JP2006294841A - Manufacturing method for semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フローティングゲート(Floating Gate)を備えたフラッシュメモリの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a flash memory having a floating gate.
従来のフラッシュメモリの製造方法について以下に説明する(例えば、特許文献1参照)。まず、素子分離領域を形成し、セルトランジスタのゲートパターンを形成する。次に、トンネル膜をエッチングし、その残膜を通してソース・ドレイン拡散層に不純物をイオン注入する。そして、熱酸化(側壁酸化)によりフローティングゲート側壁に保護膜を形成する。また、熱酸化時の熱処理によりソース・ドレイン拡散層に注入した不純物を活性化する。 A conventional flash memory manufacturing method will be described below (see, for example, Patent Document 1). First, an element isolation region is formed, and a gate pattern of a cell transistor is formed. Next, the tunnel film is etched, and impurities are ion-implanted through the remaining film into the source / drain diffusion layer. Then, a protective film is formed on the side wall of the floating gate by thermal oxidation (side wall oxidation). Further, the impurities implanted into the source / drain diffusion layers are activated by heat treatment during thermal oxidation.
ソース・ドレインヘのイオン注入により、トンネル膜の残膜にも不純物が注入され、トラップ準位が発生する。このトラップ準位は熱酸化時の熱処理でも十分に回復しない。従来の製造方法ではトンネル膜残膜をそのまま残していたため、フローティングゲート中に蓄積された電子がゲートエッジ部からトラップ準位を介して半導体基板中にリークし、蓄積したデータが揮発しやすくなるという問題があった。特に、微細化に伴い熱酸化の熱処理量・酸化量を増やすことが困難になってきており、残存トラップの問題がより顕在化してきている。 By ion implantation into the source / drain, impurities are also implanted into the remaining film of the tunnel film, and trap levels are generated. This trap level is not sufficiently recovered even by heat treatment during thermal oxidation. In the conventional manufacturing method, the tunnel film remaining film is left as it is, so that electrons accumulated in the floating gate leak from the gate edge portion into the semiconductor substrate through the trap level, and the accumulated data is easily volatilized. There was a problem. In particular, it has become difficult to increase the heat treatment amount / oxidation amount of thermal oxidation with miniaturization, and the problem of residual traps has become more apparent.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、ゲートエッジ部でのリーク電流を抑制することができる半導体装置の製造方法を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a method of manufacturing a semiconductor device capable of suppressing a leakage current at a gate edge portion.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、トンネル膜、フローティングゲート、層間絶縁膜及びコントロールゲートを順番に成膜する工程と、コントロールゲート、層間絶縁膜、フローティングゲートをエッチングによりパターニングし、トンネル膜の残膜が残るようにするエッチング工程と、トンネル膜の残膜を通して不純物を半導体基板にイオン注入するイオン注入工程と、イオン注入工程の後に、トンネル膜の残膜を除去する除去工程と、除去工程の後に、熱酸化によりフローティングゲートの側壁に保護膜を形成する工程とを有する。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。 The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of sequentially forming a tunnel film, a floating gate, an interlayer insulating film, and a control gate on a semiconductor substrate, and patterning the control gate, the interlayer insulating film, and the floating gate by etching. An etching process for leaving a residual film of the tunnel film, an ion implantation process for ion-implanting impurities into the semiconductor substrate through the residual film of the tunnel film, and a removal for removing the residual film of the tunnel film after the ion implantation process And a step of forming a protective film on the side wall of the floating gate by thermal oxidation after the step and the removing step. Other features of the present invention will become apparent below.
本発明により、ゲートエッジ部でのリーク電流を抑制することができる。 According to the present invention, leakage current at the gate edge portion can be suppressed.
実施の形態1.
本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法について図1を用いて説明する。
Embodiment 1 FIG.
A method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
まず、LOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)技術やSTI(Shallow Trench Isoration)技術等により素子分離領域を形成する(不図示)。そして、図1(a)に示すように、シリコンからなる半導体基板11上に、トンネル膜12、フローティングゲート13、層間絶縁膜14、コントロールゲート15を順番に成膜し、公知のドライエッチング技術を用いてこれらの膜をパターニングして積層電極構造を形成する。この際、トンネル膜12は完全には除去せずに残膜を残す。
First, an element isolation region is formed by LOCOS (LOCal Oxidation of Silicon) technology, STI (Shallow Trench Isolation) technology, or the like (not shown). Then, as shown in FIG. 1A, a
次に、図1(b)に示すように、トンネル膜12の残膜を通して、砒素(As)、ボロン(B)、リン(P)等の不純物を半導体基板11にイオン注入する。その後、図1(c)に示すように、不純物が注入されたトンネル膜12の残膜を除去する。
Next, as shown in FIG. 1B, impurities such as arsenic (As), boron (B), and phosphorus (P) are ion-implanted into the
次に、図1(d)に示すように、FA(Furnace Anneal)、RTP(Rapid Themal Prooess)又はISSG(In-Situ Steam Generation)プロセス等の熱酸化により、フローティングゲート13側壁に高晶質酸化膜からなる保護膜16を形成する。また、熱酸化時の熱処理により半導体基板11に注入した不純物を活性化してソース・ドレイン領域17を形成する。
Next, as shown in FIG. 1 (d), high-crystalline oxidation is performed on the sidewall of the
以上説明したように、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法では、イオン注入後にトンネル膜残膜を除去し、その後に熱酸化を行う。即ち、イオン注入によりトラップ準位が生成されたトンネル膜残膜を除去した後に、熱酸化を行う。これにより、トンネル膜残膜のトラップ準位を介したゲートエッジ部でのリーク電流を抑制することができ、良好なデータ保持特性を持つフラッシュメモリを製造することができる。 As described above, in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment, the tunnel film remaining film is removed after ion implantation, and then thermal oxidation is performed. That is, the thermal oxidation is performed after removing the tunnel film residual film in which the trap level is generated by ion implantation. As a result, leakage current at the gate edge portion through the trap level of the tunnel film remaining film can be suppressed, and a flash memory having good data retention characteristics can be manufactured.
特に、熱酸化にISSGプロセスを導入した場合、高温短時間熱処理で高品質の酸化膜が形成可能であり、ゲートバーズビーク成長を抑制し、高精度に制御することができるので、130nm以下の微細化プロセスでは高い性能と品質を両立させることができる。 In particular, when an ISSG process is introduced for thermal oxidation, a high-quality oxide film can be formed by high-temperature and short-time heat treatment, and gate bird's beak growth can be suppressed and controlled with high precision. In the process, high performance and quality can be achieved at the same time.
実施の形態2.
実施の形態2では、実施の形態1のトンネル膜残膜除去において異方性ドライエッチプロセスを用いる。これにより、図2に示すように、フローティングゲートとトンネル膜の界面及びフローティングゲートと層間絶縁膜の界面でサイドエッチが発生しない。熱酸化時のゲートバーズビーク成長を抑えることができ、ゲートバーズビーク厚膜化によるセルの電流駆動能力低下を抑えることができる。
Embodiment 2. FIG.
In the second embodiment, an anisotropic dry etch process is used in removing the tunnel film residual film of the first embodiment. Thereby, as shown in FIG. 2, side etching does not occur at the interface between the floating gate and the tunnel film and at the interface between the floating gate and the interlayer insulating film. Gate bird's beak growth during thermal oxidation can be suppressed, and a decrease in cell current driving capability due to thick gate bird's beak can be suppressed.
また、熱酸化時のゲートバーズビークはフローティングゲート側面を基点に酸化量に依存して成長することになり、数nm〜数10nmレベルで調整できるため、ゲートエッジ部のトンネル膜をゲートバーズビークの分厚膜化することでゲートエッジ部でのトンネル膜を通過するリーク電流量を抑制することができ、良好なデータ保持特性を持つフラッシュメモリを製造することができる。 In addition, the gate bird's beak during thermal oxidation grows depending on the amount of oxidation starting from the side surface of the floating gate and can be adjusted at a level of several nanometers to several tens of nanometers. By increasing the thickness, the amount of leakage current passing through the tunnel film at the gate edge portion can be suppressed, and a flash memory having good data retention characteristics can be manufactured.
特に、熱酸化にISSGプロセスを適用した場合には、ゲートバーズビークの浸入深さが浅いため、上記電流駆動能力の低下抑制効果が大きい。 In particular, when the ISSG process is applied to thermal oxidation, since the penetration depth of the gate bird's beak is shallow, the effect of suppressing the decrease in the current driving capability is great.
実施の形態3.
実施の形態3では、実施の形態1のトンネル膜残膜除去においてウェットエッチプロセスを用いる。これにより、図3に示すように、フローティングゲートとトンネル膜の界面及びフローティングゲートと層間絶縁膜の界面でサイドエッチが発生する。
Embodiment 3 FIG.
In the third embodiment, a wet etch process is used in removing the tunnel film residual film of the first embodiment. As a result, as shown in FIG. 3, side etching occurs at the interface between the floating gate and the tunnel film and at the interface between the floating gate and the interlayer insulating film.
このため、熱酸化時のゲートバーズビークはフローティングゲート側面から奥に入り露出された半導体基板表面、フローティングゲート下面、フローティングゲート上面、コントロールゲート下面を基点に成長する。従って、フローティングゲートエッジ部でのゲートバーズビーク量を非常に大きくできるため、ゲートエッジ部でのトンネル膜を通過するリーク電流量を抑制することができ、良好なデータ保持特性を持つフラッシュメモリを製造することができる。 Therefore, the gate bird's beak at the time of thermal oxidation grows from the semiconductor substrate surface, the floating gate lower surface, the floating gate upper surface, and the control gate lower surface exposed from the side surface of the floating gate. Therefore, the amount of gate bird's beak at the floating gate edge can be greatly increased, so that the amount of leakage current passing through the tunnel film at the gate edge can be suppressed, and a flash memory having good data retention characteristics is manufactured. can do.
なお、ゲートバーズビークによるトンネル膜の厚膜化により、ゲートエッジ近傍での電流駆動能力は低下するが、より高信頼性を求める場合には選択肢となり得る。 Although the current drive capability near the gate edge is reduced by increasing the thickness of the tunnel film by gate bird's beak, it can be an option when higher reliability is required.
実施の形態4.
実施の形態4では、実施の形態1のトンネル膜残膜除去において、異方性ドライエッチングとウエットエッチングの複合プロセスを用いる。これにより、フローティングゲート側面からのゲートバーズビーク入り込み量を制御することができるため、所望のトランジスタ性能を得ることができる。即ち、高信頼性化に必要なゲートエッジ部のトンネル膜厚とゲートバーズビークの入り込み量によるセルトランジスタ特性変動をコントロールして、所望の動作ポイントに設定することができる。特に、高温・高速酸化のISSGプロセスを熱酸化に適用した場合、より精度良くゲートバーズビークを制御することができる。
Embodiment 4 FIG.
In the fourth embodiment, a combined process of anisotropic dry etching and wet etching is used in removing the remaining tunnel film of the first embodiment. Thereby, since the amount of gate bird's beak entering from the side surface of the floating gate can be controlled, desired transistor performance can be obtained. That is, it is possible to set the desired operating point by controlling the cell transistor characteristic fluctuations depending on the tunnel film thickness at the gate edge and the gate bird's beak penetration required for high reliability. In particular, when an ISSG process of high temperature and high speed oxidation is applied to thermal oxidation, the gate bird's beak can be controlled with higher accuracy.
実施の形態5.
実施の形態5では、トンネル膜を残膜が残らないように除去した後に、全部又は一部のイオン注入を行い、その後に熱酸化を行う。その他の工程は実施の形態1〜4と同様である。
Embodiment 5. FIG.
In Embodiment 5, after removing the tunnel film so that no remaining film remains, all or part of the ion implantation is performed, and then thermal oxidation is performed. Other steps are the same as those in the first to fourth embodiments.
これにより、半導体基板中にイオン注入された不純物が、トンネル膜残膜除去工程において除去されることが無く、必要な高濃度のまま残存するため、低抵抗のソース・ドレイン拡散層を得ることができる。 As a result, the impurities implanted into the semiconductor substrate are not removed in the tunnel film residual film removal step and remain at the necessary high concentration, so that a low resistance source / drain diffusion layer can be obtained. it can.
11 半導体基板
12 トンネル膜
13 フローティングゲート
14 層間絶縁膜
15 コントロールゲート
16 保護膜
17 ソース・ドレイン領域
Claims (5)
前記コントロールゲート、前記層間絶縁膜、前記フローティングゲートをエッチングによりパターニングし、前記トンネル膜の残膜が残るようにするエッチング工程と、
前記トンネル膜の残膜を通して前記半導体基板に不純物をイオン注入するイオン注入工程と、
前記イオン注入工程の後に、前記トンネル膜の残膜を除去する除去工程と、
前記除去工程の後に、熱酸化により前記フローティングゲートの側壁に保護膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A step of sequentially forming a tunnel film, a floating gate, an interlayer insulating film, and a control gate on a semiconductor substrate;
An etching step of patterning the control gate, the interlayer insulating film, and the floating gate by etching so that a residual film of the tunnel film remains;
An ion implantation step of ion-implanting impurities into the semiconductor substrate through the remaining film of the tunnel film;
After the ion implantation step, a removal step of removing the remaining film of the tunnel film;
And a step of forming a protective film on the sidewall of the floating gate by thermal oxidation after the removing step.
前記コントロールゲート、前記層間絶縁膜、前記フローティングゲートをエッチングによりパターニングし、前記トンネル膜を残膜が残らないように除去するエッチング工程と、
前記半導体基板に不純物をイオン注入するイオン注入工程と、
前記イオン注入工程の後に、熱酸化により前記フローティングゲートの側壁に保護膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of sequentially forming a tunnel film, a floating gate, an interlayer insulating film, and a control gate on a semiconductor substrate;
An etching step of patterning the control gate, the interlayer insulating film, and the floating gate by etching, and removing the tunnel film so that no residual film remains;
An ion implantation step of ion-implanting impurities into the semiconductor substrate;
And a step of forming a protective film on a side wall of the floating gate by thermal oxidation after the ion implantation step.
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