタST1、ST2の開口17も同時に形成される。
As shown in FIG. 7, a stacked structure of gate electrodes MGn, SG, and PG is formed. First, ion implantation for forming the p-
次に、図8に示すように、開口17を埋め込むように、多結晶シリコン膜15A上に多結晶シリコン膜15Bを成膜する。なお、以下の実施の形態の説明においては、多結晶シリコン膜15A、15Bをあわせて、多結晶シリコン膜15として説明する。周辺回路領域200の電界効果トランジスタTrは、この開口17を介して上側ゲート電極を形成する多結晶シリコン膜15と、下側ゲート電極を形成する多結晶シリコン膜13とが電気的に接続される。この多結晶シリコン膜15が、後に示す工程を経てメモリセルトランジスタMnの制御ゲート電極又は電界効果トランジスタTrの上側ゲート電極となる。その後、多結晶シリコン膜15の上にエッチングマスク及び平坦化工程のストッパーとなるシリコン窒化膜10を形成する。その後、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングを行い、シリコン窒化膜10の上にレジストRを形成する。
Next, as shown in FIG. 8, a
次に、図9に示すように、レジストRをマスク材としてRIE法によりメモリセル領域100及び周辺回路領域200のシリコン窒化膜10、多結晶シリコン膜15、電極間絶縁膜14、及び多結晶シリコン膜13を順にエッチングする。そして、イオン注入により不純物拡散領域18及び不純物拡散領域30を形成して、メモリセルトランジスタMn及び電界効果トランジスタTrを形成する。電界効果トランジスタTrがNMOSトランジスタの場合には例えば砒素(As)、又はリン(P)を、PMOSトランジスタの場合には例えばホウ素(B)、又はフッ化ホウ素(BF2)をイオン注入して不純物拡散領域30を形成する。
Next, as shown in FIG. 9, the
次に、図10に示すように、パターニングされたメモリセル領域100のゲート電極MGn間や、周辺回路領域200のゲート電極PGをシリコン酸化膜21で埋め込む。ゲート電極MGn、PGは、シリコン酸化膜21により一旦全て埋め込まれる。その後、ゲート電極MGn、PG上のシリコン窒化膜10をストッパーにしてCMPにより平坦化を実行する。
Next, as shown in FIG. 10, the
次に、図11に示すように、RIE法によりエッチバックを行い、ゲート電極MGn、PG上のシリコン窒化膜10を除去する。パターニング時のマスク材として用いられているシリコン窒化膜10と、シリコン酸化膜21との間では選択比を取ることが難しい。そのため、シリコン窒化膜10が除去された後の多結晶シリコン膜15とシリコン酸化膜21はほぼ平坦にエッチバックが行われる。
Next, as shown in FIG. 11, etch back is performed by RIE to remove the
次に、図12に示すように、多結晶シリコン膜15がシリコン酸化膜21に対して、高い選択比となるような条件にてエッチバックを行う。このとき、多結晶シリコン膜15の上面がシリコン酸化膜21の上面よりも低くなるように形成する。すなわち、シリコン酸化膜21と多結晶シリコン膜15が凹型の形状となるように加工する。
Next, as shown in FIG. 12, etch back is performed under conditions such that the
次に、図13に示すように、スパッタリング又はCVD法により多結晶シリコン膜15を覆うように金属膜20を堆積する。この金属膜20は、次のシリサイド工程で多結晶シリコン膜15へ金属を拡散させるために用いられる。B−B’線断面及びC−C’線断面に示すように、金属膜20は多結晶シリコン膜15の上面に接するように設けられている。
Next, as shown in FIG. 13, a
次に、図14に示すように、アニーリングにより多結晶シリコン膜15をシリサイド化する。ここで、メモリセル領域100及び周辺回路領域200では、シリサイド化に伴い多結晶シリコン膜15が膨張する。しかし、多結晶シリコン膜15の横にシリコン酸化膜21が形成されているため、多結晶シリコン膜15がゲート長方向(図面横方向)に膨張することを防ぐことができる。この後、フッ酸処理を行い、金属膜20を剥離する。上述のシリサイド工程において、金属膜20は、多結晶シリコン膜15の上面にのみ形成されていた。この状態では、多結晶シリコン膜15に対する金属の割合が少なく、多結晶シリコン膜15が十分なシリサイド形成量を得ることが難しい。そこで、本実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法では、さらに以下に示す工程を行う。
Next, as shown in FIG. 14, the
図15に示すように、多結晶シリコン膜15及びシリコン酸化膜21の全面を覆うように多結晶シリコン膜16を成膜する。多結晶シリコン膜16は、後の工程を経てメモリセルトランジスタMnの制御ゲート電極又は電界効果トランジスタTrの上側ゲート電極の一部となる。
As shown in FIG. 15, a
次に、図16に示すように、多結晶シリコン膜16がシリコン酸化膜21に対して、高い選択比となるような条件にてエッチバックを行う。多結晶シリコン膜16の上面がシリコン酸化膜21の上面よりも低くなるように形成する。すなわち、シリコン酸化膜21と多結晶シリコン膜16が凹型の形状となるように加工する。このとき、周辺回路領域200では、多結晶シリコン膜16はシリコン酸化膜21の側壁にのみ残存し、多結晶シリコン膜15の中央部分の上面が露出している。
Next, as shown in FIG. 16, etch back is performed under conditions such that the
次に、図17に示すように、スパッタリング又はCVD法により多結晶シリコン膜16を覆うように金属膜を堆積し、アニーリングにより多結晶シリコン膜16をシリサイド化する。ここで、メモリセル領域100及び周辺回路領域200では、シリサイド化に伴い多結晶シリコン膜16が膨張する。しかし、多結晶シリコン膜16の横にシリコン酸化膜21が形成されているため、多結晶シリコン膜16がゲート長方向(図面横方向)に膨張することを防ぐことができる。この後、フッ酸処理を行い、金属膜20を剥離する。
Next, as shown in FIG. 17, a metal film is deposited so as to cover the
ここで、メモリセル領域100では、多結晶シリコン膜16の一部はシリサイド化されるものの、多結晶シリコン膜15まではシリサイドが到達せずにシリサイド工程が終了する。そのため、メモリセル領域100のゲート電極MGでは、制御ゲート電極内に多結晶シリコン膜とシリサイドが交互に積層された状態となる。一方、周辺回路領域200のゲート電極PGでは、多結晶シリコン膜16は完全にシリサイド化され、多結晶シリコン膜15のシリサイド部分と一体となっている。金属膜20や多結晶シリコン膜16の膜厚、及びアニーリングの条件等を調整することにより、多結晶シリコン膜16が完全にシリサイド化されるようにシリサイド工程を実行してもよい。この場合、メモリセル領域100でも、多結晶シリコン膜16は多結晶シリコン膜15のシリサイド部分と一体となる。
Here, in the
これ以降は、周知の不揮発性半導体記憶装置の製造工程により製造する。メモリセル領域100及び周辺回路領域200をシリコン酸化膜21で埋め込む。そして、コンタクトホール27を開口して、導体で埋め込むことによりコンタクトプラグ28を形成する。このコンタクトプラグ28に接続するように上層配線を形成してパッシベーション膜を堆積する。これにより、図4乃至図6に示す本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置を製造することができる。
Thereafter, the semiconductor device is manufactured by a known non-volatile semiconductor memory device manufacturing process. The
[第1の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の効果]
本実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリの製造方法の効果について、比較例の製造方法と比較して説明する。図18乃至図20は、比較例の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を説明する図である。比較例の不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、図11に示すシリコン窒化膜10を除去する工程までは上述の実施の形態と同様の工程を行う。比較例の不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、シリコン酸化膜21が多結晶シリコン膜15に対して、高い選択比となるような条件にてエッチバックを行う点において、第1の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の製造方法と異なる。
[Effect of Manufacturing Method of Nonvolatile Semiconductor Memory Device According to First Embodiment]
The effects of the manufacturing method of the NAND flash memory according to the present embodiment will be described in comparison with the manufacturing method of the comparative example. 18 to 20 are diagrams for explaining a method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device of a comparative example. In the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device of the comparative example, the same processes as those of the above-described embodiment are performed until the process of removing the
図18は、比較例の不揮発性半導体記憶装置の製造方法によりエッチバックを行った状態を示す図である。図18に示すように比較例の不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、シリコン酸化膜21の上面が多結晶シリコン膜15の上面よりも低くなるように形成する。すなわち、シリコン酸化膜21と多結晶シリコン膜15が凸型の形状となるように加工する点において図12と異なる。
FIG. 18 is a diagram showing a state in which etch back is performed by the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device of the comparative example. As shown in FIG. 18, in the manufacturing method of the nonvolatile semiconductor memory device of the comparative example, the upper surface of the
次に、図19に示すように、スパッタリング又はCVD法により多結晶シリコン膜15を覆うように金属膜20を堆積する。この金属膜20は、次のシリサイド工程で多結晶シリコン膜15へ金属を拡散させるために用いられる。B−B’線断面及びC−C’線断面に示すように、メモリセル領域100の金属膜20は多結晶シリコン膜15の上面及び側面の一部に接するように設けられている。
Next, as shown in FIG. 19, a
次に、図20に示すように、アニーリングにより多結晶シリコン膜15をシリサイド化する。この後、フッ酸処理を行い、金属膜20を剥離する。ここで、メモリセル領域100及び周辺回路領域200では、金属膜20は多結晶シリコン膜15の上面及び側面に接しており、それぞれの面から金属原子が拡散する。多結晶シリコン膜15に対して金属の接触している割合が多いため、シリサイドが多結晶シリコン膜15に伸びる量が大きく、多結晶シリコン膜15内に十分にシリサイドが形成される。
Next, as shown in FIG. 20, the
しかし、メモリセル領域100及び周辺回路領域200では、シリサイド化に伴い多結晶シリコン膜15が膨張する。比較例の製造方法の場合、多結晶シリコン膜15の横にシリコン酸化膜21が形成されていない。そのため、多結晶シリコン膜15がゲート長方向(図面横方向)に膨張する。特に、メモリセル領域100では、ゲート電極MGが膨張することにより隣接するゲート電極との間隔が狭くなり、ゲート間耐圧の悪化等、メモリセルトランジスタの性能の低下を招く。このように、比較例の不揮発性半導体記憶装置のシリサイド工程では、金属膜20と多結晶シリコン膜15の接触面積を増やすことにより十分なシリサイドが形成できたとしても、過剰にシリサイド化が進み、ゲート電極が膨張する。
However, in the
これに対し本実施の形態の製造方法では、多結晶シリコン膜15の上面が、シリコン酸化膜21の上面より低い状態でシリサイド工程が行われる。シリコン酸化膜21により、多結晶シリコン膜15がシリサイド化されても膨張することがなく、所望の形状の多結晶シリコン膜15を維持することができる。また、本実施の形態の製造方法のシリサイド工程では、多結晶シリコン膜15に加えて、多結晶シリコン膜16を堆積して、シリサイド化を行っている。この2回のシリサイド化により、メモリセル領域100及び周辺回路領域200のゲート電極MG、PG内には十分にシリサイドが形成され、低抵抗化される。本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を用いることにより、ゲート電極MG、PGの膨張を抑制しつつ、十分な量のシリサイドを形成することができ、メモリセルトランジスタMnと電界効果トランジスタTrの動作特性を向上させることが出来る。
In contrast, in the manufacturing method of the present embodiment, the silicide process is performed in a state where the upper surface of the
(第2の実施の形態)
[第2の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法]
次に、本発明の第2の実施の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、図21乃至図25を参照して説明する。第2の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置は、多結晶シリコン膜15の上にさらに堆積する多結晶シリコン膜16の形状が、第1の実施の形態と異なる。第2の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置のメモリセル領域100及び周辺回路領域200におけるその他の構成は、図1〜図6に示す上述の第1の実施の形態と同様である。第1の実施の形態と対応する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。
(Second Embodiment)
[Method of Manufacturing Nonvolatile Semiconductor Memory Device According to Second Embodiment]
Next, a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the nonvolatile semiconductor memory device of the second embodiment, the shape of the
以後の図において、図21〜図25は、メモリセル領域100に形成されるメモリセルトランジスタMn及び周辺回路領域200に形成される電界効果トランジスタTrの製造工程の断面図である。図21〜図25は、図2Bに示されるB−B’線の断面、及び図3に示されるC−C’線の断面を並べて示している。なお、説明を簡素化するため、B−B’線断面図では、選択ゲートトランジスタST1を省略して、メモリセルMnの部分のみを示す。
In the subsequent drawings, FIGS. 21 to 25 are cross-sectional views of the manufacturing process of the memory cell transistor Mn formed in the
本実施の形態の製造方法は、図14に示す多結晶シリコン膜15をシリサイド化する工程までは、第1の実施の形態と同様である。次に、図21に示すように、多結晶シリコン膜15及びシリコン酸化膜21の全面を覆うように多結晶シリコン膜16を成膜する。多結晶シリコン膜16は、後の工程を経てメモリセルトランジスタMnの制御ゲート電極又は電界効果トランジスタTrの上側ゲート電極の一部となる。本実施の形態の製造方法では、多結晶シリコン膜15及びシリコン酸化膜21の凹型形状を完全に埋め込むように、多結晶シリコン膜16を堆積する。すなわち、多結晶シリコン膜16は、上面のうち最も低い位置にある箇所でも、シリコン酸化膜21の上面より高くなるように形成される。
The manufacturing method of this embodiment is the same as that of the first embodiment until the step of siliciding the
次に、図22に示すように、シリコン酸化膜21をストッパーとしてCMPを行い、余分な多結晶シリコン膜16を除去する。その結果、多結晶シリコン膜16とシリコン酸化膜21との上面は平坦になる。
Next, as shown in FIG. 22, CMP is performed using the
次に、図23に示すように、多結晶シリコン膜16がシリコン酸化膜21に対して、高い選択比となるような条件にてエッチバックを行う。多結晶シリコン膜16の上面がシリコン酸化膜21の上面よりも低くなるように形成する。すなわち、シリコン酸化膜21と多結晶シリコン膜16が凹型の形状となるように加工する。ここで、周辺回路領域200において、多結晶シリコン膜16は多結晶シリコン膜15上の全面に設けられ、段差がない。
Next, as shown in FIG. 23, etch back is performed under conditions such that the
次に、図24に示すように、スパッタリング又はCVD法により多結晶シリコン膜16を覆うように金属膜20を堆積する。この金属膜20は、次のシリサイド工程で多結晶シリコン膜16へ金属を拡散させるために用いられる。B−B’線断面及びC−C’線断面に示すように、金属膜20は多結晶シリコン膜16の上面に接するように設けられている。
Next, as shown in FIG. 24, a
次に、図25に示すように、アニーリングにより多結晶シリコン膜16をシリサイド化する。ここで、メモリセル領域100及び周辺回路領域200では、シリサイド化に伴い多結晶シリコン膜16が膨張する。しかし、多結晶シリコン膜16の横にシリコン酸化膜21が形成されているため、多結晶シリコン膜16がゲート長方向(図面横方向)に膨張することを防ぐことができる。この後、フッ酸処理を行い、金属膜20を剥離する。金属膜20や多結晶シリコン膜16の膜厚、及びアニーリングの条件等を調整することにより、多結晶シリコン膜16は完全にシリサイド化され、多結晶シリコン膜15のシリサイド部分と一体とすることができる。
Next, as shown in FIG. 25, the
これ以降は、周知の不揮発性半導体記憶装置の製造工程により製造する。メモリセル領域100及び周辺回路領域200をシリコン酸化膜21で埋め込む。そして、コンタクトホール27を開口して、導体で埋め込むことによりコンタクトプラグ28を形成する。このコンタクトプラグ28に接続するように上層配線を形成してパッシベーション膜を堆積する。これにより、図4乃至図6に示す本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置を製造することができる。
Thereafter, the semiconductor device is manufactured by a known non-volatile semiconductor memory device manufacturing process. The
[第2の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の効果]
本実施の形態の製造方法では、周辺回路領域200に形成される多結晶シリコン膜16は、多結晶シリコン膜15上の全面に設けられ、段差がない。そのため、シリサイド化された後の周辺回路領域におけるゲート電極PGの上面も平坦なままとなっている。一方、図16及び図17に示す第1の実施の形態のゲート電極PGは、多結晶シリコン膜16に起因する段差がある。本実施の形態の製造方法によれば、シリサイド化されたゲート電極の上面を平坦に形成することができ、ゲート電極の動作特性を向上させることが出来る。
[Effect of Manufacturing Method of Nonvolatile Semiconductor Memory Device According to Second Embodiment]
In the manufacturing method of the present embodiment, the
また、本実施の形態の製造方法でも、多結晶シリコン膜15がシリサイド化されても膨張することがなく、所望の形状の多結晶シリコン膜15を維持することができる。そして、多結晶シリコン膜15及び多結晶シリコン膜16に対して2回のシリサイド化を行っている。この2回のシリサイド化により、メモリセル領域100及び周辺回路領域200のゲート電極MG、PG内には十分にシリサイドが形成され、低抵抗化される。本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を用いることにより、ゲート電極MG、PGの膨張を抑制しつつ、十分な量のシリサイドを形成することができ、メモリセルトランジスタMnと電界効果トランジスタTrの動作特性を向上させることが出来る。
In the manufacturing method of the present embodiment, the
(第3の実施の形態)
[第3の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法]
次に、本発明の第3の実施の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、図26乃至図29を参照して説明する。第3の実施の形態の製造方法は、シリサイド工程を1回しか行わない点において第1及び第2の実施の形態と異なる。第3の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置のメモリセル領域100及び周辺回路領域200におけるその他の構成は、図1〜図6に示す上述の第1の実施の形態と同様である。第1の実施の形態と対応する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。
(Third embodiment)
[Method of Manufacturing Nonvolatile Semiconductor Memory Device According to Third Embodiment]
Next, a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The manufacturing method according to the third embodiment is different from the first and second embodiments in that the silicide process is performed only once. Other configurations in the
以後の図において、図26〜図29は、メモリセル領域100に形成されるメモリセルトランジスタMn及び周辺回路領域200に形成される電界効果トランジスタTrの製造工程の断面図である。図26〜図29は、図2Bに示されるB−B’線の断面、及び図3に示されるC−C’線の断面を並べて示している。なお、説明を簡素化するため、B−B’線断面図では、選択ゲートトランジスタST1を省略して、メモリセルMnの部分のみを示す。
In the subsequent drawings, FIGS. 26 to 29 are cross-sectional views of the manufacturing process of the memory cell transistor Mn formed in the
本実施の形態の製造方法は、図12に示す多結晶シリコン膜15を形成する工程までは、第1の実施の形態と同様である。このとき、多結晶シリコン膜15の上面はシリコン酸化膜21の上面よりも低く、シリコン酸化膜21と多結晶シリコン膜15は凹型の形状となっている。
The manufacturing method of this embodiment is the same as that of the first embodiment until the step of forming the
次に、図26に示すように、多結晶シリコン膜15及びシリコン酸化膜21の全面を覆うように多結晶シリコン膜23を成膜する。多結晶シリコン膜23は、後の工程を経てメモリセルトランジスタMnの制御ゲート電極又は電界効果トランジスタTrの上側ゲート電極の一部となる。本実施の形態の製造方法では、メモリセル領域100に形成された多結晶シリコン膜15及びシリコン酸化膜21の凹型形状を埋め込まない程度の薄膜状に、多結晶シリコン膜23を堆積する。すなわち、多結晶シリコン膜23が堆積されたとしても、シリコン酸化膜21の間は埋め込まれず、多結晶シリコン膜15、23及びシリコン酸化膜21の凹型形状が残るように多結晶シリコン膜23を形成する。
Next, as shown in FIG. 26, a
次に、図27に示すように、多結晶シリコン膜23がシリコン酸化膜21に対して、高い選択比となるような条件にてエッチバックを行う。ここで、多結晶シリコン膜15の上面の多結晶シリコン膜23は除去され、多結晶シリコン膜15が露出する。多結晶シリコン膜23は、シリコン酸化膜21の側壁にのみ残存するように設けられる。
Next, as shown in FIG. 27, etch back is performed under conditions such that the
次に、図28に示すように、スパッタリング又はCVD法により多結晶シリコン膜15、23を覆うように金属膜20を堆積する。この金属膜20は、次のシリサイド工程で多結晶シリコン膜15、23へ金属を拡散させるために用いられる。B−B’線断面に示すように、金属膜20はメモリセル領域100において凹型形状の多結晶シリコン膜23を埋め込むように設けられる。
Next, as shown in FIG. 28, a
次に、図29に示すように、アニーリングにより多結晶シリコン膜15、23をシリサイド化する。この後、フッ酸処理を行い、金属膜20を剥離する。ここで、メモリセル領域100及び周辺回路領域200では、金属膜20は多結晶シリコン膜15の上面及び多結晶シリコン膜23の側面に接しており、それぞれの面から金属原子が拡散する。多結晶シリコン膜15、23に対する金属の割合が多いため、シリサイドが多結晶シリコン膜15、23に伸びる量が大きく、多結晶シリコン膜15、23内に十分にシリサイドが形成される。スパッタリング又はCVD法による金属膜20の堆積時に凹型形状のスペースを埋め込まずとも、シリサイド形成時にはシリサイドが凹型形状の内側へ膨張するため、シリサイド形成後に埋めきってしまうことが可能である。
Next, as shown in FIG. 29, the
また、メモリセル領域100及び周辺回路領域200では、シリサイド化に伴い多結晶シリコン膜15、23が膨張する。これにより、メモリセル領域100において、シリサイド化した多結晶シリコン膜23がシリコン酸化膜21の間を埋め込む。一方、シリコン酸化膜21が形成されているため、多結晶シリコン膜16がゲート長方向(図面横方向)に膨張することを防ぐことができる。金属膜20や多結晶シリコン膜23の厚さ、及びアニーリングの条件等を調整することにより、シリサイド化された多結晶シリコン膜23が完全にシリコン酸化膜21を埋め込み、多結晶シリコン膜15のシリサイド部分と一体とすることができる。なお、図29に示すようにシリサイド化された多結晶シリコン膜15の上面がシリコン酸化膜21の上面とそろうように、金属膜20や多結晶シリコン膜23の厚さ、及びアニーリングの条件等を調整することができる。
In the
これ以降は、周知の不揮発性半導体記憶装置の製造工程により製造する。メモリセル領域100及び周辺回路領域200をシリコン酸化膜21で埋め込む。そして、コンタクトホール27を開口して、導体で埋め込むことによりコンタクトプラグ28を形成する。このコンタクトプラグ28に接続するように上層配線を形成してパッシベーション膜を堆積する。これにより、図4乃至図6に示す本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置を製造することができる。
Thereafter, the semiconductor device is manufactured by a known non-volatile semiconductor memory device manufacturing process. The
[第3の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の効果]
本実施の形態の製造方法では、多結晶シリコン膜15、23をシリサイド化する工程は1回である。しかし、図28に示すように、金属膜20は多結晶シリコン膜15の上面及び多結晶シリコン膜23の側面に接しており、それぞれの面から金属原子が拡散する。1回のシリサイド化工程であっても、図12における多結晶シリコン膜15のエッチバック量を制御することにより、メモリセル領域100及び周辺回路領域200のゲート電極MG、PG内には十分にシリサイドが形成され、低抵抗化される。
[Effect of Manufacturing Method of Nonvolatile Semiconductor Memory Device According to Third Embodiment]
In the manufacturing method of the present embodiment, the step of siliciding the
また、本実施の形態の製造方法でも、多結晶シリコン膜15がシリサイド化されても膨張することがなく、所望の形状の多結晶シリコン膜15を維持することができる。本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を用いることにより、ゲート電極MG、PGの膨張を抑制しつつ、十分な量のシリサイドを形成することができ、メモリセルトランジスタMnと電界効果トランジスタTrの動作特性を向上させることが出来る。
In the manufacturing method of the present embodiment, the
[第3の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の他の例]
上述の第3の実施の形態の製造方法では、図29に示すように、周辺回路領域200のゲート電極PGは、多結晶シリコン膜16に起因する段差がある。すなわち、多結晶シリコン膜15のシリサイドされた領域は、その中央部分の上面が周辺部分の上面より低くなるように形成されている。これに対し、図30に示すように、シリサイド化を実行した後、多結晶シリコン膜15及びシリコン酸化膜21の全面を覆うように多結晶シリコン膜24を成膜することができる。多結晶シリコン膜24も、後の工程を経てメモリセルトランジスタMnの制御ゲート電極又は電界効果トランジスタTrの上側ゲート電極の一部となる。本実施の形態の製造方法では、多結晶シリコン膜15及びシリコン酸化膜21の凹型形状を完全に埋め込むように、多結晶シリコン膜24を堆積する。すなわち、多結晶シリコン膜24は、上面のうち最も低い位置にある箇所でも、シリコン酸化膜21の上面より高くなるように形成される。
[Another Example of Nonvolatile Semiconductor Memory Device According to Third Embodiment]
In the manufacturing method of the third embodiment described above, the gate electrode PG in the
次に、図31に示すように、シリコン酸化膜21をストッパーとしてCMPを行い、余分な多結晶シリコン膜16を除去する。その結果、多結晶シリコン膜16とシリコン酸化膜21との上面は平坦になる。
Next, as shown in FIG. 31, CMP is performed using the
これ以降は、周知の不揮発性半導体記憶装置の製造工程により製造する。メモリセル領域100及び周辺回路領域200をシリコン酸化膜21で埋め込む。そして、コンタクトホール27を開口して、導体で埋め込むことによりコンタクトプラグ28を形成する。このコンタクトプラグ28に接続するように上層配線を形成してパッシベーション膜を堆積する。これにより、図4乃至図6に示す本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置を製造することができる。
Thereafter, the semiconductor device is manufactured by a known non-volatile semiconductor memory device manufacturing process. The
本例の製造方法によれば、シリサイド化されたゲート電極の上面を平坦に形成することができ、ゲート電極の動作特性を向上させることが出来る。また、多結晶シリコン膜15、23に対して行われるシリサイド化は1回であるが、上述のように1回のシリサイド化によってもゲート電極MG、PG内には十分にシリサイドが形成され、低抵抗化される。本例の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を用いることにより、ゲート電極MG、PGの膨張を抑制しつつ、十分な量のシリサイドを形成することができ、メモリセルトランジスタMnと電界効果トランジスタTrの動作特性を向上させることが出来る。
According to the manufacturing method of this example, the upper surface of the silicided gate electrode can be formed flat, and the operating characteristics of the gate electrode can be improved. In addition, although the silicidation performed on the
なお、本実施の形態では、多結晶シリコン膜15、23及びシリコン酸化膜21の凹型形状が残るように多結晶シリコン膜23を形成する。このとき、多結晶シリコン膜23の膜厚は、以下のように調整する。図32乃至図34は、メモリセル領域100における多結晶シリコン膜23を堆積する条件を説明する図である。図32に示すように、多結晶シリコン膜23を形成する前には、多結晶シリコン膜15及びシリコン酸化膜21が凹型形状をしている。ここで、凹型形状の幅X、高さYとする。この場合、堆積する多結晶シリコン膜23が凹型形状を残すためには、多結晶シリコン膜23の厚さtを制御ゲート電極のゲート長方向の長さの2分の1より小さく(t<X/2)設定する必要がある(図33参照)。このように多結晶シリコン膜23の厚さtを設定すれば、堆積後の多結晶シリコン膜15、23及びシリコン酸化膜21には、幅sで示すような凹型形状が残る。なお、第1及び第2の実施の形態に示すように、多結晶シリコン膜16が凹型形状を埋め込む場合には、多結晶シリコン膜16の厚さtをt>X/2に設定すればよい(図34参照)。
In the present embodiment, the
また、第3の実施の形態において、1回のシリサイド工程にて所望のシリサイド量を形成するために、多結晶シリコン膜15のエッチバック時に高さYの大きさを調整することができる。高さYを大きく設定すれば、その後側壁に形成される多結晶シリコン膜23と金属膜20との接触面積が多くなり、シリサイドの形成量が多くなる。一方、高さYを小さく設定すれば、多結晶シリコン膜23と金属膜20との接触面積が少なくなり、シリサイドの形成量が少なくなる。
In the third embodiment, the height Y can be adjusted when the
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、追加、組み合わせ等が可能である。例えば、選択トランジスタST1、ST2の間に直列接続されるメモリセルトランジスタMnの数は複数であればよく、その数は16個に限定されるものではない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change, addition, a combination, etc. are possible in the range which does not deviate from the meaning of invention. For example, the number of memory cell transistors Mn connected in series between the select transistors ST1 and ST2 only needs to be plural, and the number is not limited to sixteen.
1・・・NANDセルユニット、 3・・・p型ウェル、 4・・・素子分離領域、 5、6・・・素子領域、 7・・・ゲート電極、 8・・・ソース/ドレイン領域、 9・・・コンタクトプラグ、 10・・・シリコン窒化膜、 11・・・素子分離絶縁膜、 12・・・トンネル絶縁膜、 13・・・多結晶シリコン膜、 14・・・電極間絶縁膜、 15、16・・・多結晶シリコン膜、 17・・・開口、 18、19・・・不純物拡散領域、 20・・・金属膜、 21、22・・・シリコン酸化膜、 23、24・・・多結晶シリコン膜、 27・・・コンタクトホール、 28・・・コンタクトプラグ、 29・・・ゲート絶縁膜、 30・・・不純物拡散領域、 31・・・接続配線、 Mn・・・メモリセルトランジスタ、 ST・・・選択ゲートトランジスタ、 WL・・・ワード線、 BL・・・ビット線、 SL・・・ソース線。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記制御ゲート電極及び前記上側ゲート電極の上面が露出するように、前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記制御ゲート電極及び前記上側ゲート電極の上面が前記層間絶縁膜の上面よりも低くなるようにエッチバックする工程と、
前記制御ゲート電極、前記上側ゲート電極、及び前記層間絶縁膜上の全面に第1の導電膜を形成する工程と、
前記制御ゲート電極及び前記上側ゲート電極上の前記層間絶縁膜の側壁に前記第1の導電膜が残存するように、前記第1の層間絶縁膜をエッチバックする工程と、
前記制御ゲート電極、前記上側ゲート電極、及び前記第1の導電膜上に金属を堆積してシリサイド化する工程とを備える
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 Forming a memory cell transistor having a floating gate electrode in a memory cell region on a semiconductor substrate, a first interelectrode insulating film on the floating gate electrode, and a control gate electrode on the first interelectrode insulating film; Forming a field effect transistor having a lower gate electrode in a peripheral circuit region on the substrate, a second interelectrode insulating film including an opening, and an upper gate electrode on the second interelectrode insulating film;
Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate such that the upper surfaces of the control gate electrode and the upper gate electrode are exposed;
Etching back so that the upper surfaces of the control gate electrode and the upper gate electrode are lower than the upper surface of the interlayer insulating film;
Forming a first conductive film on the entire surface of the control gate electrode, the upper gate electrode, and the interlayer insulating film;
Etching back the first interlayer insulating film such that the first conductive film remains on the sidewalls of the interlayer insulating film on the control gate electrode and the upper gate electrode;
A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising: depositing a metal on the control gate electrode, the upper gate electrode, and the first conductive film to form a silicide.
前記半導体基板上に第1のゲート絶縁膜を介して形成された浮遊ゲート電極と、前記浮遊ゲート電極上に配置される第1の電極間絶縁膜と、前記第1の電極間絶縁膜上に配置される制御ゲート電極とを有し、メモリセル領域に形成されたメモリセルトランジスタと、
前記半導体基板上に第2のゲート絶縁膜を介して形成された下側ゲート電極と、前記下側ゲート電極上に配置され、開口部を有する第2の電極間絶縁膜と、前記第2の電極間絶縁膜上に配置され、前記開口部を介して前記下側ゲート電極に電気的に接続される上側ゲート電極とを有し、周辺回路領域に形成された電界効果トランジスタとを備え、
前記制御ゲート電極及び前記上側ゲート電極は、その一部がシリサイド化されており、
前記上側ゲート電極のシリサイド化された領域は、その中央部分の上面が周辺部分の上面より低くなるように形成されている
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A semiconductor substrate;
A floating gate electrode formed on the semiconductor substrate via a first gate insulating film, a first inter-electrode insulating film disposed on the floating gate electrode, and the first inter-electrode insulating film A memory cell transistor having a control gate electrode disposed and formed in the memory cell region;
A lower gate electrode formed on the semiconductor substrate via a second gate insulating film; a second interelectrode insulating film disposed on the lower gate electrode and having an opening; and the second gate electrode A field effect transistor disposed on the interelectrode insulating film, having an upper gate electrode electrically connected to the lower gate electrode through the opening, and formed in a peripheral circuit region;
The control gate electrode and the upper gate electrode are partly silicided,
The non-volatile semiconductor memory device, wherein the silicided region of the upper gate electrode is formed such that the upper surface of the central portion is lower than the upper surface of the peripheral portion.
前記制御ゲート電極及び前記上側ゲート電極の上面が露出するように、前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記制御ゲート電極及び前記上側ゲート電極の上面が前記層間絶縁膜の上面よりも低くなるようにエッチバックする工程と、
前記制御ゲート電極及び前記上側ゲート電極上に金属を堆積してシリサイド化する工程と、
前記制御ゲート電極、前記上側ゲート電極、及び前記層間絶縁膜上の全面に第1の導電膜を形成する工程と、
前記第1の導電膜の上面が前記層間絶縁膜の上面よりも低くなるように、前記第1の導電膜をエッチバックする工程と、
前記制御ゲート電極、前記上側ゲート電極、及び前記第1の導電膜上に金属を堆積してシリサイド化する工程とを備える
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 Forming a memory cell transistor having a floating gate electrode in a memory cell region on a semiconductor substrate, a first interelectrode insulating film on the floating gate electrode, and a control gate electrode on the first interelectrode insulating film; Forming a field effect transistor having a lower gate electrode in a peripheral circuit region on the substrate, a second interelectrode insulating film including an opening, and an upper gate electrode on the second interelectrode insulating film;
Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate such that the upper surfaces of the control gate electrode and the upper gate electrode are exposed;
Etching back so that the upper surfaces of the control gate electrode and the upper gate electrode are lower than the upper surface of the interlayer insulating film;
Depositing metal on the control gate electrode and the upper gate electrode for silicidation;
Forming a first conductive film on the entire surface of the control gate electrode, the upper gate electrode, and the interlayer insulating film;
Etching back the first conductive film such that the upper surface of the first conductive film is lower than the upper surface of the interlayer insulating film;
A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising: depositing a metal on the control gate electrode, the upper gate electrode, and the first conductive film to form a silicide.
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JP2010207812A JP2012064754A (en) | 2010-09-16 | 2010-09-16 | Nonvolatile semiconductor storage device manufacturing method and nonvolatile semiconductor storage device |
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JP2014165457A (en) * | 2013-02-27 | 2014-09-08 | Toshiba Corp | Manufacturing method of nonvolatile semiconductor memory device |
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- 2010-09-16 JP JP2010207812A patent/JP2012064754A/en active Pending
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