JP2013069993A - Semiconductor storage device and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
【課題】メモリセルアレイおよび周辺回路の両方において、ワード線またはゲート電極を適切にシリサイド化することができる半導体記憶装置を提供する。
【解決手段】半導体記憶装置は、半導体基板、半導体基板の上方に設けられたフローティングゲートと、フローティングゲート上に設けられたゲート間絶縁膜と、ゲート間絶縁膜上に設けられたコントロールゲートとを含む複数のメモリセル、および、互いに電気的に接続されたフローティングゲートおよびコントロールゲートを含むゲート電極と、ゲート電極のうちフローティングゲートの側面を被覆する側壁膜と、ゲート電極のうちコントロールゲートの側面を被覆し側壁膜上に設けられたスペーサとを備えたトランジスタを含む周辺回路、を備え、メモリセルおよび周辺回路において、コントロールゲートの上部はシリサイド化されている。
【選択図】図3A semiconductor memory device capable of appropriately silicidating a word line or a gate electrode in both a memory cell array and a peripheral circuit is provided.
A semiconductor memory device includes a semiconductor substrate, a floating gate provided above the semiconductor substrate, an intergate insulating film provided on the floating gate, and a control gate provided on the intergate insulating film. A plurality of memory cells including a gate electrode including a floating gate and a control gate electrically connected to each other; a sidewall film covering a side surface of the floating gate of the gate electrode; and a side surface of the control gate of the gate electrode. A peripheral circuit including a transistor having a spacer and a spacer provided on the side wall film. In the memory cell and the peripheral circuit, the upper part of the control gate is silicided.
[Selection] Figure 3
Description
本発明の実施形態は、半導体記憶装置およびその製造方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a semiconductor memory device and a method for manufacturing the same.
電気的に書き換え可能で且つ高集積化が可能な不揮発性半導体記憶装置として、NAND型フラッシュEEPROMが知られている。NAND型フラッシュEEPROMのメモリセルトランジスタは、電荷を蓄積するフローティングゲートとフローティングゲートの電圧を制御するコントロールゲートとを含むスタックゲート構造を有している。 A NAND flash EEPROM is known as a nonvolatile semiconductor memory device that can be electrically rewritten and highly integrated. The memory cell transistor of the NAND flash EEPROM has a stack gate structure including a floating gate for accumulating charges and a control gate for controlling the voltage of the floating gate.
近年、メモリセルの高集積化に伴い、メモリセルアレイのパターンが微細化されている。メモリセルアレイの微細化が進むと、配線幅が狭くなり、配線抵抗が高くなる。これに対して、配線をシリサイド化させることによって、配線抵抗を低減させている。 In recent years, with the high integration of memory cells, the pattern of the memory cell array is miniaturized. As the memory cell array becomes finer, the wiring width becomes narrower and the wiring resistance increases. On the other hand, wiring resistance is reduced by siliciding the wiring.
メモリセルアレイのコントロールゲート(ワード線)および周辺回路のゲート電極をシリサイド化する際には、隣接するワード線間や隣接するゲート電極間に絶縁膜を充填する。その絶縁膜をエッチングバックすることによって、ワード線およびゲート電極の上部を露出させる。この露出されたワード線およびゲート電極上に金属膜を堆積し、ワード線およびゲート電極の上部をシリサイド化する。 When siliciding the control gate (word line) of the memory cell array and the gate electrode of the peripheral circuit, an insulating film is filled between adjacent word lines or between adjacent gate electrodes. The insulating film is etched back to expose the upper portions of the word line and the gate electrode. A metal film is deposited on the exposed word line and gate electrode, and the upper portions of the word line and gate electrode are silicided.
しかし、メモリセルアレイにおける隣接するワード線間の間隔は、周辺回路において隣接するゲート電極間の間隔に比べて狭い。従って、絶縁膜は、周辺回路の領域において深くエッチングされ、周辺回路のゲート電極はメモリセルアレイのワード線よりも大きく露出される。その結果、シリサイド化工程において、周辺回路のゲート電極に拡散する金属量は、メモリセルアレイのワード線に拡散する金属量よりも多くなり、周辺回路のゲート電極が過剰にシリサイド化されるおそれがある。 However, the interval between adjacent word lines in the memory cell array is narrower than the interval between adjacent gate electrodes in the peripheral circuit. Therefore, the insulating film is deeply etched in the peripheral circuit region, and the gate electrode of the peripheral circuit is exposed to be larger than the word line of the memory cell array. As a result, in the silicidation process, the amount of metal diffusing to the gate electrode of the peripheral circuit is larger than the amount of metal diffusing to the word line of the memory cell array, and the gate electrode of the peripheral circuit may be excessively silicided. .
周辺回路のゲート電極では、IPD(Inter Poly-Si Dielectric)膜の一部が除去され、フローティングゲートとコントロールゲートとが接続されている。このため、ゲート電極を過剰にシリサイド化すると、周辺回路では、金属がコントロールゲートだけでなくフローティングゲートおよびゲート絶縁膜にまで拡散する可能性がある。この場合、周辺回路の素子の特性が変化するという問題が生じる。例えば、周辺回路のトランジスタの閾値電圧が変化してしまう。 In the gate electrode of the peripheral circuit, a part of the IPD (Inter Poly-Si Dielectric) film is removed, and the floating gate and the control gate are connected. For this reason, if the gate electrode is silicided excessively, in the peripheral circuit, metal may diffuse not only to the control gate but also to the floating gate and the gate insulating film. In this case, there arises a problem that the characteristics of the elements of the peripheral circuit change. For example, the threshold voltage of the peripheral circuit transistor changes.
メモリセルアレイおよび周辺回路の両方において、ワード線またはゲート電極を適切にシリサイド化することができる半導体記憶装置を提供する。 Provided is a semiconductor memory device in which a word line or a gate electrode can be appropriately silicided in both a memory cell array and a peripheral circuit.
本実施形態による半導体記憶装置は、半導体基板、複数のメモリセルおよび周辺回路を備える。メモリセルは、半導体基板の上方に設けられたフローティングゲートと、フローティングゲート上に設けられたゲート間絶縁膜と、ゲート間絶縁膜上に設けられたコントロールゲートとを含む。周辺回路はトランジスタを含む。トランジスタは、互いに電気的に接続されたフローティングゲートおよびコントロールゲートを含むゲート電極と、ゲート電極のうちフローティングゲートの側面を被覆する側壁膜と、ゲート電極のうちコントロールゲートの側面を被覆し側壁膜上に設けられたスペーサとを備えた、を備え、メモリセルおよび周辺回路において、コントロールゲートの上部はシリサイド化されている。 The semiconductor memory device according to the present embodiment includes a semiconductor substrate, a plurality of memory cells, and a peripheral circuit. The memory cell includes a floating gate provided above the semiconductor substrate, an intergate insulating film provided on the floating gate, and a control gate provided on the intergate insulating film. The peripheral circuit includes a transistor. The transistor includes a gate electrode including a floating gate and a control gate that are electrically connected to each other, a sidewall film that covers a side surface of the floating gate of the gate electrode, and a sidewall film that covers a side surface of the control gate of the gate electrode. In the memory cell and the peripheral circuit, the upper part of the control gate is silicided.
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. This embodiment does not limit the present invention.
図1は、第1の実施形態に従ったNAND型フラッシュEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)1(以下、単にメモリ1ともいう)の構成図である。メモリ1は、メモリセルアレイMCAと、周辺回路PRIと、を備えている。メモリセルアレイMCAおよび周辺回路PERは、1チップ上に形成される。
FIG. 1 is a configuration diagram of a NAND flash EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) 1 (hereinafter also simply referred to as a memory 1) according to the first embodiment. The
メモリセルアレイMCAは、マトリクス状に二次元配置された複数のメモリセルMCを含む。周辺回路PRIは、メモリセルアレイMCAの周辺に形成され、メモリセルアレイMCAを制御する。周辺回路PRIは、例えば、ドライバ、デコーダ、バッファ、電源回路等を含み、複数の半導体素子(図示せず)を備える。 The memory cell array MCA includes a plurality of memory cells MC that are two-dimensionally arranged in a matrix. The peripheral circuit PRI is formed around the memory cell array MCA and controls the memory cell array MCA. The peripheral circuit PRI includes, for example, a driver, a decoder, a buffer, a power supply circuit, and the like, and includes a plurality of semiconductor elements (not shown).
図2は、第1の実施形態に従ったメモリセルアレイMCAの構成図である。メモリセルアレイは、複数のメモリブロックBLOCKを含む。図2には、或るブロックBLOCKi(iは整数)の構成を示す。ブロックBLOCKiは、データ消去の単位であり、各カラムのビット線BLに接続される複数のNANDストリングNS0〜NS5を含む。NANDストリングNS0〜NS5は、直列に接続された複数のメモリセルMCと、これらのメモリセルMCの両端に接続された選択ゲートトランジスタSGS、SGDとを備える。この例では、各NANDストリングNSにおいて5つのメモリセルMCが直列に接続されているが、通常、32個または64個のメモリセルMCが直列に接続されている。NANDストリングNS0〜NS5の一端は、対応するビット線BL0〜BL5に接続され、その他端は共通ソース線SLに接続されている。 FIG. 2 is a configuration diagram of the memory cell array MCA according to the first embodiment. The memory cell array includes a plurality of memory blocks BLOCK. FIG. 2 shows a configuration of a certain block BLOCKi (i is an integer). The block BLOCKi is a unit of data erasure and includes a plurality of NAND strings NS0 to NS5 connected to the bit line BL of each column. The NAND strings NS0 to NS5 include a plurality of memory cells MC connected in series, and select gate transistors SGS and SGD connected to both ends of these memory cells MC. In this example, five memory cells MC are connected in series in each NAND string NS, but usually 32 or 64 memory cells MC are connected in series. One ends of the NAND strings NS0 to NS5 are connected to the corresponding bit lines BL0 to BL5, and the other ends are connected to the common source line SL.
メモリセルMCのコントロールゲートCGは、そのメモリセルMCが属するページのワード線WL0〜WL4に接続されている。例えば、ページj(j=0〜4)に属するメモリセルMCのコントロールゲートは、ワード線WLjに接続されている。選択ゲートトランジスタSGD、SGSのゲートは、選択ゲート線SGL1またはSGL2に接続されている。ページは、データ読出しまたはデータ書込みの単位である。 The control gate CG of the memory cell MC is connected to the word lines WL0 to WL4 of the page to which the memory cell MC belongs. For example, the control gates of the memory cells MC belonging to the page j (j = 0 to 4) are connected to the word line WLj. The gates of the selection gate transistors SGD and SGS are connected to the selection gate line SGL1 or SGL2. A page is a unit of data reading or data writing.
複数のワード線WLは、ロウ方向に延伸しており、複数のビット線BLは、ロウ方向にほぼ直交するようにカラム方向に延伸している。 The plurality of word lines WL extend in the row direction, and the plurality of bit lines BL extend in the column direction so as to be substantially orthogonal to the row direction.
図2に示すように、メモリセルMCは、ワード線WLとアクティブエリア(本実施形態においてはビット線BLと平行な半導体基板10の表面部分)とによって構成される格子形状の交点に対応して設けられている。例えば、ワード線WL0〜WL4とビット線BL0〜BL5と平行なアクティブエリアによって構成される格子形状の交点は、5×6のマトリクス状に位置する。メモリセルMCは、これらの交点に対応するように5×6のマトリクス状に二次元配置されている。尚、本実施形態のブロックは、5×6(30個)のメモリセルMCを有するが、1ブロック内のメモリセルMCの個数は、これに限定されない。
As shown in FIG. 2, the memory cell MC corresponds to a lattice-shaped intersection formed by a word line WL and an active area (a surface portion of the
メモリセルMCは、フローティングゲートFGおよびコントロールゲートCGを有するn型FEF(Field-Effect Transistor)で構成されている。ワード線WLによってコントロールゲートCGに電圧を与えることで、フローティングゲートFGに電荷(電子)を注入し、あるいは、フローティングゲートFGから電荷(電子)を放出させる。これにより、メモリセルMCにデータを書き込み、あるいは、メモリセルMCのデータを消去する。メモリセルMCは、フローティングゲートFGに蓄積された電荷(電子)の量に応じた閾値電圧を有する。メモリセルMCは、閾値電圧の違いとして、二値データ(1ビット)あるいは多値データ(2ビット以上)を電気的に記憶することができる。 The memory cell MC is composed of an n-type FEF (Field-Effect Transistor) having a floating gate FG and a control gate CG. By applying a voltage to the control gate CG by the word line WL, charges (electrons) are injected into the floating gate FG, or charges (electrons) are discharged from the floating gate FG. As a result, data is written to the memory cell MC or data in the memory cell MC is erased. The memory cell MC has a threshold voltage corresponding to the amount of charges (electrons) accumulated in the floating gate FG. The memory cell MC can electrically store binary data (1 bit) or multi-value data (2 bits or more) as a difference in threshold voltage.
図3(A)および図3(B)は、メモリセルMC、選択トランジスタSG、および、周辺回路のトランジスタTrの構成を示す断面図である。図3は、カラム方向の断面を示す。 FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views illustrating the structures of the memory cell MC, the selection transistor SG, and the transistor Tr in the peripheral circuit. FIG. 3 shows a cross section in the column direction.
図3(A)に示すように、メモリセルアレイMCAにおいて、複数のメモリセルMCが半導体基板10上に設けられている。メモリセルMCは、半導体基板10上に設けられたトンネルゲート絶縁膜25と、トンネルゲート絶縁膜25上に設けられたフローティングゲートFGと、フローティングゲートFG上に設けられたゲート間絶縁膜IPD(Inter Poly Dielectric)と、ゲート間絶縁膜IPD上に設けられたコントロールゲートCGとを含む。
As shown in FIG. 3A, in the memory cell array MCA, a plurality of memory cells MC are provided on the
カラム方向に隣接する複数のメモリセルMCは、半導体基板10に形成された拡散層20を介して電気的に直列に接続されている。これにより、カラム方向に隣接する複数のメモリセルMCは、NANDストリングNS0〜NS5を構成する。
A plurality of memory cells MC adjacent in the column direction are electrically connected in series via a
フローティングゲートFGは、例えば、ポリシリコンを用いて形成されている。コントロールゲートCGは、その下部が例えば、ポリシリコンを用いて形成されており、その上部が例えば、シリサイドを用いて形成されている。即ち、コントロールゲートCGは、ポリシリコン層70およびシリサイド層71を含む。シリサイド層71は、例えば、ニッケルシリサイドを用いて形成されている。コントロールゲートCGは、ロウ方向に延伸しており、ワード線としても機能する。従って、各コントロールゲートCGは、ロウ方向に隣接する複数のメモリセルMCに共有されている。
The floating gate FG is formed using, for example, polysilicon. The lower portion of the control gate CG is formed using, for example, polysilicon, and the upper portion thereof is formed using, for example, silicide. That is, the control gate CG includes the
カラム方向に隣接する複数のメモリセルMCのフローティングゲートFG間およびコントロールゲートCG間には、側壁膜30が埋め込まれている。側壁膜30は、例えば、シリコン酸化膜等の絶縁膜を用いて形成されている。
A
MANDストリングの端のメモリセルMCは、拡散層20を介して選択ゲートトランジスタSGに接続されている。選択ゲートトランジスタSGは、トンネルゲート絶縁膜25と、ゲート絶縁膜26上に設けられたゲート電極Gとを備える。ゲート電極Gは、メモリセルMCと同様にフローティングゲートFG、ゲート間絶縁膜IPDおよびコントロールゲートCGを含む。しかし、ゲート間絶縁膜IPDの一部が除去されており、コントロールゲートCGとフローティングゲートFGとは、互いに電気的に接続されている。これにより、コントロールゲートCGおよびフローティングゲートFGは、1つのゲート電極Gとして機能する。選択ゲートトランジスタSGは、メモリセルMCを選択するときに、対応するNANDストリングNSをビット線BLに接続するために導通状態になるように構成されている。
The memory cell MC at the end of the MAND string is connected to the selection gate transistor SG via the
選択ゲートトランジスタSGのゲート電極GとメモリセルMCのフローティングゲートFGとの間、および、選択ゲートトランジスタSGのゲート電極GとメモリセルMCのコントロールゲートCGとの間には、側壁膜30が埋め込まれている。また、選択ゲートトランジスタSGのフローティングゲートFGのメモリセルMCと隣接する側とは反対側の側面にも、側壁膜30が設けられている。即ち、側壁膜30は、選択ゲートトランジスタSGのゲート電極GのうちフローティングゲートFGの側面を被覆する。側壁膜30は、例えば、シリコン酸化膜等の絶縁膜を用いて形成されている。
A
また、側壁膜30上にスペーサ51が設けられている。スペーサ51は、選択ゲートトランジスタSGのゲート電極GのうちコントロールゲートCGの側面を被覆している。また、スペーサ51は、選択ゲートトランジスタSGのコントロールゲートCGの側面のうちメモリセルMCと隣接する側とは反対側の側面に設けられ、メモリセルMC側の側面には設けられていない。スペーサ51は、例えば、シリコン窒化膜等の絶縁膜を用いて形成されている。
A
スペーサ51は、側壁膜30上において選択ゲートトランジスタSGのコントロールゲートCGの側面を被覆することによって、選択ゲートトランジスタSGのゲート電極Gが過剰にシリサイド化されることを抑制することができる。
The
選択ゲートトランジスタSGは、拡散層21を介してコンタクトプラグ90に接続されており、コンタクトプラグ90を介してビット線BLに電気的に接続されている。
The selection gate transistor SG is connected to the
側壁膜30の側面には、絶縁膜40、50が形成されている。絶縁膜40は、例えば、シリコン酸化膜を用いて形成されており、絶縁膜50は、例えば、シリコン窒化膜を用いて形成されている。さらに、絶縁膜50上に層間絶縁膜60、80が設けられている。層間絶縁膜60、80は、例えば、シリコン酸化膜を用いて形成されている。コンタクトプラグ90は、絶縁膜40、50および層間絶縁膜60、80を貫通して拡散層21に接触している。
Insulating
図3(B)に示すように、周辺回路においてトランジスタTrが半導体基板10上に設けられている。トランジスタTrは、トンネルゲート絶縁膜25よりも厚いゲート絶縁膜26と、ゲート絶縁膜26上に設けられたゲート電極Gとを備える。ゲート電極Gは、選択ゲートトランジスタSGと同様に、コントロールゲートCGおよびフローティングゲートFGによって構成されているが、ゲート間絶縁膜IPDの一部が除去されており、コントロールゲートCGとフローティングゲートFGとは、互いに電気的に接続されている。これにより、コントロールゲートCGおよびフローティングゲートFGは、1つのゲート電極Gとして機能する。
As shown in FIG. 3B, the transistor Tr is provided over the
ゲート電極Gの両側に拡散層22が設けられている。拡散層22は、ソースまたはドレインとして機能する。
Diffusion layers 22 are provided on both sides of the gate electrode G. The
側壁膜30は、トランジスタTrのフローティングゲートFGの両側の側面を被覆する。また、側壁膜30上にスペーサ51が設けられている。スペーサ51は、トランジスタTrのゲート電極GのうちコントロールゲートCGの側面を被覆している。
The
スペーサ51は、周辺回路PRIのトランジスタTrのコントロールゲートCGの側面を被覆することによって、トランジスタTrのゲート電極Gが過剰にシリサイド化されることを抑制することができる。
The
メモリセルMC、選択ゲートトランジスタSGおよび周辺回路PRIのトランジスタTrのそれぞれのコントロールゲートCGの上部は、シリサイド化されており、シリサイド層71を有する。選択ゲートトランジスタSGおよび周辺回路PRIのトランジスタTrにおいて、シリサイド層71は、フローティングゲートFGに達していない。従って、本実施形態では、選択ゲートトランジスタSGおよび周辺回路PRIの素子の特性は、適切に制御され得る。
The upper portions of the control gates CG of the memory cell MC, the select gate transistor SG, and the transistor Tr of the peripheral circuit PRI are silicided and have a
図4(A)から図10(B)は、第1の実施形態によるメモリ1の製造方法を示す断面図である。図4(A)から図10(B)において、(A)は、メモリセルアレイMCAの断面を示し、(B)は、周辺回路PRIのトランジスタTrの断面を示す。
4A to 10B are cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the
まず、熱酸化法を用いて半導体基板10上にトンネルゲート絶縁膜25およびゲート絶縁膜26を形成する。次に、ゲート絶縁膜25,26上にフローティングゲートFGの材料を堆積する。フローティングゲートFGの材料には、例えば、ポリシリコンを用いる。
First, the tunnel
素子分離STI(Shallow Trench Isolation)の形成後、フローティングゲートFGの材料上にゲート間絶縁膜IPDの材料を堆積する。ゲート間絶縁膜IPDの材料には、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜よりも誘電率の高いHigh−k膜を用いる。 After the formation of element isolation STI (Shallow Trench Isolation), the material of the intergate insulating film IPD is deposited on the material of the floating gate FG. As a material of the inter-gate insulating film IPD, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a high-k film having a dielectric constant higher than that of the silicon oxide film is used.
次に、周辺回路PRIにおいて、フローティングゲートFGにコントロールゲートCGを電気的に接続するために、ゲート間絶縁膜IPDの一部を除去する。 Next, in the peripheral circuit PRI, a part of the inter-gate insulating film IPD is removed in order to electrically connect the control gate CG to the floating gate FG.
次に、ゲート間絶縁膜IPDの材料上にコントロールゲートCGの材料を堆積する。コントロールゲートCGの材料には、例えば、ポリシリコンを用いる。 Next, a material for the control gate CG is deposited on the material for the inter-gate insulating film IPD. For example, polysilicon is used as the material of the control gate CG.
次に、コントロールゲートCGの材料、ゲート間絶縁膜IPDの材料およびフローティングゲートFGの材料を加工して、コントロールゲートCG、ゲート間絶縁膜IPDおよびフローティングゲートFGを形成する。このとき、コントロールゲートCGの材料上にハードマスクHMを堆積し、リソグラフィ技術およびRIE法を用いて、ハードマスクHMをパターニングする。このパターニングされたハードマスクHMを用いて、コントロールゲートCGの材料、ゲート間絶縁膜IPDの材料およびフローティングゲートFGの材料を加工すればよい。ハードマスクHMには、例えば、シリコン窒化膜等の絶縁膜を用いる。 Next, the control gate CG, the intergate insulating film IPD, and the floating gate FG are processed to form the control gate CG, the intergate insulating film IPD, and the floating gate FG. At this time, a hard mask HM is deposited on the material of the control gate CG, and the hard mask HM is patterned using a lithography technique and an RIE method. Using this patterned hard mask HM, the material of the control gate CG, the material of the intergate insulating film IPD, and the material of the floating gate FG may be processed. For the hard mask HM, for example, an insulating film such as a silicon nitride film is used.
次に、コントロールゲートCG等をマスクとして用いて、不純物を導入することによって、拡散層20、21、22を形成する。 Next, diffusion layers 20, 21, and 22 are formed by introducing impurities using the control gate CG or the like as a mask.
次に、隣接するフローティングゲートFG間、隣接するコントロールゲートCG間、および、半導体基板10上に側壁膜30の材料を堆積する。側壁膜30の材料には、例えば、シリコン酸化膜等の絶縁膜を用いる。
Next, the material of the
さらに、側壁膜30の材料をエッチングバックする。これによって、側壁膜30は、メモリセルアレイMCAにおいて隣接するメモリセルMC間を充填したまま、コントロールゲートCGの上面を露出させる。
Further, the material of the
周辺回路PRIでは、側壁膜30は、トランジスタTrのゲート電極GのうちフローティングゲートFGの側面に形成される。側壁膜30は、トランジスタTrのゲート電極GのうちコントロールゲートCGの下部側面を被覆する可能性もあるが、コントロールゲートCGの上部側面は被覆しない。従って、少なくともコントロールゲートCGの上部側面は、露出される。
In the peripheral circuit PRI, the
さらに、選択ゲートトランジスタSGにおいて、側壁膜30は、ゲート電極GのうちフローティングゲートFGの一方の側面に形成される。側壁膜30は、選択ゲートトランジスタSGのゲート電極GのうちコントロールゲートCGの下部側面を被覆する可能性もあるが、コントロールゲートCGの上部側面は被覆しない。従って、少なくともコントロールゲートCGの上部側面は、露出される。これにより、図4(A)および図4(B)に示す構造が得られる。
Further, in the select gate transistor SG, the
次に、図5(A)および図5(B)に示すように、絶縁膜40、50を側壁膜30およびコントロールゲートCG上に堆積する。絶縁膜40、50には、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の絶縁膜を用いる。さらに、層間絶縁膜60を絶縁膜50上に堆積する。層間絶縁膜60には、例えば、BPSG等のシリコン酸化膜を用いる。
Next, as shown in FIGS. 5A and 5B, insulating
次に、コントロールゲートCGの上面が露出されるまで、層間絶縁膜60、絶縁膜40、50をエッチングバックする。これにより、図6(A)および図6(B)に示す構造が得られる。通常、隣接するメモリセルMC間の間隔は、周辺回路PRIにおいて隣接する素子間の間隔よりも狭く、メモリセルアレイMCAのメモリセルMCの平面レイアウトの密度は、周辺回路PRIの素子の平面レイアウトの密度よりも高い。即ち、メモリセルアレイMCAと周辺回路PRIとでは、平面レイアウトにおいて粗密の差がある。この粗密の差によって、エッチングバックされる側壁膜30の量は、メモリセルアレイMCAと周辺回路PRIとで相違する。例えば、メモリセルアレイMCAの平面レイアウトの密度は比較的高いので、メモリセルMC間に充填された側壁膜30はあまりエッチングされない。一方、周辺回路PRIの平面レイアウトの密度は比較的に低いので、周辺回路PRIの素子間に充填された側壁膜30は多くエッチングされる。
Next, the
従って、図6(A)に示すように、メモリセルMC間に充填された側壁膜30はフローティングゲートFGおよびコントロールゲートCGの側面を被覆するように残置される。一方、図6(B)に示すように、周辺回路PRIでは、側壁膜30は、トランジスタTrのゲート電極GのうちフローティングゲートFGの側面には残るが、側壁膜30の上部はエッチングされてしまう。従って、周辺回路PRIにおけるトランジスタTrのゲート電極GのうちコントロールゲートCGの上部側面は露出されてしまう。
Therefore, as shown in FIG. 6A, the
また、図6(A)に示すように、選択ゲートトランジスタSGでは、側壁膜30は、コントロールゲートCGの側面のうちメモリセルMC側の側面F1には残置される。しかし、コントロールゲートCGの側面のうち隣接するメモリセルMC側とは反対側の側面F2において、側壁膜30の上部はエッチングされてしまうので、側壁膜30は、側面F2には残っていない。即ち、側壁膜30は、フローティングゲートFGのメモリセルMC側の側面には残置されるが、コントロールゲートCGのメモリセルMC側とは反対側の側面には残置されていない。従って、選択ゲートトランジスタSGでは、ゲート電極GのうちコントロールゲートCGのメモリセルMC側とは反対側の側面は露出されている。
As shown in FIG. 6A, in the select gate transistor SG, the
次に、図7(A)および図7(B)に示すように、コントロールゲートG、側壁膜30および層間絶縁膜60上にスペーサ51の材料を堆積する。このとき、露出されている周辺回路PRIのトランジスタTrおよび選択ゲートトランジスタSGのゲート電極Gの側面には、スペーサ51が縦方向に厚く形成されることになる。スペーサ51の材料には、例えば、シリコン窒化膜等の絶縁膜を用いる。
Next, as shown in FIGS. 7A and 7B, a material for the
次に、スペーサ51の材料を異方的にエッチングする。これによって、スペーサ51が、周辺回路PRIのトランジスタTrおよび選択ゲートトランジスタSGのゲート電極Gの側面に残置される。より詳細には、図8(A)に示すように、選択ゲートトランジスタSGでは、スペーサ51は、フローティングゲートFGの側面に形成された側壁膜30上に形成され、かつ、コントロールゲートCGのメモリセルMC側とは反対側の側面を被覆する。図8(B)に示すように、周辺回路PRIにおいて、スペーサ51は、トランジスタTrのフローティングゲートFGの側面に形成された側壁膜30上に形成され、かつ、トランジスタTrのコントロールゲートCGの側面を被覆する。これにより、メモリセルMC、選択ゲートトランジスタSGおよび周辺回路PRIのトランジスタTrにおいて、コントロールゲートCGまたはゲート電極Gは、ほぼ均一に露出される。
Next, the material of the
次に、図9(A)および図9(B)に示すように、コントロールゲートCG、側壁膜30およびスペーサ51上に金属膜65を堆積する。金属膜65には、例えば、ニッケル等を用いる。このとき、周辺回路PRIにおけるトランジスタTrのゲート電極Gの上部側面および選択ゲートトランジスタSGのゲートGの上部側面には、スペーサ51が形成されている。従って、周辺回路PRIのトランジスタTrおよび選択ゲートトランジスタSGにおいて、金属膜65は、ゲート電極GのコントロールゲートCGの上部を被覆し、コントロールゲートCGの下部側面には接触しない。
Next, as shown in FIGS. 9A and 9B, a
次に、熱処理を行うことによって、金属膜65によってコントロールゲートCGをシリサイド化する。これにより、図10(A)および図10(B)に示すように、コントロールゲートCGの上部にシリサイド層71が形成される。シリサイド層71の下には、ポリシリコン層70が残存している。
Next, the control gate CG is silicided by the
ここで、メモリセルアレイMCAにおいては、隣接するメモリセルMC間に側壁膜30が埋め込まれている。従って、シリサイド層71は、メモリセルMCのコントロールゲートCGの上部に形成され、その下部は、ポリシリコンのままである。
Here, in the memory cell array MCA, the
選択ゲートトランジスタSGにおいては、ゲート電極GのメモリセルMC側の側面は、側壁膜30によって被覆され、ゲート電極Gの隣接するメモリセルMC側とは反対側の側面は、側壁膜30およびスペーサ51によって被覆されている。従って、選択ゲートトランジスタSGにおいても、シリサイド層71は、選択ゲートトランジスタSGのゲート電極Gの上部に形成され、その下部はポリシリコン層70のままである。
In the select gate transistor SG, the side surface of the gate electrode G on the memory cell MC side is covered with the
周辺回路PRIのトランジスタTrにおいては、ゲート電極Gの側面は、側壁膜30およびスペーサ51によって被覆されている。従って、周辺回路PRIにおいても、シリサイド層71は、ゲート電極Gの上部に形成され、その下部はポリシリコン層70のままである。
In the transistor Tr of the peripheral circuit PRI, the side surface of the gate electrode G is covered with the
本実施形態によれば、シリサイド層71を形成する際に、側壁膜30およびスペーサ51が周辺回路PRIのトランジスタTrのゲート電極Gの側面および選択ゲートトランジスタSGのゲート電極Gの側面を被覆している。従って、周辺回路PRIおよび選択ゲートトランジスタSGにおいて、金属膜65がゲート電極Gの下方(フローティングゲートFGおよびゲート絶縁膜26)にまで拡散することを抑制し、ゲートGが過剰にシリサイド化されることを抑制できる。これにより、周辺回路PRIの素子の特性(例えば、トランジスタTrの閾値電圧)の変化を抑制することができる。
According to the present embodiment, when the
また、平面レイアウトにおいて、コントロールゲートCGまたはゲート電極Gの密度が半導体基板10上において相違していたとしても、側壁膜30およびスペーサ51の両方が設けられていることによって、メモリセルアレイMCAおよび周辺回路PRIにおいて、コントロールゲートCGまたはゲート電極Gの露出量をほぼ均一にすることができる。これにより、メモリセルアレイMCAおよび周辺回路PRIにおいて、シリサイド層71はほぼ均一の厚みに形成され得る。その結果、選択ゲートトランジスタSGおよび周辺回路PRIの素子の特性の制御が容易になる。
Further, in the planar layout, even if the density of the control gate CG or the gate electrode G is different on the
以上の実施形態は、NAND型フラッシュEEPROMについての実施形態であったが、本発明は、NOR型フラッシュEEPROMにも適用可能である。 The above embodiment is an embodiment of a NAND flash EEPROM, but the present invention can also be applied to a NOR flash EEPROM.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1・・・メモリ、MCA・・・メモリセルアレイ、PRI・・・周辺回路、MC・・・メモリセル、Tr・・・トランジスタ、SG・・・選択ゲートトランジスタ、10・・・半導体基板、20〜22・・・拡散層、25・・・トンネルゲート絶縁膜、26・・・ゲート絶縁膜、30、40、50・・・側壁膜、51・・・スペーサ、絶縁膜60、80・・・層間絶縁膜、70・・・ポリシリコン層、71・・・シリサイド層、90・・・コンタクトプラグ、FG・・・フローティングゲート(電荷蓄積層)、CG・・・コントロールゲート、IPD・・・ゲート間絶縁膜
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記半導体基板の上方に設けられた電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に設けられたゲート間絶縁膜と、前記ゲート間絶縁膜上に設けられたコントロールゲートとを含む複数のメモリセル、および、
互いに電気的に接続された前記電荷蓄積層および前記コントロールゲートを含むゲート電極と、前記ゲート電極のうち前記電荷蓄積層の側面を被覆する側壁膜と、前記ゲート電極のうち前記コントロールゲートの側面を被覆し前記側壁膜上に設けられたスペーサとを備えたトランジスタを含む周辺回路、を備え、
前記メモリセルおよび前記周辺回路において、前記コントロールゲートの上部はシリサイド化されており、
複数の前記メモリセルのうち或るメモリセルを選択するときに導通状態になる選択トランジスタをさらに備え、
該選択トランジスタは、互いに電気的に接続された前記電荷蓄積層および前記コントロールゲートを含むゲート電極と、前記ゲート電極のうち前記電荷蓄積層の側面を被覆する側壁膜と、前記ゲート電極のうち前記コントロールゲートの側面を被覆し前記側壁膜上に設けられたスペーサとを含み、
前記選択トランジスタの前記コントロールゲートの上部はシリサイド化されており、
前記スペーサは、前記選択トランジスタの前記コントロールゲートの側面のうち隣接する前記メモリセル側とは反対側の側面に設けられ、前記メモリセル側の側面には設けられておらず、
隣接する前記メモリセル間の間隔は、前記周辺回路において隣接する素子間の間隔よりも狭いことを特徴とする半導体記憶装置。 Semiconductor substrate,
A plurality of memory cells including a charge storage layer provided above the semiconductor substrate, an intergate insulating film provided on the charge storage layer, and a control gate provided on the intergate insulating film; ,
A gate electrode including the charge storage layer and the control gate electrically connected to each other; a sidewall film covering a side surface of the charge storage layer of the gate electrode; and a side surface of the control gate of the gate electrode. And a peripheral circuit including a transistor having a spacer and a spacer provided on the sidewall film,
In the memory cell and the peripheral circuit, the upper part of the control gate is silicided,
A select transistor that is turned on when a certain memory cell is selected from the plurality of memory cells;
The selection transistor includes a gate electrode including the charge storage layer and the control gate electrically connected to each other, a sidewall film covering a side surface of the charge storage layer of the gate electrode, and the gate electrode of the gate electrode. A spacer that covers the side surface of the control gate and is provided on the sidewall film,
The upper part of the control gate of the selection transistor is silicided,
The spacer is provided on the side surface opposite to the adjacent memory cell side among the side surfaces of the control gate of the selection transistor, and is not provided on the side surface on the memory cell side,
2. A semiconductor memory device, wherein an interval between adjacent memory cells is narrower than an interval between adjacent elements in the peripheral circuit.
前記半導体基板の上方に設けられた電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に設けられたゲート間絶縁膜と、前記ゲート間絶縁膜上に設けられたコントロールゲートとを含む複数のメモリセル、および、
互いに電気的に接続された前記電荷蓄積層および前記コントロールゲートを含むゲート電極と、前記ゲート電極のうち前記電荷蓄積層の側面を被覆する側壁膜と、前記ゲート電極のうち前記コントロールゲートの側面を被覆し前記側壁膜上に設けられたスペーサとを備えたトランジスタを含む周辺回路、を備え、
前記メモリセルおよび前記周辺回路において、前記コントロールゲートの上部はシリサイド化されていることを特徴とする半導体記憶装置。 Semiconductor substrate,
A plurality of memory cells including a charge storage layer provided above the semiconductor substrate, an intergate insulating film provided on the charge storage layer, and a control gate provided on the intergate insulating film; ,
A gate electrode including the charge storage layer and the control gate electrically connected to each other; a sidewall film covering a side surface of the charge storage layer of the gate electrode; and a side surface of the control gate of the gate electrode. And a peripheral circuit including a transistor having a spacer and a spacer provided on the sidewall film,
In the memory cell and the peripheral circuit, the upper part of the control gate is silicided.
該選択トランジスタは、互いに電気的に接続された前記電荷蓄積層および前記コントロールゲートを含むゲート電極と、前記ゲート電極のうち前記電荷蓄積層の側面を被覆する側壁膜と、前記ゲート電極のうち前記コントロールゲートの側面を被覆し前記側壁膜上に設けられたスペーサとを含み、
前記選択トランジスタの前記コントロールゲートの上部はシリサイド化されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体記憶装置。 A select transistor that is turned on when a certain memory cell is selected from the plurality of memory cells;
The selection transistor includes a gate electrode including the charge storage layer and the control gate electrically connected to each other, a sidewall film covering a side surface of the charge storage layer of the gate electrode, and the gate electrode of the gate electrode. A spacer that covers the side surface of the control gate and is provided on the sidewall film,
3. The semiconductor memory device according to claim 2, wherein an upper portion of the control gate of the selection transistor is silicided.
半導体基板上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に電荷蓄積層の材料を形成し、
前記電荷蓄積層の材料上にゲート間絶縁膜の材料を形成し、
前記ゲート間絶縁膜の材料上にコントロールゲートの材料を形成し、
前記コントロールゲートの材料、前記ゲート間絶縁膜の材料および前記電荷蓄積層の材料を加工して、前記コントロールゲート、前記ゲート間絶縁膜および前記電荷蓄積層を形成し、
前記メモリセルアレイにおいて隣接する前記メモリセル間を充填し、かつ、前記周辺回路において前記電荷蓄積層の側面を被覆する側壁膜を形成し、
前記周辺回路において、前記コントロールゲートの側面を被覆しかつ前記側壁膜上に設けられたスペーサを形成し、
前記コントロールゲート上に金属膜を堆積し、
前記メモリセルおよび前記周辺回路において、前記コントロールゲートをシリサイド化することを具備した半導体記憶装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor memory device comprising a memory cell array including a plurality of memory cells and a peripheral circuit provided around the memory cell array,
Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a charge storage layer material on the gate insulating film;
Forming a gate insulating film material on the charge storage layer material;
Forming a control gate material on the inter-gate insulating film material;
Processing the control gate material, the intergate insulating film material and the charge storage layer material to form the control gate, the intergate insulating film and the charge storage layer,
Forming a sidewall film that fills between adjacent memory cells in the memory cell array and covers the side surfaces of the charge storage layer in the peripheral circuit;
In the peripheral circuit, forming a spacer covering the side surface of the control gate and provided on the sidewall film,
Depositing a metal film on the control gate;
A method of manufacturing a semiconductor memory device, comprising: siliciding the control gate in the memory cell and the peripheral circuit.
前記側壁膜は、前記選択トランジスタの電荷蓄積層の側面を被覆し、
前記スペーサは、前記選択トランジスタのコントロールゲートの側面を被覆しかつ前記選択トランジスタの前記側壁膜上にも形成され、
前記コントロールゲートのシリサイド化の際に、前記選択トランジスタの前記コントロールゲートの上部もシリサイド化されることを特徴とする請求項6に記載の半導体記憶装置の製造方法。 The semiconductor memory device further includes a selection transistor that is turned on when a certain memory cell is selected from the plurality of memory cells.
The sidewall film covers a side surface of the charge storage layer of the selection transistor,
The spacer covers the side surface of the control gate of the selection transistor and is also formed on the sidewall film of the selection transistor,
7. The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 6, wherein when the control gate is silicided, the upper part of the control gate of the selection transistor is also silicided.
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|---|---|---|---|---|
| CN115881798A (en) * | 2023-01-29 | 2023-03-31 | 合肥新晶集成电路有限公司 | Semiconductor structure and preparation method thereof |
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