JP2004538638A - アクセスゲートと制御ゲートと電荷蓄積領域とを有するメモリセルを含む不揮発性メモリを備えた半導体装置の製造方法 - Google Patents

アクセスゲートと制御ゲートと電荷蓄積領域とを有するメモリセルを含む不揮発性メモリを備えた半導体装置の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2004538638A
JP2004538638A JP2003519985A JP2003519985A JP2004538638A JP 2004538638 A JP2004538638 A JP 2004538638A JP 2003519985 A JP2003519985 A JP 2003519985A JP 2003519985 A JP2003519985 A JP 2003519985A JP 2004538638 A JP2004538638 A JP 2004538638A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate
gate structure
conductive layer
layer
spacer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003519985A
Other languages
English (en)
Inventor
ミキエル、スロットブーム
フランシスカス、ピー.ビデルショーベン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koninklijke Philips Electronics NV filed Critical Koninklijke Philips Electronics NV
Publication of JP2004538638A publication Critical patent/JP2004538638A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232Field-effect technology
    • H01L21/8234MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/823468MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type with a particular manufacturing method of the gate sidewall spacers, e.g. double spacers, particular spacer material or shape
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/401Multistep manufacturing processes
    • H01L29/4011Multistep manufacturing processes for data storage electrodes
    • H01L29/40114Multistep manufacturing processes for data storage electrodes the electrodes comprising a conductor-insulator-conductor-insulator-semiconductor structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42324Gate electrodes for transistors with a floating gate
    • H01L29/42328Gate electrodes for transistors with a floating gate with at least one additional gate other than the floating gate and the control gate, e.g. program gate, erase gate or select gate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66825Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET with a floating gate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/788Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with floating gate
    • H01L29/7881Programmable transistors with only two possible levels of programmation
    • H01L29/7883Programmable transistors with only two possible levels of programmation charging by tunnelling of carriers, e.g. Fowler-Nordheim tunnelling
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B41/00Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
    • H10B41/30Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the memory core region
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B43/00EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators
    • H10B43/30EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by the memory core region

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

アクセスゲート(19)を有するゲート構造(4)と、制御ゲート(5)とこの制御ゲート(5)と半導体基体(1)との間に、例えばフローティングゲート(6)である電荷蓄積領域とを有するゲート構造(3)とを含むメモリセルを有する不揮発性メモリを表面(2)に備えた半導体基体(1)を有する半導体装置の製造方法。この方法においては、半導体基体(1)の表面(2)に、この表面にほぼ垂直に延びる横壁(10)を有する上記ゲート構造の一つである第1ゲート構造を形成し、第1ゲート構造上とこれに隣接して導電層(13)を堆積し、第1ゲート構造が露出するまで導電層を平坦化処理し、この平坦化導電層をパターンニングして第1ゲート構造に隣接する他の一つであるゲート構造の少なくとも一部を形成する。平坦化導電層をパターンニングするに際し、平坦化導電層(14)をエッチバックして第1ゲート構造の横壁の上部(15)を露出させ、第1ゲート構造の横壁の露出した上部(15)の上にスペーサ(18)を形成し、そしてこのスペーサをマスクとして導電層(16)を異方性エッチングする。これにより非常に小さなメモリセルを実現できる。

Description

【技術分野】
【0001】
この発明は、アクセスゲートを有するゲート構造と、制御ゲートとこの制御ゲートと半導体基体との間に電荷蓄積領域とを有するゲート構造とを含むメモリセルを有する不揮発性メモリを表面に備えた半導体基体を有する半導体装置の製造方法において、この半導体基体の表面に、この表面にほぼ垂直に延びる横壁を有する前記ゲート構造の一つである第1ゲート構造を形成し、この第1ゲート構造上とこれに隣接して導電層を堆積し、そして、第1ゲート構造が露出するまで導電層を平坦化処理して、第1ゲート構造に隣接する前記ゲート構造の他の一つであるゲート構造の少なくとも一部分を形成する製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
実際には、電荷蓄積領域はフローティングゲート又は互いに分離されたトラッピングセンタ(trapping center)が散乱しているゲート誘電体とすることができる。このようなゲート誘電体は、例えば、不純物、例えば金属粒子が内部に散乱しているシリコン酸化膜とすることができ、不純物がトラッピングセンタなる。しかし、さらに普及している方法は、互いに分離されたトラッピングセンタを供給する境界層を形成する2種類の異なる材料の二重層を含むゲート誘電体を用いることである。上記方法により二つのゲート構造が隣接して、小寸法のメモリセルを形成することができる。勿論、実際には不揮発性メモリは非常に多くのこれらのメモリセルを備える。
【0003】
このような方法はWO01/67517に記載されている。この方法では、第1ゲート構造とこれに隣接する平坦化導電層上にフォトレジストマスクを形成してから平坦化導電層を異方性エッチングによりパターンニングする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
この公知の方法ではフォトレジストマスクを用いるのでコストが嵩む。しかし、それ以上に重大なことはフォトレジストマスクがメモリセル寸法に影響を与えることである。フォトレジストマスクは所望の位置に正確に載置することはできず、重ね合わせに誤差が生じることも考慮すべきこととなる。これにより、比較的大きなフォトレジストマスクを用いることになり、従って比較的大きなメモリセルが形成されることになる。
【0005】
この発明の目的は、非常に小さなメモリセルを比較的低コストで製造することができる方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この発明の方法は、冒頭で述べた方法において、平坦化導電層をパターンニングする際に、平坦化導電層をエッチバックして第1ゲート構造の横壁の上部を露出させ、第1ゲート構造の横壁の露出した上部にスペーサを形成し、そしてこのスペーサをマスクとして導電層を異方性エッチングするものである。
【0007】
このスペーサは、フォトレジストマスクを用いずに、自己整合的に、最小コストで第1ゲート構造の横壁の露出した上部に形成することができる。このような縦壁上のスペーサは、実際には、補助層を堆積し、縦壁にスペーサのみが残るまで補助層を異方性エッチングすることにより形成できる。スペーサの幅はほぼ補助層の厚みと等しくなる。スペーサを非常に小さな幅で形成し、且つ、重ね合わせに誤差も考慮する必要が無いので、非常に小さなメモリセルを実現することができる。
【0008】
この発明の方法の第1実施形態では、上記ゲート構造の最初の一つであるゲート構造として、制御ゲートと、この制御ゲートと半導体基体間に電荷蓄積領域を有するゲート構造を形成する。その後、このゲート構造の横壁を絶縁膜で覆い、このゲート構造に隣接する半導体基体表面にゲート誘電体を設け、誘電体を堆積し、平坦化し、エッチバックし、そしてゲート構造の露出部分上に形成されたスペーサを用いてパターンニングしてアクセスゲートを有するゲート構造を形成する。上述したように、電荷蓄積領域はフローティングゲート又は互いに分離されたトラッピングセンタ(trapping center)が散乱しているゲート誘電体とすることができる。この制御ゲートと電荷蓄積領域を有するゲート構造体は異方性エッチングにより半導体基体表面上に積層構造とすることができる。そして、半導体表面に垂直な横壁が自動的に形成される。これらの横壁は、層を堆積し、そして、異方性エッチングによりゲート構造体上部を露出させ又は、通常、ゲート構造体のゲートを多結晶シリコン層で形成する場合は、酸化処理により、簡単に絶縁膜で覆うことができる。これらの層の積層上部に、横壁上に絶縁膜を形成する間の保護層として、そして、平坦化処理中のストップ層としてのさらなる層を堆積してもよい。
【0009】
この発明の方法の第2実施形態では、上記ゲート構造の最初の一つであるゲート構造として、ゲート構造にアクセスゲートを形成し、その後、このゲート構造の横壁を絶縁膜で覆い、導電層を堆積し、平坦化し、エッチバックし、そして、ゲート構造の露出部分上に形成されたスペーサをマスクとしてパターンニングして制御ゲートを形成する。このようにして、制御ゲートとこの制御ゲートと半導体基体間の電荷蓄積領域とを備えるゲート構造を形成する。この方法の実施形態では、図面を参照して後述するように、フォトレジストマスクを用いずに、制御ゲートと電荷蓄積領域を備える多くのゲート構造を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
図1乃至図9は、アクセスゲート19を有するゲート構造4と、制御ゲート5とこの制御ゲート5と半導体基体1との間に電荷蓄積領域6を有するゲート構造3とを含むメモリセルを有する不揮発性メモリを備えた半導体装置の一連の製造過程を示す概略断面図である。説明を簡単にするためにそのようなセルの一つのみの製造方法しか示さないが、不揮発性メモリは非常に多くのそのようなセルを備えることは明らかである。
【0011】
図1に示すように、半導体基体1(ここではp型ドープシリコン基体)の表面2上に、ゲート構造の最初の一つ、この例では、制御ゲート5とこの制御ゲートと半導体基体との間に電荷蓄積領域を有するゲート構造3を形成する。この例では、電荷蓄積領域はフローティングゲート6である。ここで、ゲート構造3はトンネル誘電体7、フローティングゲート6、ゲート間誘電体8そして上部層9を備える。このゲート構造は複数層の積層を異方性エッチングして形成する。トンネル誘電体7は7nm厚みのシリコン酸化膜で形成してもよい。フローティングゲート6は約220nm厚みの多結晶シリコン層で形成してもよい。ゲート間誘電体8は約18nm厚みのONO層(6nm厚みのシリコン酸化膜、6nm厚みのシリコン窒化膜、そして6nm厚みのシリコン酸化膜)で形成してもよい。制御ゲート5は約200nm厚みの多結晶シリコン層で形成してもよい。上部層9は約100nm厚みのシリコン窒化膜で形成してもよい。ゲート構造3は異方性エッチングで形成するので、半導体基体1の表面2にほぼ垂直に延びる横壁10が形成される。
【0012】
図2に示すように、横壁10を約30nm厚みの絶縁膜11(ここではシリコン酸化膜)で覆い、ゲート構造3に隣接する表面をゲート誘電体12(ここでは約10nm厚みのシリコン酸化膜)で覆う。絶縁膜11はゲート構造を熱酸化処理して形成してもよく、又は層を堆積して異方性エッチングを行い、上部層9が露出したらエッチングを停止することにより形成してもよい。
【0013】
ゲート構造3を形成し、その横壁を絶縁膜11で覆った後、比較的厚い導電層13(ここでは約500nm厚みの多結晶シリコン層)をゲート構造3上とこのゲート構造に隣接する部分に堆積する。図3に示すように、ゲート構造3の上部層9が露出するまで導電層13を平坦化処理する。平坦化した導電層14をパターンニングして第1ゲート構造3に隣接する他のゲート構造の少なくとも一部分を形成する。
【0014】
平坦化導電層14のパターンニングは図4,5及び6に示すように行う。第1ステップでは、図4に示すように、平坦化導電層14をエッチバックして第1ゲート構造3の横壁10の上部15を露出させる。このエッチバックは等方性エッチング又は異方性エッチングでもよく、さらに等方性エッチングと異方性エッチングを組み合わせてもよい。導電層14から、従って、部分16が残る。次に、第1ゲート構造3の横壁10の露出した上部15上にスペーサ18を形成する。スペーサ18は、通常の方法で、層17(ここではシリコン酸化膜)を堆積し、第1ゲート構造3の上部層9が露出するまで異方性エッチングして形成する。図6に示すように、スペーサをマスクとして導電層16の残部を異方性エッチングする。これにより、ゲート誘電体12とアクセスゲート19を備えた第2ゲート構造4が形成される。
【0015】
次に、図7に示すように、通常の方法で、イオン注入により、浅くドープしたソース・ドレイン領域20を形成する。そして、図8に示すように、さらなるスペーサ21と深くドープしたソース・ドレイン領域22を形成する。図9に示すように、ソース・ドレイン領域上にシリサイドの上部層23を設けてもよい。
【0016】
ゲート構造の一つである第1ゲート構造3の横壁15の露出した上部15上のスペーサ18は、フォトレジストマスクを用いずに、自己整合的に最小コストで形成することができる。スペーサ18は非常に小さい幅で形成でき、さらに重ね合わせ誤差について考慮する必要がないので、非常に小さなメモリセルを実現することができる。
【0017】
図1乃至9に示すこの方法の第1実施形態では、制御ゲート8と、この制御ゲートと半導体基体の間に電荷蓄積領域6を備えた、ゲート構造の最初の一つである第1ゲート構造3を形成し、その後、このゲート構造3の横壁を絶縁膜11で覆い、ゲート構造に隣接する半導体基体表面をゲート誘電体12で覆い、導電層13を堆積し、平坦化し、エッチバックし、スペーサ18を用いてパターンニングして、アクセスゲート19を有するゲート構造4を形成する。ゲート構造3は複数層の積層内に簡単に形成することができ、上部層9が横壁上に絶縁膜11を形成する間に保護層として機能し、さらに平坦化処理中にストップ層として機能する。
【0018】
以下、後述する各例においては、可能な限り、上述したメモリセルの各部分に対応する部分には同じ参照眼号を付与する。
【0019】
図10乃至図15は、前述の例と同様にアクセスゲート19を有するゲート構造4と、制御ゲート5とこの制御ゲートと半導体基体との間に電荷蓄積領域6を有するゲート構造3とを含むメモリセルを有する不揮発性メモリを備えた半導体装置の一連の製造過程を示す概略断面図である。
【0020】
図10に示すように、この例では、電荷蓄積領域はトラッピングセンタを有する複数の絶縁膜の積層24で形成される。ここでは、半導体基体の表面2上に約6nm厚みのトンネル酸化膜を形成し、その上に約6nm厚みのシリコン窒化膜を形成し、その上に約6nm厚みのトンネル酸化膜を形成する。この積層上に制御電極5と上部層9を形成する。横壁10に絶縁膜11を設け、ゲート構造3に隣接する表面にゲート酸化膜を設ける。
【0021】
次に、図11に示すように、導電層を堆積し、平坦化し、エッチバックして部分16を残す。スペーサ18は上述の例とは異なる方法で形成する。最初に、ここでは約10nm厚みのシリコン酸化膜により、補助絶縁膜25を堆積し、そして導電層16と同じ材料の、この例では多結晶シリコンのさらなる層17を堆積する。ゲート構造3上の層25が露出するまで層17を異方性エッチングし、そして上部層9が露出するまで層25を異方性エッチングする。図13に示すように、導電層の残部16をエッチングしてスペーサ18を除去する。絶縁膜25の残部が除去されると図13に示す構造が得られる。
【0022】
図14に示すように、スペーサ21を形成し、さらにスペーサ26を形成する。しかし、ここではアクセスゲート19の部分27を露出させたままにする。シリサイド領域23をメモリセルのソース・ドレイン領域上に形成し、同じプロセスでアクセスゲート19上にシリサイド領域28を形成する。このゲートは比較的低電気抵抗を有するものとなる。
【0023】
図16乃至図21は、この発明の第3実施形態による、アクセスゲート19を有するゲート構造4と、制御ゲート5とこの制御ゲートと半導体基体との間に電荷蓄積領域6を有するゲート構造3とを含むメモリセルの一連の製造過程を示す概略断面図である。この例では、ゲート構造の最初の一つとしてアクセスゲート19を有するゲート構造4を形成する。約10nm厚みのゲート酸化膜12上に約400nm厚みの多結晶シリコンのアクセスゲート19を形成し、シリコン窒化物の上部層9で覆う。
【0024】
図17に示すように、ここでは熱酸化により、ゲート構造4の横壁10上に約30nm厚みの絶縁膜11を設ける。同時に同じプロセスステップで、ゲート構造4に隣接して約6nm厚みのシリコン酸化膜29を形成する。数ステップ後に、図18に示すように、導電層13を堆積する。図19に示すように、この層13を平坦化してゲート構造4上の上部層9を露出させる。平坦化した層14をエッチバックし、ゲート構造4の露出部分15上に形成したスペーサ18をマスクとしてパターンニングして制御ゲート5を形成する。このようにして、制御ゲート5とこの制御ゲートと半導体基体1との間に電荷蓄積領域6を有するゲート構造4が形成される。
【0025】
この方法により、フォトレジストマスクを用いずに、制御ゲート5とこの制御ゲートと半導体基体との間に電荷蓄積領域を有する多くのゲート構造4を実現できる。
【0026】
この例では、制御ゲート5と半導体基体1との間の電荷蓄積領域を、導電層13が堆積する前にゲート構造4上に堆積するシリコン窒化物とシリコン窒化膜29とにより形成する。制御ゲート5を形成した後、図20に示すように、浅くドープしたソース・ドレイン領域を形成し、スペーサ21を形成する。そして図21に示すように、層30と、半導体基体1の表面2上に形成されたシリコン酸化膜29とを、スペーサ21をマスクとしてエッチングし、深くドープしたソース・ドレイン領域22とシリサイド領域を形成する。以上記載した方法により簡単にメモリセルを形成出来る。
【0027】
次に、図22、23に示すメモリセルの製造方法の二つの実施形態では、アクセスゲート19を有するゲート構造4をゲート酸化物12上に形成し、ゲート構造4の横壁10を絶縁膜11で覆い、ゲート構造4に隣接する半導体基体1をトンネル誘電体膜7で覆う。そして、トンネル誘電体4上でゲート間誘電体に覆われたフローティングゲートをゲート構造4に隣接して形成する。このフローティングゲートはアクセスゲート19を有するゲート構造4よりも低い上部層を有する。そして、導電層13を堆積し、平坦化し、エッチバックしアクセスゲート19を有するゲート構造4の露出部分25上に形成されたスペーサ18をマスクとしてパターンニングしてゲート間誘電体8上に制御ゲート5を形成する。この方法により多くの簡単な構造のメモリセルを実現できる。
【0028】
図24乃至30を参照して第1例について説明する。図24に示すように、導電材料のさらなる層31、ここでは、約600nm厚みの多結晶シリコンでゲート構造4を覆う。図13に示すように、上部層9が露出するまで、このさらなる導電層31を平坦化する。このさらなる層はゲート構造4より厚いので平坦化したさらなる導電層32に平面34が形成される。次に、図26に示すように、ゲート構造4の部分35が露出するまで、平坦化したさらなる導電層33をエッチバックする。このエッチバックは等方性エッチング又は異方性エッチングでもよく、さらに等方性エッチングと異方性エッチングを組み合わせてもよい。さらなる導電層の残部36の厚みは約100nmとなる。
【0029】
図26に示す構造を、6nm厚みのシリコン酸化膜、6nm厚みのシリコン窒化膜、そして6nm厚みのシリコン酸化膜より成るゲート間誘電体層37で覆う。そして、図28に示すように、導電層を堆積し、平坦化して平坦化導電層14を形成する。平坦化層14をエッチバックして導電層16を形成する。ゲート構造4の露出部分15上に形成されたスペーサ18をマスクとして用いて層16をパターンニングして、エッチバックした導電層16内に制御ゲート5を形成し、さらにエッチバックした導電層36内にフローティングゲート6を形成する。
【0030】
制御ゲート5を形成した後、浅くドープしたソース・ドレイン領域20を形成する。スペーサ21を形成し、そして、図30に示すように、深くドープしたソース・ドレイン領域22とシリサイド領域23を形成する。
【0031】
図30に見られるように、アクセスゲート19と制御ゲート5との間にゲート間誘電体37が存在するのでこれらゲート間の電気的結合が比較的小さくなる。
【0032】
図31乃至36を参照して第二例について説明する。この方法で作られるメモリセルでは、制御ゲート5とアクセスゲート19との間の電気的結合が小さくなるが、フローティングゲート6が完全に制御ゲート5に囲まれるので制御ゲート5とフローティングゲート6との間の電気的結合は比較的大きくなる。
【0033】
第二例の製造方法では、図25に示す構造から始まり、アクセスゲート19を有するゲート構造4に隣接して約100nm厚みのさらなる導電層36が形成されている。そして、図31に示すように、さらなるスペーサ38を形成し、導電層36をエッチングして、アクセスゲートを有するゲート構造4に隣接するトンネル誘電体層7上にフローティングゲート6を形成する。さらなるスペーサ38を除去してから、このように形成されたフローティングゲート6にゲート間誘電体層37を設け、導電体層を堆積し、平坦化して導電体層14を形成する。層14をエッチバックして導電体層16を形成する。スペーサ18を形成後、スペーサ14をマスクとして導電体層14をパターンニングしてフローティングゲート6上に制御ゲート5を形成する。
【0034】
制御ゲート5を形成した後、浅くドープしたソース・ドレイン領域20を形成する。そしてスペーサ21を形成して、図30に示すように、深くドープしたソース・ドレイン領域22とシリサイド領域23を形成する。
【0035】
さらなるスペーサ38はスペーサ18より幅が小さいので、フローティングゲート6が完全に制御ゲート5に囲まれる。従って、これらゲート間の電気的結合は良好なものとなる。導電層を堆積して異方性エッチングによりゲート構造4の隣接部分にそのような小さなスペーサを形成することもできる。しかし、上述した方法の方が信頼性が高い。
【0036】
図13に示すように、導電層14をパターンニングした後、二つ目のゲート構造の上部からスペーサ18を除去してもよいことは明らかである。これらの上部により、図9、15において、アクセスゲート19が形成され、又は、図21,30そして36において、制御ゲート5が形成される。導電層16をパターンニングした後、図15に示すように、これら露出したゲートにシリサイドの上部層を設けてもよい。一つ目のゲート構造の上部に対しても同様である。
【0037】
なお、好ましくは、図11,12に示すように、比較的薄い第1層25と比較的厚い第2層17中にスペーサ18を形成するとよい。異方性エッチングの間に、一つ目のゲート構造の上部が露出するまで両層がエッチングされる。比較的厚い第2層が比較的薄い第1層に対して選択的にエッチングされるように第1、第2層を選択する。比較的厚い第2層17を導電層13と同じ材料とした場合、導電層14をパターンニングしたのと同じエッチングプロセスでスペーサ18の比較的厚い部分を除去する。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】この発明の方法の第一実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図2】この発明の方法の第一実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図3】この発明の方法の第一実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図4】この発明の方法の第一実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図5】この発明の方法の第一実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図6】この発明の方法の第一実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図7】この発明の方法の第一実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図8】この発明の方法の第一実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図9】この発明の方法の第一実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図10】この発明の方法の第二実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図11】この発明の方法の第二実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図12】この発明の方法の第二実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図13】この発明の方法の第二実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図14】この発明の方法の第二実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過を示す概略断面図である。
【図15】この発明の方法の第二実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図16】この発明の方法の第三実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図17】この発明の方法の第三実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図18】この発明の方法の第三実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図19】この発明の方法の第三実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図20】この発明の方法の第三実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図21】この発明の方法の第三実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図22】この発明の方法の第四実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図23】この発明の方法の第四実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図24】この発明の方法の第四実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図25】この発明の方法の第四実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図26】この発明の方法の第四実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図27】この発明の方法の第四実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図28】この発明の方法の第四実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図29】この発明の方法の第四実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図30】この発明の方法の第四実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図31】この発明の方法の第五実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図32】この発明の方法の第五実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図33】この発明の方法の第五実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図34】この発明の方法の第五実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図35】この発明の方法の第五実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。
【図36】この発明の方法の第五実施形態による不揮発性メモリセルの製造の一過程を示す概略断面図である。

Claims (11)

  1. アクセスゲートを有するゲート構造と、制御ゲートと該制御ゲートと半導体基体との間に電荷蓄積領域とを有するゲート構造とを含むメモリセルを有する不揮発性メモリを表面に備えた前記半導体基体を有する半導体装置の製造方法であって、前記半導体基体表面に、該表面にほぼ垂直に延びる横壁を有する、前記ゲート構造の一つである第1ゲート構造を形成し、前記第1ゲート構造上及び該第1ゲート構造に隣接して導電層を堆積し、前記第1ゲート構造が露出するまで前記導電層を平坦化処理し、該平坦化導電層をパターンニングして前記第1ゲート構造に隣接する他のゲート構造の少なくとも一部を形成する製造方法において、前記平坦化導電層をパターンニングするに際し、
    前記平坦化導電層をエッチバックして前記第1ゲート構造の前記横壁の上部を露出させ、
    前記第1ゲート構造の横壁の前記露出上部の上にスペーサを形成し、そして
    前記スペーサをマスクとして用いて前記導電層を異方性エッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記第1ゲート構造として、前記制御ゲートと該制御ゲートと前記半導体基体との間に前記電荷蓄積領域とを有するゲート構造を形成し、
    その後、該ゲート構造の横壁を絶縁膜で覆い、該ゲート構造に隣接する前記半導体基体表面をゲート誘電体で覆い、
    前記導電層を堆積し、平坦化し、エッチバックし、そして、前記ゲート構造の前記露出部上に形成されたスペーサをマスクとして用いてパターンニングして前記アクセスゲートを有するゲート構造を形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記第1ゲート構造として、前記アクセスゲートを有するゲート構造を形成し、
    その後、該ゲート構造の横壁を絶縁膜で覆い、
    前記導電層を堆積し、平坦化し、エッチバックし、そして、前記ゲート構造の前記露出部上に形成されたスペーサをマスクとして用いてパターンニングして前記制御ゲートと前記半導体基体との間に前記電荷蓄積領域とを有するゲート構造を形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記アクセスゲートを有するゲート構造を形成し、該ゲート構造の横壁を絶縁膜で覆った後、
    互いに分離されたトラッピングセンタの集合体として電荷蓄積領域を該ゲート構造に隣接して形成し、
    その後、前記導電層を堆積し、平坦化し、エッチバックし、そして、前記アクセスゲートを有するゲート構造の前記露出部上に形成されたスペーサをマスクとして用いてパターンニングして前記電荷蓄積領域上に前記制御ゲートを形成することを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記アクセスゲートを有するゲート構造を形成し、該ゲート構造の横壁を絶縁膜で覆った後、
    トンネル誘電体上であってゲート間誘電体で覆われ、前記アクセスゲートを有するゲート構造よりも低い上部表面を有するフローティングゲートを該ゲート構造に隣接して形成し、
    その後、前記導電層を堆積し、平坦化し、エッチバックし、そして、前記アクセスゲートを有するゲート構造の前記露出部上に形成されたスペーサをマスクとして用いてパターンニングして前記ゲート間誘電体上に前記制御ゲートを形成することを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記アクセスゲートを有するゲート構造に隣接する前記トンネル誘電体上に前記フローティングゲートを形成する際に、
    導電材料のさらなる層を堆積し、平坦化し、エッチバックして前記アクセスゲートを有するゲート構造の横壁の上部を露出し、ゲート間誘電体層で覆い、
    前記導電層を堆積し、平坦化し、エッチバックし、そして前記アクセスゲートを有するゲート構造の前記露出部に形成されたスペーサをマスクとして用いてパターンニングして前記導電層内に前記制御ゲートを形成し、前記さらなる前記導電層内に前記フローティングゲートを形成することを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記アクセスゲートを有するゲート構造に隣接する前記トンネル誘電体上に前記フローティングゲートを形成する際に、
    導電材料のさらなる層を堆積し、平坦化し、エッチバックして前記アクセスゲートを有するゲート構造の横壁の上部を露出し、
    その後、さらなるスペーサを前記露出上部の上に形成し、
    前記さらなるスペーサをマスクとして前記さらなる導電層をエッチングし、
    その後、前記さらなるスペーサを除去して前記形成されたフローティングゲートにゲート間誘電体層を設け
    前記導電層を堆積し、平坦化し、エッチバックし、そして前記アクセスゲートを有するゲート構造の前記露出部上に形成された前記スペーサをマスクとして用いてパターンニングして前記フローティングゲート上に前記制御電極を形成することを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記第1ゲート構造上に前記導電層を形成する前に、前記導電層の平坦化の間にストップ層として機能することができる絶縁膜を形成することを特徴とする請求項1乃至7いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記導電層のパターンニングの後に、前記第2ゲート構造の上部の前記スペーサを除去することを特徴とする請求項1乃至8いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  10. 前記スペーサを形成する際に、
    比較的薄い第1層と比較的厚い第2層を堆積し、
    その後、異方性エッチングにより、前記第1ゲート構造の上部が露出するまで前記第1層及び前記第2層をエッチングし、ここで、前記比較的厚い第2層が前記比較的薄い第1層に対して選択的にエッチングされるように前記第1層及び前記第2層を選択することを特徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
  11. 前記比較的厚い第2層は前記導電層と同じ材料の層であることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
JP2003519985A 2001-08-06 2002-06-04 アクセスゲートと制御ゲートと電荷蓄積領域とを有するメモリセルを含む不揮発性メモリを備えた半導体装置の製造方法 Pending JP2004538638A (ja)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP01203000 2001-08-06
EP01203001 2001-08-06
EP02076743 2002-05-02
PCT/IB2002/002040 WO2003015152A2 (en) 2001-08-06 2002-06-04 Method of manufacturing a semiconductor non-volatile memory

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004538638A true JP2004538638A (ja) 2004-12-24

Family

ID=27224300

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003519985A Pending JP2004538638A (ja) 2001-08-06 2002-06-04 アクセスゲートと制御ゲートと電荷蓄積領域とを有するメモリセルを含む不揮発性メモリを備えた半導体装置の製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6984558B2 (ja)
JP (1) JP2004538638A (ja)
KR (1) KR20040023716A (ja)
TW (1) TW564524B (ja)
WO (1) WO2003015152A2 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007180241A (ja) * 2005-12-27 2007-07-12 Toshiba Corp 不揮発性半導体メモリ及びその製造方法
JP2009212398A (ja) * 2008-03-05 2009-09-17 Nec Electronics Corp 不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法
JP2009212399A (ja) * 2008-03-05 2009-09-17 Nec Electronics Corp 不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1417704B1 (en) * 2001-08-06 2009-02-04 Nxp B.V. Method of manufacturing a non-volatile memory transistor with an access gate on one side of a control gate/floating-gate stack using a spacer
US7154779B2 (en) 2004-01-21 2006-12-26 Sandisk Corporation Non-volatile memory cell using high-k material inter-gate programming
KR100678479B1 (ko) * 2005-07-20 2007-02-02 삼성전자주식회사 3-트랜지스터 메모리 셀을 갖는 비휘발성 메모리 소자들 및그 제조방법들
US7928005B2 (en) * 2005-09-27 2011-04-19 Advanced Micro Devices, Inc. Method for forming narrow structures in a semiconductor device
KR100697048B1 (ko) * 2006-08-31 2007-03-20 이순익 노면 미끄럼방지홈 시공방법 및 시공장치
US8320191B2 (en) 2007-08-30 2012-11-27 Infineon Technologies Ag Memory cell arrangement, method for controlling a memory cell, memory array and electronic device
US8097911B2 (en) * 2008-12-31 2012-01-17 Intel Corporation Etch stop structures for floating gate devices
US9368644B2 (en) * 2013-12-20 2016-06-14 Cypress Semiconductor Corporation Gate formation memory by planarization
CN110854184B (zh) * 2018-08-03 2023-04-07 联华电子股份有限公司 半导体元件及其制造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2597719B2 (ja) * 1989-07-31 1997-04-09 株式会社東芝 不揮発性半導体記憶装置およびその動作方法
US5541130A (en) * 1995-06-07 1996-07-30 International Business Machines Corporation Process for making and programming a flash memory array
JP3973819B2 (ja) * 1999-03-08 2007-09-12 株式会社東芝 半導体記憶装置およびその製造方法
KR100308128B1 (ko) * 1999-08-24 2001-11-01 김영환 비휘발성 메모리 소자 및 그의 제조 방법
JP3971873B2 (ja) * 1999-09-10 2007-09-05 株式会社ルネサステクノロジ 半導体集積回路装置およびその製造方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007180241A (ja) * 2005-12-27 2007-07-12 Toshiba Corp 不揮発性半導体メモリ及びその製造方法
JP4528718B2 (ja) * 2005-12-27 2010-08-18 株式会社東芝 不揮発性半導体メモリの製造方法
JP2009212398A (ja) * 2008-03-05 2009-09-17 Nec Electronics Corp 不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法
JP2009212399A (ja) * 2008-03-05 2009-09-17 Nec Electronics Corp 不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW564524B (en) 2003-12-01
US20040175886A1 (en) 2004-09-09
KR20040023716A (ko) 2004-03-18
US6984558B2 (en) 2006-01-10
WO2003015152A2 (en) 2003-02-20
WO2003015152A3 (en) 2004-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6642103B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP4463463B2 (ja) Sonosフラッシュメモリ素子形成方法
JP3540633B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP3671889B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2003142656A (ja) 浮遊トラップ型セルを有する不揮発性半導体メモリ装置及びその製造方法
JP4290548B2 (ja) アクセスゲートと制御ゲートと電荷蓄積領域とを有するメモリセルを含む不揮発性メモリを備えた半導体装置の製造方法
TW201528346A (zh) 半導體元件及其製造方法
JP2004538638A (ja) アクセスゲートと制御ゲートと電荷蓄積領域とを有するメモリセルを含む不揮発性メモリを備えた半導体装置の製造方法
CN111244104A (zh) Sonos存储器及其制作方法
TWI685085B (zh) 記憶元件及其製造方法
JP2006041023A (ja) 半導体装置およびその製造方法
KR100655283B1 (ko) 이이피롬 장치 및 그 제조 방법
US6787417B2 (en) Method of fabricating semiconductor device
US20070207556A1 (en) Manufacturing method of non-volatile memory
TWI451533B (zh) 嵌入式快閃記憶體的製造方法
JP3588449B2 (ja) 半導体記憶装置およびその製造方法
TWI796160B (zh) 記憶元件及其製造方法
JP2604021B2 (ja) 半導体装置の製造方法
CN111696989B (zh) 存储元件及其制造方法
KR20010083727A (ko) 반도체장치의 콘택홀 및 그 형성방법
JPH1117036A (ja) 半導体記憶装置の製造方法
JPH09275137A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP2008103542A (ja) 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法
JPH1022482A (ja) 不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法
JPH04350972A (ja) 半導体装置およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050603

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20071002

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20080612

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090127

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20090626