JP3833854B2 - Method for manufacturing nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御ゲートと浮遊ゲートを有するスタックゲート型のメモリセルとその周辺回路が同一チップ上に集積された不揮発性半導体記憶装置の製造方法に関し、特に浮遊ゲート用多結晶シリコン層と自己整合的にトレンチ素子分離が形成され、かつ周辺回路部のトランジスタにおいてキンク特性の発生が抑制された不揮発性半導体記憶装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
制御ゲートと浮遊ゲートを有するスタックゲート型のメモリセルと、それを駆動する周辺回路を同一チップ上に集積した不揮発性半導体記憶装置が広く知られている。一般にこの種の半導体記憶装置においては、浮遊ゲート用多結晶シリコン層と自己整合的にトレンチ素子分離(Shallow Trench Isolation : STI)が形成され、周辺回路のトランジスタについては、この浮遊ゲート用の多結晶シリコンを除去してから、再度ゲート酸化および電極形成が行われる。
【0003】
この浮遊ゲート用多結晶シリコンを除去する際、周辺回路素子領域の端部が露出され、その後素子領域上に形成されるゲート電極が、素子領域の上部側面にも落ち込み形成される場合がある。このゲート電極の落ち込みが生じると、素子領域側面部に寄生トランジスタが形成され、MOSFETのドレイン電圧電流特性曲線に、この寄生トランジスタに起因する低スレショールドの特性曲線が重畳された、いわゆるキンク特性が発生する。このキンク特性が発生すると、メモリの待機時電流が増大するなどの問題を招来する。
【0004】
このキンク特性を防ぐためには、素子領域と多結晶シリコン層の間に予め多量のバーズビークを形成しておく必要がある。特に、浮遊ゲートからシリコン基板に電子を引き抜く動作を行うと、形状の変化した部分で電界集中が発生し、各セル毎の消去速度のバラツキにつながる。この消去速度のバラツキは消去Vth分布幅拡大を招き、NOR型フラッシュメモリにおいては過消去の問題を引き起こす。しかしながら、メモリセルにおいてバーズビークとならない程度にしか酸化を行わないと、周辺回路部ではゲート電極がSTIに落ち込みキンク特性が生じる。これは、周辺回路でのサブスレショールドリークの増大につながり、半導体記憶装置の待機時消費電流が増大する。
【0005】
上記の問題を図18〜図20を参照して詳細に説明する。
【0006】
シリコン基板101上にトンネル酸化膜102を形成後、浮遊ゲートの下層部となる第1の多結晶シリコン103を堆積する(図18(a))。次に、素子分離領域を形成するために、浅い溝(STI領域)104を形成する(図18(b))。この時、浮遊ゲートの端部とSTIは自己整合的に形成され、浮遊ゲートがSTI溝中に落ち込むことが無く、メモリセルの動作バラツキが発生しにくい。このSTI領域内を絶縁膜105で埋め込み、次に浮遊ゲートの上層部となる第2の多結晶シリコン層106を堆積した後、各セル毎に分離する(図18(c))。
【0007】
次に、上に浮遊ゲートと後に形成される制御ゲート間の絶縁膜107を形成する。通常は酸化膜/窒化膜/酸化膜の3層構造膜である(図18(d))。この次の図からは周辺回路部の形成工程を示す。
【0008】
周辺回路部の絶縁膜107、浮遊ゲート103,106、トンネル酸化膜102を除去する。このトンネル酸化膜を除去するウェットエッチング工程において、STI端部の埋め込み絶縁膜105が後退し、窪みが発生する場合がある。その場合は、周辺回路のゲート電極108が、図19に示すように、AA(Active Area)領域側面にかかると同時に、電界集中の起きるAAエッジにゲート電極がオーバーラップして、寄生トランジスタが形成される。この寄生トランジスタは低スレショールド特性を有しており、これが主トランジスタのドレイン電圧・電流特性に重畳してキンク特性が発生する。
【0009】
これを防ぐ方法としてSTI内の埋め込み絶縁膜105を形成する前に、充分に酸化を行って、図20(a)に示すように、バーズビークを第1の多結晶シリコンとシリコン基板界面に形成しておく方法がある。こうしておくと、周辺回路部において、多結晶シリコンとトンネル酸化膜を除去した後も、図20(b)に示すように、STIの端部においての絶縁膜の後退を防ぐことができる。
【0010】
ところが、そのような充分な酸化を行うと、大きな問題が発生することが判明した。すなわち、メモリセル領域の浮遊ゲートとシリコン基板間にバーズビークを大きく侵入させると、多結晶シリコンの面方位が多様であることから形状がばらつく上に、酸化により凸部形状が出現し、ここに電界が集中する。このような形状のばらつきが発生すると、例えば浮遊ゲートから電子を引き抜く動作を行った場合の引き抜き速度の差が発生し、消去Vth分布が広がってしまうという問題を引き起こす。広い消去分布はNOR型フラッシュメモリにおいては過消去といった動作不良につながることになる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来のSTI型不揮発性半導体記憶装置では、周辺回路トランジスタのキンク特性を抑制するために、多結晶シリコンとシリコン基板界面にバーズビークを大きく形成することがあった。ところが、メモリセル部の浮遊ゲートとシリコン基板間にもバーズビークが大きく侵入することになり、このため浮遊ゲートから電子を引き抜く動作を行った場合の引き抜き速度の差が発生し、消去Vth分布が広がってしまうという問題が生じる。
【0012】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、メモリセル部の特性のばらつきが少なく、かつ周辺回路部にキンク特性の発生がなく、従って待機時消費電流の増大がない不揮発性半導体記憶装置の製造方法を提供しようとするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法(請求項1)は、素子領域が溝型素子分離で形成され、かつ浮遊ゲートを有するメモリセル部とその周辺回路部を有する不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、シリコン基板上に絶縁膜を介して多結晶シリコン層を形成する工程と、素子領域を形成するために、この多結晶シリコン層と絶縁膜、シリコン基板を自己整合的にエッチングし、シリコン基板中に底部を有し素子領域を囲む素子分離用の複数の溝を形成する工程と、素子領域と多結晶シリコン層が対向する面のそれぞれの端部を酸化により丸める工程と、メモリセル部のみを耐酸化性を有する膜で被覆する工程と、前記耐酸化性膜の形成後酸化を追加し、周辺回路部の素子領域において、シリコン基板と多結晶シリコン層が対向する面の端部間に、メモリセル部よりも厚いバーズビーク状酸化膜を形成する工程とを有することを特徴とする。
【0014】
上記の製造方法において、前記耐酸化性膜を堆積後、周辺回路部に対する酸化を行う前に、メモリセル部において、浮遊ゲート側面部にのみ耐酸化性膜が残るように、前記耐酸化性膜を選択的に除去する工程をさらに有することができる。
【0015】
また、周辺回路部に対する酸化を行った後に、メモリセル部を被覆する耐酸化性膜を除去するようにしてもよい。
【0016】
上記課題を達成するために、本発明の半導体記憶装置の製造方法(請求項4)は、素子領域が溝型素子分離で形成され、かつ浮遊ゲートを有するメモリセル部とその周辺回路部を有する不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、シリコン基板上に絶縁膜を介して多結晶シリコン層を積層形成する工程と、周辺回路部のみ、多結晶シリコン層と絶縁膜、シリコン基板を自己整合的にエッチングし、第1の素子分離用溝を形成する工程と、周辺回路部において、素子領域と多結晶シリコン層が対向する面のそれぞれの端部を酸化して、バーズビーク状酸化膜を形成する工程と、メモリセル部の多結晶シリコン層と絶縁膜、シリコン基板を自己整合的にエッチングし、第2の素子分離用溝を形成する工程と、第2の素子分離溝形成後、メモリセル部の素子領域と多結晶シリコン層が対向する面のそれぞれの端部を酸化して、周辺回路部に形成されたバーズビーク状酸化膜よりも薄いバーズビーク状酸化膜を形成する工程とを有することを特徴とする。
【0017】
上記課題を達成するために、本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法(請求項5)は、素子領域が溝型素子分離で形成され、かつ浮遊ゲートを有するメモリセル部とその周辺回路部を有する不揮発性半導体記憶の製造方法であって、シリコン基板上に絶縁膜を介して耐酸化性膜を積層形成する工程と、メモリセル部の耐酸化性膜と絶縁膜を選択的に除去する工程と、メモリセル部にトンネル酸化膜を形成し、これを窒化処理してトンネル膜を酸窒化膜化する工程と、メモリセル部のトンネル酸窒化膜の上部、および周辺回路部の耐酸化性膜の上部に、多結晶シリコン層を形成する工程と、多結晶シリコンとシリコン基板を自己整合的にエッチングして、素子分離用の溝を形成する工程と、素子分離用溝形成後酸化により、素子領域と多結晶シリコン層が対向する面の端部間にバーズビーク状酸化膜を形成し、周辺回路部にメモリセル部より厚いバーズビーク状酸化膜を形成する工程とを有することを特徴とする。
【0018】
また、上記課題を解決するために、本発明の不揮発性半導体装置の製造方法(請求項6)は、素子領域が溝型素子分離で形成され、かつ浮遊ゲートを有するメモリセル部とその周辺回路部を有する不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、シリコン基板上に絶縁膜を介して多結晶シリコン層を形成する工程と、この多結晶シリコン層とシリコン基板を自己整合的にエッチングして、素子領域を形成するために、素子分離用の溝を形成する工程と、酸化により、素子領域と多結晶シリコンの対向するそれぞれの面の端部を丸める工程と、メモリセル部のみをシリコン膜で被覆する工程と、前記シリコン膜の被覆後酸化を追加して、メモリセル部を覆うシリコン膜を酸化膜化するとともに、周辺回路部のシリコン基板と多結晶シリコン層の対向する面の端部間に、メモリセル部より厚いバーズビーク状酸化膜を形成する工程とを有することを特徴とする。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0023】
(第1の実施形態)
図1〜図5は本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を段階的に示す図で、周辺回路部の断面図である。
【0024】
まず、シリコン基板301全面にメモリセルのトンネル酸化膜302を例えば10nm形成する。次に、その上部に浮遊ゲートの下層部となる第1の多結晶シリコン層303を70nm形成する(図1(a))。さらに、その上に通常はシリコン窒化膜304を、例えば200nm堆積する。その後フォトリソグラフィ工程により、STIの溝を形成する部分が開口されたレジストパターンを形成し、このレジストパターンに基づきシリコン窒化膜304を加工する(図1(b))。
【0025】
次にこの窒化膜304をマスクにして、第1の浮遊ゲート用多結晶シリコン303、トンネル酸化膜302、シリコン基板301を順次RIE法により垂直にエッチングする。シリコン基板301に掘られた浅い溝305が素子分離用の溝(Shallow Trench Isolation : STI)である。
【0026】
次に、浮遊ゲートとなる第1の多結晶シリコン303とシリコン基板301の界面に、あまりバーズビークを入れないように出来るだけ少ない酸化量に抑えた酸化、例えば、10nmの熱酸化工程を行う。これにより熱酸化膜306が形成される(図1(c))。
【0027】
次に、この上に酸化膜307をCVD法で薄く堆積する。さらにその上に耐酸化性の膜、具体的にはシリコン窒化膜308を、例えば6nm堆積する(図1(d))。
【0028】
次に、フォトリソグラフィ工程により周辺回路部のみ開口したレジストパターン309を基板上に形成する(図2(a))。このレジストパターン309をマスクにして周辺回路部の耐酸化性膜308を除去する(図2(b))。例えばシリコン窒化膜であればCDE(Chemical Dry Etching)等の方法で除去できる。なお耐酸化性膜の下に形成したCVD酸化膜307は、後にSTI内部に埋め込み絶縁膜を堆積する場合に、シリコン基板に入るダメージを軽減する役割を果たす。
【0029】
次に、周辺回路部の素子領域(シリコン基板301)と第1の多結晶シリコン層303のそれぞれの対向面端部にバーズビークを入れるための酸化を行う(図2(c))。この酸化によって形成されたバーズビーク310は、後に周辺回路形成時にゲート電極の落ち込みを低減する。したがってこの酸化は充分な量、例えばシリコン基板上に30nmの酸化膜を形成する条件で行う。
【0030】
このとき、メモリセル部は耐酸化性膜308で覆われており酸化はされない。なお、必要に応じて耐酸化性膜をこの後除去してもよい。メモリセル近傍にシリコン窒化膜が存在すると、そこから拡散する水素によりトンネル酸化膜がダメージを受ける可能性があるため、必要ならば除去しても良いが、この例では除去しない場合を示す。なお、シリコン窒化膜を除去する場合は、図1(d)の工程の後で、ホット燐酸によるエッチング若しくはCDEで除去すればよい。
【0031】
次に、STI内部を埋め込むために、例えばプラズマ酸化膜311を堆積する(図3(a))。アスペクト比が高い場合には、高密度プラズマ(HDP)CVD法を用いて堆積する場合もある。次に、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)法によりこのプラズマ酸化膜311を平坦化する(図3(b))。
【0032】
次に、第1の浮遊ゲート用多結晶シリコン303上のシリコン窒化膜304をウェットエッチングにより除去する。場合によってはSTI内に埋め込んだ絶縁膜311の高さを調節するために、窒化膜を除去する前に絶縁膜311を多少エッチングする場合もある。その後、その上に第2の浮遊ゲート用多結晶シリコン層312を形成する。さらに、STI領域上で浮遊ゲート分離用領域313のリソグラフィ工程およびエッチングを行い、浮遊ゲートをセル毎に分離するための加工を行う(図3(c))。
【0033】
次に、浮遊ゲート上に、浮遊ゲートと制御ゲート間絶縁膜となる、例えば酸化膜/窒化膜/酸化膜(ONO)の積層絶縁膜314を形成する(図4(a))。この後、図は周辺回路部のみを示す。
【0034】
次に、メモリセル領域をフォトリソグラフィ工程によりレジストで被覆し、周辺回路領域のONO膜314、浮遊ゲート用の第1、第2の多結晶シリコン303,312をドライエッチング、トンネル酸化膜312をウェットエッチングで除去する(図4(b))。ゲートバーズビークが充分に形成されていることにより、このウェットエッチング時に素子領域上端部が保護され、この上端部での酸化膜の落ち込みを防ぐことができる。
【0035】
次に、周辺回路に必要な酸化膜厚、例えば15nmのゲート酸化膜315を形成し(図4(c))、その上部に多結晶シリコン層316を形成する(図5)。この多結晶シリコン層316は周辺回路部のゲート電極およびメモリセル部の制御ゲート電極となる。
【0036】
次に、図示はしないが、周辺トランジスタ、メモリセルトランジスタのゲート加工を行い、その後通常行われるように、メモリセル部、周辺回路部に拡散層を形成し、さらに配線工程を行うことにより、メモリセルアレイが完成する。
【0037】
上記の如き工程を採ることにより、周辺回路部にのみ大きくバーズビークを侵入させた半導体記憶装置が実現する。
【0038】
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、メモリセル領域全面をシリコン窒化膜で被覆したが、全面をシリコン窒化膜で被覆して熱処理を加えると、メモリセルのトンネル酸化膜が劣化する場合がある。この現象を最小限にするために、耐酸化性膜はメモリセルの浮遊ゲートの側面に側壁状に形成してもよい。第2の実施形態はこのような方法を提供する。
【0039】
先ず、第1の実施形態における図1(a)〜(d)の工程を実施する。図1(d)で耐酸化性膜308を堆積後、全面にRIEによるエッチバックを行い、側壁にのみ耐酸化性膜を残す。これにより、図6に示すような構造が得られる。その後は、第1の実施形態の図2以降と同様な工程を実施することにより、耐酸化性膜が浮遊ゲート側壁およびSTI内壁にのみ残された構造が完成する。
【0040】
(第3の実施形態)
図7および図8は、本発明の第3の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を段階的に示す断面図である。
【0041】
まず、シリコン基板501全面にメモリセルのトンネル酸化膜502を、例えば10nm形成する。次に、その上部に浮遊ゲートの一部となる第1の多結晶シリコン層503を70nm形成する(図7(a))。さらに、その上にシリコン窒化膜504を、例えば200nm堆積する。その後フォトリソグラフィ工程により、周辺回路部分にのみSTIの溝を形成する部分が開口されたレジストパターン(不図示)を形成し、シリコン窒化膜504を加工する。次にこの窒化膜304をマスクにして、第1の浮遊ゲート用多結晶シリコン層503、トンネル酸化膜502、シリコン基板501を順次RIE法により垂直にエッチングして、STI505を形成する。
【0042】
続いて周辺回路部の多結晶シリコン層503とシリコン基板501の界面に充分なバーズビーク酸化膜506を形成すべく、例えば30nmの酸化を行う(図7(c))。この時、メモリセル部上はシリコン窒化膜で覆われているで酸化されない。
【0043】
次に、メモリセル部のSTI溝507を形成する(図8(a))。続いて、メモリセルに最低限必要な酸化、例えば6〜10nmの酸化を行い、酸化膜508を形成する(図8(b))。その後は、第1の実施形態の図3に対応するSTI内の埋め込み絶縁膜形成工程を行う。
【0044】
上記の如き工程によっても、周辺回路部にのみ大きくバーズビークを侵入させた半導体記憶装置が実現する。
【0045】
(第4の実施形態)
図9、図10は、本発明の第4の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を段階的に示す断面図である。
【0046】
先ず、シリコン基板601に第1の厚い酸化膜、例えば20nm程度の酸化膜602を形成する(図9(a))。次に、その上部に耐酸化性膜、例えばシリコン窒化膜603を8nm堆積する(図9(b))。
【0047】
次に、リソグラフィ工程によりレジスト604を周辺回路部に残し、メモリセル部のシリコン窒化膜603を除去し(図9(c))、さらにレジストを除去後にメモリセル部の20nmのシリコン酸化膜をエッチング除去する。
【0048】
次に、トンネル酸化膜605を例えば厚さ9nmでメモリセル部に形成する。周辺回路部には耐酸化性膜(シリコン窒化膜)603があるので何も変化はない。続いて、トンネル酸化膜605とシリコン基板601間に窒化処理により窒素を導入する(図9(d))。この窒化は、後の工程でバーズビークの侵入を防ぐとともに、一般にトンネル酸化膜がオキシナイトライドとなるので、セルの信頼性が向上する。なお、このとき周辺回路部は窒化膜で覆われているので、第1の酸化膜602とシリコン基板601の界面は窒化されない。窒化処理は、一般にアンモニアやN2 O、NOといったガス中で熱処理することで行うことができる。
【0049】
次に、その上部に浮遊ゲートの下層部となる第1の多結晶シリコン層606を70nm形成する(図10(a))。さらに、その上に通常はシリコン窒化膜607を、例えば200nm堆積する。その後、リソグラフィ工程により、STIの溝を形成する部分が開口されたレジストパターンを形成し、このシリコン窒化膜607を加工する。
【0050】
次に、この窒化膜607をマスクにして、周辺回路部では第1の浮遊ゲート用多結晶シリコン層606、シリコン窒化膜603、下地の第1の酸化膜602とシリコン基板601を、メモリセル部では第1の浮遊ゲート用多結晶シリコン層606、トンネル酸化膜605、シリコン基板601を順次RIE法により垂直にエッチングする。シリコン基板に掘られたこの浅い溝が、素子分離用の溝(STI)である(図10(b))。
【0051】
次に、周辺回路部の素子領域とシリコン窒化膜603との界面端部にバーズビークを入れるための酸化を行う(図10(c))。この酸化によって酸化膜609、610が形成されるが、これによって形成された周辺回路部バーズビーク610は、後で周辺回路形成時にゲート電極の落ち込みを低減することができる。従って、この酸化は充分な量を行うが、この時メモリセル部はトンネル酸化膜が窒化処理されており、周辺回路部に比較して酸化膜厚も薄いので、バーズビークが侵入しにくい。
【0052】
一方、周辺回路部においては、素子領域上に窒化されていない厚いシリコン酸化膜602があるので、シリコン基板601とシリコン酸化膜602界面にはメモリセル部に比べて厚いバーズビーク610を入れることができる。なお、周辺回路部の厚いシリコン酸化膜602とその上部のシリコン窒化膜603は、周辺回路部のゲート酸化膜を形成する前にすべて除去する(第1の実施形態における図4(b)の工程に相当)。
【0053】
上記の如き工程によっても、周辺回路部にのみ大きくバーズビークを侵入させた半導体記憶装置が実現する。
【0054】
(第5の実施形態)
図11〜図14は、本発明の第5の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を段階的に示す断面図である。
【0055】
先ず、シリコン基板701全面にメモリセルのトンネル酸化膜702を、例えば10nm形成する。次にその上部に浮遊ゲートの下層部となる第1の多結晶シリコン層703を70nm形成する(図11(a))。
【0056】
さらにその上に、通常はシリコン窒化膜704を、例えば200nm堆積する。その後フォトリソグラフィ工程により、STIの溝を形成する部分が開口されたパターンを形成し、このシリコン窒化膜を加工する。次に、この窒化膜をマスクにして、第1の浮遊ゲート用多結晶シリコン層、トンネル酸化膜、シリコン基板を順次RIE法により加工する。シリコン基板に掘られた浅い溝が、素子分離用の溝(STI)である(図11(b))。
【0057】
次に、浮遊ゲートとなる第1の多結晶シリコンとシリコン基板界面にあまりバーズビークを入れないように、出来るだけ少ない酸化量に抑えた酸化を行う。例えば、10nmの熱酸化工程を行う。これにより、熱酸化膜706が形成される(図11(c))。
【0058】
次に、この上に酸化膜707をCVD法で堆積する。さらにその上に、シリコン膜を形成する。具体的にはアモルファスシリコン膜708を、例えば減圧CVD(LPCVD)法で10nm堆積する(図11(d))。
【0059】
次に、フォトリソグラフィ工程により周辺部のみを開口したレジストパターン709を形成する(図12(a))。このレジスト材をマスクにして、周辺回路部のシリコン膜708を除去する(図12(b))。例えばアモルファスシリコン膜であればCDE等の方法で除去できる。なおシリコン膜の下に形成したCVD酸化膜707は、後にSTI内部に埋め込み絶縁膜を堆積する場合に、シリコン基板に入るダメージを軽減する役割を果たす。
【0060】
次に、周辺回路部のSTIエッジにバーズビークを入れるための酸化を行う(図12(c))。この酸化によって形成されたバーズビーク710は、後で周辺回路部形成時にゲート電極の落ち込みを軽減することができる。従って、この酸化は充分な量を行う。例えばシリコン基板上に30nmの酸化膜を形成する条件で行う。
【0061】
一方、メモリセル部はアモルファスシリコン膜708に覆われており、周辺回路部の素子領域上端部のバーズビーク酸化時に完全に酸化され、アモルファスシリコン膜708はシリコン酸化膜711になり、膜厚も約2倍の20nmとなる。
【0062】
メモリセル部ではアモルファスシリコン膜708が完全にシリコン酸化膜711となった後に、酸化剤がシリコン酸化膜711を拡散してシリコン基板701および浮遊ゲートの下層部である第1の多結晶シリコン膜703も酸化される。
【0063】
しかしながら、酸化剤はこのシリコン酸化膜711を拡散し、更にCVD法で形成したシリコン酸化膜706を拡散してシリコン基板701または多結晶シリコン膜703に到達するため、シリコン基板701および浮遊ゲートの下層部である第1の多結晶シリコン膜703の酸化レートは大幅に抑制される。従って、この工程ではメモリセル部の素子領域上端部にバーズビークは殆ど入らない。
【0064】
周辺回路部の素子領域上端部にバーズビークを入れるための酸化量は、メモリセル部に堆積したシリコン膜708が完全にシリコン酸化膜711になるための酸化量と同等である必要があり、かつメモリセル部では素子領域上端部にバーズビークが殆ど入らないことが必要であり、それを勘案してシリコン酸化膜708の堆積膜厚が設定される。
【0065】
次に、STI内を埋め込むために、例えばプラズマ酸化膜712を堆積する(図13(a))。アスペクト比が高い場合には、高密度プラズマ(HDP)CVDを用いて堆積する場合もある。次に、例えばCMP法によりこのプラズマ酸化膜を平坦化する(図13(b))。
【0066】
次に、第1の浮遊ゲート用多結晶シリコン703上のシリコン窒化膜704をウェットエッチングにより除去する。場合によっては、STI内に埋め込んだ絶縁膜712の高さを調節するために、窒化膜704を除去する前に、絶縁膜712を多少エッチングする場合もある。
【0067】
その後、基板全面に第2の浮遊ゲート用多結晶シリコン層713を形成する。さらに、STI領域上で浮遊ゲート分離領域714のリソグラフィ工程およびエッチングを行い、浮遊ゲートを各セル毎に分離するための加工を行う(図13(c))。
【0068】
次に、浮遊ゲート713上に、浮遊ゲートと制御ゲート間の絶縁膜となる、例えば酸化膜/窒化膜/酸化膜(ONO)の積層絶縁膜715を形成する(図14(a))。この後は周辺回路部のみを図示する。
【0069】
次に、メモリセル部をフォトリソグラフィ工程によりレジストで被覆し、周辺回路部のONO膜、浮遊ゲート用の第1、第2の多結晶シリコンをドライエッチング、トンネル酸化膜をウェットエッチングで除去する(図14(b))。このウェットエッチング時に、ゲートバーズビークが充分形成されていることにより、素子領域上端部が保護され、上端部での酸化膜の落ち込みを防ぐことができる。
【0070】
次に、周辺回路部に必要な酸化膜厚、例えば15nmのゲート酸化膜716を形成し(図14(c))、次にその上部に多結晶シリコン層717を形成する(図14(d))。この多結晶シリコン層717は周辺回路部のゲート電極およびメモリセルの制御ゲートとなる。
【0071】
次に、図示は省略するが、周辺トランジスタ、メモリセルトランジスタのゲート加工を行い、その後通常行われるようにメモリセル部、周辺回路部に拡散層を形成し、さらに配線工程を行うことにより、メモリセルアレイが完成する。
【0072】
上記の如き工程によっても、周辺回路部にのみ大きくバーズビークを侵入させた半導体記憶装置が実現する。
【0073】
(第6の実施形態)
図15〜図17は、本発明の第5の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を段階的に示す断面図である。本実施形態は第1〜第5の実施形態と異なり、周辺回路部の素子領域上端部に大きなバーズビークを形成するのではなく、周辺回路部のSTIの側壁を酸窒化膜で覆い、STI埋め込み絶縁膜のエッチバックの際、素子領域の側面が露出するのを防止することにより、周辺回路部のゲート電極の素子領域側面への落ち込みを抑制するものである。
【0074】
以下、図面を参照して製造工程を説明するが、図15〜図17(a)はメモリセル部と周辺回路部の両方に適用される図で、図17(b)〜(d)は周辺回路部に適用される図である。
【0075】
先ず、シリコン基板801全面にメモリセルのトンネル酸化膜となるシリコン酸化膜802を、例えば10nm形成する。次にその上部に浮遊ゲートの下層部となる第1の多結晶シリコン層803を70nm形成する(図15(a))。
【0076】
さらにその上に、通常はシリコン窒化膜804を、例えば200nm堆積する。その後フォトリソグラフィ工程により、STIの溝を形成する部分が開口されたレジストパターンを形成し、このシリコン窒化膜を加工する。続いて、この窒化膜をマスクにして、第1の浮遊ゲート用多結晶シリコン、トンネル酸化膜、シリコン基板を順次RIE法により加工する。シリコン基板に掘られた浅い溝が、素子分離用の溝(STI)である(図15(b))。
【0077】
次に、浮遊ゲートとなる第1の多結晶シリコンとシリコン基板界面にあまりバーズビークを入れないように、出来るだけ少ない酸化量に抑えた酸化、例えば、10nmの熱酸化工程を行う。これにより、熱酸化膜806が形成される(図15(c))。
【0078】
次に、この上にシリコン酸化膜807をCVD法で例えば20nm堆積する。その後シリコン酸化膜806および807を熱窒化膜に変える処理を行う(図15(d))。具体的には、例えば900℃のNH3雰囲気中で60分処理し、さらに900℃のO2雰囲気で60分処理する。この処理により、シリコン酸化膜806とシリコンとの界面領域およびシリコン酸化膜807の表面領域が窒素を数パーセント含有する酸窒化膜になる。
【0079】
次に、STI内部を埋め込むために、例えばプラズマ酸化膜812を堆積する(図16(a))。アスペクト比が高い場合には、高密度プラズマ(HDP)CVDを用いて堆積する場合もある。次に、例えばCMP法によりこのプラズマ酸化膜を平坦化する(図16(b))。
【0080】
次に、第1の浮遊ゲート用多結晶シリコン803上のシリコン窒化膜804をウェットエッチングにより除去する。場合によっては、STI内に埋め込んだ絶縁膜812の高さを調節するために、窒化膜804を除去する前に、絶縁膜812を多少エッチングする場合もある。その後、基板全面に第2の浮遊ゲート用多結晶シリコン層813を形成する。さらに、STI領域上で浮遊ゲート分離領域814のリソグラフィ工程およびエッチングを行い、浮遊ゲートを各セル毎に分離するための加工を行う(図16(c))。
【0081】
次に、浮遊ゲート813上に、浮遊ゲートと制御ゲート間絶縁膜となる、例えば酸化膜/窒化膜/酸化膜(ONO)の積層絶縁膜815を形成する(図17(a))。この後は周辺回路となる部分のみを図示する。
【0082】
次に、メモリセル部をレジスト(不図示)によりカバーし、周辺回路部のONO膜、第1、第2の多結晶シリコン層803,813をドライエッチングで、トンネル酸化膜802をウェットエッチングで除去する(図17(b))。このウェットエッチング時に、STIのシリコン側壁および第1の浮遊ゲート電極802の側面が酸窒化された酸窒化膜806,807で覆われているため、この部分のエッチング速度はトンネル酸化膜802のエッチング速度よりも遅くなる。このため、素子領域上端部側面が露出されることは無い。
【0083】
次に、周辺回路部に必要な酸化膜厚、例えば15nmのゲート酸化膜816を形成し(図17(c))、次に上部に多結晶シリコン層817を形成する(図17(d))。この多結晶シリコン層は周辺回路部のゲート電極およびメモリセルの制御ゲートとなる。
【0084】
本実施形態では、STI内壁に酸化処理によりシリコン酸化膜806を形成した後、シリコン酸化膜807を堆積しているが、シリコン酸化膜806と807は必ずしも2層とする必要はなく、堆積膜または酸化処理による単層のシリコン酸化膜であっても構わない。
【0085】
次に、図示は省略するが、周辺トランジスタ、メモリセルトランジスタのゲート加工を行い、その後通常行われるようにメモリセル、周辺回路部に拡散層を形成し、さらに配線工程を行うことにより、メモリセルアレイが完成する。
【0086】
本実施形態では、周辺回路部のゲート電極形成後の素子領域上端部側面は、少なくともSTI内壁に形成された酸窒化膜で覆われているため、酸化膜の薄膜化による周辺トランジスタのキンク特性は生じない。
【0087】
以上実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明はこれに限らず発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変形を採り得る。例えば、周辺回路部は単にメモリセル部の制御回路に止まらず、CPU等を含ませることができる。
【0088】
【発明の効果】
本発明の第1の態様(第1〜第5の実施形態で説明された発明)によれば、メモリセルのアクティブ領域とシリコン基板間にはバーズビークをあまり大きく形成せず、周辺回路部には大きなバーズビークを形成することができるために、メモリセルの特性バラツキを小さく出来る。一方、周辺回路にバーズビークが形成されていることにより、MOSFETのキンク特性の発生を防止することができ、待機時消費電流の増大を抑制できる。
【0089】
また、本発明の第2の態様(第6の実施形態で説明された発明)では、STI内壁がシリコン酸窒化膜で覆われているため、周辺回路部でトンネル酸化膜を剥離する際に素子領域上端部での絶縁膜の膜減りを抑制することが可能であり、同じくMOSFETのキンク特性の発生を防止することができ、待機時消費電流の増大を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を段階的に示す断面図。
【図2】図1に続く工程を示す断面図。
【図3】図2に続く工程を示す断面図。
【図4】図3に続く工程を示す断面図。
【図5】図4に続く工程を示す断面図。
【図6】本発明の第2の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を説明するための断面図。
【図7】本発明の第3の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を段階的に示す断面図。
【図8】図7に続く工程を示す断面図。
【図9】本発明の第4の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を段階的に示す断面図。
【図10】図9に続く工程を示す断面図。
【図11】本発明の第5の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を段階的に示す断面図。
【図12】図11に続く工程を示す断面図。
【図13】図12に続く工程を示す断面図。
【図14】図13に続く工程を示す断面図。
【図15】本発明の第6の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を段階的に示す断面図。
【図16】図15に続く工程を示す断面図。
【図17】図16に続く工程を示す断面図。
【図18】従来の半導体記憶装置の製造方法を段階的に示す断面図。
【図19】従来の半導体記憶装置において発生する寄生トランジスタを説明するための断面図。
【図20】従来の半導体記憶装置において、バーズビークを形成する方法と、その問題点を説明するための断面図。
【符号の説明】
301…シリコン基板
302…トンネル酸化膜
303…第1の多結晶シリコン層
304、308…シリコン窒化膜
305…STI用溝
306…シリコン酸化膜
307…CVD酸化膜
309…フォトレジスト
310…周辺回路部バーズビーク
311…STI埋め込み用絶縁膜
312…第2の多結晶シリコン層
313…浮遊ゲート分離領域
314…ゲート電極間絶縁膜
315…周辺ゲート絶縁膜
316…ゲート電極用多結晶シリコン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the present invention, a stack gate type memory cell having a control gate and a floating gate and its peripheral circuit are integrated on the same chip. Method for manufacturing nonvolatile semiconductor memory device In particular, the trench element isolation is formed in a self-aligned manner with the polycrystalline silicon layer for the floating gate, and the occurrence of kink characteristics is suppressed in the peripheral circuit transistor. Method for manufacturing nonvolatile semiconductor memory device About.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Non-volatile semiconductor memory devices in which a stack gate type memory cell having a control gate and a floating gate and a peripheral circuit for driving the memory cell are integrated on the same chip are widely known. In general, in this type of semiconductor memory device, trench element isolation (STI) is formed in a self-aligned manner with the polycrystalline silicon layer for floating gates. After removing the silicon, gate oxidation and electrode formation are performed again.
[0003]
When removing the floating gate polycrystalline silicon, the end portion of the peripheral circuit element region is exposed, and a gate electrode formed on the element region may be formed in the upper side surface of the element region. When the gate electrode falls, a parasitic transistor is formed on the side surface of the element region, and a so-called kink characteristic in which a low-threshold characteristic curve caused by the parasitic transistor is superimposed on the drain voltage-current characteristic curve of the MOSFET. Occurs. When this kink characteristic occurs, problems such as an increase in the standby current of the memory are caused.
[0004]
In order to prevent this kink characteristic, it is necessary to form a large amount of bird's beaks in advance between the element region and the polycrystalline silicon layer. In particular, when the operation of extracting electrons from the floating gate to the silicon substrate is performed, electric field concentration occurs in the portion where the shape has changed, leading to variations in the erasing speed of each cell. This variation in the erasure speed causes an expansion of the erasure Vth distribution width, and causes a problem of over-erasure in the NOR type flash memory. However, if oxidation is performed only to such an extent that a bird's beak does not occur in the memory cell, the gate electrode falls into STI in the peripheral circuit portion, and a kink characteristic occurs. This leads to an increase in subthreshold leakage in the peripheral circuit, and the standby current consumption of the semiconductor memory device increases.
[0005]
The above problem will be described in detail with reference to FIGS.
[0006]
After forming the
[0007]
Next, an
[0008]
The
[0009]
As a method for preventing this, before forming the buried
[0010]
However, it has been found that if such sufficient oxidation is performed, a great problem occurs. In other words, if a bird's beak is greatly penetrated between the floating gate and the silicon substrate in the memory cell region, the shape of the polycrystalline silicon will vary, and the shape will vary. Concentrate. When such variation in shape occurs, for example, a difference in extraction speed occurs when an operation of extracting electrons from the floating gate is performed, causing a problem that the erase Vth distribution is widened. The wide erase distribution leads to an operation failure such as over-erasure in the NOR type flash memory.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional STI type nonvolatile semiconductor memory device, in order to suppress the kink characteristics of the peripheral circuit transistor, a large bird's beak is sometimes formed at the interface between the polycrystalline silicon and the silicon substrate. However, bird's beaks also invade between the floating gate of the memory cell portion and the silicon substrate. This causes a difference in extraction speed when an operation of extracting electrons from the floating gate is performed, and the erase Vth distribution is widened. Problem arises.
[0012]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and there is little variation in the characteristics of the memory cell section, and there is no occurrence of kink characteristics in the peripheral circuit section, and therefore there is no increase in standby current consumption. Method for manufacturing nonvolatile semiconductor memory device Is to provide.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention (claim 1) includes a memory cell portion having an element region formed by trench-type element isolation and a floating gate, and its peripheral circuit portion. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device having a step of forming a polycrystalline silicon layer on a silicon substrate via an insulating film, and forming the device region by using the polycrystalline silicon layer and the insulating film, Etching the silicon substrate in a self-aligned manner to form a plurality of element isolation trenches having a bottom and surrounding the element region in the silicon substrate; and each end of the surface where the element region and the polycrystalline silicon layer face each other A step of rounding the portion by oxidation, a step of covering only the memory cell portion with an oxidation-resistant film, and an oxidation after the formation of the oxidation-resistant film, and in the element region of the peripheral circuit portion, a silicon substrate Between the ends of the polycrystalline silicon layer is opposed surfaces, characterized by a step of forming a thick bird's beak-shaped oxide film than the memory cell portion.
[0014]
In the above manufacturing method, after the deposition of the oxidation resistant film, before the oxidation of the peripheral circuit portion, in the memory cell portion, the oxidation resistant film is left only on the side surface of the floating gate. Can be further removed.
[0015]
Further, the oxidation resistant film covering the memory cell portion may be removed after the peripheral circuit portion is oxidized.
[0016]
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention (claim 4) includes a memory cell portion having an element region formed by trench-type element isolation and having a floating gate and its peripheral circuit portion. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, in which a polycrystalline silicon layer is formed on a silicon substrate through an insulating film, and only the peripheral circuit portion is self-aligned with the polycrystalline silicon layer, the insulating film, and the silicon substrate. Etching to form a first element isolation groove, and in the peripheral circuit portion, each end of the surface where the element region and the polycrystalline silicon layer face each other is oxidized to form a bird's beak-like oxide film A step of etching the polycrystalline silicon layer, the insulating film, and the silicon substrate in the memory cell portion in a self-aligned manner to form a second element isolation groove; and after forming the second element isolation groove, Forming a bird's beak-like oxide film that is thinner than the bird's beak-like oxide film formed in the peripheral circuit portion by oxidizing each end of the surface where the element region and the polycrystalline silicon layer face each other. Features.
[0017]
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention (claim 5) includes a memory cell portion having an element region formed by trench-type element isolation and a floating gate, and a peripheral circuit portion thereof. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory having a step of stacking an oxidation resistant film on a silicon substrate via an insulating film, and selectively removing the oxidation resistant film and the insulating film of the memory cell portion A step of forming a tunnel oxide film in the memory cell portion and nitriding the tunnel oxide film to convert the tunnel film into an oxynitride film; and an oxidation resistance of the upper portion of the tunnel oxynitride film in the memory cell portion and the peripheral circuit portion A step of forming a polycrystalline silicon layer on the top of the film, a step of etching the polycrystalline silicon and the silicon substrate in a self-aligned manner to form a groove for element isolation, and an oxidation after forming the groove for element isolation, Device area and multiple connection Silicon layer to form a bird's beak-shaped oxide film between the ends of opposing surfaces, characterized by a step of forming a thick bird's beak-shaped oxide film from the memory cell portion in the peripheral circuit portion.
[0018]
In order to solve the above problems, a method for manufacturing a non-volatile semiconductor device according to the present invention (claim 6) includes a memory cell section having an element region formed by trench-type element isolation and having a floating gate and its peripheral circuit. A method of manufacturing a non-volatile semiconductor memory device having a portion comprising: a step of forming a polycrystalline silicon layer on a silicon substrate via an insulating film; and etching the polycrystalline silicon layer and the silicon substrate in a self-aligning manner. A step of forming a trench for element isolation to form an element region, a step of rounding edges of the opposing surfaces of the element region and the polycrystalline silicon by oxidation, and a step of forming only a memory cell portion with a silicon film Adding a step of coating with silicon and post-coating oxidation of the silicon film, While making the silicon film covering the memory cell part into an oxide film, And a step of forming a bird's beak-like oxide film thicker than the memory cell portion between end portions of opposing surfaces of the silicon substrate and the polycrystalline silicon layer of the peripheral circuit portion.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
(First embodiment)
1 to 5 are sectional views of a peripheral circuit section showing steps of a method of manufacturing a semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.
[0024]
First, a
[0025]
Next, using the
[0026]
Next, an oxidation process, for example, a thermal oxidation process of 10 nm, is performed with the amount of oxidation suppressed as little as possible so that a bird's beak does not enter so much at the interface between the first
[0027]
Next, an
[0028]
Next, a resist
[0029]
Next, oxidation is performed to insert bird's beaks into the opposing surface end portions of the element region (silicon substrate 301) and the first
[0030]
At this time, the memory cell portion is covered with the oxidation
[0031]
Next, for example, a
[0032]
Next, the
[0033]
Next, a laminated
[0034]
Next, the memory cell region is covered with a resist by a photolithography process, the
[0035]
Next, a
[0036]
Next, although not shown in the figure, the peripheral transistors and the memory cell transistors are processed with gates, and then a diffusion layer is formed in the memory cell portion and the peripheral circuit portion as usual, and then a wiring process is performed, whereby The cell array is completed.
[0037]
By adopting the process as described above, a semiconductor memory device is realized in which a bird's beak is greatly invaded only in the peripheral circuit portion.
[0038]
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the entire memory cell region is covered with the silicon nitride film. However, if the entire surface is covered with the silicon nitride film and heat treatment is applied, the tunnel oxide film of the memory cell may be deteriorated. In order to minimize this phenomenon, the oxidation resistant film may be formed in a sidewall shape on the side surface of the floating gate of the memory cell. The second embodiment provides such a method.
[0039]
First, the steps of FIGS. 1A to 1D in the first embodiment are performed. After the oxidation
[0040]
(Third embodiment)
7 and 8 are cross-sectional views showing the method of manufacturing the semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention step by step.
[0041]
First, a
[0042]
Subsequently, in order to form a sufficient bird's
[0043]
Next, the
[0044]
The semiconductor memory device in which the bird's beak is greatly invaded only in the peripheral circuit portion is also realized by the process as described above.
[0045]
(Fourth embodiment)
9 and 10 are cross-sectional views showing a method for manufacturing a semiconductor memory device according to the fourth embodiment of the present invention step by step.
[0046]
First, a first thick oxide film, for example, an
[0047]
Next, the resist 604 is left in the peripheral circuit portion by the lithography process, the
[0048]
Next, a
[0049]
Next, a first
[0050]
Next, using the
[0051]
Next, oxidation is performed to insert bird's beaks at the interface edge between the element region of the peripheral circuit portion and the silicon nitride film 603 (FIG. 10C).
[0052]
On the other hand, in the peripheral circuit portion, since there is a thick
[0053]
The semiconductor memory device in which the bird's beak is greatly invaded only in the peripheral circuit portion is also realized by the process as described above.
[0054]
(Fifth embodiment)
FIG. 11 to FIG. 14 are cross-sectional views showing stepwise a method of manufacturing a semiconductor memory device according to the fifth embodiment of the present invention.
[0055]
First, a
[0056]
Further, usually, a
[0057]
Next, oxidation is performed while suppressing the amount of oxidation as small as possible so that there is not much bird's beak at the interface between the first polycrystalline silicon serving as the floating gate and the silicon substrate. For example, a thermal oxidation process of 10 nm is performed. Thereby, a
[0058]
Next, an
[0059]
Next, a resist
[0060]
Next, oxidation is performed to introduce bird's beaks into the STI edge of the peripheral circuit section (FIG. 12C). The bird's
[0061]
On the other hand, the memory cell portion is covered with an
[0062]
In the memory cell portion, after the
[0063]
However, since the oxidant diffuses the silicon oxide film 711 and further diffuses the
[0064]
The amount of oxidation for placing a bird's beak at the upper end of the element region of the peripheral circuit portion needs to be equal to the amount of oxidation required for the
[0065]
Next, for example, a
[0066]
Next, the
[0067]
Thereafter, a second floating gate
[0068]
Next, a laminated
[0069]
Next, the memory cell portion is covered with a resist by a photolithography process, the ONO film in the peripheral circuit portion, the first and second polycrystalline silicon for the floating gate are removed by dry etching, and the tunnel oxide film is removed by wet etching ( FIG. 14 (b)). Since the gate bird's beak is sufficiently formed during the wet etching, the upper end portion of the element region is protected and the oxide film can be prevented from dropping at the upper end portion.
[0070]
Next, a
[0071]
Next, although not shown in the figure, the peripheral transistors and the memory cell transistors are processed by gate processing, and then a diffusion layer is formed in the memory cell portion and the peripheral circuit portion as usual. The cell array is completed.
[0072]
The semiconductor memory device in which the bird's beak is greatly invaded only in the peripheral circuit portion is also realized by the process as described above.
[0073]
(Sixth embodiment)
15 to 17 are cross-sectional views showing a method for manufacturing a semiconductor memory device according to the fifth embodiment of the present invention step by step. Unlike the first to fifth embodiments, the present embodiment does not form a large bird's beak at the upper end of the element region of the peripheral circuit section, but covers the STI side walls of the peripheral circuit section with an oxynitride film to provide STI buried insulation. When the film is etched back, the side surface of the element region is prevented from being exposed, thereby suppressing the drop of the gate electrode of the peripheral circuit portion to the side surface of the element region.
[0074]
Hereinafter, the manufacturing process will be described with reference to the drawings. FIG. 15 to FIG. 17A are applied to both the memory cell portion and the peripheral circuit portion, and FIG. 17B to FIG. It is a figure applied to a circuit part.
[0075]
First, a
[0076]
Further, usually, a
[0077]
Next, an oxidation, for example, a 10 nm thermal oxidation process is performed so as to minimize the amount of oxidation so that a bird's beak is not introduced so much at the interface between the first polycrystalline silicon serving as a floating gate and the silicon substrate. Thereby, a
[0078]
Next, a
[0079]
Next, for example, a
[0080]
Next, the
[0081]
Next, on the floating
[0082]
Next, the memory cell portion is covered with a resist (not shown), the ONO film of the peripheral circuit portion, the first and second polycrystalline silicon layers 803 and 813 are removed by dry etching, and the
[0083]
Next, a gate oxide film 816 having a necessary oxide film thickness, for example, 15 nm is formed in the peripheral circuit portion (FIG. 17C), and then a polycrystalline silicon layer 817 is formed thereon (FIG. 17D). . This polycrystalline silicon layer becomes the gate electrode of the peripheral circuit portion and the control gate of the memory cell.
[0084]
In the present embodiment, the
[0085]
Next, although not shown, the peripheral cell and the memory cell transistor are processed by a gate, and then a diffusion layer is formed in the memory cell and the peripheral circuit part as usual, and then a wiring process is performed, whereby a memory cell array Is completed.
[0086]
In the present embodiment, the side surface of the upper edge of the element region after forming the gate electrode of the peripheral circuit portion is covered with at least the oxynitride film formed on the inner wall of the STI. Does not occur.
[0087]
Although the present invention has been described based on the embodiments, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. For example, the peripheral circuit portion is not limited to the control circuit of the memory cell portion, but can include a CPU or the like.
[0088]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention (the invention described in the first to fifth embodiments), the bird's beak is not formed so large between the active region of the memory cell and the silicon substrate, and the peripheral circuit portion is not formed. Since a large bird's beak can be formed, the characteristic variation of the memory cell can be reduced. On the other hand, since the bird's beak is formed in the peripheral circuit, the occurrence of the kink characteristic of the MOSFET can be prevented, and the increase in standby current consumption can be suppressed.
[0089]
In the second aspect of the present invention (the invention described in the sixth embodiment), since the STI inner wall is covered with the silicon oxynitride film, the element is removed when the tunnel oxide film is peeled off in the peripheral circuit portion. It is possible to suppress a decrease in the thickness of the insulating film at the upper end of the region, and similarly, it is possible to prevent the occurrence of kink characteristics of the MOSFET and to suppress an increase in standby current consumption.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing stepwise a method of manufacturing a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a step following FIG.
3 is a cross-sectional view showing a step that follows FIG. 2. FIG.
4 is a cross-sectional view showing a step that follows FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a sectional view showing a step following FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the semiconductor memory device according to the second embodiment of the invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing stepwise a manufacturing method of a semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view showing a step that follows the step in FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present invention in stages.
10 is a cross-sectional view showing a step that follows FIG. 9. FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor memory device according to a fifth embodiment of the present invention in stages.
12 is a cross-sectional view showing a step that follows FIG.
13 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 12. FIG.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a step that follows the step of FIG.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a step-by-step method of manufacturing a semiconductor memory device according to a sixth embodiment of the present invention.
16 is a cross-sectional view showing a step that follows the step of FIG.
17 is a cross-sectional view showing a step that follows FIG. 16. FIG.
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a conventional method of manufacturing a semiconductor memory device in stages.
FIG. 19 is a cross-sectional view for explaining a parasitic transistor generated in a conventional semiconductor memory device.
FIG. 20 is a cross-sectional view for explaining a method of forming a bird's beak and a problem thereof in a conventional semiconductor memory device.
[Explanation of symbols]
301 ... silicon substrate
302 ... Tunnel oxide film
303 ... 1st polycrystalline silicon layer
304, 308 ... Silicon nitride film
305 ... STI groove
306 ... Silicon oxide film
307: CVD oxide film
309 ... Photoresist
310 ... Peripheral circuit part Bird's beak
311... STI buried insulating film
312 ... Second polycrystalline silicon layer
313: Floating gate isolation region
314: Insulating film between gate electrodes
315 ... Peripheral gate insulating film
316 ... polycrystalline silicon for gate electrode
Claims (6)
シリコン基板上に絶縁膜を介して多結晶シリコン層を形成する工程と、
素子領域を形成するために、この多結晶シリコン層と絶縁膜、シリコン基板を自己整合的にエッチングし、シリコン基板中に底部を有し素子領域を囲む素子分離用の複数の溝を形成する工程と、
素子領域と多結晶シリコン層が対向する面のそれぞれの端部を酸化により丸める工程と、
メモリセル部のみを耐酸化性を有する膜で被覆する工程と、
前記耐酸化性膜の形成後酸化を追加し、周辺回路部の素子領域において、シリコン基板と多結晶シリコン層が対向する面の端部間に、メモリセル部よりも厚いバーズビーク状酸化膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device having an element region formed by trench-type element isolation and having a memory cell portion having a floating gate and a peripheral circuit portion thereof,
Forming a polycrystalline silicon layer on the silicon substrate via an insulating film;
In order to form an element region, the polycrystalline silicon layer, the insulating film, and the silicon substrate are etched in a self-aligned manner to form a plurality of element isolation grooves having a bottom in the silicon substrate and surrounding the element region. When,
A step of rounding each end of the surface where the element region and the polycrystalline silicon layer face each other by oxidation;
Coating only the memory cell portion with an oxidation-resistant film;
After the formation of the oxidation resistant film, oxidation is added to form a bird's beak-like oxide film thicker than the memory cell portion between the end portions of the surface of the peripheral circuit portion where the silicon substrate and the polycrystalline silicon layer face each other. And a process of
A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising:
シリコン基板上に絶縁膜を介して多結晶シリコン層を形成する工程と、
周辺回路部のみ、多結晶シリコン層と絶縁膜、シリコン基板を自己整合的にエッチングし、第1の素子分離用溝を形成する工程と、
周辺回路部において、素子領域と第1の多結晶シリコン層が対向する面のそれぞれの端部を酸化して、バーズビーク状酸化膜を形成する工程と、
メモリセル部の多結晶シリコン層と絶縁膜、シリコン基板を自己整合的にエッチングし、第2の素子分離用溝を形成する工程と、
第2の素子分離溝形成後、メモリセル部の素子領域と多結晶シリコン層が対向する面のそれぞれの端部を酸化して、周辺回路部に形成されたバーズビーク状酸化膜よりも薄いバーズビーク状酸化膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする不揮発性半導体装置の製造方法。A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device having an element region formed by trench-type element isolation and having a memory cell portion having a floating gate and a peripheral circuit portion thereof,
Forming a polycrystalline silicon layer on the silicon substrate via an insulating film;
Etching only the peripheral circuit portion, the polycrystalline silicon layer and the insulating film, the silicon substrate in a self-aligning manner, and forming a first element isolation groove;
Forming a bird's beak-like oxide film by oxidizing each end of the surface where the element region and the first polycrystalline silicon layer face each other in the peripheral circuit portion;
Etching the polycrystalline silicon layer, the insulating film, and the silicon substrate of the memory cell portion in a self-aligned manner to form a second element isolation groove;
After the formation of the second element isolation trench, the end portions of the surfaces of the memory cell portion where the element region and the polycrystalline silicon layer face each other are oxidized to form a bird's beak shape thinner than the bird's beak-like oxide film formed in the peripheral circuit portion. Forming an oxide film;
A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor device, comprising:
シリコン基板上に絶縁膜を介して耐酸化性膜を形成する工程と、
メモリセル部の耐酸化性膜と絶縁膜を選択的に除去する工程と、
メモリセル部にトンネル酸化膜を形成し、これを窒化処理してトンネル膜を酸窒化膜化する工程と、
メモリセル部のトンネル酸窒化膜の上部、および周辺回路部の耐酸化性膜の上部に、多結晶シリコン層を形成する工程と、
多結晶シリコンとシリコン基板を自己整合的にエッチングして、メモリセル部及び周辺回路部に素子分離用の溝を形成する工程と、
素子分離用溝形成後酸化により、素子領域と多結晶シリコンが対向するそれぞれの面の端部にバーズビーク状酸化膜を形成し、周辺回路部にメモリセル部より厚いバーズビーク状酸化膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする不揮発性半導体装置の製造方法。A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory having an element region formed by trench type element isolation and having a floating gate and a peripheral circuit portion thereof,
Forming an oxidation-resistant film on the silicon substrate via an insulating film;
Selectively removing the oxidation-resistant film and the insulating film in the memory cell portion;
Forming a tunnel oxide film in the memory cell portion and nitriding the tunnel oxide film to form an oxynitride film;
Forming a polycrystalline silicon layer on the upper portion of the tunnel oxynitride film in the memory cell portion and the upper portion of the oxidation resistant film in the peripheral circuit portion;
Etching the polycrystalline silicon and the silicon substrate in a self-aligned manner to form a groove for element isolation in the memory cell portion and the peripheral circuit portion;
A step of forming a bird's beak-like oxide film at the end of each surface where the element region and polycrystalline silicon face each other by oxidation after forming the element isolation trench, and forming a bird's beak-like oxide film thicker than the memory cell portion in the peripheral circuit portion When,
A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor device, comprising:
シリコン基板上に絶縁膜を介して多結晶シリコン層を形成する工程と、
この多結晶シリコン層とシリコン基板を自己整合的にエッチングして、素子領域を形成するために、素子分離用の溝を形成する工程と、
酸化により、素子領域と多結晶シリコンの対向するそれぞれの面の端部を丸める工程と、
メモリセル部のみをシリコン膜で被覆する工程と、
前記シリコン膜の被覆後酸化を追加して、メモリセル部を覆うシリコン膜を酸化膜化するとともに、周辺回路部のシリコン基板と多結晶シリコン層の対向する面の端部間に、メモリセル部より厚いバーズビーク状酸化膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device having an element region formed by trench-type element isolation and having a memory cell portion having a floating gate and a peripheral circuit portion thereof,
Forming a polycrystalline silicon layer on the silicon substrate via an insulating film;
Etching the polycrystalline silicon layer and the silicon substrate in a self-aligned manner to form an element region;
A step of rounding edges of respective faces of the element region and polycrystalline silicon by oxidation;
Covering only the memory cell portion with a silicon film;
The silicon film covering the memory cell part is converted into an oxide film by adding oxidation after covering the silicon film, and the memory cell part between the end parts of the peripheral surface of the silicon substrate and the polycrystalline silicon layer facing each other. Forming a thicker bird's beak-like oxide film;
A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising:
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