JP2004186316A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に係り、特に浮遊ゲートを有する不揮発性メモリのセルアレイ領域と周辺回路領域のトランジスタのゲート酸化膜の構造およびその形成方法に関するもので、例えばNOR 型フラッシュメモリに使用されるものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、浮遊ゲートを有する不揮発性メモリ、例えばNOR 型フラッシュメモリにおいては、セルアレイのセルトランジスタと周辺回路部のトランジスタにそれぞれ要求される特性が異なることから、それぞれのゲート絶縁膜の厚さが異なっている。また、周辺回路部は、高電圧(書込み電圧など)が印加される高電圧系回路のトランジスタとそれ以外の低電圧系回路のトランジスタとで、それぞれのゲート絶縁膜の厚さが異なっている。
【0003】
図37は、従来のNOR 型フラッシュメモリにおけるセルアレイ領域と周辺回路部の高電圧系回路領域と低電圧系回路領域とでそれぞれのゲート酸化膜の厚さが異なる様子を示す断面図である。
【0004】
ここで、10はシリコン基板、11はnウェル、12はpウェル、13は素子分離膜、21a,21b,21c はそれぞれ厚さが異なるゲート酸化膜(シリコン酸化膜)、22、23、24はそれぞれの厚さが異なる第1層多結晶シリコン膜、26は第2層多結晶シリコン膜、27はセルトランジスタのゲート間絶縁膜(ONO膜)、28は第3層多結晶シリコン膜である。
【0005】
しかし、上記したように厚さの異なる3種のゲート酸化膜21a,21b,21c を有する従来のNOR 型フラッシュメモリには、次のような問題点がある。
【0006】
第1の問題点は、厚さの異なる3種のゲート酸化膜21a,21b,21c を形成するので、複雑で多くの工程を必要とする。
【0007】
第2の問題点は、ゲート酸化膜を形成するための熱工程が多い(3工程)ので、ウェル領域11,12 やチャネル領域にドープした不純物が上記熱工程で拡散し、所望の不純物プロファイルが得られなくなり、チャネルの制御が困難になり、トランジスタのチャネル長の微細化を阻害する原因となっていた。
【0008】
第3の問題点は、周辺回路部の高電圧系回路のトランジスタのゲート酸化膜21c が厚い(14nm以上)ので、ゲート酸化膜形成用の熱酸化時間が長くなり、ウェル領域11,12 やチャネル領域にドープした不純物が拡散し、所望の不純物プロファイルが得られなり、チャネルの制御が困難になり、トランジスタのチャネル長の微細化を阻害する原因となっていた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように従来の浮遊ゲートを有する不揮発性メモリは、セルアレイと高電圧系回路と低電圧系回路におけるそれぞれのゲート酸化膜の厚さが異なることに伴う様々な問題があった。
【0010】
本発明は上記の問題点を解決すべくなされたもので、不揮発性メモリのセルアレイと周辺回路部の高電圧系回路と低電圧系回路の各領域のトランジスタのゲート絶縁膜の製造工程数の削減および各領域のトランジスタの機能を向上させることが可能となる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の半導体装置は、不揮発性メモリのセルアレイ領域、周辺回路トランジスタが形成された高電圧系回路領域および低電圧系回路領域を有する半導体装置において、前記セルアレイ領域のトランジスタのゲート絶縁膜および前記高電圧系回路領域のトランジスタのゲート絶縁膜として同時に形成された第1のゲート絶縁膜と、前記低電圧系回路領域のトランジスタのゲート絶縁膜として形成され、前記第1のゲート絶縁膜よりは膜厚が薄い第2のゲート絶縁膜とを具備することを特徴とする。
【0012】
本発明の第2の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板に形成された溝に埋め込まれた素子分離絶縁膜と、前記半導体基板上に浮遊ゲートと制御ゲートが積層された電気的書き換え可能な不揮発性メモリセルが配列形成されたセルアレイ領域と、前記半導体基板のセルアレイ領域の周辺に形成され、高電圧系の周辺回路トランジスタが形成された高電圧系回路領域および低電圧系の周辺回路トランジスタが形成された低電圧系回路領域とを具備し、前記セルアレイ領域のトランジスタと高電圧系回路領域のトランジスタは、同じ膜厚の第1のゲート酸化膜を有し、前記低電圧系回路領域のトランジスタは、前記第1のゲート酸化膜よりは膜厚が薄い第2のゲート酸化膜を有することを特徴とする。
【0013】
なお、本発明の半導体装置の製造方法は、様々な実施態様がある。
【0014】
第1の実施態様は、素子分離領域の形成前にセルトランジスタの浮遊ゲートの最下層および周辺回路トランジスタのゲート電極の最下層を形成する素子分離領域後作り工程と、低電圧系回路領域のシリコン酸化膜を剥離するためにセルアレイ領域および高電圧系回路領域を覆うリソグラフィ工程に際してそのゲート酸化膜上にレジストを直接に塗布しない工程を採用することを特徴とする。
【0015】
第2の実施態様は、素子分離領域後作り工程と、浮遊ゲートのメモリセル毎の分離を素子分離絶縁膜により自己整合的に行い、かつ、浮遊ゲートの側面の上部に制御ゲートを対向させる状態に形成する工程を採用することを特徴とする。
【0016】
第3の実施態様は、素子分離領域後作り工程と、浮遊ゲートのメモリセル毎の分離を自己整合的に行うようにし、かつ、浮遊ゲートの側面の上部に制御ゲートを対向させない状態に形成する工程を採用することを特徴とする。
【0017】
第4の実施態様は、素子分離領域の形成後にセルトランジスタの浮遊ゲートおよび周辺回路トランジスタのゲート電極を形成する素子分離領域先作り工程と、低電圧系回路領域のシリコン酸化膜を剥離するためにセルアレイ領域および高電圧系回路領域を覆うリソグラフィ工程に際してそのゲート酸化膜上にレジストを直接に塗布しない工程を採用することを特徴とする。
【0018】
第5の実施態様は、素子分離領域後作り工程と、低電圧系回路領域のシリコン酸化膜を剥離するために他の領域を覆うリソグラフィ工程に際して他の領域のゲート酸化膜上にレジストを直接に塗布する工程を採用することを特徴とする。
【0019】
第6の実施態様は、素子分離領域後作り工程と、低電圧系回路領域のシリコン酸化膜を剥離するために他の領域を覆うリソグラフィ工程に際して他の領域のゲート酸化膜上にレジストを直接に塗布する工程と、浮遊ゲートのメモリセル毎の分離を素子分離絶縁膜により自己整合的に行うように、かつ、浮遊ゲートの側面の上部に制御ゲートを対向させる状態に形成する工程を採用することを特徴とする。
【0020】
第7の実施態様は、素子分離領域後作り工程と、低電圧系回路領域のシリコン酸化膜を剥離するために他の領域を覆うリソグラフィ工程に際して他の領域のゲート酸化膜上にレジストを直接に塗布する工程と、浮遊ゲートのメモリセル毎の分離を素子分離絶縁膜により自己整合的に行うように、かつ、浮遊ゲートの側面の上部に制御ゲートを対向させない状態に形成する工程を採用することを特徴とする。
【0021】
第8の実施態様は、素子分離領域先作り方式と、低電圧系回路領域のシリコン酸化膜を剥離するために他の領域を覆うリソグラフィ工程に際して他の領域のゲート酸化膜上にレジストを直接に塗布する工程を採用することを特徴とする。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0023】
本発明は、例えばNOR 型フラッシュメモリにおいて、データの書込み電圧を下げることにより、周辺回路部の高電圧系回路のトランジスタのゲート酸化膜をセルトランジスタのゲート酸化膜と同一厚さまで薄膜化することが可能になる。
【0024】
これにより、高電圧系回路のゲート酸化膜をセルアレイのゲート酸化膜と同種にすることが可能になり、工程数の削減および高電圧系回路のトランジスタの機能の向上が可能となる。
【0025】
以下、ゲート電極と素子分離領域(本例では、STI;Shallow Trench Isolation構造)の形成工程との前後関係、低電圧系回路領域のシリコン酸化膜を剥離するために他の領域(セルアレイ領域および高電圧系回路領域)を覆うリソグラフィ工程に際して他の領域のゲート酸化膜上にレジストを直接に塗布するか否か、浮遊ゲートのメモリセル毎の分離を自己整合的に行うか否かなどの組み合わせによる複数の実施形態を説明する。
【0026】
<第1の実施形態>
第1の実施形態は、素子分離領域の形成前にセルトランジスタの浮遊ゲートの最下層および周辺回路トランジスタのゲート電極の最下層を形成する工程(STI後作り方式)、低電圧系回路領域のシリコン酸化膜を剥離するためにセルアレイ領域および高電圧系回路領域を覆うリソグラフィ工程に際してそのゲート酸化膜上にレジストを直接に塗布しない工程を採用したものである。
【0027】
図1は、本発明の第1の実施形態に係るNOR 型フラッシュメモリの製造工程におけるセルアレイ領域、周辺回路部の高電圧系回路領域および低電圧系回路領域の断面を示す。
【0028】
図1において、10はシリコン基板、11はnウェル、12はpウェル、14は拡散層、21a,21b はそれぞれ厚さが異なるゲート酸化膜(シリコン酸化膜)、22、24はそれぞれの厚さが異なる第1層多結晶シリコン膜、26a は不純物としてPがドープされた第2層多結晶シリコン膜、27はセルトランジスタのゲート間絶縁膜(ONO膜)、28は第3層多結晶シリコン膜である。
【0029】
図2〜図12は、図1のNOR 型フラッシュメモリの製造工程におけるセルアレイ領域、周辺回路部の高電圧系回路領域および低電圧系回路領域について、図1の紙面に直交する方向の断面を示す。
【0030】
まず、図2に示すように、素子分離領域の形成前に、各回路領域(セルアレイ領域、高電圧系回路領域および低電圧系回路領域)のシリコン基板10に対して、n型不純物(例えばAs、P)をドープしてn型ウェル11を形成し、さらに、p型不純物(例えばB、BF2 )をドープしてp型ウェル12を選択的に形成し、セルアレイおよび周辺回路部のチャネル領域を形成する。
【0031】
次に、素子分離領域形成前に、基板全面に、セルアレイ領域および高電圧系回路領域に必要な例えば11nm程度の第1のゲート酸化膜21a を形成する。
【0032】
次に、図3に示すように、不純物がドープされていない第1の多結晶シリコン膜22およびシリコン酸化膜23を全面に順次堆積した後、リソグラフィ技術を用いてセルアレイ領域および高電圧系回路領域を覆い、低電圧系回路領域のシリコン酸化膜23、多結晶シリコン膜22とゲート絶縁膜21a をエッチング除去する。これにより、第1の多結晶シリコン膜22は、セルアレイ領域および高電圧系回路領域に第1層多結晶シリコン膜として残り、セルアレイ領域では、浮遊ゲートの最下層となり、高電圧系回路領域ではゲート電極の最下層となる。
【0033】
なお、上記リソグラフィ工程に際して、仮にセルアレイ領域のゲート酸化膜21a 上にレジストを直接に塗布すると、ゲート酸化膜21a の信頼性が低下するおそれがあるので、図3に示したように、レジスト塗布前に、ゲート酸化膜21a 上に多結晶シリコン膜22とシリコン酸化膜23を堆積しておく。
【0034】
次に、図4に示すように、熱酸化を行って低電圧系回路領域のゲート酸化膜21b を例えば7nm程度形成する。次に、図5に示すように、不純物がドープされていない第2の多結晶シリコン膜24を全面に堆積する。
【0035】
次に、図6に示すように、リソグラフィ技術またはCMP(化学的機械研磨)技術を用いて、セルアレイ領域および高電圧系回路領域に積層されている第2の多結晶シリコン膜24とその下のシリコン酸化膜23を除去する。これにより、第2の多結晶シリコン膜24は、低電圧系回路領域に第1層多結晶シリコン膜として残り、低電圧系回路領域のゲート電極の最下層となる。
【0036】
ここまでの製造工程によれば、従来必要であった3種のゲート酸化膜形成用の3つの熱酸化工程を、2種のゲート酸化膜形成用の2つの熱酸化工程に削減でき、工程数を削減することができる。また、ウェル領域11,12 やチャネル不純物の拡散の抑制を実現でき、各回路のトランジスタの性能を向上させることができる。
【0037】
次に、図7に示すように、シリコン窒化膜25とシリコン酸化膜(図示せず)を堆積した後、リソグラフィ技術を用いて素子分離溝を形成し、素子分離絶縁膜13を埋め込む。その後、素子分離絶縁膜13をCMP技術を用いて平坦化する。
【0038】
上記素子分離溝を形成する際、その断面が逆テーパ状になると、後で素子分離絶縁膜13を完全に埋め込むことが困難になるので、素子分離溝の側面が垂直になるように(後で埋め込む素子分離絶縁膜13の側面が垂直になるように)形成することが好ましい。
【0039】
次に、図8に示すように、シリコン窒化膜25を剥離し、不純物(例えばP)をドープした第2層多結晶シリコン膜26a を埋め込む。
【0040】
次に、図9に示すように、リソグラフィ技術を用いて、セルアレイ領域において第3の多結晶シリコン膜(第3層多結晶シリコン膜)26a を素子分離領域上で分離エッチングを行う。セルアレイ領域では、第1層多結晶シリコン膜22と第2層多結晶シリコン膜26a の積層膜が浮遊ゲートとなるが、この段階では図面に直交する方向については、浮遊ゲートのメモリセル毎の分離は行わない。
【0041】
次に、図10に示すように、メモリセルの浮遊ゲートとその上に形成される制御ゲートを分離するゲート間絶縁膜(例えばONO膜)27を基板全面に形成する。
【0042】
次に、図11に示すように、リソグラフィ技術を用いて周辺回路領域のゲート間絶縁膜27の全て(一部でもよい)をエッチング除去した後、第4の多結晶シリコン膜(第3層多結晶シリコン膜)28を全面に堆積する。この第4の多結晶シリコン膜28は、セルアレイ領域では制御ゲートになり、周辺回路領域ではゲート電極の最上層となる。但し、前記した周辺回路領域のゲート間絶縁膜27のエッチング除去は、第2層多結晶シリコン膜26a に直接にゲート電極のコンタクトを形成することで省略可能である。
【0043】
続いて、図12およびその図面に直交する方向の断面に相当する図1に示すように、各部のゲート電極のパターン加工を行う。この際、セルアレイ領域では、第3層多結晶シリコン膜28をワード線として連続する制御ゲートとしてパターン加工し、これに自己整合的に第2層多結晶シリコン膜26a および第1層多結晶シリコン膜22をパターン加工し、図1に示すように、各メモリセル毎の浮遊ゲートを分離する。また、周辺回路領域では、第3層多結晶シリコン膜28、第2層多結晶シリコン膜26a および第1層多結晶シリコン膜22あるいは24をパターン加工して各ゲート電極を形成する。
【0044】
その後、ドレイン・ソース用の不純物濃度を最適に設定した拡散層14をp型ウェル12に選択的に形成した後、制御ゲート、ゲート電極および拡散層14にコンタクトを形成する。
【0045】
上記した第1の実施形態のNOR 型フラッシュメモリによれば、セルアレイ領域のゲート酸化膜と高電圧系回路領域のゲート酸化膜を同種のものとすることにより、従来必要であった3種以上のゲート酸化膜形成用の熱酸化工程を最低で2種に削減することができる。したがって、不揮発性メモリのセルアレイと周辺回路部の高電圧系回路と低電圧系回路の各領域のトランジスタのゲート絶縁膜の製造工程数を削減することが可能になる。
【0046】
また、ゲート酸化膜の形成に付随した熱工程を削減することができるので、ウェル領域やチャネル領域の不純物の拡散を抑えることができ、各回路領域のトランジスタの性能を向上させることが可能になる、つまり、高性能の周辺回路を搭載することが可能になる。
【0047】
<第2の実施形態>(図13〜図18)
第2の実施形態は、第1の実施形態の工程の一部を変形し、浮遊ゲートのメモリセル毎の分離を素子分離絶縁膜により自己整合的に行い、かつ、浮遊ゲートの側面の上部に制御ゲートを対向させる状態に形成した例を示す。
【0048】
まず、第1の実施形態で説明した図2〜図6までの工程と同様の工程を実施し、図13に示すように、第1層多結晶シリコン膜22、24を形成する。この際、図13中に示す第1層多結晶シリコン膜22、24を、図6中に示した第1層多結晶シリコン膜22、24に比べて厚く形成する。
【0049】
次に、図14に示すように、セルアレイ領域の第1層多結晶シリコン膜22のメモリセル毎の分離を素子分離絶縁膜13により完全に自己整合的に行う。このためには、まず、第1の実施形態で説明した図7に示した工程と同様に、シリコン窒化膜(図示せず)とシリコン酸化膜(図示せず)を堆積した後、リソグラフィ技術を用いて素子分離溝を形成し、素子分離絶縁膜13を埋め込む。この際、素子分離溝をその側面が垂直になるように形成し、素子分離絶縁膜13の側面が垂直状態になるように形成する。その後、素子分離絶縁膜13をCMP技術を用いて平坦化する。このようにして、浮遊ゲートに対して自己整合的な構造(SA−STI 構造)の素子分離領域が形成される。
【0050】
次に、リソグラフィ技術を用いて、セルアレイ領域を除く領域をレジスト(図示せず)で覆い、セルアレイ領域の浮遊ゲートとなる第1層多結晶シリコン膜22に不純物イオン(例えばP)を注入する。ここで、Pがドープされた第1層多結晶シリコン膜を22a で表わす。
【0051】
次に、図15に示すように、セルアレイ領域の素子分離絶縁膜13を全面エッチングし、第1層多結晶シリコン膜22a の側面の上部を露出させる。
【0052】
次に、図16に示すように、全面にゲート間絶縁膜(ONO膜)27を形成する。
【0053】
次に、図17に示すように、リソグラフィ技術を用いて周辺回路領域のゲート間絶縁膜27をエッチング除去する。
【0054】
次に、図18に示すように、第2層ゲート電極材料膜である多結晶シリコン膜28を全面に堆積する。この多結晶シリコン膜28は、セルアレイ領域の制御ゲートとなり、周辺回路領域では第1層多結晶シリコン膜22または24と共にゲート電極となるものであり、その後は、第1の実施形態と同様の工程に従う。
【0055】
上記した第2の実施形態によれば、セルアレイ領域において第1層多結晶シリコン膜22a のみによる浮遊ゲートが自己整合的に分離されるので、セルサイズの縮小が可能になる。また、第1層多結晶シリコン膜22a による浮遊ゲートは、素子分離絶縁膜13には延在してないが、その側面の上部にも制御ゲート28が対向するように形成されているので、制御ゲート28と浮遊ゲート22の間の結合容量を大きく確保することができる。
【0056】
<第3の実施形態>(図19〜図20)
第3の実施形態は、第1の実施形態の工程の一部を変形し、浮遊ゲートのメモリセル毎の分離を自己整合的に行うようにし、かつ、浮遊ゲートの側面の上部に制御ゲートを対向させない状態に形成した例を示す。
【0057】
まず、第1の実施形態で説明した図2〜図8までの工程と同様の工程を実施し、図19に示すように、Pを含有した第2層多結晶シリコン膜26a を形成する。
【0058】
次に、図20に示すように、CMP法を用いて第2層多結晶シリコン膜26a を平坦化する。これにより、セルアレイ領域において素子分離絶縁膜13に挟まれたメモリセル領域のみに自己整合的に第2層多結晶シリコン膜26a を残して第1層多結晶シリコン膜22と共に浮遊ゲートを形成することができる。
【0059】
その後は、第1の実施形態と同様の工程に従う。
【0060】
<第4の実施形態>(図21〜図28)
第4の実施形態は、第1の実施形態と比べて、素子分離領域の形成後にセルトランジスタの浮遊ゲートおよび周辺回路トランジスタのゲート電極を形成するように変更したSTI 先作り方式の一例を示す。
【0061】
まず、図21に示すように、基板全面にシリコン酸化膜21d を形成後、素子分離領域形成前に各回路領域のシリコン基板10に対して、n型不純物(例えばAs、P)をドープしてn型ウェル11を形成し、さらに、p型不純物(例えばB、BF2 )をドープしてp型ウェル12を選択的に形成し、セルアレイおよび周辺回路のチャネル領域を形成する。
【0062】
次に、図22に示すように、リソグラフィ技術を用いて素子分離溝を形成し、素子分離膜13を埋め込む。その後、素子分離絶縁膜13をCMP技術を用いて平坦化する。
【0063】
なお、この段階で形成された素子分離溝および素子分離絶縁膜13は、第1の実施形態の図7に示した工程で形成された素子分離溝および素子分離絶縁膜13と比べて浅いので、製造が容易である。
【0064】
次に、図23に示すように、前記シリコン酸化膜21d を剥離した後、基板全面に、セルアレイ領域および高電圧系回路領域に必要な例えば11nm程度の第1のゲート酸化膜21a を形成する。
【0065】
次に、図24に示すように、基板全面に、Pを含有した第1層多結晶シリコン膜22とシリコン酸化膜23を順次堆積した後、リソグラフィ技術を用いて低電圧系回路領域のシリコン酸化膜23、多結晶シリコン膜22およびゲート絶縁膜21a をエッチング除去する。ここで、Pを含有した多結晶シリコン膜22は、セルアレイ領域では浮遊ゲートとなり、高電圧系回路領域ではゲート電極の最下層となる。
【0066】
次に、図25に示すように、熱酸化を行って、低電圧系回路のゲート酸化膜21b を7nm程度形成する。
【0067】
次に、図26に示すように、基板全面に第2層多結晶シリコン膜24を堆積する。この時、低電圧系回路に堆積された多結晶シリコン膜24はゲート電極の最下層となるが、セルアレイ領域および高電圧系回路の酸化膜23上に積層された多結晶シリコン膜24は不要である。
【0068】
そこで、図27に示すように、リソグラフィ技術またはCMP技術を用いて、セルアレイ領域と高電圧系回路領域に積層されている多結晶シリコン膜24およびその下の酸化膜23上を除去する。
【0069】
ここまでの製造工程によれば、従来必要であった3種のゲート酸化膜形成用の3つの熱酸化工程を、2種のゲート酸化膜形成用の2つの熱酸化工程に削減でき、工程数を削減することができる。また、ウェル領域11,12 やチャネル不純物の拡散の抑制を実現でき、各回路のトランジスタの性能を向上させることができる。
【0070】
次に、図28に示すように、リソグラフィ技術を用いて、セルアレイ領域において第1層多結晶シリコン膜22を素子分離領域上で分離エッチングを行う。セルアレイ領域では、第1層多結晶シリコン膜22が浮遊ゲートとなるが、この段階では図面に直行する方向については、浮遊ゲートのメモリセル毎の分離は行わない。その後は、第1の実施形態と同様の工程に従う。
【0071】
<第5の実施形態>(図29〜図32)
第5の実施形態は、第1〜第3の実施形態と同様にSTI 後作り方式を採用し、低電圧系回路領域のシリコン酸化膜を剥離するために他の領域を覆うリソグラフィ工程に際して他の領域のゲート酸化膜上にレジストを直接に塗布する工程を採用した(第1〜第3の実施形態とは異なる)例を示す。
【0072】
まず、図29に示すように、基板全面にシリコン酸化膜21d を形成後、素子分離領域形成前に各回路領域のシリコン基板10に対して、n型不純物(例えばAs、P)をドープしてn型ウェル11を形成し、さらに、p型不純物(例えばB、BF2 )をドープしてp型ウェル12を選択的に形成し、セルアレイおよび周辺回路のチャネル領域を形成する。
【0073】
次に、前記シリコン酸化膜21d を剥離した後、図30に示すように、基板全面に5nm程度のゲート絶縁膜21e を形成した後、リソグラフィ技術を用いて低電圧系回路領域のシリコン酸化膜をエッチング除去し、セルアレイ領域および高電圧系回路領域にゲート絶縁膜21e を残す。この際、セルアレイ領域および高電圧系回路領域のシリコン酸化膜21d を覆うようにレジスト(図示せず)を直接に塗布して行うので、第1の実施形態のようにシリコン酸化膜21d 上に多結晶シリコン膜を介してレジストを塗布する場合よりも工程が簡単である。
【0074】
次に、前記レジストを除去した後、図31に示すように、熱酸化を行い、低電圧系回路領域に第2のゲート酸化膜21b を7nm程度形成する。この時、セルアレイ領域および高電圧系回路領域のシリコン酸化膜21e は、追加酸化されて11nm程度の第1のゲート酸化膜21a になる。
【0075】
次に、図32に示すように、全面に多結晶シリコン膜22を堆積し、さらに、シリコン窒化膜25とシリコン酸化膜(図示せず)を順次堆積した後、リソグラフィ技術を用いて素子分離溝を形成し、素子分離絶縁膜13を埋め込む。その後、素子分離絶縁膜13をCMP技術を用いて平坦化する。その後は、第1の実施形態と同様の工程に従う。
【0076】
<第6の実施形態>
第6の実施形態は、第5の実施形態に係る図29〜図31に示した工程と、第2の実施形態に係る図13〜図18に示した工程を組み合わせたものである。
【0077】
したがって、STI 後作り方式と、低電圧系回路領域のシリコン酸化膜を剥離するために他の領域を覆うリソグラフィ工程に際して、他の領域のゲート酸化膜上にレジストを直接に塗布する工程を採用し、第2の実施形態と同様に、浮遊ゲートのメモリセル毎の分離を素子分離絶縁膜により自己整合的に行うように、かつ、浮遊ゲートの側面の上部に制御ゲートを対向させる状態に形成することが可能になる。
【0078】
<第7の実施形態>
第7の実施形態は、第5の実施形態に係る図29〜図31に示した工程と、第3の実施形態に係る図19〜図20に示した工程を組み合わせたものである。
【0079】
したがって、STI 後作り方式と、低電圧系回路領域のシリコン酸化膜を剥離するために他の領域を覆うリソグラフィ工程に際して、他の領域のゲート酸化膜上にレジストを直接に塗布する工程を採用し、浮遊ゲートのメモリセル毎の分離を素子分離絶縁膜により自己整合的に行うように、かつ、浮遊ゲートの側面の上部に制御ゲートを対向させない状態に形成することが可能になる。
【0080】
<第8の実施形態>(図33〜図36)
第8の実施形態は、第4の実施形態中の図21〜図22に示した工程と、第5の実施形態中の図30〜図32に示した工程を組み合わせたものである。
【0081】
即ち、STI 先作り方式と、低電圧系回路領域のシリコン酸化膜を剥離するためにセルアレイ領域および高電圧系回路領域を覆うリソグラフィ工程に際して、セルアレイ領域および高電圧系回路領域のゲート酸化膜上にレジストを直接に塗布する工程を採用したものである。
【0082】
まず、図33に示すように、第4の実施形態に係る図22に相当するSTI 形成工程までを実施する。続いて、基板全面のシリコン酸化膜を剥離し、基板全面に5nm程度のゲート絶縁膜21e を形成する。
【0083】
次に、図34に示すように、リソグラフィ技術を用いて、低電圧系回路領域のシリコン酸化膜21e をエッチング除去し、セルアレイ領域および高電圧系回路領域にゲート絶縁膜21e を残す。この際、セルアレイ領域および高電圧系回路領域のシリコン酸化膜21d を覆うようにレジスト(図示せず)を直接に塗布して行う。
【0084】
次に、前記レジストを除去した後、図35に示すように、熱酸化を行い、低電圧系回路領域に第2のゲート酸化膜21b を7nm程度形成する。この時、セルアレイ領域および高電圧系回路領域のシリコン酸化膜21d は、追加酸化されて11nm程度の第1のゲート酸化膜21a になる。
【0085】
次に、図36に示すように、Pを含有した第1層多結晶シリコン膜22を堆積する。この多結晶シリコン膜22は、低電圧系回路領域ではゲート電極の最下層となるものであり、セルアレイ領域では浮遊ゲートとなり、高電圧系回路領域および低電圧系回路領域ではゲート電極の最下層となる。その後は、第4の実施形態と同様の工程に従う。
【0086】
【発明の効果】
上述したように本発明の半導体装置によれば、不揮発性メモリのセルアレイと周辺回路部の高電圧系回路と低電圧系回路の各領域のトランジスタのゲート絶縁膜の製造工程数を削減し、各領域のトランジスタの機能を向上させることが可能となる。また、ゲート酸化膜の形成に付随した熱工程を削減することができるので、ウェルやチャネル領域の不純物の拡散を抑えることができ、各回路領域のトランジスタの性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るNOR 型フラッシュメモリの製造工程におけるセルアレイ領域、周辺回路部の高電圧系回路領域および低電圧系回路領域を示す断面図。
【図2】図1のNOR 型フラッシュメモリの製造工程の一部についてセルアレイ領域、周辺回路部の高電圧系回路領域および低電圧系回路領域を図1の紙面に直交する方向から見て示す断面図。
【図3】図2の工程に続く工程を示す断面図。
【図4】図3の工程に続く工程を示す断面図。
【図5】図4の工程に続く工程を示す断面図。
【図6】図5の工程に続く工程を示す断面図。
【図7】図6の工程に続く工程を示す断面図。
【図8】図7の工程に続く工程を示す断面図。
【図9】図8の工程に続く工程を示す断面図。
【図10】図9の工程に続く工程を示す断面図。
【図11】図10の工程に続く工程を示す断面図。
【図12】図11の工程に続く工程を示す断面図。
【図13】本発明の第2の実施形態に係るNOR 型フラッシュメモリの製造工程の一部についてセルアレイ領域、周辺回路部の高電圧系回路領域および低電圧系回路領域を示す断面図。
【図14】図13の工程に続く工程を示す断面図。
【図15】図14の工程に続く工程を示す断面図。
【図16】図15の工程に続く工程を示す断面図。
【図17】図16の工程に続く工程を示す断面図。
【図18】図17の工程に続く工程を示す断面図。
【図19】本発明の第3の実施形態に係るNOR 型フラッシュメモリの製造工程の一部についてセルアレイ領域、周辺回路部の高電圧系回路領域および低電圧系回路領域を示す断面図。
【図20】図19の工程に続く工程を示す断面図。
【図21】本発明の第4の実施形態に係るNOR 型フラッシュメモリの製造工程の一部についてセルアレイ領域、周辺回路部の高電圧系回路領域および低電圧系回路領域を示す断面図。
【図22】図21の工程に続く工程を示す断面図。
【図23】図22の工程に続く工程を示す断面図。
【図24】図23の工程に続く工程を示す断面図。
【図25】図24の工程に続く工程を示す断面図。
【図26】図25の工程に続く工程を示す断面図。
【図27】図26の工程に続く工程を示す断面図。
【図28】図27の工程に続く工程を示す断面図。
【図29】本発明の第5の実施形態に係るNOR 型フラッシュメモリの製造工程の一部についてセルアレイ領域、周辺回路部の高電圧系回路領域および低電圧系回路領域を示す断面図。
【図30】図29の工程に続く工程を示す断面図。
【図31】図30の工程に続く工程を示す断面図。
【図32】図31の工程に続く工程を示す断面図。
【図33】本発明の第6の実施形態に係るNOR 型フラッシュメモリの製造工程の一部についてセルアレイ領域、周辺回路部の高電圧系回路領域および低電圧系回路領域を示す断面図。
【図34】図33の工程に続く工程を示す断面図。
【図35】図34の工程に続く工程を示す断面図。
【図36】図35の工程に続く工程を示す断面図。
【図37】従来のNOR 型フラッシュメモリのセルアレイ領域、周辺回路部の高電圧系回路領域および低電圧系回路領域の一例を示す断面図。
【符号の説明】
10…シリコン基板、11…nウェル、12…pウェル、13…素子分離膜、14…拡散層、21a …第1のゲート酸化膜、21b …第2のゲート酸化膜、22…第1層多結晶シリコン膜(セルアレイ領域、高電圧系回路領域)、24…第1層多結晶シリコン膜(低電圧系回路領域)、26a …第2層多結晶シリコン膜、27…ゲート間絶縁膜(ONO膜)、28…第3層多結晶シリコン膜。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a structure of a gate oxide film of a transistor in a cell array region and a peripheral circuit region of a nonvolatile memory having a floating gate and a method of forming the same. What is used.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a nonvolatile memory having a floating gate, for example, a NOR type flash memory, the characteristics required for a cell transistor in a cell array and a transistor in a peripheral circuit portion are different, so that the thickness of each gate insulating film is different. I have. In the peripheral circuit portion, the thickness of the gate insulating film differs between the transistor of the high-voltage circuit to which a high voltage (such as a writing voltage) is applied and the transistor of the other low-voltage circuit.
[0003]
FIG. 37 is a cross-sectional view showing a state in which the thickness of a gate oxide film is different between a cell array region and a high-voltage circuit region and a low-voltage circuit region of a peripheral circuit portion in a conventional NOR flash memory.
[0004]
Here, 10 is a silicon substrate, 11 is an n-well, 12 is a p-well, 13 is an element isolation film, 21a, 21b and 21c are gate oxide films (silicon oxide films) having different thicknesses, 22, 23 and 24 are A first-layer polycrystalline silicon film having different thicknesses, 26 is a second-layer polycrystalline silicon film, 27 is an inter-gate insulating film (ONO film) of a cell transistor, and 28 is a third-layer polycrystalline silicon film.
[0005]
However, the conventional NOR flash memory having three types of
[0006]
The first problem is that since three types of
[0007]
The second problem is that since there are many thermal steps for forming the gate oxide film (three steps), the impurities doped in the
[0008]
The third problem is that since the
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional nonvolatile memory having a floating gate has various problems due to the different thicknesses of the gate oxide films in the cell array, the high-voltage circuit, and the low-voltage circuit.
[0010]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and reduces the number of steps of manufacturing a gate insulating film of a transistor in each region of a cell array of a nonvolatile memory and a high-voltage circuit and a low-voltage circuit of a peripheral circuit section. It is another object of the present invention to provide a semiconductor device capable of improving the function of a transistor in each region and a method for manufacturing the same.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
According to a first semiconductor device of the present invention, in a semiconductor device having a cell array region of a nonvolatile memory, a high-voltage circuit region and a low-voltage circuit region in which peripheral circuit transistors are formed, a gate insulating film of a transistor in the cell array region And a first gate insulating film formed simultaneously as a gate insulating film of the transistor in the high-voltage circuit region, and a first gate insulating film formed as a gate insulating film of the transistor in the low-voltage circuit region. And a second gate insulating film having a small thickness.
[0012]
According to a second semiconductor device of the present invention, there is provided an electrically rewritable semiconductor device having a semiconductor substrate, an element isolation insulating film embedded in a groove formed in the semiconductor substrate, and a floating gate and a control gate stacked on the semiconductor substrate. Array region in which various nonvolatile memory cells are arranged and formed, and a high voltage system circuit region and a low voltage system peripheral transistor formed in the periphery of the cell array region of the semiconductor substrate and in which a high voltage system peripheral circuit transistor is formed And a transistor in the cell array region and a transistor in the high-voltage circuit region have a first gate oxide film of the same thickness, and a low-voltage circuit region in the low-voltage circuit region. The transistor has a second gate oxide film having a smaller thickness than the first gate oxide film.
[0013]
Note that the semiconductor device manufacturing method of the present invention has various embodiments.
[0014]
The first embodiment includes a step of forming a lowermost layer of a floating gate of a cell transistor and a lowermost layer of a gate electrode of a peripheral circuit transistor after forming an element isolation region before forming an element isolation region; In the lithography process for covering the cell array region and the high-voltage circuit region for removing the oxide film, a step of not directly applying a resist on the gate oxide film is employed.
[0015]
In the second embodiment, a state in which a post-isolation region forming process and separation of a floating gate for each memory cell are performed in a self-alignment manner by an isolation insulating film, and a control gate is opposed to an upper portion of a side surface of the floating gate The method is characterized by adopting a step of forming a substrate.
[0016]
In the third embodiment, the step of fabricating the element isolation region and the separation of the floating gate for each memory cell are performed in a self-aligned manner, and the control gate is formed so as not to face the upper part of the side surface of the floating gate. It is characterized by employing a process.
[0017]
In the fourth embodiment, an element isolation region pre-forming step for forming a floating gate of a cell transistor and a gate electrode of a peripheral circuit transistor after forming an element isolation region, and a method for removing a silicon oxide film in a low voltage circuit region. In the lithography step for covering the cell array region and the high-voltage circuit region, a step of not directly applying a resist on the gate oxide film is adopted.
[0018]
In a fifth embodiment, a resist is directly formed on a gate oxide film in another region during a post-forming step for an element isolation region and a lithography process for covering the other region in order to remove the silicon oxide film in the low-voltage circuit region. It is characterized by adopting a step of applying.
[0019]
In the sixth embodiment, a resist is directly formed on a gate oxide film in another region during a post-forming process for an element isolation region and a lithography process for covering another region in order to peel off a silicon oxide film in a low-voltage circuit region. Adopting a step of applying and a step of forming a state in which the control gate is opposed to the upper part of the side surface of the floating gate so that separation of the floating gate for each memory cell is performed in a self-aligned manner by the element isolation insulating film. It is characterized by.
[0020]
In a seventh embodiment, a resist is directly formed on a gate oxide film in another region during a post-forming process for an element isolation region and a lithography process for covering another region in order to peel off a silicon oxide film in a low-voltage circuit region. Adopting a step of applying and a step of forming a floating gate so that the control gate is not opposed to an upper portion of a side surface of the floating gate so that the memory cell is separated from the floating gate in a self-aligned manner by an element isolation insulating film. It is characterized by.
[0021]
The eighth embodiment is directed to a method of pre-forming an element isolation region and a method in which a resist is directly formed on a gate oxide film in another region in a lithography step of covering another region in order to peel off a silicon oxide film in a low-voltage circuit region. It is characterized by adopting a step of applying.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0023]
According to the present invention, for example, in a NOR type flash memory, the gate oxide film of a transistor of a high-voltage circuit in a peripheral circuit portion can be reduced to the same thickness as the gate oxide film of a cell transistor by lowering a data write voltage. Will be possible.
[0024]
This makes it possible to make the gate oxide film of the high-voltage circuit the same as the gate oxide film of the cell array, thereby reducing the number of steps and improving the function of the transistor in the high-voltage circuit.
[0025]
Hereinafter, the relationship between the step of forming the gate electrode and the element isolation region (in this example, STI; Shallow Trench Isolation structure) and the other regions (the cell array region and the high-voltage region) for removing the silicon oxide film in the low-voltage circuit region. In the lithography process that covers the voltage system circuit area), a combination of whether or not to apply a resist directly on the gate oxide film in another area and whether or not to separate the floating gate for each memory cell in a self-aligned manner is determined. A plurality of embodiments will be described.
[0026]
<First embodiment>
In the first embodiment, a step of forming a lowermost layer of a floating gate of a cell transistor and a lowermost layer of a gate electrode of a peripheral circuit transistor (formation method after STI) before forming an element isolation region; In the lithography step of covering the cell array region and the high-voltage circuit region in order to remove the oxide film, a step of not directly applying a resist on the gate oxide film is employed.
[0027]
FIG. 1 shows a cross section of a cell array region, a high-voltage circuit region and a low-voltage circuit region of a peripheral circuit portion in a manufacturing process of the NOR flash memory according to the first embodiment of the present invention.
[0028]
In FIG. 1,
[0029]
2 to 12 show cross sections of the cell array region, the high-voltage circuit region and the low-voltage circuit region of the peripheral circuit portion in the manufacturing process of the NOR flash memory of FIG. .
[0030]
First, as shown in FIG. 2, before forming an element isolation region, an n-type impurity (for example, As) is added to a
[0031]
Next, before forming the element isolation region, a first
[0032]
Next, as shown in FIG. 3, after a first
[0033]
In the above lithography process, if a resist is directly applied on the
[0034]
Next, as shown in FIG. 4, thermal oxidation is performed to form a
[0035]
Next, as shown in FIG. 6, the second
[0036]
According to the manufacturing process up to this point, three types of thermal oxidation processes for forming three types of gate oxide films, which were conventionally required, can be reduced to two thermal oxidation processes for forming two types of gate oxide films. Can be reduced. Further, diffusion of the
[0037]
Next, as shown in FIG. 7, after depositing a
[0038]
When forming the element isolation groove, if the cross section thereof has a reverse taper shape, it becomes difficult to completely bury the element
[0039]
Next, as shown in FIG. 8, the
[0040]
Next, as shown in FIG. 9, the third polycrystalline silicon film (third-layer polycrystalline silicon film) 26a in the cell array region is subjected to isolation etching on the element isolation region by using a lithography technique. In the cell array region, the stacked film of the first
[0041]
Next, as shown in FIG. 10, an inter-gate insulating film (for example, ONO film) 27 for separating the floating gate of the memory cell and the control gate formed thereon is formed on the entire surface of the substrate.
[0042]
Next, as shown in FIG. 11, all (or part of) the inter-gate insulating
[0043]
Subsequently, as shown in FIG. 12 and FIG. 1 corresponding to a cross section in a direction orthogonal to the drawing, pattern processing of the gate electrode of each part is performed. At this time, in the cell array region, the third
[0044]
After that, a
[0045]
According to the NOR type flash memory of the first embodiment, the gate oxide film in the cell array region and the gate oxide film in the high-voltage circuit region are of the same type, so that three or more types conventionally required are obtained. The number of thermal oxidation steps for forming a gate oxide film can be reduced to at least two. Therefore, it is possible to reduce the number of manufacturing steps of the gate insulating film of the transistor in each area of the cell array of the nonvolatile memory and the high-voltage circuit and the low-voltage circuit of the peripheral circuit section.
[0046]
In addition, since a thermal process accompanying the formation of the gate oxide film can be reduced, diffusion of impurities in the well region and the channel region can be suppressed, and the performance of the transistor in each circuit region can be improved. That is, a high-performance peripheral circuit can be mounted.
[0047]
<Second Embodiment> (FIGS. 13 to 18)
In the second embodiment, a part of the process of the first embodiment is modified, the isolation of the floating gate for each memory cell is performed in a self-aligned manner by the element isolation insulating film, and the upper portion of the side surface of the floating gate is formed. An example in which control gates are formed to face each other is shown.
[0048]
First, steps similar to the steps of FIGS. 2 to 6 described in the first embodiment are performed, and first-layer
[0049]
Next, as shown in FIG. 14, the isolation of the first layer
[0050]
Next, using a lithography technique, a region excluding the cell array region is covered with a resist (not shown), and impurity ions (for example, P) are implanted into the first
[0051]
Next, as shown in FIG. 15, the entire surface of the element
[0052]
Next, as shown in FIG. 16, an inter-gate insulating film (ONO film) 27 is formed on the entire surface.
[0053]
Next, as shown in FIG. 17, the inter-gate insulating
[0054]
Next, as shown in FIG. 18, a
[0055]
According to the above-described second embodiment, the floating gate composed of only the first-layer
[0056]
<Third Embodiment> (FIGS. 19 to 20)
In the third embodiment, a part of the process of the first embodiment is modified so that the separation of the floating gate for each memory cell is performed in a self-aligned manner, and the control gate is provided above the side surface of the floating gate. An example is shown in which the electrodes are not opposed to each other.
[0057]
First, the same steps as those shown in FIGS. 2 to 8 described in the first embodiment are performed, and as shown in FIG. 19, a second-layer
[0058]
Next, as shown in FIG. 20, the second layer
[0059]
After that, the same steps as in the first embodiment are performed.
[0060]
<Fourth Embodiment> (FIGS. 21 to 28)
The fourth embodiment shows an example of an STI pre-fabrication method in which a floating gate of a cell transistor and a gate electrode of a peripheral circuit transistor are formed after an element isolation region is formed, as compared with the first embodiment.
[0061]
First, as shown in FIG. 21, after a
[0062]
Next, as shown in FIG. 22, an element isolation groove is formed by using a lithography technique, and the
[0063]
Note that the element isolation groove and the element
[0064]
Next, as shown in FIG. 23, after removing the
[0065]
Next, as shown in FIG. 24, after a P-containing first-layer
[0066]
Next, as shown in FIG. 25, thermal oxidation is performed to form a
[0067]
Next, as shown in FIG. 26, a second-layer
[0068]
Then, as shown in FIG. 27, the
[0069]
According to the manufacturing process up to this point, three types of thermal oxidation processes for forming three types of gate oxide films, which were conventionally required, can be reduced to two thermal oxidation processes for forming two types of gate oxide films. Can be reduced. Further, diffusion of the
[0070]
Next, as shown in FIG. 28, the first layer
[0071]
<Fifth Embodiment> (FIGS. 29 to 32)
The fifth embodiment employs a post-STI fabrication method as in the first to third embodiments, and uses another method in a lithography process for covering other regions in order to peel off a silicon oxide film in a low-voltage circuit region. An example in which a step of directly applying a resist on a gate oxide film in a region (different from the first to third embodiments) will be described.
[0072]
First, as shown in FIG. 29, after a
[0073]
Next, after the
[0074]
Next, after removing the resist, thermal oxidation is performed as shown in FIG. 31 to form a second
[0075]
Next, as shown in FIG. 32, a
[0076]
<Sixth embodiment>
The sixth embodiment is a combination of the steps shown in FIGS. 29 to 31 according to the fifth embodiment and the steps shown in FIGS. 13 to 18 according to the second embodiment.
[0077]
Therefore, the post-STI fabrication method and the step of directly applying a resist on the gate oxide film in the other region in the lithography process for covering the other region to remove the silicon oxide film in the low-voltage circuit region are adopted. As in the second embodiment, the floating gate is formed so that the memory cell is separated from each other in a self-aligned manner by the element isolation insulating film, and the control gate faces the upper part of the side surface of the floating gate. It becomes possible.
[0078]
<Seventh embodiment>
The seventh embodiment is a combination of the steps shown in FIGS. 29 to 31 according to the fifth embodiment and the steps shown in FIGS. 19 to 20 according to the third embodiment.
[0079]
Therefore, the post-STI fabrication method and the step of directly applying a resist on the gate oxide film in the other region in the lithography process for covering the other region to remove the silicon oxide film in the low-voltage circuit region are adopted. In addition, the floating gate can be separated for each memory cell in a self-aligned manner by the element isolation insulating film, and the control gate can be formed not to face the upper part of the side surface of the floating gate.
[0080]
<Eighth Embodiment> (FIGS. 33 to 36)
The eighth embodiment is a combination of the steps shown in FIGS. 21 to 22 in the fourth embodiment and the steps shown in FIGS. 30 to 32 in the fifth embodiment.
[0081]
That is, in the STI pre-fabrication method and the lithography process of covering the cell array region and the high-voltage circuit region in order to remove the silicon oxide film in the low-voltage circuit region, It employs a process of directly applying a resist.
[0082]
First, as shown in FIG. 33, the steps up to the STI forming step corresponding to FIG. 22 according to the fourth embodiment are performed. Subsequently, the silicon oxide film on the entire surface of the substrate is peeled off, and a
[0083]
Next, as shown in FIG. 34, using a lithography technique, the
[0084]
Next, after the resist is removed, as shown in FIG. 35, thermal oxidation is performed to form a second
[0085]
Next, as shown in FIG. 36, a first-layer
[0086]
【The invention's effect】
As described above, according to the semiconductor device of the present invention, the number of steps of manufacturing the gate insulating film of the transistor in each region of the cell array of the nonvolatile memory and the high-voltage circuit and the low-voltage circuit of the peripheral circuit portion is reduced, The function of the transistor in the region can be improved. Further, since the number of heat steps accompanying the formation of the gate oxide film can be reduced, diffusion of impurities in the well and the channel region can be suppressed, and the performance of the transistor in each circuit region can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a cell array region, a high-voltage circuit region, and a low-voltage circuit region of a peripheral circuit portion in a manufacturing process of a NOR flash memory according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing a cell array region, a high-voltage circuit region, and a low-voltage circuit region of a peripheral circuit portion viewed from a direction perpendicular to the plane of FIG. 1 for a part of the manufacturing process of the NOR flash memory of FIG. FIG.
FIG. 3 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 2;
FIG. 4 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 3;
FIG. 5 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 4;
FIG. 6 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 5;
FIG. 7 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 6;
FIG. 8 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 7;
FIG. 9 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 8;
FIG. 10 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 9;
FIG. 11 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 10;
FIG. 12 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 11;
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a cell array region, a high-voltage circuit region and a low-voltage circuit region of a peripheral circuit portion in a part of the manufacturing process of the NOR flash memory according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 13;
FIG. 15 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 14;
FIG. 16 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 15;
FIG. 17 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 16;
FIG. 18 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 17;
FIG. 19 is a sectional view showing a cell array region, a high-voltage circuit region and a low-voltage circuit region of a peripheral circuit portion in a part of the manufacturing process of the NOR flash memory according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 19;
FIG. 21 is a cross-sectional view showing a cell array region, a high-voltage circuit region and a low-voltage circuit region of a peripheral circuit portion in a part of the manufacturing process of the NOR flash memory according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 21;
FIG. 23 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 22;
FIG. 24 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 23;
FIG. 25 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 24;
FIG. 26 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 25;
FIG. 27 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 26;
FIG. 28 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 27;
FIG. 29 is a sectional view showing a cell array region, a high-voltage circuit region, and a low-voltage circuit region of a peripheral circuit portion in a part of the manufacturing process of the NOR flash memory according to the fifth embodiment of the present invention;
FIG. 30 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 29;
FIG. 31 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 30;
FIG. 32 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 31;
FIG. 33 is a sectional view showing a cell array region, a high-voltage circuit region, and a low-voltage circuit region of a peripheral circuit portion in a part of the manufacturing process of the NOR flash memory according to the sixth embodiment of the present invention;
FIG. 34 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 33;
FIG. 35 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 34;
FIG. 36 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 35;
FIG. 37 is a cross-sectional view showing an example of a cell array region, a high-voltage circuit region, and a low-voltage circuit region of a peripheral circuit portion of a conventional NOR flash memory.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (18)
前記セルアレイ領域のトランジスタのゲート絶縁膜および前記高電圧系回路領域のトランジスタのゲート絶縁膜として同時に形成された第1のゲート絶縁膜と、
前記低電圧系回路領域のトランジスタのゲート絶縁膜として形成され、前記第1のゲート絶縁膜よりは膜厚が薄い第2のゲート絶縁膜
とを具備することを特徴とする半導体装置。In a semiconductor device having a cell array region of a nonvolatile memory, a high voltage circuit region and a low voltage circuit region in which peripheral circuit transistors are formed,
A first gate insulating film formed simultaneously as a gate insulating film of the transistor in the cell array region and a gate insulating film of the transistor in the high-voltage circuit region;
A semiconductor device, comprising: a second gate insulating film formed as a gate insulating film of a transistor in the low-voltage circuit region and having a smaller thickness than the first gate insulating film.
前記半導体基板に形成された溝に埋め込まれた素子分離絶縁膜と、
前記半導体基板上に浮遊ゲートと制御ゲートが積層された電気的書き換え可能な不揮発性メモリセルが配列形成されたセルアレイ領域と、
前記半導体基板のセルアレイ領域の周辺に形成され、高電圧系の周辺回路トランジスタが形成された高電圧系回路領域および低電圧系の周辺回路トランジスタが形成された低電圧系回路領域
とを具備し、前記セルアレイ領域のトランジスタと高電圧系回路領域のトランジスタは、同じ膜厚の第1のゲート酸化膜を有し、前記低電圧系回路領域のトランジスタは、前記第1のゲート酸化膜よりは膜厚が薄い第2のゲート酸化膜を有することを特徴とする半導体装置。A semiconductor substrate;
An element isolation insulating film embedded in a groove formed in the semiconductor substrate,
A cell array region in which electrically rewritable nonvolatile memory cells in which a floating gate and a control gate are stacked on the semiconductor substrate are formed;
A high-voltage circuit region formed around the cell array region of the semiconductor substrate, where a high-voltage peripheral circuit transistor is formed, and a low-voltage circuit region where a low-voltage peripheral circuit transistor is formed, The transistor in the cell array region and the transistor in the high-voltage circuit region have a first gate oxide film having the same thickness, and the transistor in the low-voltage circuit region has a thickness greater than that of the first gate oxide film. A second gate oxide film having a small thickness.
ことを特徴とする請求項3記載の半導体装置。4. The semiconductor device according to claim 3, wherein at least the lowermost layer of the floating gate of the transistor in the cell array region is formed so as to be self-aligned with the element isolation insulating film.
前記周辺回路トランジスタのゲート電極は、前記第1層ゲート電極材料膜と、これに積層された第2層ゲート電極材料膜の2層積層構造により形成されていることを特徴とする請求項4記載の半導体装置。A floating gate of the transistor in the cell array region is formed of a first-layer gate electrode material film completely self-aligned with the element isolation insulating film;
5. The gate electrode of the peripheral circuit transistor is formed of a two-layer structure of the first-layer gate electrode material film and a second-layer gate electrode material film laminated thereon. Semiconductor device.
前記周辺回路トランジスタのゲート電極は、前記第1層ゲート電極材料膜と、これに積層された第2層ゲート電極材料膜と、これに積層された第3層ゲート電極材料膜の3層積層構造により形成されている
ことを特徴とする請求項4記載の半導体装置。The floating gate of the transistor in the cell array region has a two-layer structure of a first-layer gate electrode material film formed by being self-aligned with the element isolation insulating film and a second-layer gate electrode material film laminated thereon. Formed,
The gate electrode of the peripheral circuit transistor has a three-layer structure of the first-layer gate electrode material film, the second-layer gate electrode material film laminated thereon, and the third-layer gate electrode material film laminated thereon. The semiconductor device according to claim 4, wherein the semiconductor device is formed by:
前記周辺回路トランジスタのゲート電極は、前記第1層ゲート電極材料膜と、これに積層された第2層ゲート電極材料膜の2層積層構造により形成されていることを特徴とする請求項8記載の半導体装置。A floating gate of the transistor in the cell array region is formed by a first-layer gate electrode material film;
9. The gate electrode of the peripheral circuit transistor is formed by a two-layer structure of the first-layer gate electrode material film and a second-layer gate electrode material film laminated thereon. Semiconductor device.
前記周辺回路トランジスタのゲート電極は、前記ゲート間絶縁膜と同時に堆積された絶縁膜の少なくとも一部が積層ゲート電極材料間に残存していることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の半導体装置。The control gate of the transistor in the cell array region is formed by being stacked so as to face the floating gate via an inter-gate insulating film deposited on the floating gate,
10. The gate electrode of the peripheral circuit transistor, wherein at least a part of the insulating film deposited simultaneously with the inter-gate insulating film remains between the stacked gate electrode materials. 13. The semiconductor device according to item 9.
前記半導体基板の全面に第1のゲート酸化膜を形成する工程と、
次に、不純物がドープされていない第1の多結晶シリコン膜を全面に堆積した後、リソグラフィ技術を用いて低電圧系回路領域の第1の多結晶シリコン膜および第1のゲート酸化膜をエッチング除去することにより、前記セルアレイ領域と高電圧系回路領域に前記第1の多結晶シリコン膜および第1のゲート酸化膜を残す工程と、
次に、熱酸化を行って低電圧系回路領域に前記第1のゲート酸化膜より膜厚が薄い第2のゲート酸化膜を形成する工程と、
次に、不純物がドープされていない第2の多結晶シリコン膜を全面に堆積した後、リソグラフィ技術またはCMP技術を用いて、セルアレイ領域および高電圧系回路領域の第2の多結晶シリコン膜を除去することにより、前記第2の多結晶シリコン膜を低電圧系回路領域に残す工程と、
次に、リソグラフィ技術を用いて素子分離溝を半導体基板中に達する深さで形成し、この素子分離溝に素子分離絶縁膜を埋め込んだ後、素子分離絶縁膜をCMP技術を用いて平坦化する工程と、
次に、不純物がドープされた第3の多結晶シリコン膜を全面に堆積する工程と、
次に、リソグラフィ技術を用いて、セルアレイ領域において素子分離領域上で第3の多結晶シリコン膜を第1の方向に分離するようにエッチングを行うことにより、セルアレイ領域において第1の多結晶シリコン膜と第3の多結晶シリコン膜の積層膜からなる浮遊ゲートを形成する工程と、
次に、ゲート間絶縁膜を全面に堆積した後、セルアレイ領域の制御ゲートおよび周辺回路領域のゲート電極の最上層となる第4の多結晶シリコン膜を全面に堆積する工程と、
次に、前記セルアレイ領域における第4の多結晶シリコン膜、ゲート間絶縁膜、第3の多結晶シリコン膜および第1の多結晶シリコン膜を前記第1の方向に直交する第2の方向にパターン加工して制御ゲート兼ワード線および浮遊ゲートを形成し、前記高電圧系回路領域と低電圧系回路領域における積層された多結晶シリコン膜をパターン加工してゲート電極あるいはゲート配線を形成する工程と、
次に、前記半導体基板にドレイン・ソース領域となる拡散層を選択的に形成した後、前記制御ゲート、ゲート電極および拡散層にコンタクトを形成する工程
とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。A semiconductor substrate, an element isolation insulating film embedded in a trench formed in the semiconductor substrate, and an electrically rewritable nonvolatile memory cell in which a floating gate and a control gate are stacked on the semiconductor substrate are arranged and formed. A high-voltage circuit region formed around the cell array region and having a high-voltage peripheral circuit transistor formed therein and a low-voltage circuit region having a low-voltage peripheral circuit transistor formed therein. When manufacturing a semiconductor device having a gate oxide film of the same thickness, the transistor in the cell array region and the transistor in the high-voltage circuit region
Forming a first gate oxide film on the entire surface of the semiconductor substrate;
Next, after depositing a first polycrystalline silicon film not doped with an impurity on the entire surface, the first polycrystalline silicon film and the first gate oxide film in the low-voltage circuit region are etched by using lithography technology. Removing the first polycrystalline silicon film and the first gate oxide film in the cell array region and the high-voltage circuit region;
Forming a second gate oxide film having a smaller thickness than the first gate oxide film in the low-voltage circuit region by performing thermal oxidation;
Next, after depositing a second polycrystalline silicon film which is not doped with impurities on the entire surface, the second polycrystalline silicon film in the cell array region and the high voltage circuit region is removed by using a lithography technique or a CMP technique. Leaving the second polycrystalline silicon film in the low-voltage circuit region.
Next, an element isolation groove is formed to a depth reaching the semiconductor substrate by using a lithography technique, and an element isolation insulating film is buried in the element isolation groove, and then the element isolation insulating film is planarized by using a CMP technique. Process and
Next, depositing a third polycrystalline silicon film doped with impurities on the entire surface;
Next, the first polycrystalline silicon film is etched in the cell array region by using a lithography technique so as to separate the third polycrystalline silicon film in the first direction on the element isolation region in the cell array region. Forming a floating gate made of a laminated film of a third polycrystalline silicon film and
Next, after depositing an inter-gate insulating film on the entire surface, a step of depositing a fourth polycrystalline silicon film to be the uppermost layer of the control gate in the cell array region and the gate electrode in the peripheral circuit region on the entire surface;
Next, a fourth polycrystalline silicon film, an inter-gate insulating film, a third polycrystalline silicon film and a first polycrystalline silicon film in the cell array region are patterned in a second direction orthogonal to the first direction. Processing to form a control gate / word line and a floating gate, and patterning the polycrystalline silicon film laminated in the high-voltage circuit region and the low-voltage circuit region to form a gate electrode or a gate wiring. ,
Next, after selectively forming a diffusion layer serving as a drain / source region on the semiconductor substrate, forming a contact on the control gate, the gate electrode and the diffusion layer. Production method.
前記半導体基板の全面に第1のゲート酸化膜を形成する工程と、
次に、不純物がドープされていない第1の多結晶シリコン膜を全面に堆積した後、リソグラフィ技術を用いて低電圧系回路領域の第1の多結晶シリコン膜および第1のゲート酸化膜をエッチング除去することにより、前記セルアレイ領域と高電圧系回路領域に前記第1の多結晶シリコン膜および第1のゲート酸化膜を残す工程と、
次に、熱酸化を行って低電圧系回路領域に前記第1のゲート絶縁膜より膜厚が薄い第2のゲート酸化膜を形成する工程と、
次に、不純物がドープされていない第2の多結晶シリコン膜を全面に堆積した後、リソグラフィ技術またはCMP技術を用いて、セルアレイ領域および高電圧系回路領域の第2の多結晶シリコン膜を除去することにより、前記第2の多結晶シリコン膜を低電圧系回路領域に残す工程と、
次に、リソグラフィ技術を用いて素子分離溝を半導体基板中に達する深さで形成し、この素子分離溝に素子分離絶縁膜を埋め込んだ後、素子分離絶縁膜をCMP技術を用いて平坦化することにより、セルアレイ領域の第1の多結晶シリコン膜を素子分離絶縁膜に完全に自己整合させて第1の方向にメモリセル毎に分離する工程と、
次に、セルアレイ領域の第1の多結晶シリコン膜に不純物イオンを注入する工程と、
次に、セルアレイ領域の素子分離絶縁膜を全面エッチングし、第1の多結晶シリコン膜の側面の上部を露出させる工程と、
次に、ゲート間絶縁膜を全面に形成した後、第2の多結晶シリコン膜を全面に堆積する工程と、
次に、前記セルアレイ領域における第2の多結晶シリコン膜、ゲート間絶縁膜、および第1の多結晶シリコン膜を前記第1の方向に直交する第2の方向にパターン加工して制御ゲート兼ワード線および浮遊ゲートを形成し、前記高電圧系回路領域および低電圧系回路領域における積層された多結晶シリコン膜をパターン加工してゲート電極あるいはゲート配線を形成する工程と、
次に、前記半導体基板にドレイン・ソース領域となる拡散層を選択的に形成した後、前記制御ゲート、ゲート電極および拡散層にコンタクトを形成する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。A semiconductor substrate, an element isolation insulating film embedded in a trench formed in the semiconductor substrate, and an electrically rewritable nonvolatile memory cell in which a floating gate and a control gate are stacked on the semiconductor substrate are arranged and formed. A high-voltage circuit region formed around the cell array region and having a high-voltage peripheral circuit transistor formed therein and a low-voltage circuit region having a low-voltage peripheral circuit transistor formed therein. When manufacturing a semiconductor device having a gate oxide film of the same thickness, the transistor in the cell array region and the transistor in the high-voltage circuit region
Forming a first gate oxide film on the entire surface of the semiconductor substrate;
Next, after depositing a first polycrystalline silicon film not doped with an impurity on the entire surface, the first polycrystalline silicon film and the first gate oxide film in the low-voltage circuit region are etched by using lithography technology. Removing the first polycrystalline silicon film and the first gate oxide film in the cell array region and the high-voltage circuit region;
Forming a second gate oxide film having a smaller thickness than the first gate insulating film in the low-voltage circuit region by performing thermal oxidation;
Next, after depositing a second polycrystalline silicon film which is not doped with impurities on the entire surface, the second polycrystalline silicon film in the cell array region and the high voltage circuit region is removed by using a lithography technique or a CMP technique. Leaving the second polycrystalline silicon film in the low-voltage circuit region.
Next, an element isolation groove is formed to a depth reaching the semiconductor substrate by using a lithography technique, and an element isolation insulating film is buried in the element isolation groove, and then the element isolation insulating film is planarized by using a CMP technique. Thereby, a step of completely aligning the first polycrystalline silicon film in the cell array region with the element isolation insulating film and separating each memory cell in the first direction;
Next, a step of implanting impurity ions into the first polycrystalline silicon film in the cell array region;
Next, a step of etching the entire surface of the element isolation insulating film in the cell array region to expose an upper portion of a side surface of the first polycrystalline silicon film;
Next, after forming an inter-gate insulating film on the entire surface, depositing a second polycrystalline silicon film on the entire surface;
Next, the second polycrystalline silicon film, the inter-gate insulating film, and the first polycrystalline silicon film in the cell array region are patterned in a second direction orthogonal to the first direction to form a control gate and word. Forming a line and a floating gate, patterning the laminated polycrystalline silicon film in the high-voltage circuit region and the low-voltage circuit region to form a gate electrode or a gate wiring;
Next, after selectively forming a diffusion layer serving as a drain / source region on the semiconductor substrate, forming a contact on the control gate, the gate electrode and the diffusion layer. Production method.
前記半導体基板の全面に第1のゲート酸化膜を形成する工程と、
次に、不純物がドープされていない第1の多結晶シリコン膜を全面に堆積した後、リソグラフィ技術を用いて低電圧系回路領域の第1の多結晶シリコン膜および第1のゲート酸化膜をエッチング除去することにより、前記セルアレイ領域と高電圧系回路領域に前記第1の多結晶シリコン膜および第1のゲート酸化膜を残す工程と、
次に、熱酸化を行って低電圧系回路領域に前記第1のゲート絶縁膜より膜厚が薄い第2のゲート酸化膜を形成する工程と、
次に、不純物がドープされていない第2の多結晶シリコン膜を全面に堆積した後、リソグラフィ技術またはCMP技術を用いて、セルアレイ領域および高電圧系回路領域の第2の多結晶シリコン膜を除去することにより、前記第2の多結晶シリコン膜を低電圧系回路領域に残す工程と、
次に、エッチングマスクとなる絶縁膜を全面に堆積した後、リソグラフィ技術を用いて素子分離溝を半導体基板中に達する深さで形成し、この素子分離溝に素子分離絶縁膜を埋め込んだ後、素子分離絶縁膜をCMP技術を用いて平坦化する工程と、
次に、前記エッチングマスクとなる絶縁膜を除去し、不純物がドープされた第3の多結晶シリコン膜を堆積した後、CMP技術を用いて平坦化することにより、セルアレイ領域において素子分離絶縁膜に挟まれたメモリセル領域のみに自己整合された第3の多結晶シリコン膜を残して第1層の多結晶シリコン膜と共に第1の方向にメモリセル毎に分離した浮遊ゲートを形成する工程と、
次に、ゲート間絶縁膜を全面に形成した後、セルアレイ領域の制御ゲートおよび周辺回路領域のゲート電極の最上層となる第4の多結晶シリコン膜を全面に堆積する工程と、
次に、前記セルアレイ領域における第4の多結晶シリコン膜、ゲート間絶縁膜、第3の多結晶シリコン膜および第1の多結晶シリコン膜を前記第1の方向に直交する第2の方向にパターン加工して制御ゲート兼ワード線および浮遊ゲートを形成し、前記高電圧系回路領域および低電圧系回路領域における積層された多結晶シリコン膜をパターン加工してゲート電極あるいはゲート配線を形成する工程と、
次に、前記半導体基板にドレイン・ソース領域となる拡散層を選択的に形成した後、前記制御ゲート、ゲート電極および拡散層にコンタクトを形成する工程
とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。A semiconductor substrate, an element isolation insulating film embedded in a trench formed in the semiconductor substrate, and an electrically rewritable nonvolatile memory cell in which a floating gate and a control gate are stacked on the semiconductor substrate are arranged and formed. A high-voltage circuit region formed around the cell array region and having a high-voltage peripheral circuit transistor formed therein and a low-voltage circuit region having a low-voltage peripheral circuit transistor formed therein. When manufacturing a semiconductor device having a gate oxide film of the same thickness, the transistor in the cell array region and the transistor in the high-voltage circuit region
Forming a first gate oxide film on the entire surface of the semiconductor substrate;
Next, after depositing a first polycrystalline silicon film not doped with an impurity on the entire surface, the first polycrystalline silicon film and the first gate oxide film in the low-voltage circuit region are etched by using lithography technology. Removing the first polycrystalline silicon film and the first gate oxide film in the cell array region and the high-voltage circuit region;
Forming a second gate oxide film having a smaller thickness than the first gate insulating film in the low-voltage circuit region by performing thermal oxidation;
Next, after depositing a second polycrystalline silicon film which is not doped with impurities on the entire surface, the second polycrystalline silicon film in the cell array region and the high voltage circuit region is removed by using a lithography technique or a CMP technique. Leaving the second polycrystalline silicon film in the low-voltage circuit region.
Next, after an insulating film serving as an etching mask is deposited on the entire surface, an element isolation groove is formed to a depth reaching the semiconductor substrate by using a lithography technique, and after the element isolation insulating film is embedded in the element isolation groove, Flattening the element isolation insulating film using a CMP technique;
Next, the insulating film serving as the etching mask is removed, a third polycrystalline silicon film doped with impurities is deposited, and then flattened using a CMP technique, so that an element isolation insulating film is formed in the cell array region. Forming a floating gate separated for each memory cell in a first direction together with the first-layer polycrystalline silicon film while leaving a third polycrystalline silicon film self-aligned only in the sandwiched memory cell region;
Next, after forming an inter-gate insulating film on the entire surface, a step of depositing a fourth polycrystalline silicon film to be the uppermost layer of the control gate in the cell array region and the gate electrode in the peripheral circuit region on the entire surface;
Next, a fourth polycrystalline silicon film, an inter-gate insulating film, a third polycrystalline silicon film and a first polycrystalline silicon film in the cell array region are patterned in a second direction orthogonal to the first direction. Processing to form a control gate / word line and floating gate, and patterning the laminated polycrystalline silicon film in the high-voltage circuit region and the low-voltage circuit region to form a gate electrode or gate wiring. ,
Next, after selectively forming a diffusion layer serving as a drain / source region on the semiconductor substrate, forming a contact on the control gate, the gate electrode and the diffusion layer. Production method.
リソグラフィ技術を用いて素子分離溝を半導体基板中に達する深さで形成し、この素子分離溝に素子分離膜を埋め込んだ後、素子分離絶縁膜をCMP技術を用いて平坦化する工程と、
次に、前記半導体基板の全面に第1のゲート酸化膜を形成する工程と、
次に、不純物がドープされた第1の多結晶シリコン膜を全面に堆積した後、リソグラフィ技術を用いて低電圧系回路領域の第1の多結晶シリコン膜および第1のゲート酸化膜をエッチング除去することにより、前記セルアレイ領域と高電圧系回路領域に前記第1の多結晶シリコン膜および第1のゲート酸化膜を残す工程と、
次に、熱酸化を行って低電圧系回路領域に前記第1のゲート酸化膜より膜厚が薄い第2のゲート酸化膜を形成する工程と、
次に、不純物がドープされた第2の多結晶シリコン膜を全面に堆積した後、リソグラフィ技術またはCMP技術を用いて、セルアレイ領域および高電圧系回路の酸化膜上に積層されている第2の多結晶シリコン膜を除去することにより、前記低電圧系回路領域に第2の多結晶シリコン膜を残す工程と、
次に、リソグラフィ技術を用いて、セルアレイ領域において第1の多結晶シリコン膜を素子分離領域上で第1の方向に分離するようにエッチングを行うことにより、セルアレイ領域において第1の多結晶シリコン膜からなる浮遊ゲートを形成する工程と、
次に、ゲート間絶縁膜を全面に形成した後、セルアレイ領域の制御ゲートおよび周辺回路領域のゲート電極の最上層となる第2の多結晶シリコン膜を全面に堆積する工程と、
次に、前記セルアレイ領域における第2の多結晶シリコン膜、ゲート間絶縁膜および第1の多結晶シリコン膜を前記第1の方向に直交する第2の方向にパターン加工してワード線および浮遊ゲートを形成し、周辺回路領域における積層された多結晶シリコン膜をパターン加工してゲート電極あるいはゲート配線を形成する工程と、
次に、前記半導体基板にドレイン・ソース領域となる拡散層を選択的に形成した後、前記制御ゲート、ゲート電極および拡散層にコンタクトを形成する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。A semiconductor substrate, an element isolation insulating film embedded in a trench formed in the semiconductor substrate, and an electrically rewritable nonvolatile memory cell in which a floating gate and a control gate are stacked on the semiconductor substrate are arranged and formed. A high-voltage circuit region formed around the cell array region and having a high-voltage peripheral circuit transistor formed therein and a low-voltage circuit region having a low-voltage peripheral circuit transistor formed therein. When manufacturing a semiconductor device having a gate oxide film of the same thickness, the transistor in the cell array region and the transistor in the high-voltage circuit region
Forming a device isolation groove to a depth reaching the semiconductor substrate using lithography technology, embedding the device isolation film in the device isolation groove, and planarizing the device isolation insulating film using CMP technology;
Forming a first gate oxide film on the entire surface of the semiconductor substrate;
Next, after a first polycrystalline silicon film doped with impurities is deposited on the entire surface, the first polycrystalline silicon film and the first gate oxide film in the low-voltage circuit region are removed by etching using a lithography technique. Leaving the first polycrystalline silicon film and the first gate oxide film in the cell array region and the high-voltage circuit region.
Forming a second gate oxide film having a smaller thickness than the first gate oxide film in the low-voltage circuit region by performing thermal oxidation;
Next, after a second polycrystalline silicon film doped with impurities is deposited on the entire surface, the second polycrystalline silicon film stacked on the oxide film of the cell array region and the high-voltage circuit is formed by using the lithography technique or the CMP technique. Removing the polycrystalline silicon film to leave a second polycrystalline silicon film in the low-voltage circuit region;
Next, the first polycrystalline silicon film is etched in the cell array region using a lithography technique so as to separate the first polycrystalline silicon film in the first direction on the element isolation region. Forming a floating gate consisting of:
Next, after forming an inter-gate insulating film on the entire surface, a step of depositing a second polycrystalline silicon film, which is the uppermost layer of the control gate in the cell array region and the gate electrode in the peripheral circuit region, on the entire surface;
Next, the second polycrystalline silicon film, the inter-gate insulating film and the first polycrystalline silicon film in the cell array region are patterned in a second direction orthogonal to the first direction to form word lines and floating gates. Forming a gate electrode or gate wiring by patterning the laminated polycrystalline silicon film in the peripheral circuit region;
Next, after selectively forming a diffusion layer serving as a drain / source region on the semiconductor substrate, forming a contact on the control gate, the gate electrode and the diffusion layer. Production method.
前記半導体基板の全面にシリコン酸化膜を形成した後、セルアレイ領域および高電圧系回路領域のシリコン酸化膜を覆うようにレジストを直接に塗布するリソグラフィ技術を用いて低電圧系回路領域のシリコン酸化膜をエッチング除去し、セルアレイ領域および高電圧系回路領域にシリコン酸化膜を残す工程と、
次に、前記レジストを除去した後、熱酸化を行うことにより、低電圧系回路領域に第2のゲート酸化膜を形成するとともに、セルアレイ領域および高電圧系回路領域のシリコン酸化膜が追加酸化されてなる第1のゲート酸化膜を形成する工程と、
次に、不純物がドープされていない第1の多結晶シリコン膜を全面に堆積する工程と、
次に、リソグラフィ技術を用いて素子分離溝を半導体基板中に達する深さで形成し、この素子分離溝に素子分離絶縁膜を埋め込んだ後、素子分離絶縁膜をCMP技術を用いて平坦化する工程と、
次に、不純物がドープされた第2の多結晶シリコン膜を全面に堆積する工程と、 次に、リソグラフィ技術を用いて、セルアレイ領域における第2の多結晶シリコン膜を素子分離領域上で第1の方向に分離するようにエッチングを行うことにより、セルアレイ領域において第1の多結晶シリコン膜と第2の多結晶シリコン膜の積層膜からなる浮遊ゲートを形成する工程と、
次に、ゲート間絶縁膜を全面に形成した後、セルアレイ領域の制御ゲートおよび周辺回路領域のゲート電極の最上層となる第3の多結晶シリコン膜を全面に堆積する工程と、
次に、前記セルアレイ領域における第3の多結晶シリコン膜、ゲート間絶縁膜、第2の多結晶シリコン膜および第1の多結晶シリコン膜を前記第1の方向に直交する第2の方向にパターン加工してワード線および浮遊ゲートを形成し、周辺回路領域における積層された多結晶シリコン膜をパターン加工してゲート電極あるいはゲート配線を形成する工程と、
次に、前記半導体基板にドレイン・ソース領域となる拡散層を選択的に形成した後、前記制御ゲート、ゲート電極および拡散層にコンタクトを形成する工程
とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。A semiconductor substrate, an element isolation insulating film embedded in a trench formed in the semiconductor substrate, and an electrically rewritable nonvolatile memory cell in which a floating gate and a control gate are stacked on the semiconductor substrate are arranged and formed. A high-voltage circuit region formed around the cell array region and having a high-voltage peripheral circuit transistor formed therein and a low-voltage circuit region having a low-voltage peripheral circuit transistor formed therein. When manufacturing a semiconductor device having a gate oxide film of the same thickness, the transistor in the cell array region and the transistor in the high-voltage circuit region
After a silicon oxide film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate, a silicon oxide film in the low-voltage circuit region is formed by using a lithography technique in which a resist is directly applied so as to cover the silicon oxide film in the cell array region and the high-voltage circuit region. Etching away, leaving a silicon oxide film in the cell array region and the high voltage circuit region,
Next, after the resist is removed, thermal oxidation is performed to form a second gate oxide film in the low-voltage circuit region and additionally oxidize the silicon oxide film in the cell array region and the high-voltage circuit region. Forming a first gate oxide film comprising:
Next, a step of depositing a first polycrystalline silicon film not doped with an impurity on the entire surface;
Next, an element isolation groove is formed to a depth reaching the semiconductor substrate by using a lithography technique, and an element isolation insulating film is buried in the element isolation groove, and then the element isolation insulating film is planarized by using a CMP technique. Process and
Next, a step of depositing a second polycrystalline silicon film doped with impurities on the entire surface, and then, using a lithography technique, forming a second polycrystalline silicon film in the cell array region on the element isolation region in the first position. Forming a floating gate composed of a laminated film of a first polycrystalline silicon film and a second polycrystalline silicon film in the cell array region by performing etching so as to separate in the direction of
Next, after forming an inter-gate insulating film on the entire surface, a step of depositing a third polycrystalline silicon film to be the uppermost layer of the control gate in the cell array region and the gate electrode in the peripheral circuit region on the entire surface;
Next, the third polycrystalline silicon film, the inter-gate insulating film, the second polycrystalline silicon film, and the first polycrystalline silicon film in the cell array region are patterned in a second direction orthogonal to the first direction. Processing to form a word line and a floating gate, pattern processing of the laminated polycrystalline silicon film in the peripheral circuit region to form a gate electrode or a gate wiring,
Next, after selectively forming a diffusion layer serving as a drain / source region on the semiconductor substrate, forming a contact on the control gate, the gate electrode and the diffusion layer. Production method.
前記半導体基板の全面にシリコン酸化膜を形成した後、セルアレイ領域および高電圧系回路領域のシリコン酸化膜を覆うようにレジストを直接に塗布するリソグラフィ技術を用いて低電圧系回路領域のシリコン酸化膜をエッチング除去し、セルアレイ領域および高電圧系回路領域にシリコン酸化膜を残す工程と、
次に、前記レジストを除去した後、熱酸化を行うことにより、低電圧系回路領域に第2のゲート酸化膜を形成するとともに、セルアレイ領域および高電圧系回路領域のシリコン酸化膜が追加酸化されてなる第1のゲート酸化膜を形成する工程と、
次に、不純物がドープされていない第1の多結晶シリコン膜を全面に堆積する工程と、
次に、リソグラフィ技術を用いて素子分離溝を半導体基板中に達する深さで形成し、この素子分離溝に素子分離絶縁膜を埋め込んだ後、素子分離絶縁膜をCMP技術を用いて平坦化することにより、セルアレイ領域の第1の多結晶シリコン膜を素子分離絶縁膜により完全に自己整合された状態で第1の方向にメモリセル毎に分離する工程と、
次に、リソグラフィ技術を用いて、セルアレイ領域の第1の多結晶シリコン膜に不純物イオンを注入する工程と、
次に、セルアレイ領域の素子分離絶縁膜を全面エッチングし、第1の多結晶シリコン膜の側面の上部を露出させる工程と、
次に、ゲート間絶縁膜を全面に形成した後、第2の多結晶シリコン膜を全面に堆積する工程と、
次に、前記セルアレイ領域における第2の多結晶シリコン膜、ゲート間絶縁膜および第1の多結晶シリコン膜を前記第1の方向に直交する第2の方向にパターン加工してワード線および浮遊ゲートを形成し、周辺回路領域における積層された多結晶シリコン膜をパターン加工してゲート電極あるいはゲート配線を形成する工程と、
次に、前記半導体基板にドレイン・ソース領域となる拡散層を選択的に形成した後、前記制御ゲート、ゲート電極および拡散層にコンタクトを形成する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。A semiconductor substrate, an element isolation insulating film embedded in a trench formed in the semiconductor substrate, and an electrically rewritable nonvolatile memory cell in which a floating gate and a control gate are stacked on the semiconductor substrate are arranged and formed. A high-voltage circuit region formed around the cell array region and having a high-voltage peripheral circuit transistor formed therein and a low-voltage circuit region having a low-voltage peripheral circuit transistor formed therein. When manufacturing a semiconductor device having a gate oxide film of the same thickness, the transistor in the cell array region and the transistor in the high-voltage circuit region
After a silicon oxide film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate, a silicon oxide film in the low-voltage circuit region is formed by using a lithography technique in which a resist is directly applied so as to cover the silicon oxide film in the cell array region and the high-voltage circuit region. Etching away, leaving a silicon oxide film in the cell array region and the high voltage circuit region,
Next, after the resist is removed, thermal oxidation is performed to form a second gate oxide film in the low-voltage circuit region and additionally oxidize the silicon oxide film in the cell array region and the high-voltage circuit region. Forming a first gate oxide film comprising:
Next, a step of depositing a first polycrystalline silicon film not doped with an impurity on the entire surface;
Next, an element isolation groove is formed to a depth reaching the semiconductor substrate by using a lithography technique, and an element isolation insulating film is buried in the element isolation groove, and then the element isolation insulating film is planarized by using a CMP technique. A step of separating the first polycrystalline silicon film in the cell array region for each memory cell in a first direction in a state of being completely self-aligned by the element isolation insulating film;
Next, using lithography technology, implanting impurity ions into the first polycrystalline silicon film in the cell array region;
Next, a step of etching the entire surface of the element isolation insulating film in the cell array region to expose an upper portion of a side surface of the first polycrystalline silicon film;
Next, after forming an inter-gate insulating film on the entire surface, depositing a second polycrystalline silicon film on the entire surface;
Next, the second polycrystalline silicon film, the inter-gate insulating film and the first polycrystalline silicon film in the cell array region are patterned in a second direction orthogonal to the first direction to form word lines and floating gates. Forming a gate electrode or gate wiring by patterning the laminated polycrystalline silicon film in the peripheral circuit region;
Next, after selectively forming a diffusion layer serving as a drain / source region on the semiconductor substrate, forming a contact on the control gate, the gate electrode and the diffusion layer. Production method.
前記半導体基板の全面にシリコン酸化膜を形成した後、セルアレイ領域および高電圧系回路領域のシリコン酸化膜を覆うようにレジストを直接に塗布するリソグラフィ技術を用いて低電圧系回路領域のシリコン酸化膜をエッチング除去し、セルアレイ領域および高電圧系回路領域にシリコン酸化膜を残す工程と、
次に、前記レジストを除去した後、熱酸化を行うことにより、低電圧系回路領域に第2のゲート酸化膜を形成するとともに、セルアレイ領域および高電圧系回路領域のシリコン酸化膜が追加酸化されてなる第1のゲート酸化膜を形成する工程と、
次に、不純物がドープされていない第1の多結晶シリコン膜を全面に堆積する工程と、
次に、リソグラフィ技術を用いて素子分離溝を半導体基板中に達する深さで形成し、この素子分離溝に素子分離絶縁膜を埋め込んだ後、素子分離絶縁膜をCMP技術を用いて平坦化する工程と、
次に、不純物がドープされた第2の多結晶シリコン膜を堆積した後、CMP技術を用いて平坦化することにより、セルアレイ領域において素子分離絶縁膜に挟まれたメモリセル領域のみに自己整合された状態で第2の多結晶シリコン膜を残して第1の多結晶シリコン膜と共に第1の方向にメモリセル毎に分離した浮遊ゲートを形成する工程と、
次に、ゲート間絶縁膜を全面に形成した後、セルアレイ領域の制御ゲートおよび周辺回路領域のゲート電極の最上層となる第3の多結晶シリコン膜を全面に堆積する工程と、
次に、前記セルアレイ領域における第3の多結晶シリコン膜、ゲート間絶縁膜、第2の多結晶シリコン膜および第1の多結晶シリコン膜を前記第1の方向に直交する第2の方向にパターン加工してワード線および浮遊ゲートを形成し、周辺回路領域における第3の多結晶シリコン膜、第2の多結晶シリコン膜および第1の多結晶シリコン膜をパターン加工してゲート電極あるいはゲート配線を形成する工程と、
次に、前記半導体基板にドレイン・ソース領域となる拡散層を選択的に形成した後、前記制御ゲート、ゲート電極および拡散層にコンタクトを形成する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。A semiconductor substrate, an element isolation insulating film embedded in a trench formed in the semiconductor substrate, and an electrically rewritable nonvolatile memory cell in which a floating gate and a control gate are stacked on the semiconductor substrate are arranged and formed. A high-voltage circuit region formed around the cell array region and having a high-voltage peripheral circuit transistor formed therein and a low-voltage circuit region having a low-voltage peripheral circuit transistor formed therein. When manufacturing a semiconductor device having a gate oxide film of the same thickness, the transistor in the cell array region and the transistor in the high-voltage circuit region
After a silicon oxide film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate, a silicon oxide film in the low-voltage circuit region is formed by using a lithography technique in which a resist is directly applied so as to cover the silicon oxide film in the cell array region and the high-voltage circuit region. Etching away, leaving a silicon oxide film in the cell array region and the high voltage circuit region,
Next, after the resist is removed, thermal oxidation is performed to form a second gate oxide film in the low-voltage circuit region and additionally oxidize the silicon oxide film in the cell array region and the high-voltage circuit region. Forming a first gate oxide film comprising:
Next, a step of depositing a first polycrystalline silicon film not doped with an impurity on the entire surface;
Next, an element isolation groove is formed to a depth reaching the semiconductor substrate by using a lithography technique, and an element isolation insulating film is buried in the element isolation groove, and then the element isolation insulating film is planarized by using a CMP technique. Process and
Next, after depositing a second polycrystalline silicon film doped with an impurity, it is planarized by using a CMP technique, so that self-alignment is performed only in a memory cell region sandwiched between element isolation insulating films in a cell array region. Forming a floating gate separated for each memory cell in a first direction together with the first polycrystalline silicon film while leaving the second polycrystalline silicon film in a state where
Next, after forming an inter-gate insulating film on the entire surface, a step of depositing a third polycrystalline silicon film to be the uppermost layer of the control gate in the cell array region and the gate electrode in the peripheral circuit region on the entire surface;
Next, the third polycrystalline silicon film, the inter-gate insulating film, the second polycrystalline silicon film, and the first polycrystalline silicon film in the cell array region are patterned in a second direction orthogonal to the first direction. The word line and the floating gate are formed by processing, and the third polycrystalline silicon film, the second polycrystalline silicon film, and the first polycrystalline silicon film in the peripheral circuit region are patterned to form a gate electrode or a gate wiring. Forming,
Next, after selectively forming a diffusion layer serving as a drain / source region on the semiconductor substrate, forming a contact on the control gate, the gate electrode and the diffusion layer. Production method.
リソグラフィ技術を用いて素子分離溝を半導体基板中に達する深さで形成し、この素子分離溝に素子分離膜を埋め込んだ後、素子分離絶縁膜をCMP技術を用いて平坦化する工程と、
次に、半導体基板の全面にシリコン酸化膜を形成した後、セルアレイ領域および高電圧系回路領域のシリコン酸化膜を覆うようにレジストを直接に塗布するリソグラフィ技術を用いて低電圧系回路領域のシリコン酸化膜をエッチング除去し、セルアレイ領域および高電圧系回路領域にシリコン酸化膜を残す工程と、
次に、前記レジストを除去した後、熱酸化を行うことにより、低電圧系回路領域に第2のゲート酸化膜を形成するとともに、セルアレイ領域および高電圧系回路領域のシリコン酸化膜が追加酸化されてなる第1のゲート酸化膜を形成する工程と、
次に、不純物がドープされた第1の多結晶シリコン膜を全面に堆積する工程と、
次に、リソグラフィ技術を用いて、セルアレイ領域における第1の多結晶シリコン膜を素子分離領域上で第1の方向に分離するようにエッチングを行うことにより、セルアレイ領域において第1の多結晶シリコン膜からなる浮遊ゲートを形成する工程と、
次に、ゲート間絶縁膜を全面に形成した後、セルアレイ領域の制御ゲートおよび周辺回路領域のゲート電極の最上層となる第2の多結晶シリコン膜を全面に堆積する工程と、
次に、前記セルアレイ領域における第2の多結晶シリコン膜、ゲート間絶縁膜および第1の多結晶シリコン膜を前記第1の方向に直交する第2の方向にパターン加工してワード線および浮遊ゲートを形成し、周辺回路領域におおける第2の多結晶シリコン膜および第1の多結晶シリコン膜をパターン加工してゲート電極あるいはゲート配線を形成する工程と、
次に、前記半導体基板にドレイン・ソース領域となる拡散層を選択的に形成した後、前記制御ゲート、ゲート電極および拡散層にコンタクトを形成する工程
とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。A semiconductor substrate, an element isolation insulating film embedded in a trench formed in the semiconductor substrate, and an electrically rewritable nonvolatile memory cell in which a floating gate and a control gate are stacked on the semiconductor substrate are arranged and formed. A high-voltage circuit region formed around the cell array region and having a high-voltage peripheral circuit transistor formed therein and a low-voltage circuit region having a low-voltage peripheral circuit transistor formed therein. When manufacturing a semiconductor device having a gate oxide film of the same thickness, the transistor in the cell array region and the transistor in the high-voltage circuit region
Forming a device isolation groove to a depth reaching the semiconductor substrate using lithography technology, embedding the device isolation film in the device isolation groove, and planarizing the device isolation insulating film using CMP technology;
Next, after forming a silicon oxide film on the entire surface of the semiconductor substrate, the silicon in the low-voltage circuit region is formed by using a lithography technique in which a resist is directly applied so as to cover the silicon oxide film in the cell array region and the high-voltage circuit region. Removing the oxide film by etching to leave a silicon oxide film in the cell array region and the high-voltage circuit region;
Next, after the resist is removed, thermal oxidation is performed to form a second gate oxide film in the low-voltage circuit region and additionally oxidize the silicon oxide film in the cell array region and the high-voltage circuit region. Forming a first gate oxide film comprising:
Next, a step of depositing a first polycrystalline silicon film doped with impurities over the entire surface;
Next, the first polycrystalline silicon film in the cell array region is etched using a lithography technique to separate the first polycrystalline silicon film in the cell isolation region in the first direction on the element isolation region. Forming a floating gate consisting of:
Next, after forming an inter-gate insulating film on the entire surface, a step of depositing a second polycrystalline silicon film, which is the uppermost layer of the control gate in the cell array region and the gate electrode in the peripheral circuit region, on the entire surface;
Next, the second polycrystalline silicon film, the inter-gate insulating film and the first polycrystalline silicon film in the cell array region are patterned in a second direction orthogonal to the first direction to form word lines and floating gates. Forming a gate electrode or a gate wiring by patterning the second polysilicon film and the first polysilicon film in the peripheral circuit region;
Next, after selectively forming a diffusion layer serving as a drain / source region on the semiconductor substrate, forming a contact on the control gate, the gate electrode and the diffusion layer. Production method.
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