JP2003243542A - 不揮発性記憶装置の製造方法 - Google Patents
不揮発性記憶装置の製造方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B43/00—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators
- H10B43/30—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by the memory core region
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B69/00—Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S438/00—Semiconductor device manufacturing: process
- Y10S438/954—Making oxide-nitride-oxide device
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- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【課題】 MONOS型の不揮発性記憶装置の製造方法
を提供する。 【解決手段】 不揮発性記憶装置の製造方法であって、
以下の工程を含む。ストッパ層S100と第1導電層1
40aとをパターニングする工程、半導体基板10の上
方と第1導電層140aの両側面とに、第1酸化シリコ
ン層、窒化シリコン層および第2酸化シリコン層から構
成されるONO膜220を形成する工程、ONO膜22
0の上方に、第2導電層を形成する工程、第2導電層を
異方性エッチングした後、等方性エッチングすることに
より、第1導電層140aの両側面に、ONO膜220
を介してサイドウォール状のコントロールゲート20,
30を形成する工程、第1導電層140aをパターニン
グして、ワードゲートを形成する工程、を含む。
を提供する。 【解決手段】 不揮発性記憶装置の製造方法であって、
以下の工程を含む。ストッパ層S100と第1導電層1
40aとをパターニングする工程、半導体基板10の上
方と第1導電層140aの両側面とに、第1酸化シリコ
ン層、窒化シリコン層および第2酸化シリコン層から構
成されるONO膜220を形成する工程、ONO膜22
0の上方に、第2導電層を形成する工程、第2導電層を
異方性エッチングした後、等方性エッチングすることに
より、第1導電層140aの両側面に、ONO膜220
を介してサイドウォール状のコントロールゲート20,
30を形成する工程、第1導電層140aをパターニン
グして、ワードゲートを形成する工程、を含む。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、不揮発性記憶装置
の製造方法に関し、特に、1つのワードゲートに対して
複数の電荷蓄積領域を有する不揮発性記憶装置の製造方
法に関する。
の製造方法に関し、特に、1つのワードゲートに対して
複数の電荷蓄積領域を有する不揮発性記憶装置の製造方
法に関する。
【0002】
【背景技術および発明が解決しようとする課題】不揮発
性記憶装置のひとつのタイプとして、チャネル領域とコ
ントロールゲートとの間のゲート絶縁層が、酸化シリコ
ン層−窒化シリコン層−酸化シリコン層からなる積層体
からなり、前記窒化シリコン層に電荷がトラップされる
MONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconducto
r)型もしくはSONOS(Silicon Oxide Nitride Oxide
Silicon)型と呼ばれるタイプがある。
性記憶装置のひとつのタイプとして、チャネル領域とコ
ントロールゲートとの間のゲート絶縁層が、酸化シリコ
ン層−窒化シリコン層−酸化シリコン層からなる積層体
からなり、前記窒化シリコン層に電荷がトラップされる
MONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconducto
r)型もしくはSONOS(Silicon Oxide Nitride Oxide
Silicon)型と呼ばれるタイプがある。
【0003】MONOS型の不揮発性半導体記憶装置とし
て、図14に示すデバイスが知られている(文献:Y.
Hayashi,et al ,2000 Symposium on VLSI Tech
nologyDigest of Technical Papers p.122−
p.123)。
て、図14に示すデバイスが知られている(文献:Y.
Hayashi,et al ,2000 Symposium on VLSI Tech
nologyDigest of Technical Papers p.122−
p.123)。
【0004】このMONOS型のメモリセル100は、半導
体基板10上に第1ゲート絶縁層12を介してワードゲ
ート14が形成されている。そして、ワードゲート14
の両側には、それぞれサイドウォール状の第1コントロ
ールゲート20と第2コントロールゲート30とが配置
されている。第1コントロールゲート20の底部と半導
体基板10との間には、第2ゲート絶縁層22が存在
し、第1コントロールゲート20の側面とワードゲート
14との間には絶縁層24が存在する。同様に、第2コ
ントロールゲート30の底部と半導体基板10との間に
は、第2ゲート絶縁層22が存在し、第2コントロール
ゲート30の側面とワードゲート14との間には絶縁層
24が存在する。そして、隣り合うメモリセルの、対向
するコントロールゲート20とコントロールゲート30
との間の半導体基板10には、ソース領域またはドレイ
ン領域を構成する不純物層16,18が形成されてい
る。
体基板10上に第1ゲート絶縁層12を介してワードゲ
ート14が形成されている。そして、ワードゲート14
の両側には、それぞれサイドウォール状の第1コントロ
ールゲート20と第2コントロールゲート30とが配置
されている。第1コントロールゲート20の底部と半導
体基板10との間には、第2ゲート絶縁層22が存在
し、第1コントロールゲート20の側面とワードゲート
14との間には絶縁層24が存在する。同様に、第2コ
ントロールゲート30の底部と半導体基板10との間に
は、第2ゲート絶縁層22が存在し、第2コントロール
ゲート30の側面とワードゲート14との間には絶縁層
24が存在する。そして、隣り合うメモリセルの、対向
するコントロールゲート20とコントロールゲート30
との間の半導体基板10には、ソース領域またはドレイ
ン領域を構成する不純物層16,18が形成されてい
る。
【0005】このように、ひとつのメモリセル100
は、ワードゲート14の側面に2つのMONOS型メモリ素
子を有する。また、これらの2つのMONOS型メモリ素子
は独立に制御される。したがって、ひとつのメモリセル
100は、2ビットの情報を記憶することができる。
は、ワードゲート14の側面に2つのMONOS型メモリ素
子を有する。また、これらの2つのMONOS型メモリ素子
は独立に制御される。したがって、ひとつのメモリセル
100は、2ビットの情報を記憶することができる。
【0006】本発明の目的は、複数の電荷蓄積領域を有
するMONOS型の不揮発性記憶装置の製造方法を提供する
ことにある。
するMONOS型の不揮発性記憶装置の製造方法を提供する
ことにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の一実施例による
不揮発性記憶装置の製造方法は、半導体層の上方に、第
1絶縁層を形成する工程、前記第1絶縁層の上方に、第
1導電層を形成する工程、前記第1導電層の上方に、ス
トッパ層を形成する工程、前記ストッパ層と前記第1導
電層とをパターニングする工程、前記半導体層の上方と
前記第1導電層の両側面とに、第1酸化シリコン層、窒
化シリコン層および第2酸化シリコン層から構成される
ONO膜を形成する工程、前記ONO膜の上方に、第2
導電層を形成する工程、前記第2導電層を異方性エッチ
ングした後、該第2導電層を等方性エッチングすること
により、前記第1導電層の両側面に、前記ONO膜を介
してサイドウォール状のコントロールゲートを形成する
工程、ソース領域またはドレイン領域となる不純物層を
前記半導体層内に形成する工程、全面に第2絶縁層を形
成する工程、前記ストッパ層が露出するように、前記第
2絶縁層を研磨する工程、前記ストッパ層を除去する工
程、前記第1導電層をパターニングして、ワードゲート
を形成する工程、を含む。
不揮発性記憶装置の製造方法は、半導体層の上方に、第
1絶縁層を形成する工程、前記第1絶縁層の上方に、第
1導電層を形成する工程、前記第1導電層の上方に、ス
トッパ層を形成する工程、前記ストッパ層と前記第1導
電層とをパターニングする工程、前記半導体層の上方と
前記第1導電層の両側面とに、第1酸化シリコン層、窒
化シリコン層および第2酸化シリコン層から構成される
ONO膜を形成する工程、前記ONO膜の上方に、第2
導電層を形成する工程、前記第2導電層を異方性エッチ
ングした後、該第2導電層を等方性エッチングすること
により、前記第1導電層の両側面に、前記ONO膜を介
してサイドウォール状のコントロールゲートを形成する
工程、ソース領域またはドレイン領域となる不純物層を
前記半導体層内に形成する工程、全面に第2絶縁層を形
成する工程、前記ストッパ層が露出するように、前記第
2絶縁層を研磨する工程、前記ストッパ層を除去する工
程、前記第1導電層をパターニングして、ワードゲート
を形成する工程、を含む。
【0008】
【発明の実施の形態】1.不揮発性記憶装置の構造
図1は、本実施の形態に係る製造方法によって得られた
不揮発性記憶装置を含む半導体装置のレイアウトを示す
平面図である。半導体装置は、メモリ領域1000を含
む。
不揮発性記憶装置を含む半導体装置のレイアウトを示す
平面図である。半導体装置は、メモリ領域1000を含
む。
【0009】メモリ領域1000には、MONOS型不揮発
性記憶装置(以下、「メモリセル」という)100が複
数の行および列に格子状に配列されている。メモリ領域
1000には、第1のブロックB1と、それに隣り合う
他のブロックB0,B2の一部とが示されている。ブロ
ックB0,B2は、ブロックB1を反転させた構成とな
る。
性記憶装置(以下、「メモリセル」という)100が複
数の行および列に格子状に配列されている。メモリ領域
1000には、第1のブロックB1と、それに隣り合う
他のブロックB0,B2の一部とが示されている。ブロ
ックB0,B2は、ブロックB1を反転させた構成とな
る。
【0010】ブロックB1とそれに隣り合うブロックB
0,B2との間の一部領域には、素子分離領域300が
形成されている。各ブロックにおいては、X方向(行方
向)に延びる複数のワード線50(WL)と、Y方向
(列方向)に延びる複数のビット線60(BL)とが設
けられている。一本のワード線50は、X方向に配列さ
れた複数のワードゲート14aに接続されている。ビッ
ト線60は不純物層16,18によって構成されてい
る。
0,B2との間の一部領域には、素子分離領域300が
形成されている。各ブロックにおいては、X方向(行方
向)に延びる複数のワード線50(WL)と、Y方向
(列方向)に延びる複数のビット線60(BL)とが設
けられている。一本のワード線50は、X方向に配列さ
れた複数のワードゲート14aに接続されている。ビッ
ト線60は不純物層16,18によって構成されてい
る。
【0011】第1および第2コントロールゲート20,
30を構成する導電層40は、各不純物層16,18を
囲むように形成されている。すなわち、第1,第2コン
トロールゲート20,30は、それぞれY方向に延びて
おり、1組の第1,第2コントロールゲート20,30
の一方の端部は、X方向に延びる導電層によって互いに
接続されている。また、1組の第1,第2コントロール
ゲート20,30の他方の端部はともに1つの共通コン
タクト部200に接続されている。したがって、導電層
40は、メモリセルのコントロールゲートの機能と、Y
方向に配列された各コントロールゲートを接続する配線
としての機能とを有する。
30を構成する導電層40は、各不純物層16,18を
囲むように形成されている。すなわち、第1,第2コン
トロールゲート20,30は、それぞれY方向に延びて
おり、1組の第1,第2コントロールゲート20,30
の一方の端部は、X方向に延びる導電層によって互いに
接続されている。また、1組の第1,第2コントロール
ゲート20,30の他方の端部はともに1つの共通コン
タクト部200に接続されている。したがって、導電層
40は、メモリセルのコントロールゲートの機能と、Y
方向に配列された各コントロールゲートを接続する配線
としての機能とを有する。
【0012】単一のメモリセル100は、1つのワード
ゲート14aと、第1,第2コントロールゲート20,
30と、不純物層16,18とを含む。第1,第2コン
トロールゲート20,30は、ワードゲート14aの両
側に形成されている。不純物層16,18は、コントロ
ールゲート20,30の外側に形成されている。そし
て、不純物層16,18は、それぞれ隣り合うメモリセ
ル100によって共有される。
ゲート14aと、第1,第2コントロールゲート20,
30と、不純物層16,18とを含む。第1,第2コン
トロールゲート20,30は、ワードゲート14aの両
側に形成されている。不純物層16,18は、コントロ
ールゲート20,30の外側に形成されている。そし
て、不純物層16,18は、それぞれ隣り合うメモリセ
ル100によって共有される。
【0013】Y方向に互いに隣り合う不純物層16であ
って、ブロックB1に形成された不純物層16とブロッ
クB2に形成された不純物層16とは、半導体基板内に
形成されたコンタクト用不純物層400によって互いに
電気的に接続されている。このコンタクト用不純物層4
00は、不純物層16に対し、コントロールゲートの共
通コンタクト部200とは反対側に形成される。
って、ブロックB1に形成された不純物層16とブロッ
クB2に形成された不純物層16とは、半導体基板内に
形成されたコンタクト用不純物層400によって互いに
電気的に接続されている。このコンタクト用不純物層4
00は、不純物層16に対し、コントロールゲートの共
通コンタクト部200とは反対側に形成される。
【0014】このコンタクト用不純物層400上には、
コンタクト350が形成されている。不純物層16によ
って構成されたビット線60は、このコンタクト350
によって、上層の配線層に電気的に接続される。
コンタクト350が形成されている。不純物層16によ
って構成されたビット線60は、このコンタクト350
によって、上層の配線層に電気的に接続される。
【0015】同様に、Y方向に互いに隣り合う2つの不
純物層18であって、ブロックB1に形成された不純物
層18とブロックB0に形成された不純物層18とは、
共通コンタクト部200が配置されていない側におい
て、コンタクト用不純物層400によって互いに電気的
に接続されている。図1からわかるように、1つのブロ
ックにおいて、複数の共通コンタクト部200の平面レ
イアウトは、不純物層16と不純物層18とで交互に異
なる側に形成され、千鳥配置となる。また、1つのブロ
ックに対し、複数のコンタクト用不純物層400の平面
レイアウトは、不純物層16と不純物層18とで交互に
異なる側に形成され、千鳥配置となる。
純物層18であって、ブロックB1に形成された不純物
層18とブロックB0に形成された不純物層18とは、
共通コンタクト部200が配置されていない側におい
て、コンタクト用不純物層400によって互いに電気的
に接続されている。図1からわかるように、1つのブロ
ックにおいて、複数の共通コンタクト部200の平面レ
イアウトは、不純物層16と不純物層18とで交互に異
なる側に形成され、千鳥配置となる。また、1つのブロ
ックに対し、複数のコンタクト用不純物層400の平面
レイアウトは、不純物層16と不純物層18とで交互に
異なる側に形成され、千鳥配置となる。
【0016】次に図2を参照しながら、半導体装置の断
面構造について説明する。図2は、図1のA−A線に沿
った断面図である。
面構造について説明する。図2は、図1のA−A線に沿
った断面図である。
【0017】メモリ領域1000において、メモリセル
100は、ワードゲート14aと、不純物層16,18
と、第1コントロールゲート20と、第2のコントロー
ルゲート30とを含む。ワードゲート14aは、半導体
基板10の上方に第1ゲート絶縁層12を介して形成さ
れている。不純物層16,18は、半導体基板10内に
形成されている。各不純物層は、ソース領域またはドレ
イン領域となる。また、不純物層16,18上には、シ
リサイド層92が形成されている。
100は、ワードゲート14aと、不純物層16,18
と、第1コントロールゲート20と、第2のコントロー
ルゲート30とを含む。ワードゲート14aは、半導体
基板10の上方に第1ゲート絶縁層12を介して形成さ
れている。不純物層16,18は、半導体基板10内に
形成されている。各不純物層は、ソース領域またはドレ
イン領域となる。また、不純物層16,18上には、シ
リサイド層92が形成されている。
【0018】第1および第2のコントロールゲート2
0,30は、ワードゲート14aの両側に沿ってそれぞ
れ形成されている。第1コントロールゲート20は、半
導体基板10の上方に第2ゲート絶縁層22を介して形
成され、かつ、ワードゲート14aの一方の側面に対し
てサイド絶縁層24を介して形成されている。同様に、
第2コントロールゲート30は、半導体基板10の上方
に第2ゲート絶縁層22を介して形成され、かつ、ワー
ドゲート14aの他方の側面に対してサイド絶縁層24
を介して形成されている。各々のコントロールゲートの
断面形状は、従来のMOSトランジスタにおけるサイド
ウォール絶縁層の断面構造と同様となる。
0,30は、ワードゲート14aの両側に沿ってそれぞ
れ形成されている。第1コントロールゲート20は、半
導体基板10の上方に第2ゲート絶縁層22を介して形
成され、かつ、ワードゲート14aの一方の側面に対し
てサイド絶縁層24を介して形成されている。同様に、
第2コントロールゲート30は、半導体基板10の上方
に第2ゲート絶縁層22を介して形成され、かつ、ワー
ドゲート14aの他方の側面に対してサイド絶縁層24
を介して形成されている。各々のコントロールゲートの
断面形状は、従来のMOSトランジスタにおけるサイド
ウォール絶縁層の断面構造と同様となる。
【0019】第2ゲート絶縁層22は、ONO膜であ
る。具体的には、第2ゲート絶縁層22は、ボトム酸化
シリコン層(第1酸化シリコン層)22a、窒化シリコ
ン層22b、トップ酸化シリコン層(第2酸化シリコン
層)22cの積層膜である。
る。具体的には、第2ゲート絶縁層22は、ボトム酸化
シリコン層(第1酸化シリコン層)22a、窒化シリコ
ン層22b、トップ酸化シリコン層(第2酸化シリコン
層)22cの積層膜である。
【0020】第1酸化シリコン層22aは、チャネル領
域と電荷蓄積領域との間に電位障壁(potential barri
er)を形成する。
域と電荷蓄積領域との間に電位障壁(potential barri
er)を形成する。
【0021】窒化シリコン層22bは、キャリア(たと
えば電子)をトラップする電荷蓄積領域として機能す
る。
えば電子)をトラップする電荷蓄積領域として機能す
る。
【0022】第2酸化シリコン層22cは、コントロー
ルゲートと電荷蓄積領域との間に電位障壁(potential
barrier)を形成する。
ルゲートと電荷蓄積領域との間に電位障壁(potential
barrier)を形成する。
【0023】サイド絶縁層24は、ONO膜である。具
体的には、サイド絶縁層24は、第1酸化シリコン層2
4a、窒化シリコン層24b、第2酸化シリコン層24
cの積層膜である。サイド絶縁層24は、ワードゲート
14aと、コントロールゲート20,30とをそれぞれ
電気的に分離させる。また、サイド絶縁層24におい
て、少なくとも第1酸化シリコン層24aの上端は、ワ
ードゲート14aと第1,第2コントロールゲート2
0,30とのショートを防ぐために、コントロールゲー
ト20,30の上端に比べ、半導体基板10に対して上
方に位置している。
体的には、サイド絶縁層24は、第1酸化シリコン層2
4a、窒化シリコン層24b、第2酸化シリコン層24
cの積層膜である。サイド絶縁層24は、ワードゲート
14aと、コントロールゲート20,30とをそれぞれ
電気的に分離させる。また、サイド絶縁層24におい
て、少なくとも第1酸化シリコン層24aの上端は、ワ
ードゲート14aと第1,第2コントロールゲート2
0,30とのショートを防ぐために、コントロールゲー
ト20,30の上端に比べ、半導体基板10に対して上
方に位置している。
【0024】サイド絶縁層24と第2ゲート絶縁層22
とは、同一の成膜工程で形成され、それぞれの層構造は
等しくなる。
とは、同一の成膜工程で形成され、それぞれの層構造は
等しくなる。
【0025】そして、隣り合うメモリセル100におい
て、隣り合う第1コントロールゲート20と第2コント
ロールゲート30との間には、絶縁層70が形成され
る。この絶縁層70は、少なくともコントロールゲート
20,30が露出しないようにこれらを覆っている。さ
らに、絶縁層70の上面は、ワードゲート14aの上面
より半導体基板10に対して上方に位置している。絶縁
層70をこのように形成することで、第1,第2コント
ロールゲート20,30と、ワードゲート14aおよび
ワード線50との電気的分離をより確実に行うことがで
きる。
て、隣り合う第1コントロールゲート20と第2コント
ロールゲート30との間には、絶縁層70が形成され
る。この絶縁層70は、少なくともコントロールゲート
20,30が露出しないようにこれらを覆っている。さ
らに、絶縁層70の上面は、ワードゲート14aの上面
より半導体基板10に対して上方に位置している。絶縁
層70をこのように形成することで、第1,第2コント
ロールゲート20,30と、ワードゲート14aおよび
ワード線50との電気的分離をより確実に行うことがで
きる。
【0026】メモリセル100などが形成された半導体
基板10上には、層間絶縁層72が形成されている。 2.不揮発性記憶装置の製造方法 次に、図3〜図13を参照しながら、本実施の形態に係
る不揮発性記憶装置の製造方法について説明する。各断
面図は、図1のA−A線に沿った部分に対応する。図3
〜図13において、図1,図2で示す部分と実質的に同
一の部分には同一の符号を付し、重複する記載は省略す
る。
基板10上には、層間絶縁層72が形成されている。 2.不揮発性記憶装置の製造方法 次に、図3〜図13を参照しながら、本実施の形態に係
る不揮発性記憶装置の製造方法について説明する。各断
面図は、図1のA−A線に沿った部分に対応する。図3
〜図13において、図1,図2で示す部分と実質的に同
一の部分には同一の符号を付し、重複する記載は省略す
る。
【0027】(1)まず、半導体基板10の表面に、ト
レンチアイソレーション法によって素子分離領域300
(図1参照)を形成する。次いで、チャネルドープとし
てP型不純物をイオン注入することにより、半導体基板
10内に不純物層17aを形成する。その後、N型不純
物をイオン注入することにより、コンタクト用不純物層
400(図1参照)を半導体基板10内に形成する。
レンチアイソレーション法によって素子分離領域300
(図1参照)を形成する。次いで、チャネルドープとし
てP型不純物をイオン注入することにより、半導体基板
10内に不純物層17aを形成する。その後、N型不純
物をイオン注入することにより、コンタクト用不純物層
400(図1参照)を半導体基板10内に形成する。
【0028】次いで、半導体基板10の表面に、ゲート
絶縁層となる絶縁層120を形成する。次いで、ワード
ゲート14aになるゲート層(第1導電層)140を絶
縁層120上に堆積する。ゲート層140はドープトポ
リシリコンからなる。次いで、後のCMP工程における
ストッパ層S100をゲート層140上に形成する。ス
トッパ層S100は、窒化シリコン層からなる。
絶縁層となる絶縁層120を形成する。次いで、ワード
ゲート14aになるゲート層(第1導電層)140を絶
縁層120上に堆積する。ゲート層140はドープトポ
リシリコンからなる。次いで、後のCMP工程における
ストッパ層S100をゲート層140上に形成する。ス
トッパ層S100は、窒化シリコン層からなる。
【0029】(2)次いで、レジスト層(図示しない)
を形成する。次いで、このレジスト層をマスクとしてス
トッパ層S100をパターニングする。その後、パター
ニングされたストッパ層をマスクとして、ゲート層14
0をエッチングする。図4に示すように、ゲート層14
0がパターニングされゲート層140aとなる。
を形成する。次いで、このレジスト層をマスクとしてス
トッパ層S100をパターニングする。その後、パター
ニングされたストッパ層をマスクとして、ゲート層14
0をエッチングする。図4に示すように、ゲート層14
0がパターニングされゲート層140aとなる。
【0030】パターニング後の様子を平面的に示したの
が図5である。このパターニングによって、メモリ領域
1000内のゲート層140およびストッパ層S100
の積層体には、開口部160,180が設けられる。開
口部160,180は、後のイオン注入によって不純物
層16,18が形成される領域にほぼ対応している。そ
して、後の工程で、開口部160,180の側面に沿っ
てサイド絶縁層とコントロールゲートとが形成される。
が図5である。このパターニングによって、メモリ領域
1000内のゲート層140およびストッパ層S100
の積層体には、開口部160,180が設けられる。開
口部160,180は、後のイオン注入によって不純物
層16,18が形成される領域にほぼ対応している。そ
して、後の工程で、開口部160,180の側面に沿っ
てサイド絶縁層とコントロールゲートとが形成される。
【0031】次いで、図4に示すように、パンチスルー
防止用のP型不純物をイオン注入することにより、半導
体基板10内に、不純物層17bを形成する。
防止用のP型不純物をイオン注入することにより、半導
体基板10内に、不純物層17bを形成する。
【0032】(3)次いで、フッ酸を用いて半導体基板
の表面を洗浄する。これにより、露出していた絶縁層1
20が除去される。次に、図6に示すように、第1酸化
シリコン層220aを熱酸化法により成膜する。熱酸化
膜は半導体基板10とゲート層140aとの露出面に形
成される。尚、第1酸化シリコン層220aの形成にC
VD法を用いてもよい。
の表面を洗浄する。これにより、露出していた絶縁層1
20が除去される。次に、図6に示すように、第1酸化
シリコン層220aを熱酸化法により成膜する。熱酸化
膜は半導体基板10とゲート層140aとの露出面に形
成される。尚、第1酸化シリコン層220aの形成にC
VD法を用いてもよい。
【0033】次に、第1酸化シリコン層220aに対し
アニール処理を施す。このアニール処理は、NH3ガス
を含む雰囲気で行なわれる。この前処理により、第1酸
化シリコン層220a上に窒化シリコン層220bを均
一に堆積し易くなる。その後、窒化シリコン層220b
を、CVD法によって成膜することができる。
アニール処理を施す。このアニール処理は、NH3ガス
を含む雰囲気で行なわれる。この前処理により、第1酸
化シリコン層220a上に窒化シリコン層220bを均
一に堆積し易くなる。その後、窒化シリコン層220b
を、CVD法によって成膜することができる。
【0034】次に、第2酸化シリコン層220cを、C
VD法、具体的には高温酸化法(HTO:High Tempera
ture Oxidation)で形成する。第2酸化シリコン層22
0cは、ISSG(In-situ Steam Generation)処理を
用いて成膜することもできる。ISSG処理によって成
膜された膜は緻密である。ISSG処理によって成膜し
た場合、後述するONO膜を緻密化するためのアニール
処理を省略することができる。
VD法、具体的には高温酸化法(HTO:High Tempera
ture Oxidation)で形成する。第2酸化シリコン層22
0cは、ISSG(In-situ Steam Generation)処理を
用いて成膜することもできる。ISSG処理によって成
膜された膜は緻密である。ISSG処理によって成膜し
た場合、後述するONO膜を緻密化するためのアニール
処理を省略することができる。
【0035】なお、上記工程において、窒化シリコン層
220bと第2酸化シリコン層220cとを同一の炉内
で成膜することにより、出炉による界面の汚染を防止す
ることができる。これにより、均質なONO膜を形成す
ることができるため、安定した電気特性を有するメモリ
セル100が得られる。また、界面の汚染を除去するた
めの洗浄工程が不要となるため、工程数の削減を図るこ
とができる。
220bと第2酸化シリコン層220cとを同一の炉内
で成膜することにより、出炉による界面の汚染を防止す
ることができる。これにより、均質なONO膜を形成す
ることができるため、安定した電気特性を有するメモリ
セル100が得られる。また、界面の汚染を除去するた
めの洗浄工程が不要となるため、工程数の削減を図るこ
とができる。
【0036】これらの各層を成膜した後、たとえばウエ
ット酸化またはLMP酸化によるアニール処理を行い、
各層を緻密化することが好ましい。
ット酸化またはLMP酸化によるアニール処理を行い、
各層を緻密化することが好ましい。
【0037】本実施の形態においては、ONO膜220
は、後のパターニングによって、第2ゲート絶縁層22
およびサイド絶縁層24となる(図2参照)。
は、後のパターニングによって、第2ゲート絶縁層22
およびサイド絶縁層24となる(図2参照)。
【0038】(4)図7に示すように、ドープトポリシ
リコン層(第2導電層)230を、第2酸化シリコン層
220c上に形成する。ドープトポリシリコン層230
は、後にエッチングされて、コントロールゲート20,
30を構成する導電層40(図1参照)となる。
リコン層(第2導電層)230を、第2酸化シリコン層
220c上に形成する。ドープトポリシリコン層230
は、後にエッチングされて、コントロールゲート20,
30を構成する導電層40(図1参照)となる。
【0039】(5)次いで、図8に示すように、ストッ
パ層S100の上方の第2酸化シリコン層220cが露
出する程度まで、ドープトポリシリコン層230を等方
性エッチングする。これにより、ゲート層140aとス
トッパ層S100との側壁に、ドープトポリシリコン層
20a,30aが形成される。この等方性エッチング
は、たとえば、ICP(Inductive Coupled Plasma)方
式により行なわれる。エッチングガスはCF4を含む。
また、この等方性エッチングは、ドープトポリシリコン
層230と第2酸化シリコン層220cとの選択比、す
なわち、ドープトポリシリコンのエッチング速度と第2
酸化シリコン層のエッチング速度とが、ほぼ等しい条件
で行なわれることが好ましい。
パ層S100の上方の第2酸化シリコン層220cが露
出する程度まで、ドープトポリシリコン層230を等方
性エッチングする。これにより、ゲート層140aとス
トッパ層S100との側壁に、ドープトポリシリコン層
20a,30aが形成される。この等方性エッチング
は、たとえば、ICP(Inductive Coupled Plasma)方
式により行なわれる。エッチングガスはCF4を含む。
また、この等方性エッチングは、ドープトポリシリコン
層230と第2酸化シリコン層220cとの選択比、す
なわち、ドープトポリシリコンのエッチング速度と第2
酸化シリコン層のエッチング速度とが、ほぼ等しい条件
で行なわれることが好ましい。
【0040】(6)次いで、図9に示すように、ドープ
トポリシリコン層20a,30aを全面的に異方性エッ
チングする。これにより、メモリ領域1000の開口部
160,180(図5参照)の側面に沿って、第1およ
び第2コントロールゲート20,30が形成される。こ
こで図9に示すように、形成されるコントロールゲート
20,30の高さが、ゲート層140aの高さよりも小
さくなるまで異方性エッチングを行なう。この異方性エ
ッチングは、たとえば、ICP(Inductive Coupled Pl
asma)方式により行なわれる。エッチングガスはHBr
とO2とを含む。エッチングガスにCl2とO2とを含む
ガスを用いても良い。また、この異方性エッチングは、
ドープトポリシリコン層20a,30aと第2酸化シリ
コン層220cとの選択比、すなわち、第2酸化シリコ
ン層のエッチング速度に対するドープトポリシリコンの
エッチング速度が、10〜100で行なわれることが好
ましく、50〜100で行なわれることがより好まし
い。
トポリシリコン層20a,30aを全面的に異方性エッ
チングする。これにより、メモリ領域1000の開口部
160,180(図5参照)の側面に沿って、第1およ
び第2コントロールゲート20,30が形成される。こ
こで図9に示すように、形成されるコントロールゲート
20,30の高さが、ゲート層140aの高さよりも小
さくなるまで異方性エッチングを行なう。この異方性エ
ッチングは、たとえば、ICP(Inductive Coupled Pl
asma)方式により行なわれる。エッチングガスはHBr
とO2とを含む。エッチングガスにCl2とO2とを含む
ガスを用いても良い。また、この異方性エッチングは、
ドープトポリシリコン層20a,30aと第2酸化シリ
コン層220cとの選択比、すなわち、第2酸化シリコ
ン層のエッチング速度に対するドープトポリシリコンの
エッチング速度が、10〜100で行なわれることが好
ましく、50〜100で行なわれることがより好まし
い。
【0041】しかしながら、このエッチングが終了した
時点で、コントロールゲートに角状部28が形成される
場合がある。この角状部28は、エッチング除去物が、
コントロールゲート20,30に再付着して形成された
ものと考えられる。
時点で、コントロールゲートに角状部28が形成される
場合がある。この角状部28は、エッチング除去物が、
コントロールゲート20,30に再付着して形成された
ものと考えられる。
【0042】(7)次いで、図10に示すように、第1
および第2コントロールゲート20,30を等方性エッ
チングする。これにより、角状部28が除去される。こ
の等方性エッチングは、例えばCDE(Chemical Dry E
tching)方式により、エッチングガスにCF4等のフッ
化物含有ガスを用いて行なう。また、この等方性エッチ
ングは、ドープトポリシリコン層20,30と第2酸化
シリコン層220cとの選択比、すなわち、第2酸化シ
リコン層のエッチング速度に対するドープトポリシリコ
ンのエッチング速度が、3〜10で行なわれることが好
ましく、5〜10で行なわれることがより好ましい。
および第2コントロールゲート20,30を等方性エッ
チングする。これにより、角状部28が除去される。こ
の等方性エッチングは、例えばCDE(Chemical Dry E
tching)方式により、エッチングガスにCF4等のフッ
化物含有ガスを用いて行なう。また、この等方性エッチ
ングは、ドープトポリシリコン層20,30と第2酸化
シリコン層220cとの選択比、すなわち、第2酸化シ
リコン層のエッチング速度に対するドープトポリシリコ
ンのエッチング速度が、3〜10で行なわれることが好
ましく、5〜10で行なわれることがより好ましい。
【0043】前記(5)〜(7)の工程により、図10
に示すように、サイドウォール状の第1および第2コン
トロールゲート20,30が得られる。上記工程による
利点は以下の通りである。
に示すように、サイドウォール状の第1および第2コン
トロールゲート20,30が得られる。上記工程による
利点は以下の通りである。
【0044】前記(6)および(7)の工程において、
第1および第2コントロールゲート20,30を異方性
エッチングした後、等方性エッチングすることにより、
第1および第2コントロールゲート20,30の形状を
容易に改善することができる。この理由を以下に説明す
る。図9に示したように、前記(6)の工程における異
方性エッチングが終了した時点で、コントロールゲート
に角状部28が形成される場合がある。この角状部28
がワード線50と接触することにより、コントロールゲ
ート20,30とワードゲート14aとが導通するおそ
れがある。これに対し本実施の形態によれば、前記
(7)の工程における等方性エッチングにて、角状部2
8は除去される。これにより、コントロールゲートの形
状を容易に改善することができる。
第1および第2コントロールゲート20,30を異方性
エッチングした後、等方性エッチングすることにより、
第1および第2コントロールゲート20,30の形状を
容易に改善することができる。この理由を以下に説明す
る。図9に示したように、前記(6)の工程における異
方性エッチングが終了した時点で、コントロールゲート
に角状部28が形成される場合がある。この角状部28
がワード線50と接触することにより、コントロールゲ
ート20,30とワードゲート14aとが導通するおそ
れがある。これに対し本実施の形態によれば、前記
(7)の工程における等方性エッチングにて、角状部2
8は除去される。これにより、コントロールゲートの形
状を容易に改善することができる。
【0045】次いで、図10に示すように、N型不純物
をイオン注入することにより、半導体基板10内に、不
純物層19を形成する。
をイオン注入することにより、半導体基板10内に、不
純物層19を形成する。
【0046】(8)次に、メモリ領域1000におい
て、酸化シリコンまたは窒化酸化シリコンなどの絶縁層
(図示しない)を全面的に形成する。次いで、この絶縁
層を異方性エッチングすることにより、図11に示すよ
うに、コントロールゲート20,30上に絶縁層152
が残存させられる。さらに、このエッチングによって、
後の工程でシリサイド層が形成される領域に堆積された
絶縁層は除去され、半導体基板が露出する。
て、酸化シリコンまたは窒化酸化シリコンなどの絶縁層
(図示しない)を全面的に形成する。次いで、この絶縁
層を異方性エッチングすることにより、図11に示すよ
うに、コントロールゲート20,30上に絶縁層152
が残存させられる。さらに、このエッチングによって、
後の工程でシリサイド層が形成される領域に堆積された
絶縁層は除去され、半導体基板が露出する。
【0047】次いで、図11に示すように、N型不純物
をイオン注入することにより、半導体基板10内に、不
純物層16,18を形成する。
をイオン注入することにより、半導体基板10内に、不
純物層16,18を形成する。
【0048】次いで、シリサイド形成用の金属を全面的
に堆積させる。シリサイド形成用の金属とは、例えば、
チタンやコバルトである。その後、半導体基板の上に形
成された金属をシリサイド化反応させることにより、半
導体基板の露出面にシリサイド層92を形成させる。次
いで、メモリ領域1000において、酸化シリコンまた
は窒化酸化シリコンなどの絶縁層70を全面的に形成す
る。絶縁層70は、ストッパ層S100を覆うように形
成される。
に堆積させる。シリサイド形成用の金属とは、例えば、
チタンやコバルトである。その後、半導体基板の上に形
成された金属をシリサイド化反応させることにより、半
導体基板の露出面にシリサイド層92を形成させる。次
いで、メモリ領域1000において、酸化シリコンまた
は窒化酸化シリコンなどの絶縁層70を全面的に形成す
る。絶縁層70は、ストッパ層S100を覆うように形
成される。
【0049】(9)図12に示すように、絶縁層70を
CMP法により、ストッパ層S100が露出するまで研
磨し、絶縁層70を平坦化する。この研磨によって、対
向するコントロールゲート20,30の間に絶縁層70
が残される。
CMP法により、ストッパ層S100が露出するまで研
磨し、絶縁層70を平坦化する。この研磨によって、対
向するコントロールゲート20,30の間に絶縁層70
が残される。
【0050】(10)ストッパ層S100を熱りん酸で
除去する。この結果、少なくともゲート層140aの上
面が露出する。その後、全面的にドープトポリシリコン
層を堆積させる。
除去する。この結果、少なくともゲート層140aの上
面が露出する。その後、全面的にドープトポリシリコン
層を堆積させる。
【0051】次いで、図13に示すように、前記ドープ
トポリシリコン層上にパターニングされたレジスト層R
100を形成する。レジスト層R100をマスクとし
て、前記ドープトポリシリコン層をパターニングするこ
とにより、ワード線50が形成される。
トポリシリコン層上にパターニングされたレジスト層R
100を形成する。レジスト層R100をマスクとし
て、前記ドープトポリシリコン層をパターニングするこ
とにより、ワード線50が形成される。
【0052】引き続き、レジスト層R100をマスクと
して、ゲート層140aのエッチングが行われる。この
エッチングにより、ワード線50が上方に形成されない
ゲート層140aが除去される。その結果、アレイ状に
配列したワードゲート14aを形成することができる。
ゲート層140aの除去領域は、後に形成されるP型不
純物層(素子分離用不純物層)15の領域と対応する
(図1参照)。
して、ゲート層140aのエッチングが行われる。この
エッチングにより、ワード線50が上方に形成されない
ゲート層140aが除去される。その結果、アレイ状に
配列したワードゲート14aを形成することができる。
ゲート層140aの除去領域は、後に形成されるP型不
純物層(素子分離用不純物層)15の領域と対応する
(図1参照)。
【0053】尚、このエッチング工程では、第1,第2
のコントロールゲート20、30をなす導電層40は、
絶縁層70で覆われているために、エッチングされずに
残る。
のコントロールゲート20、30をなす導電層40は、
絶縁層70で覆われているために、エッチングされずに
残る。
【0054】次いで、P型不純物を半導体基板10に全
面的にドープする。これにより、Y方向におけるワード
ゲート14aの相互間の領域にP型不純物層(素子分離
用不純物層)15(図1参照)が形成される。このP型
不純物層15によって、不揮発性半導体記憶装置100
相互の素子分離がより確実に行われる。
面的にドープする。これにより、Y方向におけるワード
ゲート14aの相互間の領域にP型不純物層(素子分離
用不純物層)15(図1参照)が形成される。このP型
不純物層15によって、不揮発性半導体記憶装置100
相互の素子分離がより確実に行われる。
【0055】以上の工程により、図1、図2に示す半導
体装置を製造することができる。
体装置を製造することができる。
【0056】以上、本発明の一実施の形態について述べ
たが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨の範囲
内で種々の態様をとりうる。たとえば、上記実施の形態
では、半導体層としてバルク状の半導体基板を用いた
が、SOI基板の半導体層を用いてもよい。
たが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨の範囲
内で種々の態様をとりうる。たとえば、上記実施の形態
では、半導体層としてバルク状の半導体基板を用いた
が、SOI基板の半導体層を用いてもよい。
【図1】半導体装置のレイアウトを模式的に示す平面図
である。
である。
【図2】図1のA−A線に沿った部分を模式的に示す断
面図である。
面図である。
【図3】本発明の一実施形態における一工程を示す図で
ある。
ある。
【図4】本発明の一実施形態における一工程を示す図で
ある。
ある。
【図5】本発明の一実施形態における一工程を示す図で
ある。
ある。
【図6】本発明の一実施形態における一工程を示す図で
ある。
ある。
【図7】本発明の一実施形態における一工程を示す図で
ある。
ある。
【図8】本発明の一実施形態における一工程を示す図で
ある。
ある。
【図9】本発明の一実施形態における一工程を示す図で
ある。
ある。
【図10】本発明の一実施形態における一工程を示す図
である。
である。
【図11】本発明の一実施形態における一工程を示す図
である。
である。
【図12】本発明の一実施形態における一工程を示す図
である。
である。
【図13】本発明の一実施形態における一工程を示す図
である。
である。
【図14】公知のMONOS型メモリセルを示す断面図であ
る。
る。
10 半導体基板、12 第1ゲート絶縁層、14a
ワードゲート、20 第1コントロールゲート、22
第2ゲート絶縁層、22a,24a,220a第1酸化
シリコン層、22b,24b,220b 窒化シリコン
層、22c,24c,220c 第2酸化シリコン層、
24 サイド絶縁層、30 第2コントロールゲート、
140,140a ゲート層、220 ONO膜、S1
00 ストッパ層
ワードゲート、20 第1コントロールゲート、22
第2ゲート絶縁層、22a,24a,220a第1酸化
シリコン層、22b,24b,220b 窒化シリコン
層、22c,24c,220c 第2酸化シリコン層、
24 サイド絶縁層、30 第2コントロールゲート、
140,140a ゲート層、220 ONO膜、S1
00 ストッパ層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Fターム(参考) 5F083 EP18 EP22 EP32 EP33 EP34
EP35 EP36 EP43 EP44 EP62
EP64 EP67 EP69 GA27 JA04
JA35 JA39 JA53 LA12 LA16
LA21 NA01 PR09 PR40 ZA21
5F101 BA45 BB02 BD05 BD06 BD07
BD10 BD14 BD22 BD30 BD35
BF05
Claims (5)
- 【請求項1】 半導体層の上方に、第1絶縁層を形成す
る工程、 前記第1絶縁層の上方に、第1導電層を形成する工程、 前記第1導電層の上方に、ストッパ層を形成する工程、 前記ストッパ層と前記第1導電層とをパターニングする
工程、 前記半導体層の上方と前記第1導電層の両側面とに、第
1酸化シリコン層、窒化シリコン層および第2酸化シリ
コン層から構成されるONO膜を形成する工程、 前記ONO膜の上方に、第2導電層を形成する工程、 前記第2導電層を異方性エッチングした後、該第2導電
層を等方性エッチングすることにより、前記第1導電層
の両側面に、前記ONO膜を介してサイドウォール状の
コントロールゲートを形成する工程、 ソース領域またはドレイン領域となる不純物層を前記半
導体層内に形成する工程、 全面に第2絶縁層を形成する工程、 前記ストッパ層が露出するように、前記第2絶縁層を研
磨する工程、 前記ストッパ層を除去する工程、 前記第1導電層をパターニングして、ワードゲートを形
成する工程、を含む不揮発性記憶装置の製造方法。 - 【請求項2】 請求項1において、 前記第2導電層の異方性エッチングにおける、前記第2
導電層と、前記ONO膜を構成する前記第2酸化シリコ
ン層との選択比は、10〜100である、不揮発性記憶
装置の製造方法。 - 【請求項3】 請求項1または2において、 前記第2導電層の等方性エッチングにおける、前記第2
導電層と、前記ONO膜を構成する前記第2酸化シリコ
ン層との選択比は、3〜10である、不揮発性記憶装置
の製造方法。 - 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかにおいて、 さらに、前記第2導電層を異方性エッチングする前に、
該第2導電層を等方性エッチングする工程を含む、不揮
発性記憶装置の製造方法。 - 【請求項5】 請求項4において、 前記第2導電層を異方性エッチングする前に行われる該
第2導電層の等方性エッチング工程は、前記第2導電層
と、前記ONO膜を構成する前記第2酸化シリコン層と
の選択比が、ほぼ等しい条件で行なわれる、不揮発性記
憶装置の製造方法。
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-
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- 2002-02-15 JP JP2002037834A patent/JP2003243542A/ja not_active Withdrawn
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2003
- 2003-02-10 US US10/361,782 patent/US6812097B2/en not_active Expired - Fee Related
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