(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6671386
(24)【登録日】2020年3月5日
(45)【発行日】2020年3月25日
(54)【発明の名称】3D FinFET構造体を有するスプリットゲート不揮発性メモリセル及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/336 20060101AFI20200316BHJP
H01L 29/788 20060101ALI20200316BHJP
H01L 29/792 20060101ALI20200316BHJP
H01L 27/11521 20170101ALI20200316BHJP
【FI】
H01L29/78 371
H01L27/11521
【請求項の数】12
【全頁数】24
(21)【出願番号】特願2017-546140(P2017-546140)
(86)(22)【出願日】2016年2月26日
(65)【公表番号】特表2018-507563(P2018-507563A)
(43)【公表日】2018年3月15日
(86)【国際出願番号】US2016019860
(87)【国際公開番号】WO2016148873
(87)【国際公開日】20160922
【審査請求日】2017年9月1日
(31)【優先権主張番号】15/050,309
(32)【優先日】2016年2月22日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】62/134,489
(32)【優先日】2015年3月17日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】500147506
【氏名又は名称】シリコン ストーリッジ テクノロージー インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】SILICON STORAGE TECHNOLOGY, INC.
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100088694
【弁理士】
【氏名又は名称】弟子丸 健
(74)【代理人】
【識別番号】100103610
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100067013
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 文昭
(74)【代理人】
【識別番号】100086771
【弁理士】
【氏名又は名称】西島 孝喜
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100109335
【弁理士】
【氏名又は名称】上杉 浩
(74)【代理人】
【識別番号】100120525
【弁理士】
【氏名又は名称】近藤 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100196612
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 慎也
(72)【発明者】
【氏名】スー チェン−シェン
(72)【発明者】
【氏名】ヤン ジェン−ウェイ
(72)【発明者】
【氏名】ウー マン−タン
(72)【発明者】
【氏名】チェン チュン−ミン
(72)【発明者】
【氏名】トラン ヒュー ヴァン
(72)【発明者】
【氏名】ドー ニャン
【審査官】
宮本 博司
(56)【参考文献】
【文献】
米国特許出願公開第2007/0054448(US,A1)
【文献】
特開2006−108688(JP,A)
【文献】
特開2001−274362(JP,A)
【文献】
米国特許出願公開第2005/0269622(US,A1)
【文献】
特開2005−057296(JP,A)
【文献】
米国特許出願公開第2005/0266638(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 21/336
H01L 27/11521
H01L 29/788
H01L 29/792
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
不揮発性メモリセルであって、
上面及び2つの側面を有するフィン形上面部分を有する第1の導電型の半導体基板と、 前記フィン形上面部分内にある前記第1の導電型とは異なる第2の導電型の離間配置された第1の領域及び第2の領域であって、前記第1の領域と前記第2の領域との間に延在するチャネル領域を有し、
前記チャネル領域が、前記上面の第1の部分及び前記2つの側面の第1の部分を含む第1の部分を有し、かつ前記上面の第2の部分及び前記2つの側面の第2の部分を含む第2の部分を有する、第1の領域及び第2の領域と、
導電性浮遊ゲートであって、
前記上面の前記第1の部分に沿って延在し、それから絶縁された第1の部分、
前記2つの側面の一方の前記第1の部分に沿って延在し、それから絶縁された第2の部分、及び
前記2つの側面の他方の前記第1の部分に沿って延在し、それから絶縁された第3の部分を含む、導電性浮遊ゲートと、
導電性制御ゲートであって、
前記上面の前記第2の部分に沿って延在し、それから絶縁された第1の部分、
前記2つの側面の一方の前記第2の部分に沿って延在し、それから絶縁された第2の部分、
前記2つの側面の他方の前記第2の部分に沿って延在し、それから絶縁された第3の部分、
前記導電性浮遊ゲートの第1の部分の少なくとも一部の上方に延在し、それから絶縁された第4の部分、
前記導電性浮遊ゲートの第2の部分の少なくとも一部の外側に延在し、それから絶縁された第5の部分、及び
前記導電性浮遊ゲートの第3の部分の少なくとも一部の外側に延在し、それから絶縁された第6の部分を含む、導電性制御ゲートと、を備え、
前記導電性浮遊ゲートが、前記導電性制御ゲートに面し、それから絶縁された鋭角縁部で終端する傾斜状の上面部分を含む、不揮発性メモリセル。
【請求項2】
前記チャネル領域の第1の部分が、前記第1の領域に隣接し、前記チャネル領域の第2の部分が、前記第2の領域に隣接している、請求項1に記載の不揮発性メモリセル。
【請求項3】
前記導電性浮遊ゲートが、部分的に前記第1の領域の上に延在する、請求項2に記載の不揮発性メモリセル。
【請求項4】
不揮発性メモリアレイであって、
第1の方向に延在し、各々が上面及び2つの側面を有する複数の平行するフィン形上面部分を有する第1の導電型の半導体基板と、
前記フィン形上面部分の各々上に形成された複数のメモリセルであって、各メモリセルが、
前記1つのフィン形上面部分内にある前記第1の導電型とは異なる第2の導電型の離間配置された第1の領域及び第2の領域であって、前記第1の領域と前記第2の領域との間に延在するチャネル領域を有し、
前記チャネル領域が、前記上面の第1の部分及び前記2つの側面の第1の部分を含む第1の部分を有し、かつ前記上面の第2の部分及び前記2つの側面の第2の部分を含む第2の部分を有する、離間配置された第1の領域及び第2の領域、
導電性浮遊ゲートであって、
前記上面の前記第1の部分に沿って延在し、それから絶縁された第1の部分、
前記2つの側面の一方の前記第1の部分に沿って延在し、それから絶縁された第2の部分、及び
前記2つの側面の他方の前記第1の部分に沿って延在し、それから絶縁された第3の部分を含む、導電性浮遊ゲート、並びに
導電性制御ゲートであって、
前記上面の前記第2の部分に沿って延在し、それから絶縁された第1の部分、
前記2つの側面の一方の前記第2の部分に沿って延在し、それから絶縁された第2の部分、
前記2つの側面の他方の前記第2の部分に沿って延在し、それから絶縁された第3の部分、
前記導電性浮遊ゲートの第1の部分の少なくとも一部の上方に延在し、それから絶縁された第4の部分、
前記導電性浮遊ゲートの第2の部分の少なくとも一部の外側に延在し、それから絶縁された第5の部分、及び
前記導電性浮遊ゲートの第3の部分の少なくとも一部の外側に延在し、それから絶縁された第6の部分を含む、導電性制御ゲートを含む、複数のメモリセルと、
各々が前記第1の方向に対して垂直な第2の方向に延在し、前記フィン形上面部分の各々のための前記導電性制御ゲートの1つに電気的に接続された、複数の制御ゲート線と、を備え、
前記導電性浮遊ゲートの各々が、前記導電性制御ゲートのうちの1つに面し、それから絶縁された鋭角縁部で終端する傾斜状の上面部分を含む、不揮発性メモリアレイ。
【請求項5】
前記第2の方向に延在する前記半導体基板内の複数の平行する拡散線であって、各拡散線が、前記フィン形上面部分内の各々の前記第1の領域のうちの2つに電気的に接続された、複数の平行する拡散線を更に備えた、請求項4に記載の不揮発性メモリアレイ。
【請求項6】
各々が前記第1の領域のうちの2つから延在し、それらに電気的に接続された、複数のコンタクトと、
前記第2の方向に延在し、前記フィン形上面部分の各々のための前記複数のコンタクトのうちの1つに電気的に接続された、複数のソース線と、を更に備えた、請求項4に記載の不揮発性メモリアレイ。
【請求項7】
前記チャネル領域の第1の部分の各々が、前記第1の領域のうちの1つに隣接し、前記チャネル領域の第2の部分の各々が、前記第2の領域のうちの1つに隣接している、請求項4に記載の不揮発性メモリセル。
【請求項8】
前記導電性浮遊ゲートの各々が、前記第1の領域のうちの1つの上に部分的に延在する、請求項7に記載の不揮発性メモリセル。
【請求項9】
不揮発性メモリセルを形成する方法であって、
第1の導電型の半導体基板の表面内に1対の平行するトレンチを形成し、前記トレンチの間に、上面及び2つの側面を有するフィン形上面部分を生じさせることと、
前記上面及び前記2つの側面に沿って絶縁材料を形成することと、
前記フィン形上面部分内にある前記第1の導電型とは異なる第2の導電型の離間配置された第1の領域及び第2の領域を形成することであって、前記離間配置された第1の領域及び第2の領域が、前記第1の領域と前記第2の領域との間に延在するチャネル領域を有し、
前記チャネル領域が、前記上面の第1の部分及び前記2つの側面の第1の部分を含む第1の部分を有し、かつ前記上面の第2の部分及び前記2つの側面の第2の部分を含む第2の部分を有する、形成することと、
導電性浮遊ゲートを形成することであって、前記導電性浮遊ゲートが、
前記上面の前記第1の部分に沿って延在し、それから絶縁された第1の部分、
前記2つの側面の一方の前記第1の部分に沿って延在し、それから絶縁された第2の部分、及び
前記2つの側面の他方の前記第1の部分に沿って延在し、それから絶縁された第3の部分を含む、形成することと、
導電性制御ゲートを形成することであって、前記導電性制御ゲートが、
前記上面の前記第2の部分に沿って延在し、それから絶縁された第1の部分、
前記2つの側面の一方の前記第2の部分に沿って延在し、それから絶縁された第2の部分、
前記2つの側面の他方の前記第2の部分に沿って延在し、それから絶縁された第3の部分、
前記導電性浮遊ゲートの第1の部分の少なくとも一部の上方に延在し、それから絶縁された第4の部分、
前記導電性浮遊ゲートの第2の部分の少なくとも一部の外側に延在し、それから絶縁された第5の部分、及び
前記導電性浮遊ゲートの第3の部分の少なくとも一部の外側に延在し、それから絶縁された第6の部分を含む、形成することと、を含み、
前記導電性浮遊ゲートの上面が、傾斜状の部分であって、前記導電性制御ゲートに面し、それから絶縁された鋭角縁部で終端する部分を含むように、前記導電性浮遊ゲートの前記上面を酸化させ、酸化ポリシリコンを形成することを更に含む、方法。
【請求項10】
前記1対のトレンチの前記形成が、
前記半導体基板の前記表面の上に材料のブロックを形成することと、
前記材料のブロックに隣接する前記半導体基板の部分をエッチングし、前記材料のブロックの下に前記フィン形上面部分を残すことと、を含む、請求項9に記載の方法。
【請求項11】
前記材料のブロックの前記形成が、
前記半導体基板の前記表面の上に材料の層を形成することと、
前記材料の層の上に第2の材料のブロックを形成することと、
前記材料の層の上に、かつ前記第2の材料のブロックの側面に沿って、材料のスペーサを形成することと、
前記第2の材料のブロックを除去することと、
前記材料のスペーサに隣接する前記材料の層の部分をエッチングし、前記材料のスペーサの下に前記材料のブロックを残すことと、を含む、請求項10に記載の方法。
【請求項12】
前記材料のブロックの前記形成が、
前記半導体基板の前記表面の上に材料の層を形成することと、
前記材料の層の上にフォトレジストを形成することと、
フォトリソグラフィ露光及びエッチングを行って前記フォトレジストの部分を選択的に除去し、前記材料の層の上に前記フォトレジストのブロックを残すことと、
前記フォトレジストのブロックに隣接する前記材料の層の部分をエッチングし、前記フォトレジストのブロックの下に前記材料のブロックを残すことと、を含む、請求項10に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、不揮発性フラッシュメモリセルアレイに関する。
【0002】
[関連出願]
本出願は、2015年3月17日に出願された米国仮出願第62/134,489号の利益を主張する。上記仮出願は、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0003】
現在、スプリットゲート型不揮発性メモリセルが知られている。米国特許第5,029,130号(あらゆる目的のために参照により組み込まれる)は、そのようなスプリットゲートメモリセルについて記載している。このメモリセルは、チャネル領域の第1の部分の上に配設されてその導通を制御する浮遊ゲートと、チャネル領域の第2の部分の上に配設され、その導通を制御するワード線(制御)ゲートとを有する。制御ゲートは、浮遊ゲートに横方向に隣接して配設され、チャネル領域の第2の部分の上に配設された第1の部分を有し、制御ゲートは、浮遊ゲートの上方かつそれ上に延在する第2の部分を有する。チャネル領域は半導体基板の平面に沿って形成されるため、デバイスの幾何形状が小さくなるにつれて、チャネル領域の総面積(例えば、幅)も小さくなる。これにより、ソース領域とドレイン領域との間の電流の流れが低減し、メモリセルの状態を検出するために、より高感度のセンス増幅器が必要になる。
【0004】
リソグラフィ・サイズが縮小し、それによってチャネル幅が狭くなるという問題は、全ての半導体デバイスに影響を与えるので、Fin−FET型の構造体が提案された。Fin−FET型の構造体において、半導体材料のフィン形部材が、ソース領域をドレイン領域に接続する。フィン形部材は、上面と、2つの側面とを有する。その結果、ソース領域からドレイン領域への電流は、上面及び2つの側面に沿って流れることができる。従って、チャネル領域の幅が増大し、これにより電流の流れが増大する。しかしながら、チャネル領域を2つの側面に「折り畳み」、これによりチャネル領域の「フットプリント」を小さくすることによって、より多くの半導体の占有面積を犠牲にすることなく、チャネル領域の幅が増大する。そうしたFin−FETを用いた不揮発性メモリセルが開示されている。従来技術のFin−FET型不揮発性メモリ構造体の幾つかの例としては、米国特許第7,423,310号、同第7,410,913号、及び同第8,461,640号が挙げられる。しかしながら、これまでの、これらの従来技術のFin−FET型構造体は、電荷を格納するために、浮遊ゲートをスタック・ゲート・デバイスとして用いること、又はトラップ材料を用いること、又はSRO(シリコン・リッチ酸化物)を用いること、又はナノ結晶シリコンを用いること、又は他のより複雑なメモリセル構成を開示している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
改善された不揮発性メモリセルは、上面及び2つの側面を有するフィン形上面部分を有する第1の導電型の半導体基板と、フィン形上面部分内にある第1の導電型とは異なる第2の導電型の離間配置された第1の領域及び第2の領域であって、第1の領域と第2の領域との間に延在するチャネル領域を有する、第1の領域及び第2の領域と、を含む。チャネル領域は、上面の第1の部分と2つの側面の第1の部分とを含む第1の部分を有し、かつ上面の第2の部分と2つの側面の第2の部分とを含む第2の部分を有する。導電性浮遊ゲートは、上面の第1の部分に沿って延在し、それから絶縁された第1の部分と、2つの側面の一方の第1の部分に沿って延在し、それから絶縁された第2の部分と、2つの側面の他方の第1の部分に沿って延在し、それから絶縁された第3の部分と、を含む。導電性制御ゲートは、上面の第2の部分に沿って延在し、それから絶縁された第1の部分と、2つの側面の一方の第2の部分に沿って延在し、それから絶縁された第2の部分と、2つの側面の他方の第2の部分に沿って延在し、それから絶縁された第3の部分と、浮遊ゲートの第1の部分の少なくとも一部の上方かつそれ上に延在し、それから絶縁された第4の部分と、浮遊ゲートの第2の部分の少なくとも一部の外側かつそれ上に延在し、それから絶縁された第5の部分と、浮遊ゲートの第3の部分の少なくとも一部の外側かつそれ上に延在し、それから絶縁された第6の部分と、を含む。
【0006】
改善された不揮発性メモリアレイは、第1の方向に延在し、各々が上面及び2つの側面を有する複数の平行するフィン形上面部分と、フィン形上面部分の各々の上に形成された複数のメモリセルと、を有する第1の導電型の半導体基板を含む。各メモリセルは、1つのフィン形上面部分内にある第1の導電型とは異なる第2の導電型の離間配置された第1の領域及び第2の領域であって、第1の領域と第2の領域との間に延在するチャネル領域を有する、第1の領域及び第2の領域、を含み、チャネル領域は、上面の第1の部分と2つの側面の第1の部分とを含む第1の部分を有し、かつ上面の第2の部分と2つの側面の第2の部分とを含む第2の部分を有する。各メモリセルは、導電性浮遊ゲート及び導電性制御ゲートを更に含む。導電性浮遊ゲートは、上面の第1の部分に沿って延在し、それから絶縁された第1の部分と、2つの側面の一方の第1の部分に沿って延在し、それから絶縁された第2の部分と、2つの側面の他方の第1の部分に沿って延在し、それから絶縁された第3の部分と、を含む。導電性制御ゲートは、上面の第2の部分に沿って延在し、それから絶縁された第1の部分と、2つの側面の一方の第2の部分に沿って延在し、それから絶縁された第2の部分と、2つの側面の他方の第2の部分に沿って延在し、それから絶縁された第3の部分と、浮遊ゲートの第1の部分の少なくとも一部の上方かつそれ上に延在し、それから絶縁された第4の部分と、浮遊ゲートの第2の部分の少なくとも一部の外側かつそれ上に延在し、それから絶縁された第5の部分と、浮遊ゲートの第3の部分の少なくとも一部の外側かつそれ上に延在し、それから絶縁された第6の部分と、を含む。各々が第1の方向に対して垂直な第2の方向に延在し、フィン形上面部分の各々のための制御ゲートの1つに電気的に接続された、複数の制御ゲート線。
【0007】
不揮発性メモリセルを形成する方法は、第1の導電型の半導体基板の表面内に1対の平行するトレンチを形成し、トレンチの間に、上面及び2つの側面を有するフィン形上面部分を生じさせることと、上面及び2つの側面に沿って絶縁材料を形成することと、フィン形上面部分内にある第1の導電型とは異なる第2の導電型の離間配置された第1の領域及び第2の領域であって、第1の領域と第2の領域との間に延在するチャネル領域を有する、第1の領域及び第2の領域、を形成することと(チャネル領域は、上面の第1の部分及び2つの側面の第1の部分を含む第1の部分を有し、かつ上面の第2の部分及び2つの側面の第2の部分を含む第2の部分を有する)、導電性浮遊ゲートを形成することと、導電性制御ゲートを形成することと、を含む。導電性浮遊ゲートは、上面の第1の部分に沿って延在し、それから絶縁された第1の部分と、2つの側面の一方の第1の部分に沿って延在し、それから絶縁された第2の部分と、2つの側面の他方の第1の部分に沿って延在し、それから絶縁された第3の部分と、を含む。上面の第2の部分に沿って延在し、それから絶縁された第1の部分と、2つの側面の一方の第2の部分に沿って延在し、それから絶縁された第2の部分と、2つの側面の他方の第2の部分に沿って延在し、それから絶縁された第3の部分と、浮遊ゲートの第1の部分の少なくとも一部の上方かつそれ上に延在し、それから絶縁された第4の部分と、浮遊ゲートの第2の部分の少なくとも一部の外側かつそれ上に延在し、それから絶縁された第5の部分と、浮遊ゲートの第3の部分の少なくとも一部の外側かつそれ上に延在し、それから絶縁された第6の部分と、を含む導電性制御ゲート。
【0008】
本発明の他の目的及び特徴は、明細書、特許請求の範囲、添付の図面を見直すことにより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【
図1A】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図1B】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図1C】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図1D】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図1E】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図1F】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図1G】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図1H】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図1I】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図1J】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図1K】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図1L】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図1M】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図1N】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図1O】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図1P】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図1Q】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図1R】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図1S】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図1T】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図1U】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図1V】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図1W】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図1X】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図2A】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(BL(Y)方向沿いの)横断面図である。
【
図2B】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(BL(Y)方向沿いの)横断面図である。
【
図2C】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(BL(Y)方向沿いの)横断面図である。
【
図2D】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(BL(Y)方向沿いの)横断面図である。
【
図2E】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(BL(Y)方向沿いの)横断面図である。
【
図2F】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(BL(Y)方向沿いの)横断面図である。
【
図2G】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(BL(Y)方向沿いの)横断面図である。
【
図2H】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(BL(Y)方向沿いの)横断面図である。
【
図2I】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(BL(Y)方向沿いの)横断面図である。
【
図2J】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(BL(Y)方向沿いの)横断面図である。
【
図2K】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(BL(Y)方向沿いの)横断面図である。
【
図2L】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(BL(Y)方向沿いの)横断面図である。
【
図2M】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(BL(Y)方向沿いの)横断面図である。
【
図2N】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(BL(Y)方向沿いの)横断面図である。
【
図2O】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(BL(Y)方向沿いの)横断面図である。
【
図2P】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(BL(Y)方向沿いの)横断面図である。
【
図2Q】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(BL(Y)方向沿いの)横断面図である。
【
図2R】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(BL(Y)方向沿いの)横断面図である。
【
図2S】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(BL(Y)方向沿いの)横断面図である。
【
図2T】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(BL(Y)方向沿いの)横断面図である。
【
図2U】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(BL(Y)方向沿いの)横断面図である。
【
図2V】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(BL(Y)方向沿いの)横断面図である。
【
図2W】本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(BL(Y)方向沿いの)横断面図である。
【
図3】メモリセルアレイレイアウトの平面図である。
【
図4】代替的実施形態におけるメモリセルアレイレイアウトの平面図である。
【
図5A】代替的実施形態による本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図5B】代替的実施形態による本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図5C】代替的実施形態による本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図5D】代替的実施形態による本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図5E】代替的実施形態による本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図5F】代替的実施形態による本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図5G】代替的実施形態による本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【
図5H】代替的実施形態による本発明のスプリットゲート不揮発性メモリセルを形成する工程を示す(WL(X)方向沿いの)横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明は、ただ2つのゲート、すなわち浮遊ゲート及び制御ゲートを有する単純なスプリットゲート型メモリセルのためのFin−FET型構成であり、制御ゲートは、浮遊ゲートに横方向に隣接する第1の部分と、浮遊ゲートの上方かつそれ上に延在する第2の部分とを有する。このようなスプリットゲートメモリセルを作製する方法は、隔離のためのシリコントレンチのエッチング及び酸化物の部分的な埋め込み、並びに浮遊ゲート等の自己整列型コンポーネントを含む、多くの利点を提供する。
【0011】
図1A〜1Y及び2A〜2Xは、Fin−FET型スプリットゲートメモリセルアレイを形成する工程段階を示す横断面図である。
図1A〜1Xは、ワード線(X)方向の断面図を示し、
図2A〜2Xは、ビット線(Y)方向の断面図を示す。この方法は、窒化ケイ素(「窒化物」)の層12をシリコン基板10の表面の上に形成することにより始まる。層ポリシリコン(「ポリ」)14を窒化物層12の上に形成する。第2の窒化物層16をポリ層14の上に形成する。結果として得られた構造体を
図1A及び2Aに示す。第2の窒化物層16に、フォトリソグラフィ及びエッチングのプロセスを使用してパターン形成する(すなわち、フォトレジストを堆積させ、選択的に露光及びエッチングし、露光された窒化物層16の部分を残し、次いでそれを、窒化物エッチングを使用してエッチングする)。
図1B及び2Bに示すように、窒化物エッチングは、1対の窒化物のブロック16を除く全てを除去する。
【0012】
図1C及び2Cに示すように、二酸化ケイ素(「酸化物」)の層18を構造体の上に形成する。異方性酸化物エッチングを行って、BL方向の酸化物を低減させ、窒化物ブロックに当接する酸化物のスペーサ18を残す(
図1D/2D)。次いで、窒化物ブロック16を窒化物エッチングにより除去する(
図1E/2E)。次いで、ポリエッチングを行って、WL方向のポリ層14の露光された部分を除去する(酸化物スペーサの下のポリ層ブロック14を除く(
図1F/2F)。次いで、酸化物層及び酸化物スペーサ18を酸化物エッチングにより除去する(
図1G/2G)。窒化物エッチングを使用して、WL方向の窒化物層12を除去する(ポリブロック14の下の窒化物層のブロック12を除く)(
図1H/2H)。次いで、シリコンエッチングを行って、ポリ層14の残りの部分を除去し、更にWL方向のシリコン基板10の露光された部分内にトレンチ20を形成する(
図1I/2I)。次いで、酸化物22を構造体の上に堆積させ、続いてエッチング停止として窒化物層12を使用して化学機械的研磨(CMP)を行って、トレンチを酸化物22で満たす(
図1J/2J)。次いで、部分的酸化物エッチングを行って、トレンチ内の酸化物22を陥凹させる(
図1K/2K)。次いで、窒化物エッチングを使用して、窒化物12を除去する(
図1L/2L)。
【0013】
次いで、薄い酸化物層24(FG OX)を、トレンチ20内の露出した面を含む基板10の露出した表面の上に堆積又は成長させる。次いで、ポリ層26(FGポリ)を酸化物層24の上に形成する(
図1M/2M)。次いで、窒化物層28をポリ層の上に堆積させる(トレンチ20を満たし、次いで平坦化エッチングを使用して平坦化する(
図1N/2N)。次いで、フォトレジスト30を構造体の上に堆積させ、フォトリソグラフィプロセスを使用して選択的にエッチングし、WL方向に延在するフォトレジスト30(FGPR)の細長片を残す(露光された窒化物層28の部分を残す)。窒化物層28の露光された部分を窒化物エッチングにより除去する(
図1O/2O)。次いで、フォトレジスト30を除去する。酸化プロセスを使用して、ポリ層26の露出した部分を酸化させ、酸化されたポリシリコンの領域32(ポリOx)を生成する(
図1P/2P)。次いで、湿式窒化物エッチングを使用して窒化物28を除去する(
図1Q/2Q)。異方性ポリエッチングを行って、酸化されたポリ32の下にないポリ層26の部分を除去する(
図1R/2R)。
【0014】
ポリ層26及び酸化されたポリ32に隣接する基板10の表面部分内へワード線VT注入(例えば、網羅的なホウ素注入)を行う(ワード線Vtを制御するために)。酸化されたポリ32及びポリ層26の露出した部分の上に酸化物層34(トンネルOx)を形成する(例えば、HTO堆積により)(
図1S/2S)。次いで、ポリ層36を構造体の上に形成する(
図1T/2T)。次いで、ポリ層36のドーピングのために注入プロセスを行う(例えば、N+注入)。次いで、フォトレジスト38を構造体の上に堆積させ、その部分をフォトリソグラフィエッチングプロセスにより選択的に除去して、BL方向のフォトレジスト38により露光されたポリ層36の部分を残す。次いで、ポリエッチングを行って、ポリ層36の露出した部分を除去する(
図1U/2U)。フォトレジスト38を除去し、新たなフォトレジスト40を構造体の上に堆積させ、その部分をフォトリソグラフィエッチングプロセスにより選択的に除去して、BL方向のフォトレジスト40により露光された構造体の部分を残す。高電圧注入(HVII注入)を行って、FGポリ26に隣接する基板の表面内にソース線接合部42を形成する(
図1V/2V)。アニールを行って、基板内のソース領域(SL)42の形成を完了する。同様の注入/アニールを行って、ポリ層36の他方側で基板内にドレイン領域(DR)44を形成してもよい。最終構造を
図1W、1X、及び2Wに示す。次いで、更なる処理を行って、当技術分野でよく知られている電気コンタクト、コンタクト線、ソース拡散線等を形成する。
【0015】
上記のプロセスは、ソース領域42とドレイン領域44との間に延在する基板のフィン形チャネル領域46の第1の部分の頂部の上に、かつその側部に沿って配設された浮遊ゲート26を有するメモリセルを形成する(
図1W及び2Wを参照されたい)。第2のポリ層36は、基板のフィン形チャネル領域46の第2の部分の頂部の上に、かつその側部に沿って配設された第1の部分と(
図1X及び2Wを参照されたい)、浮遊ゲート26の上方かつそれ上に、かつ浮遊ゲート26の側部に沿って下方へ延在する第2の部分と(
図1W及び2Wを参照されたい)、を有する制御ゲートである。シリコントレンチ内の酸化物24及び34は、シリコンフィンからの隔離、及び隣接するメモリセル同士の間の隔離を提供する。このセル構成は、(1)浮遊ゲート26に隣接する第1の部分と、浮遊ゲート26の上方かつそれ上に延在する第2の部分とを有する制御ゲート36と、(2)フィン形チャネル領域46の第1の部分の上面及び側面に沿って延在し、それらの間の容量結合を向上させる浮遊ゲート26と、(3)制御ゲート36の第1の部分は、フィン形チャネル領域46の第2の部分の上面及び側面に沿って延在し、それらの間の容量結合を向上させ、より小規模のデバイスコンポーネント(すなわち、同じ単位面積の基板表面内のより多くのデバイスコンポーネント)の電流フローを最大化する、(4)制御ゲート36の第2の部分は、浮遊ゲートの頂部の上方かつそれ上に延在し、かつ浮遊ゲートの側部の外側かつそれ上に延在し、それらの間の容量結合を向上させる、(5)浮遊ゲートの上面は、制御ゲート36に面した鋭角縁部26aまで上がり(浮遊ゲート側壁から見て)、それらの間のトンネリングを向上させる、を組み合わせたスプリットゲートメモリセルを提供する。この構成は、自己整列型メモリセルコンポーネントによる効率的な形成処理も可能にする。
【0016】
図3は、メモリセルアレイレイアウトの平面図を示す。基板内の拡散線は、ソース領域42の列を互いに接続する。浮遊ゲート26は全て、X方向において
図2Oのフォトレジスト30により、Y方向において
図1Fの酸化物スペーサ18により、自己整列される。ビット線コンタクト48は、ドレイン領域44に接続され、Y方向において金属線(図示せず)により互いに接続されている。
【0017】
図4は、メモリセルアレイレイアウトのある代替的実施形態の平面図を示し、ソース領域の列は、基板内の拡散線ではなく、ソース線コンタクト36とこれらのコンタクトを互いに接続させるX方向に延在する金属ソース線37とにより互いに接続されている。
【0018】
図5A〜5Hは、Fin−FET型スプリットゲートメモリセルアレイを形成するある代替的実施形態の横断面図である。これらの図は、
図1A〜1L及び2A〜2Lに関連して上述した処理工程に取って代わり得る処理工程を示す。この代替的処理は、半導体フィンの幅を、スペーサによってではなく、リソグラフィを使用して直接画定する。このプロセスは、シリコン基板10の上に酸化物の層52を形成することにより始まる(
図5A)。窒化物層54を酸化物層52の上に形成する(
図5B)。フォトレジスト56を構造体の上に堆積させ、続いてフォトリソグラフィエッチングを行って、露光された窒化物層54の区域を残す(
図5C)。窒化物エッチングは、窒化物層54の露出した部分を除去する(
図5D)。フォトレジスト56を除去する。エッチングを使用して、酸化物層52の露出した部分を除去して下地基板を露出させ、基板10の露出した部分を除去して基板10の露出した部分内にトレンチ58を形成する(
図5E)。次いで、酸化物を構造体の上に堆積させ、続いてエッチング停止として窒化物層54を使用して化学機械的研磨(CMP)を行って、トレンチを酸化物60で満たす(
図5F)。次いで、部分的酸化物エッチングを行って、トレンチ内の酸化物60を陥凹させる(
図5G)。次いで、窒化物エッチングを使用して窒化物54を除去し、酸化物エッチングを使用してパッド酸化物52を除去する(
図5H)。次いで、
図1M及び2Mに関連して記載した工程から始めて上述の工程を使用してプロセスを続ける。
【0019】
本発明は、本明細書で図示した上記実施例(複数可)に限定されるものではなく、それらによりサポートされる請求項の範囲内に属するあらゆる全ての変形例も包含することが理解されよう。例えば、本明細書における本発明への言及は、いかなる請求項又は請求項の用語も限定することを意図するものではなく、むしろ1つ以上の請求項によってカバーされ得る1つ以上の特徴に言及するにすぎない。上述の材料、プロセス、及び数値例は、単なる例示であり、いかなる請求項も限定するものと見なされるべきではない。更に、全ての方法工程が例示した正確な順序で行われる必要はない。最後に、単一層の材料をそのような又は同様の材料の複数層として形成することができ、逆もまた同様である。
【0020】
本明細書で使用される、用語「〜の上方に(over)」及び「〜の上に(on)」はともに、「直接的に〜の上に」(中間の材料、要素、又は間隙がそれらの間に配設されていない)及び「間接的に〜の上に」(中間の材料、要素、又は間隙がそれらの間に配設されている)を包括的に含むことに留意されるべきである。同様に、「隣接した」という用語は、「直接隣接した」(中間の材料、要素、又は間隙がそれらの間に配設されていない)、及び「間接的に隣接した」(中間の材料、要素、又は間隙がそれらの間に配設されている)を含み、「取付けられた」は、「直接取付けられた」(中間の材料、要素、又は間隙がそれらの間に配設されていない)、及び「間接的に取付けられた」(中間の材料、要素、又は間隙がそれらの間に配設されている)を含み、「電気的に結合された」は、「直接電気的に結合された」(中間の材料又は要素がそれらの間で要素を電気的に連結していない)、及び「間接的に電気的に結合された」(中間の材料又は要素がそれらの間で要素を電気的に連結している)を含む。例えば、「基板の上方に」要素を形成することは、中間の材料/要素が介在せずに直接的に基板の上にその要素を形成することも、1つ以上の中間の材料/要素が介在して間接的に基板の上にその要素を形成することも含む可能性がある。