JP5063100B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特にフローティングゲートとコントロールゲートとを有する半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having a floating gate and a control gate.
半導体装置には、コントロールゲートおよびフローティングゲートを有するスタックゲート(Stacked Gate)を備えた不揮発性メモリがある。フローティングゲートは半導体基板上にトンネル酸化膜を介して設けられ、このフローティングゲート上に絶縁膜を介してコントロールゲートが設けられている。コントロールゲートは、たとえばWSi(タングステンシリサイド)層とポリシリコン(多結晶状態のシリコン)層とを有し、フローティングゲートは、たとえばポリシリコン層を有する。 2. Description of the Related Art A semiconductor device includes a non-volatile memory including a stacked gate having a control gate and a floating gate. The floating gate is provided on the semiconductor substrate via a tunnel oxide film, and a control gate is provided on the floating gate via an insulating film. The control gate has, for example, a WSi (tungsten silicide) layer and a polysilicon (polycrystalline silicon) layer, and the floating gate has, for example, a polysilicon layer.
スタックゲート構造の形成方法として、ドライエッチングとウェットエッチングとを組み合わせた方法が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。この方法によれば、まずドライエッチングによりスタックゲート構造のおおよそのパターニングが行なわれる。その後、ウェットエッチングにより、互いに隣り合うフローティングゲートの間に残存したポリシリコンが除去され、フローティングゲート間の短絡が防止される。
上記ウェットエッチングにおいては、互いに隣り合うフローティングゲートの間に残存したポリシリコンが除去されるだけでなく、スタックゲートの側壁もエッチングされる。このため、スタックゲートにおけるコントロールゲート部分の幅寸法が小さくなり、カップリング比Kが低下するという問題があった。 In the wet etching, not only the polysilicon remaining between adjacent floating gates is removed, but also the side walls of the stack gate are etched. For this reason, the width dimension of the control gate portion in the stack gate is reduced, and the coupling ratio K is reduced.
ここで、カップリング比Kとは、K=C2/(C1+C2)である。C1は半導体基板とフローティングゲートとの間の静電容量であり、C2はフローティングゲートとコントロールゲートとの間の静電容量である。コントロールゲートの電圧がVCGの場合、フローティングゲートの電圧はVFG=K・VCGとなる。よって、カップリング比が低下すると、フローティングゲート電圧VFGが低下する。この結果、コントロールゲートにより高い電圧を印加する必要が生じてしまう。 Here, the coupling ratio K is K = C 2 / (C 1 + C 2 ). C 1 is a capacitance between the semiconductor substrate and the floating gate, and C 2 is a capacitance between the floating gate and the control gate. When the control gate voltage is V CG , the floating gate voltage is V FG = K · V CG . Therefore, when the coupling ratio decreases, the floating gate voltage V FG decreases. As a result, it becomes necessary to apply a high voltage to the control gate.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、スタックゲートの側壁がエッチングされる際にカップリング比Kの低下を抑えることのできる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of suppressing a decrease in the coupling ratio K when the side wall of the stack gate is etched. And
本発明の一実施の形態によれば、半導体装置の製造方法であって、以下の工程を備えているものが提供される。 According to one embodiment of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method including the following steps.
まず、基板上に設けられた多結晶状態の第1シリコン層と、この第1シリコン層上に設けられた絶縁層と、この絶縁層上に設けられたアモルファス状態の第2シリコン層とを有する積層膜が形成される。この積層膜をパターニングして、第1シリコン層を有するフローティングゲートと、絶縁層を有するゲート間絶縁膜と、第2シリコン層を有するコントロールゲートとを含む積層体が形成される。多結晶シリコンのエッチング速度がアモルファスシリコンのエッチング速度よりも速いエッチング条件でこの積層体の側壁がエッチングされる。積層膜が形成される工程は、基板上にアモルファス状態で第1シリコン層を堆積する工程と、第1シリコン層をアモルファス状態から多結晶状態へと結晶化させる熱処理工程と、結晶化された第1シリコン層上にアモルファス状態で第2シリコン層を堆積する工程とを含む。 First, a first silicon layer in a polycrystalline state provided on the substrate, an insulating layer provided on the first silicon layer, and a second silicon layer in an amorphous state provided on the insulating layer A laminated film is formed. The laminated film is patterned to form a laminated body including a floating gate having a first silicon layer, an intergate insulating film having an insulating layer, and a control gate having a second silicon layer. The side walls of this laminate are etched under etching conditions in which the etching rate of polycrystalline silicon is faster than the etching rate of amorphous silicon. The laminated film is formed by depositing a first silicon layer in an amorphous state on a substrate, a heat treatment step for crystallizing the first silicon layer from an amorphous state to a polycrystalline state, and a crystallized first step. Depositing a second silicon layer in an amorphous state on one silicon layer.
本発明の他の実施の形態によれば、半導体装置の製造方法であって、以下の工程を備えているものが提供される。 According to another embodiment of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method comprising the following steps.
まず、基板上に設けられ、ドナーまたはアクセプターである不純物元素を含有する第1シリコン層と、この第1シリコン層上に設けられた絶縁層と、この絶縁層上に設けられ、第1シリコン層よりも不純物元素の含有濃度が高い第2シリコン層とを有する積層膜が形成される。この積層膜がパターニングされて、第1シリコン層を有するフローティングゲートと、絶縁層を有するゲート間絶縁膜と、第2シリコン層を有するコントロールゲートとを含む積層体が形成される。この積層体の側壁において、第1シリコン層の露出表面の酸化により第1シリコン酸化膜が形成され、かつ第2シリコン層の露出表面の酸化により第1シリコン酸化膜よりも厚い第2シリコン酸化膜が形成される。側壁において、第2シリコン層がシリコン酸化膜により被覆されており、かつ第1シリコン層が露出されるように側壁をエッチングする酸化シリコンエッチング工程が行なわれる。この酸化シリコンエッチング工程後に、シリコンのエッチング速度が酸化シリコンのエッチング速度よりも速いエッチング条件で側壁がエッチングされる。 First, a first silicon layer provided on a substrate and containing an impurity element which is a donor or an acceptor, an insulating layer provided on the first silicon layer, and a first silicon layer provided on the insulating layer A laminated film having a second silicon layer having a higher impurity element content concentration is formed. The laminated film is patterned to form a laminated body including a floating gate having a first silicon layer, an intergate insulating film having an insulating layer, and a control gate having a second silicon layer. A second silicon oxide film is formed on the sidewall of the stacked body by oxidizing the exposed surface of the first silicon layer, and thicker than the first silicon oxide film by oxidizing the exposed surface of the second silicon layer. Is formed. A silicon oxide etching process is performed in which the second silicon layer is covered with the silicon oxide film on the side wall, and the side wall is etched so that the first silicon layer is exposed. After this silicon oxide etching step, the sidewall is etched under etching conditions in which the etching rate of silicon is higher than the etching rate of silicon oxide.
本発明の一実施の形態によれば、多結晶状態の第1シリコン層を有するフローティングゲートと、アモルファス状態の第2シリコン層を有するコントロールゲートとを含む積層体の側壁がエッチングされる。このエッチングは、多結晶シリコンのエッチング速度がアモルファスシリコンのエッチング速度よりも速くなる条件で行なわれる。このため、積層体の側壁において、コントロールゲートの第2シリコン層部分よりもフローティングゲートの第1シリコン層部分を選択的にエッチングすることができる。これにより、カップリング比の低下を抑制することができる。 According to one embodiment of the present invention, the sidewall of the stacked body including the floating gate having the first silicon layer in the polycrystalline state and the control gate having the second silicon layer in the amorphous state is etched. This etching is performed under the condition that the etching rate of polycrystalline silicon is higher than the etching rate of amorphous silicon. Therefore, the first silicon layer portion of the floating gate can be selectively etched on the side wall of the stacked body rather than the second silicon layer portion of the control gate. Thereby, the fall of a coupling ratio can be suppressed.
本発明の他の実施の形態によれば、ドナーまたはアクセプターである不純物元素を含有している第1シリコン層を有するフローティングゲートと、第1シリコン層よりも高い濃度で不純物元素を含有している第2シリコン層を有するコントロールゲートとを含む積層体の側壁が酸化される。このため、積層体の側壁において、第2シリコン層の部分に、より厚くシリコン酸化膜が形成される。このようにシリコン酸化膜の厚み差が生じるため、積層体の側壁において、第2シリコン層がシリコン酸化膜により被覆されており、かつ第1シリコン層が露出されるように側壁をエッチングすることができる。この後に、シリコンのエッチング速度が酸化シリコンのエッチング速度よりも速いエッチング条件で側壁がエッチングされることにより、積層体の側壁において、コントロールゲートの部分よりもフローティングゲートの部分を選択的にエッチングすることができる。よって、カップリング比の低下を抑制することができる。 According to another embodiment of the present invention, a floating gate having a first silicon layer containing an impurity element that is a donor or an acceptor, and the impurity element is contained at a higher concentration than the first silicon layer. The sidewall of the stack including the control gate having the second silicon layer is oxidized. Therefore, a thicker silicon oxide film is formed in the second silicon layer portion on the side wall of the stacked body. Since the thickness difference of the silicon oxide film occurs in this way, the sidewall is etched so that the second silicon layer is covered with the silicon oxide film and the first silicon layer is exposed on the sidewall of the stacked body. it can. After this, the sidewall is etched under etching conditions in which the etching rate of silicon is higher than the etching rate of silicon oxide, so that the floating gate portion is selectively etched rather than the control gate portion on the sidewall of the stacked body. Can do. Therefore, a reduction in coupling ratio can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態について、半導体装置としてNAND型フラッシュメモリを例に挙げ、図に基づいて説明する。なお、本発明は、NAND型に限らず、AND型、OR型、NOR型、DINOR型などの他の型の半導体装置に適用できることは言うまでもない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, taking a NAND flash memory as an example of a semiconductor device. Needless to say, the present invention is not limited to the NAND type but can be applied to other types of semiconductor devices such as an AND type, an OR type, a NOR type, and a DINOR type.
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1における半導体装置の模式的回路構成を示す図である。図1を参照して、NAND型フラッシュメモリのメモリセルアレイ内においては、複数のメモリセルMCが行列状に配置されている。行方向(図中横方向)に並んだメモリセルMCの各々のコントロールゲートは、行方向に延びるワード線WLに接続されている。列方向(図中縦方向)に並んだ複数のメモリセルMCは直列に接続されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic circuit configuration of the semiconductor device according to the first embodiment. Referring to FIG. 1, a plurality of memory cells MC are arranged in a matrix in a memory cell array of a NAND flash memory. Each control gate of the memory cells MC arranged in the row direction (horizontal direction in the figure) is connected to a word line WL extending in the row direction. A plurality of memory cells MC arranged in the column direction (vertical direction in the figure) are connected in series.
直列に接続されたメモリセルMC群の一方の端部にはビット線側選択トランジスタSG1が、他方側にはソース線側選択トランジスタSG2がそれぞれ接続されている。ビット線側選択トランジスタSG1のソースはデータ線であるビット線BLに接続されており、ソース線側選択トランジスタSG2のソースは共通ソース線CSに接続されている。 The bit line side select transistor SG1 is connected to one end of the memory cell MC group connected in series, and the source line side select transistor SG2 is connected to the other side. The source of the bit line side select transistor SG1 is connected to the bit line BL which is a data line, and the source of the source line side select transistor SG2 is connected to the common source line CS.
行方向に並んだビット線側選択トランジスタSG1の各々のゲートは、行方向に延びるビット線側選択ゲート線BSGに接続されている。行方向に並んだソース線側選択トランジスタSG2の各々のゲートは、行方向に延びるソース線側選択ゲート線SSGに接続されている。 The gates of the bit line side select transistors SG1 arranged in the row direction are connected to a bit line side select gate line BSG extending in the row direction. Each gate of the source line side select transistors SG2 arranged in the row direction is connected to a source line side select gate line SSG extending in the row direction.
図2は本発明の実施の形態1における半導体装置のメモリセルアレイ内の平面レイアウトを示す概略平面図である。また図3は図2のIII−III線に沿う概略断面図であり、図4は図2のIV−IV線に沿う概略断面図である。 FIG. 2 is a schematic plan view showing a planar layout in the memory cell array of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 3 is a schematic sectional view taken along line III-III in FIG. 2, and FIG. 4 is a schematic sectional view taken along line IV-IV in FIG.
主に図2を参照して、p型のシリコン基板SBの表面に複数のメモリセルMCが行列状に配置形成されている。各メモリセルMCのコントロールゲートCGと一体化したワード線WL(図1)が行方向(図2の縦方向)に延在している。また各メモリセルMCのソース/ドレイン領域2が形成される活性領域は列方向(図2の横方向)に延在している。
Referring mainly to FIG. 2, a plurality of memory cells MC are arranged in a matrix on the surface of p-type silicon substrate SB. A word line WL (FIG. 1) integrated with the control gate CG of each memory cell MC extends in the row direction (vertical direction in FIG. 2). The active region in which the source /
主に図4を参照して、シリコン基板SBの表面には、溝1aが形成されており、その溝1a内が埋め込み絶縁層3により充填されている。この溝1aと埋め込み絶縁層3とによりSTI(Shallow Trench Isolation)が構成されている。このSTIによりシリコン基板SBの活性領域が取り囲まれている。
Referring mainly to FIG. 4, a
主に図3を参照して、複数のメモリセルMCの各々は、1対のn型のソース/ドレイン領域2と、ゲート絶縁層4と、フローティングゲートFGと、ゲート間絶縁膜GIと、コントロールゲートCGとを有している。1対のソース/ドレイン領域2は、活性領域の表面に互いに距離をおいて形成されている。フローティングゲートFGは、1対のソース/ドレイン領域2に挟まれた領域上にゲート絶縁層4を介して位置している。コントロールゲートCGは、フローティングゲートFG上にゲート間絶縁膜GIを介して形成されている。コントロールゲートCG上には無機膜6が形成されている。
Referring mainly to FIG. 3, each of the plurality of memory cells MC includes a pair of n-type source /
フローティングゲートFGは、多結晶状態のシリコンかならなる膜厚20nmの第1シリコン層S1pにより形成されている。このシリコンは、ドナーまたはアクセプタ―である不純物元素を含有している。 The floating gate FG is formed of a first silicon layer S1p having a thickness of 20 nm made of polycrystalline silicon. This silicon contains an impurity element which is a donor or an acceptor.
コントロールゲートCGは多層構造を有している。多層構造の下層側は、ドナーまたはアクセプタ―である不純物元素を含有する多結晶状態の第2シリコン層S2pであり、上層側はタングステンシリサイド層5である。
The control gate CG has a multilayer structure. The lower layer side of the multilayer structure is a polycrystalline second silicon layer S2p containing an impurity element which is a donor or acceptor, and the upper layer side is a
ゲート間絶縁膜GIは、膜厚10nmの酸窒化膜(ONO(Oxide-Nitride-Oxide)膜)などの絶縁層ILにより形成されている。 The inter-gate insulating film GI is formed of an insulating layer IL such as an oxynitride film (ONO (Oxide-Nitride-Oxide) film) having a thickness of 10 nm.
なお、フローティングゲートFGおよびコントロールゲートCGの最表面には、図3において図示されていない薄い酸化膜が形成されている。 A thin oxide film not shown in FIG. 3 is formed on the outermost surfaces of the floating gate FG and the control gate CG.
次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。
図5〜図18は、本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。図5(a)〜図18(a)は図3の破線部に対応する断面を示しており、図5(b)〜図18(b)は図2のIV−IV線に対応する断面を示している。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described.
5 to 18 are schematic cross-sectional views showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps. 5 (a) to 18 (a) show cross sections corresponding to the broken lines in FIG. 3, and FIGS. 5 (b) to 18 (b) show cross sections corresponding to the line IV-IV in FIG. Show.
図5(a)、(b)を参照して、p型のシリコン基板SBの表面に選択的に溝1aが形成された後、その溝1a内を埋め込むように埋め込み絶縁層3が形成される。この溝1aと埋め込み絶縁層3とにより、活性領域を分離するためのSTIが形成される。
Referring to FIGS. 5A and 5B, after the
図6(a)、(b)を参照して、シリコン基板SBの活性領域の表面に、ゲート絶縁層4としてたとえばシリコン酸化膜が熱酸化法により形成される。
6A and 6B, a silicon oxide film, for example, is formed as a
図7(a)、(b)を参照して、ゲート絶縁層4上に、燐(P)を2×1020atoms/cm3の濃度で含有するアモルファス状態の第1シリコン層S1aが20nmの膜厚で堆積される。なお、この堆積時にシリコン基板SBは520℃に加熱される。
7A and 7B, the amorphous first silicon layer S1a containing phosphorus (P) at a concentration of 2 × 10 20 atoms / cm 3 on the
主に図8(a)、(b)を参照して、このアモルファス状態の第1シリコン層S1aが、写真製版技術により形成されたフォトレジストのパターン(図示せず)をマスクとして選択的にエッチング除去される。これにより、アモルファス状態の第1シリコン層S1aがパターニングされ、フローティングゲートFGの行方向(図4の横方向)の長さが規定される。この後、フォトレジストのパターン(図示せず)が除去される。 Referring mainly to FIGS. 8A and 8B, the amorphous first silicon layer S1a is selectively etched using a photoresist pattern (not shown) formed by photolithography as a mask. Removed. As a result, the amorphous first silicon layer S1a is patterned, and the length of the floating gate FG in the row direction (lateral direction in FIG. 4) is defined. Thereafter, the photoresist pattern (not shown) is removed.
主に図9(a)、(b)を参照して、シリコン基板SBが1000℃に加熱される熱処理工程が行なわれる。これにより、アモルファス状態の第1シリコン層S1a(図8)が結晶化され、多結晶状態の第1シリコン層S1pに変化する。また、この熱処理工程の際、すなわちシリコン基板SBが1000℃に加熱されている間に、絶縁層ILとして酸窒化膜が10nmの膜厚で堆積される。 Referring mainly to FIGS. 9A and 9B, a heat treatment step is performed in which silicon substrate SB is heated to 1000 ° C. As a result, the amorphous first silicon layer S1a (FIG. 8) is crystallized and changed to the polycrystalline first silicon layer S1p. Further, during this heat treatment step, that is, while the silicon substrate SB is heated to 1000 ° C., an oxynitride film is deposited to a thickness of 10 nm as the insulating layer IL.
図10(a)、(b)を参照して、絶縁層IL上に、燐(P)を2×1020atoms/cm3の濃度で含有するアモルファス状態の第2シリコン層S2aが100nmの膜厚で堆積される。なお、この堆積時にシリコン基板SBは520℃に加熱される。 Referring to FIGS. 10A and 10B, the amorphous second silicon layer S2a containing phosphorus (P) at a concentration of 2 × 10 20 atoms / cm 3 is 100 nm on the insulating layer IL. Deposited in thickness. Note that the silicon substrate SB is heated to 520 ° C. during the deposition.
図11(a)、(b)を参照して、アモルファス状態の第2シリコン層S2a上に、タングステンシリサイド層5が100nmの膜厚で堆積される。なお、この堆積時にシリコン基板SBは550℃に加熱される。これにより、基板SB上に、多結晶状態の第1シリコン層S1pと、絶縁層ILと、アモルファス状態の第2シリコン層S2aと、タングステンシリサイド層5とを有する積層膜SFが形成される。続いて、積層膜SF上に、TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)酸化膜などの無機膜6が100nmの膜厚で堆積される。なお、この堆積時にシリコン基板SBは680℃に加熱される。
Referring to FIGS. 11A and 11B, a
図12(a)、(b)を参照して、無機膜6上に写真製版技術によりパターニングされたフォトレジスト7が形成される。続いて、このフォトレジスト7をマスクとして異方性ドライエッチングが行なわれ、無機膜6のパターニングが行なわれる。なお、エッチング後に残存したフォトレジスト7はアッシングにより除去される。
Referring to FIGS. 12A and 12B, a
図13(a)、(b)を参照して、上記パターニングにより無機膜6のパターンが形成される。続いて、この無機膜6をマスクとして積層膜SFの異方性ドライエッチングが行なわれる。
Referring to FIGS. 13A and 13B, the pattern of the
図14(a)、(b)を参照して、このドライエッチングにより、タングステンシリサイド層5、アモルファス状態の第2シリコン層S2a、絶縁層ILおよび多結晶状態の第1シリコン層S1pのパターニングが連続的に行なわれる。このパターニングにより、タングステンシリサイド層5およびアモルファス状態の第2シリコン層S2aを有するコントロールゲートCGが形成される。また、絶縁層ILからゲート間絶縁膜GIが形成される。また、第1シリコン層S1pからフローティングゲートFGが形成される。この結果、フローティングゲートFGと、ゲート間絶縁膜GIと、コントロールゲートCGとを含む積層体LBが形成される。
Referring to FIGS. 14A and 14B, patterning of the
なお、このドライエッチング直後の段階では、互いに隣り合うフローティングゲートFG間において、第1シリコン層S1pが完全にエッチングされなかったことにより残存している残存シリコンRSがあってもよい。 In the stage immediately after the dry etching, there may be residual silicon RS remaining between the floating gates FG adjacent to each other because the first silicon layer S1p is not completely etched.
続いて、アッシングが行なわれる。積層体LBの側壁は、アッシングにより形成された酸化物や、上記のドライエッチングの際に付着したポリマーなどからなる側壁付着物8が形成された状態となる。この側壁付着物8が、濃度0.3重量%のフッ化水素酸による30秒間の洗浄処理により除去される。
Subsequently, ashing is performed. The side wall of the stacked body LB is in a state in which a
図15(a)、(b)を参照して、上記の処理により積層体LBの側壁において、第1シリコン層S1pと、第2シリコン層S2aとが露出される。 Referring to FIGS. 15A and 15B, the first silicon layer S1p and the second silicon layer S2a are exposed on the side wall of the stacked body LB by the above processing.
主に図16(a)、(b)を参照して、積層体LBの側壁をウェットエッチングする側壁エッチング工程が行なわれる。エッチング条件としては、多結晶シリコンのエッチング速度がアモルファスシリコンのエッチング速度よりも速くなる条件が選択される。このため、アモルファスシリコンに対するエッチングの進行(図中矢印Ea)よりも、多結晶シリコンに対するエッチングの進行(図中矢印Ep)の方がより進行する。 Referring mainly to FIGS. 16A and 16B, a sidewall etching process is performed in which the sidewall of the stacked body LB is wet-etched. As an etching condition, a condition is selected in which the etching rate of polycrystalline silicon is higher than the etching rate of amorphous silicon. For this reason, the progress of etching for polycrystalline silicon (arrow Ep in the figure) proceeds more than the progress of etching for amorphous silicon (arrow Ea in the figure).
このウェットエッチングの結果、多結晶状態の第1シリコン層S1pの幅方向(図中横方向)の寸法が、アモルファス状態の第2シリコン層S2aの幅方向(図中横方向)の寸法よりも小さくなる。また、残存シリコンRS(図15)が除去される。 As a result of this wet etching, the dimension in the width direction (lateral direction in the figure) of the first silicon layer S1p in the polycrystalline state is smaller than the dimension in the width direction (lateral direction in the figure) of the second silicon layer S2a in the amorphous state. Become. Further, the remaining silicon RS (FIG. 15) is removed.
エッチング液としては、アンモニア水と、過酸化水素水と、純水との混合薬液(APM(Ammonia-Hydrogen Peroxide-Water Mixture))を用いることができる。アンモニア水と、過酸化水素水との混合比は、アンモニアによるエッチング作用が過酸化水素による酸化作用よりも強くなる状態(アンモニアリッチ)となるようにされる。たとえば、濃度29重量%のアンモニア水と、濃度30重量%の過酸化水素水と、純水とを、5:2:500で混合したエッチング液を用いて、70℃で10分間エッチングを行なうことができる。 As an etching solution, a mixed chemical solution (APM (Ammonia-Hydrogen Peroxide-Water Mixture)) of ammonia water, hydrogen peroxide water, and pure water can be used. The mixing ratio of the aqueous ammonia and the aqueous hydrogen peroxide is set so that the etching action by ammonia is stronger than the oxidizing action by hydrogen peroxide (ammonia rich). For example, etching is performed at 70 ° C. for 10 minutes using an etching solution in which ammonia water having a concentration of 29% by weight, hydrogen peroxide solution having a concentration of 30% by weight, and pure water are mixed at a ratio of 5: 2: 500. Can do.
図17(a)、(b)を参照して、イオン注入法等により、各フローティングゲートFGを挟むようにソース/ドレイン領域2が形成される。
Referring to FIGS. 17A and 17B, source /
主に図18(a)、(b)を参照して、たとえば1000℃のISSG(In Situ Steam Generation)により、フローティングゲートFGおよびコントロールゲートCGの側壁に酸化膜9が形成される。この際に、アモルファス状態の第2シリコン層S2a(図17)は高温のために結晶化され、多結晶状態の第2シリコン層S2pに変化する。これにより、半導体装置(図3および図4)が製造される。
Referring mainly to FIGS. 18A and 18B,
本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、図15に示すように、多結晶状態の第1シリコン層S1pを有するフローティングゲートFGと、アモルファス状態の第2シリコン層S2aを有するコントロールゲートCGとを有する積層体LBが形成される。このため、図16に示すように、多結晶状態のシリコンのエッチング(図中矢印Ep)の速度がアモルファス状態のシリコンのエッチング(図中矢印Ea)の速度よりも速くなるエッチング条件で積層体LBの側壁をエッチングすることにより、選択的なエッチングが可能となる。このエッチングにより、コントロールゲートCGの第2シリコン層S2a部分の幅方向(図16の横方向)寸法の減少を抑制しつつ、フローティングゲートFGの第1シリコン層S1p部分の幅方向(図16の横方向)寸法を小さくすることができる。このため、カップリング比Kの低下を抑制しながら、残存シリコンRS(図15)を除去することができる。 According to the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment, as shown in FIG. 15, the floating gate FG having the polycrystalline first silicon layer S1p and the control gate CG having the amorphous second silicon layer S2a. Is formed. Therefore, as shown in FIG. 16, the stacked body LB is etched under the etching conditions in which the etching speed of polycrystalline silicon (arrow Ep in the figure) is higher than the etching speed of amorphous silicon (arrow Ea in the figure). By etching the side walls of the film, selective etching can be performed. This etching suppresses the reduction in the width direction (lateral direction in FIG. 16) dimension of the second silicon layer S2a portion of the control gate CG, while suppressing the decrease in the width direction (lateral direction in FIG. (Direction) dimension can be reduced. For this reason, it is possible to remove the residual silicon RS (FIG. 15) while suppressing a decrease in the coupling ratio K.
また、積層体LBの側壁をエッチングすることにより、カップリング比Kの低下を抑制しながら、隣り合うフローティングゲートFGの間隔を広げることができる。よって、フローティングゲート電圧VFGの低下という副作用を伴わずに、隣り合うフローティングゲート同士が干渉し合うことによる不具合を防止することができる。なお、不具合の例としては、メモリの読み出し時におけるしきい値電圧Vthのシフトや、フローティングゲートFGからの誤った電子の引き抜き(隣接ワードディスターブ)などがある。 Further, by etching the side wall of the stacked body LB, it is possible to widen the interval between the adjacent floating gates FG while suppressing a decrease in the coupling ratio K. Therefore, it is possible to prevent a problem caused by the adjacent floating gates interfering with each other without the side effect of lowering the floating gate voltage V FG . Note that examples of defects include a shift of the threshold voltage Vth at the time of reading from the memory and erroneous extraction of electrons (adjacent word disturb) from the floating gate FG.
また、図7に示すように、フローティングゲートFGの少なくとも一部を構成するシリコン層は、まずアモルファス状態の第1シリコン層S1aとして堆積される。このため、多結晶状態のシリコンを堆積する場合に比して、堆積工程時のシリコン基板SBの温度を低くすることができる。 Further, as shown in FIG. 7, the silicon layer constituting at least a part of the floating gate FG is first deposited as an amorphous first silicon layer S1a. For this reason, the temperature of the silicon substrate SB during the deposition process can be lowered as compared with the case where polycrystalline silicon is deposited.
また、図9に示すように、熱処理によりアモルファス状態の第1シリコン層S1a(図8)が多結晶状態の第1シリコン層S1pに結晶化される際に、絶縁層ILが形成される。このため、絶縁層ILが高温状態で形成される必要がある場合に、シリコン基板SBの1回の昇温のみで、第1シリコン層S1aの熱処理と、絶縁層ILの形成とを行なうことができる。 As shown in FIG. 9, the insulating layer IL is formed when the amorphous first silicon layer S1a (FIG. 8) is crystallized into the polycrystalline first silicon layer S1p by heat treatment. For this reason, when the insulating layer IL needs to be formed at a high temperature, the heat treatment of the first silicon layer S1a and the formation of the insulating layer IL can be performed only by raising the temperature of the silicon substrate SB once. it can.
(実施の形態2)
本実施の形態は実施の形態1と比して製造方法において異なるが、半導体装置の構成(図1〜図4)においては同一である。このため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。以下に本実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。
(Embodiment 2)
Although the present embodiment differs from the first embodiment in the manufacturing method, the configuration of the semiconductor device (FIGS. 1 to 4) is the same. For this reason, the same code | symbol is attached | subjected about the same element and the description is abbreviate | omitted. A method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described below.
図19および図20は、本発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。図19(a)および図20(a)は図3の破線部に対応する断面を示しており、図19(b)および図20(b)は図2のIV−IV線に対応する断面を示している。 19 and 20 are schematic cross-sectional views showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention in the order of steps. 19 (a) and 20 (a) show a cross section corresponding to the broken line portion of FIG. 3, and FIGS. 19 (b) and 20 (b) show a cross section corresponding to the IV-IV line of FIG. Show.
図19(a)、(b)を参照して、ゲート絶縁層4上に、燐(P)を2×1020atoms/cm3の濃度で含有する多結晶状態の第1シリコン層S1pが20nmの膜厚で堆積される。なお、この堆積時にシリコン基板SBは1000℃に加熱される。
Referring to FIGS. 19A and 19B, the first silicon layer S1p in a polycrystalline state containing phosphorus (P) at a concentration of 2 × 10 20 atoms / cm 3 on the
主に図20(a)、(b)を参照して、この多結晶状態の第1シリコン層S1pが、写真製版技術により形成されたフォトレジストのパターン(図示せず)をマスクとして選択的にエッチング除去される。これにより、多結晶状態の第1シリコン層S1pがパターニングされ、フローティングゲートFGの行方向(図4の横方向)の長さが規定される。この後、フォトレジストのパターン(図示せず)が除去される。 Referring mainly to FIGS. 20A and 20B, the polycrystalline first silicon layer S1p is selectively formed using a photoresist pattern (not shown) formed by photolithography as a mask. Etched away. As a result, the polycrystalline first silicon layer S1p is patterned, and the length of the floating gate FG in the row direction (lateral direction in FIG. 4) is defined. Thereafter, the photoresist pattern (not shown) is removed.
これ以降の工程は、実施の形態1の半導体装置の製造方法における図9以降の工程と同様に行なわれるため、その説明を省略する。 Subsequent steps are performed in the same manner as the steps after FIG. 9 in the method of manufacturing the semiconductor device of the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、図19に示すように、アモルファス状態ではなく多結晶状態で第1シリコン層S1pが堆積される。よって、この後にアモルファス状態を多結晶状態に変化させるための熱処理を行なう必要がない。 According to the manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment, as shown in FIG. 19, the first silicon layer S1p is deposited not in the amorphous state but in the polycrystalline state. Therefore, it is not necessary to perform heat treatment for changing the amorphous state to the polycrystalline state thereafter.
(実施の形態3)
本実施の形態の半導体装置の平面レイアウトは、上述した実施の形態1の平面レイアウト(図2)と同様である。このため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
(Embodiment 3)
The planar layout of the semiconductor device of the present embodiment is the same as the planar layout (FIG. 2) of the first embodiment described above. For this reason, the same code | symbol is attached | subjected about the same element and the description is abbreviate | omitted.
図21および図22は、本発明の実施の形態3における半導体装置の概略断面図である。なお、図21および図22のそれぞれは、図2のIII−III線およびIV−IV線の各々に沿う位置に対応している。 21 and 22 are schematic cross-sectional views of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. Each of FIGS. 21 and 22 corresponds to a position along each of the III-III line and the IV-IV line in FIG. 2.
図21および図22を参照して、フローティングゲートFGは、膜厚20nmの多結晶状態の第1シリコン層SLpにより形成されている。このシリコンは、ドナーまたはアクセプタ―である不純物元素を含有している。 Referring to FIGS. 21 and 22, floating gate FG is formed of a first silicon layer SLp in a polycrystalline state having a thickness of 20 nm. This silicon contains an impurity element which is a donor or an acceptor.
コントロールゲートCGは多層構造を有している。多層構造の下層側は、多結晶状態の第2シリコン層SHpであり、上層側はタングステンシリサイド層5である。この第2シリコン層SHpは、上述した不純物元素を第1シリコン層SLpよりも高い濃度で含有している。
The control gate CG has a multilayer structure. The lower layer side of the multilayer structure is a polycrystalline second silicon layer SHp, and the upper layer side is a
以下に本実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。なお、実施の形態1の半導体装置の製造方法における図6の工程までは本実施の形態の半導体装置の製造方法においても同様に行なわれるため、その説明を省略する。 A method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described below. Since the process up to the step of FIG. 6 in the method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment is performed in the same manner in the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment, the description thereof is omitted.
図23〜図35は、本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。図23(a)〜図35(a)は図21の破線部に対応する断面を示しており、図23(b)〜図35(b)は図2のIV−IV線に対応する断面(図22に対応する断面)を示している。 23 to 35 are schematic cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention in the order of steps. 23 (a) to 35 (a) show cross sections corresponding to the broken lines in FIG. 21, and FIGS. 23 (b) to 35 (b) are cross sections corresponding to the line IV-IV in FIG. FIG. 22 shows a cross section corresponding to FIG.
図23(a)、(b)を参照して、ゲート絶縁層4上に、燐(P)を2×1020atoms/cm3の濃度で含有するアモルファス状態の第1シリコン層SLaが20nmの膜厚で堆積される。なお、この堆積時にシリコン基板SBは520℃に加熱される。
Referring to FIGS. 23A and 23B, the first silicon layer SLa in an amorphous state containing phosphorus (P) at a concentration of 2 × 10 20 atoms / cm 3 on the
主に図24(a)、(b)を参照して、このアモルファス状態の第1シリコン層SLaが、写真製版技術により形成されたフォトレジストのパターン(図示せず)をマスクとして選択的にエッチング除去される。これにより、アモルファス状態の第1シリコン層SLaがパターニングされ、フローティングゲートFGの行方向(図22の横方向)の長さが規定される。この後、フォトレジストのパターン(図示せず)が除去される。 Referring mainly to FIGS. 24A and 24B, the amorphous first silicon layer SLa is selectively etched using a photoresist pattern (not shown) formed by photolithography as a mask. Removed. As a result, the amorphous first silicon layer SLa is patterned, and the length of the floating gate FG in the row direction (lateral direction in FIG. 22) is defined. Thereafter, the photoresist pattern (not shown) is removed.
図25(a)、(b)を参照して、シリコン基板SBが1000℃に加熱される熱処理工程が行なわれる。これにより、アモルファス状態の第1シリコン層SLaが結晶化され、多結晶状態の第1シリコン層SLpに変化する。また、この熱処理工程の際、すなわちシリコン基板SBが1000℃に加熱されている間に、絶縁層ILとして酸窒化膜が10nmの膜厚で堆積される。 Referring to FIGS. 25A and 25B, a heat treatment step is performed in which silicon substrate SB is heated to 1000 ° C. Thereby, the first silicon layer SLa in the amorphous state is crystallized and changed to the first silicon layer SLp in the polycrystalline state. Further, during this heat treatment step, that is, while the silicon substrate SB is heated to 1000 ° C., an oxynitride film is deposited to a thickness of 10 nm as the insulating layer IL.
図26(a)、(b)を参照して、絶縁層IL上に、燐(P)を4×1020atoms/cm3の濃度で含有するアモルファス状態の第2シリコン層SHaが100nmの膜厚で堆積される。なお、この堆積時にシリコン基板SBは520℃に加熱される。 Referring to FIGS. 26A and 26B, a film having an amorphous second silicon layer SHa containing 100 nm of phosphorus (P) at a concentration of 4 × 10 20 atoms / cm 3 on insulating layer IL. Deposited in thickness. Note that the silicon substrate SB is heated to 520 ° C. during the deposition.
図27(a)、(b)を参照して、アモルファス状態の第2シリコン層SHa上に、タングステンシリサイド層5が100nmの膜厚で堆積される。なお、この堆積時にシリコン基板SBは550℃に加熱される。これにより、基板SB上に、ドナーまたはアクセプターである不純物元素を含有する第1シリコン層SLpと、絶縁層ILと、上記不純物元素を第1シリコン層SLpよりも高濃度に含有する第2シリコン層SHaと、タングステンシリサイド層5とを有する積層膜SF3が形成される。
Referring to FIGS. 27A and 27B, a
続いて、積層膜SF3上に、TEOS酸化膜などの無機膜6が100nmの膜厚で堆積される。なお、この堆積時にシリコン基板SBは680℃に加熱される。
Subsequently, an
図28(a)、(b)を参照して、窒素雰囲気にて、60秒間、温度1000℃の熱処理が行なわれる。これにより、TEOS酸化膜などの無機膜6の焼き締めが行なわれる。また、アモルファス状態の第2シリコン層SHaが結晶化され、多結晶状態の第2シリコン層SHpに変化する。この結果、第1および第2シリコン層SLp、SHpは、共に多結晶状態となる。
Referring to FIGS. 28A and 28B, heat treatment is performed at a temperature of 1000 ° C. for 60 seconds in a nitrogen atmosphere. Thereby, the
図29(a)、(b)を参照して、無機膜6上に写真製版技術によりパターニングされたフォトレジスト7が形成される。続いて、このフォトレジスト7をマスクとして異方性ドライエッチングが行なわれ、無機膜6のパターニングが行なわれる。なお、エッチング後に残存したフォトレジスト7はアッシングにより除去される。
Referring to FIGS. 29A and 29B, a
図30(a)、(b)を参照して、上記パターニングにより無機膜6のパターンが形成される。続いて、この無機膜6をマスクとして積層膜SF3の異方性ドライエッチングが行なわれる。
Referring to FIGS. 30A and 30B, the pattern of the
図31(a)、(b)を参照して、このドライエッチングにより、タングステンシリサイド層5、多結晶状態の第2シリコン層SHp、絶縁層ILおよび多結晶状態の第1シリコン層SLpのパターニングが連続的に行なわれる。このパターニングにより、タングステンシリサイド層5および第2シリコン層SHpを有するコントロールゲートCGが形成される。また、絶縁層ILからゲート間絶縁膜GIが形成される。また、第1シリコン層SLpからフローティングゲートFGが形成される。この結果、フローティングゲートFGと、ゲート間絶縁膜GIと、コントロールゲートCGとを含む積層体LBが形成される。
Referring to FIGS. 31A and 31B, patterning of
なお、このドライエッチング直後の段階では、互いに隣り合うフローティングゲートFG間において、第1シリコン層SLpが完全にエッチングされなかったことにより残存している残存シリコンRSがあってもよい。 In the stage immediately after this dry etching, there may be residual silicon RS remaining between the floating gates FG adjacent to each other because the first silicon layer SLp is not completely etched.
続いて、アッシングにより、積層体LBの側壁において、第1および第2シリコン層SLp、SHpの露出表面を酸化する酸化工程が行なわれる。これにより、積層体LBの側壁において、第1シリコン層SLpの表面に第1シリコン酸化膜OLが形成され、第2シリコン層SHpの表面に第2シリコン酸化膜OHが形成される。ここで、第2シリコン酸化膜OHの厚み方向(図中横方向)の寸法DHは、第1シリコン酸化膜OLの厚み方向(図中横方向)の寸法DLよりも大きい。これは、シリコンに含有されるドナーまたはアクセプターである不純物元素の濃度が、第2シリコン層SHpにおいて第1シリコン層SLpよりも高いためである。 Subsequently, an oxidization process for oxidizing the exposed surfaces of the first and second silicon layers SLp and SHp is performed on the sidewalls of the stacked body LB by ashing. Thereby, on the side wall of the stacked body LB, the first silicon oxide film OL is formed on the surface of the first silicon layer SLp, and the second silicon oxide film OH is formed on the surface of the second silicon layer SHp. Here, the dimension DH in the thickness direction (lateral direction in the figure) of the second silicon oxide film OH is larger than the dimension DL in the thickness direction (lateral direction in the figure) of the first silicon oxide film OL. This is because the concentration of the impurity element which is a donor or acceptor contained in silicon is higher in the second silicon layer SHp than in the first silicon layer SLp.
続いて、第2シリコン酸化膜OHの一部と、第1シリコン酸化膜OLとの除去を行なうための酸化シリコンエッチング工程が行なわれる。この工程により、積層体LBの側壁において、シリコン酸化膜が厚み寸法DL以上かつ厚み寸法DH未満だけエッチングされる。 Subsequently, a silicon oxide etching step for removing a part of the second silicon oxide film OH and the first silicon oxide film OL is performed. By this step, the silicon oxide film is etched by not less than the thickness dimension DL and less than the thickness dimension DH on the side wall of the stacked body LB.
エッチング条件としては、たとえば、濃度0.3重量%のフッ化水素酸による10秒間のウェットエッチングとすることができる。フッ化水素酸以外に、フッ化アンモニウム水溶液を用いることもできる。 As an etching condition, for example, wet etching for 10 seconds with a hydrofluoric acid having a concentration of 0.3% by weight can be performed. In addition to hydrofluoric acid, an aqueous ammonium fluoride solution can also be used.
図32(a)、(b)を参照して、上記エッチングの結果、積層体LBの側壁において、第2シリコン層SHpが第2シリコン酸化膜OHにより被覆されており、かつ第1シリコン層SLpが露出された状態とされる。 Referring to FIGS. 32A and 32B, as a result of the etching, the second silicon layer SHp is covered with the second silicon oxide film OH on the side wall of the stacked body LB, and the first silicon layer SLp is formed. Is exposed.
続いて、シリコンのエッチング速度が酸化シリコンのエッチング速度よりも速いエッチング条件で積層体LBの側壁をウェットエッチングするシリコンエッチング工程が行なわれる。エッチング液としては、OH基を有するアルカリを含むものを用いることができる。具体的には、アンモニア、TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydroxide)、水酸化カリウムなどを用いることができる。 Subsequently, a silicon etching process is performed in which the sidewalls of the stacked body LB are wet-etched under etching conditions in which the etching rate of silicon is higher than the etching rate of silicon oxide. As the etchant, an etchant containing an alkali having an OH group can be used. Specifically, ammonia, TMAH (Tetra Methyl Ammonium Hydroxide), potassium hydroxide, or the like can be used.
また、エッチング時のシリコンの面荒れ(エッチングムラ)を抑制するためには、エッチングング液に酸化剤(シリコンに対して酸化力のある水溶液)が添加される。酸化剤としては、過酸化水素水、オゾン水などを用いることができる。ただし、酸化剤による酸化作用がアルカリによるシリコンのエッチング作用よりも強くならない範囲の添加量とする。 Further, in order to suppress the surface roughness (etching unevenness) of silicon during etching, an oxidizing agent (an aqueous solution having an oxidizing power with respect to silicon) is added to the etching solution. As the oxidizing agent, hydrogen peroxide water, ozone water, or the like can be used. However, the addition amount is within a range where the oxidizing action by the oxidizing agent does not become stronger than the etching action of silicon by the alkali.
具体的には、濃度29重量%のアンモニア水と、濃度30重量%の過酸化水素水と、純水とを、5:2:500で混合したアンモニアリッチのAPMを用いた、70℃、10分間のウェットエッチングにより、シリコンエッチング工程を行なうことができる。 Specifically, ammonia water having a concentration of 29% by weight, hydrogen peroxide solution having a concentration of 30% by weight, and pure water mixed at 5: 2: 500 at 70 ° C., 10 ° C. The silicon etching process can be performed by wet etching for a minute.
図33(a)、(b)を参照して、このエッチングの結果、第1シリコン層SLpの幅方向(図中横方向)の寸法が、第2シリコン層SHpの幅方向(図中横方向)の寸法よりも小さくなる。また、残存シリコンRS(図15)が除去される。 Referring to FIGS. 33A and 33B, as a result of this etching, the width direction of the first silicon layer SLp (lateral direction in the figure) is the same as the width direction of the second silicon layer SHp (lateral direction in the figure). ) Is smaller than the dimension. Further, the remaining silicon RS (FIG. 15) is removed.
図34(a)、(b)を参照して、イオン注入法等により、各フローティングゲートFGを挟むようにソース/ドレイン領域2が形成される。
Referring to FIGS. 34A and 34B, source /
図35(a)、(b)を参照して、たとえば1000℃のISSGにより、フローティングゲートFGおよびコントロールゲートCGの側壁に酸化膜9が形成される。これにより、図21および図22に示す半導体装置が製造される。
Referring to FIGS. 35A and 35B,
なお、上記製造方法においては、燐(P)を含有する状態で、第1シリコン層SLa(図23)および第2シリコン層SHa(図26)が堆積される。この代わりに、堆積後のイオン注入によりシリコンに燐(P)を含有させてもよい。また、この堆積時の基板SBの温度をより高くすることにより、アモルファス状態ではなく、多結晶状態でシリコンを堆積させてもよい。 In the above manufacturing method, the first silicon layer SLa (FIG. 23) and the second silicon layer SHa (FIG. 26) are deposited in a state containing phosphorus (P). Instead, phosphorus (P) may be contained in silicon by ion implantation after deposition. Further, by increasing the temperature of the substrate SB during the deposition, silicon may be deposited in a polycrystalline state instead of an amorphous state.
また、不純物元素としては、燐(P)以外のシリコンに対するドナーまたはアクセプタ―(ボロン(B)や砒素(As)など)を用いることもできる。 As the impurity element, a donor or acceptor (boron (B), arsenic (As), or the like) for silicon other than phosphorus (P) can be used.
また、積層体LBの側壁において、第1および第2シリコン層SLp、SHpの露出表面を酸化する酸化工程はアッシングによるものに限定されるものではない。たとえば、酸素が溶けた水溶液、オゾン水、過酸化水素水などを用いて酸化工程を行なうこともできる。あるいは、大気中や酸素雰囲気中での放置により、酸化工程を行なうこともできる。 In addition, the oxidation process for oxidizing the exposed surfaces of the first and second silicon layers SLp and SHp on the side wall of the stacked body LB is not limited to that by ashing. For example, the oxidation process can be performed using an aqueous solution in which oxygen is dissolved, ozone water, hydrogen peroxide water, or the like. Alternatively, the oxidation step can be performed by leaving in the air or an oxygen atmosphere.
本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、図31に示すように、不純物元素を含有した第1シリコン層SLpを有するフローティングゲートFGと、より高濃度の不純物元素を含有した第2シリコン層SHpを有するコントロールゲートCGとが形成される。このため、積層体LBの側壁の第2シリコン層SHp部分は第1シリコン層部分SLp部分よりも酸化が進行しやすくなる。この結果、第2シリコン層SHp部分に形成される第2シリコン酸化膜OHの厚み寸法DHが、第1シリコン層SLp部分に形成される第1シリコン酸化膜OLの厚み寸法DLよりも大きくなる。このため、酸化シリコンを厚み寸法DL以上DH未満だけ除去するウェットエッチングにより、積層体LBの側壁において、第2シリコン層SHpが第2シリコン酸化膜OHにより被覆され、かつ第1シリコン層SLpが露出された状態とすることができる。 According to the manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment, as shown in FIG. 31, the floating gate FG having the first silicon layer SLp containing the impurity element and the second silicon containing the impurity element having a higher concentration. A control gate CG having the layer SHp is formed. For this reason, the second silicon layer SHp portion on the side wall of the stacked body LB is more easily oxidized than the first silicon layer portion SLp portion. As a result, the thickness dimension DH of the second silicon oxide film OH formed in the second silicon layer SHp part becomes larger than the thickness dimension DL of the first silicon oxide film OL formed in the first silicon layer SLp part. For this reason, the second silicon layer SHp is covered with the second silicon oxide film OH and the first silicon layer SLp is exposed on the sidewall of the stacked body LB by wet etching that removes silicon oxide by a thickness dimension DL or more and less than DH. It can be made the state.
この後、シリコンのエッチング速度が酸化シリコンのエッチング速度よりも速いエッチング条件で積層体LBの側壁がエッチングされることにより、第1シリコン層SLp部分に比して第2シリコン層SHp部分がエッチングされることを抑制することができる。よって、図33に示すように、コントロールゲートCGの第2シリコン層SHp部分の幅方向(図中横方向)寸法の減少を抑制しつつ、フローティングゲートFGの第1シリコン層SLp部分の幅方向(図中横方向)寸法を小さくすることができる。このため、カップリング比Kの低下を抑制しながら、残存シリコンRS(図32)を除去することができる。 Thereafter, the sidewall of the stacked body LB is etched under an etching condition in which the etching rate of silicon is higher than the etching rate of silicon oxide, so that the second silicon layer SHp portion is etched as compared with the first silicon layer SLp portion. Can be suppressed. Therefore, as shown in FIG. 33, the width direction of the first silicon layer SLp portion of the floating gate FG is suppressed while suppressing the reduction in the width direction (lateral direction in the drawing) dimension of the second silicon layer SHp portion of the control gate CG. The horizontal dimension in the figure can be reduced. For this reason, it is possible to remove the remaining silicon RS (FIG. 32) while suppressing a decrease in the coupling ratio K.
また、積層体LBの側壁をエッチングすることにより、実施の形態1と同様、カップリング比Kの低下を抑制しながら隣り合うフローティングゲートFGの間隔を広げることができる。 Further, by etching the side wall of the stacked body LB, the gap between the adjacent floating gates FG can be widened while suppressing the decrease in the coupling ratio K as in the first embodiment.
なお、酸化シリコンエッチング工程(図31から図32への工程)において、エッチング液にフッ化水素酸またはフッ化アンモニウムを含むエッチング液が用いられることにより、酸化シリコンのエッチングを行なうことができる。 Note that in the silicon oxide etching step (steps from FIG. 31 to FIG. 32), silicon oxide can be etched by using an etchant containing hydrofluoric acid or ammonium fluoride as an etchant.
また、シリコンエッチング工程(図32から図33への工程)において、アルカリ水溶液および酸化剤水溶液を含むエッチング液が用いられることにより、ムラの少ないシリコンのエッチングを行なうことができる。 Further, in the silicon etching step (steps from FIG. 32 to FIG. 33), the etching solution containing an alkaline aqueous solution and an oxidizing agent aqueous solution is used, so that silicon can be etched with little unevenness.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明は、フローティングゲートとコントロールゲートとを有する半導体装置の製造方法に特に有利に適用できる。 The present invention can be applied particularly advantageously to a method of manufacturing a semiconductor device having a floating gate and a control gate.
FG フローティングゲート、GI ゲート間絶縁膜、CG コントロールゲート、IL 絶縁層、LB 積層体、S1p 多結晶状態の第1シリコン層、S2a アモルファス状態の第2シリコン層、SB 基板。 FG floating gate, GI inter-gate insulating film, CG control gate, IL insulating layer, LB stack, S1p polycrystalline first silicon layer, S2a amorphous second silicon layer, SB substrate.
Claims (5)
前記積層膜をパターニングして、前記第1シリコン層を有するフローティングゲートと、前記絶縁層を有するゲート間絶縁膜と、前記第2シリコン層を有するコントロールゲートとを含む積層体を形成する工程と、
多結晶シリコンのエッチング速度がアモルファスシリコンのエッチング速度よりも速いエッチング条件で前記積層体の側壁をエッチングする側壁エッチング工程とを備え、
前記積層工程が、
前記基板上にアモルファス状態で前記第1シリコン層を堆積する工程と、
前記第1シリコン層をアモルファス状態から多結晶状態へと結晶化させる熱処理工程と、
前記結晶化された前記第1シリコン層上にアモルファス状態で前記第2シリコン層を堆積する工程とを含む、半導体装置の製造方法。 A laminated film having a polycrystalline first silicon layer provided on a substrate, an insulating layer provided on the first silicon layer, and an amorphous second silicon layer provided on the insulating layer Laminating process to form,
Patterning the laminated film to form a laminated body including a floating gate having the first silicon layer, an intergate insulating film having the insulating layer, and a control gate having the second silicon layer;
A side wall etching step for etching the side wall of the laminate under an etching condition in which the etching rate of polycrystalline silicon is faster than the etching rate of amorphous silicon ,
The laminating step
Depositing the first silicon layer in an amorphous state on the substrate;
A heat treatment step of crystallizing the first silicon layer from an amorphous state to a polycrystalline state;
Depositing the second silicon layer in an amorphous state on the crystallized first silicon layer .
前記積層膜をパターニングして、前記第1シリコン層を有するフローティングゲートと、前記絶縁層を有するゲート間絶縁膜と、前記第2シリコン層を有するコントロールゲートとを含む積層体を形成する工程と、
前記積層体の側壁において、前記第1シリコン層の露出表面の酸化により第1シリコン酸化膜を形成し、かつ前記第2シリコン層の露出表面の酸化により前記第1シリコン酸化膜よりも厚い第2シリコン酸化膜を形成する工程と、
前記側壁において、前記第2シリコン層が前記シリコン酸化膜により被覆されており、かつ前記第1シリコン層が露出されるように前記側壁をエッチングする酸化シリコンエッチング工程と、
前記酸化シリコンエッチング工程後に、シリコンのエッチング速度が酸化シリコンのエッチング速度よりも速いエッチング条件で前記側壁をエッチングするシリコンエッチング工程とを備えた、半導体装置の製造方法。 A first silicon layer containing an impurity element which is a donor or an acceptor provided on the substrate; an insulating layer provided on the first silicon layer; and an insulating layer provided on the insulating layer, from the first silicon layer Forming a laminated film having a second silicon layer having a high concentration of the impurity element,
Patterning the laminated film to form a laminated body including a floating gate having the first silicon layer, an intergate insulating film having the insulating layer, and a control gate having the second silicon layer;
A first silicon oxide film is formed on the side wall of the stacked body by oxidizing the exposed surface of the first silicon layer, and a second thicker than the first silicon oxide film is formed by oxidizing the exposed surface of the second silicon layer. Forming a silicon oxide film;
A silicon oxide etching step of etching the sidewall so that the second silicon layer is covered with the silicon oxide film on the sidewall and the first silicon layer is exposed;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a silicon etching step that etches the sidewall under etching conditions in which a silicon etching rate is higher than a silicon oxide etching rate after the silicon oxide etching step.
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